Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiễu đối với hệ thống DVB t

LỜI CẢM ƠN o0o Đề tài xin kính tặng thầy, PGS.TSKH Nguyễn Kim Sách, người tận tình giúp đỡ suốt trình thực Hướng dẫn, định nghóa, cung cấp nguồn tài liệu động viên nhiều Xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Cô Bộ môn Viễn thông Trường Đại Học Bách Khoa Tp HCM Thầy Cô khác Xin chân thành cảm ơn Anh, Chị bạn đồng nghiệp Đặc biệt kỹ sư Phòng Đài phát, Ban Quản lý Kỹ thuật Đài Truyền hình Tp.HCM Tôi xin chân thành cảm ơn bạn khoá trao đổi nhiều tài liệu, giúp nhiều ý kiến công việc Xin chân thành biết ơn người thân sát cánh, động viên tinh thần, giúp đỡ nhiều, nhiều suốt thời gian khóa học Thành phố Hồ Chí Minh tháng năm 2003 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiễu lên tín hiệu DVB-T GVHD: PGS.TSKH Nguyễn Kim Saùch TÓM TẮT LUẬN VĂN Dự án DVB-T Châu Âu dự án phát triển tiêu chuẩn cho truyền hình số qua cáp (DVB-C), vệ tinh (DVB-S) mặt đất (DVB-T) Với truyền hình số yêu cầu phương pháp mã hóa điều chế phải nghiêm ngặt nhằm tận dụng tối đa băng tần, tăng khả kháng nhiễu để phục vụ cho nhiều ứng dụng khác Phương pháp điều chế OFDM có khả chống nhiễu tốt thu nhiều đường khả tốt thu di động Thực tế nay, Việt Nam định chọn DVB-T cho phát sóng truyền hình số mặt đất Tại khu vực tỉnh phía nam, Đài Phát Thanh Truyền Hình Bình Dương phát truyền hình số mặt đất DVB-T, Đài Truyền Hình Tp.HCM giai đoạn phát thử nghiệm, tiến tới phát DVB-T vào q 3/2003 Với lónh vực phong phú, với vốn kiến thức có hạn em cố gắng tìm hiểu sâu vào phân tích, đánh giá phát sóng truyền hình số mặt đất DVB-T Nội dung luận văn đề cập đến tiêu chuẩn kỹ thuật DVB-T ảnh hưởng can nhiễu tín hiệu truyền hình số mặt đất theo chuẩn Châu Âu DVB-T HỆ THỐNG KỸ THUẬT DVB-T 1.1 KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ OFDM Hệ thống DVB-T dùng cho phát tín hiệu truyền hình số nén MPEG-2 mặt đất Để thích ứng với đặc tính kênh mặt đất người ta sử dụng hệ thống truyền dẫn mềm dẻo sử dụng điều chế đa sóng mang, gọi ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division Modulation), kết hợp với trình mã hoá sửa lỗi mạnh (Coded Orthogonal Frequency Division Modulation, COFDM) Quá trình kiểm soát lỗi dòng truyền MPFG-2 cho truyền hình số mặt đất DVB-T thực thông qua trình mã kênh (channel coding) Như thấy sơ đồ khối hệ thống OFDM trình bày hình 2.1, thành phần tham gia vào trình mã kênh bao gồm: khối phân tán lượng (energy dispersal), mã hoá (outer coder), hoán vị (outer interleaver) mã hoá (inner coder) Các trình mã hoá giống với truyền hình số vệ tinh Trong mã kênh mặt đất có thêm hoán vị (inner interleaver) theo sau mã hoá Trong phân tán lượng, dòng truyền tải (payload stream) bị xáo trộn Quá trình cần thiết dòng truyền tải chứa nhóm ‘0’ ‘1’ mà điều thường gây bất lợi cho việc khôi phục clock máy thu công suất máy phát không phân phối theo thời gian Trong mã hoá ngoài, mã Reed-Solomon sử dụng Mã có ưu điểm đặc biệt kênh có xác suất đa sai số (multiple error) cao ứng dụng sử dụng phương pháp sửa lỗi liên tiếp Bộ mã hoá theo sau trình hoán vị Quá trình hoán vị sử dụng để phân tán chùm lỗi (bursts error) Tóm tắt luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng nhiễu lên tín hiệu DVB-T GVHD: PGS.TSKH Nguyễn Kim Sách Bộ mã hoá thực việc mã hoá tích chập (convolutonal code) mức bit cung cấp tỉ lệ mã từ 1/2 đến 7/8 Cuối hoán vị trong, có chức xáo trộn liệu tín hiệu đa sóng mang miền tần số Hình 1.1: Sơ đồ khối hệ thống OFDM Theo sau trình mã hoá kênh trình ánh xạ bit cho điều chế OFDM Trong phương pháp đa sóng mang OFDM, kênh truyền hình chia thành N sóng mang phụ Ngoài ra, tín hiệu tổ chức chu kỳ có khoảng thời gian TS Quan hệ chu kỳ symbol tích cực TU khoảng cách sóng mang fs fs = 1/ TU Điều kiện đảm bảo sóng mang trực giao tín hiệu đa sóng mang Trong phân chia theo thời gian tần số kênh khoảng thời gian TS, sóng mang điều chế có băng thông fs truyền symbol điều chế (Modulation symbol) Tất sóng mang điều chế truyền đồng thời khe TS tạo thành symbol OFDM Thông số Mode 8K Mode 2K Số lượng sóng mang K 6817 1705 Giá trị sóng mang Kmin 0 Giá trị sóng mang Kmax 6816 1704 Khoảng thời gian TU 896μs 224μs 1116 Hz 4464 Hz Khoảng cách sóng mang 1/TU 7,61 MHz 7,61MHz Khoảng cách sóng mang Bảng 1.1: Giá trị thông số OFDM mode 8k 2k cho kênh 8MHz Tóm tắt luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng nhiễu lên tín hiệu DVB-T GVHD: PGS.TSKH Nguyễn Kim Saùch Caùc giá trị nghiêng giá trị xấp xỉ Trong OFDM, liệu mang 2K (hoặc 8K) sóng mang (K=1024) băng thông kênh truyền hình xác định (8MHz cho UHF, 7MHz cho VHF) Trong sóng mang, 2, bit tải phụ thuộc vào kiểu điều chế Đây ưu điểm OFDM so với phương pháp đơn sóng mang Tốc độ bit sóng mang thấp cho phép ta chèn khoảng thời gian bảo vệ vào hai symbol OFDM Nhờ khoảng thời gian bảo vệ mà phương pháp OFDM không bị gây nhiễu sóng phản xạ (echoes) Mode Khoảng bảo vệ Δ/ TU Thời gian symbol TU Thời gian khoảng bảo vệ Δ Thời gian symbol TS = Δ + TU Mode 8K 1/4 1/8 1/16 Mode 2K 1/32 1/4 8192 x T 896μs 1/8 1/16 1/32 2048 x T 224μs 2048xT 224μs 1024xT 112μs 512xT 56μs 256xT 28μs 512xT 56μs 256xT 28μs 128xT 14μs 64xT 7μs 1024xT 1120μs 9216xT 1008μs 8704xT 952μs 8448xT 924μs 2560xT 280μs 2304xT 252μs 2176xT 238μs 2112xT 231μs Bảng 1.2: Chu kì symbol khoảng bảo vệ cho kênh MHz Tín hiệu OFDM tổ chức thành frame Mỗi frame có khoảng thời gian TF chứa 68 symbol OFDM Bốn frame tạo thành super-frame Mỗi symbol tạo thành từ tập hợp 6817 sóng mang mode 8k 1705 sóng mang mode 2k phát chu kỳ symbol Ts Nó bao gồm chu kỳ symbol tích cực Tu khoảng thời gian bảo vệ Δ Khoảng thời gian bảo vệ đặt trước chu kỳ symbol tích cực Có khoảng thời gian sử dụng sử dụng cho bảng 1.2, giá trị khoảng bảo vệ tính theo micro giây bội số chu kì T=7/64 micro giây Các symbol frame OFDM đánh số từ đến 67 Tất symbol mang liệu thông tin tham chiếu Vì tín hiệu OFDM gồm nhiều sóng mang điều chế riêng, nên symbol OFDM xem gồm nhiều ô, ô tương ứng với điều chế mang sóng mang chu kì symbol Ngoài liệu phát, frame OFDM mang: • Các ô pilot rời rạc • Các ô pilot liên tục • Các ô mang TPS Các pilot sử dụng để đồng frame, đồng tần số, đồng thời gian, đánh giá kênh, xác định phương thức truyền sử dụng để theo dõi nhiễu pha Các pilot liên tục rời rạc nhận từ chuỗi PRBS: wk điều chế sóng mang thứ k tương ứng Ngoài chuỗi số tác động đến pha bắt đầu thông tin TPS Tóm tắt luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng nhiễu lên tín hiệu DVB-T GVHD: PGS.TSKH Nguyễn Kim Sách Quá trình tạo chuỗi PRBS mô tả hình 1.2 PRSB khởi động thời điểm cho bit ngõ PRBS trùng với sóng mang tích cực thứ Hình 1.2: Tạo chuỗi PRBS Hình 1.3: Cấu trúc frame Tóm tắt luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng nhiễu lên tín hiệu DVB-T GVHD: PGS.TSKH Nguyễn Kim Sách Bảng 1.3: Các sóng mang dùng để mang thông tin pilot liên tục Thông tin tham chiếu nhận từ chuỗi tham chiếu phát ô pilot symbol Phương pháp điều chế: Re{cm,l,k}= 4/3 x 2(0.5- wk) Im{cm,1,k}= Vị trí sóng mang pilot rời rạc symbol trình bày hình 1.3 vị trí sóng mang pilot liên tục cho bảng 1.3 Cấu trúc frame OFDM cho phép số nguyên 204 byte Reed-Solomon phát super-frame OFDM không cần phải bổ sung thêm cho dù chòm sao, chiều dài khoảng bảo vệ, tỷ lệ mã độ rộng băng thông kênh chọn Bảng 1.4: Số gói Reed-Solomon super-frame OFDM cho tất tổ hợp khoảng bảo vệ, tỉ lệ mã kiểu điều chế Tín hiệu phát tập hợp tín hiệu sóng mang con, đó, tín hiệu phát biểu diễn theo biểu thức sau: ∞ 67 K max ⎧⎪ ⎫⎪ s(t ) = Re⎨e j2 πfct ∑ ∑ ∑ c m ,l,k xψ m ,l,k (t )⎬ m =0 l = k =K ⎪⎩ ⎪⎭ với ⎧ j2 π k ' (t −Δ −lxTs −68xmxTs ) TU ⎪ (l + 68 x m )xTS ≤ t ≤ (l + 68 x m + 1)xTS ψ m ,l,k (t ) = ⎨e ⎪⎩0 giá trị khác K max ∑ k =K 67 ∑ l=0 : tương ứng với K sóng mang symbol; : tương ứng với 68 symbol frame OFDM ; k : số sóng mang; l : số symbol OFDM; m : số khung truyền; K : số sóng mang phát; Ts : chu kỳ symbol; Tóm tắt luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng nhiễu lên tín hiệu DVB-T GVHD: PGS.TSKH Nguyễn Kim Sách Tu: nghịch đảo khoảng cánh sóng mang; Δ: khoảng thời gian bảo vệ; fc : tần số trung tâm tín hiệu RF; k’ : số tương đối sóng mang so với tần số trung tâm, k’=k-(Kmax – Kmin)/2; cm,o,k : symbol phức cho sóng mang thứ k mà mang symbol liệu số frame thứ m; cm,1,k : symbol phức cho sóng mang thứ k mà mang symbol liệu số frame thứ m; cm,67,k : symbol phức cho sóng mang thứ k mà mang symbol liệu số 68 frame thứ m; Các giá trị cm,l,k giá trị điều chế chòm Z tuân theo kiểu điều chế sử dụng cho liệu Các symbol OFDM bao gồm tập hợp sóng mang trực giao đặt cách Biên độ pha sóng mang liệu thay đổi theo symbol tuân Mật độ phổ công suất Pk (f) sóng mang tần số: fk = fc +k/TU k’ = k – (Kmax + Kmin)/2; (Kmin