Tài liệu Quy hoạch mạng đơn tần trong truyền hình số mặt đất thế hệ thứ 2 (dvb t2)

NGUYỄN MẠNH ĐỨC BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------------- NGUYỄN MẠNH ĐỨC KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG QUY HOẠCH MẠNG ĐƠN TẦN TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THẾ HỆ THỨ 2 (DVB-T2) LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG KHOÁ 2012B Hà Nội – Năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------------NGUYỄN MẠNH ĐỨC QUY HOẠCH MẠNG ĐƠN TẦN TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THẾ HỆ THỨ 2 (DVB-T2) Chuyên ngành : KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN QUỐC KHƯƠNG Hà Nội – Năm 2014 Mục Lục LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................... 3 DANH MỤC HÌNH VẼ .......................................................................................... 4 DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU ............................................................................... 7 CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................................... 8 LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................ 9 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ DVB-T2 VÀ KỸ THUẬT MẠNG ĐƠN TẦN ............................................................................................................. 12 1.1 Giới thiệu công nghệ truyền hình số mặt đất............................................. 12 1.2 Một số tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất hiện nay ................................... 12 1.2.1 ATSC (Advanced Television System Committee) ............................. 12 1.2.2 ISDB-T (Integrated Services Digital Broadcasting) ........................... 13 1.2.3 DVB-T (Digital Video Broadcasting-Terrestrial) ............................... 14 1.3 DVB-T2 (Digital Video Broadcasting-Terrestrial 2) ................................. 15 1.3.1 Tổng quan về DVB-T2 ...................................................................... 15 1.3.2 Sơ đồ khối phía phát hệ thống DVB-T2 ............................................. 18 1.3.3 Sơ đồ khối phía thu hệ thống DVB-T2 ............................................... 19 1.4 Mạng đơn tần ........................................................................................... 20 1.4.1 Tổng quan mạng đa tần số (MFN) ..................................................... 20 1.4.2 Giới thiệu mạng đơn tần (SFN) .......................................................... 21 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG CỤ QUY HOẠCH MẠNG ĐƠN TẦN TRONG DVB-T2 ................................................................... 33 2.1 Phương pháp quy hoạch mạng đơn tần trong DVB-T2 ............................. 33 2.1.1 Yếu tố kỹ thuật và kinh tế trong quy hoạch mạng đơn tần .................. 33 2.1.2 Quy trình thiết kế, quy hoạch mạng SFN ........................................... 34 2.1.3 Một số vấn đề cần lưu ý trong quy hoạch mạng đơn tần ..................... 37 2.2 Giới thiệu công cụ mô phỏng quy hoạch phủ sóng truyền hình ................. 53 2.2.1 Giới thiệu phần mềm CHIRplus_BC của LStelcom ........................... 53 2.2.2 Giới thiệu phần mềm Giraplan của ProGira ....................................... 59 CHƯƠNG 3: QUY HOẠCH MẠNG ĐƠN TẦN KHU VỰC NAM BỘ ............... 72 1 3.1 Yêu cầu phủ sóng ..................................................................................... 72 3.2 Đặc điểm khu vực .................................................................................... 72 3.2.1 Đặc điểm địa hình .............................................................................. 72 3.2.2 Đặc điểm dân cư ................................................................................ 73 3.3 Các loại hình thu tín hiệu .......................................................................... 75 3.3.1 Thu trong nhà .................................................................................... 75 3.3.2 Thu di dộng ....................................................................................... 75 3.3.3 Thu cố định trên mái nhà ................................................................... 75 3.4 Lựa chọn mô hình mạng phát sóng ........................................................... 75 3.4.1 Mô hình mạng phân bố đều ................................................................ 75 3.4.2 Mô hình mạng phân bố không đều ..................................................... 77 3.4.3 Lựa chọn mô hình mạng SFN cho khu vực Nam Bộ .......................... 78 3.5 Phân tích yêu cầu và lựa chọn bộ thông số phát sóng................................ 80 3.5.1 Lựa chọn số lượng và vị trí sơ bộ các trạm phát sóng ......................... 80 3.5.2 Lựa chọn bộ thông số phát sóng ......................................................... 81 3.5.3 Đặc điểm hạ tầng trạm phát sóng ....................................................... 82 3.5.4 Thông số phía thu .............................................................................. 83 3.5.5 Kết quả mô phỏng phủ sóng và can nhiễu .......................................... 83 CHƯƠNG 4: THỰC TIỄN TRIỂN KHAI MẠNG ĐƠN TẦN TẠI VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI .................................................................................................. 89 4.1 Thực tiễn triển khai mạng đơn tần tại Việt Nam ....................................... 89 4.1.1 Số hóa truyền hình mặt đất tại Việt Nam............................................ 89 4.1.2 Hiện trạng phát sóng số và triển khai mạng đơn tần tại Việt Nam ...... 90 4.2 Một số mạng đơn tần đã triển khai trên thế giới ........................................ 94 4.2.1 Mạng đơn tần DVB-T tại Australia .................................................... 94 4.2.2 Mạng đơn tần DVB-T2 tại Phần Lan ................................................. 95 4.2.3 Mạng đơn tần DVB-T2 tại Thụy Điển................................................ 97 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN VĂN ............................... 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 99 PHỤ LỤC A: BÀI BÁO KỸ THUẬT HAY NHẤT ABU NĂM 2013 ................ 101 2 LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là Nguyễn Mạnh Đức, số hiệu học viên: CB120681, học viên lớp 12BKTTT1 – Viện Điện tử viễn thông – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Tôi xin cam đoan bản luận văn Thạc sỹ kỹ thuật này do tôi tự làm, không sao chép nguyên bản của ai. Các nguồn tài liệu sử dụng trong luận văn là do tôi thu thập và dịch từ các tài liệu tiêu chuẩn của nước ngoài. Các số liệu trong luận văn này là các số liệu thực tế được lấy từ các tài liệu, nghiên cứu của châu Âu và Quốc Tế. Tuyêt đối không bịa đặt. Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về nội dung của luận văn này trước Viện đào tạo sau đại học – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Học viên Nguyễn Mạnh Đức 3 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống ATSC ..................................................................... 13 Hình 1.2 Ghép kênh phân đoạn theo dải tần ........................................................... 14 Hình 1.3 Bản đồ thế giới các tiêu chuẩn truyền hình- Tính đến tháng 5/2012 ........ 15 Hình 1.4 Sơ đồ khối hệ thống DVB-T2 phía phát .................................................. 18 Hình 1.5 Sơ đồ khối hệ thống DVB-T2 phía thu .................................................... 19 Hình 1.6 Mạng đơn tần và đa tần số....................................................................... 20 Hình 1.7 Sơ đồ tổng quan hệ thống mạng đơn tần.................................................. 21 Hình 1.8 Trải trễ trường hợp hai trạm phát ............................................................ 27 Hình 1.9 Cấu trúc khung trong DVB-T2 ................................................................ 29 Hình 1.10 Phân chia OFDM cell trong DVB-T2 .................................................... 30 Hình 1.11 Cấu trúc của T2-MI............................................................................... 31 Hình 2.1 Lưu đồ quy hoạch mạng đơn tần ............................................................. 36 Hình 2.2 Tính toán ΔS trong mạng đơn tần hai máy phát....................................... 38 Hình 2.3 Can nhiễu kênh liền kề ............................................................................ 41 Hình 2.4 Can nhiễu SFN khi vi phạm khoảng bảo vệ............................................. 43 Hình 2.5 Can nhiễu SFN khi điều chỉnh trễ tại máy phát 2 .................................... 44 Hình 2.6 Vị trí trạm và điểm đo tín hiệu ................................................................ 45 Hình 2.7 Echo pattern trước khi điều chỉnh trễ máy phát 2 .................................... 46 Hình 2.8 Echo pattern sau khi điều chỉnh trễ máy phát 2 ....................................... 46 Hình 2.9 Kết quả đo đáp ứng thời gian của kênh thời điểm 14h15 ........................ 48 Hình 2.10 Kết quả đo đáp ứng thời gian của kênh thời điểm 0h05 ........................ 48 Hình 2.11 Giản đồ chòm sao thời điểm 14h15 ....................................................... 49 4 Hình 2.12 Giản đồ chòm sao thời điểm 0h05 ......................................................... 49 Hình 2.13 Mô hình phân lớp của phần mềm .......................................................... 53 Hình 2.14 Dữ liệu tối thiểu để thực hiện phép mô phỏng ....................................... 54 Hình 2.15 Mô hình quản lý dữ liệu ........................................................................ 55 Hình 2.16 Giao diện làm việc chính của phần mềm ............................................... 55 Hình 2.17 Các cách thao tác khởi tạo trạm phát trên CHIRplus_BC ...................... 56 Hình 2.18 Một số mô hình truyền sóng và dải tần ứng dụng .................................. 57 Hình 2.19 Quan hệ phủ sóng và can nhiễu ............................................................. 58 Hình 2.20 Bản đồ phân lớp sử dụng trong Giraplan ............................................... 59 Hình 2.21 Bản đồ địa hình sử dụng trong Giraplan ................................................ 60 Hình 2.22 Hiển thị kết quả mô phỏng trên Bingmap .............................................. 60 Hình 2.23 Dữ liệu và quá trình mô phỏng của phần mềm Giraplan ........................ 61 Hình 2.24 Giao diện chính của phần mềm Giraplan phiên bản 4.9 ......................... 63 Hình 2.25 Thao tác tạo project mới trong Giraplan ................................................ 64 Hình 2.26 Chọn cấu hình mô phỏng ...................................................................... 65 Hình 2.27 Khởi tạo thông số trạm phát trong Giraplan........................................... 65 Hình 2.28 Xác định vị trí trạm phát sóng trong Giraplan........................................ 66 Hình 2.29 Chọn kiểu phát sóng trong Giraplan ...................................................... 66 Hình 2.30 Thiết lập các thông số phát sóng ........................................................... 67 Hình 2.31 Cài đặt thông số kênh truyền cho mô phỏng .......................................... 68 Hình 2.32 Hiển thị kết quả mô phỏng với Giraplan ................................................ 71 Hình 3.1 Địa hình, bản đồ hành chính Nam Bộ ...................................................... 73 Hình 3.2 Bản đồ mật độ dân cư khu vực Nam Bộ .................................................. 74 5 Hình 3.3 Mô hình mạng phân bố đều ..................................................................... 75 Hình 3.4 Mô hình phân bố đều của mạng SFN kích thước lớn ............................... 76 Hình 3.5 Mô hình phân bố đều của mạng SFN kích thước nhỏ .............................. 77 Hình 3.6 Mô hình mạng phân bố không đều phụ thuộc địa hình ............................ 78 Hình 3.7 Loại hình thu tín hiệu phổ biến khu vực Nam Bộ .................................... 79 Hình 3.8 Dự kiến vị trí đặt trạm phát sóng ............................................................. 81 Hình 3.9 Giản đồ bức xạ anten trạm Hồ Chí Minh ................................................. 82 Hình 3.10 Giản đồ bức xạ anten trạm An Giang, Vĩnh Long.................................. 83 Hình 3.11 Bản đồ phủ sóng mạng SFN khu vực Nam Bộ gồm ba trạm: Hồ Chí Minh, Vĩnh Long, An Giang.................................................................................. 84 Hình 3.12 Can nhiễu SFN của mạng gồm ba trạm: Hồ Chí Minh, Vĩnh Long, An Giang..................................................................................................................... 85 Hình 3.13 Can nhiễu SFN mạng gồm 3 trạm: Hồ Chí Minh, Vĩnh Long, An Giang khi đặt trễ phát sóng trạm An Giang 36 µs. ............................................................ 86 Hình 3.14 Bản đồ phủ sóng mạng SFN khu vực Nam Bộ gồm ba trạm: Hồ Chí Minh, Vĩnh Long, Đồng Tháp ............................................................................... 87 Hình 3.15 Can nhiễu SFN của mạng gồm ba trạm: Hồ Chí Minh, Vĩnh Long, Đồng Tháp ...................................................................................................................... 88 Hình 4.1 Bản đồ phủ sóng AVG khu vực Bắc Bộ .................................................. 93 Hình 4.2 Bản đồ phủ sóng AVG khu vực Nam Bộ................................................. 93 Hình 4.3 Mạng đơn tần tại Australia ...................................................................... 95 Hình 4.4 Vùng phủ sóng dự kiến năm 2011 ........................................................... 96 Hình 4.5 Vùng phủ sóng dự kiến năm 2012 ........................................................... 96 Hình 4.6 Bản đồ phủ sóng SFN theo 3 giai đoạn tại Thụy Điển ............................. 97 6 DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU Bảng 1.1 Bộ thông số DVB-T và DVB-T2 tại Anh ................................................ 18 Bảng 1.2 Khoảng thời gian bảo vệ trong DVB-T và DVB-T2 ................................ 25 Bảng 1.3 Khoảng thời gian bảo vệ và Dmax tương ứng trong DVB-T2 ................... 26 Bảng 1.4 C/N tương ứng một số phương thức điều chế trong DVB-T2 .................. 28 Bảng 2.1 Tỉ số bảo vệ hệ thống DVB-T/T2 can nhiễu bởi tín hiệu DVB-T/T2 ....... 39 Bảng 2.2 Tỉ số bảo vệ hệ thống DVB-T/T2 can nhiễu bới tín hiệu analog.............. 40 Bảng 2.3 Tỉ số bảo vệ hệ thống số can nhiễu bởi tín hiệu analog liền kề trên ......... 42 Bảng 2.4 Tỉ số bảo vệ hệ thống số can nhiễu bới tín hiệu analog liền kề dưới ....... 42 Bảng 2.5 Ví dụ bộ thông số DVB-T2..................................................................... 50 Bảng 2.6 Bộ thông số tính toán tuyến DVB-T2 ..................................................... 51 Bảng 3.1 Số liệu thống kê dân số, mật độ dân cư Nam Bộ năm 2012 ..................... 74 Bảng 3.2 Bảng thông số phát sóng mạng đơn tần Nam Bộ ..................................... 82 Bảng 4.1 Bộ thống số phát sóng của VTC ............................................................. 91 Bảng 4.2 Bộ thông số phát sóng của VTV ............................................................. 91 Bảng 4.3 Bộ thông số phát sóng của AVG ............................................................. 92 Bảng 4.4 Bản đồ phủ sóng và các điểm đo trong mạng SFN khu Sunshire Coast ... 94 Bảng 4.5 Thông số mạng đơn tần DVB-T2 tại Phần Lan ....................................... 95 7 CÁC TỪ VIẾT TẮT KÝ HIỆU TÊN TIẾNG ANH SFN Single Frequency Network HDTV High Definition Television SDTV Standard Definition Television NTSC National Television System Committee ATSC Advanced Television System Committee DiBEG Digital Broadcasting Expert Group ISDB-T Integrated Service Didital Broadcasting – Terrestrial DVB The Digital Video Broadcasting project DVB-T Digital Video Broadcasting – Terrestrial DVB-T2 Digital Video Broadcasting – Second Generation Terrestrial STS Synchronization Time Stamp DEM Digital Elevation Model LDPC Low Density Parity Check BCH Bose Chaudhuri Hocquengham OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing COFDM Code Orthogonal Frequency Division Multiplexing MPEG Moving Picture Experts Group FEC Forward Error Correction QAM Quadrature Amplitude Modulation ITU International Telecommunication Union PLP Physical Layer Pipe T2-MI T2 Modulator Interfeace MFN Multi Frequency Network MIP Megaframe Initialization Packet GPS Global Positioning System GI Guard Interval ISI Inter Sysbol Interference ICI Inter Carrier Interference MER Modulation Error Ratio 8 LỜI NÓI ĐẦU Lý do chọn đề tài Ngày nay khi nhu cầu giải trí của con người ngày càng tăng, cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin và truyền thông thì các dịch vụ truyền hình kỹ thuật số đã và đang thay thế truyền hình tương tự. Trong xu thế đó số hóa truyền hình trong đó có truyền hình mặt đất tại Việt Nam là con đường tất yếu. Truyền hình số mặt đất không chỉ đem lại lợi ích chất lượng chương trình mà còn đem lại nhiều lợi ích về hiệu quả sử dụng phổ tần số. Trong khi đó kỹ thuật mạng đơn tần mang lại hiệu quả về sử dụng phổ tần số, hiệu quả phủ sóng và hiệu quả sử dụng công suất. Đặc biệt khi kết hợp với nhau kỹ thuật mạng đơn tần và truyền hình số mặt đất càng phát huy được thế mạnh của mình. Tuy nhiên sự kết hợp đó cũng gặp phải rất nhiều khó khăn thách thức mà một trong số đó là việc đồng bộ trong mạng đơn tần. Do đó tôi đã lựa chọn đề tài “Quy hoạch mạng đơn tần trong truyền hình số mặt đất thế hệ thứ 2 (DVB-T2)” để nghiên cứu, ứng dụng vào quy hoạch mạng đơn tần truyền hình số mặt đất tại Việt Nam. Lịch sử nghiên cứu Dựa trên đặc tính điều chế của OFDM khái niệm mạng đơn tần (SFN) lần đầu tiên được đưa ra vào những năm 90 của thế kỷ trước. Nhiều nước trên thế giới lần lượt tiến hành thử nghiệm mạng đơn tần trong lĩnh vực truyền hình như ở Đức, Australia… Tại Australia mạng SFN đầu tiên được thử nghiệm vào tháng 6 năm 1999 với hai trạm phát đặt tại tòa nhà Black Mountain (Canberra) và Bowning Hill cách Canberra 60 km. Tại Việt Nam mạng SFN đầu tiên được công ty Cổ Phần Nghe Nhìn Toàn Cầu (AVG) thử nghiệm vào tháng 10 năm 2010 với 2 trạm phát đặt tại đài truyền hình Hà Nội và Cục Thông tin liên lạc Bộ công an sử dụng công nghệ DVB-T. Cho đến nay AVG đã có 3 mạng SFN phủ sóng trên 30 tỉnh thành trên toàn quốc. Mục đích nghiên cứu 9 Luận văn đưa ra cái nhìn khái quát về mạng đơn tần (SFN) cũng như công nghệ truyền hình số thế hệ thứ 2 (DVB-T2). Từ những phân tích về ưu, nhược điểm và các đặc điểm của mạng SFN cũng như công nghệ DVB-T2 luận văn đưa ra nhận định về tính tất yếu của sự kết hợp SFN – DVB-T2. Luận văn cũng đưa ra các nghiên cứu quy hoạch mạng SFN phù hợp với thực tế tại Việt Nam. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của luận văn là mạng đơn tần SFN và công nghệ truyền hình số thế hệ thứ 2 DVB-T2 Luận văn tập trung vào nghiên cứu quy hoạch mạng SFN trong truyền hình sử dụng công nghệ DVB-T2, ứng dụng vào thực tiễn tại Việt Nam. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu dựa trên các tài liệu ITU, DVB, các báo cáo thử nghiệm triển khai mạng đơn tần trên thế giới, các bài báo, tạp chí công nghệ. Ngoài ra nghiên cứu còn dựa trên thực tiễn triển khai mạng đơn tần của công ty Cổ phần Nghe nhìn Toàn Cầu (AVG). Tóm tắt luận văn Luận văn được chia làm 4 chương: Chương 1: Tổng quan công nghệ DVB-T2 và kỹ thuật mạng đơn tần - Giới thiệu tổng quan về truyền hình số mặt đất, các công nghệ truyền hình số đặc biệt công nghệ DVB-T2. - Giới thiệu tổng quan về kỹ thuật mạng đơn tần, các đặc điểm của mạng đơn tần, ưu điểm của mạng đơn tần so với mạng đa tần. Chương 2: Giới thiệu công cụ và phương pháp quy hoạch mạng đơn tần trong DVB-T2 - Giới thiệu công cụ, phần mềm quy hoạch mạng đơn tần Giraplan và một số công cụ khác. 10 - Trình bày phương pháp quy hoạch mạng đơn tần, các yêu cầu đặt ra, các khó khăn gặp phải, lựa chọn tối ưu thông số. Chương 3: Quy hoạch mạng đơn tần khu vực Nam Bộ - Mô phỏng mạng đơn tần DVB-T2 phủ sóng khu vực TP Hồ Chí Minh và một số tỉnh miền Tây. Chương 4: Thực tiễn trong triển khai mạng đơn tần tại Việt Nam và thế giới - Mạng đơn tần công ty Cổ phần nghe nhìn toàn cầu AVG. - Mạng đơn tần một số nước trên thế giới. Lời cảm ơn Quy hoạch mạng đơn tần trong truyền hình là một lĩnh vực mới tại Việt Nam nó đòi hỏi rất nhiều kiến thức khác nhau về siêu cao tần, xử lý tín hiệu, kỹ thuật truyền thông. Mặc dù đã có nhiều cố gắng song bài luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tôi rất mong muốn nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô, các đồng nghiệp để bài luận văn được hoàn thiện hơn nữa. Qua đây tôi cũng xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp tại công ty Cổ phần nghe nhìn toàn cầu AVG và đặc biệt thầy giáo TS Nguyễn Quốc Khương đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. Hà Nội, Ngày tháng Nguyễn Mạnh Đức 11 năm 2014 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ DVB-T2 VÀ KỸ THUẬT MẠNG ĐƠN TẦN 1.1 Giới thiệu công nghệ truyền hình số mặt đất So với truyền hình tương tự, truyền hình số có nhiều ưu điểm vượt trội như: khả năng chống nhiễu, đem lại hiệu quả sử dụng phổ tần số - cùng một kênh tần số nhưng truyền tải được nhiều kênh chương trình, chất lượng chương trình truyền hình cao hơn, khả năng truyền tải hình ảnh độ nét cao HDTV. 1.2 Một số tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất hiện nay Hiện nay trên thế giới chủ yếu sử dụng 3 tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất: ATSC, ISDB-T, DVB (DVB-T/T2) ngoài ra còn có tiêu chuẩn DMB-T của Trung Quốc. 1.2.1 ATSC (Advanced Television System Committee) Từ đầu năm 1990, ở Mỹ đã xuất hiện 4 tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất có độ phân giải cao (HDTV) được các tổ chức, các nhóm nghiên cứu khác nhau đề xuất.Năm 1993, sau nhiều cuộc thử nghiệm, Uỷ ban Tư ấn về dịch vụ truyền hình tiên tiến (ACATS – Advisory Committee on Advance Television Service ) đã thuyết phục các nhóm nghiên cứu chọn lọc những điểm mạnh của mỗi tiêu chuẩn, kết hợp lại để tạo nên một tiệu chuẩn duy nhất – chuẩn ATSC. ATSC được phát triển từ tiêu chuẩn truyền hình tương tự NTSC (National Television Standards Committee) của Mỹ. Tiêu chuẩn này hiện nay đang được sử dụng tại Mỹ, Canada, Hàn Quốc. ATSC cho phép truyền tải nhiều chuẩn video khác nhau từ HDTV (High Definition Television) đến dạng thức video tiêu chuẩn SDTV (Standard Definition Television) với các phương thức quét xen kẽ, liên tục và các tỉ lệ khuôn hình khác nhau. ATSC được thiết kế để truyền các tín hiệu video, audio và các dữ liệu khác 12 trên một kênh truyền. Tốc độ truyền tải có thể lên đến 19 Mbit/s trên kênh truyền 6 MHz. Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống ATSC 1.2.2 ISDB-T (Integrated Services Digital Broadcasting) ISDB-T là tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất của Nhật với tên gọi khác DiBEG (Digital Broadcasting Expert Group). Tiêu chuẩn này hiện nay đang được sử dụng tại Nhật và hầu hết các nước Nam Mỹ. ISDB-T sử dụng kỹ thuật ghép kênh theo đoạn dải tần BST-OFDM (Band Segmented OFDM) và cho phép sử dụng các phương thức điều chế khác nhau trên từng đoạn dữ liệu như: QPSK, 16-QAM và 64-QAM. Tín hiệu truyền đi được tổ chức thành 13 đoạn (OFDM), mỗi đoạn có dải phổ 432 KHz với các tín hiệu chỉ thị 13 và các thông số truyền dẫn như : loại điều chế, các loại mã hiệu chỉnh lỗi được sử dụng trong từng đoạn… Hình 1.2 Ghép kênh phân đoạn theo dải tần 1.2.3 DVB-T (Digital Video Broadcasting-Terrestrial) DVB-T là tiêu chuẩn kỹ thuật do dự án DVB phát triển, kỹ thuật này định rõ cấu trúc khung, mã hóa kênh và điều chế cho quảng bá truyền hình số mặt đất. Phiên bản đâu tiên của tiêu chuẩn này được công bố vào tháng 3 năm 1997 và 12 năm sau đó DVB-T trở thành tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi nhất trong các hệ thống truyền hình số mặt đất trên toàn thế giới. Hệ thống truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T là một hệ thống linh hoạt cho phép thiết lập các mạng truyền tải đa dạng các dịch vụ từ HDTV đến đa kênh SDTV và các dữ liệu khác trong một luồng truyền tải MPEG TS (Moving Picture Experts Group Trasport Stream). DVB-T sử dụng kỹ thuật điều chế đa sóng mang trực giao phân chia theo tần số đã được mã hóa COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing) với các phowng thức: QPSK, 16 QAM, 64 QAM do đó DVB-T có khả năng triệt 14 tiêu hiện tượng trễ trong truyền dẫn và phản xạ đa đường. Khi các tín hiệu phản xạ đa đường đến máy thu còn nằm trong khoảng bảo vệ chúng sẽ được đồng bộ với nhau không phát sinh can nhiễu chính vì vậy DVB-T cho phép cung cấp các dịch vụ cố định, di động mặt đất, thậm chí cho phép thu tín hiệu bằng thiết bị cầm tay 1.3 DVB-T2 (Digital Video Broadcasting-Terrestrial 2) 1.3.1 Tổng quan về DVB-T2 DVB-T2 là phiên bản mở rộng của DVB-T được công bố lần đầu tiên vào năm 2009 và nhanh chóng được các nước đưa vào thử nghiệm. Tại Việt Nam DVBT2 được công ty Cổ Phần Nghe Nhìn Toàn Cầu AVG đưa vào thử nghiệm và thương mại hóa vào năm 2012. Hình 1.3 Bản đồ thế giới các tiêu chuẩn truyền hình- Tính đến tháng 5/2012 Được xây dựng trên sự thành công của DVB-T, kỹ thuật DVB-T2 kế thừa những điểm mạnh của DVB-T đồng thời có những cải tiến trong điều chế, mã sửa lỗi để tăng dung lượng và cải thiện độ chắc chắn của tín hiệu. Trong cùng một điều kiện thu DVB-T2 cải thiện lên tới 50% dunng lượng kênh truyền. Để đạt được những cải tiến đó những thay đổi cụ thể được thực hiện trong các đặc tính lớp vật 15 lý, cấu hình mạng và tối ưu trong vận hành phù hợp với đặc tính truyền sóng của kênh tần số. a. Các đặc tính lớp vật lý Giống với phiên bản trước DVB-T2 sử dụng kỹ thuật COFDM. DVB-T2 có sẵn lượng lớn các phương thức điều chế với cùng độ linh hoạt để có thể phù hợp với từng ứng dụng như trong DVB-T (thu cố định, thu di động,…). Hơn thế nữa DVBT2 còn bổ sung thêm phương thức 256 QAM giúp tăng số bit có thể mang được trên mỗi ô dữ liệu. Ngoài ra mã sửa lỗi FEC (forward error correction) cũng được cải tiến so với DVB-T là nhân tố chính giúp tăng dung lượng truyền tải. DVB-T2 sử dụng mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp LDPC (Low density parity check) kết hợp với mã vòng BCH (Bose Chaudhuri Hocquengham) để chống nhiễu. So với DVB-T sử dụng mà Reed-Solomon thì DVB-T2 đã được bổ sung thêm 2 mức tốc độ mã hóa nữa (3/5 và 4/5). Giống với DVB-T, trong cân bằng kênh DVB-T2 cũng sử dụng các dạng pilot phân tán để bù lại sự thay đổi của kênh truyền trong cả miền thời gian và miền tần số. DVB-T2 cho phép lựa chọn một cách linh hoạt 8 loại pilot phân tán phụ thuộc vào kích thước FFT (Fast Furier Transform) và khoảng bảo vệ nhằm tối đa hóa dữ liệu có ích. DVB-T2 cung cấp sự lựa chọn khác nhau về mức độ bảo vệ cho từng dịch vụ riêng biệt trong cùng một luồng truyền tải mang bởi một tín hiệu trong một kênh truyền cho trước. Đặc tính này cho phép mỗi dịch vụ có một phương thức điều chế duy nhất phụ thuộc vào yêu cầu mức độ vũng chắc của tín hiệu thông qua việc sử dụng các đường ống lớp vật lý PLP (Physical Layer Pipes). b. Cấu hình mạng Đặc tính kỹ thuật của DVB-T2 cho phép khả năng tối đa hóa hoạt động trong mạng đơn tần. Trong DVB-T2 các phương thức sóng mang mới được bổ sung để cải thiện hoạt động của mạng đơn tần và tăng chiều dài của ký tự. Việc tăng chiều 16 dài của một ký tự có ý nghĩa rất quan trọng, điều này giúp giảm kích thước khoảng bảo vệ trong khi vẫn đối phó tốt với phản xạ đa đường. Việc bổ sung thêm mã Alamouti cũng sẵn có trong tùy chọn của một mạng SFN thường, trong phương thức này các máy thu sẽ nhận được nhiều tín hiệu có ích cùng một lúc từ 2 hay nhiều máy phát. Bằng việc sử dụng công nghệ tone reservation và ACE ( Active Contellation Extension) DVB-T2 cho phép giảm công suất đỉnh trên trung bình trong trạm phát so với DVB-T. Công suất đỉnh danh định của bộ khuếch đại có thể được giảm đi 25% có thể làm giảm đi đáng kể tổng công suất phải tạo ra đảm bảo yêu cầu nhất định của các trạm phát công suất lớn. c. Tối ưu hóa hoạt động để phù hợp với các đặc tính truyền sóng của kênh tần số Đặc điểm kỹ thuật của DVB-T2 cho phép cải thiện độ chắc chắn của tín hiệu chống lại các tác động bên ngoài như ảnh hưởng của địa lý, thời tiết, các tòa nhà ... Điều này đạt được thông qua việc sử dụng công nghệ chòm sao xoay (Rotated Contellations) và kỹ thuật đan xen thời gian và tần số (Time and Frequency Interleaving). Công nghệ chòm sao xoay cải thiện đáng kể khả năng giảm thiểu sự mất mát dữ liệu. Công nghệ này đảm bảo những thông tin thất thoát bởi thành phần kênh truyền này sẽ được khôi phục ở thành phần kênh truyền khác. Công nghệ này đạt được bằng cách ánh xạ dự liệu trên một mặt phẳng IQ thông thường bao gồm trục x,y (điều chế biên độ cầu phương QAM) sau đó xoay mặt phẳng IQ sao cho bản thân mỗi trục của nó mang đủ dữ liệu. Thành phần I và Q sau đó được gửi đi ở các thời điểm khác nhau ở các ô dữ liệu khác nhau đảm bảo thông tín có thể khôi phục nếu cần thiết. Kỹ thuật phân tán thời gian cho phép tín hiệu chống lại sự nhiễu loạn như nhiễu xung trong một khoảng thời gian cho trước và sự nhiễu loạn trên một khoảng tần số giới hạn. 17 d. Gia tăng hiệu suất sử dụng phổ Khả năng cải thiện tối đa có thể về mặt dung lượng truyền tải của DVB-T2 so với DVB-T chưa được tìm ra. Các yêu cầu về thương mại đã đặt ra mức gia tăng 30% của DVB-T2 so với DVB-T trong cùng các điều kiện thu. Tuy nhiên trên thực tế, ở phương thức truyền tải DVB-T2 hiện tại được lựa chọn tại Anh chỉ ra rằng sự gia tăng dung lượng có thể lên đến 66%. Bảng 1-1 dưới đây là ví dụ về bộ thông số mạng đa tần đang được sử dụng tại Anh Điều chế (Modulation) Kích thước FFT Khoảng bảo vệ (GI) Mã sửa lỗi (FEC) Phương thức sóng mang Dung lượng DVB-T 64 QAM DVB-T2 256 QAM 2k 1/32 32k 1/128 2/3 CC + RS Standard 2/3 LDPC + BCH Extended 24.1 Mbit/s 40.2 Mbit/s Bảng 1.1 Bộ thông số DVB-T và DVB-T2 tại Anh 1.3.2 Sơ đồ khối phía phát hệ thống DVB-T2 Thực tế sơ đồ khối hệ thống DVB-T2 khá tương đồng với sơ đồ khối hệ thống DVB-T, chỉ có sự khác biệt ở sự xuất hiện của T2 Gateway. Hình 1.4 Sơ đồ khối hệ thống DVB-T2 phía phát - Khối mã hóa ghép kênh Audio/Video có chức năng mã hóa tín hiệu 18