Nghiên cứu đề xuất lựa chọn công nghệ cho các hệ thống truyền hình số mặt đất việt nam (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TẬP ĐỒN BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG VIỆT NAM HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM NGUYỄN HUY HOÀNG NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT LỰA CHỌN CƠNG NGHỆ CHO CÁC HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT VIỆT NAM CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ MÃ SỐ: 60.52.70 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – NĂM 2011 Luận văn hoàn thành tại: Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Tập đồn Bưu Viễn thơng Việt Nam Người hướng dẫn khoa học: PGS – TS Trần Hồng Quân Phản biện 1: Phản biện 2: Luận văn bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông Vào lúc: .ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng GIỚI THIỆU VỀ ĐỀTÀI Với ưu điểm vượt trội truyền hình số so với truyền hình analog, năm qua, truyền hình số mặt đất phát triển mạnh mẽ giới Việt Nam, việc thay hồn tồn truyền hình mặt đất analog cơng nghệ truyền hình số mặt đất tồn giới diễn tương lai không xa Đến có nhiều Quốc gia giới lựa chọn tiêu chuẩn DVB – T để phát sóng mặt đất Tuy nhiên, trước nhu cầu đòi hỏi dung lượng, kháng lỗi đường truyền, nâng cao độ tin cậy với loại hình dịch vụ, giảm tỷ số cơng suất đỉnh / cơng suất trung bình, nhu cầu phân chia phổ tần dịch vụ viễn thông khác, với xu hội tụ môi trường truyền dẫn, phát triển mạnh mẽ truyền hình độ phân giải cao HDTV với dung lượng bit lớn mà DVB – T chưa đáp ứng Từ yêu cầu thực tế đặt đó, nhóm DVB Project phát triển chuẩn truyền hình số hệ thứ DVB – T2 Tiêu chuẩn xuất lần vào 6/2008 ETSI chuẩn hóa từ tháng 9/2009 Hiện nay, Anh, Phần Lan thông báo triển khai dịch HDTV đường truyền mặt đất dùng chuẩn DVB – T2; Đức, Ý Tây Ban Nha, Thuỵ Điển tiến hành thử nghiệm phát sóng DVB - T2 Từ năm 2001, Việt Nam tiến hành thử nghiệm phát sóng truyền hình mặt đất Thủ tướng Chính phủ phê duyệt quy hoạch truyền dẫn, phát sóng truyền hình, theo đến năm 2020 chấm dứt truyền dẫn, phát sóng truyền hình mặt đất sử dụng cơng nghệ analog tồn quốc Trước sức ép lộ trình chuyển đổi hồn tồn sang phát sóng số mặt đất trước năm 2020, xu hướng phát triển truyền hình số mặt đất DVB – T2 giới, luận văn tập trung phân tích giải pháp kỹ thuật hệ thống truyền hình số mặt đất DVB – T, bất cập, tồn triển khai Việt Nam, đồng thời nghiên cứu cấu trúc giải pháp kỹ thuật bản, tính ưu việt tiêu chuẩn DVB – T2 Từ đó, đề xuất lựa chon giải pháp công nghệ hợp lý cho hệ thống truyền hình số mặt đất Viêt Nam năm tới Chương TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT, NHU CẦU VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN 1.1 Giới thiệu tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất Với truyền hình số mặt đất, hầu sử dụng hệ thứ truyền hình số gồm tiêu chuẩn: 1.1.1 Chuẩn ATSC Năm 1996 FCC chấp nhận tiêu chuẩn truyền hình số Mỹ dựa tiêu chuẩn gói liệu quốc tế 188 byte Mpeg – Các tiêu kỹ thuật cụ thể quy định ATSC ATSC cho phép 36 chuẩn Video từ HDTV đến dạng thức Video tiêu chuẩn SDTV khác với phương thức quét (xen kẽ, liên tục) tỷ lệ khn hình khác ATSC có cấu trúc dạng lớp, tương thích với mơ hình liên kết hệ thống mở (OSI) lớp mạng liệu Mỗi lớp ATSC tương thích với ứng dụng khác lớp ATSC sử dụng dạng thức gói MPEG-2 cho Video, Audio liệu phụ Các đơn vị liệu có độ dài cố định phù hợp với sửa lỗi, ghép dịng chương trình, chuyển mạch, đồng bộ, nâng cao tính linh hoạt tương thích với dạng thức ATM Hình 1.1 mơ tả khung liệu VSB 8 b iÓ u trư n g Đ ồng m ành số đ o n d ữ liƯ u D ÷ liƯ u ,8  s Đ ồng m ành số D ữ liƯ u 7 ,7  s Hình 1.1 Khung liệu VSB [3] 1.1.2 Chuẩn ISDB-T ISDB – T gọi tiêu chuẩn DiBEG Nhật Bản ban hành năm 1997, sử dụng kỹ thuật ghép kênh đoạn dải tần BTS (Band Segmened) – OFDM cho phép sử dụng phương thức điều chế tín hiệu số khác đoạn liệu QPSK, DQPSK, 16 QAM 64 QAM ISDB-T sử dụng tiêu chuẩn mã hố MPEG-2 q trình nén ghép kênh Hệ thống sử dụng phương pháp ghép đa tần trực giao OFDM cho phép truyền đa chương trình phức tạp với điều kiện thu khác nhau, truyền dẫn phân cấp, thu di động v.v sử dụng cho kênh truyền 6, 8MHz Các tham số ISDB-T bảng 1.1 sau: Bảng 1.1: mô tả thông số truyền dẫn cho ISDB-T kênh cao tần 8MHz [12] Kiểu Số đoạn liệu Ns Kiểu Kiểu 13 Kiểu Độ rộng băng tần (MHz) 7,433 7,431 7,426 Khoảng cách sóng mang 5,291 2,645 1,322 1405 2809 5617 (Khz) Số sóng mang Kiểu điều chế sóng mang QPSK, 16QAM, 64QAM, DQPSK Số biểu trưng 204 khung Khoảng thời gian tích cực 189 378 765 1/4 47,25 94,5 189 phịng vệ 1/8 23,625 47,25 94,5 (S) 1/16 11,8125 23,625 47,25 1/32 5,90625 11,8125 23,625 biểu trưng (S) Khoảng Mã hố nội Mã hố ngoại Mã hóa cuộn (1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8) Mã Reed Solomon (204, 188) 1.1.3 Tiêu chuẩn Châu Âu (DVB – T) DVB dùng điều chế ghép kênh phân chia tần số trực giao có mã (COFDM), tốc độ bit tối đa 24 Mbps( dải thông 8Mhz) Điểm trội COFDM chỗ dòng liệu cần truyền tải phân phối cho nhiều sóng mang riêng biệt Mỗi sóng mang xử lý thời điểm thích hợp gọi “COFDM Symbol” Do số lượng sóng mang lớn, sóng mang lại truyền tải phần dịng bít nên chu kỳ biểu trưng lớn so với chu kỳ bít thơng tin Các sóng mang riêng biệt điều chế QPSK, 16QAM 64QAM Tỷ lệ mã hố thích hợp mã sửa sai góp phần cải thiện chất lượng hệ thống 1.1.4 Đánh giá tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất Điểm giống ba tiêu chuẩn sử dụng chuẩn nén MPEG -2 cho tín hiệu video Điểm khác phương pháp điều chế Hệ thống ATSC sử dụng kỹ thuật điều chế “điều biên cụt” năm 1980 Điều biên cụt 8VSB (Vestigal Side Band) bị khuyết tật vốn có nó, khơng có khả cho thu di động, không khắc phục tượng phản xạ không thiết lập mạng đơn tần giải pháp hệ ISDB-T DVB-T ISDB-T có ba điểm khác biệt so với DVB-T Một là, sử dụng ghép xen thời gian, DVB-T không sử dụng kỹ thuật Hai là, phân đoạn (vùng) tần số cho dịch vụ khác Trong ISDB-T, người ta dành 10 khoảng tần số cho dịch vụ hình ảnh khoảng cho dịch vụ âm DVB – T sử dụng phương pháp điều chế phân cấp Ba là, ISDB-T khơng tương thích với hệ phát số qua vệ tinh DVB-S phát số qua cáp DVB-C 1.2 Thực trạng truyền hình só mặt đất Việt Nam 1.2.1 Truyền hình tương tự mặt đất Theo số liệu khảo sát đây, có 63.69% số hộ gia đình (22 triệu hộ) xem truyền hình tương tự từ đài phát khác nhau: Đài Truyền hình Việt Nam (VTV) có mạng phủ sóng analog phạm vi toàn quốc với nhiều kênh chương trình Đài truyền hình 63 tỉnh thành nước, Đài truyền hình kỹ thuật số (VTC), Đài Tiếng nói Việt nam (VOV) phát sóng analog Mạng phát hình số mặt đất Với tổng số 25% số hộ gia đình nước xem truyền hình số mặt đất từ Đài: Mạng truyền hình số VTC phát sóng tồn quốc theo chuẩn DVB-T, nén MPEG2, mạng truyền hình có diện phủ sóng 44 tỉnh, thành phố với 80 điểm phát sóng Ngồi ra, Đài TH TP.HCM phát sóng DVB-T kênh 25 Đài PT-TH Bình Dương triển khai phát sóng DVB-T kênh 53, AVG triển khai mạng DVB – T đơn tần Hiện VTC phát sóng 28 kênh truyền hình nhiều kênh phát điều chế hai kênh sóng mang liền kề Việc truyền dẫn tín hiệu đến máy phát thực qua mạng cáp quang qua vệ tinh Tín hiệu Video Audio sau nén ghép thành 02 luồng số liệu ASI ASI ghép truyền qua cáp quang qua vệ tinh đến địa điểm phát sóng, phát 02 kênh RF liền kề phát sóng mặt đất Như vậy, Việt Nam, việc phát sóng kỹ thuật số sử dụng công nghệ DVB-T số đơn vị đài truyền hình bước triển khai Các đài đơn vị sử dụng cơng nghệ nén MPEG-2, phát sóng theo mơ hình mạng đa tần (trừ An Viên Group) ghép nhiều chương trình kênh sóng 1.3 Nhu cầu xu hướng phát triển Người xem ln có nhu cầu thu nhiều kênh từ sóng truyền hình mặt đất Đáp ứng nhu cầu với truyền hình Analog gặp nhiều khó khăn thiết bị phát kênh sóng cao tần, kênh cần máy phát kênh sóng Các băng tần VHF UHF lâu dùng cho truyền hình mặt đất đến không đủ cho yêu cầu phát nhiều kênh, mạng thông tin chuyên ngành, thông tin di động có nhu cầu dải tần Chất lượng kênh truyền hình địi hỏi ngày cao, đặc biệt nhu cầu thưởng thức truyền hình độ nét cao (HDTV) ngày lớn Để đáp ứng nhu cầu có giải pháp chuyển sang truyền hình số mặt đất với ưu điểm vượt trội so với truyền hình analog Với truyền hình số DVB-T thiết lập mạng phát hình gồm nhiều máy phát kênh sóng Điều giúp cho việc nâng cao hiệu sử dụng phổ tần tiết kiệm kinh phí đầu tư, chi phí vận hành Để phát huy ưu điểm trên, Thủ tướng Chính phủ phê duyệt quy hoạch phát sóng truyền dẫn, theo chấm dứt truyền dẫn, phát sóng truyền hình cơng nghệ Analog, chuyển sang phát sóng số mặt đất trước năm 2020 Việc phát triển nhanh hệ thống phát hình số mặt đất với số kênh đủ lớn, có khả phát HDTV nhu cầu cấp thiết nước ta Mạng DVB – T nhiều Quốc gia lựa chọn triển khai khẳng định ưu rõ rệt giới Tuy nhiên, qua hệ thống truyền hình số khai thác nhu cầu thực tế đặt đòi hỏi ngày tăng dung lượng, kháng lỗi đường truyền, nâng cao độ tin cậy với loại hình dịch vụ, giảm tỷ số công suất đỉnh / công suất trung bình, nhu cầu phân chia phổ tần dịch vụ viễn thông khác, với xu hội tụ lĩnh vực truyền dẫn, truyền hình di động, phát triển mạnh mẽ truyền hình độ phân giải cao HDTV với dung lượng bit lớn mà DVB – T chưa đáp ứng Trước nhu cầu đặt trên, từ tháng 6/2007 đến tháng 3/2008, 40 tổ chức tập trung nghiên cứu tiêu chuẩn DVB - T Đến cuối năm 2008, nội dung tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất hệ thứ hai DVB-T2 ban hành Cùng với việc đời chuẩn nén MPEG 4, chuẩn H264 kết hợp với ưu điểm vượt trội DVB – T2, sử dụng với mạng đơn tần nhiều kênh liền kề xu hướng phát triển cho truyền hình số mặt đất giới Trước hồn cảnh đó, truyền hình số mặt đất Việt Nam lựa chọn cơng nghệ nào? Đây tốn cần có lời giải để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội Việt Nam Luận văn tập trung nghiên cứu công nghệ truyền hình mặt đất có Việt Nam, giới để từ đề xuất khuyến nghị lựa chọn cơng nghệ hợp lý cho truyền hình số Việt Nam Chương TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN DVB – T 2.1 Sơ đồ khối hệ thống DVB-T Hệ thống định nghĩa thiết bị gồm khối chức năng, tín hiệu đầu vào dòng truyền tải MPEG-2 nhận đầu ghép (Multiplexer), đầu tín hiệu RF tới anten Hệ thống tương thích với chuẩn nén tín hiệu video MPEG-2 ISO/IEC 13818 Do hệ thống thiết kế cho truyền hình số mặt đất hoạt động băng tần UHF có, nên địi hỏi hệ thống phải có khả chống nhiễu tốt từ máy phát tương tự hoạt động kênh kênh liền kề, địi hỏi hệ thống phải có hiệu suất sử dụng phổ tần cao băng tần UHF, điều đảm bảo việc sử dụng mạng đơn tần (SFN) Sơ đồ khối chức hệ thống phát theo tiêu chuẩn DVB – T thể hình 2.1 Hình 2.1: Sơ đồ khối chức hệ thống phát hình số mặt đất DVB-T [6] Đây sơ đồ khối hệ thống phát hình số mặt đất đầy đủ Các tín hiệu hình ảnh, âm qua loạt trình xử lý để cuối cùng, đầu anten tín hiệu cao tần phát Những tính ưu việt truyền hình số mặt đất lại hồn tồn thể q trình xử lý Các khối nét đứt hình 2.1 sử dụng hệ thống dùng theo cấu hình điều chế phân cấp Khi từ khối ghép kênh mã hóa nguồn liệu MPEG phân chia dòng liệu thành luồng với mức ưu tiên khác nhau, tốc độ bit tỷ lệ mã hóa khác nhau, có nghĩa khả chống lỗi dòng bit khác Sơ đồ khối cho ta thấy hệ thống máy phát chủ yếu gồm phần điều chế OFDM phần mã hoá sửa lỗi 2.2 Giải pháp khối chức DVB-T 2.2.1 Ghép kênh mã hóa nguồn liệu MPEG-2 Các tín hiệu đầu vào gồm hình ảnh, âm liệu phụ số hóa nhờ khối ghép kênh, mã hóa nén MPEG-2 Đầu khối dòng truyền truyền tải MPEG-2 với tốc độ bit định đưa vào máy phát Đây trình số hóa tín hiệu 2.2.2 Khối ghép kênh truyền tải ngẫu nhiên hóa số liệu Để hạn chế tối đa lỗi truyền dẫn, dòng liệu TS đến từ khối nén ngẫu nhiên hố Các gói liệu nhận dạng chuỗi giả ngẫu nhiên PRBS Mục đích q trình phân tán lượng phổ tín hiệu số xác định số nhị phân thích hợp (loại bỏ chuỗi dài “0” “1”), đồng thời xem trình phối hợp để ghép kênh truyền tải 2.2.3 Khối mã ngoại ghép xen ngoại Dịng liệu sau ngẫu nhiên hóa tiếp tục xử lý khối mã ngoại ghép xen ngoại Sở dĩ gọi “ngoại” việc xử lý theo byte, mã nội ghép xen nội xử lý theo “bit” Bộ mã ngoại sử dụng mã ReedSolomon RS (204, 188, t=8) để mã hoá liệu ngẫu nhiên hố nhằm tạo gói liệu bảo vệ lỗi Do mã hoá theo mã RS (204,188, t=8) nên gói liệu thêm 16 bytes sửa lỗi có khả sửa tới lỗi gói Việc ghép ngoại ghép byte với chu kỳ ghép qui định trước, thường độ sâu ghép l=12 Đây việc nhằm giảm tính thống kê lỗi 2.2.4 Khối mã nội (inner coder) Đây trình mã hoá việc mã chi tiết đến bit Thơng số mã hóa tỷ lệ mã hóa n/m (1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8) Nghĩa m bít truyền có n bit mang thơng tin, bit cịn lại để sửa lỗi 2.2.5 Khối ghép nội (inner interleaver) Dữ liệu đến tráo hoàn toàn theo bit, thông tin khác so với ban đầu Bộ ghép kiểu bít Q trình để giảm thiểu lỗi đến mức tối đa Bộ ghép xen symbol Mục đích ghép xen symbol đặt ký tự có v bit lên 1512 (mode 2k) 6048 (mode 8k) sóng mang Bộ ghép xen symbol đuợc thực khối có 1512 (mode 2k) 6048 (mode 8k) ký tự liệu 2.2.6 Chịm tín hiệu trình ánh xạ (mapper) Hệ thống phát sóng truyền hình số mặt đất OFDM sử dụng kỹ thuật truyền dẫn ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM Mỗi khung OFDM gồm sóng mang điều chế theo phương pháp QPSK, 16QAM, 64QAM, 16QAM không đồng nhất, 64QAM không đồng COFDM cho phép trải liệu để truyền miền thời gian miền tần số Do có tượng fading tần số dải tần cận kề, nên COFDM có sử dụng xen tần số, nghĩa bit liệu liên tiếp trải sóng mang cách biệt Hình 2.6 Hình 2.6 Thực ánh xạ (mapping) liệu lên symbol Trong DVB-T việc ánh xạ (mapping) liệu lên symbol OFDM thực điều chế sóng mang riêng rẽ, theo ba chòm toạ độ phức 4QAM, 16QAM, 64QAM Tại symbol, sóng mang điều chế số phức lấy từ tập chòm 2.2.7 Cấu trúc khung OFDM Tín hiệu truyền dẫn xếp thành khung Mỗi khung có chu kỳ TF gồm có 68 ký tự OFDM Cứ khung lập thành siêu khung Mỗi ký tự thiết lập k = 6817 sóng mang mode 8k k = 1705 mode 2k, có chu kỳ Ts COFDM thực việc phân chia kênh truyền dẫn miền thời gian miền tần số, tổ chức kênh RF thành tập "dải tần phụ" hẹp tập "đoạn thời gian" liên tiếp hình 2.8 t im e C h a nn e l B a n d w id t h f re qu en cy fr e q u e n c y s u b -b a n d t im e s eg m e n t Hình 2.8 Phân chia kênh Mỗi có độ dịch tần Doppler khác nhau, với đường tín hiệu Trục z miêu tả biên độ đáp ứng kênh Ngoài liệu truyền đi, khung OFDM chứa: Các tải phụ TPS (transmission parameter signalling) Tín hiệu dẫn đường dùng cho đồng khung, đồng tần số, thời gian Các sóng mang ký tự OFDM đánh số từ kmin đến kmax kmin = 0, kmax =1704 mode 2k kmin = 0, kmax = 6816 mode 8k sóng mang kmin kmax (k-1)/TU Khoảng cách sóng mang liền kề 1/TU Khoảng cách tham số ký tự OFDM theo mode cho bảng 2.4 Bảng 2.4: Các tham số ký tự OFDM [7] Tham số Mode 8k Mode 2k Số sóng mang k 6817 1705 Chỉ số sóng mang kmin 0 Chỉ số sóng mang kmax 6816 1704 Chu kỳ TU 896s 224s Khoảng cách sóng mang 1116 Hz 4464 hz Khoảng cách sóng mang kmin kmax 7,61 MHz 7,61 MHz Chèn sóng mang phụ Trong đoạn thời gian, gọi symbol OFDM, dải tần phụ trang bị sóng mang phụ mơ tả hình 2.9 Để tránh nhiễu sóng mang, chúng bố trí vng góc với nhau, nghĩa khoảng cách sóng mang đặt với nghịch đảo chu kỳ symbol Hình 2.9 Chèn sóng mang phụ [1] Chèn khoảng bảo vệ Do "echo" tạo tín hiệu gốc bị trễ, nên phần cuối symbol OFDM có nhiễu liên symbol với phần đầu symbol Để tránh điều này, khoảng bảo vệ chèn vào symbol Như hình 2.10 Hình 2.10: Chèn khoảng bảo vệ [1] Đồng kênh Để giải điều chế tín hiệu cách xác, máy thu phải lấy mẫu xác tín hiệu suốt khoảng hữu ích symbol OFDM (bỏ qua khoảng bảo vệ) Do đó, Hệ thống DVB-T sử dụng sóng mang "pilot", trải đặn kênh truyền dẫn, đóng vai trò làm điểm đánh dấu đồng 2.2.8 Các tín hiệu chuẩn Ngồi liệu truyền khung OFDM cịn có thơng tin phụ để giúp cho thiết bị thu nhận dạng giải điều chế luồng liệu Các tải phụ TPS (transmission parameter signalling) truyền song song mang thông tin về: Điều chế, gồm giá trị giản đồ chòm QAM; Thơng tin mã hố theo lớp; Khoảng bảo vệ; Tỷ lệ mã nội; Model truyền (mode 2k 8k); Số khung siêu khung ( truyền mạng SFN); Các tín hiệu dẫn đường (pilot) dùng cho đồng khung, đồng tần số, đồng thời gian 2.2.9 Khối D/A Thực khối biến đổi Digital/Analog thơng thường Mà q trình hồn chỉnh hàng ngàn sóng mang để đảm bảo việc phát tín hiệu lên Anten 2.2.10 Khối thiết bị đầu cuối Là trình cuối khuếch đại, lọc thông dải… để phát không gian 2.3 DVB-T môi trường bị phản xạ- Mạng đơn tần (SFN) Hệ phát số DVB-T sử dụng ghép đa tần trực giao OFDM có nhiều ưu điểm Trong có ưu điểm trội quan trọng (hơn hẳn hệ ATSC Mỹ), cho khả thiết lập mạng đơn tần Khi thiết lập mạng đơn tần, tất máy phát thuộc mạng đơn tần phát kênh sóng, thuận lợi cho quy hoạch tiết kiệm tài nguyên tần số Mạng đơn tần tuân thủ điều kiện: * Một là, máy phát dòng truyền tải TS; * Hai là, phát tần số; * Ba là, phát “cùng thời điểm” Vì vậy, để mạng đơn tần hoạt động hiệu cần thực tốt việc thiết lập hiệu chỉnh đồng máy phát 2.3.1 DVB-T môi trường bị phản xạ “mạng đơn tần tự nhiên” Phản xạ tượng chung phổ biến truyền sóng điện từ Trong mơi trường thực tế, chịu hậu tượng phản xạ sóng thu chương trình truyền hình hình 2.14 Đối với cơng nghệ analog, nhiều sóng đến anten thu gây nhiều hình ti vi, tạo nên bóng ma lem nhem, chí hình phá làm đồng khơng thể xem Hình 2.14 Thu mơi trường thực tế Sóng máy phát hình số chịu quy luật phản xạ, kỹ thuật ghép đa tần trực giao nhờ có thơng số “khoảng thời gian bảo vệ” DVB-T, nên thiết bị thu số DVB – T, khắc phục hiệu tượng phản xạ 2.2.2 Điều kiện để thu tốt mơi trường có phản xạ Máy phát DVB-T có thơng số liên quan đến việc chống tượng phản xạ, khoảng thời gian bảo vệ Tbv Khoảng thời gian bảo vệ Tbv có giá trị khác theo quy định DVB (xem bảng 2.7) người phát sóng lựa chọn giá trị Bảng nêu khoảng thời gian bảo vệ cho thấy, chế độ phát 8k 2k, chọn giá trị cho khoảng thời gian bảo vệ Chế độ phát 8k cho khoảng thời gian bảo vệ lớn gấp lần chế độ 2k (nếu tỷ lệ Tbv /Tsymbol) Bảng 2.7 Khoảng thời gian bảo vệ chế độ phát khác Tbv/Tsymbol 1/4 1/8 1/16 1/32 Khoảng thời gian bảo vệ Tbv [s] chênh lệch quãng đường tương ứng D=c.Tbv Chế độ 8K Chế độ 2K T(symbol)= 896s T(symbol)= 224s 224s; 67,2km 56s; 16,8km 112s; 33,6km 28s; 8,4km 56s; 16,8 km 14s, 4,2km 28s; 8,4km 7s; 2,1km Khi chênh lệch thời gian tia sóng đến đầu thu khơng vượt khoảng thời gian bảo vệ Tbv, máy thu hoàn toàn khắc phục tốt tượng phản xạ 2.2.3 Mạng đơn tần (Single Frequency Network - SFN) Trở lại điều kiện cho máy phát thuộc mạng đơn tần: là, phát dòng truyền tải TS; hai là, phát tần số; ba là, phát “cùng thời điểm” Sau xin trình bày chi tiết điều kiện Điều kiện thứ bắt buộc máy phát thuộc mạng đơn tần phát dòng truyền tải (cả nội dung, thời gian) Về nội dung, có nghĩa máy phát không làm tính thống dịng TS Đối với điều kiện thứ hai máy phát phải phát tần số, biết máy phát số DVB-T khơng có dao động hình SIN tạo sóng mang hệ thống truyền hình tương tự Hàng ngàn “sóng mang” điều chế số tạo tín hiệu dịng TS sau chia nhỏ biến đổi Fourier ngược tạo nên Độ xác tần số liên quan chặt chẽ tới độ xác dịng TS Như vậy, việc đồng dòng TS đồng nghĩa với việc thực đồng tần số khâu điều chế máy phát Đối với điều kiện thứ ba máy phát phát “cùng thời điểm” (at the same time) mục đích để nhấn mạnh tính khắt khe đồng bộ: thời điểm phát gói “đầu tiên” Mega-frame khơng trung tất máy phát mạng đơn tần, khơng có nhanh chậm nhau, nói cách khác chênh lệch thời gian phát gói tất máy phát mạng đơn tần phải khơng Đây vấn đề cốt lõi trình đồng Trong DVB – T cần đáp ứng yêu cầu khoảng phòng vệ, để đảm bảo cần phải giữ khoảng cách máy phát phải đảm bảo điều kiện khoảng bảo vệ, tức không vượt khoảng cách cực đại cho phép với Chương DVB – T2 VÀ GIẢI PHÁP CƠNG NGHỆ CHO TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT VIỆT NAM 3.1 Nội dung tiêu chuẩn DVB – T2 3.1.1 Cấu trúc DVB-T2 Hệ thống DVB-T2 chia thành khối phía phát khối phía thu trình bày hình 3.1: Hình 3.1 Mơ hình cấu trúc DVB-T2 [9] Mã hoá ghép kênh Khối mã hoá nghép kênh có chức mã hố tín hiệu video, audio tín hiệu phụ trợ kèm theo thơng tin chương trình/ thơng tin dịch vụ PSI/SI tín hiệu báo hiệu lớp (L2 Signalling) với công cụ điều khiển chung nhằm đảm bảo tốc độ bit không đổi tất dòng bit Khối có chức hồn tồn giống tất tiêu chuẩn DVB Đầu khối dòng truyển tải MPEG-2TS ♦ Đầu vào Baisic T2 - Gateway định nghĩa [9], đầu dịng T2 - MI Mỗi gói T2-MI bao gồm Baseband Frame, IQ Vector thông tin báo hiệu (LI SFN ♦ Bộ điều chế DVB-T2 sử dụng khung sở (Baseband Frame) T2- Frame mang dòng T2-MI đầu vào để tạo DVB-T2 Frame ♦ Bộ giải điều chế DVB-T2 nhận tín hiệu cao tần (RF Signal) từ nhiều máy phát (SFN Network) cho dòng truyền tải (MPEG-TS) đầu ♦ Bộ giải mã dòng truyền tải nhận dòng truyền tải (MPEG-TS) đầu vào cho tín hiệu video/audio đầu 3.1.2 Lớp vật lý DVB – T2 Mơ hình lớp vật lý DVB-T2 trình bày hình 3.2 Đầu vào hệ thống bao gồm nhiều dòng truyền tải MPEG-TS dòng GS (Generic Stream) Đầu lớp vật lý tín hiệu cao tần RF Tín hiệu đầu chia thành hai đường để cung cấp cho anten thứ 2, thường máy phát khác Hình 3.2 Lớp vật lý DVB-T2 Các thơng số COFDM DVB-T2 mở rộng so với DVB-T, bao gồm: - FFT: 1K, 2K, 4K, 8K, 16K, 32K - Khoảng bảo vệ:1/128, 1/32, 1/16, 19/256, 1/8, 19/128, 1/4 - Pilot phân tán:8 biến thể khác phù hợp với khoảng bảo vệ khác - Pilot liên tục:Tương tự DVB-T, nhiên tối ưu - Tráo: Tráo bit, tráo tế bào, tráo thời gian tráo tần số 3.1.3 Những giải pháp kỹ thuật 3.1.3.1 Ống lớp vật lý (Physical Layer Pipes - PLPs) Đòi hỏi thị trường độ tin cậy dịch vụ cần thiết phải có loại dịng liệu khác dẫn tới khái niệm “ống” lớp vật lý hoàn tồn suốt có khả truyền tải liệu độc lập với cấu trúc thông số PLP khác DVB-T2 cho phép “gán” giá trị: đồ thị chòm sao, tỷ lệ mã tráo thời gian cho PLP, ngồi cịn “dạng thức hố” nội dung theo cấu trúc khung áp dụng DVB-S2 3.1.3.2 Băng tần phụ (1,7 Mhz 10 Mhz) Để đáp ứng dịch vụ chuyên dụng, ví dụ truyền tín hiệu từ camera trường quay (Studio) lưu động, DVB-T2 bao gồm tuỳ chọn băng tần 10Mhz Các máy thu dân dụng không hỗ trợ băng tần DVB-T2 sử dụng băng tần 1,712 Mhz cho dịch vụ thu di động (trong băng III băng L) 3.1.3.3 Mode sóng mang mở rộng (đối với 8K, 16K, 32K) Do phần đỉnh xung vuông đồ thị phổ công suất suy giảm nhanh kích thước FFT lớn Điểm ngồi phổ tín hiệu OFDM trải rộng hơn, điều đồng nghĩa với việc nhiều sóng mang phụ symbol sử dụng để truyền tải liệu Độ lợi (gain) đạt 1,4% (8Kmode) 2,1% (32Kmode) Hình 3.5 so sánh phổ 2K so với 32K điều kiện bình thường 32K mode sóng mang mở rộng Sóng mang mở rộng đặc tính tuỳ chọn, lẽ với đặc tính khó có đạt mặt nạ phổ (spectrum mask) tỷ số bảo vệ Hình 3.5 Mật độ phổ cơng suất 2K 32K [9] 3.1.3.4 MISO dựa Alamouti (trên trục tần số) DVB-T2 có tuỳ chọn sử dụng kỹ thuật Alamouti: Với cặp máy phát (hình 3.6) Alamouti ví dụ MISO, điểm đồ thị chòm truyền máy, máy phát thứ truyền phiên có chỉnh sửa chút cặp chòm với thứ tự ngược lại trục tần số Hình 3.6 Mơ hình MISO [5] 3.1.3.5 Symbol khởi đầu (P1 P2) Những symbol khung DVB-T2 lớp vật lý symbol khởi đầu (preamble symbols) Các symbol truyền số lượng hạn chế thông tin báo hiệu phương thức truyền có độ tin cậy cao Khung bắt đầu symbol P1, điều chế BPSK với độ tin cậy cao Với khoảng bảo vệ hai đầu, symbol P1 mang bit thơng tin (bao gồm kích thước FFT symbol liệu) Các symbol P2, số lượng cố định cho kích thước FFT, cung cấp thơng tin báo hiệu lớp kể tĩnh, động khả cấu trúc Các bit thông tin báo hiệu (L1 - Pre-signalling) có phương thức điều chế mã hố cố định, bit cịn lại (L1 - Post-signalling) tỷ lệ mã xác định 1/2 phương thức điều chế lựa chọn QPSK, 16QAM 64QAM 3.1.3.6 Mẫu hình tín hiệu Pilot (Pilot Pattern) Pilot phân tán (Scattered Pilots) xác định từ trước biên độ pha, “cấy” vào tín hiệu với khoảng cách hai trục thời gian tần số Pilot phân tán sử dụng để đánh giá thay đổi đường truyền Pilot phân tán cho phép giảm thiểu độ “vượt mức” (overhead) từ  8% sử dụng mẫu hình PP3 khoảng bảo vệ 1/8 Đối với Pilot liên tục 3.1.3.7 Phương thức điều chế 256-QAM Trong hệ thống DVB-T, phương thức điều chế cao 64-QAM cho phép truyền tải 6bit/symbol/sóng mang (có nghĩa 6bit/tế bào OFDM) Ở DVB-T2, phương thức điều chế 256QAM cho phép tăng lên 8bit/tế bào OFDM, tăng 33% hiệu xuất sử dụng phổ dung lượng liệu tỷ lệ mã cho trước 3.1.3.8 Chòm xoay (Rotated Constellation) Một số kỹ thuật sử dụng DVB-T2 chòm xoay (Rotated Constellation) trễ Q (Q-delay) Sau định vị, chịm “xoay” góc mặt phẳng I-Q Các thành phần I Q tách trình tráo cho chúng truyền miền tần số thời gian khác Nếu có thành phần bị huỷ hoại kênh truyền, thành phần cịn lại sử dụng để tái tạo lại thông tin 3.1.3.9 16K, 32K FFT tỷ lệ khoảng bảo vệ 1/128 Tăng kích thước FFT đồng nghĩa với việc làm hẹp khoảng cách sóng mang làm tăng chu kỳ symbol Việc này, mặt làm tăng can nhiễu symbol làm giảm giới hạn tần số cho phép hiệu ứng Doppler Mặt khác, chu kỳ symbol dài hơn, có nghĩa tỷ lệ khoảng bảo vệ nhỏ giá trị tuyệt đối khoảng bảo vệ trục thời gian Tỷ lệ khoảng bảo vệ 1/128 DVB-T2, cho phép 32K sử dụng khoảng bảo vệ có giá trị tuyệt đối 8K 1/32 3.1.3.10 Mã sửa sai LDPC/BCH Trong DVB-T sử dụng mã sửa sai nội ngoại mã cuộn mã R-S (Convolutional and Reed-Solomon Codes), DVB-T2 DVB-S2 sử dụng LDPC BCH Các mã cho phép khả bảo vệ tốt hơn, truyền nhiều liệu kênh thông tin 3.1.3.11 Kỹ thuật giảm thiểu tỷ số cơng suất đỉnh/cơng suất trung bình (Peak to - Average Power Ratio - PAPR) PAPR hệ thống OFDM cao làm giảm hiệu suất khuếch đại công suất RF Cả hai kỹ thuật làm giảm PAPR sử dụng hệ thống DVBT2: mở rộng chịm tích cực (Active Constellation Extension - ACE) hạn chế âm sắc (Tone Reservation - TR) 3.1.3.12 Tráo bit, ánh xạ bit lên đồ thị chòm + Tráo bít phương thức điều chế 16 QAM, 64 QAM 256 QAM Dữ liệu đầu mã hóa LDPC tráo, tráo bit bao gồm tráo chẵn lẻ(parity interleaving) tráo cột xoắn(column twist interleaving) Tráo chẵn lẻ ký hiệu U, tráo cột xoắn ký hiệu V + Ánh xạ bit lên đồ thị chòm Mỗi FECFRAME ánh xạ sang khối FEC mã hóa điều chế cách trước tiên tách kênh dòng bit đầu vào thành từ mã song song sau ánh xạ từ mã thành giá trị tương ứng đồ thị chòm 3.1.3.13 Ánh xạ lên đồ thị chòm I/Q Mỗi từ mã yo,q yn mod -1,q từ tách kênh điều chế phương thức QPSK, 16 QAM, 64 QAM hay 256 QAM gán với điểm Zq đồ thị chịm trước chuẩn hóa 3.1.3.14 Tráo tế bào, tráo thời gian Nhằm nâng cao độ tin cậy q trình truyền sóng, khơng sử dụng tráo bít, tráo symbol hệ đầu, truyền hình số mặt đất hệ thứ 2(DVB-T2) sử dụng kỹ thuật tráo tế bào (cell interleaving- CI) tráo thời gian (time interleaving- TI) 3.1.3.15 Điều chế mã sửa sai liệu lớp Dữ liệu báo hiệu lớp (L1 - signalling) cung cấp thông tin cho đầu thu để truy nhập vào lớp vật lý khung liệu DVB-T2 Dữ liệu báo hiệu lớp bảo vệ mã BCH mã LDPC 3.1.3.16 Cấu trúc khung tín hiệu DVB-T2 Một phần quan trọng hệ thống DVB-T2 siêu khung (Super Frame) Trong siêu khung chứa khung-T2 phần mở rộng dành cho tương lai (FEF: Future-Extension Frame) miêu tả chi tiết Hình 3.11 Số lượng tối đa khung T2 siêu khung 255 độ dài lớn 250ms, vậy, độ dài lớn phần mở rộng (FEF) chứa siêu khung 250ms Như khung-T2 chứa siêu khung có độ dài khác tuỳ thuộc vào phần mở rộng (FEF) gắn sau Khung-T2 chia thành Symbol OFDM, khung-T2 bắt đầu với Symbol P1, tương tự phần mở rộng FEF Khoảng thời gian Symbol P1 250ms Hình 3.11 Cấu trúc khung DVB-T2[5] Mục đích khung T2 mang tín hiệu PLPs tín hiệu L1 kèm theo dịch vụ DVB-T2 Mục đích phần mở rộng FEF khả kết hợp linh hoạt dịch vụ đưa chuẩn DVB-T2 phiên dành cho tương lai, phần mở rồng mang liệu khơng mang liệu, theo khối thu để nhận tín hiệu DVB-T2 phải có khả dị xử lý xác phần FEF để tránh trường hợp khung T2 bị xáo trộn nhận thời gian 3.2 Kết ứng dụng DVB – T2 giới Hiện nay, Anh Phần Lan thông báo triển khai dịch vụ HDTV đường truyền mặt đất dùng chuẩn DVB-T2 Ngoài ra, số thử nghiệm phát sóng DVB-T2 có kế hoạch triển khai triển khai thử nghiệm xong số nước khác : Đức, Ý, Tây Ban Nha, Thụy điển Ở Anh, nhóm điều hành truyền thông OFCOM định dùng ghép kênh DTT (Multiplex B) băng tần UHF cho việc cung cấp dịch vụ HD dùng chuẩn DVB-T2 kết hợp với kỹ thuật nén MPEG-4 AVC 3.3 So sánh, đánh giá, lựa chọn giải pháp công nghệ cho truyền hình số Việt Nam 3.3.1 So sánh tham số Với việc ứng dụng nhiều giải pháp kỹ thuật mới, DVB-T2 cho phép phát triển tối đa hiệu ứng dụng mạng đơn tần So với chuẩn DVB-T, mode sóng mang cộng thêm để cải thiện tiêu kỹ thuật Các thông số DVB – T2 sử dụng Anh so với thông số tiêu chuẩn DVB – T thể bảng 3.7 Bảng 3.7 DVB-T2 sử dụng UK so với DVB-T [4] Phương thức đ/ chế FFT Khoảng bảo vệ FEC Pilot phân tán Pilot liên tục Mức vượt L1 Sóng mang Dung lượng DVB-T 64 - QAM 2K 1/32 2/3CC + RS 8,3% 2,0% 1,0% Tiêu chuẩn 24,1Mbps DVB-T2 256 - QAM 32K 1/128 3/5 LDPC + BCH 1,0% 0,53% 0,53% Mở rộng 36,1 Mbps Với thông số lựa chọn trên, tiêu chuẩn DVB – T2 thể nhiều ưu điểm trội so với DVB – T Các ưu điểm DVB – T2 ♦ Dung lượng cao ♦ Khả kháng nhiễu ♦ Khả chống pha đinh ♦ Giảm thiểu tỷ số công suất đỉnh/công suất trung bình ♦ Tăng hiệu sử dụng phổ tần ♦ Khả cung cấp dịch vụ 3.3.3 Khuyến nghị lựa chọn công nghệ Từ so sánh trên, luận văn có số khuyến nghị: 1.Khơng phát triển thêm hệ thống truyền hình mặt đất theo cơng nghệ cũ analog DVB –T, bước triển khai hệ thống truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB – T2 bên cạnh hệ thống DVB – T có 2.Khi triển khai mạng DVB – T2 cần phải qui hoạch thống nhất, khoa học vùng toàn quốc, thiết kế hợp lý mạng đa tần mạng đơn tần 3.Với hệ thống triển khai lắp đặt, đầu thu DVB – T2 chưa phổ biến, giá thành cao, trước mắt góc độ kinh tế chưa phù hợp điều quan trọng việc xây dựng hệ thống phái có tính mở để phát DVB – T chọn thiết bị tương thích với tiêu chuẩn DVB – T2, điều kiện cho phép dễ dàng chuyển sang hoạt động theo tiêu chuẩn DVB –T2 4.Trong vùng để tăng dung lượng, tiết kiệm dải sóng mang phục vụ cho khả thu truyền hình di động nên thiết kế hệ thống mạng đơn tần Đối với khu vực miền núi, địa hình phức tạp, sóng truyền hình khó xa, đồng thời cần đưa vào hệ thống chương trình truyền hình địa phương nên sử dụng mạng đa tần với kênh liền kề Để đáp ứng nhu cầu xem nhiều kênh chương trình, tăng loại hình dịch vụ, đặc biệt kênh HDTV, việc buộc phải chọn công nghệ DVB – T2 cần phải ứng dụng kỹ thuật nén tín hiệu nén MPEG – AVC KẾT LUẬN Luận văn thực được: - Tính cấp thiết việc lựa chọn công nghệ tiên -triến cho hệ thống truyền hình số mặt đất Việt Nam - Nêu đặc điểm tiêu chuẩn truyền hình có giới, khác tiêu chuẩn DVB – T mà Việt Nam lựa chon so với hai tiêu chuẩn lại Nêu thực trạng truyền hình mặt đất Việt Nam xu hướng phát triển - Trình bày cấu trúc giải pháp kỹ thuật hai tiêu chuẩn DVB – T DVB – T2, qua so sánh tiêu kỹ thuật hai tiêu chuẩn, ưu điểm bật tiêu chuẩn DVB – T2 Thông qua kết triển khai tiêu chuẩn DVB – T2 số nước giới, luận văn đưa số khuyến nghị lựa chọn công nghệ cho hệ thống truyền hình số mặt đất Việt Nam Trong điều kiện truyền hình số chưa phổ biến Việt Nam, tiêu chuẩn DVB – T2 mẻ giới Việt Nam, trình độ thời gian nghiên cứu tài liệu liên quan đến đề tài cịn hạn chế, luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót định, hy vọng thông cảm thầy, cô giáo tất đọc luận văn Xin chân thành cảm ơn Thầy giáo hướng dẫn, Thầy hội đồng bảo vệ đề cương, thầy, cô Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng, Khoa Quốc tế đào tạo sau đại học, bạn bè, đồng nghiệp giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này./  ... văn tập trung nghiên cứu cơng nghệ truyền hình mặt đất có Việt Nam, giới để từ đề xuất khuyến nghị lựa chọn cơng nghệ hợp lý cho truyền hình số Việt Nam Chương TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU... nghệ hợp lý cho hệ thống truyền hình số mặt đất Viêt Nam năm tới Chương TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT, NHU CẦU VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN 1.1 Giới thiệu tiêu chuẩn truyền hình số mặt. .. T2 số nước giới, luận văn đưa số khuyến nghị lựa chọn cơng nghệ cho hệ thống truyền hình số mặt đất Việt Nam Trong điều kiện truyền hình số chưa phổ biến Việt Nam, tiêu chuẩn DVB – T2 mẻ giới Việt