Hệ thống truyền hình số mặt đất

ín hiệu như là một điểm tín hiệu. I.2.2.3.3 QAM nhiều trạng thái QAM cho phép sắp xếp ngẫu nhiên các điểm tín hiệu cũng như dễ dàng thực hiện điều chế và giải điều chế tín hiệu nhờ tính chất cầu phương của các tín hiệu. Ngoài ra, cách sắp xếp thường được sử dụng khi thuộc tính C/N đòi hỏi khá cao. Hình 2.7b cho thấy một cách sắp xếp các điểm tín hiệu đối với 16 mức. Ta thường gọi cách sắp xếp này là 16QAM. QAM nhiều trạng thái có thể được tạo thành bởi hai tín hiệu có biên độ trực giao có n mức, vì vậy có 2n điểm tín hiệu. Khi n=2 thì QAM giống hệt cách sắp xếp tín hiệu của 4PSK. Khi n= 4 thì điều chế là 16-QAM, khi n = 8 hoặc 16 thì điều chế tương ứng là 64-QAM hoặc 256-QAM. Tiêu chí thiết kế chòm sao của QAM là: Khoảng cách tối thiểu giữa các trạng thái càng lớn càng tốt. Sự khác biệt về pha tối thiểu giữa các trạng thái càng lớn càng tốt. QAM hiệu quả hơn PSK tuy nhiên nó không thể thay thế hoàn toàn cho PSK, vì PSK dùng bộ khuyếch đại công suất lớn mà không làm méo tín hiệu còn QAM khi khuyếch đại công suất lớn tín hiệu sẽ bị méo. Do đó QAM dùng để truyền dữ liệu ở cự li gần còn PSK dùng để truyền tín hiệu ở cự li xa. Các mức Các mức Hình I.2.14: Biểu đồ không gian tín hiệu QAM nhiều trạng thái I.2.3 Kĩ thuật ghép đa tần trực giao OFDM I.2.3.1 Nguyên lí OFDM COFDM là một phương thức ghép đa kênh đa sóng mang trực giao trong đó vẫn sử dụng các hình thức điều chế số cơ sở tại mỗi sóng mang. Do đó ta có thể gọi là phương thức điều chế COFDM. Phương thức này rất phù hợp cho những yêu cầu của truyền hình mặt đất. COFDM phù hợp với điều kiện truyền sóng nhiều đường, thậm chí cả khi có độ trễ lớn giữa các tín hiệu thu được. Chính điều này đã dẫn đến khái niệm mạng đơn tần (SFN), nơi có nhiều máy phát cùng gửi đi tín hiệu giống nhau trên cùng một tần số, mà thực ra đây chính là hiệu ứng “ nhiều đường nhân tạo”. COFDM cũng giải quyết được vấn đề nhiễu đồng kênh dải hẹp. Đây là hiện tượng thường thấy trong các dịch vụ tương tự do các sóng mang gây ra. Chính nhờ các ưu điểm trên mà COFDM đã được chọn cho hai tiêu chuẩn phát sóng là DVB-T và DAB, và tuỳ theo từng ứng dụng của từng loại mà có những lựa chọn cũng như các yêu cầu khác nhau. Tuy nhiên ưu thế đặc biệt của COFDM về hiện tượng nhiều đường và nhiễu chỉ đạt được khi có sự lựa chọn tham số cẩn thận và quan tâm đến cách thức sử dụng mã sửa lỗi. Ý tưởng đầu tiên của COFDM xuất phát từ khi xem xet sự suy yếu xảy ra trong phát sóng các kênh mặt đất. Đáp ứng của kênh không tương đồng với từng dải tần nhỏ do có nhiều tín hiệu nhận được ( tín hiệu chính + tín hiệu echo), nghĩa là sẽ không còn năng lượng để thu hoặc sẽ thu được nhiều hơn một tín hiệu. Để giải quyết vấn đề này thì cơ chế đầu tiên là phải phân tách luồng dữ liệu để truyền tải trên một số lượng lớn các dải tần số nhỏ cách biệt nhau, nghĩa là điều chế dữ liệu lên một số lượng lớn các sóng mang dựa trên kĩ thuật FDM. Và để có thể xây dựng lại được những dữ liệu bị mất ở bên thu thì cần phải mã hoá dữ liệu trước khi phát. Do có một số đặc điểm chủ chốt sau đây đã giúp cho COFDM rất phù hợp với các kênh mặt đất, đó là: ● Các sóng mang trực giao – orthogonality (COFDM). ● Chèn thêm các khoảng bảo vệ - guard interval. ● Sử dụng mã sửa lỗi (COFDM), xen bit- symbol và thông tin trạng thái kênh. I.2.3.2 Số lượng sóng mang Giả thiết rằng chúng ta điều chế các thông tin số cho một sóng mang. Trong mỗi symbol, chúng ta truyền sóng mang với biên độ và pha xác định. Biên độ và pha này lựa chọn theo chòm sao điều chế. Mỗi symbol vận chuyển một lượng bit thông tin nhất định, lượng bít này bằng với loga (cơ số hai) của số trạng thái khác nhau trong chòm sao: m = log2n m: là số lượng bít thông tin trong một symbol. n: là số mức trạng thái. Bây giờ thử tưởng tượng là có hai tín hiệu nhận được với một độ trễ tương đối giữa chúng. Giả sử ta xem xét symbol thứ n được phát đi, thì máy thu sẽ cố gắng giải điều chế dữ liệu bằng cách kiểm tra tất cả các thông tin nhận được liên quan đến symbol thứ n kế cả thông tin thu được trực tiếp lẫn thông tin thu được do trễ. Khi khoảng trễ lớn hơn một chu kỳ symbol ( hình 2.9a), thì tín hiệu thu được từ đường thứ hai chỉ thuần tuý là nhiễu vì nó mang thông tin thuộc về các symbol trước đó. Còn nhiễu giữa các symbol (ISI) ngụ ý rằng chỉ có một chút tín hiệu trễ ảnh hưởng vào chu kỳ symbol mong muốn ( mức độ chính xác phụ thuộc vào chòm sao sử dụng điều chế và mức suy hao có thể chấp nhận được). Khi khoảng trễ nhỏ hơn một chu kỳ symbol ( hình 2.9b) thì chỉ một phần tín hiệu thu được từ đường thứ hai được xem là nhiễu vì nó mang thông tin của symbol trước đó. Phần còn lại sẽ mang thông tin của chính symbol mong muốn. Tuy nhiên sự đóng ghóp của nó cũng có thể có ích hoặc có thể mang tính tiêu cực đối với thông tin từ đường thu chính thức. Hình I.2.15a:Trễ lớn hơn một chu kỳ symbol Hình I.2.15b: Trễ nhỏ hơn một chu kỳ symbol Đường thu chính Đường thu bị trễ Thời gian n-1 n n +1 n-1 n n +1 n-5 n-1 n n - 4 Điều này cho chúng ta thấy rằng, nếu ta muốn giải quyết với tất cả các mức tín hiệu trễ khác nhau thì tốc độ symbol phải được giảm xuống sao cho tổng khoảng trễ (giữa tín hiệu thu được đầu tiên với tín hiệu thu được cuối cùng) cũng chỉ là một phần khiêm tốn của chu kỳ symbol. Khi đó thông tin mà một sóng mang đơn vận chuyển sẽ bị giới hạn khi có hiệu ứng nhiều đường. Vậy thì nếu một sóng mang không thể vận chuyển được tốc độ thông tin theo yêu cầu thì tất nhiên sẽ dẫn đến ý tưởng chia dòng dữ liệu tốc độ cao thành rất nhiều dòng song song với tốc độ thấp hơn, mỗi dòng được vận chuyển bởi một sóng mang, nghĩa là sẽ có rất nhiều sóng mang. Đây chính là một dạng của FDM bước đầu tiến đến COFDM. Mặc dù vậy thì có thể tồn tại ISI với các symbol trước đó. Để khử hoàn toàn thì phải kéo dài khoảng truyền của một symbol sao cho nó lớn hơn khoảng tổng hợp tín hiệu mà máy thu thu được. Vậy thì việc chèn thêm khoảng bảo vệ là một ý tưởng tốt. I.2.3.3 Đặc tính trực giao và việc sử dụng DFT/FFT. I.2.3.3.1 Trực giao Việc sử dụng một số lượng lớn các sóng mang có vẻ không có triển vọng trong thực tế do cần phải có rất nhiều bộ điều chế, giải điều chế và bộ lọc đi kèm theo. Ngoài ra cũng cần một dải thông lớn hơn để chứa các sóng mang này.Cả hai vấn đề trên được giải quyết bằng cách thức sau: Các sóng mang được đặt đều đặn cách nhau một khoảng fU = 1/TU, với TU là khoảng symbol hữu ích. Các sóng mang này phải đặt trực giao với nhau. Về mặt toán học, việc trực giao sẽ như sau: sóng mang thứ k được biểu diễn dươi dạng: với wu =2p/TU, điều kiện trực giao sóng phải thoả mãn là : Về ý nghĩa vật lý: Khi giải điều chế tín hiệu cao tần này bộ giải điều chế không nhìn thấy các tín hiệu cao tần kia, kết quả là không bị các tín hiệu cao tần khác gây nhiễu. Về phương diện phổ: Điểm phổ có năng lượng cao nhất rơi vào điểm bằng không của sóng mang kia. Hơn thế nữa chúng ta không bị lãng phí về mặt phổ. Các sóng mang được đặt rất gần nhau vì thế tổng cộng dải phổ cũng chỉ như ở điều chế sóng mang đơn nếu chúng được điều chế với tất cả dữ liệu và sử dụng bộ lọc cắt lý tưởng. I.2.3.3.2 Củng cố tính trực giao bằng khoảng bảo vệ Thực tế, sóng mang được điều chế nhờ các số phức. Nếu khoảng tổ hợp thu được trải dài theo hai symbol thì không chỉ có nhiễu của cùng sóng mang (ISI) mà còn cả nhiễu xuyên sóng mang (ICI). Để tránh điều này chúng ta chèn thêm khoảng bảo vệ để giúp đảm bảo các thông tin tổng hợp là đến từ cùng một symbol và xuất hiện cố định. Mỗi khoảng symbol được kéo dài thêm vì thế nó sẽ vượt quá khoảng tổ hợp của máy thu TU. Vì tất cả các sóng mang đều tuần hoàn trong TU nên toàn bộ tín hiệu điều chế cũng vậy. Vì thế đoạn thêm vào tại phần đầu của symbol để tạo nên khoảng bảo vệ sẽ có cùng độ dài giống với đoạn thêm vào tại cuối symbol. Miễn là trễ không vượt quá đoạn bảo vệ, tất cả thành phần tín hiệu trong khoảng tổ hợp sẽ đến từ cùng một symbol và tiêu chuẩn trực giao được thoả mãn. ICI và ISI chỉ xảy ra khi trễ vượt quá khoảng bảo vệ. Đường truyền trễ Đường truyền chính n-1 n n + 1 n-1 n Thời gian Khoảng bảo vệ chèn vào đầu và cuối symbol Hình I.2.16: Chèn thêm khoảng bảo vệ Độ dài khoảng bảo vệ được lựa chọn sao cho phù hợp với mức biên độ hiện tượng nhiều đường. DVB-T có nhiều lựa chọn nhưng khoảng bảo vệ tối đa không vượt qua TU /4. Còn nhiều yếu tố khác gây ra sự suy giảm tính trực giao và do đó sẽ gây ra ICI. Chúng có thể là các lỗi xảy ra trong bộ tạo dao động nội hoặc trong việc lấy mẫu tần số của máy thu hay các nhiễu pha (phase-noise) ở trong bộ tạo dao động nội. Tuy nhiên trên thực tế những ảnh hưởng này có thể giữ ở mức giới hạn có thể chấp nhận được. I.2.3.3.3 Sử dụng FFT Chúng ta đã tránh được việc dùng hàng ngàn bộ lọc nhờ tính trực giao.Còn việc giải điều chế các sóng mang, các bộ ghép kênh và các bộ tổ hợp sẽ được dựa trên biến đổi Fuorier nhanh (FFT). Thực tế, chúng ta làm việc với tín hiệu thu được dưới dạng lấy mẫu (theo định lý Nyquyst).Quá trình tổ hợp trở thành quá trình tổng kết, toàn bộ quá trình giải điều chế dựa trên dạng biến đổi Furier rời rạc (DFT). Hiện nay việc thực hiện biến đổi Furier nhanh được thực hiện bằng mạch tổ hợp có sẵn. • Định lý lấy mẫu: Nếu muốn khôi phụ tín hiệu tương tự từ tín hiệu lấy mẫu một cách trung thành thì tần số lấy mẫu phải lớn hơn hoặc bằng hai lần bề rộng phổ của tín hiệu. FS ³ 2.Fa. Nếu FS = 2.Fa thì gọi là tần số Nyquyst FSNy. •Chuyển đổi Fourier nhanh (FFT) Biến đổi Fourier của một tín hiệu rời rạc x(n) được định nghĩa như sau: X(e jw) =å x(n)e -jwn n: -¥ ® +¥ Như vậy biến đổi Fourier đã chuyển việc biểu diễn tín hiệu x(n) trong miền biến số độc lập n thành việc biểu diễn tín hiệu X(e jw) trong miền tần số w ( f = 2p /w). I.2.3.4 Tổ chức kênh trong OFDM I.2.3.4.1 Phân chia kênh Các đặc tính của kênh truyền dẫn không cố dịnh trong miền thời gian nhưng trong một khoảng thời gian ngắn thì thường là ổn định.COFDM thực hiện việc phân chia kênh truyền dẫn theo cả miền thời gian và miền tần số. Tổ chức kênh RF thành các dải tần con hẹp và tập các đoạn thời gian liên tiếp nhau. • Phân kênh theo miền tần số: Toàn bộ băng tần sẽ được chia ra thành các dải tần hẹp. Mỗi kênh chiếm một băng tần con. • Phân kênh theo miền thời gian: Là quá trình ghép xen kẽ các mẫu tín hiệu của các kênh khác nhau sao cho có thể truyền nối tiếp trên đường truyền. Phân chia kênh theo cả miền thời gian và tần số có dạng như hình vẽ thời gian tần số dải thông kênh dải tần con đoạn thời gian Hình I.2.17: Phân chia kênh I.2.3.4.2 Chèn sóng mang phụ Trong mỗi đoạn thời gian tương ứng với một symbol OFDM, mỗi dải tần phụ được trang bị một sóng mang phụ. Để tránh nhiễu giữa các sóng mang, chúng được bố trí vuông góc với nhau, nghĩa là khoảng cách giữa các sóng mang được đặt bằng nghịch đảo của một chu kỳ symbol. Hình I.2.18: Chèn các sóng mang phụ I.2.3.4.3 Chèn khoảng bảo vệ Do các “echo” được tạo ra bởi các bản sao của tín hiệu gốc khi bị trễ nên tại phần cuối của mỗi symbol OFDM sẽ có nhiếu liên symbol với phần đầu của symbol tiếp theo. Để tránh hiện tượng này, một khoảng bảo vệ được chèn vào mỗi symbol như hình vẽ 2.12 . Khoảng thời gian bảo vệ Tg chính là thời gian thiết bị thu chờ đợi trước khi xử lí tín hiệu. Loại tín hiệu phản xạ đặc trưng của mạng đơn tần là tín hiệu tới từ một đài phát thanh lân cận nào đó, phát cùng một symbol. Tín hiệu này không thể phân biệt được với tín hiệu phản xạ truyền thống do đó nó được xử lí như mọi tín hiệu phản xạ nếu nó tới máy thu trong khoảng thời gian Tg. Khoảng thời gian bảo vệ càng lớn, khoảng cách tối đa giữa các máy phát hình càng lớn. Tuy nhiên về góc độ lý thuyết thông tin thì Tg cần phải có giá trị càng nhỏ càng tốt do Tg là khoảng thời gian không được sử dụng trong kênh truyền. Tg càng lớn sẽ càng làm giảm dung lượng kênh. Hình I.2.19: Chèn khoảng bảo vệ Trong khoảng thời gian bảo vệ này (tương ứng với một nhiễu giao thoa giữa các symbol) các máy thu sẽ bỏ qua tín hiệu thu được. Tín hiệu chính Phản xạ 2 Đồng kênh Phản xạ 1 Tín hiệu thu được Tg Twant Ts t t t t t Hình I.2.20: Dạng tín hiệu minh hoạ khi có khoảng bảo vệ I.2.3.4.4 Đồng bộ kênh Để giải điều chế tín hiệu Iột cách chính xác, các máy thu phải lấy Iẫu tín hiệu chính xác trong suốt khoảng thời gian hữu ích của symbol OFDM (bỏ qua khoảng bảo vệ chèn). Do đó, Iột cửa sổ thời gian sẽ được ấn định chính xác tại khoảng thời gian lấy Iẫu Iỗi chu kỳ symbol diễn ra. Hệ thống DVB-T sử Iụng các sóng mang “pilot”, trải đều đặn trong kênh truyền Iẫn, đóng vai trò làm các điểm đánh Iấu đồng bộ như hình 2.14. Các tính năng khác nhau này (phân chia kênh, mã hoá Iữ liệu, chèn khoảng bảo vệ, sóng mang đồng bộ) đã tạo ra các đặc tính cơ sở của phương thức điều chế COFDM.Tuy nhiên tất cả các tính năng trên đều làm giảm tốc độ hữu ích của tải thông tin. Trên thực tế hoàn toàn có thể cân bằng giữa khả năng chống lỗi với dung lượng kênh. Để các nhà phát hình có thể sử Iụng hệ thống truyền Iẫn của mình trong các điều kiện cụ thể khác nhau DVB-T đã đưa ra nhiều tham số có thể lựa chọn như: kích thước FFT (2K, 8K), tỷ lệ mã hoá (1/2, 2/3,3/4 …), khoảng bảo vệ (1/4 Ts, 1/8 Ts, 1/16 Ts …). Hình I.2.21: Các sóng mang đồng bộ I.2.3.5 Cách thức mang dữ liệu trong COFDM COFDM cho phép trải dữ liệu để truyền đi trên cả hai miền tần số và thời gian sau khi đã mã hoá để bảo vệ dữ liệu. Do có hiện tượng fading tần số giữa các dải tần cận kề nên COFDM có sử dụng việc xen tần số. Xen tần số nghĩa là các bit dữ liệu liên tiếp nhau sẽ được trải ra trên các sóng mang cách biệt nhau. Trong DVB-T việc mapping dữ liệu lên các symbol OFDM thực ra là điều chế từng sóng mang riêng rẽ và nó được tạo ra theo ba chòm sao mã hoá 4QAM, 16QAM, 64QAM. Hình I.2.22: Thực hiện mapping dữ liệu lên các symbol Q 100000 100010 101010 101000 001000 001010 000010 000000 ● ● ● ● ● ● ● ● 100001 100011 101011 101001 001001 001011 000011 000001 ● ● ● ● ● ● ● ● 100101 100111 101111 101101 001101 001111 000111 000101 ● ● ● ● ● ● ● ● 100100 100110 101110 101100 001100 001110 000110 000100 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● 110100 110110 111110 111100 011100 011110 010110 010100 ● ● ● ● ● ● ● ● 110101 110111 111111 111101 011101 011111 010111 010101 ● ● ● ● ● ● ● ● 110001 110011 111011 111001 011001 011011 010011 010001 ● ● ● ● ● ● ● ● 110000 110010 111010 111000 011000 011010 010010 010000 I 64-QAM 1000 1010 0010 0000 ● ● ● ● 1001 1011 0011 0001 ● ● ● ● ● ● ● ● 1101 1111 0111 0101 ● ● ● ● 1100 1110 0110 0100 I Q 16-QAM 00 ● ● ● ● 01 Q I QPSK Tuỳ theo hình dạng điều chế được lựa chọn, tại một chu kỳ symbol cho mỗi sóng mang sẽ có 2 bit (4QAM), 4 bit (16QAM), hay 6 bit (64QAM) được truyền đi. Mỗi dạng điều chế có một khả năng chống lỗi khác nha. Thường thì 4QAM có dung sai chịu nhiễu lớn gấp 4 đến 5 lần so với 64QAM. I.2.4 Cấu trúc khung OFDM. Khung OFDM (mẫu 2K&4K) gồm 68 symbol, thời gian truyền một khung là TF. Một siêu khung có 4 khung. Các symbol trong khung được đánh số từ 0 đến 67, mỗi symbol được truyền đi trong khoảng thời gian TS bao gồm hai phần: TU thời gian sử dụng của symbol và ∆ thời gian chèn bảo vệ. Các symbol gồm thông tin dữ liệu và thông tin tham chiếu khác. Tín hiệu OFDM mang đi trong các sóng mang điều chế riêng biệt, các symbol được đưa đến tế bào tương ứng với sóng mang mà nó được điều chế. Tại một thời điểm một sóng mang mang một symbol. Trong khung OFDM ngoài dữ liệu còn có thông tin: Pilot nhận dạng tế bào. Pilot sóng mang. Sóng mang TPS (Transmission Parameter Signalling). Các pilot dùng để đồng bộ khung, đồng bộ thời gian, đồng bộ tần số, thiết lập kênh truyền, nhận dạng mẫu truyền dẫn. Sóng mang k Î [ Kmin; Kmax ] trong đó Kmin = 0 Kmax =1704 đối với mẫu 2K, và 6816 đối với mẫu 8K. Khoảng cách giữa hai sóng mang 1/TU trong khi đó khoảng cách sóng mang giữa Kmin và Kmax là : (K-1)/TU. Thông số Mẫu 8K Mẫu 2K Số lượng sóng mang K 6 817 1 705 Số lượng sóng mang Kmin 0 0 Số lượng sóng mang Kmax 6 816 1 704 TU 896µs 224µs Khoảng cách sóng mang 1/TU 1 116 Hz 4 464Hz Khoảng cách sóng mang Kmin và Kmax 7,16Hz 7,16Hz Bảng I.3: Thông số OFDM của mẫu 2K&8K trong kênh truyền 8MHz I.2.5 Báo hiệu thông số truyền dẫn Sóng mang TPS báo hiệu thông tin như mã hoá kênh truyền, điều chế…TPS được truyền đi song song trên 17 sóng mang TPS đối với mẫu 2K và 68 sóng mang đối với mẫu 8k. Các sóng mang này vận chuyển các symbol với cách thức như nhau nhưng bit thông tin mã hoá thì khác nhau. Bảng I.4: Sóng mang mang thông tin TPS Sóng mang TPS mang thông tin: - Điều chế, với giá trị α tương ứng với các chòm sao điều chế ( nó biểu thị khoảng cách trong chòm sao điều chế). - Phân cấp. - Khoảng chèn bảo vệ. - Tốc độ mã hoá nội. - Mẫu truyền dẫn (2K hoặc 4K). - Số khung trong siêu khung. - Nhận dạng tế bào. Trong một khung có 68 bit TPS, mỗi symbol chứa một bit TPS trong đó: -1 bit khởi tạo -16 bit đồng bộ. -37 bit thông tin.(Có 31 dùng còn lại 6 bit thiết lập bằng 0). -14 bit chống lỗi. Bảng I.5: Thông tin báo hiệu của các bit Chỉ số bit Thông tin báo hiệu s0 khởi tạo s1 đến s16 Đồng bộ s17 đến s22 Chiều dài TPS s23, s24 Số khung s25, s26 Chòm sao điều chế s27, s28, s29 Thông tin phân cấp s30, s31, s32 Tốc độ mã dòng HP s33, s34, s35 Tốc độ mã dòng LP s36, s37 Khoảng bảo vệ s38, s39 Mẫu truyền dẫn s40 đến s47 Nhận dạng tế bào s48 đến s53 Mặc định là 0 s54 đến s67 Chống lỗi Đồng bộ: Bit s1 đến s16 của nhóm bít TPS tại khung đầu tiên và khung số 3 trong đa khung nhận giá trị 0011010111101110. Tại khung số 2 và số 4 thì có giá trị 1100101000010001. • Chiều dài TPS: 6 bit đầu tiên của bit thông tin TPS dùng để báo hiệu chiều dài TPS. Nó báo hiệu số bít dùng trong TPS, s17 đến s22 có giá trị: 010111 : 23 bit TPS thông tin được dùng. 011111 : 31 bit TPS thông tin được dùng. • Số khung trong đa khung: s23, s24 Số khung 00 khung số 1 01 khung số 2 10 khung số 3 11 khung số 4 Bảng I.6:Báo hiệu số khung trong đa khung s25, s26 Điều chế 00 QPSK 01 16-QAM 10 64-QAM 11 X • Điều chế: Bảng I.7: Báo hiệu phương thức điều chế s27, s28, s29 Phân cấp 000 Không phân cấp 001 α = 1 010 α = 2 011 α = 4 100 X 101 X 110 X 111 X • Phân cấp: Bảng I.8: Báo hiệu phân cấp • Tốc độ mã: s30, s31, s32 (dòng HP) s33, s34, s35 (dòng LP) Tốc độ mã 000 1/2 001 2/3 010 3/4 011 5/6 100 7/8 101 X 110 X 111 X Bảng I.9: Báo hiệu tốc độ mã •Khoảng bảo vệ: s36, s37 Khoảng bảo vệ 00 1/32 01 1/16 10 1/8 11 1/4 Bảng I.10: Báo hiệu khoảng bảo vệ • Mẫu truyền dẫn: s38, s39 Mẫu truyền dẫn 00 2K 01 8K 10 4K (hệ thống DVB-H ) 11 X Bảng I.11: Báo hiệu mẫu truyền dẫn PHẦN II: HỆ THỐNG DVB-H CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG DVB-H II.1.1 Giới thiệu hệ thống Vào năm 1998 truyền hình kĩ thuật số mặt đất (DVB-T _Digital Video Broadcast Terrestrial) được triển khai ở châu Âu, các nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu một dự án truyền hình kĩ thuật số cho các máy thu di động dựa trên truyền hình kĩ thuật số mặt đất. Năm 2000 dự án Phát triển truyền hình châu Âu (về Tivi di động và Dịch vụ mới) chỉ ra có thể chế tạo máy thu di động cho truyền hình kĩ thuật số DVB-T, hoạt động thu phát di động này thông qua một mạng quảng bá chuyên dụng riêng. Các dịch vụ di động có yêu cầu cao hơn (ví dụ: tốc độ mã hoá, phương thức điều chế …) so với dịch vụ của máy thu cố định DVB-T . Sau 5 năm nghiên cứu dịch vụ truyền hình di động được thử nghiệm đầu tiên tại các thành phố của Singapore và Đức. Đồng thời các nhà khoa học đưa ra một kĩ thuật cho phép sử dụng tài nguyên mạng cho thiết bị cầm tay, từ đó chiếc tivi nhỏ cầm tay giống điện thoại di động ra đời. Yêu cầu đối với hệ thống này: 1.Hệ thống truyền dẫn cung cấp khả năng hoạt động luân phiên: thu sau đó ngừng thu trong quá trình thu liên tiếp. Cách thức này giúp tiết kiệm công suất tiêu thụ. 2.Hệ thống truyền dẫn đảm bảo các máy thu chuyển từ tế bào truyền dẫn này sang tế bào một cách dễ dàng mà vẫn duy trì hoạt động của các dịch vụ DVB-H . 3. Máy thu có khả năng thích ứng được với các điều kiện thay đổi như: trong nhà, ngoài trời, khi người dùng đi bộ hay tham gia vào các phương tiện giao thông có tốc độ thay đổi. 4.Các dịch vụ cùng nhau chia sẻ môi trường truyền dẫn, mức độ nhiễu do con người gây ra rất lớn phải giảm bớt ảnh hưởng nhiễu đến hoạt động của máy thu. 5.Hệ thống hoạt động linh hoạt trong điều kiện băng thông truyền dẫn và băng tần của kênh thay đổi. Mọi yêu cầu trên có thể đáp ứng dựa trên hệ thống truyền hình kĩ thuật số mặt đất DVB-T , với thuận lợi về mạng cũng như thiết bị . Năm 2002 kĩ thuật truyền hình số cho thiết bị cầm tay dựa trên kĩ thuật DVB-T ra đời, kĩ thuật DVB-H ( Digital Video Broadcasting-Handheld). Nó được uỷ ban phát thanh truyền hình châu Âu thông qua theo tiêu chuẩn EN302-304 tháng 10 năm2004. Hệ thống DVB-H là sự kết hợp thành phần lớp vật lí và lớp liên kết, kĩ thuật áp dụng dành riêng cho các lớp này là: Lớp liên kết: Kĩ thuật chia lát thời gian ( Time slicing) làm giảm công suất tiêu thụ trung bình của máy thu và hỗ trợ chuyển giao tần số. Đây là kĩ thuật bắt buộc đối với DVB-H . Sửa lỗi truyền dẫn cho dữ liệu kết hợp đa giao thức MPE-FEC (Multiprotocol encapsulated – Forward error correction) để cải tiến ảnh hưởng hiệu ứng Doopler, tỉ số C/N trong kênh truyền giảm nhiễu xung toàn phần. Đây là kĩ thuật không bắt buộc đối với DVB-H Lớp vật lí: DVB-H sử dụng báo hiệu thông qua các bít TPS (Transmission Parameter Signalling) làm tăng tốc độ tìm kiếm dịch vụ. Việc nhận dạng tế bào thông qua TPS cũng giúp cho quét tín hiệu và chuyển giao tần số của máy thu nhanh hơn. Báo hiệu cho DVB-H là kĩ thuật bắt buộc . Sử dụng mẫu 4K tạo ra sự phù hợp giữa tốc độ di chuyển của máy thu và kích thước tế bào truyền dẫn. Tức là máy thu với anten đơn trong mạng SFN (Single Frequency Network) có thể di chuyển với tốc độ cao mà đảm bảo kích thước tế bào đủ lớn. Đây là kĩ thuật không bắt buộc. Chèn hoàn toàn đối với mẫu 2K và mẫu 4K làm giảm ảnh hưởng nhiễu xung, kĩ thuật này không bắt buộc. • Mô hình hệ thống DVB-H Hình II.1.1: Hệ thống DVB-H Phía phát: 1.Đầu vào của bộ trộn là dòng dữ liệu đã được đóng gói theo IP (Internet Protocol) chứa thông tin đầy đủ về MPE, MPE-FEC, Time slicing và các thông tin cần thiết khác. Đầu ra là dòng truyền tải TS (Transport Stream), ngoài dòng IP của hệ thống DVB-H đầu vào của MUX còn có thể có thêm các dòng MPEG2 thông thường của DVB-T . 2.Dòng truyền tải qua bộ điều chế của DVB-T sử dụng thêm kĩ thuật báo hiệu TPS và thêm mẫu 4K cho ra dòng RF (Radio Frequency) phù hợp với dịch vụ DVB-H sau đó được đưa đến kênh truyền dẫn. Phía thu: Ngược lại quá trình phía phát Những phần bôi đen trên hình II.1.1 là phần kĩ thuật của DVB-H thêm vào so với DVB-T. • Mô hình một máy thu DVB-H Điều khiển công suất Giải điều chế DVB-T 8K,2K Time slicing MPE-FEC 4K TPS Tín hiệu DVBT Đầu vào RF IP datagram Gói TS Thiết bị DVB-H Bộ giải điều chế DVB-H Hình II.1.2: Mô hình máy thu DVB-H Hoạt động của máy thu DVB-H: Bộ giải điều chế DVB-T tái tạo lại các gói dữ liệu của dòng truyền tải MPEG2 từ tín hiệu RF thu được. Các mẫu thu được có thể là 2K, 4K, 8K được báo hiệu bằng TPS ( Transmitter Parameter Signalling). Khối Time slicing của DVB-H có nhiệm vụ giảm công suất tiêu thụ, hỗ trợ chuyển giao. Khối MPE-FEC chức năng sửa lỗi sai, thích ứng với vị trí thu khó khăn. II.1.2. Kĩ thuật chia lát thời gian (Time slicing) Mục đích của kĩ thuật chia lát thời gian là giảm công suất tiêu thụ trung bình và chuyển giao dịch vụ liên tục. Time slicing truyền dữ liệu trong các burst với tốc độ cao hơn tốc độ yêu cầu Time slicing báo hiệu cho máy thu, thu các burst tiếp theo thông qua khoảng thời gian ∆t lưu trong burt hiện tại. Giữa các burst dữ liệu của dịch vụ hiện tại sẽ không được truyền đi, nhưng dữ liệu của dịch vụ khác sẽ được truyền đi. Máy thu chỉ hoạt động tích cực trong khoảng thời gian rất nhỏ (khoảng thời gian thu burst dịch vụ).Trong khi đó máy phát vẫn tiếp tục phát đi các dữ liệu khác. Time slicing hỗ trợ máy thu khi dịch chuyển sang tế bào bên cạnh trong khoảng thời gian off-time (khoảng thời gian giữa các burst). Khả năng chuyển mạch của máy thu tốt nên khi chuyển từ dòng truyền tải này sang dòng truyền tải khác tín hiệu không bị ngắt quãng. II.1.3 Kĩ thuật MPE-FEC Kĩ thuật MPE-FEC cải thiện tỉ số C/N, ảnh hưởng của hiệu ứng Doppler nên kênh truyền di động, giảm nhiễu xung. Tại lớp MPE sẽ thêm kĩ thuật sửa lỗi bằng cách đưa thêm thông tin mã chẵn lẻ tương ứng với gói dữ liệu vào các đoạn MPE-FEC. Mã sửa lỗi phần mào đầu là một phần dung lượng truyền dẫn. Dung lượng này có thể thay đổi, thông thường nó chiếm 25% dung lượng thông số truyền dẫn. So với DVB-T thì mào đầu của DVB-H còn có thêm thông tin mã sửa lỗi, ảnh hưởng đến tỉ số C/N. Máy thu sử dụng kĩ thuật MPE-FEC phải có cùng tỉ số C/N với máy thu anten vô hướng không sử dụng MPE-FEC. Để bù cho phần mào đầu MPE-FEC thì tốc độ mã hoá truyền dẫn giảm.Tuy nhiên với cùng một đầu vào DVB-H hoạt động tốt