Chuyên đề Truyền tín hiệu truyền hình số qua vệ tinh

…………………………………………… 20 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ Viết Tắt Từ Đầy Đủ Nghĩa Tiếng Việt PCR Program Clock Reference Th«ng tin chuÈn ®ång bé ch­¬ng tr×nh DCT Discrete Cosine Transform Biến đổi casin rời rạc ES Elementary Stream Dßng cơ sở PES Program Elementary Stream Dòng chương trình cơ bản CRC Cyclic Redundancy Code M· kiểm tra lỗi TS Transport Stream Dòng truyền tải PID Packet Identifier Dßng gãi c¬ së PSI Program Specific Information Th«ng tin x¸c ®Þnh ch­¬ng tr×nh FSK Frequency-shift keying Điều chế tần số PSK Phase-shift keying Điều chế pha QPSK quadrature phase-shift keying Điều chế pha cầu phương QAM quadrature amplitude modulation Điều chế biên độ cầu phương FSS Fixed Satellite Service Dịch vụ vệ tinh cố định DBS Direct Broadcast Satellite Vệ tinh quảng bá trực tiếp LỜI MỞ ĐẦU Những năm gần đây, truyền hình số đang phát triển một cách mạnh mẽ để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người. Có thể nói trong một tương lai không xa, truyền hình số sẽ thay thế truyền hình tương tự. Điều này được khẳng định vì tín hiệu số có khả năng thực hiện được các chức năng mà tín hiệu tương tự hầu như không thể và rất khó thực hiện, nhất là trong việc xử lí tín hiệu và lưu trữ... Xu hướng chung cho sự phát triển công nghiệp truyền hình trên thế giới là xây dựng một hệ thống truyền hình hoàn toàn kĩ thuật số có chất lượng cao và dể dàng phân phối trên kênh thông tin. Với truyền hình nói chung và truyền hình số nói riêng thì truyền dẫn là một khâu tối quan trọng. Nó đảm bảo cho tín hiệu từ đài phát có thể truyền một cách chính xác tới máy thu của người sử dụng. Có hai phương pháp phổ biến để truyền dẫn tín hiệu truyền hình số là truyền hình số mặt đất và truyền hình số qua vệ tinh. Hiện nay ở Việt Nam truyền hình số mặt đất đang được sử dụng khá rộng rãi. Còn truyền hình số vệ tinh thì được sử dụng trong việc thu phát tín hiệu ở đài truyền hình. Trong đề tài này, chúng em đề cập những hiểu biết của mình về phương thức truyền tín hiệu truyền hình số qua vệ tinh. Qua đó chúng em đã tìm hiểu về sơ đồ khối phía phát, cũng như các quá trình biến đổi tín truyền hình số như : mã hoá, lượng tử … Nội dung của chuyên đề bao gồm 3 chương như sau : CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VÀ SƠ ĐỒ KHỐI PHÁT TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ VỆ TINH. CHƯƠNG 2 : Mà HOÁ TÍN HIỆU . CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU . Mặc dù đã rất cố gắng nhưng do sự hạn chế về thời gian và năng lực nên nội dung của chuyên đề này không tránh khỏi những sai sót, chúng em mong được thầy cô và các bạn quan tâm góp ý thêm. Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn sự quan tâm, giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình của thầy giáo: Bùi Trung Hiếu, Nguyễn Viết Minh đã giúp đỡ chúng em trong quá trình hoàn thành chuyên đề này. Nhóm Sinh Viên Nguyễn Thành Luân. Nguyễn Ngọc Dần. Đào Gia Trung. CHƯƠNG 1 :TỔNG QUAN VÀ SƠ ĐỒ KHỐI PHÁT TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ VỆ TINH. Vệ Tinh Và Băng Tần Của Vệ Tinh. Vệ Tinh Vệ tinh chuyển động quanh trái đất theo một quỹ đạo nhất định, hình bên. Khi vệ tinh chuyển động trong mặt phẳng quỹ đạo cùng chiều quay của quả đất với bán kính 35800 km, ta có vệ tinh địa tĩnh, khi đó, tại một địa điểm trên trái đất, vị trí của vệ tinh là không đổi. Sở dĩ vệ tinh địa tĩnh luôn ở một vị trí so với mặt đất là do đạt được sự cân bằng giữa các lực bao gồm trọng lực, lực li tâm. Vị trí cố định của vệ tinh trên quỹ đạo tĩnh gọi là vị trí quỹ đạo. Vị trí này được xác định bằng kinh tuyến chứa vệ tinh. Các vệ tinh của một quốc gia phải được xác lập trên một cung của qũy đạo theo sự phân chia của chuẩn quốc tế. Việc thực hiện đúng các tiêu chuẩn này nhằm tránh khỏi hiện tượng nhiễu giữa các kênh vệ tinh. Khoảng cách giữa các vị trí quỹ đạo càng bé thì số lượng vệ tinh càng nhiều trên quỹ đạo. Khoảng cách nhỏ nhất của chúng được xác định bằng tính định hướng của antena phát và thu. Ban đầu đối với băng C khoảng cách giữc các vệ tinh là 4o và đối với băng Ku khoảng cách đó là 3o, tuy nhiên hiện nay khoảng cách đó là nhỏ hơn 2o. Băng Ku có khoảng cách quỹ đạo nhỏ hơn vì bước sóng hẹp hơn, tính định hướng của antena cũng đạt cao hơn. Ngoài vệ tinh địa tĩnh, cần sử dụng các vệ tinh có quỹ đạo hình Elip. Nhờ việc kéo dài bán kính ở điểm xa trái đất lên cao mà các vệ tinh chuyển động tự do thời gian cũng như phạm vi phủ sóng được tăng lên. Vệ tinh với quỹ đạo Elip phục vụ cho các vùng ở hai bán cầu và đặc biệt cho các cực trái đất. Đặc điểm của hệ thống là do chuyển động tương đối của vệ tinh ở xa là rất nhỏ nên có thể thu được tín hiệu liên tục với antene cố định; trong khi đó, antena phát trên vệ tinh phải được điều chỉnh theo sự chuyển động của vệ tinh. Băng tần vệ tinh Theo tiêu chuẩn quốc tế, các vệ tinh viễn thông sử dụng các dải tần số L, S, C, X, Ku, K, và dải tần có bước sóng milimet. Trong đó, các dải tần C và Ku được sử dụng rộng rãi trong truyền hình với dạng truyền thông cố định (FSS-Fixed Satellite Service). Truyền hình trực tiếp từ vệ tinh (DBS-Direct Broadcast Satellite) cũng sử dụng trong dải tần K. Tính chất của các băng tần và các loại dịch vụ phụ thuộc vào tính chất truyền sóng trong không gian của các dải tần đó. Băng tần C có tần số thấp nên suy hao do mưa và trong không khí nhỏ hơn. Vùng phủ sóng của vệ tinh, làm việc ở băng tần C, theo lí thuyết có thể đạt được 1/3 bề mặt quả đất. Độ rộng băng tần C từ 500MHz-800MHz, vì vậy, cùng một lúc có thể phát được 20 chương trình khác nhau phục vụ cho yêu cầu của các vùng khác nhau trong khu vực phủ sóng. Tuy nhiên, cũng do tần số thấp nên đường kính antena thu và phát phải lớn (từ 3-3,6m) nhất là đối với thiết bị vệ tinh thì việc vận chuyển rất cồng kềnh và phức tạp đồng nghĩa với chi phí sẽ tăng gấp bội. Đối với băng tần K, vùng phủ sóng hẹp hơn và suy hao trên đường truyền lớn lớn hơn nhiều so với băng tần C do tần số cao. Đặc biệt, tín hiệu ở băng tần K chịu suy giảm mạnh do mưa. Cả dải băng tần Kcùng chia ra làm nhiều dải tần con, mỗi dải 5 băng con cho phép truyền 3-5 chương trình. Anten cho vệ tinh làm việc ở băng tần Ku có bán kính nhỏ (từ 0,4-0,6 m) nên thiết bị thu phát nhỏ gọn. Thiết bị thu vệ tinh băng K khá đơn giản và dễ thao tác hơn so với băng C. Thông tin vệ tinh được chia làm các loại thông tin toàn cầu, thông tin khu vực, thông tin trong phạm vi quốc gia thông tin địa phương. Trong thông tin vệ tinh viễn thông toàn cầu, để đảm bảo hệ thống người ta thường dùng băng C để truyền với 3 vệ tinh trên 37 vị trí khác nhau. Cũng chỉ có băng C mới đáp ứng được yêu cầu phủ sóng trên diện rộng. Trong phạm vi khu vực lớn cũng sử dụng vệ tinh băng C. Vệ tinh băng K được sử dụng trong phạm vi quốc gia và cho truyền hình DBS. 1.2: Sơ đồ khối Coder Video Coder Audio Coder Audio MUX TS Khối Mã Truy nhập có điều kiện Bảo hiểm lỗi truyền Coder QPSK Tuyến cao tần Anten Hình 1.2 : Sơ đồ khối phía phát của truyền hình số vệ tinh. Các tín hiệu video, audio của các chương trình truyền hình sau khi được lấy mẫu và số hoá, là các dòng bit có tốc độ rất lớn, để đảm bảo tính thuận tiện, kinh tế cho truyền dẫn và lưu trữ, các dòng bit này được nén lại theo các chuẩn nén đang được sử dụng rộng rãi là MPEG-2 MP@ML (4:2:0) hoặc MPEG-2 4:2:2 P@ ML (4:2:2) với tín hiệu video và MPEG-2 lớp I hoặc II cho tín hiệu audio. Dòng bit sau các bộ nén, có tốc rất thấp, với truyền hình tiêu chuẩn thì tốc độ dòng video có thể giảm xuống còn 35Mb/s, dòng audio có tốc độ từ 321066Kb/s. Dòng tín hiệu sau khi nén có dạng là một dòng số liên tục vô hạn, để đảm bảo tính chống lỗi và kiểm soát dễ dàng, các dòng cơ sở (ES) này được chia thành các gói truyền tải. Gói truyền tải có độ dài cố định 188byte, cũng có một cách đóng gói khác là các gói chương trình có độ dài không cố định, gói này chỉ dùng cho mục đích lưu trữ. Truyền dẫn vệ tinh với băng thông lớn, mỗi transponder có độ rộng là 36MHz; 54MHz hoặc 72MHz. Với băng thông rộng như vậy và tốc độ dòng video, audio của mỗi chương trình nhỏ, do đó ta có thể truyền một chương trình riêng hoặc ghép nhiều chương trình lại và truyền trên cùng một transponder. Thông thường có thể truyền được 10 chương trình trên transponder có độ rộng 36MHz. Khi ghép nhiều chương trình lại với nhau, để cho phía thu dễ dàng xác định từng chương trình cụ thể thì ta phải đưa vào các thông tin dịch vụ xác định chương trình, thông tin đồng bộ, thông tin truy nhập có điều kiện (nếu có) và các số liệu riêng. Các thông tin này cũng được đóng thành các gói có độ dài cố định là 188byte. Dòng số liệu sau khi ghép kênh được gọi là dòng truyền tải TS (Transport Stream). Để tăng khả năng chống lỗi trên đường truyền, dòng truyền tải được đưa vào các khối mã hoá kênh và điều chế. Tín hiệu sau điều chế được đổi tần lên tần số vệ tinh (băng C, Ku, ...) và được khuếch đại lên công suất đủ lớn và đưa ra anten bức xạ ra không gian. 1.3 : Nén tín hiệu. Dòng cơ sở là dòng tín hiệu tại đầu ra của bộ mã hoá MPEG và chỉ chứa những thông tin cần thiết giúp bộ giải mã tái tạo lại hình ảnh hoặc âm thanh ban đầu. Hình 1.3: Cú pháp dòng cơ sở video. Khung I Khung B Khung P Khung B Khung I Thông tin đầu đoạn Khối 8x8 điểm chói EOB Hệ số DCT Véc tơ chuyển động Thuộc tính MB Y Y Y Y CR CB MB MB MB MB MB MB MB MB MB MB MB MB GOP#p GOP#p+1 GOP#p+2 GOP#p+3 GOP#p+4 Đoạn video thứ n-1 Đoạn video thứ n Đoạn video thứ n+1 Thông tin kết thúc đoạn Thông tin đầu nhóm ảnh Thông tin đầu khung ảnh Thông tin đầu mảng MB: Macro Block Dòng cơ sở ES Cú pháp dòng cơ sở ES của tín hiệu video được thể hiện trong hình 2. Đơn vị cơ sở của một hình ảnh là khối DCT, mỗi khối có 8x8 phần tử ảnh. Các khối (Block) được tập hợp lại thành các Macro Block (MB), mỗi MB có một véc tơ chuyển động hai chiều. Các MB được tập hợp lại để tạo thành Slice. Nhiều Slice tập hợp lại tạo lên một ảnh hoặc một mành tích cực. Dữ liệu đầu của ảnh xác định ảnh đó là I, P hoặc B. Một vài ảnh tập hợp lại tạo thành các nhóm ảnh (GOP). Nhóm ảnh bắt đầu bằng một ảnh I. Nhóm ảnh có thể mở hoặc đóng. Nhiều GOP tập hợp lại tạo thành một chuỗi dữ liệu video. Tín hiệu audio được mã hoá theo chuẩn MPEG-2 mức I hoặc II. Phương pháp mã hoá MPEG dựa vào cơ chế sinh lý của tai người là trong dải âm tần từ 20Hz đến 20KHz, tai người chỉ nghe thấy âm thanh ứng với các cụm tần số rời rạc. Do đó, dòng số sau khi biến đổi ADC tín hiệu audio đưa vào bộ mã hoá MPEG-2 sẽ được biến đổi từ miền thời gian sang miền tần số, sau đó lọc lấy các cụm tần số mà tai nghe được (32 băng con). Tiếp đó tiến hành lượng tử và mã hoá các tín hiệu băng con. Tín hiệu dòng cơ sở đầu ra bộ mã hoá có dạng các khung số liệu bao gồm: thông tin đầu khung (header) mang các thông nhận dạng, đồng bộ, bản quyền; mã kiểm tra lỗi CRC; dữ liệu audio và các thông tin phụ khác. Tốc độ dòng số liệu có thể từ 32Kb/s đến 1066Kb/s. 1.4. §ãng gãi dßng truyÒn t¶i. n2 4 Header Payload 188 byte 5 13 1 Sync Byte Transport error Indicator Pay load unit start Indicator PID Transport Scrambling Control Adaptation Field control Continuity Counter Adaptation Field (Optional) 8 (bit) Adaptation Field Length Discontinuity Indicator Random Access Indicator ES priority Indicator 5 Flags Optional Field Stuffing bytes 1 1 2 2 Transport Priority 1 8 1 1 PCR Splice Countdown Transport Private Data Adaptation Field Extention OPCR 48 48 8 8+ n3 8+n4 2 1 CÊu tróc gãi truyÒn t¶i cã kÝch th­íc kh«ng ®æi, b»ng 188byte bao gåm phÇn tiªu ®Ò (header) vµ vµ phÇn th«ng tin (Pay load). H×nh 1.4: CÊu tróc phÇn header cña gãi truyÒn t¶i. PhÇn ®Çu ®Ò cña gãi truyÒn t¶i cã ®é dµi tèi thiÓu b»ng 4byte vµ chøa c¸c th«ng tin sau: Sync Byte: cã 8bit, chøa gi¸ trÞ kh«ng ®æi b»ng 0x47 dïng ®Ó ®ång bé c¸c gãi TS. Gi¸ trÞ 0x47 t¹o c¬ së ®Ó nhËn d¹ng chç b¾t ®Çu mét gãi truyÒn t¶i míi. Transport error indicator: 1bit- dïng ®Ó b¸o hiÖu cã lçi x¶y ra trªn ®­êng truyÒn. Khi cã gi¸ trÞ b»ng 1: ®ang cã lçi kh«ng thÓ söa ®­îc trong gãi TS hiÖn hµnh, v× vËy kh«ng nªn sö dông phÇn Payload cña gãi TS nµy. Payload unit start indicator: 1bit- chØ thÞ b¾t ®Çu cña payload. Gi¸ trÞ b»ng 1: Byte ®Çu tiªn cña Payload chÝnh lµ byte ®Çu tiªn cña gãi PES míi (®èi víi video, audio) hay lµ phÇn ®Çu cña mét b¶ng (®èi víi th«ng tin x¸c ®Þnh ch­¬ng tr×nh PSI). Transport Priority: 1bit- Khi b»ng 1: gãi TS nµy cã quyÒn ­u tiªn h¬n c¸c gãi kh¸c. Packet Identifier (PID): nhËn d¹ng gãi, gåm 13bit- ChØ thÞ lo¹i sè liÖu cã trong payload. §©y lµ th«ng tin ®Ó nhËn d¹ng gãi TS thuéc vÒ mét dßng gãi s¬ cÊp PES hay thuéc vÒ mét PSI cô thÓ nµo ®ã. Trong 213 gi¸ trÞ cã thÓ cã, 17 gi¸ trÞ ®­îc dµnh riªng cho c¸c môc ®Ých ®Æc biÖt. Cßn l¹i 8175 gi¸ trÞ dïng ®Ó g¸n cho dßng gãi s¬ cÊp PES hay PSI kh¸c nhau. Nh­ vËy cã thÓ ghÐp h¬n 8000 dßng gãi s¬ cÊp vµo mét dßng truyÒn t¶i. Mét sè PID ®Æc biÖt: Gi¸ trÞ 0x0010 0x1FFE dïng ®Ó g¸n cho c¸c gãi th«ng tin x¸c ®Þnh ch­¬ng tr×nh (PSI: Program Specific Information). Gi¸ trÞ 0x1FFF dµnh riªng cho c¸c gãi rçng. Transport Scrambling Control: 2bit- chØ thÞ kiÓu x¸o trén d÷ liÖu trong Payload, øng dông truyÒn h×nh tr¶ tiÒn. Gi¸ trÞ Bit ý nghÜa 00 Kh«ng x¸o trén ë Payload 01 Dù tr÷ cho t­¬ng lai 10 X¸o trén ë Pay load víi kho¸ ch½n 11 X¸o trén ë Pay load víi kho¸ lÎ Adaptation field control: 2bit- chØ thÞ cho biÕt cã xuÊt hiÖn hay kh«ng vµ nÕu cã th× phÇn tr­êng thÝch nghi (Adaptation field) nµy cã ®i kÌm víi Payload hay kh«ng. Gi¸ trÞ Bit Chøc n¨ng 00 Dù tr÷ cho t­¬ng lai 01 ChØ cã Payload 10 ChØ cã Adaptation field 11 Cã c¶ Payload vµ Adaptation field Continuity counter: 4bit-Gi¸ trÞ nµy sÏ t¨ng lªn 1 khi c¸c gãi TS kÕ tiÕp nhau truyÒn ®i cña cïng mét dßng gãi c¬ së (cïng PID). §iÒu nµy cho phÐp phÝa gi¶i m· s¾p xÕp l¹i c¸c gãi TS ®óng thø tù, còng nh­ ph¸t hiÖn c¸c gãi TS bÞ mÊt hoÆc lÆp l¹i. Adaptation field (Optional): Tr­êng thÝch nghi gåm c¸c byte chÌn cè ®Þnh, th«ng tin phôc vô cho viÖc ®Þnh thêi vµ ®iÒu khiÓn: th«ng tin chuÈn ®ång bé ch­¬ng tr×nh (PCR). CHƯƠNG 2. Mà HOÁ TÍN HIỆU. 2.1 M· Reed- Solomon (M· RS). M· RS ®­îc ®­a ra tõ n¨m 1960 nh­ng chØ ®Õn nh÷ng n¨m gÇn ®©y do c«ng nghÖ VLSI(Very-large-scale integration--m¹ch tÝch hîp cì rÊt lín) ph¸t triÓn nã míi ®­îc øng dông réng r·i vµ nghiªn cøu ngµy cµng nhiÒu. M· RS lµ mét tËp con cña m· BCH vµ m· khèi tuyÕn tÝnh. M· RS th­êng ®­îc ký hiÖu lµ RS(n, k) víi mçi ký hiÖu (symbol) cã m-bit. M· RS söa sai t lçi dïng c¸c ký hiÖu thuéc tr­êng Galois GF(q) cã c¸c tham sè: §é dµi tõ m·: n = q – 1 Sè ký hiÖu kiÓm tra: n - k = 2t Kho¶ng c¸ch tèi thiÓu: dmin = 2t + 1 XÐt m· RS trong tr­êng Galois GF(2m). Gi¶ sö lµ phÇn tö c¨n b¶n trong GF(2m) . §a thøc sinh cña m· RS gèc söa sai t lçi cã chiÒu dµi 2m -1 lµ: g(x) = (x + )( x + 2) ..... ( x + 2t) = g0 + g1x +g2x2 + ...... + g2t -1x2t -1 +x2t Tõ m· RS ®­îc x¸c ®Þnh: v(x) = g(x).u(x) v(x): tõ m· ®Çu ra bé m· ho¸. u(x): khèi th«ng tin ®Çu vµo. g(x): ®a thøc sinh. Khi m· ho¸ theo m· RS th× c¸c ký hiÖu m· lµ c¸c byte m-bit (th­êng dïng c¸c byte 8-bit). Sè l­îng c¸c tõ m· trong bé m· RS sÏ lµ: 2m -1 byte m-bit, gi¸ trÞ cña mçi tõ m· (byte m-bit sè liÖu) ®Òu lµ c¸c phÇn tö thuéc tr­êng GF(q). Nh­ vËy m· ho¸ theo m· RS th× dÉy sè liÖu nhÞ ph©n sÏ ®­îc chia thµnh c¸c byte m-bit ®Ó t¹o nªn c¸c ký hiÖu cña tr­êng GF(q) vµ kÝch th­íc cña tr­êng (q) sÏ quyÕt ®Þnh sè l­îng c¸c ký hiÖu cña bé m· nh­ng chÝnh q l¹i phô thuéc vµo sè bit (m) t¹o nªn mét ký hiÖu. Gi¶i m·: Gi¶ sö tõ m· truyÒn ®i lµ v(x) = v0 + v1x +... + vn-1xn-1. Lçi x¶y ra trªn ®­êng truyÒn, ®Õn bªn thu ta ®­îc vect¬ m·: r(x) = r0 + r1x +... + rn-1xn-1. Gi¶ sö vect¬ lçi lµ e(x) th× ta cã: r(x) = v(x) + e(x) §Çu tiªn lµ t×m vect¬ syndrome cña vect¬ r(x). Vect¬ syndrome lµ vect¬ 2t thµnh phÇn vµ ®­îc x¸c ®Þnh: s = (s1, s2, ..., s2t). si = r(i) = r0 + r1i + r22i + ... + rn-1(n-1)i víi NÕu syndrome s = 0 th× tõ m· thu ®­îc lµ ®óng, cßn syndrome s 0 th× tõ m· thu ®­îc bÞ sai vµ ta ph¶i söa sai. §Ó söa sai cÇn ph¶i gi¶i quyÕt ®­îc hai vÊn ®Ò: X¸c ®Þnh vÞ trÝ cã sai. X¸c ®Þnh gi¸ trÞ sai (söa sai). 188 bytes 16 bytes Gãi TS 204 bytes M· RS(204, 188) dïng trong truyÒn h×nh sè qua vÖ tinh. Trong truyÒn h×nh sè qua vÖ tinh, ng­êi ta sö dông bé m· RS(204, 188) trong ®ã n = 204 byte, k = 188 byte = kÝch th­íc gãi truyÒn t¶i, sè byte kiÓm tra lµ 16 byte. Do ®ã m· RS(204, 188) cã kh¶ n¨ng söa ®­îc tèi ®a lµ 8 byte lçi x¶y ra trong tõ m· 204 byte. Nh­ vËy sau m· ho¸ RS, mçi gãi truyÒn t¶i ph¶i thªm vµo 16 byte ®Ó kiÓm tra, dÉn ®Õn tèc ®é dßng bÝt t¨ng lªn. 2.2 M· ho¸ cµi xen (Interleaver). Ph­¬ng ph¸p m· ho¸ Reed-Solomon dïng ®Ó söa lçi côm, nh­ng khi lçi côm x¶y ra qu¸ lín th× m· Reed-Solomon kh«ng thÓ kh«i phôc l¹i ®óng tÝn hiÖu t¹i phÝa thu vµ tÝn hiÖu thu ®­îc bÞ lçi. §Ó tr¸nh tr­êng hîp lçi côm qu¸ lín, ng­êi ta dïng m· ho¸ cµi xen sau khi m· ho¸ Reed-Solomon t¹i phÝa ph¸t vµ ®­îc gi¶i m· tr­íc t¹i phÝa thu. M· ho¸ cµi xen (ghÐp xen) cã t¸c dông chia nhá kho¶ng thêi gian xuÊt hiÖn lçi vµ v× thÕ cã thÓ coi sù xuÊt hiÖn lçi lµ ngÉu nhiªn. Tr­íc khi cµi xen Sau khi cµi xen H×nh 2.2: Minh ho¹ kh¶ n¨ng chèng lçi do cµi xen. Trong h×nh trªn, khi ch­a ®­îc ghÐp xen, mét côm 5 tõ m·, mçi tõ m· 5 bit ®­îc truyÒn ®i trùc tiÕp. Thùc tÕ truyÒn dÉn th× lçi xuÊt hiÖn th× phÇn lín lµ xuÊt hiÖn theo côm, g©y ¶nh h­ëng ®Õn mét lo¹t bit liªn tiÕp. Trong tr­êng hîp cña chóng ta, gi¶ sö lçi xuÊt hiÖn theo mét côm 5 bit. Lóc nµy, ch¾c ch¾n sÏ xuÊt hiÖn mét tõ m· bÞ Ýt nhÊt lµ 3 bit. Trong ph­¬ng ph¸p söa lçi tr­íc, muèn söa ®­îc côm lçi nµy ®Ó ®¶m b¶o tÝnh chÝnh x¸c cña th«ng tin th× ta cÇn cã phÐp m· ho¸ cã ®é d­ lín, nghÜa lµ hiÖu n¨ng thÊp, ®ã lµ cßn ch­a tÝnh ®Õn tr­êng hîp khi lçi ®ã r¬i phÇn lín vµo mét tõ m· th× kh¶ n¨ng nhËn ®óng tõ th«ng tin lµ 0. NÕu ta sö dông ph­¬ng ph¸p cµi xen th× trong mäi tr­êng hîp xuÊt hiÖn côm lçi 5 bit liªn tiÕp, lçi chØ cã thÓ ¶nh h­ëng tíi mét bit cña mét tõ m·. Vµ v× chØ sai mét bit nªn víi ph­¬ng ph¸p m· ho¸ ®¬n gi¶n, ta còng cã thÓ söa ®­îc lçi nµy ë tÊt c¶ c¸c tõ m·, do ®ã nhËn ®­îc th«ng tin chÝnh x¸c. Ph­¬ng ph¸p cµi xen ®­îc ¸p dông cho mét ®o¹n nhiÒu khèi tõ m· liªn tiÕp, chóng sÏ ®­îc chia nhá thµnh tõng côm vµ ®­îc ph¸t ®i víi thø tù kh¸c víi thø tù ban ®Çu. Qui luËt chia côm nµy còng ®­îc phÝa thu biÕt ®Ó cã thÓ tiÕn hµnh hîp nhÊt th«ng tin tr­íc khi mang gi¶i m·. Cã hai ph­¬ng ph¸p cµi xen hay sö dông lµ cµi xen khèi (Block interleaving) vµ cµi xen xo¾n (Convolutional interleaving). 2.2.1 Cµi xen khèi (Block interleaving). x11 x12 x13 ... x1N x21 x22 ... x2N xM1 xM2 ..... xMN ..... Vµo M hµng N cét Ra PhÝa ph¸t: Vµo theo hµng Ra theo cét x11 x12 x13 ... x1N x21 x22 ... x2N xM1 xM2 ..... xMN ..... Ra M hµng N cét Vµo PhÝa thu: Vµo theo cét Ra theo hµng H×nh 2.2.1: Cµi xen khèi. Cµi xen khèi nhËn c¸c tõ m· vµo theo tõng khèi, ho¸n ®æi vÞ trÝ c¸c ký hiÖu råi míi ®­a luång th«ng tin ®· ®­îc s¾p xÕp l¹i. Sù ho¸n ®æi th­êng ®­îc thùc hiÖn b»ng c¸ch ®iÒn ®Çy th«ng tin vµo mét khung M´N theo chiÒu däc, sau ®ã thø tù ph¸t ®i l¹i lÊy theo chiÒu ngang. Khi ®ã ë phÝa thu sÏ tiÕn hµnh ®iÒn ®Çy mét « M´N kh¸c theo chiÒu ngang vµ th«ng tin ®­îc lÊy ra theo chiÒu däc. HoÆc ng­îc l¹i, ®iÒn ®Çy th«ng tin vµo mét khung M´N theo chiÒu ngang, thø tù ph¸t ®i l¹i lÊy theo chiÒu däc. Khi ®ã ë phÝa thu sÏ tiÕn hµnh ®iÒn ®Çy mét « M´N kh¸c theo chiÒu däc vµ th«ng tin ®­îc lÊy ra theo chiÒu ngang. C¸c ®Æc tÝnh quan träng nhÊt cña ph­¬ng ph¸p cµi xen nµy lµ: TÊt c¶ c¸c côm lçi cã chiÒu dµi nhá h¬n N ®Òu ®­îc c¸ch ly ë ®Çu thu theo nh÷ng kho¶ng c¸ch nhá nhÊt lµ M. TÊt c¶ nh÷ng côm lçi cã chiÒu dµi bN (b > 1) ®Òu ®­îc c¸ch ly ë phÝa thu theo nh÷ng kho¶ng c¸ch nhá nhÊt lµ M- b vµ g©y ¶nh h­ëng nµy ë nhiÒu nhÊt lµ b tõ m·. ChØ nh÷ng lçi cã chu kú N míi g©y nªn côm lçi liªn tôc ë ®Çu thu. VÒ ®é trÔ truyÒn dÉn, ph¶i ®iÒn ®Çy mét khung MxN ë phÝa ph¸t vµ mét khung t­¬ng tù ë phÝa thu. Nh­ng ta chØ ph¶i trÔ mét kho¶ng thêi gian M(N - 1) - 1 ë phÝa ph¸t (do chØ cÇn phÇn tö ®Çu tiªn cña hµng cuèi cïng cã th«ng tin lµ ta ®· cã thÓ ph¸t ®i, c¸c phÇn tõ cßn l¹i trong hµng sÏ ®­îc ®iÒn thªm trong lóc ph¸t) vµ mét kho¶ng thêi gian t­¬ng tù ë phÝa thu nªn ®é trÔ tæng céng cña chóng ta lµ 2.M.N - 2.M - 2. Do mét khung M´N ph¶i ®­îc ®iÒn ®Çy tr­íc khi truyÒn ®i nªn ta cÇn mét bé nhí kÝch th­íc M´N ë c¶ hai phÝa thu vµ ph¸t, nh­ng th­êng th× ë mçi phÝa ta th­êng sö dông tíi 2 khung nh­ vËy ®Ó cã thÓ ®iÒn ®Çy mét khung trong khi khung kia ®ang ph¸t, gi¶m ®­îc ®é trÔ truyÒn dÉn. 2.2.2 Cµi xen xo¾n (convolutional interleaving). CÊu tróc mét bé ghÐp xen xo¾n ®­îc tr×nh bµy trong h×nh vÏ. Chuçi th«ng tin ®­îc lÇn l­ît dÞch vµo N thanh ghi dÞch cã ®Æc ®iÓm lµ thanh ghi sau cã dung l­îng lín h¬n thanh ghi tr­íc lµ J. H×nh 2.2.2a : Bé cµi xen xo¾n sö dông thanh ghi dÞch. Thanh ghi ®Çu tiªn kh«ng cã bé nhí, nghÜa lµ th«ng tin ®­îc truyÒn trùc tiÕp. Mçi khi mét ký hiÖu m· ®­îc ®­a vµo mét thanh ghi b»ng hÖ thèng chuyÓn m¹ch th× mét ký hiÖu ë ®Çu kia cña cïng thanh ghi ®ã ®­îc ph¸t ®i. Vµ sau khi ®i hÕt N- 1 thanh ghi cßn l¹i th× qu¸ tr×nh l¹i ®­îc lÆp l¹i. PhÝa thu ®­îc thiÕt kÕ ng­îc l¹i phÝa ph¸t, nghÜa lµ thanh ghi dung l­îng lín ®­îc ®Æt lªn trªn, cµng xuèng d­íi, dung l­îng thanh ghi cµng gi¶m vµ hÖ thèng chuyÓn m¹ch ho¹t ®éng phï hîp víi bªn ph¸t. HiÖu n¨ng cña mét bé cµi xen xo¾n còng gÇn t­¬ng tù nh­ mét bé cµi xen khèi, chØ cã mét ­u ®iÓm chÝnh lµ vÒ dung l­îng bé nhí. Mçi phÝa chØ cÇn mét bé nhí cã dung l­îng N.J.(N - 1)/2. Do ®ã c¶ hai phÝa cÇn bé nhí dung l­îng M.(N -1) víi M = N.J. J: sè bit/symbol. N: ®é s©u cµi xen. Trong truyÒn h×nh sè qua vÖ tinh, th­êng sö dông ph­¬ng ph¸p cµi xen xo¾n víi J = 8 bit = 1byte vµ ®é s©u cµi xen lµ 12. Nh­ vËy khi cã côm lçi b»ng 8*12 = 96 bit th× vÉn cã kh¶ n¨ng söa sai ®­îc. Gãi truyÒn t¶i sau khi m· ho¸ Reed-Solomon, cã kÝch th­íc lµ 188+16 = 204byte, chia thµnh 12 khèi, mçi khèi gåm 17 byte. Sè thanh ghi dÞch mçi phÝa ph¶i dïng lµ11 thanh ghi dÞch, mçi lÇn dÞch là 8 bit H×nh 2.2.2b: Cµi xen trong truyÒn h×nh vÖ tinh. Dßng truyÒn t¶i TS ph¸t Dßng truyÒn t¶i TS thu Côm lçi TS sau khi gi¶i cµi xen Côm lçi ®­îc tr¶i ra 12 côm cña mçi gãi TS ....... ...... ...... ...... . CHƯƠNG 3. ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU Trong ®iÒu chÕ sè cã c¸c ph­¬ng thøc chÝnh lµ ®iÒu chÕ biªn ®é (ASK), ®iÒu chÕ tÇn sè (FSK), ®iÒu chÕ pha (PSK), ®iÒu chÕ pha cÇu ph­¬ng (QPSK), ®iÒu chÕ biªn ®é cÇu ph­¬ng (QAM). Trong c¸c ph­¬ng ph¸p trªn, ®iÒu chÕ pha PSK lµ hay ®­îc sö dông nhÊt trong th«ng tin vÖ tinh. §Ó t¨ng , ta ph¶i dïng ®iÒu chÕ nhiÒu møc. Tuy nhiªn khi dïng ®iÒu chÕ nhiÒu møc th× c¸c møc tÝn hiÖu gÇn nhau h¬n nªn ®Ó gi¶i ®iÒu chÕ chÝnh x¸c th× cÇn tû sè C/N lín h¬n. MÆt kh¸c tÝn hiÖu thu ®­îc t¹i ®Çu vµo m¸y thu vÖ tinh lµ rÊt nhá. Do ®ã trong th«ng tin vÖ tinh ng­êi ta kh«ng dïng ®iÒu chÕ PSK møc cao mµ chØ dïng ®iÒu chÕ PSK- 4 møc hay gäi lµ QPSK. 3.1 Điều Chế Pha PSK. §iÒu chÕ pha lµ dïng tÝn hiÖu tin tøc s(t) t¸c ®éng vµo gãc pha cña tÝn hiÖu sãng mang f0(t) lµm cho pha tÝn hiÖu sãng mang biÕn ®æi theo tÝn hiÖu tin tøc. Gi¶ sö tÝn hiÖu sãng mang cã d¹ng: f0(t) = A.cos() = A.cos() §em tÝn hiÖu s(t) t¸c ®éng vµo gãc pha cña sãng mang , sinh ra mét l­îng di pha lµ . Khi ®ã tÝn hiÖu ®iÒu chÕ PSK lµ: fp(t) = A.cos( +) §Æt: s1(t) = A.cos s2(t) = -A.sin Khi ®ã tÝn hiÖu PSK cã thÓ viÕt: fp(t) = s1(t).cos + s2(t).sin hay: fp(t) = s1(t).cos() + s2(t).sin() Nh­ vËy, tÝn hiÖu PSK lµ tæng cña hai tÝn hiÖu ®iÒu biªn cã sãng mang vu«ng gãc (trùc giao nhau). 3.2 §iÒu chÕ pha- 4møc (4-PSK). §iÒu chÕ pha 4møc = 22 : mçi cÆp bit (00; 01; 11; 10) ®­îc truyÒn ®i trªn mét sãng mang lÖch pha nhau 900. Cã hai c¸ch bè trÝ s¬ ®å pha tÝn hiÖu. “11” “00” “01” “10” C¸ch 1: CÆp bit cña s(t) s1(t) s2(t) 00 01 11 10 0 900 1800 2700 A 0 A 0 0 -A 0 -A 00 01 11 10 D¹ng tÝn hiÖu: C¸ch 2: CÆp bit cña s(t) s1(t) “00” “01” “11” “10” s2(t) 00 01 11 10 450 1350 2250 3150 A -A -A A -A -A A A 00 01 11 10 D¹ng tÝn hiÖu: Trong c¶ hai c¸ch, tÝn hiÖu 4-PSK tån t¹i c¶ thµnh phÇn sãng mang d¹ng sin vµ thµnh phÇn sãng mang d¹ng cos. Hai sãng mang nµy trùc giao nhau. 3.3 S¬ ®å khèi m¹ch ®iÒu chÕ vµ gi¶i ®iÒu chÕ QPSK. Bé chuyÓn ®æi nèi tiÕp- song song 2- PSK 2- PSK 900 QPSK I(t) Q(t) H×nh 3.3.1: S¬ ®å ®iÒu chÕ QPSK s(t) M¹ch ®iÒu chÕ QPSK hay lµ 4- PSK ®­îc x©y dùng tõ hai m¹ch ®iÒu chÕ 2- PSK. Trong ®ã hai m¹ch 2- PSK sö dông hai tÝn hiÖu sãng mang cã tÇn sè b»ng nhau nh­ng lÖch pha nhau 900. Hai sãng mang nµy vu«ng gãc víi nhau. Dßng tÝn hiÖu vµo s(t) cã tèc ®é v bit/s, ®i qua bé chuyÓn ®æi nèi tiÕp- song song, ®­îc chia thµnh hai dßng tÝn hiÖu I(t) (I : in- phase) vµ Q(t) (Q: quadrature- phase) cïng cã tèc ®é v/2 bit/s. Bé chuyÓn ®æi nèi tiÕp- song song thùc chÊt lµ bé chia 2, chu kú bit sau bé chia b»ng hai lÇn so víi tr­íc khi chia, do ®ã tèc ®é bÝt gi¶m xuèng 1/2. TÝn hiÖu I(t), Q(t) ®­a vµo hai bé ®iÒu chÕ 2- PSK víi c¸c sãng mang trùc giao. TÝn hiÖu sau ®iÒu chÕ 2- PSK ®­îc céng l¹i víi nhau thµnh tÝn hiÖu QPSK vµ ®­îc ®­a tíi ®æi tÇn lªn, khuÕch ®¹i c«ng suÊt vµ bøc x¹ ra kh«ng gian. Kh«i phôc t¶i tin Läc thu Läc thu 900 BiÕn ®æi song song- nèi tiÕp. r(t) I(t) Q(t) H×nh 3.3.2 :