“Tìm hiểu về tiêu chuẩn phát thanh số DAB

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA VIỄN THÔNG I TIỂU LUẬN MÔN HỌC “KỸ THUẬT PHÁT THANH TRUYỀN HÌNH” Đề tài: “Tìm hiểu tiêu chuẩn phát số DAB” Sinh viên thực Mã sinh viên Lớp Nhóm mơn học : : : : TRẦN TUẤN ANH B17DCVT024 D17CQVT08-B NHĨM Hà Nợi, tháng 6/2021 MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU Giới thiệu hệ thống phát số Cấu trúc hệ thống DAB theo chuẩn Eureka 147 Miêu tả hệ thống DAB 3.1 Mã hóa phát số DAB 3.1.1 Mã hóa âm 3.1.2 Mã hóa kênh 3.2 Ghép kênh 3.3 Khung chế độ truyền dẫn DAB Sơ đồ máy phát, thu số DAB 10 4.1 Sơ đồ máy phát số chuẩn DAB 10 4.2 Sơ đồ máy thu số DAB 11 Một vài chuẩn phát số 12 KẾT LUẬN 12 LỜI GIỚI THIỆU Phát phuơng tiện truyền thông đại chúng quan trọng xã hội, khẳng định vai trò to lớn việc tuyên truyền đường lối, phổ biến chủ trương sách Đảng Nhà nước, quảng bá thông tin kinh tế, trị, khoa học giáo dục văn hóa xã hội thông tin dịch vụ cho tầng lớp nhân dân xã hội Cùng với phát triển công nghệ điện tử - viễn thông tin học, ngành phát khơng ngừng đại hóa trang thiết bị ứng dụng công nghệ nhằm đáp ứng nhu cầu nghệ ngày đa dạng, chất lượng cao, góp phần đưa ngành phát trở thành ngành cơng nghiệp giải trí đem lại lợi nhuận lớn, đóng góp tích cực vào mức tăng trưởng kinh tế chung đất nước, góp phần làm giảm khoảng cách công nghệ so với nước phát triển Từ thập kỷ 80 trở trước, phát chủ yếu dựa công nghệ phát analog AM FM, cơng nghệ có số nhược điểm sau :  Chi phí lớn để mở rộng vùng phủ sóng, mở them chương trình cần đầu tư them mạng phủ sóng, truyền dẫn tín hiệu, kinh phí đầu tư lớn  Chi phí khai thác mạng phát sóng cao, chủ yếu điện tiêu thụ lớn  Chất lượng thu bị hạn chế tượng pha đing, nhiễu đa đường  Khả thu lưu động kém, khơng có dịch vụ giá trị giá trị gia tăng kèm theo  Chịu ảnh hưởng khốc liệt phương tiện thông tin khác truyền hình, Internet  Tại nhiều quốc gia, phổ tần số bị sử dụng đến mức bão hịa, khơng thể tăng số lượng kênh phát lên nhu cầu mở them kênh không dừng lại Để khắc phục nhược điểm đó, nước, tổ chức phát giới nghiên cứu phát triển hệ thống phát số Công nghệ phát số công nghệ hội tụ phát công nghệ số hóa giúp nâng cao chất lượng chương trình phát thanh, giảm chi phí khai thác, tăng nguồn thu với dịch vụ gia tăng, nâng cao hiệu sử dụng phổ tần số Công nghệ mở nhiều hội lợi nhuận cho nhà khai thác, nhà cung cấp nội dung nhà kinh doanh thương mại điện tử Bài tiểu luận em tìm hiểu chuẩn phát số “Tìm hiểu tiêu chuẩn phát số DAB” Giới thiệu hệ thống phát số Phát radio môi trường truyền dẫn rộng lớn bao gồm hàng trăm nhà cung cấp chương trình, hàng nghìn máy phát HF hàng triệu máy thu Từ bắt đầu xuất phát quảng bá vào đầu năm 1920, thị trường phát triển mạnh mẽ dịch vụ phát quảng bá AM FM Ngày nay, sống giới dịch vụ hệ thống số Các thành phần chủ yếu trình sản xuất phát thay đổi sang số thời gian gần đây, bắt đầu việc thay đổi băng tương tự sang đĩa CD đĩa cứng Thêm vào đó, có vài mơi trường lưu trữ phân phối số khác CD, Minidisk DVD Vì vậy, hệ thống truyền dẫn quảng bá có xu hướng thay đổi từ truyền dẫn tương tự sang số Bước việc giới thiệu dịch vụ phát số hệ thống NICAM 728, DSR chưa phù hợp cho việc thay dịch vụ cách hoàn toàn, đặc biệt cho trạm thu di động Vì lý này, hệ thống Eureka 147 DAB phát triển giới thiệu toàn cầu Hệ thống phát số DAB (Digital Audio Broadcasting, thường gọi phát số) bước đổi thay cho hệ thống phát tương tự AM FM Hệ thống phát số phát triển từ dự án Eureka 147/ DAB vào năm 1990 Năm 1992, DAB thử nghiệm London với trạm phát sóng Năm 1995, DAB bắt đầu phát sóng thức (BBC Swedish Radio phát sóng vào ngày 27/9/1995) Năm 1999, DAB bắt đầu thương mại hóa đến năm 2000 xuất máy thu số với giá phải Các ưu, nhược điểm phát số:  Chất lượng âm tốt đĩa CD  Hoạt động tốt nơi nào: cho phép thu tín hiệu tốt nhiều nơi, kể trường hợp máy thu cố định (đặt nhà, sở…) hay di động (trên tàu, xe…)  Chất lượng dịch vụ tốt hơn, sóng phủ  Có khả thị tên dịch vụ, danh sách kênh lịch phát sóng Khơng truyền âm chất lượng cao mà truyền liệu dạng văn bản, hình ảnh tĩnh động  Tự động dò lại tần số kênh  Khắc phục nhược điểm phát tương tự can nhiễu, méo phađinh truyền sóng  Sử dụng phổ tần số cách hiệu  Độ méo tần số phát số so với phát analog Cấu trúc hệ thống DAB theo chuẩn Eureka 147 Hình Mơ hình hệ thống DAB Hệ thống gồm phần( Hình 2) :  Phần cung cấp dịch vụ phát thanh/ liệu : nơi sản xuất chương trình phát Tại tín hiệu âm thực mã hóa âm thanh, tạo PAD, tín hiệu liệu đóng gói Các tín hiệu với dịch vụ khác đưa đến khối ghép kênh  Phần cung cấp dịch vụ ghép kênh : phần ghép kênh tạo tín hiệu có cấu trúc khung tín hiệu phát số DAB Ngồi cịn đưa thêm thơng tin hỗ trợ cho điều khiển trạng thái sau tín hiệu tổng hợp đưa đến phần phát sóng  Phần cung cấp dịch vụ phát sóng : thực mã hóa điều chế OFDM cho khung DAB đưa phát sóng Miêu tả hệ thống DAB 3.1 Mã hóa phát số DAB 3.1.1 Mã hóa âm DAB sử dụng mã hóa âm MUSICAM (Masking Pattern Universal Sub-band Integrated Coding And Multiplexing.) giống phương pháp mã hóa MPEG-2 Hình 3.1.1a Kỹ thuật mã hóa băng (Sub-band coding) Tín hiệu cần truyền chia nhiều băng nhỏ Mỗi băng nhỏ phân tích mã hóa riêng biệt Việc phân tích xác định xem cần bit để mã hóa tín hiệu định xem tín hiệu cần mã hóa âm cảm nhận MUSICAM sử dụng kỹ thuật mã hóa âm MPEG-2 Điều dựa đặc điểm thính giác tai người, đặc biệt phổ hiệu ứng che lấp tai Về chất mã hóa thành phần tín hiệu âm mà tai người nghe thấy khơng mã hóa thành phần tần số mà tai người không nghe Hiệu ứng che lấp tai hiệu ứng “mặt nạ” (masking effect) Cơ sở hiệu ứng sau: ta nghe âm có cường độ C ngưỡng nghe tai thay đổi theo đường B, tức khoảng tần số từ 0,5 KHz đến KHz, có âm có cường độ nhỏ mà ta nghe (như âm D hình dưới) Hiệu ứng che lấp Như âm C đến tai người “che” số âm tần số lân cận có cường độ nhỏ nó, giống nghe nhiều người nói có giọng số người mà ta nghe được, chúng bị che giọng người khác Sử dụng hiệu ứng này, truyền tín hiệu phát thanh, ta cần truyền phần mà tai người nghe thấy được, tức phần không bị ảnh hưởng Masking effcet, loại bỏ phần dư thừa 3.1.2 Mã hóa kênh Mã hóa kênh DAB thực qua bước : - Phân tán lượng cách ngẫu nhiên hóa pha sóng mang (Energy Dispersal randomizes carrier phases) - Mã chập bảo vệ (Convolution Code adds protection) - Cài xen thời gian chống lại chùm lỗi bộc phát (Time interleaving combats burst errors) - Cài xen tần số chống lại fading lựa chọn tần số (Freq interleaving combats freq selective fading) - Điều chế DQPSK Hình 3.1.2 Sơ đồ mã hóa kênh DAB  Công nghệ COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing)  FDM: phân chia liệu loạt sóng mang con, sóng bị phá hủy nhiễu hay đa đường dùng sóng khác để khơi phục lại thơng tin phía thu  Orthogonal: đảm bảo sóng mang khơng gây nhiễu cho  Coded: dùng mã sửa lỗi (Forward Error Correction) để giảm thiểu BER  OFDM :  Giải vấn đề lớn AM FM multipath (đa đường)  Thêm khoảng bảo vệ (guard interval) nên loại bỏ ảnh hưởng việc chồng lấn ký hiệu (symbol)  Cho phép sử dụng mạng đơn tần - Single Frequency Network (dùng tần số cho hệ thống)  Coded OFDM:  Forward Error Correction: truyền nhiều liệu cần thiết để khơi phục tồn liệu phần bị (Mã xoắn giải thuật Viterbi)  Đan xen: xen kẽ liệu để không gặp phải chuỗi bit lỗi liền 3.2 Ghép kênh Tín hiệu DAB mạng truyền dẫn hệ thống viễn thông đưa đến ghép kênh qua giao diện truyền dẫn tổng hợp ETI (Ensemble Transport Interface) Thơng tin tín hiệu chia thành thành phần dịch vụ thông tin tương ứng với dịch vụ - SI Các thông tin trước đưa vào dồn kênh tổng hợp, đưa qua biến đổi STI (Service Transport Interface) Tồn thơng tin dịch vụ - SI tập hợp lại từ tất dịch vụ mã hoá đưa vào kênh FIC Tất thành phần dịch vụ ghép lại Đối với dịch vụ liệu, ghép trước ghép liệu đóng gói để tạo kênh liệu phụ chứa nhiều gói dịch vụ liệu Bên cạnh tín hiệu điều khiển dẫn, kể tín hiệu xác thực ghép kênh kênh thông tin nhanh FIC; thơng tin cấu hình ghép kênh MCI (Multiplexer Configuration Information) thơng tin thiết lập cấu hình ghép đưa tới khâu cung cấp dịch vụ chương trình Hình 3.2 Bộ ghép kênh tổng hợp 3.3 Khung chế đợ truyền dẫn DAB Cấu trúc khung tín hiệu DAB khác chế độ truyền dẫn Chu kỳ khung truyền dẫn chu kỳ khung liệu âm 24ms, số nguyên lần 24ms Hình 3.3 Cấu trúc khung tín hiệu DAB Cấu trúc khung DAB gồm symbol OFDM, symbol taọ từ ghép kênh, bao gồm CIF FIB Khung truyền dẫn gồm phần: phần đồng bộ, phần kênh thông tin nhanh FIC phần kênh dịch vụ MSC Phần kênh thông tin nhanh FIC cấu tạo từ bloc thông tin nhanh FIB mang liệu mô tả cấu trúc tín hiệu MSC gồm: thơng tin cấu trúc tín hiệu tổng hợp MCI, thơng tin dịch vụ SI, thơng tin truy cập có điều kiện CA thông tin kênh liệu nhanh FIDC FIC truyền với độ bảo vệ cao khơng thực kỹ thuật trải tín hiệu theo thời gian Cấu trúc kênh thông tin nhanh FIC Phần kênh dịch vụ MSC chuỗi khung liệu xử lý theo thời gian CIF Mỗi CIF chứa 55296 bit, CIF có 864 CU đánh số từ đến 863 MSC chia thành kênh phụ, kênh phụ chiếm giữ số định CU, CU sử dụng cho kênh phụ MSC truyền liệu theo chế độ: truyền dẫn theo kiểu dòng liệu kiểu đóng gói Kiểu dịng liệu tốc độ bit khơng đổi kênh phụ, kiểu đóng gói áp dụng cho trường hợp kênh phụ truyền thành phần nhiều dịch vụ Phần đồng bộ : kênh đồng sử dụng giới hạn hệ thống truyền dẫn ; làm sở cho việc giải điều chế Thí dụ đồng khung truyền dẫn; điều khiển tần số tự động; đánh giá trạng thái kênh nhận dạng máy phát Khung DAB cho chế độ có cấu trúc đơn giản Khung có độ dài 24ms, symbol đầu dành cho đồng bộ, symbol FIC mang thông tin cấu trúc ghép, truyền dẫn, 72 symbol lại MSC mang tin Các symbol OFDM khung DAB cho chế độ có thời gian truyền Ts= 312µs Riêng symbol gọi symbol null có thời gian truyền 324 µs dùng cho đồng Tín hiệu thiết lập ( gần 0) suốt thời gian để thị bắt đầu khung Hai symbol OFDM SC TFPR Mỗi symbol OFDM mang 384 symbol DQPSK tương ứng với 768bit symbol OFDM FIC mang 2304bit 72 symbol OFDM MSC mang 55296bit Như tốc độ liệu tương ứng 2.304Mbits Khung DAB chế độ giống Thời gian truyền khung 48ms, 96ms số symbol khung gấp lần khung DAB chế độ Số bit FIC MSC tăng tương ứng gấp gấp so với khung DAB chế độ Như tốc độ khung DAB khơng thay đổi Khung DAB chế độ có thời gian truyền 24ms symbol OFDM mang FIC, 144 symbol OFDM mang MSC Tốc độ liệu FIC gấp 4/3 so với chế độ khác MSC có tốc độ Bảng tổng hợp chế độ truyền dẫn DAB Vào tháng năm 2017, thông số kỹ thuật DAB cập nhật loại bỏ Chế độ II, III IV , để lại Chế độ I Sơ đồ máy phát, thu số DAB 4.1 Sơ đồ máy phát số chuẩn DAB Tiêu chuẩn EBU Châu Âu đưa năm 1992 ITU công nhận tiêu chuẩn cho phát số Hệ thống làm việc dải tần số từ 30 MHz đến GHz Hình 4.1 Sơ đồ máy phát số DAB  Khối mã hóa nguồn  Thực xử lý tín hiệu âm số theo chuẩn nén MPEG-1 Layer2 MPEG-2 Layer-2, tốc độ bit thay đổi từ Kps đến 384 Kbps  Truyền liệu: truyền luồng data riêng biệt đóng gói  Truyền liệu liên quan đến chương trình PAD cách gắn vào luồng liệu âm Tốc độ thấp 667bps thay đổi theo mã tín hiệu âm sử dụng  Truy cập liệu có điều kiện CA phục vụ cho mục đích thương mại  Truyền thơng tin dịch vụ SI: Thông tin giúp cho người sử dụng lựa chọn chương trình Ngồi SI cịn liên kết với dịch vụ phạm vi kênh tín hiệu tổng hợp dịch vụ tín hiệu tổng hợp (Esemble) khác, đồng thời liên kết với nhà cấp dịch vụ FM AM  Mã hóa kênh 10 Dữ liệu chương trình trải ra, xếp theo mã chèn theo thời gian Để trải liệu thành chuỗi bít ngẫu nhiên mang nội dung tương ứng cần có liệu xếp tín hiệu DAB Mã xếp thực xử lý cách đưa thêm liệu phụ giúp cho máy thu nhận biết loại trừ tốt sai sót truyền dẫn Đối với tín hiệu âm thanh, vài thành phần khung âm bị ảnh hưởng sai lỗi truyền dẫn thành phần khác giảm số lượng liệu phụ Chế độ gọi chống sai lỗi không cân – Unequal Error Protection (UEP)  Điều chế OFDM Sử dụng phương thức điều chế OFDM yêu cầu việc truyền dẫn liệu với tốc độ cao phù hợp cho máy thu di động, xách tay cố định, đặc biệt mơi trường truyền sóng phức tạp Kiểu điều chế thực cách chia thông tin thành nhiều khoảng nhỏ, sử dụng sóng mang riêng biệt để mã hố, sau đưa chúng vào kênh truyền dẫn 4.2 Sơ đồ máy thu số DAB Hình 4.2 Sơ đồ khối máy thu số chuẩn DVB Tín hiệu DAB từ anten vào xử lý khối mạch vào, lọc trộn với tần số trung gian trực tiếp biến đổi băng gốc Tín hiệu băng gốc sau giải điều chế OFDM cách dùng kỹ thuật FFT Mỗi sóng mang sau giải điều chế DQPSK giải xếp miền tần số thời gian Khối giải mã kênh thực giải mã Viterbi, loại bỏ mã dư thừa thêm vào phía phát để giảm lỗi đường truyền Sau tín hiệu audio đưa đến khối giải mã audio, liệu đưa đến khối giải mã liệu 11 Một vài chuẩn phát số Hiện giới tồn số tiêu chuẩn phát số Các tiêu chuẩn công nhận chuẩn quốc tế     EUREKA 147 Digital Audio Broadcasting (DAB) Digital Radio Mondiale (DRM) IBOC ISDB – T (Japan) KẾT LUẬN Như vậy, tiểu luận Tìm hiểu phát số chuẩn DAB vào tìm hiểu cách tổng quát vấn đề kỹ thuật bao gồm mã hóa, ghép kênh,…và sơ đồ khối máy thu phát số chuẩn DAB Qua đây, cho thấy lợi ích tuyệt vời phát số chuẩn DAB DAB cho phép đài truyền thông tin phương tiện số gần giống cách mạng di động vận hành, bao gồm việc nén liệu dồn kênh DAB tạo kênh thật rộng, khoảng 1.500MHz, sau chia nhỏ kênh thành nhiều luồng cho nhà cung cấp dịch vụ khác DAB không bị giới hạn số lượng kênh, cần trạm phát cách đủ xa để tín hiệu khơng bị xung đột Với FM, người nghe phải ghi nhớ tần số dị tìm Cịn với DAB, kênh tìm theo tên gọi đặt trước Người dùng cần mua thiết bị hỗ trợ chuẩn DAB để dùng radio kỹ thuật số DAB Do thời gian gấp rút, với khả mình, em cố gắng nghiên cứu, thu thập tài liệu liên quan để hoàn thành tiểu luận chắn không tránh khỏi sai sót Em mong nhận ý kiến đóng góp cô nội dung tiểu luận hoàn chỉnh 12 ... Tìm hiểu phát số chuẩn DAB vào tìm hiểu cách tổng quát vấn đề kỹ thuật bao gồm mã hóa, ghép kênh,…và sơ đồ khối máy thu phát số chuẩn DAB Qua đây, cho thấy lợi ích tuyệt vời phát số chuẩn DAB DAB... thông số kỹ thuật DAB cập nhật loại bỏ Chế độ II, III IV , để lại Chế độ I Sơ đồ máy phát, thu số DAB 4.1 Sơ đồ máy phát số chuẩn DAB Tiêu chuẩn EBU Châu Âu đưa năm 1992 ITU công nhận tiêu chuẩn. .. chế độ truyền dẫn DAB Sơ đồ máy phát, thu số DAB 10 4.1 Sơ đồ máy phát số chuẩn DAB 10 4.2 Sơ đồ máy thu số DAB 11 Một vài chuẩn phát số 12 KẾT