Nghiên cứu vài giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao chất lượng hệ thống dvb-t2

  • Số trang: 72 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 44 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 26946 tài liệu

Mô tả:

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 -