2. Giao diện mạng truyền dẫn
2.3. Giao diện mạng dùng trạm mặt đất
2.3.2. Phương thức điều chế và mã hoá kênh
Bộ thích nghi ghép kênh truyền dẫn và ngẫu nhiên hoá để phân tán năng lượng:
Dòng dữ liệu đầu vào hệ thống sẽ được tổ chức thành các gói có độ dài cố
định, theo sau là bộ ghép kênh truyền dẫn MPEG2. Độ dài tổng cộng cả gói cuả gói ghép kênh truyền dẫn MPEG2 là 188 byte. Nó bao gồm 1 byte đồng bộ (ví dụ 47 HEX). Thứ tự xử lý ở phía truyền dẫn sẽ bắt đầu từ bít MSB ( ví dụ “0”) của byte đồng bộ (01000111). Để đảm bảo đủ sự chuyển trạng thái nhị phân, dữ liệu của ghép kênh đầu vào MPEG2 sẽ được ngẫu nhiên hoá (Hình 1.28).
Đa thức để tạo chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên (PRBS) là:1 + X14 + X15 Chú ý: sự mô tả đa thức ở đây lấy từ yêu cầu chỉ định dành cho vệ tinh theo tiêu chuẩn EN 300 421 [2]. Trong cả hai tài liệu yêu cầu dùng cho vệ tinh và tài liệu này, ký hiệu đa thức khác nhau được sử dụng tuân theo chuẩn của Peterson và Weldon ( các mã sửa lỗi, xuất bản lần 2, tập MIT, 1972).
Việc tải chuỗi “100101010000000” vào các thanh ghi PRBS, được thể hiện trên hình 1.28, sẽ được khởi tạo bắt đầu ở mỗi 8 gói vận chuyển. Để cung cấp một tín hiệu khởi tạo cho bộ giải trộn, byte đồng bộ hoá MPEG2 của gói vận chuyển đầu tiên trong nhóm 8 gói vận chuyển được chuyển đổi từ 47 HEX sang thành B8 HEX (đồng bộ). Quá trình này được gọi là “thích ứng ghép kênh vận chuyển” .Bít đầu tiên của chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên
đầu ra sẽ được ứng dụng cho bít đầu tiên của byte đầu tiên theo sau là byte
đồng bộ MPEG 2 đã được chuyển đổi (B8 HEX). Đê thêm các chức năng
đồng bộ khác, trong suốt các byte đồng bộ MPEG 2 của chuỗi con 7 gói vận chuyển, việc tạo ra chuỗi PRBS vẫn hoạt động nhưng không tạo chuỗi
đầu ra, và để lại những byte này chưa được ngẫu nhiên hoá. Vì vậy, khoảng thời gian của chuỗi PRBS sẽ là 1503 byte. Quá trình ngẫu nhiên hoá sẽ lại hoạt động trở lại khi dòng bít đầu vào bộ điều chế không tồn tại hoặc là khi
Hình 1.28: Sơ đồ trộn và giải trộn
______________________________________________________________________
Học viên : Đỗ Thị Thanh Nga Lớp CaohocDTVT2003 44 không tuân theo định dạng dòng vận chuyển MPEG2 ( 1 byte đồng bộ +
187 byte gãi).
Mã hoá và xen kẽ mã ngoài:
Mã hoá và xen kẽ mã ngoài sẽ được thực hiện trên cấu trúc gói đầu vào (Hình 1.16) .Mã RS (204,188,t=8) đã được làm ngắn, được lấy từ mã RS (255,239,t=8) hệ thống ban đầu, sẽ được ứng dụng cho mỗi gói vận chuyển
đã được ngẫu nhiên hoá (188 byte) (Hình 1.17) để tạo ra gói bảo vệ lỗi (Hình 1.18). Mã RS sẽ được áp dụng cho byte đồng bộ gói, chưa được chuyển đổi (47 HEX) hoặc đã được chuyển đổi (B8 HEX).
Chú ý1: Má RS có độ dài 204 byte, kích thước 188 byte và cho phép sửa
đến 8 byte lỗi ngẫu nhiên ở một từ mã thu được 204 byte. Đa thức tạo mã :
Đa thức tạo trường là:
Mã RS đã được làm ngắn sẽ được thực hiện bằng cách thêm vào 51 byte, tât cả sẽ được đặt thành giá trị 0, trước các byte thông tin tại đầu vào của bộ mã hoá RS (255,239, t=8). Sau thủ tục mã hoã RS, các byte trống này sẽ bị loại bỏ, dẫn từ mã RS có độ dài N=204 byte. Việc xen kẽ mã xoắn với độ dài I=12 sẽ được áp dụng cho các gói bảo vệ lỗi (xem hình 1.18). Nó sẽ tạo ra cấu trúc dữ liệu đã được xen kẽ. Quá trình xen kẽ mã xoắn dựa trên nguyên lí Forney và tương thích với nguyên lí Ramsey loại 3, với I=12. Các byte dữ liệu đã được xen kẽ được cấu tạo bởi các gói bảo vệ lỗi và được phân định bởi các byte đồng bộ MPEG2 chưa được chuyển đổi hoặc là đã
được chuyển đổi ( bảo vệ 204 byte). Bộ xen kẽ được cấu tạo bởi I=12 nhánh, được kết nối vòng tròn với dòng byte đầu vào bởi chuyển mạch đầu vào. Mỗi nhánh j sẽ là một thanh ghi dịch vào trước ra trước (FIFO), với độ dài của các tế bào Mj =17=N/I, N=204. Các tế bào của FIFO chứa 1 byte, các chuyển mạch đầu vào và đầu ra sẽ được đồng bộ hoá. Đối với các mục
đích đồng bộ, các byte đồng bộ hoá sẽ được định tuyến trong nhánh “0” của bộ xen kẽ (tương ứng với trễ 0)
Chú ý 2: Bộ giải xen kẽ cũng có nguyên lí làm việc giống như bộ xen kẽ và các chỉ số nhánh sẽ bị đảo ngược (ví dụ , j=0 tương ứng với trễ lớn nhất).
Việc đồng bộ hoá của bộ giải xen kẽ có thể được thực hiện bởi việc định tuyến byte đồng bộ hoá đầu tiên được nhận ra trong nhánh “0”
______________________________________________________________________
Học viên : Đỗ Thị Thanh Nga Lớp CaohocDTVT2003 45 Xen kẽ bít
Đầu vào bao gồm 2 chuỗi bít được tách kênh thành v các chuỗi con, với v=2 đối với QPSK, v=4 đối với 16-QAM, v=6 đối với 64-QAM. Trong chế
độ không phân tầng, dòng dữ liệu đầu vào đơn được tách kênh thành các chuỗi con. Trong chế độ phân tầng, dòng dữ liệu với độ ưu tiên cao được tách kênh thành 2 chuỗi con và chuỗi có độ ưu tiên thấp được tách thành 2 chuỗi con. Nó áp dụng cho các chế độ QAM không thay đổi hoặc thay đổi.
Việc tách kênh được coi như là việc chuyển các bít đầu vào, xdi trên các bít
®Çu ra be,do
Đối với chế độ không phân tầng:
Đối với chế độ phân tầng:
Trong đó
: đầu vào bộ tách kênh ở chế độ không phân tầng : đầu vào có độ ưu tiên cao của bộ tách kênh
: đầu vào có độ ưu tiên thấp của bộ ghép kênh ở chế độ phân tầng : số bít đầu vào
: đầu ra của bộ tách kênh
: số dòng bít bị tách kênh (0< e < v)
: số bít của dòng dữ liệu đã cho ở đầu ra của bộ tách kênh : phép toán lấy phần nguyên
: phép toán chia lấy phần nguyên
Kết quả của bộ ghép kênh tạo ra sự chuyển đổi sau:
Truyền dẫn không phân tầng 16-QAM:
TruyÒn dÉn ph©n tÇng 16 – QAM:
______________________________________________________________________
Học viên : Đỗ Thị Thanh Nga Lớp CaohocDTVT2003 46
Truyền dẫn không phân tầng 64 – QAM
TruyÒn dÉn ph©n tÇng 64 – QAM
Mỗi dòng dữ liệu con từ bộ tách kênh được xử lí bằng bộ xen kẽ bít riêng biệt. Có tới 6 bộ xen kẽ phụ thuộc vào giá trị v, nhãn hiệu từ I0 đến I5. I0 và I1 được sử dụng cho QPSK, I0 đến I3 cho 16 – QAM và I0 đến I5 cho 64 – QAM. Việc xen kẽ bít chỉ được thực hiện trên các dữ liệu hữu ích. Kích cỡ của một khối là giống nhau cho mỗi bộ xen kẽ, nhưng chuỗi xen kẽ khác nhau trong từng trường hợp.
Kích cỡ của khối xen kẽ là 126 bít. Quá trình xen kẽ khối được lặp lại chính xác 12 lần cho mỗi ký hiệu OFDM của dữ liệu hữu ích trong chế độ 2K và 48 lần cho mỗi ký hiệu ở trong chế độ 8K. Xem số lần lặp lại đối với chế độ 4K và việc sử dụng bộ xen kẽ có độ sâu, xem mục F.4.3.4.1.
Đối với mỗi bộ xen kẽ bít, véc tơ bít đầu vào được định nghĩa như sau:
______________________________________________________________________
Học viên : Đỗ Thị Thanh Nga Lớp CaohocDTVT2003 47 trong đó e từ 0 đến v-1
Véc tơ đầu ra đã được xen kẽ:
được định nghĩa bởi:
trong đó
chức năng hoán vị khác nhau đối với từng bộ xen kẽ được định nghĩa cho mỗi bộ xen kẽ như sau:
Các đầu ra của các bộ xen kẽ v bít được nhóm lại để tạo ra các ký hiệu dữ
liệu số, mã mỗi ký hiệu của v bít sẽ bao gồm chính xác 1 bít từ một trong số các bộ xen kẽ v bít. Vì vậy, đầu ra từ bộ xen kẽ bít là từ av bít từ mã y' có
đầu ra I0 như là bit có trọng số lớn nhất của nó , ví dụ:
Xen kẽ ký hiệu
Mục đích của bộ xen kẽ ký hiệu là để chuyển các từ mã v bits trên các sóng mang hoạt động ở chế độ 1512 (chế độ 2 K) hoặc 6048 (chế độ 8K)
đối với mỗi ký hiệu OFDM. Bộ xen kẽ ký hiệu hoạt động trên các khối của các biểu tượng dữ liệu 1512 (chế độ 2 K) hoặc 6048 (chế độ 8K). Vì vậy trong chế độ 2 K, 12 nhóm của 126 từ dữ liệu từ bộ xen kẽ bít sẽ được đọc tuần tự vào véc tơ :
Tương tự đối với chế độ 8K, một véc tơ được kết hợp từ 48 nhóm của 126 từ dữ liệu.
Véc tơ đã được xen kẽ :
được định nghĩa bởi:
______________________________________________________________________
Học viên : Đỗ Thị Thanh Nga Lớp CaohocDTVT2003 48 với Nmax=1512 ở chế độ 2k và Nmax=6048 ở chế độ 8K
Chỉ số ký hiệu, định nghĩa vị trí của ký hiệu OFDM hiện thời trong khung OFDM. H(q) là chức năng hoán vị được định nghĩa như sau:
Một từ mã nhị phân với (Nr-1) bít được định nghĩa với với Mmax=2048 đối với chế độ 2 K và Mmax=8192 ở chế độ 8K. lấy các giá trị sau:
Véc tơ Ri được lấy từ véc tơ R’i bằng việc giao hoán các bít được đưa ra trong bảng 1.12 và 1.13.
Bảng 1.12
Bảng 1.13
Chức năng giao hoán H(q) được định nghĩa bởi thuật toán sau:
Sơ đồ khối của thuật toán được sử dụng để tạo ra chức năng hoán vị được thể hiện trong hình 1.29 đối với chế độ 2K và trong hình 1.30 đối với chế
độ 8K
______________________________________________________________________
Học viên : Đỗ Thị Thanh Nga Lớp CaohocDTVT2003 49
Hình 1.29:Sơ đồ khối chức năng hoán vị trong chế độ 2K
Hình 1.30:Sơ đồ khối chức năng hoán vị trong chế độ 8K
Theo cách tương tự đối với y’, y được cấu tạo từ v bít :
Trong đó q’ là số lượng ký hiệu tại đầu ra của bộ xen kẽ ký hiệu. Những giá
trị này của y được sử dụng để chuyển đổi dữ liệu thành chòm tín hiệu.
Các chòm tín hiệu và chuyển đổi tín hiệu
Hệ thống sử dụng hệ thống truyền dẫn ghép kênh phân chia theo tần số trực giao. Tất cả sóng mang dữ liệu trong một khung OFDM được điều chế sử dụng chòm QPSK, 16-QAM, 64-QAM, 16-QAM không đồng nhất, 64- QAM không đồng nhất. Các chòm và chi tiết của chuyển đổi Gray được áp dụng cho chúng. Các tỉ lệ chính xác của các chòm phụ thuộc vào một thông số ( nó lấy 3 giá trị 1,2 hoặc 4 ). α là khoảng cách nhỏ nhất giữa 2 điểm riêng biệt trên chòm mang các giá trị bít HP khác nhau được chia bởi khoảng cách nhỏ nhất chia rẽ bất kì 2 điểm nào trên chòm. Truyền dẫn
______________________________________________________________________
Học viên : Đỗ Thị Thanh Nga Lớp CaohocDTVT2003 50 không phân tầng sử dụng một chòm thống nhất như trong trường hợp α=1.
Các giá trị chính xác của các điểm trên chòm là z ∈ { n + jm} với các giá
trị n, m được cho bởi các chòm khác nhau dưới đây:
Truyền dẫn không phân tầng:
Dòng dữ liệu ở đầu ra của bộ xen kẽ mã trong bao gồm các từ mã v bít.
Những từ mã này được chuyển thành số phức tạp Z
TruyÒn dÉn ph©n tÇng:
Trong trường hợp truyền dẫn phân tầng, các dòng dữ liệu được định dạng và những sự chuyển đổi này được áp dụng một cách thích hợp.
§èi Víi truyÒn dÉn ph©n tÇn 16-QAM:
Các bít có mức độ ưu tiên cao là các bít y0, q’ và y1,q’ của các từ mã đầu ra của bộ xen kẽ mã trong. Các bít có mức độ ưu tiên thấp là các bít y2, q’
và y3,q’ của các từ mã đầu ra của bộ xen kẽ mã trong.Ví dụ điểm cao nhất bên trái chòm, tương ứng với 1 000 đại diện cho y0, q’=1,q’=y2, q’=y3, q’=0. Nếu như chòm này được giải mã như trong trường hợp QPSK, các bít có mức độ ưu tiên cao, y0, q’, y1, q’ sẽ giảm đi. Để giải mã các bit có mức
độ ưu tiên thấp , toàn bộ chòm sẽ được kiểm tra và các bít thích hợp (y2,q’,y3,q’) được lấy từ yo,q’,y1,q’,y2,q’,y3,q’.
______________________________________________________________________
Học viên : Đỗ Thị Thanh Nga Lớp CaohocDTVT2003 51
§èi Víi truyÒn dÉn ph©n tÇn 64-QAM:
Các bít có mức độ ưu tiên cao là các bít y0, q’ và y1,q’ của các từ mã đầu ra của bộ xen kẽ mã trong. Các bít có mức độ ưu tiên thấp là các bít y2, q’
và y3,q’ của các từ mã đầu ra của bộ xen kẽ mã trong. Nếu như chòm này
được giải mã như trong trường hợp QPSK, các bít có mức độ ưu tiên cao, y0, q’, y1, q’ sẽ giảm đi . Để giải mã các bit có mức độ ưu tiên thấp , toàn bộ chòm sẽ được kiểm tra và các bít thích hợp (y2,q’,y3,q’,y4,q’,y5,q’) được lÊy tõ yo,q’,y1,q’,y2,q’,y3,q’,y4,q’,y5,q’.