Nghiên cứu truyền hình số vệ tinh theo tiêu chuẩn châu âu thế hệ thứ hai (dvb s2) và khả năng ứng dụng tại việt nam

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: NGHIÊN CỨU TRUYỀN HÌNH SỐ VỆ TINH THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU THẾ HỆ THỨ HAI (DVB-S2) VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM Giảng viên hướng dẫn: Th.S Cao Thành Nghĩa Sinh viên thực : Nguyễn Trọng Thái Lớp : 49K - ĐTVT Khóa học : 2008 - 2013 NGHỆ AN - 2013 i MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU i TÓM TẮT ĐỒ ÁN iii DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ iv DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT vii Chương TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ QUA VỆ TINH 1.1 Tổng quan truyền hình số qua vệ tinh 1.2 Tiêu chuẩn DVB -S 1.2.1 Thích nghi đầu vào phân tán lượng 1.2.2 Mã hóa ngồi 10 1.2.3 Khối xáo trộn bit 11 1.2.4 Mã hóa trong-mã chập 13 1.2.5 Lọc băng gốc điều chế tín hiệu 16 1.3 Các thông số kỹ thuật đường truyền tiêu chuẩn DVB-S 18 1.4 Tiêu chuẩn truyền hình vệ tinh lưu động DVB-DSNG 20 1.4.1 Sơ lược điều chế mã lưới 21 1.4.2 Tiêu chuẩn DVB-DSNG 22 1.5 Kết luận chương 24 Chương TIÊU CHUẨN DVB-S2 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG 25 2.1 Giới thiệu tiêu chuẩn DVB-S2 25 2.1.1 Khối thích nghi kiểu truyền dẫn 25 2.1.2 Khối thích nghi dịng truyền tải 30 2.1.3 Khối mã hóa sửa lỗi trước FEC 31 2.1.4 Khối ánh xạ bit lên chòm điều chế 34 2.1.5 Tạo khung lớp vật lý 36 2.1.6 Lọc băng gốc điều chế cầu phương 53 2.2 Đặc điểm tiêu chuẩn DVB-S2 40 2.3 Một số điểm đáng ý thông số kỹ thuật tiêu chuẩn DVB-S2 42 2.4 So sánh số thông số kỹ thuật với DVB-S 46 ii 2.5 Kết luận chương 50 Chương MỘT SỐ ĐỀ XUẤT VỀ DỊCH VỤ VÀ THÔNG SỐ TRẠM THU PHÁT KHI SỬ DỤNG DVB-S2 CHO ĐÀI THVN 51 3.1 Hiện trạng sử dụng thông tin vệ tinh Đài Truyền hình Việt Nam 51 3.1.1 Hiện trạng truyền dẫn phát sóng chương trình truyền hình quảng bá truyền hình lưu động qua vệ tinh 51 3.1.2 Hiện trạng truyền dẫn phát sóng chương trình truyền hình VTV4 dành cho cộng đồng người Việt Nam nước qua vệ tinh 52 3.1.3 Hiện trạng máy phát vệ tinh Đài THVN 52 3.1.4 Hiện trạng máy phát vệ tinh lưu động băng C 53 3.2 Một số đề xuất dịch vụ DVB-S2 54 3.2.1 Phát sóng kết hợp chương trình truyền hình quảng bá SDTV HDTV 54 3.2.2 Phân phối chương trình đến trạm phát truyền hình mặt đất 55 3.2.3 Các ứng dụng lưu động DSNG sử dụng DVB-S2 56 3.2.4 Góp tin truyền hình tới Studio 57 3.2.5 Mã hóa điều chế thích nghi cho ứng dụng điểm-điểm 58 3.2.6 Dịch vụ IP unicast 59 3.2.7 Đối với dịch vụ truyền hình quảng bá 60 3.3 Kết luận chương 65 KẾT LUẬN 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 iii LỜI NĨI ĐẦU Truyền hình vệ tinh bắt đầu sử dụng Việt Nam từ năm 1990 để truyền dẫn tín hiệu chương trình truyền hình đến trạm phát lại mặt đất tỉnh, thành nước Ban đầu sử dụng vệ tinh băng tần C, cơng nghệ tương tự, sau tiến đến công nghệ số băng tần C, Ku Sau truyền dẫn vệ tinh sử dụng để truyền hình trực tiếp chương trình kỷ niệm ngày lễ lớn, kiện thể thao, văn hóa ngồi nước, cầu truyền hình,… đem lại hiệu kinh tế, kỹ thuật cao phát huy ưu điểm truyền hình số qua vệ tinh Ngoài nhiệm vụ truyền dẫn, từ năm 2002 Đài Truyền hình Việt Nam sử dụng vệ tinh vào dịch vụ truyền hình đến nhà DTH với ưu điểm sử dụng anten thu kích thước nhỏ gọn băng tần Ku Hiện nay, số lượng thuê bao DTH tăng lên đáng kể số lượng chất lượng chương trình khơng ngừng nâng cao nhằm đáp ứng nhu cầu thuê bao cạnh tranh với loại hình truyền dẫn khác Tồn hệ thống truyền hình số qua vệ tinh Truyền hình Việt Nam sử dụng tiêu chuẩn nén video MPEG-2 tiêu chuẩn truyền hình qua vệ tinh DVB-S Tiêu chuẩn DVB-S2 đời từ năm 2003 với ưu điểm so với chuẩn DVB-S như: khả sử dụng băng tần hiệu hơn, kiểu điều chế, mã hóa linh hoạt khơng bị hạn chế với kiểu mã hoá MPEG-2 mà mềm dẻo chấp nhận dạng đầu vào, bao gồm dòng bit liên tục, dòng truyền tải MPEG đơn đa chương trình, IP hay ATM Đặc tính cho phép dịng liệu khác cấu hình liệu tương lai sử dụng với DVB-S2 mà không cần tới tiêu chuẩn Tiêu chuẩn DVB-S2 bắt đầu đưa vào sử dụng Đài THVN truyền dẫn lưu động từ đầu năm 2010 Trong năm tới, việc đưa vào sử dụng chuẩn DVB-S2 truyền dẫn, phát sóng chương trình truyền hình cần thiết Tuy nhiên cần có nghiên cứu tìm hiểu cách khoa học để việc áp dụng đạt hiệu kinh tế, kỹ thuật cao tận dụng tốt thiết bị i Với mục tiêu em thực đề tài “Nghiên cứu truyền hình số vệ tinh theo tiêu chuẩn Châu Âu hệ thứ hai (DVB-S2) khả ứng dụng Việt Nam” Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.S Cao Thành Nghĩa tận tình hướng dẫn, giúp đỡ trình thực đồ án Do thời gian có hạn, trình độ thân cịn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi sai sót Kính mong góp ý thầy, cô bạn Sinh viên thực Nguyễn Trọng Thái ii TÓM TẮT ĐỒ ÁN Trong đồ án này, em xin trình bày tổng quan truyền hình số vệ tinh sâu vào nghiên cứu thử nghiệm chuẩn DVB-S2, số ứng dụng chuẩn DVB-S2 với ngành truyền hình cuối đề xuất dịch vụ thông số trạm thu phát sử dụng DVB-S2 cho Đài THVN Nội dung đồ án bao gồm: - Chương 1: Tổng quan truyền hình số vệ tinh - Chương 2: Tiêu chuẩn DVB-S2 số ứng dụng - Chương 3: Một số đề xuất dịch vụ thông số trạm thu phát sử dụng DVB-S2 cho Đài THVN ABSTRACK In this thesis, I would like to present an overview of satellite digital television and going into research and testing DVB-S2, as well as some applications of the DVB-S2 standard for the broadcast industry and eventually is proposed to service and base station parameters when using the DVB-S2 for Vietnam Television The contents of the scheme include: - Chapter 1: Overview of satellite digital television - Chapter 2: DVB-S2 standard and some applications - Chapter 3: Some suggestions on services and base station parameters when using the DVB-S2 for Vietnam Television iii DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Một số ứng dụng truyền hình số qua vệ tinh Hình 1.2 Sơ đồ khối truyền hình số qua vệ tinh Hình 1.3 Sơ đồ khối hệ thống truyền hình vệ tinh DVB – S Hình 1.4 Ví dụ mạch tạo chuỗi giả ngẫu nhiên đơn giản Hình 1.5 Ngun lý ngẫu nhiên hóa để phân tán lượng DVB-S Hình 1.6 Cấu trúc dòng truyền tải sau ngẫu nhiên hóa Hình 1.7 Gói dịng truyền tải TS MPEG-2 10 Hình 1.8 Gói TS sau mã hóa RS 10 Hình 1.9 Nguyên lý hoạt động xáo trộn/ giải xáo trộn 12 Hình 1.10 Lỗi chùm phân tán thành nhiều lỗi đơn 13 Hình 1.11 Bộ tạo mã chập với độ dài K = 13 Hình 1.12 Các trạng thái đầu tạo mã chập xét 14 Hình 1.13 Sơ đồ trạng thái tạo mã chập xét 14 Hình 1.14 Sơ đồ lưới tạo mã chập xét 15 Hình 1.15 Sơ đồ tạo mã chập tiêu chuẩn DVB-S 15 Hình 1.16 Vị trí bit loại bỏ tỷ lệ mã tương ứng 16 Hình 1.17 Đáp ứng tần số lọc với giá trị α khác 17 Hình 1.18 Sơ đồ khối điều chế giải điều chế QPSK DVB-S 18 Hình 1.19 Giản đồ chịm định vị bit điều chế QPSK 18 Hình 1.20 Nguyên lý điều chế TCM 21 Hình 1.21 Sơ đồ nguyên lý điều chế TCM”pragmatic”dùng DVB 22 Hình 1.22 Sơ đồ khối điều chế 8PSK tỷ lệ 2/3 DVB-DSNG 23 Hình 1.23 Giản đồ định vị bit điều chế 8PSK tỷ lệ 2/3 DVB –DSNG 23 Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống DVB-S2 25 Hình 2.2 Hoạt động mã hóa CRC-8 27 Hình 2.3 Định dạng đầu sau khối thích nghi kiểu truyền dẫn 28 Hình 2.4 Các thành phần khối thích nghi dịng truyền tải 30 Hình 2.5 Khung BBFRAME đầu khối thích nghi dịng truyền tải 30 Hình 2.6 Ngun lý ngẫu nhiên hóa DVB-S2 31 iv Hình 2.7 Các thành phần khối mã hóa trước FEC 31 Hình 2.8 Cấu trúc FECFRAME sau mã hóa trước 31 Hình 2.9 Sơ đồ xáo trộn bit, điều chế 8PSK khung FECFRAME thường 34 Hình 2.10 Các sơ đồ điều chế sử dụng DVB-S2 35 Hình 2.11 Ánh xạ bit điều chế phân cấp 36 Hình 2.12 Minh họa cấu trúc khung vật lý sử dụng DVB-S2 36 Hình 2.13 Quá trình tạo thành FECFRAME DVB-S2 37 Hình 2.14 Các thành phần khối tạo khung PLFRAME 38 Hình 2.15 Cấu trúc PLHEADER 39 Hình 2.16 Mơ hình mã hóa điều chế thích nghi 45 Hình 2.17 Độ lợi công suất DVB-S2 với DVB-S 47 Hình 2.18 Độ lợi băng thơng DVB-S2 47 Hình 2.19 Hiệu suất băng thơng C/N u cầu kênh nhiễu Gausse trắng cộng (AWGN) 48 Hình 3.1 Truyền dẫn phát sóng chương trình VTV 1,2,3,5,6 băng C (Hà Nội) Ku (Vĩnh Yên) 51 Hình 3.2 Truyền dẫn phát sóng chương trình VTV4 qua vệ tinh 52 Hình 3.3 Sơ đồ khối máy phát vệ tinh băng C 53 Hình 3.4 Cấu hình phát sóng HDTV SDTV sử dụng VCM 55 Hình 3.5 Phân phối chương trình đến trạm phát truyền hình mặt đất 56 Hình 3.6 Sơ đồ khối hệ thống DVB-S2 với ứng dụng điểm-điểm 58 Hình 3.7 Dịchvụ IP dùng DVB-S2 liên kết ACM 59 Hình 3.8 Vùng phủ sóng vệ tinh Measat 61 Hình 3.9 Vùng phủ sóng vệ tinh VINASAT1 63 v DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1 Ví dụ trạng thái đầu mạch tạo chuỗi giả ngẫu nhiên Bảng 1.2 Các thông số tạo mã chập tiêu chuẩn DVB-S 15 Bảng 1.3 Sự phụ thuộc tốc độ bit vào băng thông tỷ lệ mã DVB-S 19 Bảng 1.4 Tỷ lệ mã Eb/ No yêu cầu phía thu 20 Bảng 1.5 Các lựa chọn điều chế mã hóa DVB –DSNG 24 Bảng 2.1 Giá trị trường MATYPE-1 29 Bảng 2.2 Các tham số mã hóa khung FECFRAME thường 32 Bảng 2.3 Đa thức sinh BCH trường hợp khung FECFRAME thường 33 Bảng 2.4 Thông số xáo trộn bit tiêu chuẩn DVB-S2 34 Bảng 2.5 Số lượng SLOT theo độ dài XFECRAME 38 Bảng 2.6 So sánh DVB-S2 với DVB-S vài chế độ làm việc khác điển hình 48 Bảng 3.1 Ví dụ so sánh DVB-S DVB-S2 ứng dụng quảng bá 54 Bảng 3.2 Bảng kết C/N toàn tuyến vùng phủ sóng với anten thu có đường kính khác 62 Bảng 3.3 Yêu cầu C/N tỷ lệ mã hoá FEC đương truyền vệ tinh tiêu chuẩn DVB-S 62 Bảng 3.4 Bảng kết C/N tồn tuyến vùng phủ sóng với anten thu có đường kính khác 64 Bảng 3.5 Yêu cầu đường truyền kiểu mã hoá 65 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT 8PSK 16APSK 32APSK ACI AGC ACM ASI AVC AWGN Khóa dịch pha mức 8-ary Phase Shift Keying 16-ary Amplitude Phase Shift Keying 32-ary Amplitude Phase Shift Keying Adjacent Chanel Interference Coding and Modulation Adjacent Satellite Interference white Nhiễu kênh cận kênh Mã hóa điều chế thích nghi Nhiễu vệ tinh cận kênh Mã hóa video tiến tiến Advanced Video Coding Additive Khóa dịch biên độ pha 32 mức Tự động điều chỉnh độ khuếch đại Automatic Gain control Adaptive Khóa dịch biên độ pha 16 mức Gaussian noise Tạp âm Gaussian tính cộng trắng BC Backwards Compatible Tương thích ngược BER Bit Error Ratio Tỷ lệ lỗi bit BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha hai mức BCH Bode-Chaudhuri Mã khối nhị phân sửa lỗi Hocquenghem CNR Carrier to Noise Ratio Tỷ số sóng mang tạp âm CBR Constant Bit Rate Tốc độ bit khơng đổi CCM Constant Coding and Modulation Mã hóa điều chế không đổi CRC Cyclic Redundancy Check Mã kiểm tra chẵn lẻ vòng DFL Data Field Length Độ dài trường liệu DTH Direct To Home Dịch vụ truyền hình vệ tinh tận nhà Digital Video Broadcasting Tổ chức dự án phát truyền hình DVB số châu Âu vii 20-26 kênh SDTV phát đáp, giảm đáng kể chi phí cho kênh vệ tinh Đối với chương trình HDTV, với dung lượng 5-6 kênh giảm bớt chi phí cho việc nâng cấp từ dịch vụ SDTV thông thường Một cải tiến DVB-S2 khả truyền dẫn với nhiều dòng truyền tải khác nhau, với thiết lập thơng số tách biệt chương trình Điều giúp DVB-S2 truyền kết hợp đồng thời kênh SDTV HDTV Ví dụ, với tốc độ symbol 27,5 Mbaud sử dụng 8PSK 3/4 QPSK 2/3, khoảng 40 Mbit/s dùng để truyền chương trình HDTV 12 Mbit/s dùng để truyền từ đến chương trình SDTV Chênh lệch tỷ số C/N yêu cầu khoảng dB QPSK 5/6 Điều chế DVB-S2 Mã hóa SDTV Mã hóa SDTV Kiểu thích nghi Ghép kênh Mã hóa HDTV Mã hóa HDTV Ghép kênh Giao diện đầu vào cơng cụ thích nghi K ế t h ợ p Giao diện đầu vào cơng cụ thích nghi Thích nghi dịng truyền tải Mã hóa FEC Đa dịng truyền dẫn VCM Hệ số roll – off =0,25 Pilots: On Điều chế PSK 3/4 Hình 3.4 Cấu hình phát sóng HDTV SDTV sử dụng VCM [9] 3.2.2 Phân phối chương trình đến trạm phát truyền hình mặt đất Truyền hình số mặt đất DTT sử dụng rộng rãi giới Một cách phổ biến để phân phối chia sẻ chương trình truyền hình đến trạm phát số mặt đất sử dụng vệ tinh Sử dụng DVB-S2 cho phép truyền nhiều dịng ghép kênh MPEG theo cấu hình sóng mang phát đáp Do khối khuếch đại cao tần HPA vệ tinh làm việc điểm làm việc bão hòa để đạt hiệu suất cao Ví dụ, phát đáp với băng thơng 36MHz α = 0,2 truyền tốc độ symbol 30 Mbaud, sử dụng DVB-S2 Nếu muốn truyền dòng ghép kênh 55 DTT với tốc độ bit 24 Mbit/s hiệu suất sử dụng phổ cần thiết (48: 30) = 1,6 bit/s/Hz Hiệu suất tương ứng với điều chế QPSK Tỷ số C/N yêu cầu vào khoảng dB Để đảm bảo chất lượng tuyến truyền dẫn, anten trạm phát lên có đường kính 3m (EIRP = 64 dBW) anten trạm mặt đất có đường kính 1,2m Nếu thay DVB-S2 cách sử dụng DVB- DSNG thiết lập hệ thống sau: 8PSK 2/3, tốc độ symbol 13,3 Mbaud, C/N yêu cầu dB đồng thời phát đáp phải điều chỉnh để OBO = 5,5 dB Do C/N yêu cầu cao hơn, EIRP anten phát phải 75 dBW kích thước anten trạm thu không nhỏ m Như vậy, sử dụng DVB-S2 cho phép thu nhỏ kích thước anten trạm upink rẻ QPSK 5/6 Điều chế DVB-S2 Mã hóa SDTV Mã hóa SDTV Mã hóa HDTV Mã hóa HDTV DTT Ghép kênh DTT Ghép kênh Kiểu thích nghi Giao diện đầu vào cơng cụ thích nghi Giao diện đầu vào cơng cụ thích nghi K ế t h ợ p Thích nghi dịng truyền tải Mã hóa FEC Đa dịng truyền dẫn CCM Hệ số roll – off =0,20 Pilots: off Điều chế Mã hóa liên tục điều chê Hình 3.5 Phân phối chương trình đến trạm phát truyền hình mặt đất [9] 3.2.3 Các ứng dụng lưu động DSNG sử dụng DVB-S2 Chuẩn DVB-S2 thiết kế dành cho ứng dụng lưu động DSNG Trong lĩnh vực này, DVB-S2 thể rõ hiệu Ví dụ: Với băng tần 9MHz phát đáp vệ tinh, xe truyền hình lưu động DVB-S2 (kích thước anten 1,2m, EIRP=61 dBW) truyền dịng liệu tốc độ 19,8 Mbit/s điều kiện trời tốt chuyển sang 14,85 Mbit/s có mưa lớn Trong đó, dùng DVB-DSNG đạt 10,7 Mbit/s Thậm chí xét trạm DSNG gọn nhẹ (flyaway) với đường kính anten 90cm khuếch đại HPA công suất 12 W DVB-S2 kết hợp với ACM đạt 9,9 Mbit/s (QPSK, 2/3, roll-off 0,2) điều kiện tốt, 8,9 56 Mbit/s (QPSK 3/5) điều kiện bình thường 3,68 Mbit/s (QPSK 1/4) trời xấu Như đủ để có chất lượng tốt với mã hóa MPEG-2, cịn với DVB-S cần tăng cơng suất lên dB đạt tốc độ 6,1 Mbit/s 3.2.4 Góp tin truyền hình tới Studio DVB-S2 lý tưởng cho hoạt động góp tin vệ tinh điểm-điểm điểmđa điểm, DSNG từ trạm uplink di chuyển Các dịch vụ truyền tải nhiều dịng truyền tải MPEG DVB-S2 cung cấp mã hố điều chế khơng đổi, điều chế mã hố thích nghi, điều chế mã hố thay đổi, cho phép định dạng điều chế mức sửa lỗi thay đổi giới hạn sở liệu sở khung tiếp nối Băng thơng cần thiết giảm tính kháng nhiễu cao DVB-S2 đặc biệt giá trị với ứng dụng SNG, giá thành truyền dẫn độ tin cậy thông số xem xét Xét ví dụ: Giả sử thuê 18MHz phát đáp vệ tinh ba DSNG, dùng 6MHz Mỗi DSNG phát kênh đơn tốc độ bit 6,8Mb/s, dùng điều chế QPSK, tỷ lệ mã FEC 7/8 roll-off 35% Băngthơng tồn phần cho kênh MHz (5,7 MHz cho video 0,3 MHz cho thông tin audio với studio) (Eb/N0) cần thiết theo chuẩn DVB-S 6,4 dB mức vừa phải ta lấy 6,1 dB, ứng với tỷ số (C/N) 8,176 dB Khi nâng cấp lên DVB-S2 giảm giá thành băng thơng truyền dẫn ba kênh, thêm kênh với giá thành Cụ thể: dùng điều chế 8PSK, 2/3 FEC roll-off 20% với pilot, băng thông cần thiết để truyền kênh DVB-S2 4,5 MHz (4,2 MHz cho video 0,3 MHz cho thông tin video với studio) Điều biểu diễn tiết kiệm băng thông 25% so với MHz cần thiết để truyền nội dung chuẩn DVB-S Tỷ số (C/N) cần thiết 7,92 dB, thấp giá trị 8,176 dB DVB-S Như vậy, việc chuyển từ DVB-S sang DVB-S2 tăng từ ba lên bốn DSNG, với giá thành khơng đổi Hoặc nhà quảng bá truyền nội dung cũ ba DSNG, tiết kiệm 25% băng thông Giả sử DSNG phát /lần, 60 lần/năm số tổng cộng ba 540 Nếu giá thành th 300USD/MHz/giờ với số băng thơng giảm 4,5 MHz ba khối cho tiết kiệm hàng năm là: 300USD/MHz/giờ x 4,5 MHz x 540 = 729.000 USD 57 3.2.5 Mã hóa điều chế thích nghi cho ứng dụng điểm-điểm Khi sử dụng DVB-S2 cho ứng dụng điểm-điểm (point to point), lợi DVB-S2 so với DVB-S thể rõ nhờ ứng dụng mã hóa điều chế thích nghi ACM ACM cho phép tăng gấp đơi chí gấp ba thông lượng hệ thống giảm đáng kể giá thành dịch vụ Ngoài ra, ACM giúp hạn chế gián đoạn thông tin điều kiện đường truyền quan trọng với băng tần cao (Ku, Ka) vùng khí hậu nhiệt đới Hình 3.6 Sơ đồ khối hệ thống DVB-S2 với ứng dụng điểm-điểm [9] Đường truyền DVB-S2 chế độ ACM bao gồm thành phần sau: Gateway ACM, điều chế DVB-S2, trạm phát lên vệ tinh, vệ tinh trạm thu vệ tinh Trạm thu (ST-Satellite terminal) kết nối với cổng ACM thông qua kênh phản hồi Bộ điều chế DVB-S2 làm việc với tốc độ symbol khơng đổi, băng thơng phát đáp vệ tinh cố định Tuy nhiên, nhờ cấu trúc khung vật lý DVB-S2, điều chế thay đổi phương pháp điều chế mã hóa khung Nhờ áp dụng chế thích nghi mà DVB-S2 trì dịch vụ điều kiện đường truyền xấu (mưa, bão…) cách tăng thêm bit mã sửa sai, lựa chọn phương pháp điều chế chống nhiễu tốt Cơ chế làm việc DVB-S2 theo chế độ mã hóa & điều chế thích nghi sau: - Mỗi trạm thu xác định trạng thái thời kênh truyền (bằng tỷ số sóng mang nhiễu + tạp âm C/N+I) thông báo đến cổng ACM thông qua kênh phản hồi 58 - Cổng ACM dựa tin thông báo để lựa chọn cấu hình mã hóa cho gói tin - Để tránh tượng tràn thông tin điều kiện xấu, chế điều khiển tốc độ bit thiết lập để quy định lưu lượng điều kiện cụ thể Điều thực nhiều cách khác nhau, phụ thuộc vào yêu cầu dịch vụ cấu trúc hệ thống - Để hoạt động hiệu độ trễ phản ứng vòng lặp điều khiển trạng thái kênh quan trọng, điều ảnh hưởng trực tiếp tới khả thích ứng hệ thống Ví dụ, độ biến thiên C/N+I tối đa băng Ka 0,5 dB giây có mưa lớn Do chênh lệch C/N mức bảo vệ khác DVB-S2 khoảng dB nên độ trễ thích nghi cần nhỏ giây để giảm thiểu khả mát liệu 3.2.6 Dịch vụ IP unicast Hình 3.7 Dịchvụ IP dùng DVB-S2 liên kết ACM Hình 3.7 sơ đồ trao đổi thơng tin (thơng tin yêu cầu thông tin đáp ứng) người dùng internet qua vệ tinh (ST-Satellite Terminal), Gateway vệ tinh (Satellite Gateway) nhà cung cấp dịch vụ (Info Service Provider) phiên sử dụng Internet dùng hệ thống ACM DVB-S2 Hệ thống IP unicast dùng DVB-S2 phải áp dụng sửa lỗi người dùng (user), số user lớn (ví dụ đến vài trăm ngàn) Theo ‘thương lượng”giữa ST thiết bị quản lí định tuyến ACM (ACM Router Manager) mà ACM router nguyên tắc tách rời gói IP cho user, mức yêu cầu bảo vệ lỗi dịch vụ khác 59 Tổng lưu lượng đầu vào trung bình kênh mức bảo vệ không vượt qua lưu lượng kênh truyền Trong lưu lượng đỉnh thời vượt qua lưu lượng tùy theo dung lượng đệm thời gian trễ cho phép tối đa dịch vụ Khi tổng lưu lượng yêu cầu lớn lưu lượng kênh truyền phải chấp nhận trễ (delayed) ngưng dịch vụ (dropped) gói IP có độ ưu tiên thấp để ưu tiên cho gói IP có độ ưu tiên cao giảm tốc độ bit đến user mà điều kiện thu Nếu trễ vòng lặp (bao gồm Routing Manager ACM Router) lớn dể cho phép thu tốt điều kiện đường truyền fading nhanh dịch vụ thời gian thực video, audio ACM phải gắn cố định vào nhánh có độ ưu tiên cao Trong ACM Router đệm đầu vào dùng tới kỹ thuật polling tĩnh động theo thống kê lưu lượng, đặc tính đường truyền sách ưu tiên lưu lượng nhà cung cấp dịch vụ Giao diện ACM router với hệ thống ACM DVB-S2 dịng truyền tải đơn (Single Generic Stream) đa dòng truyền tải (Multiple Transport Stream) điều khiển ACM 3.2.7 Đối với dịch vụ truyền hình quảng bá [2] Đề xuất chuyển đổi: - Hiện số lượng chương trình quảng bá THVN gồm VTV1, VTV2, VTV3, VTV5 VTV6 Theo định hướng quy hoạch truyền dẫn phát sóng THVN đến năm 2020 từ 2010 bắt đầu triển khai truyên hình số mặt đất Hà Nội thành phố Hồ Chí Minh sau từ 2011-2015 triển khai diện rộng Việc đời tiêu chuẩn DVB-S2 mang lại hiệu cao cho việc chi phí thuê kênh vệ tinh đặc biệt có số lượng chương trình lớn Khác với tiêu chuẩn DVB-S tiêu chuẩn DVB-S2 cho phép thiết kế hệ thống với nhiều mức độ chất lượng đường truyền dẫn khác nhau, từ nơi có cường độ trường thấp, đến nơi có cường độ trường cao đảm bảo chất lượng đường truyền theo yêu cầu Đối với vệ tinh VINASAT vệ tinh có cường độ trường lớn, chất lượng đường truyền cao nên việc dụng DVB-S2 đem lại hiệu cao việc truyền dẫn tín hiệu truyền hình so với tiêu chuẩn DVB-S 60 Như trước hệ thống truyền dẫn THVN sử dụng vệ tinh Measat qua băng tần C, Vùng phủ sóng Vệ tinh Measat có cường độ trường EIRP từ 36-40dBW cho toàn lãnh thổ Việt Nam Vùng phủ sóng vệ tinh Measat 1: Hình 3.8 Vùng phủ sóng vệ tinh Measat Đối với vùng phủ sóng có cường độ trường trên, chất lượng đường truyền tinh tốn sau: Tính tốn chất lượng đường truyền Các thông số trạm phát: Công suất cực đại tram phát: 400 W Công suất hoạt động: 80 W (19,03 dBW) Độ dự trữ công suất trạm phát: 6,78 dB Độ rộng băng tần 18 Mhz Kiểu điều chế QPSK Tỷ lệ FEC ¾ Tỷ lệ FEC 3/4 Đường kính anten phát: 4,6 m Tăng ích anten phát: 46,91 dB 61 Tổng suy hao trạm phát: dB Cường độ EIRP hoạt động: 62,49 dBW Thông số vệ tinh: Cường độ EIRP: phụ thuộc vị trí trạm thu Độ rộng băng tần phát đáp: 36 Mhz Độ rộng băng tần sử dụng: 18 MHz Back off (cho tuyến tính): dB Bảng 3.2 Bảng kết C/N tồn tuyến vùng phủ sóng với anten thu có đường kính khác 36 37 38 39 40 4.14 5.04 5.91 6.67 7.57 6.34 7.17 7.96 8.72 9.43 Anten 3,0 m 7.92 8.67 9.39 10.05 10.66 Anten 3,6 m 9.09 9.78 10.41 10.99 11.51 Anten 4,8 m 10.71 11.26 11.75 12.18 12.57 EIRP (dB) Anten 1,8 m Anten 2,4 m Khi sử dụng tiêu chuẩn DVB-S, phụ thuộc vào tỷ lệ mã hoá đường truyền (FEC), mà yêu cầu chất lượng đường truyền C/N khác Bảng sau yêu cầu C/N tỷ lệ mã hoá FEC đương truyền vệ tinh tiêu chuẩn DVB-S Bảng 3.3 Yêu cầu C/N tỷ lệ mã hoá FEC đương truyền vệ tinh tiêu chuẩn DVB-S EB/No C/N 16.383 5.3 4.20 16.383 21.845 5.8 6.00 12.288 18.431 24.575 6.3 7.00 5/6 13.653 20.479 27.306 6.8 7.90 7/8 14.336 21.503 28.671 7.2 8.60 Band width (Mhz) 12 18 24 8.889 13.333 17.778 1/2 8.192 12.288 2/3 10.922 FEC 3/4 Symbol rate (Msym/s) Information data rate (Mb/s) 62 Đối với chất lượng đường truyền sử dụng vệ tinh Measat việc sử dụng tỷ lệ mã sủa sai FEC 3/4 cho phép anten thu có đường kính 2,4m có khả thu tốt chương trình THVN Đối với số nơi có cường độ trường EIRP nhỏ 37dBW cần sử dụng anten có đường kính lớn Khi chuyển sang vệ tinh VINASAT1, vùng phủ sóng băng tần vệ tinh VINASAT1 sau: 30oN 20oN 80oE 10oN oN 80oE 90oE 100oE 110oE 120oE Hình 3.9 Vùng phủ sóng vệ tinh VINASAT1 Đối với tồn lãnh thổ Việt Nam, cường độ trường vệ tinh VINASAT1 có mức EIRP 44 dB, tính tốn chât lượng đường truyền vệ tinh VINASAT1 tính sau: Tính tốn chất lượng đường truyền Các thông số trạm phát: Công suất cực đại tram phát: 400 W Công suất hoạt động: 80 W (19,03 dBW) Độ dự trữ công suất trạm phát: 6,78 dB 63 Độ rộng băng tần 18 Mhz Kiểu điều chế QPSK Tỷ lệ FEC ¾ Tỷ lệ FEC 3/4 Đường kính anten phát: 4,6 m Tăng ích anten phát: 46,91 dB Tổng suy hao trạm phát: dB Cường độ EIRP hoạt động: 62,49 dBW Thông số vệ tinh: Cường độ EIRP: phụ thuộc vị trí trạm thu Độ rộng băng tần phát đáp: 36 Mhz Độ rộng băng tần sử dụng: 18 MHz Back off (cho tuyến tính): dB Bảng 3.4 Bảng kết C/N toàn tuyến vùng phủ sóng với anten thu có đường kính khác EIRP (dB) 42 44 Anten 1,8 m 9,20 10,70 Anten 2,4 m 11,05 12,32 Anten 3,0 m 12,28 13,34 Anten 3,6 m 13,14 14,01 Do có chất lượng đường truyền C/N cao việc tiếp tục sử dụng tiêu chuẩn DVB-S gây lãng phí hiệu băng tần vệ tinh VINASAT1 Khi sử dụng DVB-S tốc độ cao vệ tinh VINASAT sử dụng 18 MHz (1/2 Transponder) 21,50 Mbit/s Với kết tính tốn chất lượng đường truyền THVN hồn tồn sử dụng kiểu điều chế DVB-S2 8PSK, FEC 9/10 vệ tinh VINASAT mà đảm bảo chất lượng tín hiệu đồng thời đem lại hiệu suất 180% so với tiêu chuẩn DVBS Khi sử dụng tiêu chuẩn DVB-S2 yêu cầu đường truyền kiểu mã hoá mô tả bảng sau: 64 Bảng 3.5 Yêu cầu đường truyền kiểu mã hoá Band Width 12 18 24 Symbol rate 9.6 14.4 19.2 Data rate (Mbit/s) Es/No Eb/No C/N QPSK 1/2 9.493 14.240 18.986 1.00 1.049 0.03 QPSK 3/5 11.408 17.112 22.815 2.23 1.481 1.26 QPSK 2/3 12.694 19.040 25.387 3.10 1.887 2.13 QPSK 3/4 14.280 21.420 28.559 4.03 2.306 3.06 QPSK 4/5 15.237 22.856 30.474 4.68 2.674 3.71 QPSK 5/6 15.885 23.827 31.770 5.18 2.993 4.21 QPSK 8/9 16.958 25.437 33.916 6.20 3.729 5.23 QPSK 8/9 17.171 25.756 34.341 6.42 3.895 5.45 8PSK 3/5 17.088 25.632 34.176 5.50 2.996 4.53 8PSK 2/3 19.014 28.521 38.028 6.62 3.652 5.65 8PSK 3/4 21.390 32.085 42.780 7.91 4.431 6.94 8PSK 5/6 23.794 35.691 47.588 9.35 5.408 8.38 8PSK 8/9 25.402 38.103 50.803 10.69 6.464 9.72 8PSK 9/10 25.720 38.581 51.441 10.98 6.700 10.01 3.3 Kết luận chương Chuẩn DVB-S2 có nhiều ưu điểm so với chuẩn DVB-S, nhiên thiết bị truyền hình giới nói chung Đài THVN nói riêng dùng chuẩn DVB-S Việc chuyển đổi sang sử dụng chuẩn DVB-S2 cần có lộ trình hợp lý kết hợp với đầu tư thiết bị thích hợp để tận dụng tốt thiết bị có thiết bị đầu tư Trong chương tác giả trình bày ứng dụng điển hình DVB-S2 phương án áp dụng vào thiết bị truyền dẫn phát sóng vệ tinh Đài THVN 65 KẾT LUẬN Trên sở lý thuyết, đề tài phân tích, nghiên cứu chuẩn DVB-S DVB-DSNG chương 1, chuẩn DVB-S2 so sánh với chuẩn DVB-S chương 2, ứng dụng điển hình chuẩn DVB-S2 trạng đề xuất phương án chuyển đổi sang DVB-S2 cho THVN năm tới chương DVB-S2 chuẩn đời dựa yêu cầu chất lượng tiết kiệm băng tần dịch vụ truyền thống truyền dẫn phát sóng chương trình truyền hình độ phân giải tiêu chuẩn SDTV dịch vụ internet, truyền dẫn phát sóng chương trình truyền hình độ phân giải cao HDTV Các kỹ thuật đưa vào sử dụng gồm kỹ thuật mã hóa sử lỗi LDPC, BCH có khả sửa lỗi tốt sửa lỗi cụm tập trung nhờ áp dụng kiểu điều chế có hiệu suất cao 16APSK, 32APSK Ngồi ra, nhờ có kênh ngược để tương tác phía thu phía phát mà áp dụng kiểu điều chế mã hóa thích nghi ACM nhằm tối ưu hóa hiệu suất băng thơng (ACM cho phép tăng gấp đơi chí gấp ba thơng lượng hệ thống giảm đáng kể giá thành dịch vụ) độ tin cậy đường truyền (điều có ý nghĩa quan trọng băng tần Ku bị chịu ảnh hưởng nhiều thời tiết điều kiện khí hậu nhiệt đới Việt Nam) Một đặc điểm bật DVB- S2 chấp nhận nhiều đầu vào khác MPEG-2, MPEG-4, IP, HDTV,…dạng gói liên tục mà khơng bó buộc vào kiểu đầu vào dòng truyền tải MPEG-2 tiêu chuẩn DVB-S Đề tài đưa vào áp dụng thực tế lựa chọn thiết bị vệ tinh lưu động bước đầu đưa vào làm tài liệu tham khảo tiến hành dự án đầu tư thiết bị truyền hình vệ tinh Đài THVN Do yếu tố chủ quan khác quan nên đồ án em khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong đóng góp ý kiến thầy cô, đồng nghiệp người quan tâm tới đồ án này 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Nguyễn Đình Lương (2001), Các hệ thống thông tin vệ tinh, NXB Bưu điện [2] Phùng Văn Vận (2005), Nghiên cứu cấu trúc hệ thống viễn thông mặt đất để sử dụng hiệu vệ tinh Vinasat, Đề tài KC.01.19 [3] Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam (2005), Cơng nghệ vệ tinh, Tài liệu khố học Công nghệ vệ tinh TIẾNG ANH [4] DVB (1997), Framing structure, channel coding and modulation for 12/12GHz satellite services, DVB EN 300 421 [5] DVB (1999), Framing structure, channel coding and modulation for Digital Satellite News Gathering (DSNG) and other contribution applications by satellite, DVB, EN 301 210 [6] ETSI TR 102 376 V1.1.1 (2005-02), Digital Video Broadcasting (DVB), User guidelines for the second generation system for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and otherbroadband satellite applications (DVB-S2) [7] DVB-S2 ready for lift-off, Alberto Morello and Vittoria Mignone [8] Dirk Breynaert, Newtec, Analysis of DVB-S2 bandwidth efficiency [9] International Journal of Satellite Communications and Networking, Alberto Morello, Ulrich Reimers, DVB-S2 the Second Generation Standard for Satellite Broadcasting and Unicasting TRANG WEB: [10] http://www.tinhte.vn/ truy nhập cuối ngày 11/12/2012 [11] http://www.citd.edu.vn/ truy nhập cuối ngày 15/12/2012 [12] http://www.phatthanhtruyenhinh.vn/ truy nhập cuối ngày 20/12/2012 [13] http://truyenhinhso.vn/ truy nhập cuối ngày 22/12/2012 [14] http://hdtv.vtc.vn/ truy nhập cuối ngày 22/12/2012 67 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Trọng Thái Mã số sinh viên: 0851080321 Ngành: Kỹ sư Điện tử - Viễn thông Khoá: 49 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Cao Thành Nghĩa Cán phản biện: Nội dung đồ án tốt nghiệp: Nhận xét cán hướng dẫn: Vinh, ngày tháng năm 2013 Cán hướng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên) 68 ... qua vệ tinh Truyền hình Việt Nam sử dụng tiêu chuẩn nén video MPEG-2 tiêu chuẩn truyền hình qua vệ tinh DVB-S Tiêu chuẩn DVB-S2 đời từ năm 2003 với ưu điểm so với chuẩn DVB-S như: khả sử dụng. .. Vietnam Television iii DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Một số ứng dụng truyền hình số qua vệ tinh Hình 1.2 Sơ đồ khối truyền hình số qua vệ tinh Hình 1.3 Sơ đồ khối hệ thống truyền. .. Ku qua vệ tinh Thaicom Đến nay, tồn chương trình truyền hình Việt Nam sử dụng cơng nghệ truyền dẫn tín hiệu truyền hình số qua vệ tinh Việc chuyển đổi sang phát truyền hình số qua vệ tinh tạo