BÀI GIẢNG kỹ THUẬT PHÁT THANH và TRUYỀN HÌNH

1.1 T ẦM QUAN TRỌNG CỦA PHÁT THANH Phát thanh với thế mạnh là âm thanh và tiếng động, âm nhạc được truyền đi và có thể tạo dựng tất cả lên trước mắt con người về những gì đã và đang diễ

Kỹ thuật phát thanh và truyền hình

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Bài giảng môn học

BM: TH & HT KHOA: VT1 Giảng viên: Vũ Thị Thúy Hà

1

NỘI DUNG

 Chương 1: Kỹ thuật phát thanh

 Chương 2: Kỹ thuật truyền hình tương tự

 Chương 3: Kỹ thuật truyền hình số

 Chương 4: Kỹ thuật truyền hình tương tác

Tài liệu tham khảo:

[1] Leon W Couch, Digital and Analog Communication Systems, Macmilan Inc., 6th

Editions, 2001.

[2] Simon Haykin, An Introduction to Analog and Digital Communications, John

Wiley &Sons, Inc., 1989.

[3] Wolfgang Hoeg, Thomas Lauterbach, Digital Audio Broadcasting: Principles and

Applications, 2nd Edition, John Wiley & Sons Ltd, 2003.

[4] Walter Fischer, Digital Video and Audio Broadcasting Technology: A Practical

Engineering Guide, Third Edition, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2010.

[5] Bernard Grob and Charles E Herndon, “Basic Television and Video Systems”,

Sixth Edition, McGraw-Hill, 1999.

[6] G Drury, G Markarian, K Pickavance, “Coding and Modulation for Digital

Television”, Kluwer Academic Publishers, 2002.

[7] Marcelo S Alencar, “Digital Television Systems”, Cambridge University Press,

2009

[8] Lars-Ingemar Lundström, “Understanding Digital Television: An Introduction to

DVB Systems with Satellite, Cable, Broadband and Terrestrial TV”, Elsevier Inc.,

C HƯƠNG 1: K Ỹ THUẬT PHÁT THANH

C HƯƠNG 1: K Ỹ THUẬT PHÁT THANH

1 Kỹ thuật phát thanh tương tự

Máy phát/thu thanh AM

Máy phát/thu thanh FM

1.1 T ẦM QUAN TRỌNG CỦA PHÁT THANH

 Phát thanh với thế mạnh là âm thanh và tiếng động, âm nhạc

được truyền đi và có thể tạo dựng tất cả lên trước mắt con

người về những gì đã và đang diễn ra; khợi gợi trí tưởng

tượng vô biên của con người về cuộc sống thực tại đang diễn

ra trong mối liên hệ với quá khứ và liên tưởng tới tương lai.

Báo phát thanh ra đời đã cùng với báo in tạo nên sợi dây liên

kết các nhóm người trong xã hội, các cộng đồng quốc gia xích

lại gần nhau hơn và do đó sức mạnh được nhân lên gấp bội.

 Báo phát thanh có thế mạnh của sự nhanh nhạy, linh hoạt và

phương thức thông tin sinh động bằng lời nói, giúp cho thính

giả tiếp cận nhanh nhất với những sự việc, sự kiện xảy ra hàng

ngày, hàng giờ trong cuộc sống xung quanh Phát thanh giúp

cho công chúng dễ dàng tiếp nhận thông tin dù họ đang ở đâu,

ĐIỀU KIỆN TRUYỀN SÓNG PHÁT THANH

Truyền sóng SW: Sóng ngắn SW có thể truyền xa hàng chục nghìn km nhờ tia sóng trời phản xạ bởi tầng điện ly và mặt đất Sóng ngắn luôn luôn bị fading nhưng ít bị nhiễu khí quyển Phát thanh AM băng SW được Đài Tiếng nói Việt Nam sử dụng để phát thanh đối ngoại.

Truyền sóng FM: Sóng FM chủ yếu truyền theo tia trực tiếp từ anten phát đến anten

thu, do đó không thể lan truyền xa Trong thành phố sóng FM chủ yếu truyền bằng tia phản xạ Sóng FM chủ yếu truyền theo tia trực tiếp từ anten phát đến anten thu, do đó không thể lan truyền xa.

CÁC BĂNG TẦN TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN

L AN TRUYỀN VÔ TUYẾN

 Tín hiệu lan truyền theo 3 đường

L AN TRUYỀN SÓNG MẶT ĐẤT

Earth

Signal propagation

Transmit

Ground-wave propagation (below 2MHz)

L AN TRUYỀN SÓNG TRỜI

Earth

Sky-wave propagation (2MHz to 30MHz)

Receive antenna

Transmit

antenna

ionosphere

Signal propagation

L AN TRUYỀN ĐƯỜNG THẲNG

Earth

Line-of-sight (LOS) propagation (above 30MHz)

Receive antenna

Transmit

antenna

Signal propagation

H IỆN TRẠNG HỆ THỐNG PHÁT THANH TẠI V IỆT NAM

VOV

 1 Thời sự Chính trị Tổng hợp: Tần số phát sóng trung và sóng ngắn từ (594, 630, 648, 655, 666, 675, 690,711) kHz và (5975, 9530, 7210)kHz Và trên sóng FM 100 MHz.

VOV

 2 Hệ chương trình Văn hoá - Đời sống- Khoa giáo phát liên tục 19 giờ/ngày trên các tần số (549, 558, 580, 702, 729, 738, 783,

1089, 9875, 5925, 6020) KHz và trên sóng FM 102,7 MHz cho khu vực đồng bằng Bắc bộ và phụ cận).

Q U Y H O Ạ C H TÂ ̀ N SÔ ́ PHÁT SÓNG PHÁT THANH ,

 Quy hoạch băng tần cho hệ thống phát sóng phát thanh, truyền hình

mặt đất:

 + Băng MF (526,25 - 1606,5 KHz): phát thanh AM, phát thanh số;

 + Băng I VHF (54 - 68 MHz): phát thanh FM công suất nhỏ, phát

thanh số;

 + Băng II VHF (87 - 108 MHz): phát thanh FM, phát thanh số;

 + Băng III VHF (174 - 230 MHz): truyền hình tương tự, truyền hình

số và phát thanh số;

 + Băng UHF (470 - 806 MHz): truyền hình mặt đất công nghệ

tương tự và số Theo lộ trình số hóa thì một phần băng tần này sẽ

được chuyển đổi sang cho các nghiệp vụ thông tin vô tuyến khác;

 + Băng tần L (1.452 - 1.492 MHz): Căn cứ vào điều kiện thực tế,

băng tần này có thể được nghiên cứu phân bổ cho phát thanh công

1.2.T ỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THU PHÁT THANH TƯƠNG TỰ

1.Băng tần của hệ thống thu phát thanh AM.

T RUYỀN SÓNG FM

 sóng FM được ITU qui định trong khuyến cáo ITU-R ,

BS412 từ 87,5 đến 108MHz và chia làm nhiều kênh ,

mỗi kênh cách nhau 100 kHz Hiện tại trên thế giới

người ta sử dụng 3 loại khoảng cách kênh khác nhau, đó

là:

1 100 kHz đối với châu Âu

2 86 kHz đối với châu Phi

3 C HỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG PHÁT THANH

6 Công suất bức xạ và độ ổn định công suất.

7 Độ rộng băng tần: Là khoảng tần số mà máy thu có thể điều chỉnh để thu được các sóng phát thanh với các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu

8 Hiệu suất của máy phát

4 Nguyên tắc chung của việc truyền thanh bằng sóng

vô tuyến

1 Phải dùng các sóng điện từ cao tần.

2 Phải biến điệu các sóng mang.

3 Ở nơi thu, phải dùng mạch tách sóng để tách

sóng âm tần ra khỏi sóng cao tần để đưa ra loa.

4 Khi tín hiệu thu được có cường độ nhỏ, ta phải khuyếch đại chúng bằng các mạch khuyếch đại.

5 Sơ đồ khối của một máy phát thanh giản

Tạo ra dao động điện âm tần

Phát dao động điện từ tần số cao(cỡ MHz) Trộn dao động điện từ cao tần với dao động điện từ âm tần Khuyếch đại dao động điện từ cao tần đã được biến điệu.

Tạo ra sóng điện từ cao tần lan truyền trong không gian.

(3): Mạch biến điệu:

(4): Mạch khuyếch đại:

(5): Anten phát:

Sơ đồ khối của một máy thu thanh đơn giản

(1) Anten thu:

(2) Mạch khuếch đại DĐĐT cao tần:

Thu SĐT từ cao tần biến điệu.

Khuyếch đại DĐĐT cao tần từ anten gởi tới Tách DĐĐT âm tần ra khỏi DĐĐT cao tần Khuyếch đại dao động điện từ cao tần đã tách sóng.

(3) Mạch tách sóng:

(4) Mạch khuyếch đại DĐĐT âm tần:

1 2 3 4

5

 Tín hiệu vào: Tín hiệu âm tần có thể lấy từ Micro sau đó

khuếch đại qua mạch khuếch đại âm tần, hoặc có thể lấy

từ các thiết bị khác như đài Cassette, Đầu đĩa CD

 Tín hiệu cao tần được tạo bởi mạch tạo dao động, tần số

cao tần là tần số theo quy định của đài phát.

 Tín hiệu đầu ra là sóng mang có tần số bằng tần số cao

tần, có biên độ thay đổi theo tín hiệu âm tần.

 Tín hiệu cần truyền vm = Vm sin ωmt

Tin tức.

Sóng mang.

Sóng AM

1 Hệ thống AM với các tham số của sóng mang 25V/100Hz và tín

hiệu mang tin tức có tấn số 5kHz, độ sâu điều chế 95%.

a Vẽ phổ của sóng đã được điều chế AM, chỉ tất cả các giá trị

b Xác định băng thông yêu cầu

c Tính công suất biết trở kháng anten 75Ω

2 Một trạm phát AM cho phép truyền tín hiệu có tần số 5Khz Nếu trạm AM đang truyền trên tần số 980kHz, tính biên trên và biên dưới của kênh phát thanh và băng thông yêu cầu Nếu Phổ tần cấp phát âm thanh: 540-1600KHz, xác định số kênh phát thanh và biên trên biên dưới của mỗi kênh, vẽ hình minh họa

V t J

V

t J

V t J

V t J

V t

v

m c m

c

m c

c f

f

m c

c f

c c

s

Amp

1 Amp

1 Amp

0

) 2 (

cos ) ( )

2 (

cos ) (

) (

cos ) ( )

( cos ) ( )

( cos ) ( )

Δf + t ω V

= t

m

c c

c

Đ IỀU TẦN (F REQUENCY M ODULATION )

Tín hiệu sóng mang v c t = V ccosω c t + φ c 

 ωct + φc  Pha tức thời của sóng mang

Có hai cách thay đổi pha tức thời của sóng mang.

a) Thay đổi tần số , c – Frequency Modulation.

b) Thay đổi pha, c – Phase Modulation

1

where i is the instantaneous angle = ω i t = 2πf i t and f i is the instantaneous

F R E Q U E N C Y M O D U L A T IO N

Since φ i = 2πf i t then

dt

dφ π

= f πf

= dt

i i

i

2

1

or

= t ω Δf

+ f

=

2

1cos

f c is the peak deviation of the carrier

c

3

c i

ω

t ω

πΔf +

t ω

=

  ω t f

Δf + t ω

=

m

c c

Tín hiệu FM vs  t = Vccos   φi

  t = V   ω t + Δf   ω t  

deviationfrequency

Peak

= β

Note – FM, as implicit in the above equation for v s (t), is a non-linear process – i.e the principle of superposition does not apply The FM signal for a message m(t) as a band of signals is very complex Hence, m(t) is usually considered as a 'single tone

modulating signal' of the form

  t = V   ω t

5

Δf + t ω V

= t

m

c c

c

series (Bessel functions)

      



= n

m c

n c

V t J

V

t J

V t J

V t J

V t

v

m c m

c c

m c

c m

c c

f f

m c

c f

f

m c

c f

c c

s

2 2

Amp

1 Amp

1 Amp

0

) 2 (

cos ) ( )

2 (

cos ) (

) (

cos ) ( )

( cos ) ( )

( cos ) ( )

FM S IGNAL S PECTRUM

The amplitudes drawn are completely arbitrary, since we have not found any value for

J n(  ) – this sketch is only to illustrate the spectrum.

7

0 

J

V c

) (

1 

J

V c

) (

2 

J

Vc

98% băng tần được xác định bởi tất cả các cặp biên tần của bảng Bessel được gọi là

băng tần thông tin cho một chỉ số điều chế tương ứng Trong thực tế người ta thường

sử dụng một định luật để xác định băng tần của mạch gọi là định luật Carson.

BW = 2(fm + f)

= 2fm(1+ )

frequencymodulating

deviationfrequency

Peak

=

β

 Thiết lập mạng quốc gia.

 Thiết lập mạng địa phương cấp tỉnh, huyện.

1.4.2.S Ơ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG FM ( MÁY THU )

 bộ VCO 1MHz với độ nhạy k0 = 3 kHz/V được điều

chế với tín hiệu sin biên độ 2 V, tần số 4 kHz Xác định

1.

sóng mang cosin và tín hiệu cosin điều chế trong phần

4 và biên độ sóng mang là 10 v

nên để trong ngoặc đơn.

3. Với điều chế tuyến tính f tỷ lệ với Vm vì vậy trong câu 3 ta có

mf = 3.0 rad, gấp đôi chỉ số điều chế ở câu 2

Từ Vm = 4 V, ta có

= fc/fm = (4 V x 3 kHz)/4 kHz = 3 (rad).

4. Tín hiệu điều chế là hình sin biên độ 2V, vì vậy độ lệch tần số

sóng mang tương tự như câu 1sẽ là

 tín hiệu FM được biểu diễn như sau vFM =

1000cos(2107t + 0,5cos2104t) được xác định bởi một

antenna 50 Xác định các thông số sau:

5. Phổ được xác định bằng bảng bessel với m = 0,5 và A = 1000 V , fm = 10

kHz Sóng mang là AJ0(0,5) = 940 V tại 10 MHz Biên tần đầu tiên là

AJ1(0,5) = 240 V tại 9.990 MHz và 10.010 MHz , biên tần thứ hai là

AJ2(0,5) = 30 V tại 9.98 MHz và 10.020 MHz

6. Từ phần 5, băng tần thông tin 99% là 2x20kHz = 40 kHz, và từ định luật

Carson, BW = 2(10kHz + 5kHz) = 30 kHz với mức độ méo thấp chấp

nhận được

7. Mỗi sideband là 30 V , vậy P1sb = (30 V )2/100 = 9 W

8. Công suất phần mang thông tin của tín hiệu là PT – Pc, khi công suất sóng

mang là Pc = (940V )2/100 = 8.836 kW PT – Pc = 10 kW – 8,836 kW =

1,164 kW Hiệu suất điều chế ( trong trường hợp này là 11,64%) là khá

thấp Mặt khác, công suất tổng được tính như sau: PT=Pc+P1+P2 = 8,836 +[(2402/100)+9] = 10.006 kW, với sai số 0,06%

β β

 ứng được nhu cầu nghe đài của người dân, nhu cầu

nghe theo yêu cầu.

2 M Ộ T S Ố H Ệ T H Ố N G P H Á T T H A N H

SỐ

+EUREKA 147 Digital Audio Broadcasting (DAB)(Ch Âu) (Ngoài châu âu, một số nước khác như Canada, Singapore, Đài loan, Australia cũng đã đưa hệ thống phát thanh số theo tiêu chuẩn E-147 vào khai thác chính thức)

+ Digital Radio Mondiale (DRM) (Ch Âu): phát thanh số trên các băng tần nhỏ hơn 30 MHz

+ IBOC – US Digital Radio (IDAB,DRE).(Mỹ): phát thanh

số trên các băng tần cho FM và AM truyền thống

+ ISDB – T (Japan) Đây là tiêu chuẩn dùng chung cho phát thanh và truyền hình, trong đó ISDB-T băng hẹp

A EUREKA 147 D IGITAL A UDIO B ROADCASTING (DAB)

Hệ

 thống làm việc ở dải tần số từ 30 MHz đến 3 GHz.

Khối

 mã hóa nguồn thực hiện xử lý tín hiệu âm thanh số theo

chuẩn nén MPEG-1 Layer-2 và MPEG-2 Layer-2 Với tốc độ

bit có thể thay đổi dễ dàng từ 8 Kps đến 384 Kbps

Truyền

 dữ liệu: Có thể truyền các luồng data riêng biệt hoặc

đóng gói.

Truyền

 các dữ liệu liên quan đến chương trình – PAD

(Programme Associated Data) bằng cách gắn vào luồng dữ

liệu âm thanh Tốc độ thấp nhất là 667bps và có thể thay đổi

theo mã tín hiệu âm thanh được sử dụng.

Truy

 cập dữ liệu có điều kiện – CA (Conditional Access) phục

vụ cho các mục đích thương mại.

Truyền

 thông tin dịch vụ SI (Service Information): Thông tin

giúp cho người sử dụng lựa chọn chương trình. 55

EUREKA 147 D IGITAL A UDIO B ROADCASTING

EUREKA 147 D IGITAL A UDIO B ROADCASTING

S Ơ ĐỒ KHỐI MÁY PHÁT THANH SỐ CHUẨN DAB

DAB SENDER

mitter

mission Multi- plexer

Trans-MSC Multi- plexer

ODFM

Packet Mux

Channel Coder

Audio Encoder

Channel Coder

DAB Signal Service

Information FIC Multiplex

S Ơ ĐỒ KHỐI MÁY PHÁT THANH SỐ CHUẨN DAB

DAB RECEIVER

Packet Demux

Audio Decoder

Channel Decoder

Independent Data

Service

Audio Service

P HÁT THANH SỐ CHUẨN DAB- M Ã KÊNH -DAB

65

-M Ã CHẬP ĐỤC LỖ (P UNCTURED CONVOLUTIONAL CODES )

A sequence of code bits is punctured by deleting some of the

bits in the sequence according to a fixed rule

In general, the the puncturing of a rate K/N convolutional

code is defined using N puncturing tables, one for any code

bit xi( j) , j  1 ,  , N , in a block x i

Each table contains p bits, where p is the puncturing period If

a bit is 1, the corresponding code bit is part of the punctured

code, if the bit is 0, the corresponding code bit is not part of the

punctured code

For a sequence of code bit blocks xi , i  0 , 1 ,  , the puncturing

tables are applied periodically N puncturing tables are combined

EX A M P L E:

The encoder circuit of rate ½ convolutional code given by

1 1

)

) 0 , 0 , 1 , 0 , 0 (

0 1

0 1

1 1

0 1

P , 3 out of 4 code bits xi(1)

and 2 out of 4 code bits (2)

i

x of the mother code bits are used, theothers are discarded

5 / 4 )

2 3

/(

) 4 4

( 2 /



R

and u is encoded to x  ( 00 , 0 X , 1 X , X 1 , 11 )  ( 00 , 0 , 1 , 1 , 11 )

67

-Using P2, the rate of the punctured code is

3 / 2 )

3 3 /(

) 4 4

( 2 /



) 11 , 1 , 1 , 00 , 00 ( ) 11 , 1 ,

1 , 00 , 00

x

) 1 (

i

x

) 2 (

| 1

| 1

| 0

|

0

0

) 2 ( 4 ) 1 ( 4 ) 2 ( 3 ) 1 ( 2 )

4 3 2 1

u

Encoder of a rate ½ code punctured to a rate 4/5 (top puncturing tables) or a rate 2/3 code (bottom puncturing tables)

GHÉP KÊNH DAB

C Ấ U TRÚC KHUNG DAB

Fast Information Channel (FIC)

Main Service Channel (MSC)

TFPR (Time–Frequency–Phase Reference)

F AST I NFORMATION C HANNEL (FIC)

B DRM (D IG IT A L R A D IO

M O N D IA L E )

 Đáp ứng những ràng buộc phát thanh trong các kênh ở dải tần dưới 30 MHz, tốc độ bit cho mã hoá nguồn nằm trong khoảng từ 8 Kbit/s (Với các kênh có

độ rộng phổ tần thấp) tới 20 Kbit/s (Với kênh HF tiêu chuẩn) và tối đa là tới 48 Kbit/s (Gộp kênh).

 Kỹ thuật mã hoá âm thanh kiểu MPEG – 4 AAC (Advanced Audio Coding) có các công cụ chống lỗi cao dùng chung cho cả phát thanh mono và Stereo (Ví dụ hoạt động với tốc độ 20 Kbit/s).

 Điều chế kiểu QAM.

S Ơ ĐỒ KHỐI MÁY PHÁT THANH CHUẨN DRM

ĐIỀU CHẾ OFDM Trộn

Tần

Tiền Mã hoá

Tiền mã hoá

Tín hiệu DRM

Mã hoá nguồn

Ghép kênh

Phân tán năng lượng

Mã hoá kênh

xen

Phân tán năng lượng

Mã hoá kênh

Phân tán năng lượng

Mã hoá kênh

Thông tin mô tả dich

vụ

Thông tin truy

nhập kênh nhanh

Mã hoá nguồn

Pilot

C TIÊU CHUẨN PHÁT THANH SỐ IBOC

Đặc điểm của tiêu chuẩn IBOC-Đối với băng FM.

+ IBOC cho phép trên cùng một tần số phát đồng thời chương

trình âm thanh số và tương tự

+ Tốc độ mã âm thanh 96kbps hoặc 128 kbps.

+ Kỹ thuật điều chế OFDM.

+ Tốc độ truyền dữ liệu > 64 Kbps trong đó:

+ Với dữ liệu liên quan đến chương trình (PAD) là 8 kbps :

+ Dữ liệu phụ: Bi giới hạn bởi quá trình mã hoá Audio là từ 2

đến 32 kbps.

+ Dữ liệu chuẩn đưa vào là 64 Kbps (Dữ liệu được phân bổ).

Đặc điểm của tiêu chuẩn IBOC-Đối với băng AM :

+ Băng tần với dải thông của RF 30KHz.