Nghiên cứu phân hệ phát trong hệ thống DVB s2 và ứng dụng tại tổng công ty truyền thông đa phương tiện VTC

KIẾN TRÚC HỆ THỐNG PHÁT LÊN VỆ TINH...59 II.2.1 Hệ thống phát sóng vệ tinh Vinasat-1 của VTC...59 II.2.2 Tín hiệu phát sóng vệ tinh Vinasat-1 VTC ở các chặng của tuyến ...64 CHƯƠNG III:

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT 2

DANH MỤC CÁC BẢNG 5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ 6

MỞ ĐẦU 8

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHẾ DVB-S, DVB-S2 VÀ ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG PHÁT LÊN VỆ TINH 11

I.1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHẾ DVB-S 11

I.1.1 Khối thích nghi đầu vào và phân tán năng lượng 12

I.1.2 Mã hóa ngoài Reed - Solomon (RS) 13

I.1.3 Khối xáo trộn bit 13

I.1.4 Khối mã hóa trong 14

I.1.5 Lọc băng gốc và điều chế tín hiệu 14

Sơ đồ khối điều chế và giải điều chế QPSK trong DVB-S 16

Giản đồ chòm sao định vị các bit điều chế QPSK 16

I.2 PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHẾ DVB-S2 18

I.2.1 Khối thích nghi kiểu truyền dẫn 19

I.2.2 Khối thích nghi dòng truyền tải 23

I.2.3 Khối mã hóa sửa lỗi trước FEC 25

I.2.4 Khối ánh xạ bit lên chòm sao điều chế 29

I.2.5 Tạo khung lớp vật lý 31

I.2.6 Lọc băng gốc và điều chế cầu phương 35

I.2.7 Một số chế độ mã hóa và điều chế trong DVB-S2 36

I.2.8 Các thông số truyền hình theo phương thức điều chế DVB-S2 38

I.3 SO SÁNH DVB-S VÀ DVB-S2 40

I.3.1 Ưu điểm của DVB-S2 so với DVB-S 41

I.3.2 Nhược điểm 42

I.4 ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG PHÁT LÊN VỆ TINH: 42

CHƯƠNG II: KIẾN TRÚC CỦA HỆ THỐNG HEAD-END, HỆ THỐNG PHÁT LÊN VỆ TINH 44

II.1 KIẾN TRÚC CỦA HỆ THỐNG HEAD-END 44

II.1.1 Hệ thống cung cấp nguồn tín hiệu đầu vào 46

II.1.2 Hệ thống xử lý tín hiệu 48

III.1.3 Hệ thống Head-end 50

II.1.4 Hệ thống giám sát 55

II.2 KIẾN TRÚC HỆ THỐNG PHÁT LÊN VỆ TINH 59

II.2.1 Hệ thống phát sóng vệ tinh Vinasat-1 của VTC 59

II.2.2 Tín hiệu phát sóng vệ tinh Vinasat-1 VTC ở các chặng của tuyến 64

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG PHÁT LÊN VỆ TINH (UPLINK) – ỨNG DỤNG TRONG TRẠM PHÁT LÊN VỆ TINH CỦA TỔNG CÔNG TY TRUYỀN THÔNG ĐA THƯƠNG TIỆN VTC 67

III.1 LOGIC THIẾT LẬP VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG TRẠM PHÁT SÓNG CŨNG NHƯ CUNG CẤP DỊCH VỤ TRUYỀN HÌNH VỆ TINH 67

III.1.1 Mục tiêu: 67

III.1.2 Logic cho việc thiết lập hệ thống trạm phát sóng cũng như xây dựng 67

III.2 THIẾT LẬP TUYẾN TRUYỀN CỦA TRUYỀN HÌNH VỆ TINH 68

III.2.1 Kiến trúc tuyến truyền hình vệ tinh .68

III.2.2 Thông số của các thành phần trong toàn tuyến 69

III.2.3 Thiết lập tuyến truyền 70

III.3 Ứng dụng thiết lập các trạm phát lên vệ tinh của Tổng công ty VTC 86

III.3.1 Tiêu chí 86

III.3.2 Thiết lập trạm phát lên vệ tinh Vinasat-1 86

KẾT LUẬN 95

TÀI LIỆU THAM KHẢO 96

1

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả, nghiên cứu trong luận văn là trung thực và được tham khảo từ các tài liệu trong danh mục tài liệu tham khảo

Tác giả Luận văn

Phạm Bá Hùng

2

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

8PSK 8-ary Phase Shift Keying Khóa dịch pha 8 mức

16APSK 16-ary Amplitude Phase Shift

32APSK 32-ary Amplitude Phase Shift

ACI Adjacent Chanel Interference Nhiễu kênh cận kênh

AGC Automatic Gain control Tự động điều chỉnh độ khuếch đại

ACM Adaptive Coding and

Modulation Mã hóa và điều chế thích nghi ASI Adjacent Satellite Interference Nhiễu do vệ tinh cận kênh

AVC Advanced Video Coding Mã hóa video tiến tiến

AWGN Additive white Gaussian noise Tạp âm Gaussian tính cộng trắng

BC Backwards Compatible Tương thích ngược

BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha hai mức

Hocquenghem Mã khối nhị phân sửa lỗi CNR Carrier to Noise Ratio Tỷ số sóng mang trên tạp âm CBR Constant Bit Rate Tốc độ bit không đổi

CCM Constant Coding and

Modulation Mã hóa và điều chế không đổi CRC Cyclic Redundancy Check Mã kiểm tra chẵn lẻ vòng

DFL Data Field Length Độ dài trường dữ liệu

3

DTH Direct To Home Dịch vụ truyền hình vệ tinh tận

nhà DVB Digital Video Broadcasting Tổ chức dự án phát thanh truyền

hình số châu Âu DNP Deleted Null Packets Xóa các gói rỗng

EIRP Effective Isotropic Radiated

Power

Công suất phát xạ đẳng hướng tương đương

FEC Foward Error Correcection Mã sửa lỗi trước

HDTV High Definition Television Truyền hình độ phân giải cao

HPA High Power Amplifier Bộ khuếch đại công suất cao

IF Intermediate Frequency Tần số trung tần

ISI Intersybol Interference Nhiễu xuyên ký tự

LDPC Low Density Parity Check Mã kiểm tra chẵn lẻ thấp

LNA Low Noise Amflifier Bộ khuếch đại tạp âm thấp LNB Low Noise Block Bộ đổi tần, khuếch đại tạp âm

thấp

MCPC Multi Chanel Per Carrier Nhiều kênh trên một sóng mang MPE Multi-Protocol Encapsulation Đóng gói đa thủ tục

4

PLS Physical Layer Signalling Báo hiệu lớp vật lý

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

QPSK Quadrature Phase Shift

RS Reed - Solomon error

correction code Mã sửa sai Reed – Solomon SCPC Single-Channel-Per-Carrier Đơn kênh trên một sóng mang SDTV Standard Definition

Televition Truyền hình phân giải tiêu chuẩn

SSPA Solid State Power Amplifier Bộ khuếch đại công suất bán dẫn

TWTA Traveling Wave Tube

Amplifier

Bộ khuếch đại dùng đèn sóng chạy

ULPC Uplink Power Control Điều khiển công suất phát lên

UPL User Packet Length Độ dài gói người dùng

5

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng I.1 Các thông số cơ bản của hệ thống truyền hình số DVB-S 17

Bảng I.2 Giá trị Eb/No yêu cầu tương ứng BER≤2x10-4 sau giải mã Reed Solomon với các biến thể hệ thống DVB-S khác nhau 17

Bảng I.3 Giá trị các trường trong MATYPE-1 22

Bảng I.4 Các tham số mã hóa đối với khung FECFRAME thường 26

Bảng I.5 Thông số của bộ xáo trộn bit trong tiêu chuẩn DVB-S2 29

Bảng I.6 Số lượng các SLOT theo độ dài XFECRAME 33

Bảng I.7 Các thông số cơ bản của hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB-S2 38

Bảng I.8 Giá trị Eb/No yêu cầu tương ứng với các biến thể khác nhau của hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB-S2 39

Bảng I.9 Hiệu quả truyền dẫn 41

Bảng III.1.Xác định góc phương vị 74

Bảng III.2 Ví dụ phân bố mưa trong dải băng tần Ku: 80

Bảng III.3Tỷ lệ năng lượng bit và nhiễu tối thiểu với DVB-S2 85

Bảng III.4 EIRP băng tần KU 87

Bảng III.5 G/T băng tần Ku 88

Bảng III.6 Các giá trị SFD băng tần Ku .89

Bảng III.7 Xác định công suất phát HPA khi không mưa 89

Bảng III.8 Công suất phát sóng HPA khi mưa 7dB 91

Bảng III.9 Tỷ số sóng mang trên nhiễu tuyến Uplink 91

Bảng III.10 Góc ngẩng và góc phân vị với các trạm thu trên toàn lãnh thổ: 91

6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ

Hình I.1: Sơ đồ mã hóa và điều chế tín hiệu trong DVB-S 11

Hình I.2 Cấu trúc gói dữ liệu của luồng TS 12

Hình I.3 Cấu trúc gói sau khi được mã hóa RS 13

Hình I.4 Sơ đồ ghép xem và giải ghép xem 14

Hình I.6 Sơ đồ khối hệ thống DVB-S2 18

Hình I.7 Hoạt động của bộ mã hóa CRC-8 20

Hình I.8 Định dạng đầu ra sau khối thích nghi kiểu truyền dẫn 21

Hình I.9 Các thành phần trong khối thích nghi dòng truyền tải 23

Hình I.10 Khung BBFRAME tại đầu ra khối thích nghi dòng truyền tải 24

Hình I.11 Nguyên lý ngẫu nhiên hóa trong DVB-S2 24

Hình I.12 Các thành phần trong khối mã hóa trước FEC 25

Hình I.13 Cấu trúc FECFRAME sau bộ mã hóa trước 25

Hình I.14 Sơ đồ xáo trộn bit, điều chế 8PSK và khung FECFRAME thường 28

Hình I.15 Các sơ đồ điều chế được sử dụng trong DVB-S2 30

Hình I.16 Ánh xạ các bit trong điều chế phân cấp 30

Hình I.17 Minh họa cấu trúc khung vật lý được sử dụng trong DVB-S2 31

Hình I.18 Quá trình tạo thành FECFRAME trong DVB-S2 32

Hình I.19 Các thành phần của khối tạo khung PLFRAM 33

Hình I.20 Cấu trúc của PLHEADER 34

Hình I.21 Ứng dụng VCM 36

Hình I.22 Phương pháp ACM tự động điều chỉnh các tham số điều chế và mã hoá một cách linh hoạt theo từng điều kiện thời tiết cụ thể .37

Hình I.23 Mô hình hệ thống truyền hình qua vệ tinh 42

Hình II.1 Sơ đồ khối của hệ thống phát lên vệ tinh 44

Hình II.2 Sơ đồ hệ thống cung cấp nguồn tín hiệu đầu vào 46

Hình II.3 Sơ đồ hệ thống xử lý tín hiệu 48

Hình II.4 Sơ đồ hệ thống head-end 50

Hình II.5 Sơ đồ kết nối vật lý của hệ thống head-end 52

7

Hình II.6 Sơ đồ giám sát và cảnh báo các thiết bị kết nối với Mux 52

Hình II.7 Sơ đồ tạo và quản lý các Service trên Mux 53

Hình II.8 Giao diện modul điều khiển chuyển mạch ASI 53

Hình II.9 Testing hệ thống Headend tạo TS8 54

Hình II.10 Tạo dòng TS9 trên Headend 54

Hình II.11 Sơ đồ hệ thống giám sát 55

Hình II.12 Giám sát Multiview 56

Hình II.13 Sơ đồ truyền dẫn tín hiệu truyền hình qua vệ tinh chuẩn DVB-S2 .59

Hình II.14 Anten phát sóng 6.3m tại trạm phát sóng 65 Lạc Trung 60

Hình II.15 Hệ thống Điều chế, Upconverter, và UPC trạm phát sóng vệ tinh 61

Hình II.16 Khối khuếch đại công suất trạm phát sóng vệ tinh 62

Hình II.17 Khối giám sát và điều khiển công suất phát sóng truyền hình vệ tinh 63

Hình II.18 Tín hiệu phát sóng truyền hình vệ tinh VTC tại Trạm Uplink 64

Hình II.19 Tín hiệu bộ phát đáp K1 của Vinasat-1 tại NOC Vinasat-1 .64

Hình II.20 Tín hiệu bộ phát đáp K2 của Vinasat-1 tại NOC Vinasat-1 .65

Hình II.21 Tín hiệu thu sóng truyền hình vệ tinh VTC tại phía thu 65

Hình III.1 Sơ đồ tuyến truyền của truyền hình số vệ tinh 68

Hình III.2 Sơ đồ xác định góc phương vị và góc ngẩng của antren 72

Hình III.3 Vị trí của trái đất 73

Hình III.4 Nhiễu nhiệt thực tế 77

Hình III.5 Sơ đồ tuyến lên và tuyến xuống 82

8

MỞ ĐẦU

Dịch vụ truyền hình số vệ tinh trên Thế giới được phát sóng lần đầu tại Thái Lan và Nam Phi vào thời điểm cuối năm 1994, ứng dụng tiêu chuẩn công nghệ DVB-S phiên bản đầu tiên của Châu Âu do tổ chức DVB phát triển Trải qua thời gian, DVB-S trở nên hết sức phổ biến để ứng dụng cho phân phối các dịch vụ truyền hình vệ tinh, với hơn 100 triệu máy thu được sử dụng trên khắp Thế giới cho tới thời điểm hiện nay Như vậy, DVB-S đã đi qua chặng đường phát triển công nghệ hơn 20 năm và mặc dù đã và đang hết sức phổ biến nhưng cũng đã đến lúc cần

có những cải tiến và bổ sung tính năng cho hệ thông tiêu chuẩn này Chính vì vậy, DVB-S2 đã được phát triển để ứng dụng những tiến bộ kỹ thuật mới nhất trong mã hóa kênh, điều chế và sửa lỗi để tạo ra hệ thống mới hoàn hảo hơn để cung cấp các dịch vụ mới băng thông rộng hơn Bằng việc kết hợp với kỹ thuật mã hóa hình ảnh MPEG-4, tiêu chuẩn DVB-S2 mở ra khả năng thương mại hóa các dịch vụ băng rộng như HDTV trên cùng tài nguyên băng thông tần số trước đây, điều mà DVB-S không thực hiện được

Hiện nay, tiêu chuẩn DVB-S2 được triển khai rộng rãi trên Thế giới bởi các nhà cung cấp dịch vụ hàng đầu như BskyB ở Anh và Ailen, Premiere ở Đức, Sky ở Italia, Direct TV ở Mỹ Hơn nữa, DVB-S2 còn được chấp nhận sử dụng rộng rãi bởi các nhà khai thác cung cấp dịch vụ DTH khác ở Châu Mỹ, Châu Á, Trung Đông

và Châu Phi

Tại Việt Nam, truyền hình số qua vệ tinh chính thức được Đài truyền hình Việt Nam ứng dụng từ năm 1998 để truyền dẫn các chương trình truyền hình đến các trạm phát lại trên phạm vi toàn quốc và đến 2002 bắt đầu triển khai phát sóng truyền hình số vệ tinh dạng thức DTH trên băng tần Ku vừa cung cấp dịch vụ truyền hình trực tiếp vừa làm chức năng truyền dẫn

Theo thống kê, năm 2005 số lượng thuê bao truyền hình trả tiền của Việt Nam khoảng 2,1 triệu, nhưng đến năm 2010, con số này đã lên đến trên 4,2 triệu thuê bao Từ khi vệ tinh VINASAT-1 được phóng lên quỹ đạo tháng 4/2008, truyền hình số vệ tinh đã có những bước phát triển vượt bậc cả về số lượng các nhà cung

9

cấp dịch vụ, số lượng thuê bao và cả số lượng kênh truyền hình, kênh phát thanh Tháng 1/2009, Tổng Công ty VTC ra mắt dịch vụ DTH với gói kênh HDTV đầu tiên phát sóng qua vệ tinh VINASAT-1

Ngày 16/2/2009 Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định TTg phê duyệt Quy hoạch truyền dẫn phát sóng phát thanh truyền hình đến năm

22/2009/QĐ-2020 với định hướng thực hiện thành công lộ trình chuyển đổi công nghệ từ kỹ thuật tương tự sang kỹ thuật số vào thời điểm cuối năm 2020

Đến thời điểm hiện nay, truyền hình số vệ tinh tiêu chuẩn DVB-S/S2 được ứng dụng phổ biến tại Việt Nam, hầu hết các đài PTTH lớn, các doanh nghiệp cung cấp dịch vụ truyền dẫn phát sóng đều đã và đang ứng dụng để cung cấp dịch vụ và tiêu chuẩn DVB-S/S2 đã được đưa vào định hướng phát triển công nghệ nêu trong Quy hoạch truyền dẫn phát sóng phát thanh, truyền hình đến năm 2020 Có thể điểm qua một số đơn vị đang ứng dụng rộng rãi tiêu chuẩn DVB-S/S2 như sau:

Năm 2008, VTC đã đầu tư xây dựng trạm phát Uplink lên vệ tinh VinaSat-1

sử dụng chuẩn DVB-S2 để truyền dẫn tín hiệu truyền hình số với mục đích mở rộng

và phát quảng bá tín hiệu truyền hình đến các vùng sâu, vùng xa, tuyên truyền đường lối của Đảng và chính phủ, đáp ứng nhu cầu thông tin và nâng cao dân trí cho đồng bào Bên cạnh đó VTC còn cung cấp các dịch vụ chất lượng cao như truyền hình độ phân giải cao HDTV, các dịch vụ tương tác hai chiều để đáp ứng nhu cầu công nghệ và giải trí

Liên doanh VSTV với Đài THVN phát sóng DVB-S trên vệ tinh

VINASAT-1 cung cấp các dịch vụ nội dung SD và đang triển khai tiếp hệ thống phát sóng DVB-S2

Công ty cổ phần Nghe nhìn Toàn cầu đã có giấy phép và đã cung cấp dịch vụ nội dung SDTV và HDTV trên vệ tinh NSS-6 ứng dụng tiêu chuẩn DVB-S2 và năm

2015 đã chuyển sang vệ tinh VINASAT-2

Ngoài ra, một số Đài PTTH như Đài TH thành phố HCM, Đài Tiếng nói Nhân Dân TP HCM, đã có giai đoạn thử nghiệm thành công phát sóng truyền hình

Cùng với sự phát triển của xã hội thì trong những năm tới nhu cầu sử dụng truyền hình có độ phân giải cao là rất lớn, ngoài những dịch vụ giải trí thì người dùng còn có những nhu cầu sử dụng các dịch vụ có băng thông lớn như intemet qua

vệ tinh là rất lớn, tiêu chuẩn DVB-S2 là tiêu chuẩn hứa hẹn sẽ đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng Do vậy ứng dụng tiêu chuẩn DVB-S2 vào truyền hình số vệ tinh là rất cần thiết để đạt được hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao

Với mục tiêu như vậy tác giả đã chọn đề tài “NGHIÊN CỨU PHÂN HỆ PHÁT TRONG HỆ THỐNG DVB-S2 VÀ ỨNG DỤNG TẠI TỔNG CÔNG TY TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN VTC” để làm luận văn tốt nghiệp thạc sỹ

Cấu trúc của luận văn gồm: phần mở đầu và chương 1,2,3 cùng phần kết luận, kiến nghị

Nội dung chính của luận văn được trình bày trong 3 chương như sau:

Chương 1: Tổng quan về phương thức điều chế DVB-S, DVB-S2 và ứng

dụng trong hệ thống phát lên vệ tinh

Chương 2: Kiến trúc của hệ thống Head-End, hệ thống phát lên vệ tinh Chương 3: Tính toán các thông số của hệ thống phát lên vệ tinh (Uplink),

ứng dụng trong trạm phát lên vệ tinh của Tổng công ty truyền thông đa phương tiện VTC

Một lần nữa tôi xin trân trọng cảm ơn và biết ơn sâu sắc bởi sự tận tình hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Vũ Văn Yêm đã giúp tôi trong quá trình thực hiện luận văn này Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các bạn đồng nghiệp VTC đã giúp đỡ tôi trong thời gian vừa qua Do thời gian có hạn, trình độ bản thân còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những sai sót Kính mong được sự góp ý của các thầy, các cô cùng các bạn

11

I CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHẾ DVB-S, DVB-S2 VÀ ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG PHÁT LÊN VỆ TINH

I.1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHẾ DVB-S

Tiêu chuẩn DVB-S (EN 300 421) ra đời vào năm 1994, được sử dụng phổ

biến để truyền tín hiệu truyền hình quảng bá qua vệ tinh Đường truyền vệ tinh ngoài những ưu điểm còn tồn tại một nhược điểm lớn là cự ly thông tin lớn, chịu ảnh hưởng mạnh của nhiễu và tạp âm…Bản thân dòng truyền tải MPEG-2 không

có chức năng sửa lỗi, chống nhiễu đường truyền do vậy không thể truyền trực tiếp dòng truyền tải

Tiêu chuẩn DVB-S được thiết kế trên cơ sở gia tăng khả năng chống nhiễu cho dòng truyền tải MPEG-2

Mã hóa trong DVB-S thực chất là các phương pháp mã hóa kênh truyền, quá trình này nhằm mục đích hạn chế lỗi, chống nhiễu khi truyền tín hiệu đồng thời đảm bảo an toàn thông tin khi truyền qua kênh truyền

Mã hóa kênh truyền theo chuẩn DVB-S được thực hiện ở hai mức: mã hóa ngoài (Outer), và mã hóa trong (inner) Quá trình xử lý tín hiệu và mã hóa được thực hiện như sau:

Thích nghi đầu vào

và phân tán năng lượng

Mã hóa ngoài

Mã hóa trong [Mã chập]

12

Trong đó:

Transport multiplex adaptation and randomization for energy dispersal: Thực hiện nhiệm vụ phân bố lại năng lượng

Outer coding: Mã hóa ngoài

Convolutional interleaving: Chèn bảo vệ

Inner coding: Mã hóa trong

Baseband shaping for modulation: Lọc băng cơ sở

Modulation: Bộ điều chế

Quá trình sử lý luồng tín hiệu theo trình tự sau:

I.1.1 Khối thích nghi đầu vào và phân tán năng lượng

Luồng dữ liệu được đưa vào xử lý là luồng tín hiện mang thông tin và nội dung về các chương trình do đó không thể tránh được việc xuất hiện các chuỗi bit

“1” hoặc “0” liên tiếp Để tránh sự tập trung năng lượng tại tần số sóng mang, tránh hiện tượng các bít “0” hay “1” liên tiếp nhau với số lượng lớn, khi đo pha tín hiệu điều chế không thay đổi dẫn tới tín hiệu điều chế không thay đổi hay tín hiệu sẽ không bị điều chế, Để tránh hiện tượng tập trung năng lượng tín hiệu đầu vào sẽ được kết hợp với tín hiệu ngẫu nhiên hóa (bằng cách cộng modul 2) để biến tín hiệu vào thành tín hiệu có phổ bất kỳ ( tín hiệu có phổ giống với tín hiệu giả ngẫu nhiên) khi đó không xảy ra hiện tượng tập trung năng lượng nữa

Luồng tín hiệu đầu vào được tổ chức thành các gói có độ dài cố định theo chuẩn ISO/IEC DIS 13818-1 và được minh họa như hình sau:

Hình I.2 Cấu trúc gói dữ liệu của luồng TS

13

Tổng độ dài gói là 188 bytes trong đó bao gồm cả 1 byte đồng bộ Byte đồng

bộ luôn được đặt là 47Hex và quá trình xử lý ở phía truyền bắt đầu tại bit MSB

Việc xử lý này được thực hiện bằng cách sử dụng một thanh ghi dịch và một hàm tạo chuỗi giả ngẫu nhiên để ngẫu nhiên hóa tín hiệu Luồng dữ liệu được chia thành các nhóm, mỗi nhóm 8 gói dữ liệu và byte đồng bộ của gói đầu tiên của nhóm 8 gói này luôn luôn được đảo Các byte đồng bộ của gói còn lại được giữ nguyên, không bị ngẫu nhiên hóa và sử dụng cho các chức năng đồng bộ khác Cứ sau mỗi nhóm thanh ghi dịch lại được khởi tạo lại

Mục đích của quá trình này là phân bố lại năng lượng cho luồng tín hiệu

I.1.2 Mã hóa ngoài Reed - Solomon (RS)

Mã này còn được gọi là mã ngoài (outer code) RS là phương pháp mã ngoài được chọn trong mã hóa kênh truyền của chuẩn DVB-S Theo đó, luồng dữ liệu sau khi được phân bố lại năng lượng, sẽ được mã hóa ngoài bằng phương pháp mã hóa Reed-Solomon Mã hóa RS được thực hiện bằng cách chèn thêm 16 bytes sửa lỗi vào sau mỗi 188 bytes dữ liệu, mục đích của phương pháp mã hóa này nhằm đảm bảo độ an toàn thông tin và khả năng chống nhiễu trong kênh truyền và phục hồi lỗi tại phía thu

Gói dữ liệu sau khi được mã hóa RS được minh họa như hình dưới đây:

Hình I.3 Cấu trúc gói sau khi được mã hóa RS

I.1.3 Khối xáo trộn bit

Dòng dữ liệu sau khi được mã hóa RS sẽ được thực hiện ghép xen, trong chuẩn DVB-S thực hiện ghép xem với độ sâu I = 12 có nghĩa là Bộ Inteleaver bao gồm 12 nhánh, được kết nối vòng với dòng byte đầu vào nhờ chuyển mạch đầu vào

14

Mỗi nhánh là một thanh ghi dịch FIFO, với độ sâu mỗi nhánh là Mj (trong đó M=17=N/I, N=204) và được minh họa như hình sau:

Hình I.4 Sơ đồ ghép xem và giải ghép xem

I.1.4 Khối mã hóa trong

Mã này còn được gọi là mã trong (inter code) DVB-S sử dụng mã sửa lỗi Viterbi Phương pháp mã hóa này nhằm đảm bảo khả năng chống nhiễu khi truyền qua kênh truyền và khả năng khôi phục lỗi tại phía thu Tuy theo điều kiện khác nhau của kênh truyền mà ta sử dụng các tỷ lệ mã khác nhau như: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6

và 7/8 cho phù hợp với điều kiện truyền dẫn

I.1.5 Lọc băng gốc và điều chế tín hiệu

Trong các thiết bị điều chế tín hiệu truyền hình số qua vệ tinh, tín hiệu được

xử lý bằng DSP ở khâu điều chế cũng như các bộ lọc số trung tần Điều này giúp cho tín hiệu truyền hình có được độ linh động cao và tốc độ ổn định Việc điều chế tín hiệu sử dụng DSP cho phép thay đổi kiểu điều chế (QPSK, 8PSK) dễ dàng trong những trường hợp đặc biệt (ví dụ như truyền hình lưu động DSNG)

Tín hiệu vào bộ điều chế là tín hiệu số với các xung biểu diễn” 0”và”1” Phổ tần số của các tín hiệu này theo lý thuyết là vô hạn và đòi hỏi kênh truyền cũng phải có băng thông vô hạn để truyền dẫn Điều này không thể thực hiện

15

được trong thực tế do vậy cần phải có các bộ lọc để hạn chế dải thông của tín hiệu Sử dụng các bộ lọc dẫn đến can nhiễu giữa các symbol liền nhau, được gọi là nhiễu liên symbol ISI Để khắc phục điều này, các bộ lọc phải thỏa mãn tiêu chuẩn Nyquist Loại bộ lọc được sử dụng trong trong tiêu chuẩn DVB-S là bộ lọc cos nâng, được đặc trưng bởi hệ số roll-off α

Hàm truyền đạt H(f) của bộ lọc cos nâng:

H(f) = 1 với |f| < fN(1- α) (1.5)

2 / 1

|

|2

sin2121)(

S N

R T

f   là tần số Nyquist và α là hệ số roll-off được lựa

chọn tùy theo kiểu điều chế được sử dụng Khi sử dụng điều chế BPSK và QPSK

hệ số α = 0,35 Đối với điều chế 8PSK hay 16QAM hệ số α = 0,35 hoặc 0,25 tùy thuộc vào cấu hình thiết bị hay lựa chọn của người sử dụng hệ thống

Sau khi qua bộ lọc, tín hiệu được đưa tới khối điều chế Phương pháp điều chế được sử dụng trong tiêu chuẩn DVB-S là điều chế pha vuông góc QPSK

Sở dĩ được gọi là điều chế vuông góc vì tín hiệu sau điều chế gồm 2 thành phần I

16

(Inphase) và Q (Quadrature) lệch nhau 900 Trong DVB-S, 2 thành phần I, Q này chính là 2 đầu ra của bộ tạo mã chập

Hình I.5 Sơ đồ khối điều chế và giải điều chế QPSK trong DVB-S

Tín hiệu sau khi qua bộ lọc băng gốc gồm 2 thành phần I(t) và Q(t) được đưa vào 2 bộ trộn (Mixer) Bộ trộn điều chế 2 tín hiệu thành phần I, Q với tín hiệu được lấy từ bộ dao động nội (Local Oscillator), tuy nhiên đối với thành

phần Q (Quadrature) thì tín hiệu từ bộ dao động nội được đảo pha 90o Đầu ra của

2 bộ trộn kết hợp lại tạo thành sóng mang với các góc pha là π/4, 3π/4, 5π/4, 7π/4 Mỗi trạng thái pha này biểu diễn một symbol tương ứng trong biểu đồ chòm sao Phương pháp điều chế QPSK có 4 trạng thái symbol do vậy mỗi symbol bao gồm log24 = 2 bit, tương ứng với tốc độ dữ liệu tăng gấp 2 lần so với điều chế BPSK thông thường

Hình I.6 Giản đồ chòm sao định vị các bit điều chế QPSK

Tín hiệu sau điều chế sẽ được đưa đến khối cao tần nhằm biến đổi tín hiều trung tần thành cao tần trước khi khuếch đại công suất để đưa đến anten phát lên vệ tinh

17

 Các thông số truyền hình theo phương thức điều chế DVB-S

Các yêu cầu về thông số kỹ thuật chung của hệ thống DVB-S/S2 cần thiết để đảm bảo chắc chắn các thiết lập chế độ phát tại phía phát phù hợp với tiêu chuẩn Châu Âu DVB-T và tương thích hoàn toàn với thiết bị thu đáp ứng tiêu chuẩn này

mà không cần có bất cứ hiệu chỉnh hoặc điều chỉnh nào bằng phần cứng hoặc phần mềm Các thông số chung của hệ thống DVB-S được tham chiếu và áp dụng nguyên vẹn từ tài liệu ETSI EN 300 421 V1.1.2 về khuyến nghị cấu trúc khung, mã hóa kênh và điều chế đối với hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB-S Cụ thể như sau:

Các thông số cơ bản hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB-S

Bảng I.1 Các thông số cơ bản của hệ thống truyền hình số DVB-S

chất tham chiếu giới hạn dưới Cụ thể như sau:

Solomon với các biến thể hệ thống DVB-S khác nhau

Chế độ điều

chế

Tỷ lệ mã sửa sai

Hiệu quả phổ tần (ηtot)

Giá trị Eb/No (dB) tương ứng với BER≤2x10-4 trước giải mã RS

18

I.2 PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHẾ DVB-S2

Phát quảng bá trực tiếp qua vệ tinh thực ra không phải là kỹ thuật mới Phương thức này đã áp dụng từ lâu trên thế giới, nhưng đến nay tính ưu việt của nó thực sự có tác dụng rộng rãi cho mọi đối tượng, mang lại hiệu quả thiết thực và là một trong những phương tiện thông tin hàng đầu của thế giới đang được sử dụng rộng rãi và luôn phát triển đáp ứng nhu cầu thông tin cho con người

Tiếp theo sự thành công của DVB-S là sự ra đời của DVB-S2 để khắc phục những hạn chế và nhược điểm của DVB-S Hiện nay, DVB-S2 cũng đã được triển khai ở một số nước trên thế giới, mang lại nhưng thành công nhất định

DVB-S2 là thế hệ thứ 2 của truyền hình số phát qua vệ tinh, được phát triển

từ năm 2003, phiên bản mới nhất là V1.2.1 tháng 8 năm 2009 DVB-S2 kết hợp chức năng của truyền hình quảng bá DVB-S và các ứng dụng chuyên nghiệp DVB-DSNG trong một tiêu chuẩn duy nhất Trong tương lai, DVB-S2 sẽ dần thay thế cả hai tiêu chuẩn này nhờ sự vượt trội về hiệu quả sử dụng băng tần và độ linh hoạt

Sơ đồ khối hệ thống DVB-S2 như sau:

Hình I.7 Sơ đồ khối hệ thống DVB-S2

19

I.2.1 Khối thích nghi kiểu truyền dẫn

Khối thích nghi kiểu truyền dẫn thực hiện việc thích nghi giao diện đầu vào,

mã hóa CRC-8 để phát hiện lỗi, đồng bộ và kết hợp dòng bit (trong trường hợp đầu vào đa chương trình), chia nhỏ dòng bit thành các DATA FIELD Cuối cùng, một tín hiệu báo hiệu được thêm vào để thông báo cho phía thu biết những thông tin cơ bản về dữ liệu và cấu trúc khung Định dạng của chuỗi bit đầu ra của khối thích nghi kiểu truyền dẫn sẽ bao gồm trường BBHEADER (80 bit) và trường dữ liệu DATA FIELD có kích thước không cố định

 Khối giao diện đầu vào

Theo định nghĩa, đầu vào của hệ thống DVB-S2 có thể là:

- Một hoặc nhiều dòng truyền tải (TS) MPEG

- Một hoặc nhiều dòng dữ liệu chung, có thể là dòng bit liên tục hoặc dạng gói

Do DVB-S2 chấp nhận nhiều dạng đầu vào khác nhau nên các dạng đầu vào này cần phải được nhận biết và chuyển về một dạng chung DVB-S2 phân loại đầu vào dựa trên độ dài của dòng bit và gán các giá trị độ dài gói UPL (User Packets Length) tương ứng như sau:

- Dòng truyền tải TS: Giá trị UPL cố định và bằng (188 x 8) bit (độ dài một

gói MPEG) Byte đầu tiên luôn là byte đồng bộ (47HEX)

- Dòng dữ liệu chung: Có thể là dòng bit liên tục (được gán UPL = 0D),

hoặc dạng gói dữ liệu Trong trường hợp gói, nếu độ dài gói không đổi và nhỏ hơn 64K thì UPL được gán bằng độ dài của gói, nếu không thỏa mãn 2 điều kiện trên thì đầu vào được xem như liên tục (UPL = 0D)

Đối với các gói dữ liệu không phải dòng truyền tải, nếu byte đồng bộ là byte đầu tiên của gói thì byte này sẽ không bị thay đổi Nếu không, byte đồng bộ bằng 0D sẽ được thêm vào phía trước của gói đồng thời giá trị UPL tăng thêm 8 bit

chế độ mã hóa điều chế thích nghi ACM, tín hiệu điều khiển có thể được sử dụng

để điều chỉnh tỷ lệ đầu vào cho phù hợp với điều kiện truyền dẫn

Nếu như vậy, phần mang thông tin có ích của gói UP (ngoại trừ byte đồng bộ) sẽ được đưa vào bộ mã hóa CRC, với đa thức sinh: g(X) = (X5 + X4 +

X3 + X2 + 1)(X2 + X + 1)(X + 1) = X8 + X7 + X6 + X4 + X2 + 1

Đầu ra bộ mã hóa CRC là phần dư của phép tính: [ X8u(X): g(X) ], trong

đó u(X) là gói đầu vào sau khi trừ đi 8 bit của byte đồng bộ Giá trị này sẽ thay thế cho byte đồng bộ của gói UP tiếp theo, còn byte đồng bộ bị thay thế sẽ được copy vào trường SYNC của BBHEADER

Hình I.8 Hoạt động của bộ mã hóa CRC-8

(Kbch-80) ≥ DFL ≥ 0

21

Trong đó KBCH là độ dài khối bit trước khi mã hóa BCH (nhận các giá trị khác nhau, tùy theo tỷ lệ mã được áp dụng), 80 bit là kích thước của trường BBHEADER

 Merger:

Liên kết các khối DATA FIELD của cùng một dòng đầu vào Trong trường hợp chỉ có một dòng dữ liệu đầu vào thì khối khối Merger trở nên không cần thiết và được bỏ qua

Tùy thuộc vào ứng dụng, việc phân chia các bit vào trường DATA FIELD có thể được thực hiện theo 2 cách:

- Lấp đầy kích thước tối đa của DATA FIELD, tương ứng với độ dài bit yêu cầu trước khi mã hóa BCH trừ đi 80 bit BBHEADER (Kbch-80) Như vậy, một gói

UP có thể bị chia vào nhiều DATA FIELD khác nhau

- Ngược lại, có thể phân chia sao cho mỗi DATA FIELD chỉ chứa một số nguyên các UP

Do các gói UP có thể bị chia vào các DATA FIELD khác nhau và các byte đồng bộ được thay thế bằng trường sửa lỗi CRC-8, nên để thực hiện đồng bộ ở phía phát cần chỉ ra số các bit tính từ đầu một DATA FIELD cho đến bit bắt đầu của trường CRC-8 đầu tiên Khoảng cách này sẽ được chứa trong trường SYNCD trong BBHEADER

SYNC (1 byte)

SYNC (2 bytes )

CRC-8 (1 byte) Time

Hình I.9 Định dạng đầu ra sau khối thích nghi kiểu truyền dẫn

22

Một trường BBHEADER có độ dài cố định (10 byte) sẽ được thêm vào phần đầu của DATA FIELD nhằm xác định cấu trúc của DATA FIELD đó BBHEADER gồm các thành phần:

thích nghi kiểu truyền dẫn, chế độ làm việc CCM hay ACM, hệ số roll-off α

Trong đó:

 Byte đầu tiên (MATYPE-1) gồm các thành phần:

dòng dữ liệu chung (2 bit)

- SIS/MIS-Single Input Stream/Multiple Input Stream: Một hay nhiều dòng

dữ liệu đầu vào (1bit)

thích nghi ACM (1bit)

- ISSYI-Input Stream Synchronization Indicator: Chỉ thị cơ chế định thời ở

phía thu có hoạt động hay không (1bit)

- NPD-Null Packet Deletion: Chỉ thị cơ chế xóa các gói rỗng có hoạt động

hay không (1bit)

Bảng I.3 Giá trị các trường trong MATYPE-1

phòng

23

 Byte thứ 2 (MATYPE-2): Nếu trường SIS/MIS chỉ thị nhiều dòng dữ liệu đầu vào thì byte thứ 2 chứa nội dung xác định các dòng dữ liệu này (ISI-Input Stream Identifier), nếu không sẽ được dự phòng

UPL nhận các giá trị trong khoảng [0, 65535]

Ví dụ: 0000HEX = dòng dữ liệu liên tục

000AHEX = chiều dài gói UP bằng 10

UPL = 188x8D: gói truyền tải MPEG

nhận các giá trị trong khoảng [0, 58112]

Ví dụ: 000AHEX = Data Field có độ dài 10 bit

Ví dụ: SYNC = 47HEX: gói dòng truyền tải MPEG

SYNC = 00HEX: khi đầu vào là dòng gói dữ liệu chung

không có byte đồng bộ

SYNC = không có nếu đầu vào là dòng dữ liệu liên tục

đầu của trường CRC-8 đầu tiên thuộc DATA FIELD đó

I.2.2 Khối thích nghi dòng truyền tải

Hình I.10 Các thành phần trong khối thích nghi dòng truyền tải

Bộ đệm

Đầu ra của khối là khung BBFRAME sẽ được đưa vào khối mã hóa BCH, do vậy BBFRAME phải có đúng kích thước theo yêu cầu của bộ mã hóa

24

(Kbch) Bộ đệm được sử dụng trong trường hợp dữ liệu không đủ lấp đầy một khung BBFRAME, hoặc một số nguyên lần các gói UP nằm trong DATA FIELD, dẫn đến còn có những chỗ trống Khi đó bộ đệm sẽ bổ sung thêm (Kbch - DFL - 80) bit 0 để khung BBFRAME có độ dài cần thiết là Kbch Đối với ứng dụng quảng bá, DFL = Kbch-80 do vậy không cần sử dụng bộ đệm

Hình I.11 Khung BBFRAME tại đầu ra khối thích nghi dòng truyền tải

Ngẫu nhiên hóa khung BBFRAME

Quá trình ngẫu nhiên hóa được sử dụng tương tự như trong tiêu chuẩn DVB-S nhằm phân tán năng lượng dòng bit, tránh xuất hiện thành phần DC trong phổ tín hiệu Nguyên lý thực hiện trong DVB-S2 cũng sử dụng chuỗi giả ngẫu nhiên PRSB

Hình I.12 Nguyên lý ngẫu nhiên hóa trong DVB-S2

25

I.2.3 Khối mã hóa sửa lỗi trước FEC

Hình I.13 Các thành phần trong khối mã hóa trước FEC

DVB-S2 cũng áp dụng các biện pháp sửa lỗi trước như DVB-S, tuy nhiên phương pháp mã hóa khác với DVB-S Thay thế tương ứng cho mã Reed-Solomon và mã chập là mã khối BCH và mã kiểm tra độ ưu tiên cường độ thấp LPDC Ngoài ra một số lượng lớn các tỷ lệ mã hóa được đưa vào DVB-S2 giúp cho hệ thống có thể linh hoạt làm việc theo các điều kiện đường truyền khác nhau, thậm chí cả khi mức nhiễu cao hơn mức tín hiệu

Định dạng đầu vào bộ mã hóa sửa sai là các khung BBFRAME Bộ mã hóa đưa thêm các bit sửa sai tương ứng với 2 loại mã hóa, tạo thành cấu trúc khung mới FECFRAME như sau:

Hình I.14 Cấu trúc FECFRAME sau bộ mã hóa trước

Trong đó:

Kbch: kích thước khối bit trước mã hóa BCH

Nbch: kích thước khối bit sau mã hóa BCH

kldpc: kích thước khối bit trước mã hóa LDPC

26

nldpc: kích thước khối bit sau mã hóa LDPC

DVB-S2 định nghĩa 2 loại cấu trúc khung FECFRAME: loại bình thường

có độ dài 64800 bit và loại ngắn 16200 bit Các khung FECFRAME dài có khả năng bảo vệ lỗi tốt hơn nhưng có độ trễ lớn hơn so với loại ngắn 16200 bit Do vậy cấu trúc khung ngắn được lựa chọn cho các ứng dụng mà độ trễ là quan trọng (ví dụ trong các ứng dụng lưu lượng internet), còn khung bình thường 64800 bit được sử dụng để tối ưu hóa khả năng bảo vệ chống nhiễu (ví dụ trong các ứng dụng quảng bá thông thường)

Bảng I.4 Các tham số mã hóa đối với khung FECFRAME thường

27

Mã hóa ngoài-mã BCH

Mã BCH là loại mã khối được sử dụng trong DVB-S2 để thay thế cho

mã ngoài Reed-Solomon Nguyên lý tạo từ mã BCH được tóm tắt như sau:

- Giả sử khối bit cần mã hóa là: m ( m 1, m 2, , m1,m0)

bch bch K

k n k

,, ,

,

C

bch bch bch

bch bch

ưu tiên Quá trình giải mã sử dụng các đầu vào ‘mềm’ (soft-input) kết hợp với các

phương trình này để tạo ra các ước lượng mới cho các giá trị thông tin được gửi

Xáo trộn bit

Đối với các kiểu điều chế 8PSK, 16APSK, 32APSK từ mã đầu ra sau khi mã hóa LDPC sẽ được xáo trộn Mục đích của xáo trộn để nâng cao khả năng chống lỗi cụm tương tự như trong DVB-S, tuy nhiên nguyên lý thực hiện xáo trộn khác với DVB-S Trong DVB-S2, các bit được ghi tuần tự theo các cột trong bộ xáo trộn, nhưng khi đọc ra lại đọc theo hàng ngang, như vậy thứ tự các bit đã bị thay đổi Bit MSB của trường BBHEADER luôn được đọc ra đầu tiên, ngoại trừ trường hợp của 8PSK 3/5)

Hình I.15 Sơ đồ xáo trộn bit, điều chế 8PSK và khung FECFRAME thường

Trong các trường hợp khác của DVB-S2, xáo trộn bit được thực hiện tương

tự, theo các thông số trong bảng sau:

I.2.4 Khối ánh xạ bit lên chòm sao điều chế

DVB-S2 sử dụng 4 sơ đồ điều chế khác nhau: QPSK, 8PSK, 16APSK, 32APSK Trong đó QPSK và 8PSK được sử dụng cho các ứng dụng quảng bá do chúng là loại điều chế có đường bao không đổi và có thể hoạt động ở gần điểm bão hòa của các bộ phát đáp trên vệ tinh Còn 16APSK và 32APSK hướng tới các ứng dụng chuyên nghiệp, có thể được sử dụng cho quảng bá nhưng đòi hỏi mức C/N cao và phải áp dụng phương pháp tiền sửa méo (pre- distortion) trong trạm phát lên để giảm thiểu tính phi tuyến của bộ phát đáp Các phương pháp này không tối ưu về mặt công suất nhưng hiệu suất phổ lại lớn hơn nhiều Các sơ

đồ chòm sao 16APSK và 32APSK được thiết kế để hoạt động trên các bộ phát đáp phi tuyến nhờ đặt các điểm trên các vòng tròn khác nhau Tuy nhiên trên kênh tuyến tính chúng vẫn có thể đạt hiệu quả tương đương với 16QAM và 32QAM

Bằng cách lựa chọn kiểu điều chế và tỷ lệ mã khác nhau, DVB-S2 có thể đạt được hiệu suất phổ từ 0,5 đến 4,5 bit/symbol tùy thuộc vào bộ phát đáp được

sử dụng Ba hệ số roll-off khác nhau được lựa chọn: 0,35 (DVB-S) 0,2 và 0,25 cho phép tiết kiệm băng thông hơn so với DVB-S

30

Hình I.16 Các sơ đồ điều chế được sử dụng trong DVB-S2

Ngoài ra, để tương thích ngược với DVB-S đang được sử dụng rộng rãi, điều chế phân cấp (Hierarchical Modulation) cũng được đưa vào DVB-S2 Nhờ điều chế phân cấp, có thể truyền đồng thời một dòng truyền tải DVB-S (HP- High Priority) và dòng truyền tải DVB-S2 (LP-Low Priority)

Hình I.17 Ánh xạ các bit trong điều chế phân cấp

31

Trong điều chế phân cấp, mỗi góc phần tư được xem như một điểm trên chòm sao điều chế Mỗi góc phần tư sẽ xác định 2 bit có độ ưu tiên cao HP Tuy nhiên, nếu thêm vào 2 trạng thái tại mỗi góc phần tư để xác định bit có độ ưu tiên thấp LP thì mỗi symbol sẽ tăng thêm 1 bit thông tin Như vậy, máy thu DVB-S

có thể thu tín hiệu điều chế phân cấp và giải điều chế QPSK, còn máy thu S2 sẽ thu và giải điều chế 8PSK

DVS-I.2.5 Tạo khung lớp vật lý

 Cấu trúc khung truyền tải trong DVB-S2

Khác với DVB-S, tiêu chuẩn DBV-S2 quy định các cấu trúc khung Có 2 mức cấu trúc khung được thiết kế là:

- Mức vật lý PL (PLFRAME)

- Mức cơ bản (FECFRAME)

Hình I.18 Minh họa cấu trúc khung vật lý được sử dụng trong DVB-S2

Các khung vật lý truyền tải các khung FECFRAME tương tự như xe chở hàng Các khung PLFRAME liền nhau có thể được mã hóa điều chế khác nhau Cấu trúc khung ở lớp vật lý có các bit mào đầu PLHEADER, mang các thông tin nhằm giúp phía thu có thể đồng bộ và xác định phương pháp điều chế và các thông số mã hóa mà không cần phải giải mã, giải điều chế tín hiệu Do tính chất quan trọng của PLHEADER nên nó được mã hóa sửa sai rất chặt chẽ với tỷ lệ mã

32

7/64 (57 bit chống lỗi cho 7 bit mang tin) Trên hình, các khung vật lý được truyền tải nối tiếp nhau Trong mỗi khung vật lý lược đồ mã hóa và điều chế phải đồng nhất, tuy nhiên giữa các khung vật lý khác nhau thì có thể thay đổi Điều này tạo nên tính linh hoạt cho hệ thống DVB-S2 so với DVB-S

Cấu trúc khung FECFRAME sẽ cung cấp đầy đủ thông tin phục vụ cho quá trình xử lý giải mã tín hiệu Nhờ có 80 bit mào đầu BBHEADER, phía thu có thể thiết lập các cấu hình tương ứng với các chế độ truyền dẫn khác nhau như đầu vào đơn chương trình hay đa chương trình, định dạng chung hay gói dòng truyền tải MPEG, chế độ CCM hay ACM Tóm tắt quá trình tạo khung FECFRAME: đầu tiên là dữ liệu cần truyền đi được chia thành các DATA FIELD có độ dài DFL DATA FIELD được thêm trường BBHEADER kích thước 80 bit Trước khi đưa vào bộ mã hóa FEC, nó được bổ sung thêm các bit đệm để có độ dài phù hợp theo yêu cầu của mã BCH và LDPC tạo thành khung BBFRAME Quá trình mã hóa trước sẽ thêm vào các bit sửa sai và xáo trộn để tạo thành khung FECFRAME với kích thước 64800 bit hoặc 16200 bit, tùy thuộc vào tỷ lệ mã hóa được lựa chọn

Hình I.19 Quá trình tạo thành FECFRAME trong DVB-S2

33

 Quá trình tạo khung lớp vật lý

Đầu vào của khối tạo khung PL là cấu trúc XFECFRAME (FECFRAME sau khi điều chế), đầu ra là khung lớp vật lý PLFRAME Khung PLFRAME được tạo ra bằng cách chia nhỏ khung XFECFRAME thành các SLOT với độ dài 90 symbol Sau đó phần đầu PLHEADER được thêm vào phía trước XFECFRAME Tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể mà các bit hoa tiêu (pilot) được thêm vào để tạo

b Chèn báo hiệu lớp vật lý

Khung XFECFRAME được chia thành S các SLOT với độ dài cố định 90 symbol Số lượng S được xác định theo bảng:

Bảng I.7 Số lượng các SLOT theo độ dài XFECRAME

S bit/symbol FECFRAME:nldpc=64800 bit FECFRAME: nldpc=16200 bit

34

Phần mào đầu PLHEADER sẽ được thêm vào phía trước khung nhằm cung cấp thông tin cấu hình cho phía thu Độ dài PLHEADER bằng đúng kích thước 1 SLOT Sau khi giải mã PLHEADER, phía thu sẽ biết được độ dài và cấu trúc PLFRAME, phương pháp điều chế và mã hóa của FECFRAME, sự có mặt hay không của các bit hoa tiêu Do tính chất quan trọng mà PLHEADERđược bảo vệ bằng mã hóa Reed Muller (64,7) và điều chế BPSK để đảm bảo phía thu vẫn có thể giải mã trong điều kiện xấu nhất

Hình I.21 Cấu trúc của PLHEADER

Phần PLHEADER bao gồm 2 thành phần như sau:

giá trị 18D2E82HEX

được 7 symbol phục vụ cho việc báo hiệu Các symbol này được phân vào 2 trường sau:

16APSK, 32APSK) và các tỷ lệ mã hóa trước (1/4, 1/3, 2/5, 1/2, 3/5, 2/3, 3/4, ) được áp dụng

35

64800 bit, 1 = ngắn: 16200 bit), ngoài ra còn xác định khung PL có chèn bit hoa tiêu hay không (0: không chèn bit hoa tiêu)

c Chèn các bit hoa tiêu

Tùy thuộc vào phương thức làm việc được lựa chọn mà khung PLFRAME

có thể có hoặc không các bit hoa tiêu Các bit hoa tiêu làm nhiệm vụ đồng bộ tại phía phát Kích thước khối bit hoa tiêu bằng P = 36 symbol và được chèn thêm sau mỗi SLOT, tính từ trường PLHEADER

d Xáo trộn lớp vật lý

Trước khi được điều chế, các khung PLFRAME (ngoại trừ PLHEADER) sẽ được xáo trộn để phân tán năng lượng và tránh các giá trị lặp lại Chuỗi xáo trộn (CI + jCQ) được tạo thành từ 2 chuỗi thực (từ 2 đa thức sinh có bậc 18) Độ dài chuỗi được lựa chọn lớn hơn độ dài tối đa của PLFRAME nhằm tránh các bit giả

có thể phát sinh trong quá trình xáo trộn

I.2.6 Lọc băng gốc và điều chế cầu phương

Tín hiệu sẽ được xử lý bằng bộ lọc cos nâng với hệ số roll-off bằng 0,35 0,25 hoặc 0,2

Hàm truyền đạt H(f) của bộ lọc cos nâng:

H(f) = 1 với |f| < fN(1- α) (2.6)

2 / 1

|

|2

sin2121)

N

với fN(1- α)  |f|  fN(1+ α) (2.7)

H(f) = 0 với |f| > fN(1+ α) (2.8) Trong đó:

2 2

S N

R T

f   là tần số Nyquist và α là hệ số roll-off Điều chế cầu phương

được thực hiện bằng cách nhân đầu vào I, Q với sin(2πf0t) và cos(2πf0t) tương ứng

Sau đó kết quả được cộng lại với nhau để tạo thành tín hiệu điều chế

36

I.2.7 Một số chế độ mã hóa và điều chế trong DVB-S2

 Phương pháp mã hoá và điều chế không đổi CCM

CCM (Constant Coding and Modulation) là phương pháp mã hoá và điều chế đơn giản nhất của chuẩn DVB-S2, nó cũng tương tự như chuẩn DVB-S; tất cả các khung dữ liệu được điều chế và mã hoá bằng cách sử dụng các tham số cố định giống nhau, vì vậy đây gọi là phương pháp mã hoá và điều chế không đổi (Constant) Tuy nhiên trong chuẩn DVB-S2, mã sửa sai là mã kiểm tra chẵn lẻ mật

độ thấp LDPC (Low Density Parity Check), trong khi chuẩn DVB-S sử dụng mã sửa sai Viterbi kết hợp mã Reed solomon

Việc quyết định lựa chọn các tham số điều chế và tỷ lệ mã sửa sai (FEC) phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó chúng ta phải tính toán tỷ lệ C/N0 hoặc Eb/N0 tối thiểu phải lớn hơn ngưỡng C/N0 hoặc Eb/N0 yêu cầu để đạt tiêu chuẩn cho phép (PER < 10-7)

 Phương pháp mã hoá và điều chế biến thiên VCM

Với chế độ mã hóa và điều chế này, chuẩn DVB-S2 cho phép truyền các dịch

vụ khác nhau trên cùng cùng một sóng mang và chấp nhận các chế phương pháp điều chế và các tỷ lệ mã khác nhau với các dịch vụ khác nhau Phương pháp mã hóa này gọi là mã hóa và điều chế thay đổi và đây cũng là một điểm linh hoạt của DVB-S2 so với DVB-S

Hình I.22 Ứng dụng VCM

37

Khi sử dụng phương pháp VCM, tham số điều chế và tỷ lệ mã sửa sai FEC được lựa chọn riêng cho từng trạm (Variable) tuỳ theo mức C/N0 trung bình tại đầu thu Chế độ điều chế và tỷ lệ mã FEC được lựa chọn theo dải giữa QPSK3/4 và 16APSK 3/4

 Phương pháp mã hoá và điều chế tương thích ACM

Chế độ này có thể điều chỉnh các tham số mã hóa và điều chế theo từng điều kiện thu cụ thể dựa vào các thông số phản hồi từ kênh hướng về Với chế độ này ta phải sử dụng kênh hướng về (return channel) từ phía thu Dựa vào các thông tin thu nhận từ kênh hướng về, phía phát sẽ có các điều chỉnh cụ thể đối với từng phía thu chính vì thế chế độ này được gọi là chế độ mã hóa và điều chế tương thích

Hình I.23 Phương pháp ACM tự động điều chỉnh các tham số điều chế và

mã hoá một cách linh hoạt theo từng điều kiện thời tiết cụ thể