Xây dựng mạng đơn tần trong truyền hình số mặt đất

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ TẠ NAM THẮNG XÂY DỰNG MẠNG ĐƠN TẦN TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT LUẬN VĂN THẠC SỸ Hà Nội - 2004 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ TẠ NAM THẮNG XÂY DỰNG MẠNG ĐƠN TẦN TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT Chun ngành: Kỹ thuật vơ tuyến Điện tử Thông tin liên lạc Mã số: 2.07.00 LUẬN VĂN THẠC SỸ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TSKH PHAN ANH Hà Nội - 2004 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ATSC Advanced Television System Committee AWGN Additive White Gaussian Noise BER Bit Error Rate BPSK Binary Phase Shift Keying CDF Cumulative Distribution Function C/N Carrier to Noise Ratio COFDM Coded-OFDM CP Cyclic Prefix DAB Digital Audio Broadcasting DFT Discrete Fourier Transform DQPSK Difference QPSK DVB Digital Video Broadcasting DVB-C DVB- Cable DVB-S DVB-Satellite DVB-T DVB-Terrestrial ETSI European Telecommunication Standards Institude FDM Frequency Division Multiplex FEC Forward Error Correction FFT Fast Fourier Transform GI Guard Interval GPS Global Possitionning System HDTV High Definition TeleVision ICI Inter Carrier Interference IFFT Inverse Fast Fourier Transform I-Q In phase - Quadrature phase ISDB-T Intergeted Services Digital Broadcasting – Terrestrial ISI Inter Symbol Interference MFN Multi Frequency Network MIP Mega-frame Initialisation Packet MP @ ML Main Profile @ Main Level MPEG Moving Picture Experts Group MRC Maximum Rate Combining MTS MPEG- Transport Stream OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplex OSI Open System Interconnection PPS Pulse per Second QAM Quadrature Amplitude Modulation QPSK Quaternary Phase Shift Keying RF R Frequency R-S Reed-Solomon SER Symbol Error Rate SIR Signal to Interference Ratio SNR Signal to Noise Ratio SP Separate Pilot STS Synchronisation Time Stamp SYNC Synchronisation TS Transport Stream MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Các phương thức truyền dẫn tín hiệu truyền hình số 1.3 Ba tiêu chuẩn truyền hình số giới 1.3.1 Chuẩn ATSC a Đặc điểm chung b Phương pháp điều chế VSB tiêu chuẩn ATSC 1.3.2 Chuẩn DVB 4 1.3.3 Chuẩn ISDB-T 1.4 Ưu điểm truyền hình số CHƯƠNG GIỚI THIỆU MẠNG TRUYỀN HÌNH SỐ 2.1 Mở đầu 2.2 Mạng đơn tần 2.2.1 Thế mạng đơn tần 2.2.2 Yêu cầu miền tần số SFN 9 11 2.2.3 Yêu cầu miền thời gian SFN .… 12 2.2.4 Thực đồng hoá mạng đơn tần 14 2.2.5 Lợi ích mạng đơn tần 15 2.2.6 ứng dụng thực tế 2.3 Thu di động mạng đơn tần 2.4 Cấu trúc mạng đơn tần phương pháp đồng thời gian 2.4.1 Cấu trúc mạng đơn tần DVB-T 15 16 19 19 2.4.2 Đồng máy phát sử dụng kỹ thuật bù trễ tĩnh 20 2.4.3 Đồng máy phát sử dụng kỹ thuật bù trễ động 22 a Trễ thực mạng (actual delay) 24 b Trễ cực đại (max delay) 25 c Nguyên tắc kỹ thuật bù trễ động 25 d Đồng máy phát dùng kỹ thuật bù trễ động 26 CHƯƠNG XÂY DỰNG MẠNG ĐƠN TẦN 29 3.1 Mở đầu 29 3.2 Xây dựng mô hình mạng đơn tần 31 3.2.1 Mạng đơn tÇn diƯn réng 3.2.2 Mạng đơn tần diện hẹp 3.3 C¬ së OFDM mạng đơn tần 3.3.1 Thuật toán điều chế OFDM 3.3.2 Xử lí đường trun ®a ®­êng 3.4 Đặc tính kênh truyền 3.4.1 Phadinh nhanh (sort term fading) 3.4.2 Phadinh che lấp (Shadow fading) 3.5 Phân tích tín hiệu thu 31 32 35 35 39 41 41 46 49 3.5.1 Nhiễu trải nhân tạo máy thu 49 3.5.2 Giải tương quan kênh đơn 52 3.5.3 Năng lượng máy thu kênh đơn 54 3.5.4 Hiệu suất thu kênh đơn 3.5.5 Hiệu suất tương quan tín hiệu thu 3.5.6 Hệ số đánh giá chất lượng mạng (Outage Probability) CHƯƠNG MỘT SỐ KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ MẠNG ĐƠN TẦN 60 61 65 67 4.1 Kết thu với mạng đơn tần diện rộng 68 4.2 Kết thu với mạng đơn tần diện hẹp 73 4.3 Vị trí máy phát 81 CHƯƠNG MỘT SỐ VẤN ĐỀ THIẾT LẬP MNG N TN VIT NAM 5.1 Những điều kiện để thiết lập mạng đơn tần 5.2 Xây dựng mạng đơn tần cho Việt Nam 5.2.1 Ph­¬ng án nước có mạng đơn tần 5.2.2 Phương án mạng đa tần cho phát chương trình quốc gia phát chương trình địa phương 5.2.3 Phương án mạng đơn tần diện rộng phát chương trình quốc gia mạng đơn tần diện hẹp cho địa phương 5.2.4 Phương án mạng đa tần phát chương trình quốc gia mạng đơn tần diện hẹp cho địa phương 5.2.5 Phương án mạng đơn tần diện rộng phát chương trình quốc gia mạng đa tần cho địa phương 5.3 Khuyến cáo phương án mạng đơn tần 5.4 Xây dựng mạng đơn tần cho Việt Nam 5.4.1 Mạng phát chương trình quốc gia 84 87 87 88 89 90 90 91 92 lµ mạng đơn tần diện rộng 92 5.4.2 Mạng phát chương trình địa phương mạng đơn tần diện hẹp 92 5.4.3 Các thông sè cđa m¸y ph¸t thư nghiƯm 94 KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO MỞ ĐẦU Trong nhiều năm trở lại đây, truyền hình số ứng dụng nhiều nơi giới Cùng với tiến vượt bậc công nghệ chế tạo vi mạch tổ hợp tốc độ cao, đáp ứng yêu cầu làm việc với thời gian thực, cơng nghệ truyền hình số có tiến vượt bậc Truyền hình số mặt đất có ưu điểm vượt trội so với truyền hình tương tự sử dụng máy phát có khả truyền tải đến chương trình đồng thời, với vùng phủ sóng cơng suất phát u cầu máy phát số nhỏ từ đến 10 lần so với máy phát tương tự, điều giúp cho việc tiết kiệm đầu tư chi phí vận hành Một điều đáng quan tâm chất lượng chương trình trung thực, bị ảnh hưởng nhiễu đường truyền, tránh tượng bóng hình thường hay gặp truyền hình tương tự Tại Việt nam, nhận thức ưu điểm truyền hình số tính tất yếu việc truyền hình tương tự nhường chỗ cho truyền hình số, từ năm 1997 đài truyền hình Việt nam có số đề tài nghiên cứu truyền hình số khả ứng dụng nó, năm 1998 triển khai nghiên cứu dự án lộ trình phát triển truyền hình số Việt nam Tháng năm 2001 Công Ty Đầu tư phát triển công nghệ truyền hình Việt Nam - Đài Truyền Hình Việt Nam nghiên cứu triển khai thành công hệ thống máy phát hình kỹ thuật số mặt đất với thiết bị thu kèm theo, đưa vào phát thử nghiệm thu kết khả quan Để phát huy hết mặt mạnh truyền hình số để tạo thuận lợi cho việc triển khai dịch vụ gia tăng công nghệ phát hình số DVB-T như: truyền số liệu, truy cập Internet, phát thêm chương trình phát thoại đặc biệt cho việc thu truyền hình di động thiết phải xây dựng mạng đơn tần (Single Frequency Network) truyền hình số mặt đất Đây vấn đề hay có ứng dụng thực tế nhiều nước Singapore, Đức, Australia Nội dung luận án nghiên cứu việc "Xây dựng mạng đơn tần truyền hình số mặt đất" nội dung thực tiễn, phù hợp với yêu cầu xây dựng mạng truyền hình số Việt nam Để giải vấn đề trên, nội dung luận án gồm chương sau: Mở đầu Chương 1: Trình bày cách tổng quan truyền hình số ưu điểm Chương 2: Trình bày nguyên tắc để xây dựng mạng đơn tần ứng dụng Chương 3: Nghiên cứu vấn đề để xây dựng mạng đơn tần Chương 4: Một số kết đánh giá mạng đơn tần Chương 5: Phân tích vấn đề xây dựng mạng đơn tần Việt Nam xu hướng phát triển Kết luận Sau thời gian nghiên cứu, giúp đỡ tận tình GS.TSKH Phan Anh bạn đồng nghiệp Công ty VTC, nội dung nghiên cứu luận án hoàn thành Với thời gian nghiên cứu hạn hẹp, luận văn khơng tránh khỏi có sai sót, tác giả mong góp ý bảo Thầy Cô bạn bè đồng nghiệp Tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy Cô giáo Khoa Công nghệ ĐH Quốc Gia Hà Nội tạo điều kiện học tập nghiên cứu cho tác giả hai năm học vừa qua Xin chân thành cảm ơn bạn bè đồng nghiệp, bạn học lớp có lời động viên q báu suốt thời gian thực luận văn Hà Nội, Tháng năm 2004 Tạ Nam Thắng CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ 1.1 Giới thiệu chung Ngày nay, công nghệ kĩ thuật số ngày thâm nhập sâu vào nhiều lĩnh vực sống, nhiều hoạt động người không tồn khơng có kỹ thuật số phát triển vượt bậc Chúng ta biết ứng dụng từ điện thoại thiết bị tự động, đĩa CD thay hoàn toàn đĩa nhựa thời gian ngắn Khi khoa học kĩ thuật phát triển, nhu cầu số lượng chất lượng chương trình truyền hình ngày cao kỹ thuật sản xuất truyền dẫn tương tự chương trình truyền hình ngày tỏ ưu Kỹ thuật xử lý tín hiệu số thuật tốn nén tín hiệu hình ảnh đời làm xuất kỹ thuật truyền hình số Kỹ thuật truyền hình số đời giải yêu cầu cách triệt để Như ta biết độ rộng băng tần kênh truyền hình tương tự MHz, với băng tần ta truyền vài chương trình truyền hình số có nén cách thực ghép kênh điều chế số chúng Truyền hình số tên gọi hệ thống truyền hình mà tất thiết bị kỹ thuật từ Studio máy thu làm việc theo nguyên lí kỹ thuật số Trong đó, hình ảnh quang học camera thu qua hệ thống ống kính, thay biến đổi thành tín hiệu điện biến thiên tương tự hình ảnh quang học (cả độ chói màu sắc), biến đổi thành dãy tín hiệu nhị phân (dãy số 1) nhờ trình biến đổi tương tự sang số Dãy tín hiệu qua nhiều bước biến đổi kĩ thuật nén để làm giảm tốc độ bit tới giá trị phù hợp với độ rộng kênh truyền Sau đó, qua bước xử lí, điều chế số để phát phương thức truyền dẫn cáp quang, vệ tinh hay phát mặt đất ... XÂY DỰNG MẠNG ĐƠN TẦN 29 3.1 Mở đầu 29 3.2 Xây dựng mô hình mạng đơn tần 31 3.2.1 Mạng đơn tần diÖn réng 3.2.2 Mạng đơn tần diện hẹp 3.3 C¬ së OFDM mạng. .. quan truyền hình số ưu điểm Chương 2: Trình bày nguyên tắc để xây dựng mạng đơn tần ứng dụng Chương 3: Nghiên cứu vấn đề để xây dựng mạng đơn tần Chương 4: Một số kết đánh giá mạng đơn tần Chương... VỀ MẠNG TRUYỀN HÌNH SỐ 2.1 Mở đầu Hai phương án dùng để thiết lập mạng truyền hình số, mạng đơn tần (Single Frequency Network: SFN) mạng đa tần (Multi Frequency Network: MFN) Mạng đơn tần Mạng