TIỂU LUẬN môn học kỹ THUẬT PHÁT THANH TRUYỀN HÌNH đề tài tìm hiểu tổng quan về DVB c2

Tháng 8/2008 chuẩn DVB-C2 ra đời, đây là thế hệ thứ hau của truyền hình số qua cáp với một số sự thay đổi về mã hóa và điều chế để cải thiện hiệu suất cũng như tối ưu hơn so với chuẩn th

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Khoa viễn thông 1

-^>^ư^>^

BÀI TIỂU LUẬN MÔN HỌC KỸ THUẬT PHÁT THANH TRUYỀN HÌNH

Đề tài: “Tìm hiểu tổng quan về DVB-C2”

Sinh viên thực hiện

Mã sinh viên

Hà Nội, tháng 6/2021

Cao Xuân Sơn B17DCVT304 Lớp

Nhóm môn học

D17CQVT08-B 02

Lời nói đầu

Chuẩn DVB-C được viết tắt bởi cụm từ Digital Video -Cable và nó là chuẩn chung

do tập đoàn tiêu chuẩn Châu Âu phát triển cho truyền hình kỹ thuật số thông qua hệ thống cáp Hệ thống này truyền một MPEG-2 hoặc MPEG-4 với dòng đưa ra là Audio/video số Tiêu chuẩn này lần đầu tiên được xuất bản bởi ETSI vào năm 1994, sau đó trở thành hệ thống truyền tải sử dụng rộng rãi nhất cho truyền hình Cáp kỹ thuật số ở Châu ÂU Nó được triển khai trên toàn thế giới trong các hệ thống khác nhau

Tháng 8/2008 chuẩn DVB-C2 ra đời, đây là thế hệ thứ hau của truyền hình số qua cáp với một số sự thay đổi về mã hóa và điều chế để cải thiện hiệu suất cũng như tối ưu hơn so với chuẩn thứ nhất Trong đề tài này, chúng ta sẽ tìm hiểu tổng quan về DVB-C2

Do thời gian gấp rút và kiến thức bản thân còn hạn chế , quá trình thực hiện có thể còn nhiều sai sót nên em mong nhận được sự góp ý từ cô

Em xin cảm ơn

Mục lục

I Khái quát về DVB - C2 2

1 Giới thiệu 2

2 Các đặc tính quan trọng của DVB-C2 3

3 So sánh DVB-C2 và DVB-C 4

II Sơ đồ khối của DVB - C2 4

1 Sơ đồ tổng quát 4

2 Physical Layer Pipes (PLP) và Data Slices 5

3 QAM Mapping và cơ chế chuyển tiếp lỗi (FEC) 6

4 Cấu trúc khung DVB-C2 7

Kết Luận 10

I Khái quát về DVB - C2

1 Giới thiệu

Trong những năm gần đây, như cầu người sử dụng về các ứng dụng truyền thong phức tạp tăng cao Mạng Internet băng rộng cung cấp đường truyền trên

100 Mbit/s cho các dịch vụ TV như Truyền hình tốc độ cao (HDTV), Back-up

TV, Video theo yêu cầu (VoD) hay các dịch vụ TV tương tác được các nhà khai thác đưa vào sử dụng Việc cung cấp tất cả các dịch vụ này qua mạng CATV với

số lượng khách hàng cao đòi hỏi cơ sở hạ tầng hiện đại hỗ trợ việc truyền tải các dịch vụ phát sóng và băng thông rộng theo yêu cầu chất lượng dịch vụ là một vấn

đề quan trọng Ngoài ra, việc truyền liên tục các dịch vụ truyền thông và truyền hình tương tự nói riêng cũng được quan tâm để đáp ứng nhu cầu cung cấp các trải nghiệm liên tục trên nhiều thiết bị trong một hộ gia đình mà không cần thay đổi phần cứng Hiện nay, bằng cách sử dụng song song các công nghệ khác nhau

để nâng cấp mạng truyền thống CATV thành mạng hiện đại HFC (Hybrid Fibre Coax) Tuy nhiên, việc kết hợp này yêu cầu chi phí lớn và tốn khá nhiều thời gian nên việc triển khai là không tối ưu

Do đó, DVB-C2 được ra đời để đáp ứng các yêu cầu sau:

- Các công nghệ sẽ nhắm vào việc tối ưu hóa việc sử dụng các kênh truyền hình cáp trong các mạng cáp hiện đai bao gồm việc tăng tính linh hoạt và dung lượng dữ liệu

- DVB-C2 mục tiêu chủ yếu không phải là phù hợp với DVB-S2 hoặc DVB-T2 mà nó dựa vào các đặc tính khác biệt để cạnh tranh trên thị trường truyền nội dung Vì thế các công nghệ truyền dẫn tầng thấp có thể đạt được nhiều loại ích hơn từ sự khả dụng của các kênh được trả lại Tuy nhiên, các đặc điểm kỹ thuật của DVB-C2 sẽ không phụ thuộc vào tính khả dụng của các kênh đó

- Một bộ cung cụ các tham số sẽ có sẵn để giải quyết các vấn đề trên các ứng dụng của người sử dụng đối với các ứng dụng kinh doanh, tính toán

sự khác biệt giữa mức hiệu suất khác nhau của mạng CATV

- Cho phép các nhà cung cấp dịch vụ trên mạng cáp đưa ra các dịch vụ cá nhân có chất lượng tốt kể cả đối với các dịch vụ trong cùng 1 kênh

- Các kỹ thuật có sẵn nếu phù hợp cũng có thể được áp dụng

- Sự tính toán sẽ được dự đoán từ các đặc tính của mạng cáp trước

- Thông số kỹ thuật mới chỉ giải quyết các vấn đề chức năng ở cuối đường truyền nhưng sẽ tính đến chất lượng dữ liệu cho các thiết bị khác nhau

- Đặc điểm truyền tần số trung tần trong dải băng tần cáp

- DVB-C2 có thể tái sử dụng các giải pháp hiện có cho các vấn đề giao thoa, mã hóa và điều chế nếu thích hợp

Tìm hiểu tổng quan về DVB-C2 Cao Xuân Sơn-B17DCVT304

3

2 Các đặc tính quan trọng của DVB-C2

Các đặc điểm của kênh vật lý trong mạng Cáp đồng trục lai ghép sợi (HFC) cung cấp một nền tảng lý tưởng cho tất cả các dịch vụ truyền thông băng rộng của hiện tại và tương lai Trong quá khứ, phổ khả dụng đã được sử dụng cho truyền tín hiệu TV tương tự Một vài năm trở lại đây, ứng dụng các tiêu chuẩn truyền hình kỹ thuật số như DVB-C kết hợp với nén video MPEG-2 đã cung cấp phương tiện cho lượng lớn chương trình TV số Tuy nhiên, trong bất kỳ mạng cáp nào, các chương trình tương tự vẫn còn tồn tại dẫn tới việc truyền song song các tín hiệu phát sóng tương tự và kỹ thuật số Do đó, nhiều nhà mạng cáp đã được nâng cấp để cho phép truyền thông hai chiều Kết quả là các nhà mạng có thể cung cấp gói băng thông theo yêu cầu là “Triple Play”, cho phép truy cập Internet cùng với dịch vụ thoại Như vậy, lưu lượng IP cho mỗi khách hàng sẽ tăng nhanh Hơn nữa, một số dịch vụ được cung cấp ngày càng đòi hỏi chất lượng độ nét cao, tốc độ bit cao hơn Mặt khác, phổ đường xuống có thể sử dụng trong các mạng cáp thông thường bị giới hạn ở tần số dưới 800 MHz Từ các điều trên, nhiều nhà cung cấp mạng sẽ bị cạn kiệt phổ trong tương lai gần Để giải quyết vấn đề này, ta có thể mở rộng phổ được sử dụng hoặc giảm số lượng thuê bao cho mỗi phân đoạn mạng Cả hai cách tiếp cận này đều rất tốn kém vì chúng yêu cầu nhiều thành phần mạng tích cực và thụ động mới Do đó, cách giải quyết được chú ý nhất đó là ứng dụng một hệ truyền động với một lớp vật lý hiệu quả như DVB-C2

Mặc dù MPEG Transport Stream (TS) vẫn là giao thức được sử dụng phổ biến trong phát sóng kỹ thuật số với bất kỳ dạng đầu vào nào được đóng gói và truyền đi cũng được gọi là đóng gói luồng chung (GSE) Tất cả các luồng đầu vào được ghép kênh ở định dạng khung Baseband Cơ chế sử lỗi chuyển tiếp (FEC) được áp dụng cho các khung baseband cơ sở này Để phù hợp với các hệ thống DVB-X2 khác, DVB-C2 sử dụng kết hợp mã LDPC và BCH Điều này giúp FEC tăng thêm khoảng 5 dB để cải thiệu tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu SNR so với DVB-C Các sơ đồ Bit-Interleaving tối ưu hóa sự mạnh mẽ tổng thể thể của

hệ thống FEC Bằng cách mở rộng một header, các frame đó được gọi là Physcal Layer Pipes (PLP) Một hoặc một số PLP như vậy được ghép vào một Data Slice Một kết nối hai chiều (trong miền thời gian và tần số) được áp dụng cho mỗi slice để người nhận có thể loại bỏ các tác động của sự suy giảm hàng loạt và nhiễu chọn lọc tần số Một hoặc nhiều Data Slice được điều chỉnh trong tải của frame C2 Quá tình xây dựng frame bao gồm chèn sơ đồ liên tục và rải rác Ký hiệu đầu tiên của frame C2 được gọi là “Preamble” mang dữ liệu tín hiệu Bộ thư DVB-C2 sẽ tìm thấy tất cả dữ liệu cấu hình có liên quan về cấu trúc và các thông

số kỹ thuật của tín hiệu trong DVB-C2 trong khối dữ liệu báo hiệu trong

Preamble cũng như các header của PLP Sau đó, các ký hiệu OFDM được tạo ra bằng cách biến đổi Fourier ngược (IFFT) Thuật toán 4K-IFFT được áp dụng để tạo ra tổng cộng 4096 sóng mang, 3409 sóng trong đó được sử dụng để truyền dữ liệu và pilots trong dải tần 8 MHz Khoảng bảo vệ được sử dụng giữa các ký hiệu

OFDM có độ dài là 1/128 hoặc 1/64 phụ thuộc vào độ dài ký hiệu (448 p.s).

Tóm lại các đặc điểm kỹ thuật chính của DVB-C2 là sự linh hoạt và hiệu quả Dự kiến việc triển khai DVB-C2 sẽ tăng dung lượng downstream của mạng cáp lên 30 % và đối với các mạng được tối ưu hóa lên tới 60 % Mặt khác, DVB-C2 cho phép các nhà khai thác mạng sử dụng tài nguyên tần số có sẵn một cách linh hoạt và nâng cao chất lượng dịch vụ cho tất cả các loại hình bao gồm hỗ trợ

cả cơ chế vận chuyển dựa trên IP

3 So sánh DVB-C2 và DVB-C

Bảng 1 dưới đây chỉ ra những điểm khác nhau chính giữa C và DVB-C2 Nhờ sử dụng thêm các công nghệ mới, DVB-C2 có thể tăng dung lượng

truyền lên tới 33% so với chế độ DVB-C trong điều kiện SNR giống nhau Ngoài

ra, lựa chọn các sơ đồ mã hóa và điều chế cũng giúp DVB-C2 tối ưu hóa hiệu quả phổ

Input Intertace Single Transport Stream (TS) Multiple Transport Stream and Generic

Stream Encapsulation (GSE)

Modes Constant Coding & Modulation Vanable Coding & Modulabon and

Adapttve Codlng & Modulation

Interleaving Bit-lnterleavĩng Bit- Tkna- and Eraquency-lnterieaving

Modulatton Single CarrierQAM COFDM

Pikrta Not Applicable Scattered and Continual Pilots

Guard Intarval Not Applicabla 1 64 or1.T28

Modulation Schemes 16- to 256-QAM 16-to 4096-QAM

Bảng 1 Sự khác biệt cơ bản giữa khối DVB-C và DVB-C2

II Sơ đồ khối của DVB - C2

1 Sơ đồ tổng quát

Theo sự phát triển rộng rãi cũng như các đặc điểm của lớp vật lý DVB, thế

hệ thứ hai của DVB (DVB-x2) bao gồm 3 hệ thống truyền tải khác nhau được hình thành là: DVB-S2 (ứng dụng vệ tinh), DVB-T2 (mặt đất) và DVB-C2 (cáp)

Ý tưởng chính của DVB-x2 là tối đa hóa việc tái sử dụng các cơ sở hạ tầng có sẵn giữa các hệ thống truyền dẫn Hơn nữa, lớp hệ thống của S2 và DVB-C2 là khá phổ biến vì nó cho phép chuyển đổi dễ dàng tín hiệu vệ tinh thành tín

Tìm hiểu tổng quan về DVB-C2 Cao Xuân Sơn-B17DCVT304

5

hiệu cho mạng lưới cáp - một đặc tính quan trọng của hệ thống phát sóng bằng

cáp

Hình 1 trình bày sơ đồ khối cấp cao xử lý tín hiệu cho DVB-C2 truyền cuối

Hệ thống cáp sử dụng Physical Layer Pipe (PLP) Một PLP là một kênh logic có thể chứa một hoặc nhiều luồng MPEG-2 nhưng đồng thời cũng xử lý dữ liệu IP bằng giao thức đóng gói luồng chung (GSE) Mỗi PLP bao gồm một khối xử lý đầu vào bởi chuyển tiếp lỗi (FEC) và một QAM Mapping Một hoặc nhiều PLP

có thể kết hợp gọi là Data Slice (tương tự như một kênh) trong đó được xen kẽ thời gian và tần số để giảm thiểu lỗi burst hoặc nhiễu băng hẹp Cuối cùng, xây dựng frame bằng cách kết hợp các Data Slice khác nhau, thêm một phần

preamble với thông tin tín hiệu mức 1 và chuyển tiếp frame C2 tới bộ tạo

OFDM

Hình 1 Sơ đồ khối cấp cao xử lý tín hiệu xác định cho truyền cuối DVB-C2

2 Physical Layer Pipes (PLP) và Data Slices

Ý tưởng của PLP là cho phép việc truyền tải một số kênh logic độc lập Mỗi PLP được tạo thành như một kênh logic chứa cơ sở dữ liệu cho MPEG-2 hoặc giao thức Internet sử dụng đóng gói luồng chung (GSE) Sử dụng PLP_ID cho phép định danh duy nhất dành riêng cho bên nhận PLP được gọi là FECFRAME

được đặt ở phía trước của mỗi gói người dùng Sau khi giải mã header này và

đánh giá PLP_ID, người nhận có khả năng quyết định xem nó có phải giải mã

gói dữ liệu sau đó không Gói dữ liệu mà không phải gói PLP mong muốn thì sẽ

bị hủy bỏ và sẽ không được ánh xạ QAM cùng giải mã chuyển tiếp lỗi

Do đó,

hiệu suất tốc độ nhận bit của người nhận và công suất xử lý liên quan giảm đáng

kể

Một lợi thế khác của PLP là khả năng gán các mức độ khác nhau cho luồng khác nhau Mỗi PLP có thể điều chế và điều chỉnh tốc độ FEC độc lập so với các luồng khác Do đó, các mức độ QoS khác nhau có thể được chỉ định để phân biệt các dịch vụ ở lớp vật lý Mặc dù các thiết lập cho dịch vụ phát sóng phải được điều chỉnh để đảm bảo chất lượng dịch vụ cao tại tất cả người dùng trong mạng cáp, từ đó giúp việc cung cấp dữ liệu tương tác các kết nối điểm-điểm được rõ ràng hơn tùy thuộc vào cáp vật lý, đặc điểm khoảng cách, số bộ khuếch đại và chất lượng lắp đặt nội bộ, chất lượng tín hiệu có thể đạt được Nếu phần đầu cáp

có thể biết được chất lượng tín hiệu và các đặc điểm liên quan của kênh cáp mang tín hiệu đến thiết bị đầu cuối cảu người dùng DVB-C2 thì nó có thể điều chỉnh các thiết lập cho từng trường hợp riêng lẻ từ đó có thể tối ưu hóa thông lượng dữ liệu cho mỗi người dùng Một ví dụ về việc ứng dụng kỹ thuật này là truy cập Internet tốc độ cao thông qua cáp DVB-C2 có thể được sử dụng làm môi trường đường xuống Trong khi thông tin về chất lượng đường xuống hiện tại có thể được gửi đến tiêu đề bằng modem cáp sử dụng các kênh trả về Ứng dụng này mô tả cách các tiêu đề sẽ được kích hoạt để cấu hình các tín hiệu

downstream cho mỗi ứng dụng riêng lẻ dẫn tới cung cấp hiệu quả phổ tối đa

3 QAM Mapping và cơ chế chuyển tiếp lỗi (FEC)

Hiệu suất của sự sửa lỗi chuyển tiếp (FEC) được xây dựng trên một hệ thống truyền dẫn mạnh mẽ DVB-C2 sử dụng chính xác các mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp (LDPC) đã được sử dụng trong DVB-T2 và DVB-S2 Những lợi ích của phương pháp này có thể thấy qua các tham số sau: tốc độ mã là 9/10 của DVB-C2 có thể sửa tỷ lệ lỗi bit ở đầu vào của bộ giải mã FEC Ngược lại mã Reed Solomon được ứng dụng cho DVB-C có tốc độ mã hiệu quả tương tự

nhưng chỉ chịu được tốc độ lỗi bit tối đa là 2.10-4 Hiệu suất mã LDPC này đạt kết quả cao với độ dài từ mã LDPC lớn Do đó, DVB-C2 thường sử dụng độ dài

từ mã gồm 648000 bit ( thay vì 1632 bit hoặc 204 byte trong DVB-C) từ đó không cần kết hợp các luồng vận chuyển MPEG-2 Bên cạnh mã LDPC, tốc độ cao (khoảng 0.99) của mã BCH được sử dụng cho DVB-C2 sau khi giải mã

Tìm hiểu tổng quan về DVB-C2 Cao Xuân Sơn-B17DCVT304

7 LDPC Mã này rất ít khả năng sửa lỗi so với mã LDPCC Lỗi nền này xảy ra trong hầu hết các lược đồ mã hóa dưới dạng LDPC hoặc Turbo dẫn đến một số

lỗi bit còn lại sau quá trình giải mã không thể sử dụng được bằng các lần lặp lại

của bộ giải mã FEC

Hiệu suất tăng đáng kể của việu chuyển tiếp lỗi cho phép áp dụng các lược

đồ chòm sai cao hơn Trong khi DVB-C sử dụng tối đa 256 QAM thì DVB-C2

sử dụng thêm 1024 và 4096 QAM Sự kết hợp này có thể xảy ra tại các chế độ điều chế và mã hóa được đưa ra trong bảng 1 Phạm vi thay đổi xấp xỉ từ 10 đến

35 dB trong khi các chế đọ điều chế cà mã hóa khả dụng cho phép độ chi tiết khoảng 2 dB

CK 16QAM 64QÀM 2S6Q.UÍ 1024QAM 4D96QAM

-1/6 - - 22.0 ẽ.B 272 dE 32.4dB

9/1

ữ ILBdB is.sdB 24.0 dB 29.5 dB 35.0 dB

Bảng 2 Ánh xạ QAM và tỷ lệ mã (CR) cho DVB-C2 cùng với yêu cầu tỷ lệ tín

hiệu trên nhiễu cho quasi-error-free

4 Cấu trúc khung DVB-C2

Khác với DVB-C, DVB-C2 sử dụng OFDM thay vì điều chế QAM OFDM được áp dụng trong hầu hết các chương trình truyền phát hai chiều hiện đại do sự mạnh mẽ và phổ biến với các kênh khác nhau DVB đã được triển khai OFDM trong hệ thống DVB-T thế hệ đầu tiên Đối với hệ thống thế hệ thứ hai, các tham

số DVB-T2 được tối ưu và mở rộng đáng kể DVB-C2 tái sử dụng một bộ tham

số của DVB-T2 cho các yêu cầu cụ thể của cáp Do kết quả của việc sử dụng các tham số OFDM giống nhau và số lượng lớn các khối phổ biến khác nên có thể dễ dàng kết hợp DVB-T2 và DVB-C2 mà không cần tốn nhiều chi phí

DVB-C2 sử dụng lại khoảng cách sóng mang của mode 4K FFT từ DVB-T2

với độ dài ký hiệu OFDM là 448 ự.s Hai tùy chọn cho độ dài khoảng bảo vệ có

sẵn là 1/64 và 1/128 cho tổng thời lượng ký hiệu Hơn nữa, DVB-C2 cũng sử dụng mẫu pilot phân tán cho phép triển khai cùng một khối ước tính kênh cho hai hệ thống

Một tính năng chính của DVB-C2 là khả năng tạo tín hiệu với băng thông khác nhau Để đạt được điều này cần phân bổ một số lượng lớn các sóng mang OFDM cụ thể trong khi vẫn giữ được các tham số bộ lọc và hệ thống xung không đổi Do đó, băng thông tín hiệu cuối đường truyền có thể được mở rộng để tăng

số lượng dịch vụ Để tránh sự phức tạp và chi phí chi cho người sử dụng, các phân khúc OFDM nhận được sử dụng tiêu chuển ISDB-T của Nhật Bản Các bộ thu truyền thống với băng thông là 6 MHz hoặc 8 MHz có thể trích xuất một