Đề tài truyền hình số mặt đất DVB-T và quá trình chuyển đổi sang DVB t2

Cùng với sự phát triển của công nghệ truyền hình, chuẩn truyền hình số DVB-T là chuẩn phát sóng truyền hình số mặt đất đã được triển khai thành công, được nhiều nước chấp nhận. Tuy nhiên, từ sau sự ra đời của chuẩn DVB-T thì các nghiên cứu về kỹ thuật truyền dẫn vẫn tiếp tục được triển khai . Mặt khác, nhu cầu về phổ tần cao càng khiến cho việc gia tăng hiệu quả sử dụng phổ tần lên mức tối đa càng cấp thiết. Từ đó đã phát triển lên chuẩn truyền hình số mặt đất thế hệ thứ 2 là DVB-T2. Việc nghiên cứu tìm hiểu các đặc tính công nghệ của tiêu chuẩn truyền số DVB-T trong quá trình phát triển lên thế hệ mới DVB-T2 là nhiệm vụ cần thiết đối với các cơ quan nghiên cứu ứng dụng truyền hình cũng như cán bộ kỹ thuật nghiên cứu trong lĩnh vực này. Đó là lý do em chọn đề tài: “Truyền hình số mặt đất DVB-T và quá trình chuyển đổi sang DVB-T2” Bố cục luận văn bao gồm bốn chương, trong chương I: giới thiệu tổng quát về truyền hình số, ưu điểm của truyền hình số so với truyền hình tương tự, phân tích các tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất trên thế giới. Tiếp theo, trong chương II: phân tích những ưu điểm nổi bật của truyền hình số mặt đất DVB-T với kỹ thuật ghép đa tần trực giao có mã (COFDM), một kỹ thuật điều chế có rất nhiều ưu điểm và sự lựa chọn tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T ở Việt Nam. Trong chương III: trình bày một số nội dung chính của tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T2, những ưu điểm vượt trội của DVB-T2 so với DVB-T. Chương IV: phân tích quá trình chuyển đổi truyền hình số mặt đất từ DVB-T sang DVB-T2 ở Châu Âu và trình bày quá trình phát triển truyền hình số mặt đất ở Việt Nam, những kiến nghị khi triển khai truyền hình số mặt đất DVB-T2 tại Việt Nam. Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu, được sự hướng dẫn khoa học tận tình của Thầy giáo TS.Nguyễn Hoàng, luận văn đã được hoàn thành.Do thời gian có hạn, trình độ bản thân còn hạn chế, thêm vào đó luận văn của em là vấn đề tương đối mới nên không thể tránh khỏi những sai sót. Kính mong được sự đóng góp của các thầy, các cô cùng các bạn. MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG MỞ ĐẦU . 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ 1.1. Giới thiệu về truyền hình số . .3 1.2. Ưu điểm của truyền hình số . .4 1.3. Cơ bản về tín hiệu video số .7 1.3.1. Tiêu chuẩn số hóa tín hiệu video màu tổng hợp . 7 1.3.2. Tiêu chuẩn lấy mẫu tín hiệu video thành phần . . .10 1.4. Nén tín hiệu trong truyền hình số . 12 1.4.1. Mục đích nén . . .12 1.4.2. Bản chất của nén . .13 1.4.3. Phân loại nén . .14 1.5. Truyền dẫn tín hiệu truyền hình số . .14 1.5.1. Truyền tín hiệu truyền hình số qua cáp đồng trục . . .15 1.5.2. Truyền tín hiệu truyền hình số bằng cáp quang . . .15 1.5.3. Truyền tín hiệu truyền hình số qua vệ tinh . . .15 1.5.4. Phát sóng truyền hình số trên mặt đất . .16 1.6. Các tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất hiện nay trên thế giới . .16 1.6.1 Chuẩn ATSC . .17 1.6.2.Chuẩn ISDB-T . 19 1.6.3. Chuẩn DVB . 21 1.7. Kết luận chương I . 21 CHƯƠNG II: TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU (DVB-T) VỚI KỸ THUẬT GHÉP ĐA TẦN TRỰC GIAO CÓ MÃ (COFDM). 2.1. Giới thiệu về tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất ETSI EN 300744 . 23 2.1.1. Phạm vi của tiêu chuẩn . .23 2.1.2.Nội dung chính của tiêu chuẩn . .24 2.2. Thực hiện bằng cách sử dụng COFDM . 29 2.3. Ghép đa tần trực giao OFDM . 30 2.3.1. Nguyên lý OFDM . 30 2.3.2. Số lượng sóng mang . .31 2.3.3.Đặc tính trực giao và việc sử dụng DFT/FFT . 32 2.3.4 Tổ chức kênh trong OFDM . .36 2.3.5. Phương thức mang dữ liệu trong COFDM . .40 2.4. Mã hóa kênh trong DVB-T . .42 2.4.1.Mã hóa phân tán năng lượng . .42 2.4.2.Mã ngoại (outer coding) . 44 2.4.3.Ghép xen ngoại (outer interleaving) . 44 2.4.4.Mã hoá nội (inner coding) . 47 2.4.5.Ghép xen nội . .48 2.5. Một số khả năng ưu việt của DVB-T . 55 2.5.1 Điều chế phân cấp . .55 2.5.2.Mạng đơn tần SFN . .61 2.6. Kết luận chương II . .64 CHƯƠNG III: TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU THẾ HỆ THỨ 2 (DVB-T2). 3.1.Giới thiệu 66 3.2. Những tiêu chí cơ bản của DVB-T2 . .67 3.3. Một số nội dung chính trong tiêu chuẩn DVB-T . .69 3.3.1. Mô hình cấu trúc DVB-T2 . .69 3.3.2. Lớp vật lý DVB-T2 .71 3.3.3. Những giải pháp kỹ thuật cơ bản . .72 3.4. Kết luận chương III .81 CHƯƠNG IV: QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỔI TỪ DVB-T SANG DVB-T2 Ở CHÂU ÂU VÀ MỘT SỐ KIẾN NGHI KHI TRIỂN KHAI DVB-T2 TẠI VIỆT NAM. 4.1. Sự ra đời tất yếu của tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất thế hệ thứ hai (DVB-T2) . .83 4.1.1.Các yêu cầu về thương mại đòi hỏi cho ra đời một thế hệ thứ hai cho tiêu chuẩn truyền hình kỹ thuật số DVB- T . .83 4.1.2. Mối quan hệ với tiêu chuẩn số mặt đất DVB-T hiện tại 84 4.1.3. Mục đích của các yêu cầu về thương mại . 84 4.1.4. Mối liên hệ với các tiêu chuẩn chính yếu khác . .85 4.2. Quá trình chuyển đổi từ DVB-T sang DVB-T2. Một số vấn đề cần xem xét khi triển khai DVB-T2 . .85 4.2.1. Giới thiệu .85 4.2.2. Các yêu cầu của chuẩn DVB-T2 . 86 4.2.4. Khả năng chuyển từ DVB-T sang DVB-T2 . .87 4.2.3. Các chiến lược triển khai DVB-T2 . 88 . 4.2.5. Hiện trạng (thử nghiệm, thông báo triển khai dịch vụ) . .90 4.2.6. Các kiến nghị về công nghệ cho toàn Châu Âu 91 4.3. Quá trình triển khai truyền hình số mặt đất ở Việt Nam . .92 4.4. Những kiến nghị khi triển khai DVB-T2 ở Việt Nam . .94 4.5. Kết luận chương IV 95 KẾT LUẬN CHUNG . .96 TÀI LIỆU THAM KHẢO . 97

số Ở Việt Nam quá trình chuyển ñổi này thực sự ngoạn mục với sự phổ cập từng bước trong lĩnh vực truyền hình quảng bá và truyền hình trả tiền Từ ñầu những năm 90 cho ñến nay nghành truyền hình ñã ứng dụng các thành tựu về công nghệ truyền hình số trong truyền dẫn vệ tinh, phát triển mạng truyền hình cáp và phổ cập

hệ thống truyền hình số mặt ñất

Truyền hình số ñã ñược áp dụng ñầu tiên ở công ty VTC hơn 10 năm qua, sự phát triển hệ thống truyền hình số của VTC ñã góp phần quan trọng ñưa các thông tin về kinh tế chính trị, văn hóa thể thao giải trí phong phú ñến ñông ñảo công chúng ở các ñịa phương với chất lượng cao

Cùng với sự phát triển của công nghệ truyền hình, chuẩn truyền hình số DVB-T là chuẩn phát sóng truyền hình số mặt ñất ñã ñược triển khai thành công, ñược nhiều nước chấp nhận Tuy nhiên, từ sau sự ra ñời của chuẩn DVB-T thì các nghiên cứu về kỹ thuật truyền dẫn vẫn tiếp tục ñược triển khai Mặt khác, nhu cầu

về phổ tần cao càng khiến cho việc gia tăng hiệu quả sử dụng phổ tần lên mức tối ña càng cấp thiết Từ ñó ñã phát triển lên chuẩn truyền hình số mặt ñất thế hệ thứ 2 là DVB-T2

Việc nghiên cứu tìm hiểu các ñặc tính công nghệ của tiêu chuẩn truyền số DVB-T trong quá trình phát triển lên thế hệ mới DVB-T2 là nhiệm vụ cần thiết ñối với các cơ quan nghiên cứu ứng dụng truyền hình cũng như cán bộ kỹ thuật nghiên

cứu trong lĩnh vực này đó là lý do em chọn ựề tài: ỘTruyền hình số mặt ựất DVB-T

và quá trình chuyển ựổi sang DVB-T2Ợ

Bố cục luận văn bao gồm bốn chương, trong chương I: giới thiệu tổng quát

về truyền hình số, ưu ựiểm của truyền hình số so với truyền hình tương tự, phân tắch các tiêu chuẩn truyền hình số mặt ựất trên thế giới Tiếp theo, trong chương II: phân tắch những ưu ựiểm nổi bật của truyền hình số mặt ựất DVB-T với kỹ thuật ghép ựa tần trực giao có mã (COFDM), một kỹ thuật ựiều chế có rất nhiều ưu ựiểm và sự lựa chọn tiêu chuẩn truyền hình số mặt ựất DVB-T ở Việt Nam Trong chương III: trình bày một số nội dung chắnh của tiêu chuẩn truyền hình số mặt ựất DVB-T2, những

ưu ựiểm vượt trội của DVB-T2 so với DVB-T Chương IV: phân tắch quá trình chuyển ựổi truyền hình số mặt ựất từ DVB-T sang DVB-T2 ở Châu Âu và trình bày quá trình phát triển truyền hình số mặt ựất ở Việt Nam, những kiến nghị khi triển khai truyền hình số mặt ựất DVB-T2 tại Việt Nam

Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu, ựược sự hướng dẫn khoa học tận tình của Thầy giáo TS.Nguyễn Hoàng, luận văn ựã ựược hoàn thành.Do thời gian có hạn, trình ựộ bản thân còn hạn chế, thêm vào ựó luận văn của em là vấn ựề tương ựối mới nên không thể tránh khỏi những sai sót Kắnh mong ựược sự ựóng góp của

các thầy, các cô cùng các bạn

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ 1.1 Giới thiệu về truyền hình số

Truyền hình số là tên gọi một hệ thống truyền hình mà tất cả các thiết bị kỹ thuật từ Studio cho ñến các máy thu ñều làm việc theo nguyên lý kỹ thuật số Trong

ñó, một hình ảnh quang học do cammera thu ñược qua hệ thống ống kính, thay vì ñược biến ñổi thành tín hiệu ñiện biến thiên tương tự như hình ảnh quang học nói trên (cả về ñộ chói và màu sắc) sẽ ñược biến ñổi thành một dãy tín hiệu nhị phân (dãy các số 0 và 1) nhờ quá trình biến ñổi tương tự số

Sử dụng phương pháp số ñể tạo, lưu trữ và truyền tín hiệu của chương trình truyền hình trên kênh thông tin mở ra một khả năng ñặc biệt rộng rãi cho các thiết bị truyền hình Trong một số ứng dụng, tín hiệu số ñược thay thế hoàn toàn cho tín hiệu tương tự vì nó có khả năng thực hiện ñược các chức năng mà tín hiệu tương tự hầu như không thể làm ñược hoặc rất khó thực hiện, nhất là trong việc xử lý tín hiệu

và lưu trữ

So với tín hiệu tương tự, tín hiệu số cho phép tạo, lưu trữ, ghi ñọc nhiều lần mà không làm giảm chất lượng ảnh Tuy nhiên, không phải trong tất cả các trường hợp, tín hiệu số ñều ñạt ñược hiệu quả cao hơn so với tín hiệu tương tự (bộ lọc là một ví dụ như thế) Mặc dù vậy, xu hướng chung cho sự phát triển công nghiệp truyền hình trên thế giới nhằm ñạt ñược một sự thống nhất chung, là một hệ thống truyền hình hoàn toàn kỹ thuật số có chất lượng cao và dễ dàng phân phối trên kênh thông tin Hệ truyền hình kỹ thuật số ñã và ñang ñược phát triển trên toàn thế giới, tạo nên một cuộc cách mạng thật sự trong công nghiệp truyền hình

Nguyên lý cấu tạo của hệ thống và các thiết bị truyền hình số ñược ñưa ra

như trên hình 1-1:

Hình 1.1 Sơ ñồ cấu trúc tổng quát của hệ thống truyền hình số

ðầu vào của thiết bị truyền hình số sẽ tiếp nhận tín hiệu truyền hình tương tự Trong thiết bị mã hoá (biến ñổi A/D), tín hiệu hình sẽ ñược biến ñổi thành tín hiệu truyền hình số, các tham số và ñặc trưng của tín hiệu này ñược xác ñịnh từ hệ thống truyền hình ñược lựa chọn Tín hiệu truyền hình số ñược ñưa tới thiết bị phát Sau

ñó tín hiệu truyền hình số ñược truyền tới bên thu qua kênh thông tin Tại bên thu, tín hiệu truyền hình số ñược biến ñổi ngược lại với quá trình xử lý tại phía phát Giải mã tín hiệu truyền hình thực hiện biến ñổi tín hiệu truyền hình số thành tín hiệu truyền hình tương tự Hệ thống truyền hình số sẽ trực tiếp xác ñịnh cấu trúc

mã hoá và giải mã tín hiệu truyền hình

Ngoài ra, trước khi truyền qua kênh thông tin, tín hiệu truyền hình số ñược mã hoá kênh Mã hoá kênh ñảm bảo chống các sai sót cho tín hiệu khi truyền trong kênh thông tin Thiết bị mã hoá kênh phối hợp ñặc tính của tín hiệu số với kênh thông tin Khi tín hiệu truyền hình số ñược truyền ñi theo kênh thông tin, các thiết

bị biến ñổi trên ñược gọi là bộ ñiều chế và bộ giải ñiều chế

1.2 Ưu ñiểm của truyền hình số

- Một máy phát truyền hình số có thể phát ñược 4 ñến 5 chương trình truyền hình trong khi một máy phát analog như ở ta ñang sử dụng chỉ phát ñược một

chương trình duy nhất theo hệ PAL(Phase Alternating Line) Xét về mặt phổ ta thấy

Mã hóa kênh

Biến ñổi

Kênh thông tin

Biến ñổi tín hiệu

Giải mã hóa kênh

Tín hiệu truyền hình số Biến ñổi

D/A

Thiết bị phát

Thiết bị thu

ở tín hiệu tương tự phổ chỉ tập trung năng lượng vào các sóng mang hình, tiếng và burst màu Trong khi tín hiệu số bao gồm hàng ngàn sóng mang tập trung dày ñặc vào trong một dải phổ có ñộ rộng tương ñương Sự tận dụng tối ña hiệu quả phổ như chỉ ra ở hình 1.1 cho phép truyền hình số có thể truyền phát ñược nhiều chương trình ñồng thời ðây là ưu ñiểm ñáng kể so với truyền hình tương tự

Hình 1.1: Phổ của tín hiệu tương tự và tín hiệu số

Hình 1.2: Phổ của tín hiệu tương tự và tín hiệu số

Ngoài ra truyền hình số còn một số ưu ñiểm khác so với truyền hình tương tự:

- Công suất phát không cần quá lớn vì cường ñộ ñiện trường cho thu số thấp hơn cho thu analog (ñộ nhậy máy thu số cao hơn -30dB ñến -20dB so với máy thu analog)

- Thu số không còn hiện tượng "bóng ma" do các tia sóng phản xạ từ nhiều hướng ñến máy thu ðây là vấn ñề mà hệ phát analog ñang không khắc phục nổi

Hình Tiếng

Tiếng Hình

- Cho khả năng thiết lập mạng ựơn tần SFN (Single Frequency Network), nghĩa là nhiều máy phát trên cùng một kênh sóng điều này cho hiệu quả lớn xét về mặt công suất và tần số

- Phát hình số ựem lại cho ta cơ hội xem các chương trình với ựộ nét cao Vốn dĩ thì tắn hiệu số ựã có tắnh chống nhiễu cao

- Tắn hiệu số dễ xử lý, môi trường quản lý ựiều khiển và xử lý rất thân thiện với máy tắnh

Với các ưu ựiểm của mình, hệ thống truyền hình số ựã ựược thực hiện ở hầu hết các quốc gia trên thế giới đây là một quá trình tất yếu, Truyền hình Việt nam cũng ựang ở giai ựoạn chuyển tiếp Hiện nay quá trình số hoá tắn hiệu truyền hình ở Việt nam là sự thay thế dần các công ựoạn, trang thiết bị từ tương tự sang số đó là quá trình số hoá từng phần Rồi ựây truyền hình số sẽ thay thế hoàn toàn truyền

Distant

transmitter

Nearest transmitter

hình tương tự, tạo ựiều kiện cho ngành công nghiệp này phát triển mạnh mẽ hơn, kết hợp với các mạng truyền thông khác, tạo thành một thế giới thông tin số, phục

vụ cho con người một cách hữu hiệu

1.3.1.Tiêu chuẩn số hóa tắn hiệu video tổng hợp

Xu hướng phát triển các studio hoàn toàn kỹ thuật số yêu cầu một tiêu chuẩn chung cho các thiết bị video số Các tiêu chuẩn video số tổng hợp ựược xây dựng ựể hướng tới mục tiêu ựó Phù hợp với yêu cầu công nghệ, hai hệ thống tiêu chuẩn số hoá tắn hiệu video tổng hợp ựã ựược phát triển rộng rãi đó

là tiêu chuẩn 4 f SC NTSC và tiêu chuẩn 4f SC PAL

Tắn hiệu video tổng hợp tương tự ựược lấy mẫu tại tần số bằng 4 lần tần

số sóng mang phụ (4f SC) Số bit biểu diễn mẫu ựóng vai trò quan trọng trong việc xác ựịnh chất lượng ảnh và tắnh kinh tế của thiết bị Thông thường các thiết bị sử dụng 8 hoặc 10 bit ựể biểu diễn mẫu

a.Tiêu chuẩn 4f SC NTSC

Tiêu chuẩn 4fSC NTSC ựược xác ựịnh trong SMPTE 244M gồm các tham

số của tắn hiệu video tổng hợp theo hệ NTSC cũng như tắnh chất kết nối song song của hệ thống Chuẩn SMPTE ựược mô tả trong bảng 1-1

Tần số lấy mẫu tắn hiệu bằng 4 lần tần số sóng mang phụ: f lm=14,3181 MHz (thường viết 14,3 MHz) đồng bộ quá trình lấy mẫu ựược lấy từ tắn hiệu ựồng bộ màu của tắn hiệu video tổng hợp Hình 1-4 minh hoạ phổ tắn hiệu NTSC lấy mẫu tại tần số

4f SC

Khoảng cách lấy mẫu +330,+1230,+2130,+3030,

Trong phổ tín hiệu, có một khoảng cách hở giữa các tần số 4,2 MHz - tần

số lớn nhất của NTSC cơ bản, và tần số 7,16 MHz (tần số Nyquist) Với khoảng

hở này, các bộ lọc chống nhiễu và bộ lọc tái tạo có ñặc tuyến không lý tưởng ñược phép sử dụng Tiêu chuẩn không xác ñịnh tính chất của các bộ lọc chống nhiễu và bộ lọc tái tạo, vì vậy các nhà sản xuất có thể tự do lựa chọn các bộ lọc, phục vụ cho mục ñích kinh tế và kỹ thuật

f SC 3,58MHz

2f SC 7,16MHz Tần số Nyquist

3f SC 10,7MHz

4f SC 14,3MHz

5f SC

Tần số lấy mẫu Dải thông mức

b Tiêu chuẩn 4F SC PAL

Tín hiệu tương tự PAL và NTSC có nhiều ñiểm tương ñồng, song tín hiệu

số theo chuẩn 4f SC của hai hệ thống này rất khác nhau Bảng 1-2 tổng kết ñặc

ñiểm của tín hiệu số hệ 4f SC PAL

Tần số lấy mẫu bằng 4 lần tần số sóng mang phụ hay 17,734475 MHz

(thường viết 17,73 MHz) Tín hiệu xung clock ñược lấy từ xung ñồng bộ màu của

tín hiệu video tổng hợp

Bảng 1-2 Tiêu chuẩn 4 f SC PAL

Số mẫu trên một dòng tích cực 948

Tần số lấy mẫu 4f SC = 17,734475 MHz

Khoảng cách lấy mẫu +450,+1350,+2250,+3150,

f SC 4,43 MHz

2f SC 8,86 MHz Tần số Nyquist

3f SC 13,29 MHz

4f SC 17,7 MHz

5f SC

Tần

số lấy mẫu Dải thông mức

Hỡnh 1-5 minh hoạ phổ lấy mẫu hệ 4f SC PAL Ở ủõy cú một khoảng cỏch giữa cỏc tần số 5 MHz, tần số cao nhất của hệ PAL cơ bản, và tần số 8,86 MHz (tần

số Nyquist) Tiờu chuẩn khụng xỏc ủịnh tớnh chất của cỏc bộ lọc chống nhiễu và bộ lọc tỏi tạo, song cỏc nhà sản xuất thường sử dụng tại tần số cao Cũng như với tớn

hiệu 4f SC NTSC, cần chỳ ý ủến vấn ủề vượt quỏ mức tớn hiệu trong quỏ trỡnh chuyển

ủổi sang tớn hiệu số khi ủưa trực tiếp vào cỏc thiết bị số 4f SC, theo ủú tạo cỏc yờu cầu nghiờm ngặt về giới hạn dải thụng của bộ lọc tỏi tạo ðể khắc phục, rỡa và sườn

trước xung xoỏ của tớn hiệu số cần phự hợp với tớn hiệu tương tự

1.3.2.Tiờu chuẩn lấy mẫu tớn hiệu video thành phần

Cú nhiều tiờu chuẩn lấy mẫu tớn hiệu video số thành phần, ủiểm khỏc nhau chủ yếu ở tỉ lệ giữa tần số lấy mẫu và phương phỏp lấy mẫu tớn hiệu chúi và cỏc tớn hiệu màu, trong ủú bao gồm: Tiờu chuẩn 4:4:4; 4:2:2; 4:2:0; 4:1:1 Cỏc ủịnh dạng số video cú nộn chỉ lấy mẫu cho cỏc dũng tớch cực của video ðể nắm ủược ý nghĩa của cỏc chuẩn lấy mẫu ta ủi tỡm hiểu cỏc phương thức của từng chuẩn

a) Tiờu chuẩn 4:4:4

Mẫu tớn hiệu chỉ ủược

lấy ủối với cỏc phần tử tớch cực

của tớn hiệu video Với hệ PAL,

màn hỡnh ủược chia làm

625x720 ủiểm (pixel)

Cỏc tớn hiệu chúi (U Y), tớn

hiệu hiệu màu (CR , C B) ủược lấy

mẫu tại tất cả cỏc ủiểm lấy mẫu trờn dũng tớch cực của tớn hiệu video Cấu trỳc lấy mẫu

là cấu trỳc trực giao, vị trớ lấy mẫu như hỡnh 1-5

Theo tiờu chuẩn 4:4:4 cú khả năng khụi chất phục lượng hỡnh ảnh tốt, thuận tiện cho việc xử lý tớn hiệu Cỏc tổ chức tiờu chuẩn quốc tế ủó thống nhất về chỉ tiờu tần số lấy mẫu cho truyền hỡnh số theo tiờu chuẩn này - với tờn gọi là CCIR - 601

Với chuẩn 4:4:4 tốc ủộ dũng dữ liệu (vớ dụ cho hệ PAL) ủược tớnh như sau:

Điểm lấy mẫu tín hiệu chói U Y

Điểm lấy mẫu màu đỏ CR

Điểm lấy mẫu màu lam C B

Hỡnh 1-6: Tiờu chuẩn 4:4:4

• Khi lấy mẫu 8 bit: (720+720+720) x 576 x 8 x 25 = 249 Mbit/s

• Khi lấy mẫu 10 bit: (720+720+720) x 576 x 10 x 25 = 311 Mbit/s

b) Tiờu chuẩn 4:2:2

Theo hỡnh 1-7, trờn một dũng

tớch cực: ðiểm ủầu lấy mẫu toàn bộ

ba tớn hiệu: chúi (U Y) và hiệu màu

(CR , C B) ðiểm kế tiếp chỉ lấy mẫu

tớn hiệu U Y, cũn hai tớn hiệu hiệu

màu khụng lấy mẫu Khi giải mó

màu suy ra từ màu của ủiểm ảnh

trước ðiểm sau nữa lại lấy mẫu ủủ

cả ba tớn hiệu U Y , C R , C B Tuần tự như thế, cứ 4 lần lấy mẫu U Y, thỡ cú hai lần lấy

mẫu CR, hai lần lấy mẫu CB tạo nờn cơ cấu 4:2:2

ðối với hệ PAL tốc ủộ dũng dữ liệu theo chuẩn này ủược tớnh như sau:

• Khi lấy mẫu 8 bit: (720+360+360) x 576 x 8 x 25 = 166 Mbit/s

• Khi lấy mẫu 10 bit: (720+360+360) x 576 x 10 x 25 = 207 Mbit/s

c) Tiờu chuẩn 4:2:0

Theo hỡnh 1-8, lấy mẫu tớn

hiệu U Y tại tất cả cỏc ủiểm ảnh

của dũng, cũn tớn hiệu màu thỡ cứ

cỏch một ủiểm sẽ lấy mẫu cho

một tớn hiệu màu Tớn hiệu màu

ủược lấy xen kẽ, nếu hàng chẵn

lấy mẫu cho tớn hiệu màu C R thỡ

hàng lẻ sẽ lấy mẫu cho tớn hiệu C B

ðối với hệ PAL tốc ủộ dũng dữ liệu theo chuẩn này ủược tớnh như sau:

• Khi lấy mẫu 8 bit: (720+360) x 576 x 8 x 25 = 124,4 Mbit/s

• Khi lấy mẫu 10 bit: (720+360) x 576 x 10 x 25 = 155,5 Mbit/s

Điểm lấy mẫu tín hiệu chói U Y

Điểm lấy mẫu màu đỏ C R

Điểm lấy mẫu màu lam CB

Hỡnh 1-7:Tiờu chuẩn 4:2:2

Điểm lấy mẫu tín hiệu chói U Y

Điểm lấy mẫu màu đỏ CR

Điểm lấy mẫu màu lam C B

Hỡnh 1-8: Tiờu chuẩn 4:2:0

d) Tiờu chuẩn 4:1:1

Chuẩn 4:1:1 trỡnh tự lấy mẫu như hỡnh 1-9 Trong ủiểm ảnh ủầu lấy mẫu ủủ

U Y , C R , C B ; ba ủiểm ảnh tiếp sau chỉ lấy mẫu U Y , khụng lấy mẫu của tớn hiệu C R , C B Khi giải mó, màu của ba ủiểm ảnh sau phải suy từ ủiểm ảnh ủầu Tuần tự như thế,

cứ bốn lần lấy mẫu UY, cú một lần lấy mẫu CR, một lần lấy mẫu CB, ủõy là cơ cấu

4:1:1 ðối với hệ PAL tốc ủộ dũng dữ liệu theo chuẩn này ủược tớnh như sau:

• Khi lấy mẫu 8 bit: (720+180+180) x 576 x 8 x 25 = 124,4 Mbit/s

• Khi lấy mẫu 10 bit: (720+180+180) x 576 x 10 x 25 = 155,5 Mbit/s

Số "4" ở ủầu mỗi chuẩn biểu

thị tần số lấy mẫu tớn hiệu chúi (f lm =

13,5 MHz), tuy khụng cũn bằng bốn

lần tần số súng mang như trước

(4fSC) Cỏc con số khỏc biểu thị tỉ lệ

giữa tần số lấy mẫu tớn hiệu hiệu màu

so với tớn hiệu chúi 13,5 MHz là tần

số duy nhất trong khoảng từ 12 MHz ủến 14 MHz cú giỏ trị bằng một số nguyờn lần tần số dũng cho cả hai tiờu chuẩn (525 và 625) và do vậy cho một số nguyờn lần số mẫu ủối với cả hai hệ

Với tần số lấy mẫu 13,5 MHz, tớn hiệu video số ủó khụng cũn bị phụ thuộc vào cỏc tiờu chuẩn khỏc nhau của video tương tự Thiết bị trong cỏc trung tõm truyền hỡnh số sẽ hoàn toàn giống nhau cho cả hai hệ thống, ủiều này sẽ tạo thuận lợi cho việc hợp tỏc sản xuất, trao ủổi chương trỡnh giữa cỏc tổ chức truyền hỡnh

1.4 Nộn tớn hiệu trong truyền hỡnh số:

1.4.1 Mục ủớch của nộn:

Với cụng nghệ hiện nay, cỏc thiết bị ủều cú dải thụng nhất ủịnh Cỏc dũng số tốc ủộ cao yờu cầu dải thụng rất rộng vượt quỏ khả năng cho phộp của thiết bị Một cỏch sơ bộ, nộn là quỏ trỡnh làm giảm tốc ủộ bit của cỏc dũng dữ liệu tốc ủộ cao mà

Điểm lấy mẫu tín hiệu chói Y

Điểm lấy mẫu màu đỏ CR

Điểm lấy mẫu màu lam CB

Hỡnh 1-9: Tiờu chuẩn 4:1:1

1.4.2 Bản chất của nén:

Khác với nguồn dữ liệu một chiều như nguồn âm, ựặc tuyến ựa chiều của nguồn hình ảnh cho thấy : nguồn ảnh chứa nhiều sự dư thừa hơn các nguồn thông tin khác đó là :

- Sự dư thừa về mặt không gian (Spatial redundancy): Các ựiểm ảnh kề nhau trong một mành có nội dung gần giống nhau

- Sự dư thừa về mặt thời gian (temporal redundancy): Các ựiểm ảnh có cùng

vị trắ ở các mành kề nhau rất giống nhau

- Sự dư thừa về mặt cảm nhận của con người: Mắt người nhạy cảm hơn với các thành phần tần số thấp và ắt nhạy cảm với thay ựổi nhanh, tần số cao

Do vậy, có thể coi nguồn hình ảnh là nguồn có nhớ (memory source)

Nén ảnh thực chất là quá trình sử dụng các phép biến ựổi ựể loại bỏ ựi các sự

dư thừa và loại bỏ tắnh có nhớ của nguồn dữ liệu, tạo ra nguồn dữ liệu mới có lượng thông tin nhỏ hơn đồng thời sử dụng các dạng mã hoá có khả năng tận dụng xác suất xuất hiện của các mẫu sao cho số lượng bit sử dụng ựể mã hoá một lượng thông tin nhất ựịnh là nhỏ nhất mà vẫn ựảm bảo chất lượng theo yêu cầu

Nhìn chung quá trình nén và giải nén một cách ựơn giản như sau :

Biến ựổi Mã hoá Dữ liệu ựã nén

* Biến ñổi: Một số phép biến ñổi và kỹ thuật ñược sử dụng ñể loại bỏ tính

có nhớ của nguồn dữ liệu ban ñầu, tạo ra một nguồn dữ liệu mới tương ñương chứa lượng thông tin ít hơn Ví dụ như kỹ thuật tạo sai số dự báo trong công nghệ DPCM hay phép biến ñổi cosin rời rạc của công nghệ mã hoá chuyển ñổi Các phép biến ñổi phải có tính thuận nghịch ñể có thể khôi phục tín hiệu ban ñầu nhờ phép biến ñổi ngược

* Mã hoá:

Các dạng mã hoá ñược lựa chọn sao cho có thể tận dụng ñược xác suất xuất hiện của mẫu Thông thường sử dụng mã RLC (run length coding: mã hoá loạt dài)

và mã VLC ( variable length coding): gắn cho mẫu có xác suất xuất hiện cao từ mã

có ñộ dài ngắn sao cho chứa ñựng một khối lượng thông tin nhiều nhất với số bit truyền tải ít nhất mà vẫn ñảm bảo chất lượng yêu cầu

* ðối với nén có tổn thất, chất lượng ảnh là một yếu tố vô cùng quan trọng, tuỳ theo yêu cầu ứng dụng mà các mức ñộ loại bỏ khác nhau ñược sử dụng, cho mức ñộ chất lượng theo yêu cầu

1.5 Truyền dẫn tín hiệu truyền hình số:

Việc sử dụng kỹ thuật số ñể truyền tín hiệu Video ñòi hỏi phải xác ñịnh tiêu chuẩn số của tín hiệu truyền hình, phương pháp truyền hình ñể có chất lượng ảnh thu không kém hơn chất lượng ảnh trong truyền hình tương tự

Có thể sử dụng các phương thức truyền dẫn sau cho tín hiệu truyền hình số

1.5.1 Truyền qua cáp ñồng trục:

ðể truyền tín hiệu video số có thể sử dụng cáp ñồng trục cao tần Kênh có thể có nhiều làm ảnh hưởng ñến chất lượng truyền và sai số truyền Ví dụ nhiễu nhiệt

Ngược lại, nhiễu tuyến tính của kênh sẽ không xảy ra trong trường hợp truyền số với các thông số tới hạn

ðể ñạt ñược chất lượng truyền hình cao, cáp có chiều dài 2500km cần ñảm bảo mức lỗi trên ñoạn trung chuyển 10-11 ÷ 10-10

ðộ rộng kênh dùng cho tín hiệu video bằng khoảng 3/5 tốc ñộ bit của tín hiệu ðộ rộng kênh phụ thuộc vào phương pháp mã hoá và phương pháp ghép kênh theo thời gian cho các tín hiệu cần truyền và rộng hơn nhiều so với ñộ rộng kênh truyền tín hiệu truyền hình tương tự

1.5.2 Truyền tín hiệu truyền hình số bằng cáp quang:

Cáp quang nhiều ưu ñiểm trong việc truyền dẫn tín hiệu số so với cáp ñồng trục :

+ Băng tần rộng cho phép truyền các tín hiệu số có tốc ñộ cao

+ ðộ suy hao thấp trên một ñơn vị chiều dài

+ Suy giảm giữa các sợi quang dẫn cao (80dB)

+ Thời gian trễ qua cáp quang thấp

Muốn truyền tín hiệu video bằng cáp quang phải sử dụng mã truyền thích hợp ðể phát hiện ñược lỗi truyền người ta sử dụng thêm các bít kiểm tra chẵn Mã sửa sai thực tế không sử dụng trong cáp quang vì ñộ suy giảm ñường truyền nhỏ hơn 20dB, lỗi xuất hiện nhỏ và có thể bỏ qua ñược

1.5.3 Truyền tín hiệu truyền hình số qua vệ tinh :

Kênh vệ tinh khác với kênh cáp và kênh phát sóng trên mặt ñất là có băng tần rộng và sự hạn chế công suất phát Khuếch ñại công suất của các Transponder làm việc gần như bão hoà trong các ñiều kiện phi tuyến Do ñó sử dụng ñiều chế QPSK là tối ưu Các hệ thống truyền qua vệ tinh thường công tác ở dải tần số cỡ Ghz Ví dụ : Băng Ku : ðường lên : 14 ÷ 15GHz

đường xuống : 11,7 ọ 12,5 GHz

1.5.4 Phát sóng truyền hình số trên mặt ựất:

Hệ thống phát sóng truyền hình số mặt ựất sử dụng phương pháp ựiều chế COFDM (ghép kênh theo tần số mã trực giao) COFDM là hệ thống có khả năng chống nhiễu cao và có thể khắc phục hiệu ứng bóng ma, cho phép bảo vệ phát sóng

số trước ảnh hưởng của can nhiễu và các kênh lân cận

Hệ thống COFDM hoạt ựộng theo nguyên tắc ựiều chế dòng dữ liệu bằng nhiều sóng mang trực giao với nhau Do ựó mỗi sóng mang ựiều chế với một dòng

số liệu

Các tắn hiệu số liệu ựược ựiều chế M-QAM, có thể dùng 16-QAM hoặc QAM Phổ các sóng mang ựiều chế có dạng sinx/x trực giao Có nghĩa các sóng mang kề nhau có giá trị cực ựại tại các ựiểm 0 của sóng mang trước và sau ựiều chế

64-và giải ựiều chế các sóng mang thực hiện nhờ bộ biến ựổi Fourier nhanh FFT dưới dạng FFT 2K và FFT 8K, Với loại vi mạch trên có thể thiết kế cho hoạt ựộng của

6785 sóng mang Các hãng RACE có thiết bị phát sóng truyền hình cho 896 sóng mang, hãng NTL cho 2000 sóng mang

1.6 Các tiêu chuẩn truyền hình số mặt ựất hiện nay trên thế giới

đầu năm 1999, các hệ thống ATSC và DVB ựã ựược ITU chấp nhận làm các tiêu chuẩn quốc tế về phát sóng truyền hình số trên mặt ựất (DTTB) và phát hành các khuyến cáo ITU-R.Rec của nhóm nghiên cứu SG10&11

Mong muốn là có một tiêu chuẩn thống nhất, tuy nhiên do nhiều lý do mà hiện nay trên thế giới có 3 tiêu chuẩn về truyền hình số

Châu Âu, Australia, New Zealand, ựã chấp nhận DVB-T, còn Hàn Quốc, đài loan, Canada và Mỹ chọn ATSC, Nhật bản và một số nước khác chọn tiêu chuẩn ISDB-T Có thể tham khảo sự lựa chọn các tiêu chuẩn truyền hình số trên thế giới đó cũng là yếu tố giúp ta ựịnh hướng việc nghiên cứu, việc lựa chọn tiêu chuẩn phù hợp cho riêng mình

Hình 1.11: Bản ñồ phân bố các nước trên thế giới lựa chọn tiêu chuẩn DVB-T

1.6.1 Chuẩn ATSC

* ðặc ñiểm chung :

Hệ thống ATSC có cấu trúc dạng lớp, tương thích với mô hình OSI 7 lớp của các mạng dữ liệu Mỗi lớp ATSC có thể tương thích với các ứng dụng khác cùng lớp ATSC sử dụng dạng thức gói MPEG-2 cho cả Video, Audio và dữ liệu phụ Các ñơn vị dữ liệu có ñộ dài cố ñịnh phù hợp với sửa lỗi, ghép dòng chương trình, chuyển mạch, ñồng bộ, nâng cao tính linh hoạt và tương thích với dạng thức ATM Tốc ñộ bít truyền tải 20 Mbps cấp cho một kênh ñơn HDTV hoặc một kênh truyền hình chuẩn ña chương trình

Chuẩn ATSC cung cấp cho cả hai mức: truyền hình phân giải cao (HDTV) và truyền hình tiêu chuẩn (SDTV) ðặc tính truyền tải và nén dữ liệu của ATSC là theo MPEG-2

ATSC có một số ñặc ñiểm như sau:

Phương pháp ñiều chế VSB của tiêu chuẩn ATSC Phương pháp ñiều chế VSB bao gồm hai loại chính: Một loại dành cho phát sóng mặt ñất (8-VSB) và một loại dành cho truyền dữ liệu qua cáp tốc ñộ cao (16-VSB) Cả hai ñều sử dụng mã Reed

- Solomon, tín hiệu pilot và ñồng bộ từng ñoạn dữ liệu Tốc ñộ biểu trưng (Symbol Rate) cho cả hai ñều bằng 10,76Mb/s Nó có giới hạn tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) là 14,9dB và tốc ñộ dữ liệu bằng 19,3 Mb/s

Dữ liệu ñược truyền theo từng khung dữ liệu Khung dữ liệu bắt ñầu bằng ñoạn dữ liệu ñồng bộ mành ñầu tiên và nối tiếp bởi 312 ñoạn dữ liệu khác Sau ñó ñến ñoạn dữ liệu ñồng bộ mành thứ 2 và 312 ñoạn dữ liệu của mành sau

Mỗi ñoạn dữ liệu bao gồm 4 biểu trưng dành cho ñồng bộ ñoạn dữ liệu và 828 biểu trưng dữ liệu

Một gói truyền tải MPEG-2 chứa 188 byte dữ liệu và 20 byte tương suy cho

208 byte Với tỷ lệ mã hoá 2/3, ở ñầu ra của mã sửa sai ta có:

Video Nhiều dạng thức ảnh (nhiều ñộ phân giải khác nhau) Nén

ảnh theo MPEG-2, từ MP@ML tới MP@HL

Audio Âm thanh Surround của hệ thống Dolby AC-3

Dữ liệu phụ Cho các dịch vụ mở rộng (ví dụ hướng dẫn chương trình,

thông tin hệ thống, dữ liệu truyền tải tới computer)

Truyền tải Dạng ñóng gói truyền tải ña chương trình Thủ tục truyền tải

MPEG-2

Truyền dẫn RF ðiều chế 8-VSB cho truyền dẫn truyền hình số mặt ñất

Bảng 1.3: ðặc ñiểm cơ bản của ATSC

208 x 3/2 = 312 bytes

312 bytes x 8 bit = 2496 bit

Tóm lại một ñoạn dữ liệu chứa 2496 bit

Các biểu trưng ñó sẽ ñược ñiều chế theo phương thức nén sóng mang và hầu hết dải biên dưới ñiều biên cụt Tín hiệu pilot ñược sử dụng ñể phục hồi sóng mang tại ñầu thu, ñược cộng thêm tại vị trí 350 KHz phía trên giới hạn dưới dải tần

Bản thông số kỹ thuật ở dưới mô tả chi tiết hệ thống truyền hình số mặt ñất sử dụng mạng ña dịch vụ (ISDB-T) Hệ thống này có thể truyền dẫn các chương trình truyền hình, âm thanh hoặc dữ liệu tổng hợp

ISDB-T sử dụng tiêu chuẩn mã hoá MPEG-2 trong quá trình nén và ghép kênh Hệ thống sử dụng phương pháp ghép ña tần trực giao OFDM cho phép truyền

ña chương trình phức tạp với các ñiều kiện thu khác nhau, truyền dẫn phân cấp, thu

Hình 1.12: Khung dữ liệu VSB

di ñộng v.v các sóng mang thành phần ñược ñiều chế QPSK, DQPSK, 16QAM hoặc 64QAM Chuẩn ISDB-T có thể sử dụng cho các kênh truyền có ñộ rộng 6, 7 hay 8Mhz

Số biểu trưng trong một

Khoảng thời gian tích cực

trong một biểu trưng

Mã hoá trong Mã hóa cuộn (1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8)

Mã hoá ngoài Mã Reed Solomon (204, 188)

Bảng 1.4: Các thông số truyền dẫn ISDB-T cho kênh truyền 8 Mhz

1.6.3 Chuẩn DVB

DVB (Digital Video Broadcasting) là một tổ chức gồm trên 200 thành viên của hơn 30 nước nhằm phát triển kỹ thuật phát số trong toàn Châu Âu và cho các khu vực khác Tổ chức DVB phân ra nhiều phân ban, trong ñó có các phân ban chính:

DVB-S - Phát triển kỹ thuật truyền số qua vệ tinh: Hệ thống DVB -S sử dụng

phương pháp ñiếu chế QPSK (Quadratue Phase - Shift Keying), mỗi sóng mang cho một bộ phát ñáp Tốc ñộ bit truyền tải tối ña khoảng 38,1Mbps Bề rộng băng thông mỗi bộ phát ñáp từ 36 ñến 54 Mhz

DVB-C - Phát triển phát số qua cáp: Sử dụng các kênh cáp có ñộ rộng băng

thông từ 7 ñến 8 MHz và phương pháp ñiều chế 64QAM (64 Quadratue Amplitude Modulation) DVB-C có mức SNR (tỉ số Signal/Noise) cao và ñiều biến kí sinh (Intermodulation) thấp Tốc ñộ bit lớp truyền tải MPEG-2 tối ña là 38,1 Mbps

DVB-T - Phát triển mạng phát hình số mặt ñất: Với việc phát minh ra ñiều chế

ghép ña tần trực giao (COFDM) sử dụng cho phát thanh số (DAB) và phát hình số mặt ñất (DVB), rất nhiều nước ñã sử dụng phương thức này Tốc ñộ bit tối ña 27,14 Mbps (ứng với dải thông cao tần 8Mhz)

1.7 Kết luận chương I

Trong nhiều năm trở lại ñây, truyền hình số ñã trở thành ñối tượng nghiên cứu của nhiều nhà khoa học và nhiều tổ chức trên thế giới Cùng với sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ chế tạo các vi mạch tổ hợp cao, công nghệ cao, tốc ñộ cao , ñáp ứng yêu cầu làm việc với thời gian thực, công nghệ truyền hình ñã có những tiến bộ vượt bậc Truyền hình số mặt ñất có những ưu ñiểm vượt trội so với truyền hình tương tự như sử dụng một máy phát có khả năng truyền tải ñược từ 6 ñến 8 chương trình ñồng thời; với cùng một vùng phủ sóng thì công suất phát yêu cầu của máy phát số sẽ nhỏ hơn từ 5 ñến 10 lần so với máy phát tương tự, ñiều này giúp cho việc tiết kiệm ñồng tư và chi phí vận hành; một ñiều ñáng ñược quan tâm nữa là chất lượng chương trình trung thực, ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu ñường truyền , tránh ñược hiện tượng bóng hình thường gặp ở truyền hình tượng tự

Ứng dụng phát hình số ở Việt Nam là nhằm các mục ñích:

- Tiến kịp các nước tiên tiến và các nước xung quanh trên lĩnh vực thông tin ñại chúng nói chung và truyền hình nói riêng

- Phát ñồng thời nhiều chương trình truyền hình: Truyền hình Việt Nam lấy nhu cầu xem nhiều chương trình với chất lượng ñồng ñều là mục tiêu số một ñể tiến tới phát số Khắc phục ñược tình trạng can nhiễu

- Vùng tần số VHF (174-230Mhz) hiện nay giành cho phát PAL analog ñã thực sự chiếm hết Nhiều tỉnh và khu vực phát chương trình quốc gia phải phát PAL analog trên kênh UHF Nhưng công suất máy phát PAL analog trên kênh UHF phải lớn hơn trên kênh VHF hàng 20 lần, khi phủ sóng cùng một vùng Hơn nữa sự chèn kênh, nhiễu kênh PAL analog ñang xảy ra ở một số vùng ðồng thời nhu cầu phát nhiều chương trình ñang ñặt ra khá gay gắt Nên vấn ñề phát số là mục tiêu cấp thiết

ñể giải quyết những yêu cầu trên

- Sớm lựa chọn vùng tần số cho các mạng phát hình số trên cơ sở cân ñối nhu cầu phát triển của nhiều ngành Ví dụ xét về tổng thể lợi ích của toàn xã hội, phát hình

số mặt ñất có thể chuyển hẳn sang băng UHF ñể sau này dành băng tần VHF cho các dịch vụ khác

- Tiết kiệm năng lượng ñiện cho toàn bộ máy phát hình, kích thích thị trường tiêu dùng của người dân (mua TV số, SETTOP box)

Chuyển sang phát hình số với những ưu ñiểm nổi trội hiển nhiên là vấn ñề cấp bách và có ý nghĩa thực tiễn cao ñối với Việt Nam trong giai ñoạn hiện nay Nhận thức ñược những ưu ñiểm vượt trội của truyền hình số và tính tất yếu của việc truyền hình tương tự sẽ nhường chỗ cho truyền hình số, từ năm 1997 ñài truyền hình Việt Nam ñã có một số ñề tài nghiên cứu về truyền hình số và khả năng ứng dụng của nó, năm 1998 ñã triển khai nghiên cứu dự án về lộ trình phát triển truyền hình số ở Việt Nam

CHƯƠNG II:

TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ðẤT THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU (DVB-T) VỚI KỸ THUẬT GHÉP ðA TẦN TRỰC GIAO CÓ MÃ (COFDM) 2.1 Tiêu chuẩn truyền hình số mặt ñất ETSI EN 300744

Tiêu chuẩn phát thanh truyền hình số mặt ñất ETSI EN 300744 ñược Uỷ ban

kỹ thuật phát thanh truyền hình Châu Âu JTC nghiên cứu và ñề xuất Tiêu chuẩn này ñã ñược Dự án truyền hình số Châu Âu (DVB project) thông qua ngày 11 tháng

6 năm 1999, công bố và ngày 30 tháng 9 năm 1999 Thành lập tháng 9 năm 1993, ñến nay DVB ñã có hơn 200 thành viên thuộc 30 nước trên thế giới, nhiệm vụ của

nó là thiết lập môi trường dịch vụ truyền hình số sử dụng tiêu chuẩn nén MPEG-2 JTC ñược thành lập năm 1990, là một tổ chức kết hợp của Uỷ ban phát thanh truyền hình Châu Âu (EBU), Uỷ ban tiêu chuẩn kỹ thuật ñiện tử Châu Âu (CENELEC) và Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI)

2.1.1 Phạm vi của tiêu chuẩn

Tiêu chuẩn này mô tả hệ thống truyền dẫn cho truyền hình số mặt ñất Nó xác ñịnh hệ thống ñiều chế, mã hoá kênh dùng cho các dịch vụ truyền hình số mặt ñất nhiều chương trình như: LDTV/SDTV/EDTV/HDTV

- Tiêu chuẩn mô tả chung hệ thống cơ bản của truyền hình số mặt ñất

- Tiêu chuẩn xác ñịnh các yêu cầu chỉ tiêu chung, và các ñặc ñiểm của hệ thống cơ bản, mục ñích ñể ñạt ñược chất lượng dịch vụ

- Tiêu chuẩn xác ñịnh tín hiệu ñược ñiều chế số ñể cho phép việc tương thích giữa các phần thiết bị ñược sản xuất bởi các nhà sản xuất khác nhau ðạt ñược ñiều này bằng cách mô tả chi tiết tín hiệu xử lý ở phía các module, trong khi ñó thì việc

xử lý ở các máy thu là ñể mở cho các giải pháp thực hiện khác nhau

2.1.2 Nội dung chính của tiêu chuẩn

- Hệ thống ñược ñịnh nghĩa là một thiết bị gồm những khối chức năng, tín hiệu ñầu vào là dòng truyền tải MPEG-2 nhận ñược tại ñầu ra của bộ ghép kênh (Multiplexer), ñầu ra là tín hiệu RF ñi tới anten

Hệ thống tương thích trực tiếp với chuẩn nén tín hiệu video MPEG-2 ISO/IEC 13818

Do hệ thống ñược thiết kế cho truyền hình số mặt ñất hoạt ñộng trong băng tần UHF hiện có, nên ñòi hỏi hệ thống phải có khả năng chống nhiễu tốt từ các máy phát tương tự hoạt ñộng cùng kênh hoặc kênh liền kề, ñòi hỏi hệ thống phải có hiệu suất sử dụng phổ tần cao băng tần UHF, ñiều này có thể ñảm bảo bằng việc sử dụng mạng ñơn tần (SFN)

Hình 2.1 là sơ ñồ khối của một hệ thống phát hình số mặt ñất Các tín hiệu hình ảnh, âm thanh sẽ qua một loạt quá trình xử lý ñể cuối cùng tại ñầu ra anten cũng vẫn là tín hiệu cao tần phát ñi nhưng những tính năng ưu việt của truyền hình

số mặt ñất lại hoàn toàn ñược thể hiện trong các quá trình xử lý này Các khối nét

ñứt trên hình sẽ có khi cấu hình hệ thống dùng cho ñiều chế phân cấp Khối Splitter (bộ tách) phân chia dòng dữ liệu thành 2 luồng với những mức ưu tiên khác nhau,

tốc ñộ bit và tỷ lệ mã hóa khác nhau, có nghĩa là khả năng chóng lỗi của từng dòng bit là khác nhau Sơ ñồ chung ta thấy một hệ thống máy phát chủ yếu sẽ gồm phần ñiều chế OFDM và phần mã hoá sửa lỗi Cụ thể chức năng của các khối như sau:

Hình 2.1 Sơ ñồ khối chức năng hệ thống phát hình số mặt ñất

chương trình

Ghép kênh Truyền tải

Tráo ngoài

Mã trong

Tráo trong

Ánh

xạ

và diều chế

Tạo khung

Mã hóa ngoài R-S

OFD

M

Chèn khoảng

Tráo ngoài

Mã trong

Tạo khung

a Phần ghép kênh và mã hóa nguồn dữ liệu MPEG-2

Các tín hiệu ñầu vào gồm hình ảnh, âm thanh và các dữ liệu phụ sẽ ñược số hóa nhờ khối ghép kênh và mã hóa nén MPEG-2 ðầu ra của khối này sẽ là dòng truyền truyền tải MPEG-2 (dòng dữ liệu số) với một tốc ñộ bit nhất ñịnh ñưa vào máy phát ðây là quá trình số hóa tín hiệu

b Khối mã hóa phân tán năng lượng và phối hợp ghép kênh

ðể ñảm bảo cho việc truyền dẫn không có lỗi, dòng dữ liệu TS ñến từ khối nén sẽ ñược ngẫu nhiên hoá Các gói dữ liệu này ñầu tiên ñược nhận dạng bởi chuỗi giả ngẫu nhiên PRBS Mục ñích của quá trình này là phân tán năng lượng trong phổ tín hiệu số và xác ñịnh số nhị phân thích hợp (loại bỏ các chuỗi dài “0” và “1”), ñồng thời ñây cũng ñược xem là quá trình phối hợp ñể ghép kênh truyền tải

c Khối mã ngoại và ghép xen ngoại (Outer encoder and interleaver)

Dòng dữ liệu sau khi ñã ñược ngẫu nhiên hóa sẽ tiếp tục ñược xử lý tại khối

mã ngoại và ghép xen ngoại Sở dĩ gọi là "ngoại" vì việc xử lý ở ñây là theo byte, còn mã nội và ghép xen nội là xử lý theo "bit" Bộ mã ngoại sử dụng mã Reed-Solomon RS (204, 188, t=8) ñể mã hoá dữ liệu ñã ñược ngẫu nhiên hoá nhằm tạo ra các gói dữ liệu ñã ñược bảo vệ lỗi Do ñược mã hoá theo mã RS (204,188, t=8) nên mỗi gói dữ liệu sẽ ñược thêm 16 bytes sửa lỗi và nó có khả năng sửa tới 8 lỗi trong một gói Việc ghép ngoại chính là ghép các byte với một chu kỳ ghép qui ñịnh trước, thường ñộ sâu ghép là l=12 ðây cũng là việc nhằm giảm tính phụ thuộc thống kê của lỗi

d Khối mã nội (inner encoder)

ðây là quá trình mã hoá tiếp theo nhưng việc mã sẽ chi tiết ñến từng bit Thông số mã hóa ở ñây chính là tỷ lệ mã hóa n/m (1/2, 2/3, 3/4 ) Nghĩa là cứ m bít truyền ñi thì chỉ có n bit mang thông tin, các bit còn lại là ñể sửa lỗi

e Khối ghép xen nội (inner interleaver)

Dữ liệu ñến ñây sẽ ñược tráo hoàn toàn theo từng bit, thông tin sẽ rất khác so với ban ñầu Quá trình này ñể giảm thiểu lỗi ñến mức tối ña

f Các khối ñiều chế tín hiệu (Mapper, Frame Adaptation, OFDM )

ðây là quá trình xử lý phức tạp nhất, nhưng về nguyên lý ta có thể hiểu như sau: dữ liệu sau khi ñã hoàn thành mã sửa lỗi sẽ ñược ánh xạ lên chòm sao ñiều chế (khối mapper), và sau khi thêm các pilot ñồng bộ, các dữ liệu sẽ ñược ñưa lên các sóng mang Và tất nhiên là có rất nhiều sóng mang Việc chèn thêm các khoảng bảo

vệ cũng sẽ ñược thực hiện nhằm tối ưu hoá tính ưu việt của truyền hình số

g Khối D/A:

Thực ra ñây không phải là biến ñổi Digital/Analog thuần tuý thông thường

Mà ñó là quá trình hoàn chỉnh hàng ngàn sóng mang ñể ñảm bảo việc phát tín hiệu lên anten

Hệ thống DVB-T có thể hoạt ñộng trong băng tần 8Mhz, 7Mhz và 6Mhz, chủ yếu chỉ khác nhau ở tần số clock của hệ thống và một số thông số liên quan ñến tần số clock sẽ phải tính lại Sơ ñồ cấu trúc, các nguyên tắc mã, sự xắp xếp, ghép xen ñược giữ nguyên, chỉ có tốc ñộ thông tin của hệ thống sẽ giảm theo hệ số 7/8 hoặc 6/8

- Truyền hình số mặt ñất sử dụng nguyên lý ghép ña tần trực giao có mã (COFDM) Ghép ña tần trực giao (OFDM) ñược thực hiện tiếp nối theo sau quá trình mã hoá kênh (Channel Coding)

- Ghép kênh phân chia tần số (FDM) là cơ sở của ghép ña tần trực giao OFDM Dòng truyền tải nối tiếp MPEG-2 ñầu vào ñược chuyển ñổi thành n dòng bít song song, với n phù hợp với số lượng sóng mang Những dòng bít song song này sẽ ñược ánh xạ lên những sóng mang riêng rẽ, những sóng mang riêng rẽ ñược ghép trực giao, kỹ thuật này cho phép truyền ñồng thời ña sóng mang trên kênh truyền mà các sóng mang kế cận không gây can nhiễu sang nhau Những sóng mang riêng rẽ ñược ñiều chế QPSK, 16 QAM hoặc 64 QAM

- Mã hoá kênh cần thiết cho việc truyền tải dữ liệu nhằm chống lỗi sai trên ñường truyền do tác ñộng của nhiễu Mã hoá kênh gồm hai phần chính: khối mã ngoài (Outer Coder) nhằm kiểm soát sửa loạt lỗi sai xảy ra có chiều dài xác ñịnh, khối mã hoá trong (Inner Coder) nhằm kiểm soát sửa và báo lỗi cho một loạt lỗi sai

có chiều dài lớn hơn chiều dài lỗi quy ñịnh

- Mã ngoài sử dụng mã Reed-Solomon RS(188,204), ghép xen ngoài (Outer Interleave) có chiều sâu l=12 bytes, giống như truyền hình vệ tinh và truyền hình cáp Mã trong sử dụng mã vòng xoắn giống như truyền hình vệ tinh với các tỷ lệ mã hoá khác nhau

- Khoảng bảo vệ mềm dẻo cho phép thiết kế hệ thống với nhiều cấu hình khác nhau như: mạng ñơn tần diện rộng hoặc máy phát ñơn lẻ, ñảm bảo việc sử dụng tối ña băng tần

- ðể thích ứng với các tốc ñộ truyền dẫn khác nhau, kỹ thuật OFDM có hai chọn lựa về số lượng sóng mang, ba sơ ñồ ñiều chế QPSK, 16 QAM và 64 QAM và khoảng bảo vệ khác nhau cho phép làm việc với mạng ñơn tần nhỏ và lớn

- Trong một ñiều kiện xác ñịnh, việc thu chương trình truyền hình từ một số máy phát hoạt ñộng trên cùng một tần số là rất có lợi, tất nhiên, các máy phát này ñều truyền tải một chương trình truyền hình ñược ñồng bộ chặt chẽ tạo nên mạng ñơn tần

- Hệ thống cũng cho phép hai mức mã kênh và ñiều chế phân cấp Trong trường hợp này sơ ñồ khối của hệ thống có thêm phần các khối vẽ ñứt nét như trên hình vẽ 2.1 Bộ chia chia dòng tín hiệu ñầu vào thành hai dòng tín hiệu MPEG ñộc lập: dòng tín hiệu có ñộ ưu tiên cao và dòng tín hiệu có ñộ ưu tiên thấp Hai dòng bít này ñược phân bố trên biểu ñồ chòm sao bởi khối Mapper

- ðể ñảm bảo có thể dùng máy thu ñơn giản thu ñược tín hiệu phân cấp này,

hệ thống chỉ sử dụng mã kênh và ñiều chế phân cấp mà không dùng mã nguồn phân cấp Theo phương thức này, một chương trình truyền hình ñược truyền ñồng thời

dưới hai dạng: tốc ñộ bít thấp với ñộ phân giải thấp và dạng thứ hai là tốc ñộ bít cao với ñộ phân giải cao hơn Trong cả hai trường hợp, máy thu chỉ cần một bộ bao gồm các khối với chức năng ngược lại với máy phát: khối giải ghép xen trong, giải

mã hoá trong, giải ghép xen ngoài, giải mã hoá ngoài và giải ghép kênh Máy thu chỉ cần có thêm chức năng phân tách dòng bít ñược chọn từ sự phân bố trong biểu

số lỗi Như vậy, ñộ dài khoảng bảo vệ sẽ phụ thuộc vào ñộ lớn của vùng phủ sóng Hay nói cách khác, khoảng cách giữa các ñài phát kế cận sẽ quyết ñịnh ñộ dài của khoảng bảo vệ Ví dụ, với mạng ñơn tần lớn, khoảng bảo vệ phải ít nhất là 200µs

- Có 2 phương án về số lượng sóng mang Khoảng cách tốt nhất là 896µs ñối với 8k-mode và 224µs ñối với 2k-mode Tương ứng với 2 phương án về số lượng sóng mang, khoảng cách giữa các sóng mang sẽ là 1116 Hz và 4464 Hz

- ðối với hệ thống DVB-T sử dụng ñộ rộng băng tần 8MHz, ñiều này quyết ñịnh số lượng cụ thể của sóng mang: 6817 sóng mang cho OFDM symbol ñối với 8k-mode (6048 sóng mang dùng ñể truyền thông tin, còn lại dùng ñể truyền ñồngbộ

và tín hiệu khác) và 1705 sóng mang cho OFDM symbol ñối với 2k-mode (1512 sóng mang dùng ñể truyền thông tin) Các OFDM symbols ñược tính toán bằng phương pháp biến ñổi Fourier ngược (IDFT)

2.2 Thực hiện bằng cách sử dụng COFDM :

ðể ñáp ứng các yêu cầu cũng như tính năng của truyền hình số mặt ñất, nhóm nghiên cứu của DVB-T ñã ñưa ra một phương thức ñiều chế mới COFDM

Tắnh ưu việt cũng như lý do tại sao dùng phương thức này sẽ ựược trình bày trong

phần sau, ựây là nguyên lý cốt lõi của một hệ thống DVB-T

2.3 Ghép ựa tần trực giao OFDM

2.3.1 Nguyên lý OFDM:

- COFDM là một phương thức ghép kênh ựa sóng mang trực giao trong ựó vẫn sử dụng các hình thức ựiều chế số cơ sở tại mỗi sóng mang Tuy nhiên ta có thể gọi là phương thức ựiều chế COFDM Phương thức này rất phù hợp cho những yêu cầu của phát hình mặt ựất

- COFDM phù hợp với ựiều kiện truyền sóng nhiều ựường, thậm chắ cả khi

có ựộ trễ lớn giữa các tắn hiệu thu ựược Chắnh ựiều này ựã dẫn ựến khái niệm mạng ựơn tần (SFN), nơi có nhiều máy phát cùng gửi tắn hiệu giống nhau trên cùng một

tần số, mà thực ra ựây chắnh là hiệu ứng "nhiều ựường nhân tạo" COFDM cũng

giải quyết ựược vấn ựề nhiễu ựồng kênh dải hẹp đây là hiện tượng thường thấy trong các dịch vụ tương tự do các sóng mang gây ra

- Chắnh nhờ các ưu ựiểm trên mà COFDM ựã ựược chọn cho hai tiêu chuẩn phát sóng là DVB-T và DAB, và tuỳ theo từng ứng dụng của từng loại mà có những lựa chọn cũng như yêu cầu khác nhau Tuy nhiên ưu thế ựặc biệt của COFDM về hiện tượng nhiều ựường và nhiễu chỉ ựạt ựược khi có sự lựa chọn tham số cẩn thận

và quan tâm ựến cách thức sử dụng mã sửa lỗi

- Ý tưởng ựầu tiên của COFDM xuất phát từ khi xem xét sự suy yếu xảy ra trong phát sóng các kênh mặt ựất đáp ứng của kênh không tương ựồng với từng dải tần nhỏ do có nhiều tắn hiệu nhận ựược (tắn hiệu chắnh + tắn hiệu echo), nghĩa là sẽ không còn năng lượng ựủ ựể thu hoặc sẽ thu ựược nhiều hơn một tắn hiệu để giải quyết vấn ựề này thì cơ chế ựầu tiên là phải phân tách luồng dữ liệu ựể truyền tải trên một số lượng lớn các dải tần số nhỏ cách biệt nhau, nghĩa là ựiều chế dữ liệu lên một số lượng lớn sóng mang dựa trên kỹ thuật FDM Và ựể có thể xây dựng lại ựược những dữ liệu ựã mất ở bên thu thì cần mã hóa dữ liệu trước khi phát Do có

một số ñặc ñiểm chủ chốt sau ñây ñã giúp cho COFDM rất phù hợp cho các kênh mặt ñất, ñó là:

• Các sóng mang trực giao - orthogonality (COFDM)

• Chèn thêm các khoảng bảo vệ - guard interval

• Sử dụng mã sửa lỗi (COFDM), xen bit - symbol và thông tin trạng thái kênh

Phần này chúng ta sẽ cùng giải thích các ñặc ñiểm này cũng như ý nghĩa của chúng

2.3.2 Số lượng sóng mang

- Giả thiết rằng chúng ta ñiều chế các thông tin số cho một sóng mang Trong mỗi symbol, chúng ta truyền sóng mang với biên ñộ và pha xác ñịnh Biên ñộ và pha này lựa chọn theo chòm sao ñiều chế Mỗi symbol vận chuyển một lượng bít thông tin nhất ñịnh, lượng bit này bằng với loga (cơ số 2) của số trạng thái khác nhau trong chòm sao

- Bây giờ hãy tưởng tượng là có hai ñường tín hiệu nhận ñược với một ñộ trễ tương ñối giữa chúng Giả sử ta xem xét symbol thứ n ñược phát ñi, thì máy thu sẽ

cố gắng giải ñiều chế dữ liệu bằng cách kiểm tra tất cả thông tin nhận ñược liên quan ñến symbol thứ n kể cả thông tin thu trực tiếp lẫn thông tin thu ñược do trễ

- Khi khoảng trễ lớn hơn một chu kỳ symbol (xem hình 2.2- trái), thì tín hiệu thu ñược từ ñường thứ hai sẽ chỉ thuần tuý là nhiễu, vì nó mang thông tin thuộc về

các symbol trước ñó Còn nhiễu giữa các symbol (ISI) ngụ ý rằng chỉ có một chút ít

tín hiệu trễ ảnh hưởng vào chu kỳ symbol mong muốn (mức ñộ chính xác tuỳ thuộc vào chòm sao sử dụng và mức suy hao có thể chấp nhận)

- Khi khoảng trễ nhỏ hơn một chu kỳ symbol (hình 2.2- phải) thì chỉ một phần tín hiệu thu ñược từ ñường thứ hai ñựoc xem như là nhiễu vì nó mang thông tin của symbol trước ñó Phần còn lại sẽ mang thông tin của chính symbol mong muốn, tuy nhiên sự ñóng góp của nó cũng có thể có ích hoặc có thể mang tính tiêu cực ñối với thông tin từ ñường thu chính thức

Hình 2.2: Hiện tượng trễ gây xuyên nhiễu giữa các symbol

- ðiều này cho chúng ta thấy rằng, nếu chúng ta muốn giải quyết với tất cả các mức tín hiệu trễ khác nhau thì tốc ñộ symbol phải ñược giảm xuống sao cho tổng khoảng trễ (giữa tín hiệu thu ñược ñầu tiên với tín hiệu thu ñược cuối cùng) cũng chỉ là một phần khiêm tốn của chu kỳ symbol Khi ñó thông tin mà một sóng mang ñơn vận chuyển sẽ bị giới hạn khi có hiệu ứng nhiều ñường Vậy thì nếu một sóng mang không thể vận chuyển ñược tốc ñộ thông tin theo yêu cầu thì tất nhiên sẽ dẫn ñến ý tưởng chia dòng dữ liệu tốc ñộ cao thành rất nhiều dòng song song với tốc ñộ thấp hơn, mỗi dòng ñược vận chuyển bởi một sóng mang, nghĩa là sẽ có rất nhiều sóng mang ðây chính là một dạng của FDM - bước ñầu tiên ñể tiến tới COFDM

- Mặc dù vậy thì vẫn có thể tồn tại ISI với các symbol trước ñó ðể khử hoàn toàn thì phải kéo dài khoảng truyền của một symbol sao cho nó lớn hơn khoảng

tổng hợp tín hiệu mà máy thu thu ñược Vậy thì việc chèn thêm khoảng bảo vệ có

thể là ý tưởng tốt (chúng ta sẽ trở lại vấn ñề này sau)

2.3.3 ðặc tính trực giao và việc sử dụng DFT/FFT

a Trực giao

Việc sử dụng một số lượng lớn các sóng mang có vẻ như không có triển

vọng lắm trong thực tế: chắc chắn, chúng ta sẽ cần rất nhiều bộ ñiều chế, giải ñiều

chế và bộ lọc ñi kèm theo? Và cũng có vẻ như sẽ cần một dải thông lớn hơn ñể chứa các sóng mang này Nhưng thật may cả hai ñiều lo lắng này ñều ñược xua tan nếu

chúng ta thực hiện một việc ñơn giản sau ñây: các sóng mang ñược ñặt ñều ñặn cách nhau một khoảng fU = 1/ TU, với TU là khoảng symbol hữu ích (u: useful) với ñiều kiện là các sóng mang này phải ñược ñặt trực giao nhau

• Về mặt toán học, việc trực giao sẽ như sau: sóng mang thứ k ñược biểu diễn:

t jk K

L k dt

t t

U

T

L K

• Về phương diện phổ: ñiểm phổ có năng lượng cao nhất rơi vào ñiểm bằng không của sóng mang kia Hơn nữa chúng ta sẽ không bị lãng phí

về mặt phổ Các sóng mang ñược ñặt rất gần nhau vì thế tổng cộng dải phổ cũng chỉ như ở ñiều chế sóng mang ñơn - nếu chúng ñược ñiều chế với tất cả

dữ liệu và sử dụng bộ lọc cắt ñỉnh lý tưởng

b Củng cố tính trực giao bằng khoảng bảo vệ

Thực tế, các sóng mang ñược ñiều chế có thể phân tích thành các số phức Nếu khoảng tổ hợp thu ñược trải dài theo 2 symbol thì không chỉ có nhiễu của cùng sóng mang (ISI) mà còn cả nhiễu xuyên sóng mang (ICI) ðể tránh ñiều này chúng

ta chèn thêm khoảng bảo vệ ñể giúp ñảm bảo các thông tin tổng hợp là ñến từ cùng một symbol và xuất hiện cố ñịnh

Hình 2.3: Chèn thêm khoảng bảo vệ

Mỗi khoảng symbol ñược kéo dài thêm vì thế nó sẽ vượt quá khoảng tổ hợp của máy thu TU Vì tất cả các sóng mang ñều tuần hoàn trong TU nên toàn bộ tín hiệu ñược ñiều chế cũng vậy Vì thế ñoạn thêm vào tại phần ñầu của symbol ñể tạo nên khoảng bảo vệ sẽ giống với ñoạn có cùng ñộ dài tại cuối symbol Miễn là trễ không vượt quá ñoạn bảo vệ, tất cả thành phần tín hiệu trong khoảng tổ hợp sẽ ñến

từ cùng một symbol và tiêu chuẩn trực giao ñược thoả mãn ICI và ISI chỉ xảy ra khi trễ vượt quá khoảng bảo vệ

ðộ dài khoảng bảo vệ ñược lựa chọn sao cho phù hợp với mức ñộ hiện tượng nhiều ñường DAB sử dụng khoảng bảo vệ xấp xỉ TU / 4; DVB-T có nhiều lựa chọn hơn nhưng tối ña cũng chỉ là TU / 4

Còn nhiều thứ nữa có thể gây ra sự suy giảm tính trực giao và do ñó sẽ gây ra ICI Chúng có thể là các lỗi xảy ra trong các bộ tạo dao ñộng nội hoặc trong việc lấy mẫu tần số của máy thu hay các tín hiệu tạp pha (phase-noise) trong các bộ tạo dao ñộng nội Tuy nhiên trong thực tế, những ảnh hưởng này có thể ñược giữ ở mức giới hạn có thể chấp nhận ñược

c Sử dụng FFT

Chúng ta ñã tránh ñược hàng ngàn bộ lọc, nhờ tính trực giao, vậy thì việc thực hiện giải ñiều chế các sóng mang, các bộ ghép kênh và các bộ tổ hợp thì sao?

Thực tế, chúng ta làm việc với tín hiệu thu ñược dưới dạng lấy mẫu (theo ñịnh lý Nyquyst) Quá trình tổ hợp trở thành quá trình tổng kết, và toàn bộ quá trình

giải ñiều chế dựa trên dạng biến ñổi Furier rời rạc (DFT) Rất may là việc thực hiện

biến ñổi Furier nhanh ñã có rồi (các mạch tổ hợp ñã sẵn có), vì vậy chúng ta có thể xây dựng thiết bị COFDM phòng thí nghiệm rất dễ dàng Các phiên bản chung của FFT ñều hoạt ñộng trên cơ sở các mẫu thời gian 2M (tương ứng với các mẫu ñược lấy trong khoảng tổ hợp) và vận chuyển cùng số lượng các hệ số tần (frequency coefficient) Các hệ số này tương ứng với dữ liệu ñược giải ñiều chế từ nhiều sóng mang Thực tế vì chúng ta lấy mẫu trên cơ sở giới hạn Nyquyst, nên không phải tất

cả các hệ số ñược lấy ñều tương ứng với các sóng mang tích cực mà chúng ta ñã sử dụng

Biến ñổi FFT ngược ñược sử dụng trong máy phát ñể tạo ra tín hiệu OFDM

từ dòng dữ liệu ñầu vào

d Lựa chọn ñiều chế cơ sở

Tại mỗi symbol, mỗi sóng mang sẽ ñược ñiều chế bởi một số phức lấy từ tập chòm sao Nếu càng có nhiều trạng thái trong chòm sao thì mỗi sóng mang càng vận chuyển ñược nhiều bit trong một symbol, tuy nhiên khi ñó các ñiểm trong chòm sao cũng càng gần nhau hơn, trong khi công suất phát thì cố ñịnh nên sẽ giảm khả năng chống lỗi Do vậy cần có sự cân ñối giữa tốc ñộ và mức ñộ lỗi

Tại máy thu, giá trị giải ñiều chế tương ứng (hệ số tần lấy từ FFT máy thu) ñược nhân với một số phức tuỳ ý (ñáp ứng kênh tại tần số sóng mang) Chòm sao sẽ ñược quay luân phiên và thay ñổi về kích cỡ Vậy thì làm thế nào chúng ta xác ñịnh ñược ñiểm trong chòm sao mà chúng ta gửi ñi?

Cách ñơn giản là giải ñiều chế vi sai (differential demodulation), kiểu như DQPSK trong DAB Thông tin ñược mang ñi chính là sự thay ñổi về pha của symbol này so với symbol tiếp theo Miễn là kênh thay ñổi ñủ chậm thì sẽ không có vấn ñề gì với ñáp ứng kênh của nó Sử dụng quá trình giải ñiều chế visai (khác với

Hình2.4: Chèn thêm các scattered pilot

giải ñiều chế kết hợp - coherent demodulation ) sẽ gây ra suy giảm về chỉ tiêu của nhiễu tạp âm nhiệt (thermal noise) - tuy nhiên DAB không cần là hệ thống chống lỗi mạnh Khi ñòi hỏi tốc ñộ lớn hơn (như ở trong DVB-T), sẽ rất có lợi nếu sử dụng giải ñiều chế kết hợp Ở phương pháp này, ñáp ứng kênh sẽ ñược xác ñịnh và chòm

sao nhận ñược ñược cân bằng chính xác rồi mới xác ñịnh xem ñiểm nào trên chòm

sao ñược phát ñi (nghĩa là xác ñịnh ñược bit nào ñã truyền ñi) ðể làm ñược ñiều

này ở DVB-T thì một số pilot phân tán phải ñược phát kèm theo (gọi là scattered pilots) Sau ñó phép nội suy sẽ ñược thực hiện, sử dụng bộ lọc một chiều hoặc hai

chiều ñể cân bằng tất cả chòm sao mang dữ liệu

2.3.4 Tổ chức kênh trong OFDM

Các ñặc tính của kênh truyền dẫn không cố ñịnh trong miền thời gian Nhưng trong một khoảng thời gian ngắn thì thường là ổn ñịnh

a - Phân chia kênh

COFDM ñã thực hiện việc phân chia kênh truyền dẫn cả trong miền thời gian và miền tần số, tổ chức kênh RF thành tập các "dải tần phụ" hẹp và tập các

"ñoạn thời gian" liên tiếp nhau Xem trên hình 2.5 sau ñây:

time segment

Hình 2.5: Phân chia kênh

Hình 2.6: Ví dụ về ñáp ứng kênh thay ñổi theo thời gian với hai ñường trễ, mỗi cái có một ñộ dịch tần Doppler khác nhau, cùng với ñường tín hiệu chính Trục

z miêu tả biên ñộ ñáp ứng kênh

b - Chèn các sóng mang phụ

Trong mỗi ñoạn thời gian, gọi là mỗi symbol OFDM, mỗi dải tần phụ ñược trang bị một sóng mang phụ ðể tránh nhiễu giữa các sóng mang, chúng ñược bố trí vuông góc với nhau, nghĩa là khoảng cách giữa các sóng mang ñược ñặt bằng với nghịch ñảo của một chu kỳ symbol

Guard Interval duration

OFDM symbol duration

Hình 2.8: Chèn khoảng bảo vệ

Trong khoảng bảo vệ này, mà thực ra tương ứng với một nhiễu giao thoa

giữa các symbol, các máy thu sẽ bỏ qua tín hiệu thu ñược

Hình 2.9: Dạng tín hiệu minh hoạ khi có khoảng bảo vệ

d - ðồng bộ kênh

ðể giải ñiều chế tín hiệu một cách chính xác, các máy thu phải lấy mẫu chính xác tín hiệu trong suốt khoảng hữu ích của symbol OFDM (bỏ qua khoảng bảo vệ)

Do ñó, một cửa sổ thời gian sẽ ñược ấn ñịnh chính xác tại khoảng thời gian mỗi chu

kỳ symbol diễn ra

Tín hiệu chính

Phản xạ 2

ðồng kênh

Phản xạ 1

Tín hiệu thu ñược

sau khi sửa

Hệ thống DVB-T sử dụng các sóng mang "pilot", trải ñều ñặn trong kênh truyền dẫn, ñóng vai trò làm các ñiểm ñánh dấu ñồng bộ, như trên hình 2.10:

Thật không may, tất cả tính năng này lại làm giảm tốc ñộ hữu ích của tải thông tin Tuy nhiên, ta cũng có thể cân bằng giữa khả năng chống lỗi với dung lượng kênh

Và ñể giúp các nhà phát hình có thể thoải mái sử dụng các hệ thống truyền dẫn của mình trong từng ñiều kiện cụ thể, DVB-T ñã ñưa ra nhiều tham số có thể lựa chọn như: kích cỡ FFT (2K, 8K), tỷ lệ mã hóa (1/2, 2/3, 3/4 ), và khoảng bảo

vệ (1/4 TS, 1/8 TS, 1/16 TS )

2.3.5 Phương thức mang dữ liệu trong COFDM

COFDM cho phép trải dữ liệu ñể truyền ñi trên cả miền thời gian và miền tần

số, sau khi ñã sử dụng mã hóa vòng ñể bảo vệ dữ liệu

Hình 2.10: Các sóng mang ñồng bộ