ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Vũ Huy Du
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP KỸ
THUẬT NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG
HỆ THỐNG DVB-T2
LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
HÀ NỘI - 2014
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Vũ Huy Du
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP KỸ
THUẬT NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG
HỆ THỐNG DVB-T2
NGÀNH: CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ – VIỄN THÔNG
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
MÃ SỐ: 60 52 02 03
LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGÔ THÁI TRỊ
HÀ NỘI - 2014
Đại Học Công Nghệ - ĐHQGHN
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban giám hiê ̣u, tâ ̣p thể các Thầ y cô
khoa Điê ̣n tử Viễn Thông , Bộ môn Thông tin vô tuyến trường Đa ̣i ho ̣c công nghê ̣
-
ĐHQGHN, đã tâ ̣n tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS. Ngô Thái Trị. Thầy đã tận tình chỉ bảo, hướng
dẫn, hỗ trợ chuyên môn và truyền đạt các kĩ năng giúp tôi hoàn thành tốt luận văn của
mình.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới những người thân, bạn bè và đồng nghiệp đã
động viên khích lệ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập nghiên
cứu và hoàn thiện luân văn.
Hà Nội, tháng 12 năm 2014
Ngƣời thực hiện luận văn
Vũ Huy Du
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ
-i-
Vũ Huy Du
Đại Học Công Nghệ - ĐHQGHN
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu một số giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao chất
lượng hệ thống DVB-T2” là công trình nghiên cứu của bản thân. Trong luận văn có tham
khảo một số tài liệu, các tài liệu tham khảo này đã được liệt kê trong mục “ TÀI LIỆU
THAM KHẢO” ở phần cuối của Luận văn.
Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực, nếu sai tôi xin
chịu hoàn toàn trách nhiệm và nhận mọi kỷ luật từ phía nhà trường.
Hà Nội, tháng 12 năm 2014
Ngƣời thực hiện Luận văn
Vũ Huy Du
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ
- ii -
Vũ Huy Du
Đại Học Công Nghệ - ĐHQGHN
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................... i
LỜI CAM ĐOAN ...............................................................................................................ii
MỤC LỤC ......................................................................................................................... iii
DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT .......................................................................... v
MỤC LỤC HÌNH VẼ .......................................................................................................... vi
MỤC LỤC BẢNG BIỂU ................................................................................................. viii
LỜI MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 1
Chƣơng 1
Tổng quan về hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T2 ........................ 2
1.1.
Tổng quan về truyền hình số ................................................................................... 2
1.1.1.
Đặc điểm hệ thống truyền hình số ................................................................ 2
1.1.2.
Một số tiêu chuẩ n truyền hình số mặt đất ..................................................... 2
1.2.
Giới thiệu truyền hình số mặt đất theo chuẩn DVB-T ............................................ 3
1.3.
Giới thiệu truyền hình số mặt đất theo chuẩn DVB-T2 .......................................... 4
1.3.1.
Những tiêu chí cơ bản của DVB-T2 ............................................................. 6
1.3.2.
Mô hình cấu trúc DVB-T2 ............................................................................ 6
1.3.3.
Đặc điểm lớp vật lý của DVB-T2 ................................................................. 8
1.3.4.
Ưu thế của DVB–T2 so với DVB–T .......................................................... 10
1.3.5.
Khả năng ứng dụng DVB-T2 tại Việt Nam ................................................ 13
Chƣơng 2.
Các giải pháp kỹ thuật sử dụng trong hệ thống DVB-T2 ..................... 15
2.1.
Ống lớp vật lý (Physical Layer Pipes - PLPs) ...................................................... 15
2.2.
Băng tần phụ (1.7 MHz và 10 MHz) .................................................................... 16
2.3.
Các mode sóng mang mở rộng (đối với 8K, 16K, 32K) ....................................... 16
2.4.
MISO dựa trên Alamouti (trên trục tần số) ........................................................... 17
2.5.
Mào đầu (P1 và P2)............................................................................................... 18
2.6.
Mẫu hình tín hiệu Pilot (Pilot Pattern) .................................................................. 18
2.7.
Điều chế 256-QAM............................................................................................... 19
2.8.
Chòm sao xoay (Rotated Constellation) ............................................................... 20
2.9.
FFT 16K, 32K và tỷ lệ khoảng bảo vệ 1/128 ........................................................ 22
2.10. Mã sửa sai LDPC/BCH ......................................................................................... 22
2.11. Xen thời gian, bit, tế bào và tần số........................................................................ 23
2.12. Giảm thiểu tỷ số công suất đỉnh/công suất trung bình (Peak-to-average Power
Ratio - PAPR) ..................................................................................................................... 24
2.12.1. Sự cần thiết phải giảm tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình .......... 24
2.12.2. Hàm phân bố tích lũy bù (CCDF) của PAPR ................................................. 25
2.12.3. Kỹ thuật ACE (Active Constellation Extension) ........................................... 25
2.12.3. Kỹ thuật Tone Reservation ............................................................................. 26
Chƣơng 3. Kỹ thuật MISO-OFDM dựa trên Alamouti trong DVB-T2 ................ 34
3.1. Tổng quan OFDM ....................................................................................................... 34
3.1.1. Giới thiệu OFDM ............................................................................................. 34
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ
- iii -
Vũ Huy Du
Đại Học Công Nghệ - ĐHQGHN
3.1.2. Sơ đồ hệ thống OFDM ..................................................................................... 35
3.1.4. Nhược điểm của OFDM ................................................................................... 37
3.2. Hệ thống MISO-OFDM .............................................................................................. 37
3.2.2. Tăng ích ............................................................................................................ 39
3.2.3. Tăng ích phân tập ............................................................................................. 39
3.2.4. Tăng ích ghép kênh .......................................................................................... 40
3.2.5. Cân bằng giữa tăng ích phân tập và tăng ích ghép kênh .................................. 41
3.3. Mã khối không – thời gian Alamouti .......................................................................... 42
3.4. Cấu trúc máy thu ......................................................................................................... 43
3.5. Ứng dụng MISO-OFDM trong DVB-T2 .................................................................... 45
3.5.1. Xử lý MISO ...................................................................................................... 47
3.5.2. Chèn Pilot ......................................................................................................... 48
3.5.3. Ánh xạ tế bào dữ liệu vào sóng mang OFDM .................................................. 52
3.5.4. Điều chế IFFT OFDM ...................................................................................... 52
Chƣơng 4.
Mô phỏng, đánh giá hệ thống .................................................................. 56
4.1. Giới thiệu ..................................................................................................................... 56
4.2. Cấu trúc mô phỏng ...................................................................................................... 56
4.3. Thông số cấu hình........................................................................................................ 58
4.4. Kết quả và nhận xét ..................................................................................................... 59
KẾT LUẬN ....................................................................................................................... 61
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................ 62
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ
- iv -
Vũ Huy Du
Đại Học Công Nghệ - ĐHQGHN
DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
BCH
:
Mã hóa ngoài
LDPC
:
Mã hóa trong (Low Density Parity Check)
DVB
:
Truyền hình số quảng bá
DVB-T
:
Truyền hình số mặt đất
DVB-T2
:
Truyền hình số mặt đất thế hệ thứ hai
FFT
:
Biến đổi Furrier nhanh
IFFT
:
Biến đổi Furrier ngược nhanh
FDM
:
Ghép kênh phân chia theo tần số
OFDM
:
Ghép kênh phân chia tần số trực giao
PSK
:
Dịch khoá pha
QAM
:
Điều chế biên độ cầu phương
ICI
:
Nhiễu xuyên kênh
ISI
:
Nhiễu xuyên ký tự
FEC
:
Mã sửa lỗi trước
HDTV
:
Truyền hình phân giải cao
PAPR
:
Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình
RF
:
Tần số vô tuyến
SFN
:
Mạng đơn tần
RF
:
Radio Frequency
SNR
:
Signal-to-Noise Ratio
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ
-v-
Vũ Huy Du
Đại Học Công Nghệ - ĐHQGHN
MỤC LỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Sơ đồ khối hệ thống DVB-T
Hình 1.2: Sơ đồ khối hệ thống phát DVB-T2
Trang 3
Trang 5
Hình 1.3: Sơ đồ khối chức năng và giao diện DVB-T2
Trang 7
Hình 1.4: Sơ đồ khối DVB-T2 lớp vật lý
Trang 8
Hình 1.5: Bản đồ phủ sóng DVB-T2 của AVG.
Trang 14
Hình 2.1: Các PLP khác nhau hiện diện trên các lát thời gian khác nhau
Trang 15
Hình 2.2: Khung T2 đối với kênh RF đơn, chế độ đa PLP (ở đây là 5 PLP).
Trang 16
Hình 2.3: Mật độ phổ công suất đối với 2 K và 32 K.
Trang 17
Hình 2.4: Mô hình MISO.
Trang 18
Hình 2.5: Mẫu pilot phân tán cho DVB - T (trái) và DVB-T2 (phải)
Trang 19
Hình 2.6: Đồ thị chòm sao 256-QAM
Trang 20
Hình 2.7: Chòm sao xoay 16-QAM.
Trang 20
Hình 2.8: Đặc tính hệ thống khi có chòm sao xoay (xanh) và không xoay (đen)
Trang 21
Hình 2.9: Overhead của khoảng bảo vệ giảm với kích thước FFT lớn hơn
Trang 22
Hình 2.10: So sánh mã chống lỗi của DVB - T và DVB - T2.
Trang 23
Hình 2.11:Công suất đỉnh và công suất trung bình của 1 symbol OFDM, sử
dụng 256 sóng mang phụ và phép điều chế 4-QAM
Hình 2.12: Nguyên lý kỹ thuật ACE
Hình 2.13: Cấu trúc bộ phát OFDM sử dụng kỹ thuật Tone Reservation
Hình 2.14: Sơ đồ khối thuật toán loại đỉnh
Hinh 2.15: Nguyên lý thuật toán Tone Reservation
Hình 2.16: Trễ tăng với các gí trị Vclip khác nhau
Trang 25
Hình 2.17: Ví dụ VV017 về số lần lặp, giá trị đỉnh và giá trị trung bình của giá
trị tuyệt đối của đỉnh Vclip
Hình 2.18: Mô phỏng hàm CCDF với các giá trị lặp và Vclip khác nhau
Hình 2.19: Hàm CCDF theo các giá trị Vclip khác nhau, số lần lặp bằng 1
Hình 2.20: Hàm CCDF với các giá trị Vclip khác nhau, số lần lặp bằng 10.
Hình 2.21 Hàm CCDF với các giá trị Vclip khác nhau, số lần lặp bằng 10.
Hình 3.1 : So sánh kỹ thuật sóng mang không chồng xung (a) và kỹ thuật sóng
Trang 30
Trang 26
Trang 27
Trang 28
Trang 28
Trang 29
Trang 31
Trang 32
Trang 32
Trang 33
Trang 35
mang chồng xung (b).
Hình 3.2: Sơ đồ khối hệ thống OFDM
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ
Trang 35
- vi -
Vũ Huy Du
Đại Học Công Nghệ - ĐHQGHN
Hình 3.3: Mô hình một hệ thống MIMO với bốn anten phát (Tx), bốn anten thu Trang 38
(Rx) và các tín hiệu đi qua một kênh H.
Hình 3.4: Cân bằng phân tập - ghép kênh
Trang 41
Hình 3.5: Sơ đồ khối của bộ mã hoá không – thời gian Alamouti
Trang 42
Hình 3.6: Độ phức tạp tính toán đối với máy thu Maximum Likelihood khi sử
Trang 45
dụng điều chế 256QAM.
Hình 3.7. Mô hình hệ thống DVB – T2
Trang 46
Hình 3.8: Qúa trình xử lý phần tải tin OFDM trong hệ thống MISO
Trang 47
Hình 3.9: Thu và phát MISO trong DVB-T2
Trang 48
Hình 3.10: Tạo chuỗi tham chiếu từ chuỗi PRBS và PN
Trang 49
Hình 3.11: Ví dụ về mẫu pilot PP1 cho MISO.
Trang 52
Hình 4.5: Sơ đồ mô phỏng trên Simulink.
Trang 57
Hình 4.2 chòm sao xoay phát đi và thu về
Trang 59
Hình 4.3: Tỉ lệ lỗi khi có MISO (1), không có MISO (2). (3) là tỉ lệ lỗi bit
Trang 59
LDPC.
Hình 4.4: So sánh tỉ lệ lỗi BER theo SNR giữa MISO và SISO
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ
- vii -
Trang 60
Vũ Huy Du
Đại Học Công Nghệ - ĐHQGHN
MỤC LỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: So sánh DVB-T và DVB-T2
Trang 11
Bảng 1.2: Dung lượng tiềm năng tăng gần 50% so với dung lượng DVB - T
Trang 12
cao nhất trước khi chuyển sang DVB-T2 tại UK.
Bảng 1.3: Dung lượng tiềm năng tăng 67% trên mạng đơn tần SFN
Trang 12
Bảng 3.4: Các tham số xác định mẫu pilot phân tán
Trang 50
Bảng 3.5: Các kết hợp cho phép trong chế độ SISO
Trang 50
Bảng 3.6: Các kết hợp cho phép trong chế độ MISO
Trang 51
Bảng 3.7: Chu kỳ nguyên tố tính theo băng thong
Trang 54
Bảng 3.8 Các thông số OFDM
Trang 55
Bảng 4.9: Thông số mô phỏng
Trang 58
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ
- viii -
Vũ Huy Du
Đại Học Công Nghệ - ĐHQGHN
LỜI MỞ ĐẦU
Công nghệ Truyền hình số DVB-T2 đang phát triển rất mạnh mẽ trên thế giới và tại
Việt Nam cũng không nằm ngoài xu thế đó. Hiện tại Bộ Thông tin và Truyền thông cũng
đưa ra đề án số hóa truyền dẫn, phát sóng truyền hình mặt đất với kế hoạch dự kiến đến
năm 2020 chấm dứt việc phát sóng truyền hình tương tự mặt đất, chuyển hoàn toàn sang
phát sóng truyền hình số. Chuẩn DVB-T2, và chuẩn nén MPEG-4 được lựa chọn là tiêu
chuẩn, công nghệ cho Đề án. Việc sử dụng công nghệ DVB-T2 cho khả năng ghép nhiều
kênh chương trình trên một kênh tần số hơn so với DVB-T; Hiệu quả sử dụng tài nguyên
tần số cao hơn; Đáp ứng được với các dịch vụ truyền hình chất lượng cao HDTV,
3DTV…
Trong thế hệ truyền hình số mặt đất thứ hai (DVB-T2), các nhà khoa học đã nâng
cao một bước hiệu quả ứng dụng công nghệ này bằng một loạt các thay đổi kỹ thuật then
chốt như mã hóa sửa lỗi, phương thức điều chế, khoảng bảo vệ, thông tin báo hiệu, mô
hình truyền sóng…
Luận văn tập trung vào nghiên cứu một số giải pháp kỹ thuật được áp dụng trong hệ
thống DVB-T2 nhằm mục đích nâng cao chất lượng hệ thống mang lại ưu thế về hiệu quả
sử dụng băng tần, tăng phạm vi phủ sóng, giảm chi phí triển khai, giảm can nhiễu, tăng
dung lượng… của DVB-T2 so với thế hệ truyền hình trước. Trong chương cuối của luận
văn, sẽ thực hiện mô phỏng và đánh giá chất lượng hệ thống DVB-T2 trên MatlabSimulink khi áp dụng các giải pháp kỹ thuật mới.
Luận văn gồm các nội dung sau:
Chƣơng 1: Tổng quan về hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T2
Chƣơng 2: Các giải pháp kỹ thuật sử dụng trong hệ thống DVB-T2
Chƣơng 3: Kỹ thuật MISO-OFDM dựa trên Alamouti trong DVB-T2
Chƣơng 4: Mô phỏng, đánh giá hệ thống
Luận văn tốt nghiệp Thạc Sỹ
-1-
Vũ Huy Du
Đại Học Công Nghệ - ĐHQGHN
Chƣơng 1 Tổng quan về hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T2
1.1. Tổng quan về truyền hình số
Truyền hình số có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với truyền hình tương tự về khả năng
sử dụng hiệu quả phổ tần , truyền dẫn phát sóng được nhiều chương trình trên một kênh ,
có khả năng phát hiện và sửa lỗi
, khắc phục được những ưu điểm thường thấ y trong
truyền hình tương tự, có khả năng tương thích với nhiều loại hình dịch vụ khác nhau cũng
như khả năng phát sóng các chương trình truyền hình độ phân giải cao HDTV… Việc
truyền dẫn tín hiệu truyền hình số được thực hiện thông qua cáp đồng trục , cáp quang, vệ
tinh hay truyền hình số mă ̣t đấ t .
1.1.1.
Đặc điểm hệ thống truyền hình số
Thiết bị truyền hình số dùng trong truyền dẫn chương trình truyền hình là hệ thống
nhiều kênh. Tín hiệu truyền hình số yêu cầu băng tần rộng hơn , ngoài tín hiệu truyền hình
còn kèm theo âm thanh và các thông tin khác như : thời gian chuẩn, các thông tin phụ…
được ghép vào các khoảng trống của đường truyền .
Ít bị tác động của nhiễu , khả năng chống nhiễu và sửa lỗi tốt hơn , có thể khắc phục
được hiện tượng chồng phổ tín hiệu, hiện tượng bóng ma (Ghosts) so với truyền hình
tương tự.
Việc truyền tín hiệu số được thực hiện khi đảm bảo sự tương quan giữa các kênh
truyền tín hiệu. Do đó, các thông tin đồng bộ được đưa vào để đồng bộ các tín hiệu và có
thể khóa mã dễ dàng.
Quá trình xử lý tín hiệu số đơn giản hơn nhiều so với tín hiệu tương tự như: sửa đổi
thời gian gốc, chuyển đổi tiêu chuẩn, dựng hậu kỳ, giảm độ rộng băng tần…
1.1.2.
Một số tiêu chuẩ n truyền hình số mặt đất
Hiện tại trên thế giới chủ yếu sử dụng 3 tiêu chuẩn phát sóng truyền hình số là :
- DVB-T/DVB-T2 (Digital Video Broadcasting-Terrestrial ) Tiêu chuẩn Châu Âu.
- ATSC (Advanced Television System Committee) Tiêu chuẩn của Mỹ.
Luận văn tốt nghiệp Thạc Sỹ
-2-
Vũ Huy Du
Đại Học Công Nghệ - ĐHQGHN
- ISDB-T (Intergrated Services Digital Broadcasting-Terrestrial) Tiêu chuẩn của
Nhật.
Hiện nay, tại Việt Nam, các nhà cung cấp dịch vụ truyền hình số đang áp dụng hai
tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất thuộc họ chuẩn DVB: DVB-T (VTC) và DVB-T2
(AVG, VTV). Xu hướng lựa chọn công nghệ đều hướng tới DVB-T2 do những ưu điểm
về khả năng ghép nhiều chương trình trên một kênh tần số hơn; hiệu quả sử dụng tài
nguyên tần số cao hơn; đáp ứng được với các dịch vụ truyền hình chất lượng cao HDTV,
3DTV… và khả năng triển khai mạng đơn tần diện rộng hiệu quả hơn. Ngoài ra, giá thành
thiết bị theo chuẩn DVB-T2 giảm đáng kể và hiện nay tương đương với thiết bị theo
chuẩn DVB-T.
1.2. Giới thiệu truyền hình số mặt đất theo chuẩn DVB-T
DVB-T là tiêu chuẩn truyền hình số mă ̣t đấ t chính thức được tổ chức ETSI công
nhận (European Telecommunications Standards Institute) vào tháng 2 năm 1997.
DVB-T sử dụng kỹ thuật COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division
Multiplexing). COFDM là kỹ thuật có nhiều đă ̣c điểm ưu việt , có khả năng chống phản xạ
đa đường, phù hợp với các vùng dân cư có địa hình phức tạp, cho phép thiết lập mạng đơn
tần (SFN – Single Frequency Network) và có khả năng thu di động, phù hợp với các
chương trình có độ nét cao HDTV.
DVB-T là thành viên của một họ các tiêu chuẩn DVB , trong đó bao gồm tiêu chuẩn
truyền hình số qua vệ tinh, mă ̣t đấ t, cáp.
Luồng
MPEG
Phân
tán
năng
lƣợng
Mã hóa
ngoài
(RS)
Thích
ứng
khung
Ghép
xen
ngoài
IFFT
Mã hóa
trong
(CC)
Chèn
khoảng
bảo vệ
Lọc FIR
Ghép
xen
trong
Định vị
(Mapper)
IF=>RF
Khuếch
đại
Lọc
Bandpass
Hình 1.1: Sơ đồ khối hệ thống DVB-T
Luận văn tốt nghiệp Thạc Sỹ
-3-
Vũ Huy Du
TX
Đại Học Công Nghệ - ĐHQGHN
Đặc tính kỹ thuật của DVB-T
- Bộ điều chế DVB-T.
- Mã hóa COFDM trong DVB-T.
- Mã sửa sai trước FEC: Mã RS và CC
- Khoảng thời gian bảo vệ.
1.3. Giới thiệu truyền hình số mặt đất theo chuẩn DVB-T2
DVB-T2 là thuật ngữ viết tắt của Digital Video Broadcasting – Second Generation
Terrestrial, là phần mở rộng của chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T, ban hành bởi tổ
chức DVB, tiêu chuẩn hóa bởi ETSI.
Tiêu chuẩn truyền hình số mă ̣t đấ t thế hệ thứ hai DVB -T2 là một chuẩn mới trong
họ tiêu chuẩn DVB được phát triển với mục đích tăng khả năng sử dụng băng tần, tăng
dung lượng dữ liệu có thể truyền cũng như cải tiến chất lượng tín hiệu. Trong các điều
kiện thu tương đương so với DVB-T, DVB-T2 tăng dung lượng tối thiểu 30%, thậm chí
trong một số trường hợp có thể tăng tới 67% [11]. Ngoài ra, DVB-T2 còn có khả năng
chống lại phản xạ đa đường (Multipaths) và can nhiễu đột biến tốt hơn nhiều so với DVBT. Điều này càng thuận lợi cho việc triển khai các dịch vụ quảng bá mới với đòi hỏi nhiều
dung lượng hơn. Hiệu quả đạt được nhờ các cải tiến từ các đặc trưng lớp vật lý, tới cấu
hình mạng, cũng như tối ưu quá trình thực thi để đạt được bộ thông số tối ưu cho các kênh
truyền. Chi tiết cấu trúc khung (Frame Structure), mã hoá kênh (Channel Coding) và quá
trình điều chế được mô tả trong tiêu chuẩn ETSI EN 302 755.
Hiện nay, DVB-T2 là hệ thống kỹ thuật số mặt đất tiên tiến nhất thế giới, có các
thông số về độ bền, sự linh hoạt và hiệu quả cao hơn các hệ thống truyền hình số mặt đất
khác ít nhất 50%. Đồng thời, hệ thống hỗ trợ các chuẩn truyền hình SD, HD, Ultra HD,
truyền hình di động… Tại Việt Nam, kể từ ngày 11 tháng 11 năm 2011, công ty cổ phần
Nghe Nhìn Toàn cầu AVG đã bắt đầu triển khai mạng đơn tần SFN phát sóng chuẩn DVBT2 trên toàn quốc với ba kênh tần số là 57, 58, 59.
Luận văn tốt nghiệp Thạc Sỹ
-4-
Vũ Huy Du
Đại Học Công Nghệ - ĐHQGHN
PLP 0
Tạo tế
bào
FEC
PLP 1
Mapper
Xen tế
bào
Xen thời
gian
Thích
ứng
luồng/
mode
Tạo
khung
Tạo tế
bào
FEC
Mapper
Xen tế
bào
Xen
tần
Xen thời
gian
Chèn
pilot
IFFT
Giảm công
suất PAPR
Chèn
khoảng
bảo vệ
Chèn ký
tự P1
D-A
Chèn
pilot
IFFT
Giảm công
suất PAPR
Chèn
khoảng
bảo vệ
Chèn ký
tự P1
D-A
TX1
Xử lý
MISO
TX2
(tùy chọn)
Hình 1.2: Sơ đồ khối hệ thống phát DVB-T2
Các kỹ thuật mới sử dụng trong DVB-T2
- Lớp vật lý: Mã hoá dịch vụ cụ thể dựa trên cơ chế Multiple Physical Layer Pipes –
Multi-PLP (Đa ống lớn vật lý) cho phép điều chỉnh độc lập từng dịch vụ cung cấp
trên kênh truyền để đáp ứng các điều kiện tiếp nhận đối với điện thoại di động,
anten thu trong nhà/trên mái nhà trong cùng một kênh truyền. Đồng thời, cho phép
các máy thu tiết kiệm năng lượng giải mã chỉ một dịch vụ duy nhất, chứ không
nhất thiết phải giải mã toàn bộ các dịch vụ trong luồng ghép kênh.
- Mã hoá Alamouti là phương pháp phân tập phát nâng cao vùng phủ trong mạng
đơn tần quy mô nhỏ.
- Chòm sao xoay giúp tăng độ ổn định của chòm sao xếp chặt.
- Tăng cường đan xen về bit, tế bào, thời gian và tần số.
- Cuối cùng, DVB-T2 định nghĩa một phương thức gọi là Future Extension Frames
(FEF) – Khung mở rộng trong tương lai. Phương thức này cho phép áp dụng trên
mạng DVB–T2 hiện tại.
Luận văn tốt nghiệp Thạc Sỹ
-5-
Vũ Huy Du
Đại Học Công Nghệ - ĐHQGHN
1.3.1.
Những tiêu chí cơ bản của DVB-T2
DVB-T2 phải tuân thủ tiêu chí đầu tiên có tính nguyên tắc là tính tương quan giữa
các chuẩn trong họ DVB. Điều đó có nghĩa là sự chuyển đổi giữa các tiêu chuẩn DVB
phải thuận tiện ở mức có thể cao nhất. Tổ chức DVB đã định nghĩa một bộ các yêu cầu
thương mại đóng vai trò nền tảng cho việc phát triển T2. Các yêu cầu này bao gồm [1]:
- Việc truyền dẫn T2 phải có khả năng sử dụng các anten thu gia đình hiện có và
phải có khả năng tái sử dụng các hạ tầng máy phát đang tồn tại.
- T2 phải hướng dịch vụ tới các máy thu cố định và di động trước tiên.
- T2 phải cung cấp khả năng tăng dung lượng tối thiểu 30% so với DVB-T khi hoạt
động trong cùng điều kiện và ràng buộc.
- T2 phải nâng cao được hiệu suất của mạng đơn tần SFN so với DVB-T.
- T2 phải có cơ chế nâng cao độ tin cậy đối với từng loại hình dịch vụ cụ thể, cụ thể
là phải có khả năng đưa ra các mức tin cậy khác nhau đối với một vài loại dịch vụ
so với loại khác. Chẳng hạn, trong một kênh đơn 8 MHz, nó phải có khả năng
hướng một số dịch vụ cho điều kiện thu trên mái nhà và hướng các dịch vụ khác
cho thu di động.
- T2 phải có độ linh hoạt về băng thông và tần số.
- Nếu có thể, T2 nên có cơ chế để giảm tỉ số công suất đỉnh trên công suất trung bình
của tín hiệu phát để giảm giá thành truyền sóng.
1.3.2.
Mô hình cấu trúc DVB-T2
Hệ thống DVB-T2 được chia thành 3 hệ thống con ở phía mạng phát (SS1, SS2,
SS3) và 2 hệ thống con ở phía thu (SS4, SS5) như trình bày trong Hình 1.3. Về mặt giao
diện, có hai giao diện tương ứng ở phía mạng (A và B) và một giao diện nội tại máy thu
(D). Giao diện RF (C) là chung cho cả network và phía thu [1].
Luận văn tốt nghiệp Thạc Sỹ
-6-
Vũ Huy Du
Đại Học Công Nghệ - ĐHQGHN
Giao diện A
“TS”
Tín hiệu
chương trình
đầu vào
SS1:
Mã hóa nén
và ghép
kênh thống
kê Video/
Audio
Giao diện A
“T2-MI”
SS2:
T2-Gateway
cơ bản
Giao diện C
“DVB-T2"
SS3:
Điều chế T2
SS3:
Điều chế T2
Mạng phân
phối
Kênh RF
Giao diện D
“TS”
SS4:
Giải điều
chế T2
SS5:
Giải mã
MPEG
SS4:
Giải điều
chế T2
SS5:
Giải mã
MPEG
SS4:
Giải điều
chế T2
SS5:
Giải mã
MPEG
Tín hiệu
chương trình
đầu ra đã
giải mã
Máy thu T2
Hình 1.3: Sơ đồ khối chức năng và giao diện DVB-T2
SS1: Mã hoá và ghép kênh. Hệ này có chức năng tạo ra các dòng truyền tải
MPEG-2 TS (MPEG-2 Transport Stream) và/hoặc luồng cơ sở (GS). Đối với các dịch vụ
video thì khối này bao gồm việc nén (encoding) video/audio cùng với các thông tin phụ
trợ PSI/SI hoặc báo hiệu lớp 2 (L2 Signalling). Thông thường việc mã hóa video (có thể
cả audio) được thực hiện theo cơ chế tốc độ bit biến đổi VBR nhưng vẫn có một phần
điều khiển chung để đảm bảo tốc độ bit tổng các luồng ghép kênh với nhau là không đổi
(chèn thêm gói NULL). Khối này có chức năng hoàn toàn giống nhau đối với tất cả các
chuẩn của DVB.
SS2: T2-Gateway cơ bản. Đầu vào của SS1 áp dụng cho cả lớp vật lý DVB-T2 cơ
bản. Khối này thực hiện chức năng đáp ứng Mode và đáp ứng Stream cho DVB-T2, cùng
với đó là khả năng cấp phát dung lượng và lập lịch.
T2-Gateway cơ sở có đầu ra là dòng T2-MI là một chuỗi các gói T2-MI. Mỗi gói
T2-MI bao gồm hoặc một Baseband Frame, dữ liệu IQ Vector cho dòng phụ trợ hoặc
thông tin báo hiệu (LI hoặc SFN). Dòng T2-MI chứa mọi thông tin cần thiết để mô tả nội
Luận văn tốt nghiệp Thạc Sỹ
-7-
Vũ Huy Du
Đại Học Công Nghệ - ĐHQGHN
dung và thời gian phát của các khung T2. Mỗi dòng T2-MI có thể được cung cấp cho một
hoặc một vài bộ điều chế trong mạng DVB-T2.
SS3: Bộ điều chế DVB-T2 (DVB-T2 Modulator). Bộ điều chế DVB-T2 sử dụng
Baseband Frame và T2-Frame mang trong dòng T2-MI đầu vào để tạo ra DVB-T2 Frame
và phát ra chúng vào thời điểm thích hợp khi được đồng bộ SFN.
SS4: Giải điều chế DVB-T2 (DVB-T2 Demodulator). Bộ giải điều chế SS4 nhận
tín hiệu RF từ một hoặc nhiều máy phát (SFN Network) và cho một dòng truyền tải
(MPEG-TS) tại đầu ra. SS4 giao tiếp với SS5 thông qua giao diện D, một luồng TS chuẩn
mang theo một hoặc nhiều dịch vụ cùng với các dữ liệu báo hiệu chung.
SS5: Giải mã dòng truyền tải (Stream Decoder). Hệ SS5 nhận dòng truyền tải
(MPEG-TS) tại đầu vào và cho tín hiệu video/audio tại đầu ra. Khối này hầu như giống
nhau trong các chuẩn DVB, ngoại trừ một số thành phần báo hiệu L2 mới được định
nghĩa cho DVB-T2.
1.3.3.
Đặc điểm lớp vật lý của DVB-T2
Mô hình lớp vật lý của DVB-T2 được trình bày trong Hình 1.4. Đầu vào hệ thống có
thể là một hay nhiều dòng truyền tải MPEG-TS và/hoặc một hay nhiều dòng GS (Generic
Stream). Các luồng đầu vào có thể được biến đổi bởi bộ tiền xử lý trong T2 Gateway bởi
tại điểm này trong sơ đồ, các luồng input phải tương ứng một – một với các kênh dữ liệu
(gọi là tuyến dẫn lớp vật lý PLP) trong bộ điều chế. Đặc điểm lớp vật lý ở đây sẽ tương
đương với sự kết hợp của T2-Gateway cơ bản (SS2) và bộ điều chế (SS3) trong kiến trúc
tham khảo Hình 1.3.
Luồng
đầu vào
Xử lý đầu
vào
Ánh xạ
Frame
Xen bit,
Mã hóa
Điều chế
Hệ thống T2
Hình 1.4: Sơ đồ khối DVB-T2 lớp vật lý
Luận văn tốt nghiệp Thạc Sỹ
-8-
Vũ Huy Du
Đại Học Công Nghệ - ĐHQGHN
Đầu ra của lớp vật lý T2 là một tín hiệu cao tần RF trên một kênh RF đơn. Tín hiệu
đầu ra cũng có thể được chia thành hai đường để cung cấp cho anten thứ 2, thường ở một
trạm phát khác, khi ở chế độ truyền dẫn MISO, sử dụng một dạng biến đổi của mã hóa
Alamouti. Nếu chỉ có một PLP thì sẽ chỉ có một kênh data liên tục được truyền đi. Tuy
nhiên, nếu có nhiều PLP thì các kênh data có thể được phân thời gian linh hoạt ở lớp vật
lý, cho phép lựa chọn các thông số để ưu tiên tối ưu phân tập thời gian hay tối ưu công
suất máy thu. Hướng tiếp cận đa PLP và phân khe thời gian trong T2 cho phép các PLP
khác nhau có thể áp dụng các mức độ mã hóa, điều chế và độ sâu xen các lát thời gian
khác nhau, từ đó tạo ra các mức tin cậy khác nhau cho từng dịch vụ. Máy thu có thể tập
trung tài nguyên giải mã của nó vào một PLP chứa những dữ liệu cần thiết.
Việc xử lý dòng dữ liệu vào và FEC dù đã có cải tiến để nâng cao hiệu quả nhưng
vẫn được lựa chọn sao cho tương thích với cơ chế tương đương sử dụng trong DVB-S2.
Điều đó có nghĩa, DVB-T2 phải có cùng cấu trúc baseband-frame, baseband-header, cơ
chế loại bỏ gói rỗng (Null packet) và đồng bộ luồng như DVB-S2. Việc cùng sử dụng
LDPC/BCH FEC là một ví dụ. Tuy nhiên, do đặc tính tự nhiên của điều chế mặt đất sử
dụng trong DVB - T là dựa trên kỹ thuật khoảng bảo vệ COFDM nên T2 cũng phải có các
kỹ thuật ánh xạ chòm sao và xen bit mới.
Các thông số COFDM của DVB-T2 đã được mở rộng so với DVB-T, trong đó bao
gồm:
-
FFT: 1K, 2K, 4K, 8K, 16K, 32K.
-
Khoảng bảo vệ: 1/128, 1/32, 1/16, 19/256, 1/8, 19/128, 1/4.
-
Pilot phân tán : 8 biến thể khác nhau phù hợp với các khoảng bảo vệ khác nhau.
-
Pilot liên tục: tương tự như DVB-T, tuy nhiên độ tối ưu được cải thiện để giảm
overhead.
-
Chế độ sóng mang mở rộng cho phép tối ưu băng thông với kích thước FFT lớn
hơn.
-
Xen mở rộng: bao gồm xen bit, xen tế bào, xen thời gian và xen tần số.
Luận văn tốt nghiệp Thạc Sỹ
-9-
Vũ Huy Du
Đại Học Công Nghệ - ĐHQGHN
Việc có một khoảng lựa chọn rộng hơn các thông số COFDM cho phép giảm đáng
kể lỗi overhead, cùng với mã sửa sai mạnh hơn cho phép DVB-T2 đạt được dung
lượng cao hơn DVB-T gần 50% đối với mạng MFN và thậm chí còn lớn hơn đối
với mạng SFN.[1]
DVB-T2 còn có một số tính chất mới góp phần cải thiện chất lượng hệ thống.
-
Cấu trúc khung (Frame Structure), trong đó có chứa symbol nhận diện đặc biệt
được sử dụng để quét kênh (channel scanning) và nhận biết tín hiệu nhanh hơn,
đồng thời nó cũng báo hiệu một số thông số cơ bản cấu trúc khung.
-
Chòm sao xoay, tạo thành một dạng phân tập điều chế, hỗ trợ việc thu tín hiệu có
tốc độ mã cao.
-
Các giải pháp kỹ thuật đặc biệt nhằm giảm tỷ số công suất giữa mức đỉnh và mức
trung bình của tín hiệu phát.
-
Tuỳ chọn đối với khả năng mở rộng khung dữ liệu trong tương lai (FEF - future
extension frame).
DVB-T2 được yêu cầu kế thừa những giải pháp đã tồn tại trong các tiêu chuẩn
DVB khác. Do đó nó phải chấp nhận 2 giải pháp kỹ thuật có tính then chốt của
DVB-S2, cụ thể:
+ Cấu trúc phân cấp trong DVB-S2, đóng gói dữ liệu trong khung BB (BaseBand
Frame).
+ Sử dụng mã sửa sai LDPC (Low Density Parity Check).
Đầu ra của hệ thống thường là các tín hiệu đơn để truyền phát trên kênh vô tuyến
RF. Tuy nhiên, hệ thống có thể tạo tín hiệu ra thứ hai, được truyền tới hệ thống anten thứ
hai và gọi là chế độ truyền phát MISO.
1.3.4.
Ƣu thế của DVB–T2 so với DVB–T
Từ những cải thiện trên, chuẩn DVB–T2 có thể tạo dòng dữ liệu có tốc độ cao hơn
DVB–T. Để so sánh, hai hàng dưới cùng trong Bảng 1.1 thể hiện tốc độ dữ liệu tối đa đạt
được khi cố định tỷ lệ C/N.
Luận văn tốt nghiệp Thạc Sỹ
- 10 -
Vũ Huy Du
- Xem thêm -