Công nghệ phát hình số DVB-T

MộT Số MÔ HìNH Để CáC ĐàI PTTH TRIểN KHAI CÔNG NGHệ PHáT HìNH Số DVB-T KS. Lê Trọng Bằng, KS. Đặng Trần Kiên Từ 5/1/2003 THVN đã từ bỏ công nghệ kỹ thuật analog trong lĩnh vực truyền qua vệ tinh, thay vào đó là công nghệ kỹ thuật số, các chơng trình truyền hình của THVN phát qua vệ tinh đã là các chơng trình truyền hình số. Sau khi ngời dân sống tại Hà Nội cùng các tỉnh lân cận của đồng bằng Bắc Bộ, nội ngoại thành tp. Hải Phòng, tại các vùng của tỉnh Thái Nguyên, Hạ Long (Quảng Ninh), Thái Bình và khu vực Bình Dơng, tp. Hồ Chí Minh, Tiền Giang thu đợc truyền hình số DVB-T, nhiều Đài PTTH đã trao đổi với chúng tôi về giải pháp triển khai máy phát số tại địa phơng mình. Chúng tôi xin nêu một số mô hình (hay phơng án) triển khai máy phát số đã và đang thực hiện để các Đài PTTH cùng tham khảo. Chúng tôi xuất phát từ nguyên tắc tận dụng tối đa và tối u cơ sở hạ tầng: nhà đặt máy, hệ thống điện năng, hệ thống điều hoà không khí, đặc biệt là hệ thống cáp và anten hiện có và thực hiện đầu t kinh tế nhất. Lu ý, khi nói đến tần số (hay kênh sóng) máy phát số chỉ có khái niệm tần số trung tâm. Tần số trung tâm của các kênh phát hình số (dải thông 8MHz) băng tần UHF đợc tính bằng công thức: 474MHz + [KD-21]x8MHz. Bắt đầu bằng kênh 21D (K=kênh; D=Digital=Số) có tần số trung tâm là 474MHz. Kênh 26D có tần số trung tâm 474MHz + [26-21] x8MHz= 514MHz, Kênh 29D có tần số trung tâm là 474MHz + [29-21] x 8MHz = 546MHz. 1. Máy phát hình số cộng với máy phát analog. Để đầu t với mức kinh phí thấp nhất, đỡ phức tạp nhất, trớc hết, chúng tôi luôn nghĩ tới việc tận dụng hệ thống cáp và anten dải rộng hiện có. Hệ thống thiết bị công nghệ kỹ thuật số gọn không chiếm nhiều diện tích, tiêu tốn ít điện năng nhất. Sự tác động vào hệ thống thiết bị (cụ thể là máy phát hình) đang khai thác thấp nhất, thời gian triển khai nhanh nhất. 1.1. Mô hình có sử dụng bộ điều chế số DVB-T. Đây là mô hình đã thực hiện cho máy phát chuyển tiếp tại Thái Nguyên, Thái Bình và Tiền Giang. Chúng tôi sử dụng hai bộ điều chế số DVB-T có tín hiệu ra cao tần trên hai kênh liền kề băng tần UHF, cụ thể kênh 29 và kênh 30. Các khuếch đại bán dẫn của máy phát hình số có dải rộng 16MHz cho cả hai kênh liền kề [29+30] hoặc [40+41]. Tín hiệu phát số dải rộng 16MHz (sau khi qua bộ lọc thông dải 16MHz) đợc cộng với tín hiệu analog, thông qua bộ cộng kênh (Combiner) để sử dụng chung hệ thống cáp và anten UHF. Hình 1 mô tả sơ đồ khối của hệ thống. Việc phát trên hai kênh liền kề 29+30 cha hề và không bao giờ thực hiện đợc với công nghệ phát hình analog. Đây cũng là một lợi thế rất mạnh của công nghệ phát hình số mặt đất DVB-T, mà lần đầu tiên công ty VTC thực hiện thành công tại Việt Nam. Ưu điểm của mô hình này: một là, sửa méo tuyến tính và không tuyến tính của toàn hệ thống chuyển tiếp các chơng trình truyền hình số rất dễ dàng, vì có sử dụng các bộ điều chế số (có phần mềm hiệu chỉnh để bù sửa méo). Hiện nay, nhiều bộ điều chế số DVB-T thờng có phần mềm hiệu chỉnh bán kèm. Hai là, tín hiệu đa vào máy phát hình số là dòng truyền tải (tiếng Anh gọi là Transport Stream) chứa các chơng trình đã nén và ghép. Dòng truyền tải có thể là tín hiệu nối tiếp không đồng bộ ASI (Asynchronous Serial Interface), hoặc có thể là tín hiệu song song (gọi là tín hiệu LVDS, Low Voltage Difference Signal). Tín hiệu dòng truyền tải này đã đợc đầu thu số thực hiện sửa lỗi nhờ mã sửa sai. Nếu sử dụng tín hiệu dòng truyền tải, thì có thêm một lợi thế nữa, đó là bỏ đi một chơng trình nào đó và thay vào bằng một chơng trình khác (của địa phơng) thật dễ dàng. Tất nhiên phải cần đến bộ nén MPEG-2 (4:2:0 Main Profile @ Main Level) để nén chơng trình của địa phơng và hệ thống tách ghép lại nhóm chơng trình. Hình 2 mô tả sơ đồ khối của toàn bộ hệ Tp chớ Bu chớnh Vin thụng & Cụng ngh thụng tin Thỏng 8/2004 thống. Thiết bị trong ô có viền bóng là đầu t thêm. Mô hình này thể hiện cha ghép chơng trình của tỉnh Thái Nguyên vào. Anten thu K26 Đầu thu số DVB-T Điều chế số DVB-T KĐ kích và KĐcông suất, bộ lọc16MHz Máy phát Analog (kênh32) đang khai thác Bộ cộng kênh RF kênh 29 Điều chế số DVB-T Đầu thu số DVB-T K34 RF kênh 32 analog Anten ph#t RF RF kênh 30 Hình 1. Mô hình thực hiện 2/2003: máy phát số DVB-T cộng với máy phát hình analog kênh 32 tại Thái Nguyên Tp chớ Bu chớnh Vin thụng & Cụng ngh thụng tin Thỏng 8/2004 RF k#nh Đầu thu số DVB-T Nén MPEG-2 ra ASI Bộ tách ghép Điều chế số Máy tính và phần mềm điều khiển HUB Khuếch đại và lọc dải thông 16MHz Máy phát hình analog đang khai thác Điều chế số RF kênh số n Đầu thu số DVB-T Bộ cộng Combiner RF kênh 32 Anten thu RF kênh số n+1 ASI-2 Anten phát RF kênh số n và n1 ASI-3 ASI-1 LVDS Hình 2. Mô hình sử dụng hai bộ điều chế số DVB-T và có thêm hệ thống tách ghép chơng trình để phát chơng trình địa h Trên hình 2 có 4 dòng truyền tải: LVDS cũng là một dòng truyền tải do đầu thu số mặt đất cho ra, đây là dòng song song chứa 8 chơng trình. Dòng ASI-1 là dòng do đầu thu số DVB-T (loại chuyên dụng) cho ra, đây là dòng nối tiếp chứa 8 chơng trình. Dòng ASI-2 là dòng do bộ nén MPEG-2 tạo ra, đây là dòng chứa một chơng trình của Thái Nguyên (thực hiện từ 15/3/2003). Dòng ASI-3 là dòng sau bộ tách ghép chơng trình chứa 8 chơng trình (đặc biệt là trong dòng này có thêm chơng trình địa phơng đã thay thế một chơng trình nào đó trong 8 chơng trình có trong dòng ASI-1. Nhợc điểm của mô hình này là phải đầu t hai bộ điều chế số DVB-T, bộ nén ghép chơng trình. Tuy vậy, đây là mô hình rất hữu ích cho địa phơng (nếu muốn tiếp phát các chơng trình truyền hình số do VTC hay Bình Dơng phát). Vì không những chơng trình của địa phơng đợc phát với công nghệ kỹ thuật số, mà ngời dân sẽ thu đợc rất nhiều chơng trình truyền hình số qua hệ thống phát hình số DVB-T này. 1.2. Mô hình chuyển tiếp qua trung tần 36,15MHz. Mô hình này theo các tài liệu quốc tế, thờng sử dụng cho máy phát chuyển tiếp, thông qua trung tần 36,15MHz, phù hợp cấu hình Gapfile có công suất rất nhỏ (20-30W) cho các vùng lõm sóng. Hình 3 mô tả sơ đồ khối. Bộ dao động nội LO sẽ trộn với trung tần 36,15MHz cho ra tín hiệu cao tần ở kênh phát số (Digital=D). Ưu điểm của mô hình này là không phải đầu t các bộ điều chế số, giá thành đầu t thấp. RF k#nh D Đầu thu số DVB-T LO Máy phát hình analog (A) hiện có Bộ cộng kênh số D và kênh A IF Khuếch đại kích và KĐ côn g suất RF kênh A Hình 3. Mô hình chuyển tiếp qua trung tần 31,15MHz Nhợc điểm là biện pháp hiệu chỉnh bù sửa méo do các khuếch đại gây ra phải thực hiện bằng phần cứng và hiệu quả không cao nh thực hiện bằng phần mềm. Khả năng sửa lỗi bit sẽ kém hiệu quả hơn là chuyển tiếp tín hiệu cơ bản (dòng truyền tải). Hơn nữa, phải mua loại đầu thu số DVB-T có cho ra trung tần 36,15MHz (với mức -15dBm). Thông thờng tại đầu thu số có hai giá trị tần số trung tần: 36,15MHz và 4,57MHz; ở đây chọn 36,15MHz. Gapfile là máy chuyển tiếp trên cùng kênh sóng và thờng có công suất rất thấp. Nhợc điểm nữa, vì chuyển tiếp trung tần, nên không thể đa chơng trình của địa phơng vào để phát số đợc. 2. Bổ sung thêm phần phát số vào máy phát hình analog hiện có. Đặc biệt có một mô hình mà một số tài liệu quốc tế đã đề cập, đó là bổ sung thêm phần phát số vào máy phát hình analog hình tiếng chung. Gọi là phần phát số vì nó không phải là một máy phát số hoàn chỉnh, mà chỉ tận dụng các khuếch đại của máy phát hình analog hiện có để vẫn phát analog bình thờng và phát luôn cả các chơng trình truyền hình số, tạm gọi là máy hai trong một xem hình 4. Tp chớ Bu chớnh Vin thụng & Cụng ngh thụng tin Thỏng 8/2004 A/V Chơn g trình địa phơng Đầu thu số DVB- T Điều chế số RF số kênh n1 Anten thu LVDS/ASI Chuyển IF lên RF Khuếch đại kích và công suất Bộ lọc (16 MHz) Bộ điều chế analog I RF analog kênh n Anten Hình 4. Mô hình bổ sung phần phát số vào máy phát hình analog hiện có - mô hình hai tron g một Căn cứ sơ đồ này, chỉ cần đầu t thêm (trên hình vẽ thể hiện bằng ô có viền bóng): - Một đầu thu hình số. - Một bộ điều chế số DVB-T có ra cao tần; - Một bộ cộng hai kênh (cộng cao tần); - Hiệu chỉnh mở rộng dải thông của bộ lọc từ 8MHz lên 16MHz. Nếu không mở rộng đợc, thì phải đầu t mua bộ lọc mới có dải thông 16MHz. Kênh phát số sẽ là kênh liền kề với kênh phát hình hiện có; ví dụ, địa phơng đang phát kênh 7 có thể phát số trên kênh 8 hoặc kênh 6. Tuy nhiên, chọn kênh phát số kênh liền kề trên với kênh analog sẽ có nhiều u điểm hơn, hầu nh không gây can nhiễu sang nhau, vì phổ phát số nằm gần với phổ mang tiếng (thấp hơn phổ mang hình 10dB). Ưu điểm của hai trong một chính là kinh phí đầu t thấp và triển khai nhanh. Không cần mua máy phát số DVB-T hoàn chỉnh, tận dụng các khuếch đại của máy phát hình analog hiện có. Máy phát hai trong một làm nhiệm vụ đồng thời phát một chơng trình analog và phát các chơng trình truyền hình số. Đối với các Đài ở xa không thu đợc truyền hình số mặt đất, chúng tôi xin nêu giải pháp để triển khai (theo hình 5). Mô hình trên hình 5 vẫn là hai trong một với giải pháp ghép kênh địa phơng vào (đã mô tả ở hình 2). Sơ đồ hình 5 sẽ rất thích hợp với các thiết bị máy phát hình tiếng chung đã đầu t nhiều năm qua tại vùng lõm và ở một số tỉnh. Trên hình 5 có 3 dòng ASI khác nhau: ví dụ dòng ASI-1 chứa các chơng trình [VTV1+VTV2+VTV3]; dòng ASI-2 có một chơng trình địa phơng (ĐP); dòng ASI-3 sẽ chứa cả 4 chơng trình truyền hình đã nén và số hoá. Hình 4 và hình 5 cơ bản là giống nhau. Chỉ khác ở đầu thu để cho dòng ASI-1: sơ đồ hình 4 là đầu thu số mặt đất DVB-T (để thu các chơng trình phát số mặt đất từ Lạc Trung- Hà Nội hay từ Bình Dơng), trên hình 5 là đầu thu số vệ tinh (để thu các chơng trình của THVN). Nhóm thông số phát hình số trong máy hai trong một có thể chọn: 2k; 16-QAM; khoảng bảo vệ 1/32, tỷ lệ mã sửa lỗi 3/4; khi đó vận tốc dòng truyền tải sẽ đạt 18 Mbit/s (đủ để phát 4 chơng trình). Hiện nay 3 chơng trình VTV1+VTV2+VTV3 truyền qua băng C chiếm 13,5Mbit/s, nh vậy, còn 4,5Mbit/s dành cho chơng trình của địa phơng. Thực tế cho thấy để thu số tốt, mức trờng của số cần thấp hơn của thu analog khoảng 15-18dB. Nếu phát với nhóm thông số nêu trên, anten phát là anten dải rộng, để đảm bảo vùng phủ sóng số và analog tơng đơng nhau, thì công suất phát số sẽ thấp hơn công suất phát analog rất nhiều, ví dụ công suất phát analog 2kW, thì công suất phát số chỉ cần khoảng 350-400W, công suất phát analog 5kW thì công suất máy phát hình số khoảng 500-600W. Mức công suất phát số sẽ xác định thông qua điều chỉnh mức cao tần ra của bộ điều chế số DVB-T. Tp chớ Bu chớnh Vin thụng & Cụng ngh thụng tin Thỏng 8/2004 Vì phát số không cần công suất lớn, nên điện năng dành cho máy phát số sẽ không tăng thêm nhiều, mặt bằng không thêm bao nhiêu (bộ nén và ghép rất bé), nhng phát đợc thêm các chơng trình truyền hình số bên cạnh 1 chơng trình analog. Vận tốc dòng truyền tải và giá trị tỷ số C/N (liên quan tới công suất phát số) thay đổi theo nhóm thông số phát có thể tìm thấy trong tài liệu [2]. A/V địa phơng Đầu thu vệ tinh ra dòng ASI Điều chế số Chuyển IF lên RF Khuếch đại kích và côn g suất Điều chế Analog Bộ lọc (16 MHz) Nén MPEG-2 ra ASI Bộ ghép ASI-2 RF kênh số n 1 RF kênh analog n A/V địa phơng ASI-3 ASI-1 Anten thu vệ tinh Hình 5. Mô hình máy phát hai trong một 3. Phổ phát số DVB-T và phát analog Trong bài Các đặc điểm cơ bản của máy phát số DVB-T đã đề cập tới phổ của máy phát số DVB-T. Trong phần này, chúng tôi chỉ nêu phổ phát số trên hai kênh liền kề, cụ thể là phổ phát số trên hai kênh 29+30. Hình bên trái (chụp tại Hải Phòng) cho thấy phổ phát analog kênh 28 bên cạnh phổ phát số kênh 29+30. Hình bên phải (chụp tại Hạ Long-Quảng Ninh) cho thấy phổ phát analog kênh 31 bên cạnh phổ phát số hai kênh liền kề 29+30. Nhìn vào hai hình chụp ảnh phổ cho thấy, phổ phát analog chỉ có 3 thành phần: thành phần tại sóng mang hình, mang màu và mang âm thanh; trong khi đó phát số các thành phần phổ dày đặc trong toàn bộ dải thông 16 MHz (khi phát trên hai kênh liền kề). Hình 6. Phổ phát số trên kênh liền kể Tp chớ Bu chớnh Vin thụng & Cụng ngh thụng tin Thỏng 8/2004 4. Kết luận Công nghệ kỹ thuật số nói chung, phát số DVB-T nói riêng có những u điểm và lợi thế thật sự so với công nghệ analog cũ. Chất lợng hình ảnh và âm thanh của các chơng trình của phát số DVB-T vợt trội hơn phát analog. Ngời dân nhiệt tình đón nhận. Trên thế giới có nhiều nớc theo hệ DVB-T, nên các hãng đã sản xuất và bán các hệ thống thiết bị DVB-T. Căn cứ vào thực trạng máy phát hình hiện có của tỉnh mình, các Đài PTTH có thể sẽ triển khai ngay phát số DVB-T với mức kinh phí đầu t không lớn, sớm mang lại cho ngời dân đợc hởng thành quả của công nghệ mới rất u việt này. 5. Tài liệu tham khảo [1] TR 101 190 V1.1.1(1997-12) DVB Technical Report, pages 69-72. [2] KS.Lê Trọng Bằng, . Phạm Đắc Bi, KS. Đỗ Anh Tú, Các đặc điểm cơ bản của máy phát số DVB-T; TS. Tp chớ Bu chớnh Vin thụng & Cụng ngh thụng tin Thỏng 8/2004 . sóng số và analog tơng đơng nhau, thì công suất phát số sẽ thấp hơn công suất phát analog rất nhiều, ví dụ công suất phát analog 2kW, thì công suất phát số. MộT Số MÔ HìNH Để CáC ĐàI PTTH TRIểN KHAI CÔNG NGHệ PHáT HìNH Số DVB-T KS. Lê Trọng Bằng, KS. Đặng Trần Kiên Từ 5/1/2003 THVN đã từ bỏ công nghệ kỹ