Kỹ thuật thu tín hiệu DVB-T trong môi trờng di động và một số ứng dụng trong điều khiển NCS Nguyễn Quang tuấn Trờng Đại học Giao thông Tây Nam Trung Quốc Tóm tắt: Bi báo giới thiệu cấu trúc tín hiệu DVB-T, đa ra phơng án tối u nhằm thu v phân tích tín hiệu DVB-T trong môi trờng di động m không yêu cầu thay đổi cấu trúc của hệ thống. Thu tín hiệu DVB trong môi trờng di động l việc cần quan tâm tới do sự phát triển rất nhanh của khoa học kỹ thuật v nhu cầu xã hội. Nhng về bản chất việc thu di động tín hiệu DVB l việc không đợc các nh thiết kế hệ thống đặt ra nh một tiêu chuẩn chính thức. Thông qua khả năng thu, xử lí tín hiệu DVB trong môi trờng di động đã mở ra khả năng ứng dụng tín hiệu ny trong một số lĩnh vực khác ngoi mục tiêu chinh của hệ thống, nh ứng dụng trong việc định vị đối tợng, điều khiển các thiết bị tự động, robot hoạt động độc lập Summary: The article introduces DVB-T signal structure and proposes an optimal method for receiving and analysing DVB-T signals in mobile environment without changing the structure of the digital television system. It's essential to pay attention to DVB signal reception in mobile environment because of the rapid development in engineering and society's needs. Basically, mobile DVB signal reception is not put forward as an official standard by system designers. However, DVB signal reception and analysis in mobile environment has opened up a possibility of applying this signal in other fields rather than the main purpose of DVB system, such as object navigation, automatic appliance controller, independently operating robots, etc. CT 2 1. Giới thiệu chung Trong những năm gần đây, các hệ thống truyền hình số chất lợng cao cho phép thu các chơng trình truyền hình và các dịch vụ số liệu tốc độ cao đã và đang đợc nghiên cứu ngày càng hoàn thiện, số lợng các quốc gia đa tiêu chuẩn DTV vào kế hoạch phát triển hệ thống truyền hình ngày một nhiều, đặc biệt là các nớc công nghiệp tiên tiến. Hệ thống DTV đợc ứng dụng phổ biến nhất hiện nay là hai hệ thống, ATSC (Advanced Television Systems committee) đợc dùng chủ yếu tai Bắc Mỹ, Canada. Chỉ riêng trong lục địa Bắc Mỹ tới đầu năm 2006 đã có khoảng 1600 đài phát truyền hình số. Hệ thống phổ biến thứ hai là hệ thống DVB-T (Digital Video Broadcasting Terrestrial) đợc dùng chủ yếu tại châu Âu, các nớc thuộc châu á, Phi và Nam Mỹ. Tới đầu năm 2006 chỉ tính riêng nớc Anh đã có hơn 5 triệu máy thu DVB-T đợc dùng (Set-top box), tại Đức số lợng máy thu khoảng 3 triệu chiếc, tại VN cũng đã chuẩn bi kết thúc quá trình thử nghiệm và đa vào khai thác chính thức. Nói chung cả hai hệ thống chỉ khác nhau trên phơng diện điều chế tín hiệu do đó có các u khuyết điểm khác nhau, nhng nguyên lý hệ thống và hiệu quả ứng dụng về cơ bản không khác nhau nhiều. Với cấu trúc mã hoá dựa trên các gói MPEG-2, thông qua các bớc xử lý chèn mã sửa lỗi và điều chế theo phơng pháp mã hoá đa tần trực giao COFDM (Code Orthogonal Frequency Division Multiplexing), tín hiệu DVB-T có nhiều u điểm nổi trội so với tín hiệu truyền hình tơng tự. Đó là khả năng chống nhiễu, tự sửa lỗi phát sinh trên đờng truyền cao; có khả năng loại trừ hiệu ứng đa đờng và chống đợc hiện tợng thu tín hiệu thứ cấp; cung cấp hình ảnh, âm thanh chất lợng cao, đáp ứng tiêu chuẩn HDTV đồng thời còn có thể cung cấp các luồng thông tin tốc độ cao cho các mục đích khác. Vấn đề cần quan tâm đối với các nớc ứng dụng các hệ thống DTV hiện nay chỉ là chọn các bộ tiêu chuẩn DTV nh thế nào để phù hợp với đặc thù địa lí, kinh tế cũng nh dân tộc của từng nớc. Xuất phát từ tính chọn lọc cao khi thu, giải mã tín hiệu DVB-T, do quan điểm khi thiết kế hệ thống của các nhà thiết kế đã không đặt yêu cầu thu di động thành tiêu chuẩn chính của hệ thống dẫn tới việc thu trong môi trờng di động hoặc máy xách tay trở nên khó khăn. Do nhu cầu sử dụng phát triển nên đã có nhiều công trình nghiên cứu, thử nghiệm dựa trên cấu trúc của tín hiệu DTV với các phơng pháp và các đề xuất kỹ thuật khác nhau, nhng nói chung các đề xuất vẫn còn có các hạn chế nhất định. Bài báo đi vào hớng xây dựng phơng án sử dụng antena đa hợp (diversity antena) kết hợp bộ chọn cổng logic nhằm lựa chọn mẫu tín hiệu DTV thích hợp nhất tại vi trí thu cùng một số kết quả thử nghiệm tai Đức, Singapore. Các thử nghiệm đã chứng minh khả năng thu tốt tín hiệu DTV trong cả trờng hợp bị che khuất, cờng độ trờng yếu, giảm thiểu hiệu ứng Doppler, loại trừ tín hiệu phản xạ do các bức tờng hoặc do các kết cấu bê tông cốt thép vốn rất nhiều trong các thành phố. Thực hiện tốt việc thu di động tín hiệu DTV, cụ thể là tín hiệu DVB-T đã mở ra khả năng ứng dụng tín hiệu DVB-T trong một số lĩnh vực nh điều hành, định vị hệ thống xe Bus, taxi, các thiết bị cá nhân, thực hiện điều khiển các thiết bị tự động, Robot làm việc trong môi trờng độc lập Tại phần cuối bài báo cũng giới thiệu một mô hình hệ thống định vị và truyền số liệu dùng tín hiệu DVB-T, độc giả quan tâm có thể tìm đọc kỹ hơn trong bài Cấu trúc tín hiệu DVB-T và khả năng ứng dụng trong kĩ thuật định vị Tạp chí Khoa học Giao thông Vận tải, số 14 tháng 5/2006 - Trờng Đại học Giao thông vận tải. CT 2 2. tín hiệu DVB-T Chúng ta đã biết tín hiệu truyền hình số DVB-T đợc hình thành trên cơ sở gia công, điều chế các luồng tín hiệu gồm các gói dữ liệu MPEG-2 gọi là các TS (Transport Streams). Các luồng TS bao gồm các gói TS cơ sở liên tục, mỗi gói cơ sở có độ dài 188 Bytes, trong đó có 4 Bytes đầu tiên gọi là các mào đầu đợc dùng để đồng bộ, nhận dạng gói, đây là đặc tính quan trọng để lợi dụng tín hiệu DVB-T cho các mục đích khác với mục đích chính của hệ thống truyền hình số. Để hệ thống hoá vấn đề, chúng ta nhắc lại sơ bộ mô hình gia công tín hiệu DVB-T trên quan điểm nêu bật những đặc trng của loại tín hiệu này. Các luồng TS đợc gia công và điều chế trong DVB-T theo lợc đồ nh hình 1. Quan sát sơ đồ khối có thể thấy quá trình điều chế đợc chia làm hai phần chính, phần đầu gồm các khối riêng lẻ có mặt trong tất cả các hệ thống DVB, phần thứ hai từ khối chèn nội bộ trở đi chỉ có ở hệ thống DVB-T. Về cơ bản quá trình gia công có 3 nhiệm vụ chính: Rời rạc năng lợng và đồng bộ, điều chế và chống lỗi, mã hoá chia đa tần trực giao. CT 2 2.1. Quá trình rời rạc năng lợng và đồng bộ Hình 1. Sơ đồ khối quá trình gia công, điều chế tín hiệu DVB-T Tại đây các dữ liệu của giao diện băng cơ sở (các TS của tín hiệu MFEG-2) sẽ phối hợp với một luồng bit đợc tạo ra từ bộ phát nhiễu giả ngẫu nhiên thông qua thanh ghi dịch hồi quy (Feedback Shift Register). Mục đích của thuật toán nhằm đạt đợc mật độ phổ công suất tơng đối bằng phẳng, chỉ các byte đồng bộ của các gói TS đợc giữ nguyên dạng nhằm mục đích đồng bộ. Bộ phát xung giả ngẫu nhiên đợc tái tạo nhờ một mẫu bit xác định trớc với mỗi 8 gói TS. Bộ giải mã biết thời điểm bắt đầu của dãy do phơng pháp đảo xung đồng bộ. 2.2. Bảo vệ lỗi và điều chế: Việc bảo vệ lỗi đầu ra đợc tực hiện thông qua thao tác mã hoá ra (Outer Encoder), tại đây gói TS đợc kết hợp với một mã kiểu hớng byte tạo ra một khối byte có khả năng chống lỗi ngay tại goi TS. Mã khối sửa lỗi dùng trong DVB-T là mã Reed- Solomon có độ dài đầy đủ (255 239) có nghĩa cứ 239 byte thông tin thì có thể sửa lỗi cho 16 byte. Nhng gói TS chỉ có độ dài 188 byte nên trong mã khối RS sẽ có 51 byte đầu tiên nhận giá trị 0 và không truyền đi, lúc này mã RS ngắn (204 188) đợc tạo nên. Phơng pháp sửa lỗi này cho phép sửa số lợng bit lỗi lớn hơn nhiều các phơng pháp thông thờng. Tiếp theo là thao tác chèn khối đầu ra (Outer Interleaver) việc chèn không nhằm mục đích tăng khả năng sửa lỗi mà chỉ tạo điều kiện thuận lợi cho thao tác sửa lỗi, phân biệt rõ ràng các khối mà thôi. Khối chèn đợc đọc vào bộ nhớ ma trận tuyến tính theo hàng và lấy ra theo cột, vậy chèn khối sẽ tốn dung lợng bộ nhớ, nhng thuận lợi trong việc tăng độ nhậy, dễ đồng bộ và chống lại các nhiễu loạn có chu kỳ. Trong hệ DVB-T dùng cách chèn xoắn với độ sâu chèn I = 12 và trễ cơ sở M = 17. Bộ chèn xoắn bao gồm (I-1) thanh ghi dịch với độ dài M, 2M, , (I-1)M tách biệt theo thứ tự. Kể từ thời điểm này các byte kế cận bị tách ra tối thiểu 204 byte và tổng trễ là M(I-1)I cho tất cả các biểu tợng. Trong hệ DVB-T dùng bộ mã hoá xoắn với tỉ lệ 1/2, có nghĩa cứ một bit riêng lẻ ở đầu vào thì đầu ra xuất hiện 2 bit, các luồng dữ liệu đợc đa qua một bộ ghi dịch theo kiểu bit by bit và đầu ra có hai luồng thu đợc do cách kết hợp khác nhau trong thanh ghi. Một phần lớn phần thừa do tỷ lệ mã hoá 1/2 tạo nên sẽ bị loại trừ do thủ thuật đánh thủng. Nếu cứ bit thứ 3 là bị gạt bỏ thì ta goi tỉ lệ mã là 3/4 thay cho 1/2. Trong DVB có các tỉ lệ mã hoá nh sau: 1/2; 2/3; 3/4; 5/6; 7/8. Bớc tiếp theo trong xử lý điều chế DVB-T là chèn nội bộ (Inner Interleaver) nhằm chống những lỗi nội bộ có thể phát sinh trên đờng truyền do hiệu ứng dội của kênh theo tần số, thực chất của chèn nội bộ là là bộ chèn bit với 126 bit đợc đa vào kết hợp với khối dữ liệu đã đợc mã hoá phía trớc. Tiếp theo là khối quan trọng đặc trng cho DVB-T dó là khối điều chế đa tần trực giao OFDM, mở đầu là khối chèn biểu tợng. Sau bộ chèn biểu tợng là một bộ chèn các dãy giả ngẫu nhiên làm thay đổi tính chất của các dãy biểu tợng này. Kết quả mỗi biểu tợng sẽ đợc mang một tần số khác nhau. Thông qua xử lý chèn biểu tợng sẽ mặt nạ hoá các biểu tợng. Mỗi sóng mang riêng của tín hiệu OFDM sẽ đợc điều chế tách biệt, có thể chọn một trong ba phơng pháp: QPSK, 16-QAM, 64-QAM. Việc chỉ định dùng 2; 4 hay 6 dãy bit liên tục theo một sóng mang thực hiện thông qua mã Gray. Một đặc điểm nữa của hệ DVB là có thể điều chế theo kiểu tuần tự, có nghĩa hai luồng tín hiệu hoàn toàn độc lập có thể đợc phát cùng lúc trên một kênh tín hiệu, nhng có phơng pháp điều chế khác nhau, ví dụ QPSK cho luồng có độ u tiên caovà 16-QAM cho luồng có độ u tiên thấp. Do đó khả năng chống lỗi phát khác nhau một chút, luồng u tiên cao dùng cho luồng dữ liệu tốc độ thấp, tỉ lệ C/N cung thấp hơn, luồng u tiên thấp dùng cho luồng dữ liệu tốc độ cao và có tỉ số C/N cao hơn, để ứng dụng tín hiệu DVB-T cho mục đích điều khiển thì đây là điều kiện thuận lợi để gửi các bản tin điều khiển trong kênh tín hiệu truyền hình. 2.3. M hoá đa tần trực giao (COFDM) Việc truyền phát tín hiệu mặt đất thờng hay bị suy yếu tín hiệu do yếu tố địa hình và các cấu trúc xây dựng làm phát sinh ra một loạt các hiệu ứng phụ đặc biệt là hiệu ứng đa đờng. Khi xây dựng hệ thống DVB-T tuy việc thu di động không đợc đặt ra nhng hệ thống cũng có thể hoạt động khi đối tợng thu thay đổi trong phạm vi nhất định. Việc chọn phơng thức điều chế COFDM là thích hợp nhất trong môi trờng có nhiễu giao thoa đồng kênh và hiệu ứng đa đờng. Ngoài ra phơng pháp điều chế COFDM còn đáp ứng cao hiệu quả sử dụng tần số khi thức hiện mang đơn tần SFN (Single Frequence Network). CT 2 Điểm đặc biệt trong DVB-T là các biểu tợng OFDM bao gồm 1705 sóng mang với chế độ phát 2K và 6817 sóng mang với chế độ 8K. Bắt đầu mỗi biểu tợng COFDM là một giãn cách bảo vệ với mục đích chống chồng lẫn biểu tợng và phản xạ. Giãn cách bảo vệ có thể nhận một trong 4 giá trị tính theo dộ dài của chu kỳ liên tục của biểu tợng thực tế: 1/4; 1/8; 1/16; 1/32. Trong DVB-T, các biểu tợng OFDM đợc nhóm thành các trang phát, mỗi trang gồm 68 biểu tợng liên tiếp, 4 trang liên tiếp họp thành một siêu trang. Hình 2 minh hoạ cấu trúc trang với 68 biểu tợng. Đây là hai tín hiệu tham chiếu cho kênh phát, đợc phát vơi tí lệ 1/0.75 so với biên độ các sóng mang nhằm chống lỗi đờng truyền. TPS pilot (Transmission Parameter Signalling) là chủ sóng báo hiệu tham số phát, nhằm báo cho máy thu biết các tham số giải mã hiện tại. TPS điều chế theo kiểu dịch khoá pha nhị phân (DBPSK), mỗi trang có một khối TPS 68 bit bao gồm 1 bit giá trị mở đầu, 16 bit đồng bộ, 37 bit thông tin và 14 bit dự trữ có thể dùng vào mục đích chống lỗi. Khối TPS đợc phát trên 17 sóng mang ở chế độ 2K và 68 sóng mang ở chế độ 8K. Hình 2. Cấu trúc một trang OFDM Scattered pilot: Chủ sóng phân tán; Continual pilot: Chủ sóng liên tục. 3. Các yêu cầu khi triển khai thu phát DVB-T Các tiêu chuẩn dùng đánh giá tính hiệu quả của DVB-T là: tốc độ dữ liệu cho phép; tỉ lệ C/N yêu cầu và cờng độ trờng tối thiểu cho các chế độ thu khác nhau. Thực tế có 4 kiểu thu tín hiệu là: thu cố định, thu cầm tay ngoài trời, thu cầm tay trong nhà và thu di động. Trong phạm vi bài viết chúng ta chỉ quan tâm tới việc thu di động và thu cầm tay trong nhà. CT 2 Điểm khác nhau chính của các kiểu thu là độ cao anten (10 m và 1.5 m) làm thiệt mất 12 dB - 18 dB độ lợi an ten, suy giảm độ lợi do kiểu anten khoảng 7 - 12 dB, suy hao do các kết cấu xây dựng cỡ 8 dB. Căn cứ theo đặc trng của từng kiểu thu, hội nghị thông tin vô tuyến vùng do ITU tổ chức tháng 5/2006 đã thống nhất trong nghi nhớ CCR 06 đó là cờng độ trờng cho việc thu cố đinh là 50 - 54 dB V/m; thu cầm tay ngoài trời, di động là 73 - 79 dB V/m và cầm tay trong nhà 85 - 91 dB V/m trong băng UHF; trong băng VHF lần lợt là 46 dB V/m; 65 dB V/m; 75 dB V/m. 4. Thực hiên thu di động 4.1. Giới thiệu mạng Trong vài năm gần đây việc nghiên cứu thu di động tín hiệu DVB-T đẫ đợc đề cập ở một số quốc gia nh Anh, Đức, Trung quốc, Singapore vào năm 2001 đã có kết quả đầu tiên cho thấy có thể thực hiện thu bằng máy cầm tay trong nhà, năm 2003 đã có kết quả thực nghiệm thu hoàn hảo tín hiệu DVB-T cho máy di động đặt trên xe, các nghiên cứu đều đa ra một kết luận chung là việc thu cầm tay và di động thực hiên hoàn hảo với một mạng DVB-T đơn tần số SFN (Single Frequence Networrk). Chúng làm cho cờng độ trờng đợc phân bổ đều hơn giữa các đài phát, tất nhiên cũng có trờng hợp trong vùng phủ sóng của một SFN này lại thu đợc tín hiệu của đài phát khác do hiệu ứng màn chắn, nhng điều này cũng không làm ảnh hởng nhiều tới chất lợng dịch vụ. 4.2. Kỹ thuật anten đa hợp cho máy thu di động Xuất phát từ yêu cầu tối u hoá việc thu di động tín hiệu DVB-T đã có nhiều nghiên cứu đợc tiến hành trong đó đáng lu ý là phơng án giao thoa liên sóng mang qua sơ đồ mã hoá khử đa thức (ICI self-cancellation) nhng phơng án này cần can thiệp vào cấu trúc hệ thống xử lý tín hiệu phát. Phơng án thứ hai không cần can thiệp vào cấu trúc hệ thống nhng cũng cho hiệu quả cao, chống hiệu ứng Phading tốt đó là dùng anten đa hợp (Diversity antenna). ý tởng của phơng án là nếu có hai hay nhiều hơn anten thu tín hiệu đồng thời tạm gọi là các nhánh đa hợp đợc đặt thích đáng thì tín hiệu giả do hiệu ứng Phading tại hai nhánh sẽ không tơng quan với nhau. Vậy máy thu chỉ cho phép những tín hiệu hoàn toàn tơng quan thông qua. Dới đây chúng ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn về hoạt động của kỹ thuật anten đa hợp thông qua hai phơng án cụ thể. 1) Phơng pháp lựa chọn phù hợp SC (Selection Combining) Trong mạch SC, tín hiệu đã so sánh từ nhánh anten L nào đó của anten đợc đa vào mạch logic đa hợp. Nhánh nào có tỉ lệ C/N cao hơn sẽ đợc lựa chọn và đa vào bộ giải mã. Nguyên lý lựa chọn phù hợp đợc minh hoạ ở hình 3. CT 2 Thành phần quan trọng nhất là mạch logic đa hợp, có thể thực hiện theo nhiều cách, trên cơ sở tín hiệu DVB-T luôn mang theo các sóng mang phụ OFDM băng hẹp, có biên độ lớn hơn các sóng mang biểu tợng, sóng mang nào có tỉ số C/N lớn nhất từ một trong 3 nhánh anten sẽ đợc mạch logic lựa chọn. Có thể dùng mức tạp âm trong nhánh để nhận dạng công suất tín hiệu(thông qua quá trình xử lý chọn lọc). Lựa chọn phù hợp cũng có thể thực hiện theo kiểu chọn luồng bit của các biểu tợng không bị chèn thông qua công suất tín hiệu để chọn tín hiệu của một nhánh. Luồng TPS có công suất lớn nhất sẽ cho tỉ số C/N lớn nhất. Phơng pháp này dễ dàng áp dụng với công nghệ chip-set hiên nay mà không cần các biện pháp mở rộng đối với máy thu. Các TS đợc điều khiển bởi một mạch logic đa hợp, các gói MFEG-2 không đúng đợc thay bằng các gói đúng, cung cấp bởi một trong các nhánh anten khác. Hình 3. Nguyên lý hoạt động mạch lựa chọn phù hợp 2) Phơng pháp kết hợp tỉ lệ lớn nhất MRC (Maximum Ratio Combining): Với phơng pháp này, tín hiệu của L nhánh đa hợp trớc tiên đợc đồng bộ về pha, xác định trọng số bản thân theo tỉ lệ C/N tức thời trong các nhánh riêng. Bớc thứ hai là cộng các tín hiệu đồng pha và trọng số với nhau, do cách làm này về lý thuyết mà nói đã làm giảm hiệu ứng phading hơn bất kỳ kỹ thuật đa hợp tuyến tính nào khác. Nhng thực hiện đồng bộ pha và xác định trọng số phức tạp hơn phơng án lựa chọn phù hợp, với khả năng tích hợp chipset hiện nay thi việc này cũng không khó khăn thực hiện. Có nhiều phơng án để giải quyết nhng hiệu quả nhất là dựa trên mức sóng mang phụ, thực hiện đồng bộ pha và xác định trong số bằng cách nhân tín hiệu này với toán tử liên hợp phức của nó. Trên hình 4 minh hoạ nguyên lý hoạt động của phơng pháp này. Tác dụng của anten đa hợp đã đợc nghiên cứu tỉ mỉ thông qua phơng pháp mô phỏng và thử nghiệm thực tế. Thống kê các thử nghiêm cho thấy bộ rtham số thích hợp nhất cho viêc thu di động sử dụng kỹ thuật anten đa hợp là: Chế độ điều chế 8K, phơng pháp điều chế 16-QAM, tỷ lệ mã 2/3 và giãn cách bảo vệ = 1/4. Bộ tham số này do ngời Đức xác định và đề nghị, có thể gọi là bộ tham số Đức. Luồng tín hiệu sau khi đợc xác định và cộng sẽ đa vào mach xử lý tín hiệu nh các máy thu cố định, lúc này tỉ số C/N đã tăng đáng kể, loại trừ hiệu ứng phading, ngoài ra còn hạn chế đáng kể hiệu ứng Doppler phát sinh bởi sự dịch tần số tín hiệu do máy thu liên tục chuyển động với tốc độ cao. Cụ thể hơn chúng ta có thể quan sát trên hình 5. Hình 4. Sơ đồ nguyên lý phơng án MRC CT 2 Hình 5. Quan hệ giữa tần số dịch chuyển Doppler, tỉ số C/N yêu cầu v các dạng thu Đờng 1 biểu thị quan hệ ngỡng thu với anten đơn v dùng máy thu cố định. Đờng 2 tơng ứng với máy thu dùng anten đa hợp với thế hệ chipset đầu tiên. Đờng 3 tơng ứng với máy thu dùng anten đa hợp với thế hệ chipset thứ hai. Trên hình 5, trục hoành đại diện cho tần số dịch chuyển Doppler lớn nhất(Hz), trục tung đại diện cho tỉ số C/N yêu cầu (dB) Việc xác định tần số Doppler lớn nhất cho phép f D , đo với tốc độ xe v, tỉ lệ với tốc độ ánh sáng c, do đó tần số Doppler lớn nhất là hàm của tần số sóng mang f 0 thể hiện qua công thức: f D = f 0 c v (Hz) Vậy với tần số Doppler 80 Hz tơng ứng với tốc độ xe 101 km/h ở kênh 69 và 182 km/h ở kênh 21. Cũng theo hình 5 chúng ta thấy khi thu cố định với một anten cần tỉ số C/N 22 dB để có hình ảnh tốt, nhng khi dùng anten đa hợp theo phơng pháp MRC chỉ yêu cầu C/N 15 dB đã thu đợc tốt. Quan trọng hơn là có thể mở rộng giới hạn tốc độ hơn nữa, cũng trên hình 5 cho thấy với tần số dịch chuyển Doppler lên 130 Hz mà khi dùng anten đa hợp cũng chỉ yêu cầu C/N 20 dB (đờng 3), do đó tại kênh 69 có thể thu tốt khi tốc độ xe lên tới 164 km/h. Việc thử nghiêm thu trong nhà với anten đa hợp cũng đã đợc các nhà khoa học của trờng đại học Nanyang (Singapore) tiến hành vào cuối năm 2004 tại tầng 2 và tầng 6 của toà nhà Techno Plaza cũng cho kết quả tơng tự, xem bảng 1. Bảng 1. Kết quả thử nghiệm tai trờng đại học kỹ thuật Nanyang CT 2 3) Các yêu cầu với máy thu di động Việc dò kênh trong máy thu cố định khá đơn giản, chỉ cần một bộ quét tần số đơn là có thể thực hiện quét tất cả các kênh. Nếu mức cờng độ từ trờng dủ lớn, máy thu sẽ thực hiện đồng bộ tín hiệu thu và đọc dãy TPS, nội dung của dãy TPS đựơc dùng trong việc giải mã và giải điều chế. Với máy thu di động, quá trình dò kênh phức tạp hơn nhiều. Máy thu phải thực hiện thay đổi tần số tự động khi cờng độ trờng giảm tới ngỡng ở mép vùng phủ sóng, do vậy dễ xảy ra hiện tợng gián đoạn dịch vụ trong quá trình chuyển giao vùng phủ sóng. Để tránh hiện tợng này có thể thực hiện bằng cách chia nhỏ vùng phủ sóng thành các ô nhỏ, mỗi ô phụ trách một khu vực cụ thể theo cấu trúc địa lý và đợc phân bổ một tần số phát. Mỗi ô đợc nhận dạng bằng một giá trị gán trong TPS gọi là cell_id có độ dài 16 bit. Khi giải mã dữ liệu TPS, các máy thu sẽ đọc đợc giá trị cell_id và phân biệt ô có tín hiệu thu đợc. Trớc khi sự chuyển giao diễn ra máy thu cần biết rõ vị trí của ô đang nhận tín hiệu và chuẩn bị sẵn danh sách các tần số lựa chọn cho dịch vụ thấp nhất. Lý tởng nhất là thông tin vị trí đợc cấp từ hệ GPS, trong trờng hợp tín hiệu GPS không đủ tin cậy thì thông qua cell_id máy thu cũng có thể biết sơ bộ vị trí của mình. Danh sách các tần số lựa chọn sẽ đợc biên dịch theo kiểu hớng dịch vụ vì dịch vụ đang sử dụng có thể không hiện diện trong TPS đang thu mà trong các TPS khác. Nh vậy máy thu sẽ sử dụng kí hiệu miêu tả danh sách dịch vụ để nhận dạng dịch vụ và khoá lại không chỉ trong TPS đang thu mà trong tất cả các TPS khác. Tập hợp các tần số lựa chọn nhờ thế sẽ giảm dần đến khi xác định đợc tần số của ô sẽ chuyển giao. Nếu dữ liệu GPS đủ tin cậy thì chỉ một hoặc hai tần số lu trong danh sách tần số lựa chọn là đủ. Nếu chỉ biết cell_id thì tần số của 6 ô lân cận sẽ đợc lu trong danh sách. Bằng cách này hiện tợng ngắt dịch vụ sẽ bị loại trừ. Ngoài ra thủ tục chuyển giao có thể thực hiện hoàn hảo hơn bằng cách bố trí thêm khối chọn kênh trong máy thu, nh vậy một khối làm nhiệm vụ duy trì dịch vụ đang thu và một khối thực hiện chuyển giao, nhờ đó loại trừ hoàn toàn việc dò sai và ngắt dịch vụ trong quá trình chuyển giao. 5. ứng dụng thu di động tín hiệu DVB-T trong các hệ thống điều khiển Nh đã đề cập ở phần đầu, do tính chất đặc trng của tín hiệu DVB-T là chuỗi các byte đồng bộ mang thông tin, đợc điều chế theo phơng pháp COFDM và tổ chức thành các trang và siêu trang có các chủ sóng mang thông tin đi kèm, tiêu biểu là dãy bit TPS và các xung đồng bộ của từng TS. Các dãy xung đồng bộ là xác đinh theo thời gian và chu kỳ. Theo xu hớng phát triển tất yếu càng ngày sẽ có càng nhiều đài phát truyền hình số hoạt động, do đó việc tổ chức các mạng đơn tần SFN để tăng khả năng tận dụng tần số là việc phải thực hiện của các hệ thống truyền hình số. Vậy tận dụng vai trò của các dãy xung đồng bộ và thông tin của các TPS trong tín hiệu DVB-T để thực hiện định vị cho các thiết bị tự động, các đối tợng điều khiển nh taxi, hệ thống xe bus kết hợp với hệ thống giải trí trên xe sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao. Đặc biệt trong trờng hợp các đối tợng hoạt động trong môi trờng tín hiệu GPS không đủ độ tin cậy, ví dụ nh các robot, thiết bị tự động hoạt động độc lâp ở môi trờng đô thị, trong nhà Đi phát TH s ố Đi phát TH s ố Đi phát TH s ố Máy th u Trạm hiệu chuẩn Hình 6 . Mô hình hệ thống định vị sử dụng tín hiệu DVB-T CT 2 Vấn đề cần giải quyết còn lại là xác định thời gian thực của các chuỗi xung đồng bộ và tổ chức hệ thống cung cấp khả năng tự đinh vị cho đối tợng. Dựa trên mô hình hệ thống theo hình 6 có thể minh hoạ hoạt động cơ bản của hệ thống này. Mấu chốt của hệ thống là trạm hiệu chuẩn có nhiệm vụ thu tín hiệu của các đài phát số, phân tích sai số thời gian của các đài (trạm hiệu chuẩn yêu cầu trang bị đồng hồ dao động chuẩn Cesium) sau đó gửi thông điệp chuẩn thời gian tới các đối tợng. Các máy thu sẽ đồng thời nhận tín hiệu của ít nhất 3 đài phát và trạm hiệu chuẩn, nh vậy hoàn toàn đủ điều kiện để giai hệ phơng trình định vị với các thông số theo không gian ba chiều và tham số hiệu chỉnh thời gian. Hệ phơng trình định vị có dạng: 1 2 1 2 1 2 11 t.C)cz()vy()kx(R +++= 2 2 2 2 2 2 22 t.C)cz()vy()kx(R +++= (4) 3 2 3 2 3 2 33 t.C)cz()vy()kx(R +++= trong đó: R 1 , R 2 , R 3 - khoảng cách từ máy thu tới đài phát trong đó bao gồm cả sai số do không đồng bộ đồng hồ, đợc xác định bằng khoảng thời gian truyền tín hiệu từ đài phát tới máy thu bằng phép đo giả cự ly; x, y, z - toạ độ của máy thu; k, v, c - kinh độ, vĩ độ, độ cao của đài phát (đã biết trớc); t - độ lệch thời gian của các đài phát với đồng hồ chuẩn của trạm hiệu chỉnh. Thông tin định vị cùng với các thông điệp đợc cài trong dãy TPS đợc đọc, cac máy thu sẽ thực hiện thao tác cần thiết trong quá trình thực hiện nhiệm vụ, đồng thời trung tâm kiểm soát đợc toàn bộ hành trình của thiết bị. 6. Kết luận Thông qua phân tích đặc điểm của tín hiệu DVB-T và sử dụng anten đa hợp trong việc thu di động tín hiệu này, chúng ta thấy việc thu di động và trong nhà là hoàn toàn có thể thực hiện, loại bỏ hiệu ứng đa đờng, hiệu ứng Doppler cũng nh hiện tợng thu sóng thứ cấp do phản xạ tín hiệu. Qua đó mở rộng khả năng khai thác thế mạnh của tín hiệu DVB-T, không chỉ thu các chơng trình truyền hình chất lợng cao thông thờng mà còn có thể mở rộng trong lĩnh vực điều khiển, định vị Tuy nhiên với mỗi hệ thống mở rộng yêu cầu các phơng án xử lý tìn hiệu cũng nh thiết bị có các yêu cầu kỹ thuật không giống nhau Nhng với điểm đặc trng có thể thực hiện định vị trong điều kiện đối tợng bi che khuất nên ứng dụng khả năng này của tín hiệu DVB-T kết hợp với hệ định vị GPS sẽ cho một hệ định vị hoàn hảo hơn, cho các thông tin định vị chính xác ngay cả trong môi trờng đô thị và trong nhà, nơi mà hệ GPS không phải lúc nào cũng cho thông định vị tin cậy. CT 2 Tài liệu tham khảo [1] N. Q. Tuấn, Cấu trúc tín hiệu DVB-T và khả năng ứng dụng trong kỹ thuật định vị. Tạp chí khoa học Giao thông vận tải, số 14 - 05/2006. [2] "Digital Video Broadcasting (DVB), Framing Structure, Channel Coding and Modulation for Digital Terrestrial Television" European Broadcasting Union, ETSI EN 300 744 v1.3.1, Jan.2001 [3] J. G. Proakis, "Digital Communications", 3rd Ed, McGraw-Hill, 1995 [4] A. J. van Dierendonk,"GPS Receivers" Global Positioning System: Theory and Applications, 1995 [5] T. G. Manickam, R.J. Vaccaro, and D.W. Tufts, A least-squares algorithm for multipath time-delay estimation", IEEE Trans.Signal Processing, vol 42, Nov.1994 [6] L. Q. Yu, "GPS weixing daohang dingwei yuanli yu fangfa" kexue chu ban she.2003 [7] G. Yan, " Jiaotong kongzhi gongcheng gaiyao" xinan jiaotong daxue.2003 [8] Uwe ladebusch and Claudia A.Liss, A Broadcast Technology for stationary Portable and Mobile Use Proceeding of IEEE, Vol 94, No 1, 01/2006 [9] R. Herlekar, Khaled Z. Matarneh, Hsiao-Chun Wu, Performance Evaluation of an ICI Self-cancellation Coded Tranceiver for Mobile DVB-T Application IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol 51, No 4, 11/2005 [10] J. T. Ong, S. V. B. Rao, G. Shanmugam, Indoor DVB-T Reception Using Antenna Diversity Technicque 0-7803- 8671-X/04/$20.00, 2004 IEEE [11] D. G. Brennan, Linear diversity combining technicques Proc. IRE vol 47, No 6, 1075-1102, 06/1959 Ă . của tín hiệu DVB-T và sử dụng anten đa hợp trong việc thu di động tín hiệu này, chúng ta thấy việc thu di động và trong nhà là hoàn toàn có thể thực hiện, loại bỏ hiệu ứng đa đờng, hiệu ứng. Kỹ thu t thu tín hiệu DVB-T trong môi trờng di động và một số ứng dụng trong điều khiển NCS Nguyễn Quang tuấn Trờng Đại học Giao thông Tây Nam Trung Quốc Tóm tắt: Bi báo giới thiệu. vốn rất nhiều trong các thành phố. Thực hiện tốt việc thu di động tín hiệu DTV, cụ thể là tín hiệu DVB-T đã mở ra khả năng ứng dụng tín hiệu DVB-T trong một số lĩnh vực nh điều hành, định