CHƯƠNG IV: TRUYỀN HÌNH CÁP VÔ TUYẾN, VIBA
3) Hệ thống truyền hình số mặt đất DVB – T
Có hiệu quả sử dụng tần số cao hơn và chất lượng hơn so với phát sóng tương tự hiện đại.
Trên dải tần của một kênh truyền hình có thể phát một kênh chương trìnhđộ phân giải cao hoặc nhiều chương trình truyền hình cóđộphân giải thấp hơn.
Hình 14: Khái quát cấu trúc hệ thống DVB-T.
Quá trình phát sóng truyền hình sốmặt đất bao gồm những phần sau:
Biến đổi video và audio thành các dữliệu số.
Mã hóa nguồn dữ liệu thực hiện nén số ở các tỉ số nén khác nhau. Việc nén thực hiện bằng bộ mã hóa MPEG–2. Gói và đa hợp video, audio và các dữ liệu phụ vào một dòng dữ liệu,ở đây là dòng truyền tải MPEG–2.
Điều chế tín hiệu phát sóng bằng dòng dữ liệu. Quá trình này bao gồm cả mã hóa truyền dẫn, mã hóa kênh và các kỹthuật hạthấp xác xuất lỗi.
Quá trình truyền dẫn: Trung tâm phát sóng video bao gồm hệthống nén, nó cung cấp video và audio chất lượng cao cho bằng cách chỉ sử dụng một bộ phận nhỏ độ rộng băng tần mạngtối thiểu khả năng hóa lưu trữ truyền dẫn và phát sóng thông tin. Hệ thống nén tín hiệu gồm: bộmã hóa sốvà bộghép kênh. Chúng chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số sau đó nén và xáo trộn thành một dòng audio và video và các dữ liệu khác thành dạng số nén. Mã hóa sốcho phép truyền dẫn, phát nhiều chương trình video/audio chất lượng cao cùng độ rộng băng tần như kênh phát sóng tương tự. Sau đó tín hiệu được mã hóa và nén thành một dòng tín hiệu MPEG–2, sẽ đưa đến bộ ghép kênh. Cuối cùng được nén và đưa lên kênh truyền.
3.2) Nén và mã hóa
Trung tâm của 1 mạng phát sóng video bao gồm hệthống nén, nó cung cấp chương trình video và audio chất lượng cao cho người xem bằng cách chỉ sử dụng 1 phần nhỏ độ rộng băng tần mạng. Mục đích chính của nén là tối thiểu hóa khả năng lưu trữ và truyền
RX Phát sóng
Studio số
Mã hóa nguồn
Mã hóa truyền dẫn (kênh) Đa hợp / Sửa lỗi
Điều chế
Giải điều chế
Giải mã truyền dẫn (kênh) Đa hợp / Sửa lỗi
Giải mã nguồn
Máy thu hình D/A
Thu TX
SVTH: HUỲNH MINH HẢI 3434 dẫn và phát sóng thông tin (ghép nhiều tín hiệu chương trình truyền hình vào 1 dòng truyền). Hệthống nén tín hiệu bao gồm các bộmã hóa sốvà các bộghép kênh. Các bộmã hóa số có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang dạng số, nén và xáo trộn thành 1 dòng audio, video và dữ liệu khác dưới dạng sốnén. Mã hóa sốcho phép truyền dẫn, phát sóng nhiều chương trình video/ audio chất lượng cao qua cùng độrộng băng tần như kênh phát sóng tương tự(vd: 8MhzởViệt Nam).
Tín hiệu đãđược mã hóa và nén thành 1 dòng tín hiệu MPEG-2 (Moving Picture Epert Group – chuẩn nén tín hiệu video/ audio của châu Âu, sử dụng cho Việt Nam) sẽ đưa đến bộ ghép kênh, nhóm chuyên gia MPEG-2 đãđịnh nghĩa 1 tập các tiêu chuẩn nén các dạng file bao gồm hệ thống đồ họa video MPEG-2. Tiêu chuẩn nén tín hiệu số MPEG-2 được chấp nhậnở 190 nước và là tiêu chuẩn nén video số.
3.3)Điều chế sóng mang tín hiệu số
Tín hiệu số là dòng xung vuông biểu hiện giá trị bit “0” và “1”. Để tăng hiệu suất của điều chế, nhiều bit được ghép chung cới nhau trong một symbol. Số lượng bit trong mỗi symbol phụthuộc vàođặc tính kênh truyền dẫn.
Theo lý thuyết phổ tần số của tín hiệu số là vô hạn, tức là cần có 1 dải tần số vô hạn, tức là cần có 1 dải tần sốvô hạn cho việc truyền các tín hiệu số. Muốn có 1 tần sốvô hạn thực chất không thể làm được và dù có thể làm được thiết bịcó tần sốvô hạn thì cũng rất tốn kém và không cần thiết. Chính vì thế người ta hạn chế phổ tần truyền sóng cần phải lọc các tín hiệu 1 cách hợp lý. Tuy nhiên việc làm này sẽ làm tăng vô hạn đáp tuyến tần thời gian của chúng gây nhiễu giữa các symbol.
Đểkhắc phục tình trạng này, quá trình lọc được thực hiện theo tiêu chuẩn Nyquist.
Trong đó đáp tuyến thời gian cắt trục 0 tại các thời điểm mà chúng là bội số của chu kì symbol T. Quá trình lọc này được đặc trưng bởi hệsốsuy giảm (roll-off factor).
Đểtối ưu việc sử dụng dải tần và tỷsốtín hiệu trên nhiễu SNR, quá trình lọc được chia đều giữa mỏy phỏt và mỏy thu, mỗi phần gồm 1 bộlọc ẵ Nyquist.
Đáp tuyến tần sốcủa quá trình lọc Nyquist (cho tốc độ symbol 1/T) ứng với hệsố
$ = 0,2; 0,35; 0,5
Đáp tuyến thời gian tương ứng mang giá trị0 tại các thời điểm là bội sốcủa chu kì symbol. Để giảm sự can nhiễu giữa các symbol xuống tối thiểu, tín hiệu sẽphải được lấy mẫu tại các thời điểm này nhằm tăng độchính xác và hạn chếsự suy giảm.
3.4)Các phương thức điều chế và truyền dẫn tương ứng
Phương thức điều chế QPSK và QAM:
Trong trường hợp thông thường sóng mang được điều chế trực tiếp theo dòng bit mang thông tin, cụ thể là điều biên ASK (Amplitude Shift Keying) hay điều tần FSK (Frequency Shift Keying). Hai dạng thông thường này có dạng hiệu suất phổtần thấp nên không thích hợp với việc truyền dẫn bit với tốc độ cao trên các dòng kênh với độ rộng băng thông hạn chế.
Để tăng hiệu suất phổ tần người ta sử dụng phương thức điều chế QAM (quadratude amplitude modulator). Theo phương thức này sóng mang được điều chế cả biên độ và pha, còn đối với loại điều chế QPSK (quadratude phase shift keying) được coi như trường hợp riêng của điều chế QAM mà trong đó sự thay đổi sóng mang là bằng 0.
Phương thức điều chế QAM được sử dụng truyền 2 tín hiệu màu khác nhau trên cùng 1 sóng mang phục trong hệNTSC.
Người ta có thể thực hiện được điều chế QAM theo nhiều loại khác nhau được minh họa theo bảng sau:
Bảng 2: Một số mode điều chếQAM
STT Loại điều chế Sốbit (I/Q) Sốbit/ mẫu Sốtrạng thái
1 4 QAM (QPSK) 1 2 4
2 16 QAM 2 4 16
3 64 QAM 3 6 64
4 256 QAM 4 8 256
Nhiều nghiên cứu lý thuyết và thửnghiệm thực tế đã thực hiện nhằm xác định các mode điều chếthích hợp với phương thức truyền dẫn.
Tỷlệ BER trong điều chếlý tưởng dối với các mode điều chế4-QAM (QPSK) đến 64-QAM là 1 hàm của tỷlệ tín hiệu nhiễu trên SNR. Có thểthấy rằng, đối với 1 tỷlệ bit BER cho trước, điều chếQPSK có lợi hơn 64-QAM đến trên 12dB.
Dễnhận thấy ngay, với các tỷsốtín hiệu trên nhiễu SNR đạt được vềphí thu thấp, không chịu các hạn chế ngặt nghèo về dải tần, điều chế 64-QAM tỏ ra phù hợp đối với truyền hình qua vệtinh.
Trong trường hợp qua truyền hình cáp tỷ số SNR cao hơn nhiều và điều chế 64- QAM với 6 bit/symbol, có hiệu suất phổ tần cao hơn gấp 3 lần QPSK (thậm chí điều chế 256-QAM với 8 bit/symbol) có thể được sử dụng. Một mạch cân bằng sóng phản xạ tại đầu thu cho phép phục hồi “chòm sao” gần như hoàn hảo, loại trừ bị ảnh hưởng của song phản xạtrong thu tín hiệu của truyền hình cáp.
SVTH: HUỲNH MINH HẢI 3636 Bảng 3: Đặc điểm của truyền hình sốDVB
Thông số Vệtinh Cáp
Độrộng kênh 26–54 MHz 8 Mhz
Loại điều chế 4-QAM 64, 32 hay 16-QAM
Hệsốsuy giảm 0.35 0.15
Điều chế OFDM (Othogonal Frequency Division Multiplexing):
Nguyên lý hoạt động của OFDM là phân chia 1 dòng bit tốc độ cao cho 1 số lớn sóng mang trực giao, mỗi sóng mang 1 tốc độ bit thấp, được điều chế QAM (4; 16; 64- QAM tùy thuộc vào tốc độ bit và chất lượng tín hiệu thu). Ưu điểm chính của điều chế OFDM là khắc phục được sự không đồng đều đáp tuyến tần số của kênh trên mặt đất.
Ngoài ra, nhờ đưa vào khoảng bảo vệ A trước mỗi chu kì symbol TS, nó còn khắc phục được hiện tượng truyền lan nhiều đường (multipath) do các chướng ngại (cây cối, tòa nhà) gây ra sóng phản xạ tới anten ngoài tín hiệu chính (với điều kiện thời gian phản xạ nhỏ hơn A).
Để tránh can nhiễu giữa các symbol, các sóng mang kế tiếp nhau sẽ cách nhau 1 khoảng 1/T s, do vậy sẽtrực giao nhau.
Tại tần số trung tâm của 1 sóng định trước, phổ của các sóng mang xung quanh đều đi qua trục số0.
Nguyên lý điều chế này đã được sử dụng trước đó cho hệ thống radio châu Âu (DAB – Digital Audio Broadcast) với điều chế 2K OFDM. Nó cũng tỏ ra thích hợp với phủsóng truyền hình sốmặt đất, khi mà điều kiện truyền sóng phức tạp nhất và dễgây sai nhầm, khiến tín hiệu thu được tại đầu thu thường không ổn định và phải chịu tác động của các sóng phản xạrất mạnh.
Trong thực tế, việc thu tín hiệu truyền hình mặt đất tại các đô thị nhiều nhà cao tầng, các địa hình có nhiều núi cao bao bọc đã cho thấy điều kiện trực giao giữa các sóng mang thường không được đảm bảo triệt để, các tín hiệu đến từ nhiều đường gián tiếp dẫn đến can nhiễu giữa các symbol. Đểkhắc phục vấn đề này, người ta bổxung 1 khoảng bảo vệ A trước chu kì Ts nhằm đạt được 1 chu kì symbol mới Ts = A+Ts. Thường khoảng bảo vệnày bằng hay nhỏ hơn TS/4.
QPSK:
QPSK là kĩ thuật điều chế có khả năng chống nhiễu điện từ trường tốt hơn QAM thường được sử dụng trong môi trường vệtinh hoặc kênh phản hồi, của mạng truyền hình cáp, QPSK làm việc dựa trên nguyên lí dịch tín hiệu số để không có pha trong tín hiệu ra.
QPSK làm tăng độ mạnh của mạng. Tuy nhiên sơ đồ QPSK có thể truyền dữ liệu tải 10Mbit/s.
COFDM:
Hoạt động cực kì tốt trong các vùng nhiều nhà cửa xây dựng. COFDM khác QAM, nó sử dụng đa tải để truyền thông tin tức từ 1 nút đến các nút khác trong mạng. Hiện nay COFDM có thể dùng được 2 mode tín hiệu tải: mode 2K và 8K. Phát sóng số trên mặt đất.
3.5)Ưu và khuyết điểm
Ưu điểm:
Cho hìnhảnh không bóng ma, không hạt, không nhiễu. Hình ảnh tái tạoở tivi gần như đạt mức tương đương chất lượng tại đài phát miễn là trong vù phủ sóng. Với chuẩn nén MPEG–2, hìnhảnh phát bằng sóng DVB–T chất lượng hìnhảnh rất cao.
ỞDVB-T cố thu xem chương trình bằng sóng phản xạhìnhảnh vẫn đạt được chất lượng hìnhảnh caoDVB-T sẽhạn chết tối đa vùng tối.
DVB–T cho phép phát nhiều chương trình trên một máy phát sóng và trên một tần số trước đây dùng trên một kênh truyền hình analog (hiện nay VTC phát 9 chương trình/máy phát)làm giảm chi phí phát sóng, đài truyền từng kênh, không cần nhiều máy phát. Phát được nhiều kênh trên một tần sốtiết kiệm quỹtần số dùng cho mặt đất hiện nay hầu như cạn kiệt.
Nhược điểm:
Ảnh hưởng tới thời tiết, địa hình và môi trường truyền sóng, …
Ở DVB-T nhiễu không thể hiện trên màn hình như ở analog nhưng có thể làm giảm chất lượng tín hiệu, làmảnh hưởng tới việc thu sóng.