Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu rõ các kỹ thuật mã hóa và điều chế trong tiêu chuẩn DVB s2 của châu Âu

Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số vệ tinh MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Sơ đồ khối tổng quát hệ thống truyền hình số 1.2.1 Các thành phần chức năng: 1.2.2 Các phương pháp chuyển đổi số - tương tự 1.3 Ưu điểm truyền hình số CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU SỐ VÀ MỘT SỐ CHUẨN NÉN 10 2.1 Các phương pháp truyền dẫn tín hiệu số 10 2.1.1 Truyền hình cáp 10 2.1.2 Truyền hình số mặt đất 12 2.1.3 Truyền hình vệ tinh 14 2.2 Tìm hiểu loại chuẩn nén 17 2.2.1 Kỹ thuật nén video số 17 2.2.2 Thơng tin dư thừa tín hiệu video 17 2.2.3 Quá trình nén 18 2.2.4 Các phương thức nén 19 2.2.5 Kỹ thuật nén Audio 19 2.2.6 Các loại chuẩn nén 20 CHƯƠNG 3: TIÊU CHUẨN DVB-S2 VÀ CÁC KỸ THUẬT CƠ BẢN24 3.1 Giới thiệu tiêu chuẩn DVB -S2 (EN 302 307) 24 3.1.1 Khối thích nghi kiểu truyền dẫn (Mode Adaptation) 25 3.1.2 Khối thích nghi dịng truyền tải (Stream Adaptation) 30 3.1.3 Khối mã hóa sửa lỗi trước FEC 31 3.1.4 Khối ánh xạ bit lên chòm điều chế 35 Sinh viên: Trần Thị Huệ Lớp: LT ĐHBK Hà Nội khóa II Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số vệ tinh 3.1.5 Tạo khung lớp vật lý (PL Framing) 37 3.1.6 Lọc băng gốc điều chế cầu phương 41 3.2 Điểm lại tiêu chuẩn DVB-S2 41 3.2.1 Các mode điều chế DVB-S2 41 3.2.2 Tiểu hệ thống sửa lỗi tiến (FEC) DVB-S2 43 3.3 Một số điểm đáng ý chuẩn nén H.264/AVC thông số kỹ thuật tiêu chuẩn DVB-S2 43 3.4 So sánh số thông số kỹ thuật 52 3.5 Một số ứng dụng DVB - S2 Việt Nam 54 3.5.1 Băng tần vệ tinh Vinasat Việt Nam 55 3.5.1 Phương thức hoạt động Truyền hình số vệ tinh 56 3.5.2 Ưu nhược điểm chuẩn DVB-S2 58 KẾT LUẬN 60 Sinh viên: Trần Thị Huệ Lớp: LT ĐHBK Hà Nội khóa II Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số vệ tinh LỜI MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Tiêu chuẩn truyền dẫn qua vệ tinh DVB-S2 đời từ năm 2003 tới áp dụng phổ biến Các nhà quảng bá vệ tinh triển khai hệ thống dùng DVB-S2 Đây tiêu chuẩn dẫn tổ chức DVB kỳ vọng nhiều ưu việt so với tiêu chuẩn DVB-S trước Ứng dụng cơng nghệ DVB-S2 làm tăng đáng kể hiệu suất sử dụng băng thông truyền dẫn vệ tinh từ 30% lên đến 131% so với DVB-S, đồng thời giảm giá thành thuê bao transponder vệ tinh Tiêu chuẩn DVB-S2 tiêu đề DVB cho đời tiêu chuẩn truyền dẫn khác DVB-T2, DVB-C2, DVB-H2 Bởi thế, em thấy việc tìm hiểu tiêu chuẩn truyền dẫn hay có ý nghĩa thiết thực Đây lý mà đồ án tốt nghiệp em tập trung tìm hiểu rõ kỹ thuật mã hóa điều chế tiêu chuẩn DVB-S2 Châu Âu Từ để thấy mà tiêu chuẩn lại có nhiều ưu điểm ưu việt việc tăng dung lượng hệ thống, tăng chất lượng dịch vụ Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng tìm hiểu đồ án vấn đề liên quan tới hệ thống xử lý số hệ thống phát thu tín hiệu DVB-S2, Phạm vi tìm hiểu đề tài lĩnh vực quảng bá vệ tinh số ứng dụng tương tác có liên quan sử dụng DVB-S2 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu dựa phân tích lý thuyết hệ thống kết hợp với việc tìm hiểu thực tế ứng dụng tiêu chuẩn DVB-S2 triển khai Việt Nam Kết cấu đồ án Đồ án tốt nghiệp triển khai gồm chương sau: Chương I: Tổng quan truyền hình số Sinh viên: Trần Thị Huệ Lớp: LT ĐHBK Hà Nội khóa II Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số vệ tinh Chương II: Các phương pháp truyền dẫn tín hiệu số số chuẩn nén Chương III: Tiêu chuẩn DVB-S2 kỹ thuật Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô bạn bè giúp đỡ em suốt trình thực đề tài Đặc biệt Ths Nguyễn Thị Kim Thoa, giảng viên Viện Điện tử viễn thông, trường Đại học Bách khoa Hà Nội tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em hồn thành đồ án Do thời gian tìm hiểu có giới hạn nên đồ án em khơng tránh khỏi có sai sót, thiếu sót Em mong nhận ý kiến đóng góp từ thầy bạn bè, người quan tâm đến đề tài để hồn thiện đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 20 tháng năm 2017 Sinh viên Trần Thị Huệ Sinh viên: Trần Thị Huệ Lớp: LT ĐHBK Hà Nội khóa II Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số vệ tinh MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT ACM( Adaptive Coding and Modulation): Điều chế mã hóa thích nghi ADC A/D (Analog digital coverter): Biến đổi tương tụ sang số APSK (Amplitude Phase - Shift Keying): Điều chế dịch pha biên độ ATM ( Asynchronous Transfer Mode): Mode truyền bất đồng AVC (MPEG - Advance Video Coding): Mã video tiên tiến BB (Base band): Băng sở BBHEADER (Base band header): Trường mào đầu băng sở BCH (Bose - Chaudhuri - Hocquenghem(code)) Mã BCH nhị phân có khả sửa nhiều lỗi CATV (Community access television): Truyền hình cáp hữu tuyến CCM (Consant Coding and Modulation): Mã hóa khơng đổi CRC (Cyclic redundancy check): Mã kiểm tra cyclic DAC D/A (Digital analog converter): Biến đổi số sang tương tự DFL(Data filed length): Độ dài trường liệu DSNG (Digital Satellite New Gathering): Thu thập tin tức kỹ thuật số vệ tinh DTH ( Direct to home): Truyền hình trực tiếp qua vệ tinh DVB ( Digital video Broadcasting): Truyền hình kỹ thuật số DVB - C (Digital video Broadingcasting cable): Truyền hình kỹ thuật số truyền qua cáp DVB- H (Digital video Broadingcasting Hand): Truyền hình số cho thiết bị cầm tay DVB - T (Digital video Broadingcasting Terrestrial): Truyền hình kỹ thuật số mặt đất DVB - S (Digital video Broadingcasting Satellite): Truyền hình kỹ thuật số vệ tinh DVB - S2 (Digital video Broadingcasting Satellite , version 2): Truyền hình kỹ thuật số vệ tinh, hệ thứ Sinh viên: Trần Thị Huệ Lớp: LT ĐHBK Hà Nội khóa II Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số vệ tinh EIRP ( Efecttive Istropic Radiated Power ): Công suất xạ đẳng hướng tương đương FDM (Frequence Division Multiplex): Ghép kênh phân chia tần số FEC ( Forward Error Correction): Mã sửa lỗi tiền HDTV ( High Definition television): Truyền hình độ phân giải cao HPA ( High power Amplifiter): Tầng khuếch đại công suất cao IP (Internet Protocol): Giao Thức truyền internet IRD (Intergrated receiver decoders): Thiết bị thu giải mã phức hợp LBS : Mức lượng tử LDPC ( Low Density Parity): Mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp LSB (Least signficant bit): Bit có trọng số thấp MPEG (Moving Picture Experts Group): Chuẩn nén video MSB ( Most signficant bit): Bit có trọng số cao MUX ( Multuplex ): Bộ ghép kênh PL ( Physical layer): Lớp vật lý PLHEADE ( Physical layer frame): Khung lớp vật lý PLHEADER ( Physical layer header): Trường mào đầu lớp vật lý PLS ( Physical layer signal): Phát tín hiệu lớp vật lý PRBS ( Pseudo - Random Sequence): Chuỗi giả ngẫu nhiên PSK ( Phase - Shift Keying): Điều chế dịch pha QAM (Quadrature Amplitude Modulation): Điều biên trực pha QEF (Quasi - erorr -Free): Hệ số tỉ lệ lỗi QPSK ( Quadrature Phase - Shift Keying): Điều chế vuông pha RM ( Reed Muller code): Mã Reed Muller SDTV ( Standrd Definition Television): Truyền hình độ phân giải chuẩn UP ( Userpacket): Gói khách hàng UPL ( User packet length): Độ dài gói khách hàng VCM ( Variable Coding and Modulation): Điều chế mã hóa thay đổi Sinh viên: Trần Thị Huệ Lớp: LT ĐHBK Hà Nội khóa II Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số vệ tinh CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ 1.1 Giới thiệu chung Truyền hình đen trắng đời từ năm đầu thập kỷ XX với nhiều tiêu chuẩn khác nhau: L, M, N, B, G, H, I, D, K.Truyền hình màu với ba hệ: NTSC, PAL, SECAM xuất vào thập kỷ 50 tạo nên bước ngoặt q trình phát triển cơng nghệ truyền hình Cả ba hệ sử dụng tín hiệu thành phần tín hiệu chói hai tín hiệu hiệu màu (Y, R-Y, B-Y) Điều khác phương pháp điều chế tín hiệu hiệu màu, tần số sóng mang màu phương pháp ghép kênh Do phát triển nhanh chóng cơng nghệ điện tử với đời vi mạch cỡ lớn, xử lý tín hiệu với tốc độ cao, nhớ với dung lượng lớn bùng nổ công nghệ thông tin năm gần đây, video số, truyền hình số hồn tồn mang tính khả thi bước trở thành thực.Số hố tín hiệu video thực tế biến đổi tín hiệu video tương tự (Analog) sang dạng số (Digital) Cơng nghệ truyền hình số bộc lộ mạnh tuyệt đối so với công nghệ tương tự nhiều lĩnh vực.Tuy nhiên việc chuyển đổi tín hiệu video từ tương tự sang số có nhiều vấn đề cần xem xét nghiên cứu.Tín hiệu video, theo tiêu chuẩn OIRT có tần số ≤ 6MHz theo tiêu chuẩn Nyquist để đảm bảo chất lượng, tần số lấy mẫu phải lớn 12MHz; với số hoá bít, để truyền tải đầy đủ thơng tin tín hiệu video thành phần có độ phân giải tiêu chuẩn, tốc độ phải lớn 200Mbit/s Đối với truyền hình độ phân giải cao, tốc độ bit lớn 1Gbit/s Dung lượng lớn, kênh truyền hình thơng thường khơng có khả truyền tải Các vấn đề mấu chốt cần xem xét trình số hố tín hiệu video bao gồm: - Tần số lấy mẫu - Phương thức lấy mẫu Sinh viên: Trần Thị Huệ Lớp: LT ĐHBK Hà Nội khóa II Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số vệ tinh - Tỷ lệ tần số lấy mẫu tín hiệu chói tín hiệu hiệu màu (trong trường hợp số hố tín hiệu thành phần) - Nén tín hiệu video để truyền tín hiệu truyền hình số kênh truyền hình thơng thường đảm bảo chất lượng tín hiệu theo mục đích sử dụng 1.2 Sơ đồ khối tổng quát hệ thống truyền hình số Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số có dạng sau: Tín hiệu TH tương tự Thiết bị phát Tín hiệu Biến đổi A/D Mã hố kênh Biến đổi tín hiệu Kênh thơng tin Tín hiệu TH tương tự Tín hiệu Biến đổi D/A Giải mã hố kênh Biến đổi tín hiệu Thiết bị thu Hình 1.1: Sơ đồ cấu trúc tổng quát hệ thống truyền hình số Đầu vào thiết bị tiếp nhận tín hiệu truyền hình tương tự Trong thiết bị mã hố (biến đổi AD), tín hiệu hình biến đổi thành tín hiệu số, tham số đặc trưng tín hiệu xác định từ hệ thống truyền hình lựa chọn.Tín hiệu truyền hình số đưa tới thiết bị phát Sau qua kênh thơng tin, tín hiệu truyền hình số đưa tới thiết bị thu cấu tạo từ thiết bị biến đổi tín hiệu ngược lại với q trình xử lý phía phát Giải mã tín hiệu truyền hình thực biến đổi tín hiệu truyền hình số thành tín hiệu truyền hình tương tự Hệ thống truyền hình số trực tiếp xác định cấu trúc mã hoá giải mã tín hiệu truyền hình.Mã hố kênh đảm bảo chống sai sót cho tín hiệu kênh thơng tin Thiết bị mã hố kênh phối hợp đặc tính tín hiệu số với kênh thơng tin Khi tín hiệu truyền hình số truyền theo kênh thơng tin, thiết bị biến đổi gọi điều chế giải điều chế Sinh viên: Trần Thị Huệ Lớp: LT ĐHBK Hà Nội khóa II Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số vệ tinh Nguyên tắc làm việc ADC Tín hiệu Tín hiệu vào Lọc thơng thấp Lấy mẫu Lượng tử Mã hố Xung lấy mẫu + đồng hồ Hình 1.2: Sơ đồ khối mạch biến đổi tương tự - số 1.2.1 Các thành phần chức năng: a Mạch lọc thông thấp Chức năng: Hạn chế băng tần tín hiệu vào, ngăn ngừa méo chéo (các tín hiệu khác chồng lên nhau) u cầu: Khơng làm xuất méo tín hiệu tương tự cần lấy mẫu Do mạch lọc cần làm suy giảm mạnh tín hiệu ngồi băng tần (45dB), đồng thời cần có đặc tuyến thích hợp cho băng tần tín hiệu có ích b Mạch tạo xung đồng hồ lấy mẫu Mạch tạo xung dùng để lấy mẫu đồng tất khâu mạch ADC, tạo xung sau đây: - Xung lấy mẫu tạo từ tần số lấy mẫu f SD (đồng với tần số dòng) Thời gian xung lấy mẫu 1 Tsd (Tsd  ) 20 f sd - Xung đồng hồ dùng để đồng khâu ADC, đồng với xung lấy mẫu c Mạch lấy mẫu Mạch có hai nhiệm vụ là: - Lấy mẫu tín hiệu tương tự điểm khác cách (rời rạc hố tín hiệu mặt thời gian) - Giữ cho biên độ điện áp điểm lấy mẫu khơng đổi q trình chuyển đổi (nghĩa q trình lượng tử hố mã hố) Sinh viên: Trần Thị Huệ Lớp: LT ĐHBK Hà Nội khóa II Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số vệ tinh d Mạch lượng tử hố Tín hiệu mạch lấy mẫu đưa đến mạch lượng tử hóa để làm trịn Q Mạch lượng tử hố làm nhiệm vụ rời rạc hố tín hiệu tương tự mặt biên độ Q trình lượng tử hố thực chất q trình làm trịn số, lượng tử hố thực theo nguyên tắc so sánh, tín hiệu cần chuyển đổi so sánh với loạt đơn vị chuẩn Q e Mạch mã hoá với độ xác  Trong mạch mã hố, kết lượng tử hoá xếp lại theo quy luật định phụ thuộc vào loại mã yêu cầu đầu chuyển đổi Trong nhiều loại ADC, trình lượng tử hố mã hố xảy đồng thời, lúc khơng thể tách rời hai q trình Phép lượng tử hố mã hố gọi chung phép biến đổi A/D 1.2.2 Các phương pháp chuyển đổi số - tương tự Chuyển đổi số- tương tự (DAC) q trình khơi phục lại tín hiệu tương tự từ N số hạng (N bit) biết tín hiệu số với độ xác mức lượng tử (1 LSB) để khơi phục lại tín hiệu tương tự từ tín hiệu số ta dùng sơ đồ khối có dạng sau: Video số Mạch logic Khuyếh Lấy mẫu DAC Vi deo tương tự Lọc thông thấp Đại Xung lấy mẫu Hình 1.3: Sơ đồ khối mạch biến đổi số - tương tự (DAC) UM t Hình 1.4: Tín hiệu mạch chuyển đổi D- A Sinh viên: Trần Thị Huệ Lớp: LT ĐHBK Hà Nội khóa II Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số vệ tinh  Một số đặc tính làm tăng cường khả chống sai số liệu: + Thông số cài đặt cấu trúc: tập hợp thông số nhằm tăng cường cho thơng tin đầu mục q trình hiệu Ở tiêu chuẩn trước số thông tin đầu mục chuỗi ảnh ảnh hưởng lớn đến q trình giải mã Cịn H.264/AVC thơng tin tách riêng tạo tinh linh hoạt chuyên dụng sâu + Cấu trúc cú pháp NAL: Mỗi cấu trúc cú pháp H.264/AVC đặt gói liệu vật lý gọi NAL + Hỗ trợ ký thuật xếp thứ tự mềm dẻo FMO xếp thứ tự slile ASO + Hỗ trợ ảnh chuyển mạch đồng SI/SP kỹ thuật phân vùng liệu  Một số điểm đáng ý thông số kỹ thuật DVB-S2  Hiệu truyền dẫn tăng DVB-S2 tăng dung lượng phát đáp vệ tinh lên 30% Dung lượng phát đáp vệ tinh chuẩn 36MHz, hoạt động với tốc độ biểu tượng 27,5 Msymbols/s FEC 3/4 tăng từ 38 Mb/s lên 50 Mb/s dùng DVB-S2 Về lý thuyết, dùng DVB-S2 kết hợp với MPEG-4 truyền tới kênh HDTV Mb/s/kênh phát đáp, so với kênh HDTV 16Mb/s/kênh dùng DVB-S MPEG-2 phát đáp Điều thực việc thay mã xoắn nội Viterbi DVB-S mã nội LDPC hiệu hơn, kết hợp với thay mã ngoại Reed-Solomon mã BCH DVB-S2 Kết hợp mã sửa lỗi tiến (FEC) LDPC/BCH làm cho DVB-S2 tiến gần tới giới hạn Shannon hơn, cách khoảng 1,2 dB so với khoảng dB DVB-S  Các giải pháp kết hợp mạnh Trong DVB-S2 có kết hợp hiệu tác động lẫn cảu mode điều chế, hệ số roll-off tỷ lệ mã FEC Ngoài điều chế Sinh viên: Trần Thị Huệ 46 Lớp: LT ĐHBK Hà Nội khóa II Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số vệ tinh QPSK DVB-S, DVB-S2 thêm ba sơ đồ điều chế bậc cao 8PSK, 16APSK, 32APSK cho phép tăng dung lượng phát đáp vệ tinh Nếu trước tiêu chuẩn truyền dẫn vệ tinh cho ứng dụng quảng bá thu tin vệ tinh số (DSNG) khác (DVB-S DVB-DSNG) DVB-S2 đảm nhiệm tất Các tỷ lệ mã FEC tăng thêm: DVB-S có 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8; DVB-S2 bổ sung thêm 1/4, 1/3, 2/5, 3/5, 4/5, 8/9, 9/10 Đặc biệt có ba tỷ lệ mã hố mà bit dư phục vụ cho việc bảo hiểm lỗi nhiều bit thơng tin, tỷ lệ mã: 1/4, 1/3 2/5 Ở QPSK 1/4 giải mã tín hiệu mức nhiễu -2,35dB, có nghĩa tỷ số (S/N) = -2,35 dB hay mức nhiễu cao mức tín hiệu Các tỷ lệ mã cho phép thông tin điều kiện lan truyền thường thấy ứng dụng DSNG Do tính mềm dẻo DVB-S2 tăng lên nhiều so với DVB-S DVB-DSNG  Lựa chọn mode điều chế Các mode điều chế có đường bao khơng đổi QPSK 8PSK cho phép khuếch đại cơng suất đầu đèn sóng chạy phát đáp vệ tinh hoạt động chế độ bão hoà Điều quan trọng dịch vụ quảng bá cho phép điều khiển độ lợi tự động để trì phát đáp mức cơng suất đầu cực đại không phụ thuộc vào suy giảm uplink Do đảm bảo mức công suất phát xạ đẳng hướng tương đương đầu không đổi từ vệ tinh QPSK cung cấp bit/symbol, 8PSK bit/symbol Do 8PSK mang lượng thơng tin lớn QPSK 50% với băng thông Nhưng điều yêu cầu công suất phát xạ tương ứng lớn từ vệ tinh, kích thước anten thu vệ tinh lớn Các vệ tinh công suất cao khối thu vệ tinh với hệ số nhiễu thấp làm cho 8PSK trở nên thông dụng cho ứng dụng quảng bá Các mode điều chế với đường bao không đổi, 16QAM (trong DVB-DSNG), 16APSK 32APSK cần hoạt động phát đáp với mode hoạt Sinh viên: Trần Thị Huệ 47 Lớp: LT ĐHBK Hà Nội khóa II Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số vệ tinh động tuyến tính để tránh can nhiễu điều chế tương hỗ Các phát đáp hoạt động mức back-off đáng kể không cho công suất đầu cực đại  Các frame lớp vật lý Lớp cao tần (RF layer) tín hiệu DVB-S2 chia thành khung vật lý không cần sử dụng dạng mã hoá hay điều chế Mode điều chế tỷ lệ mã thay đổi theo khung Các khung ấn định cho luồng truyền tải khác Mỗi khung kết thúc dãy symbol BPSK 90bits, bảo vệ cao header mã khối 7/64 Header bao gồm tín hiệu đồng thông tin liên quan với báo hiệu Và kèm theo 16.200 bit (180x90), 64.800 bit (720x90), bảo vệ liên hợp mã LDPC/BCH FEC Các khung FEC dài cấp bảo vệ lỗi tốt lại có độ trễ lớn so với khung FEC 16 200 bit Do vậy, khung FEC ngắn dùng cho ứng dụng mà yêu cầu độ trễ nhỏ hay tính đến lưu lượng liệu (trường hợp thơng tin truyền nhỏ mà sử dụng khung thường, truyền lượng lớn bit dư thừa không mang thông tin), khung dài sử dụng để tối ưu hoá việc bảo vệ tín hiệu (ví dụ ứng dụng quảng bá thông thường) Bằng việc dùng điều chế mã hoá khác cho khung khác nhiều khả sáng tạo Tuy nhiên cần bổ sung cac pilot vào tín hiệu để dễ dàng cho việc khơi phục sóng mang  Mã hố điều chế không đổi (CCM-Constant Coding and Modulation): Mode hoạt động đơn giản DVB-S2 mã hoá điều chế khơng đổi tương tự với cách mà tín hiệu sử dụng DVB-S Trong CCM mode điều chế FEC sử dụng cho tất frame lớp vật lý Điểm trội DVB-S2 mode CCM so với DVB-S việc bảo hiểm lỗi cải thiện dùng mã nội mã ngoại mới, cải thiện dung lượng tăng 30% Sự cải thiện có giá trị lớn cho hệ Sinh viên: Trần Thị Huệ 48 Lớp: LT ĐHBK Hà Nội khóa II Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số vệ tinh thống quảng bá HDTV Tuy nhiên mode CCM tiềm đầy đủ cấu trúc frame lớp vật lý DVB- S2 không sử dụng  Mã điều chế thay đổi (VCM-Variable Coding and Modulation) Trong ứng dụng quảng bá DVB-S, QPSK tỷ lệ mã FEC cố định, với DVB-S2 khác: nhiều luồng truyền tải kết hợp phát đáp hoạt động chế độ bão hồ, cung cấp đường bao tín hiệu khơng đổi (QPSK 8PSK) Tuy nhiên nhiều luồng truyền tải ấn định cho frame vật lý khác nhau, dùng mode điều chế tỷ lệ mã khác cho dòng truyền khác Phụ thuộc vào ứng dụng mà có dung hồ khác dung lượng tính mạnh khoẻ truyền dẫn Ví dụ phát đáp mạng tín hiệu truyền hình SDTV HDTV với mức bảo vệ cho HD để đạt lợi ích tăng tốc độ bit Điều đặt yêu cầu cao kích thước anten đầu thu (set-top-box) HDTV, phải mức chấp nhận với ứng dụng Các dịch vụ chuyên dùng cho phép dùng anten kích thước lớn, dùng tỷ lệ mã xấu để đạt độ lợi tốc độ bit, tích hợp đến phát đáp quảng bá hoạt động chế độ bão hồ Điều bao gồm nhiều loại lưu lượng liệu khác internet backbone mà trước bặt buộc phải dùng sóng mang tách biệt nhằm đảm bảo tính linh hoạt chọn lựa tỷ lệ mã điều chế  Mã hoá điều chế thích nghi (ACM-Adaptive Coding and Modulation): ACM mode hoạt động tinh tế DVB-S2, cho phép tối ưu hoá ứng dụng điểm - điểm.Trong mode có kênh ngược từ máy thu tới máy phát uplink Kênh ngược cung cấp cập nhật tức thời hệ số Eb/N0 máy thu cho trạm uplink Điều sử dụng để thay đổi tỷ lệ mã hoá mode điều chế để tối ưu hố tốc độ bit cực đại.Có nghĩa trời dùng tỷ lệ mã xấu hơn, điều chế mức cao Sinh viên: Trần Thị Huệ 49 Lớp: LT ĐHBK Hà Nội khóa II Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số vệ tinh để tăng thơng lượng bit, nghĩa tăng thơng lượng trung bình toàn hệ thống Khi trời mưa to điều kiện lan truyền xấu ngược lại.Như cải thiện đáng kể thông số thông lượng hệ thống, đặc biệt với kết nối backbone internet loại lưu lượng liệu khác Trong ứng dụng DSNG, kênh ngược băng thông hẹp đến xe uplink cung cấp thơng lượng tối ưu điều kiện khó việc thay đổi mã hố điều chế tương ứng Ví dụ bắt buộc phải dùng mode với tốc độ bit thấp bình thường bù lại cách giảm tốc độ bit dùng cho mã hố Hình 2.12: Mơ hình mã hóa điều chế thích nghi  Mode tương thích ngược (BC mode-Backwards Compatible mode): Tiêu chuẩn DVB-S2 (tiêu chuẩn ETSI EN 302 307 V1.1.2 06/2006) nhìn thấy trước DVB-S2 có nhiều ưu điểm số máy thu theo tiêu chuẩn DVB-S lớn (hàng trăm triệu chiếc) nên nhà quảng bá vệ tinh khơng thể khó chuyển sang dùng DVB-S2 cịn phải tính đến quyền lợi người tiêu dùng Do tiêu chuẩn cịn có phụ lục tuỳ chọn “các mode tương thích ngược” Sinh viên: Trần Thị Huệ 50 Lớp: LT ĐHBK Hà Nội khóa II Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số vệ tinh để dung hồ việc ứng dụng công nghệ truyền dẫn cho quảng bá khách hàng họ Các mode tương thích ngược (BC mode) tuỳ chọn nhằm để gửi kênh vệ tinh hai luồng truyền tải.Dịng thứ (có độ ưu tiên cao-HP) tương thích với máy thu DVB-S ( theo tiêu chuẩn DVB-S EN 300 421) với máy thu DVB-S2, nghĩa hai máy thu DVB-S DVB- S2 thu tín hiệu luồng truyền tải Dịng thứ hai (có độ ưu tiên thấp-LP) tương thích với máy thu DVB-S2 Sự tương thích ngược thực theo hai phương pháp: - Điều chế theo lớp, tín hiệu DVB-S DVB-S2 ghép kênh không đồng tần số vô tuyến (do mode hoạt động không yêu cầu công cụ đặc biệt tiêu chuẩn kỹ thuật DVBS2) - Điều chế phân cấp, hai luồng truyền tải HP LP kết hợp đồng mức symbol điều chế chịm 8PSK khơng đối xứng Tiêu chuẩn DVB-S2 chọn phương pháp Cần ý mode phân cấp sử dụng tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T Ngoài dịch vụ quảng bá khơng phải DVB dựa điều chế QPSK truyền dòng truyền DVB-S2 LP, dùng sơ đồ điều chế theo lớp phân cấp kể Tuy nhiên dùng BC mode có ý nghĩa có thoả hiệp tiêu thành phần DVB-S2 DVB-S tín hiệu.Việc dùng điều chế 8PSK với hai symbol đặt gần so với góc phần tư so với giản đồ chịm 8PSK gốc làm cho máy thu DVB-S tin chúng thu tín hiệu QPSK, cịn máy thu DVB-S2 thu tất symbol Việc dùng ánh xạ phân cấp thông minh cho phép kết hợp tín hiệu SDTV cho máy DVB-S HDTV cho máy thu DVB-S2 phát đáp Sinh viên: Trần Thị Huệ 51 Lớp: LT ĐHBK Hà Nội khóa II Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số vệ tinh 3.4 So sánh số thông số kỹ thuật Việc dùng sơ đồ FEC cho phép DVB-S2 tăng thơng lượng kênh với mức cơng suất sóng mang sử dụng mode điều chế bậc cao so với QPSK DVB-S Đối với tỷ lệ lỗi bit (BER) DVB-S2 có độ dự phịng từ 1,4 đến 1,8 dB so với DVB-S Ví dụ: DVB-S QPSK với FEC tỷ lệ mã 3/4 yêu cầu mức cơng suất sóng mang DVB-S2 8PSK với FEC tỷ lệ mã 2/3 Hình 2.13: Độ lợi cơng suất DVB-S2 với DVB-S Độ dự phịng cho phép dùng anten thu có đường kính nhỏ điều kiện thời tiết xấu Đồng thời DVB-S2 cho phép dùng phổ hiệu xét thông số hiệu suất băng thông (bit/s/Hz) Việc dùng hệ số roll- off thấp cho phép dùng sóng mang hẹp Bảng 2.5 cho ta so sánh thông số DVB-S DVB-S2 vài chế độ làm việc khác điển hình Ta thấy với tỷ số C/N tương tự thông lượng kênh DVB-S2 tăng khoảng 30% so với DVB-S Sinh viên: Trần Thị Huệ 52 Lớp: LT ĐHBK Hà Nội khóa II Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số vệ tinh Bảng 2.5: So sánh DVB-S2 với DVB-S vài chế độ làm việc khác điển hình Hệ thống DVB -S DVB - S2 Băng thông kênh 36 36 Điều chế mã hóa QPSK 2/3 QPSK 3/4 Hệ số uốn lọc @ 0.35 0.20 Tốc độ symbol 27.5(@=0.35) 30.9 (@=0.20) 33.8 46 MHz (Mbaud) Tốc độ bít mang tin (Mbit/s) Tăng suất C/N(in 27,5MHz) (db) 34% 4.7 4.9 @PER=107 Những ưu điểm DVB-S2 so với DVB-S  Tăng dung lượng truyền dẫn băng thông So sánh với tiêu chuẩn DVB-S với điều kiện truyền dẫn: DVB- S2 có khả truyền liệu tới 30% dải băng thông Nói cách khác, tín hiệu truyền dẫn theo tiêu chuẩn DVB-S2 u cầu băng thơng 30% so với sử dụng DVB-S Đặc biệt ứng dụng điều chế, mã hóa VCM ACM hiệu suất sử dụng băng thông tăng tương ứng 66% 131%  Tăng hiệu công suất truyền dẫn Trong vùng phủ sóng, u cầu thu tín hiệu DVB-S2 thấp khoảng 2,5 dB so với tín hiệu DVB-S với điều kiện bảo vệ lỗi Ngoài ra, DVB-S2 cịn tương thích với nhiều phát đáp vệ Sinh viên: Trần Thị Huệ 53 Lớp: LT ĐHBK Hà Nội khóa II Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số vệ tinh tinh có khác hiệu suất sử dụng phổ (từ 0,5 đến 4,5 bit/sHz) yêu cầu tỷ số C/N kết hợp (từ -2 dB đến +16 dB) Chức điều chế mã hóa thay đổi (VCM) cho phép thực điều chế sử dụng mức bảo vệ lỗi khác để sử dụng thay đổi sở khung (frame) Chức cịn kết hợp với việc sử dụng kênh phản hồi (return channel) tạo thành vịng điều khiển kín (closed loop) Vì thông số truyền dẫn tối ưu cho kênh thông tin riêng biệt tùy thuộc vào điều kiện đường truyền  DVB-S2 thiết kế phù hợp với nhiều loại dịch vụ DVB-S2 tối ưu cho ứng dụng vệ tinh băng rộng như: - Các dịch vụ quảng bá: Truyền dẫn chương trình SDTV HDTV - Các dịch vụ tương tác bao gồm truy nhập internet - Các ứng dụng chuyên nghiệp: Phân phối tín hiệu truyền hình số tới trạm phát hình mặt đất (TV Contribution), truyền hình lưu động DSNG, truyền số liệu ứng dụng khác…  DVB-S2 khơng bị hạn chế với kiểu mã hóa video MPEG-2 Đầu vào DVB-S2 tương thích với kiểu mã hóa MPEG-2, MPEG-4 HDTV DVB-S2 chấp nhận nhiều dạng đầu vào khác nhau: dòng bit liên tục, dịng truyền tải đơn chương trình 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 3.5 Một số ứng dụng DVB - S2 Việt Nam Hiện Việt Nam có đơn vị khai thác sử dụng cơng nghệ truyền hình kỹ thuật số vệ tinh Truyền hình An Viên, truyền hình VTC, truyền hình K+ truyền hình HTV Tất sử dụng băng tần vệ tinh Vinasat Việt Nam Sinh viên: Trần Thị Huệ 54 Lớp: LT ĐHBK Hà Nội khóa II Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số vệ tinh 3.5.1 Băng tần vệ tinh Vinasat Việt Nam * Đang hoạt động Tên vệ tinh Chủ Vinasat-1 VNPT Vinasat-2 VNPT Vệ tinh Ngày phóng Chú thích 19 tháng Đây vệ tinh viễn thông 4, 2008 Việt Nam 16 tháng Là vệ tinh viễn thông thứ hai Việt 5, 2012 Nam, thay cho Vinasat-1 FPT nano F-1 21 tháng 7, 2012 Là vệ tinh siêu nhỏ Việt Nam tự chế tạo phóng lên quỹ đạo Nhưng khơng thu tín hiệu Là vệ tinh nhỏ quan sát Tài nguyên VNREDSat1 STI tháng 5, Thiên nhiên, Môi trường Thiên tai 2013 Vệ tinh viễn thám Việt Nam Pico Dragon VNSC tháng 8, 2013 Đây vệ tinh nhỏ Việt Nam tự chế tạo hoạt động thành cơng ngồi khơng gian * Dự án tương lai Tên vệ tinh Chủ Ngày phóng dự kiến Chú thích NanoDragon VNSC 2018 Vệ tinh có trọng lượng 10 kg; có nhiệm vụ thực giám sát rừng, tàu biển thử nghiệm công nghệ MicroDragon VNSC 2018 Vệ tinh có khối lượng 50 kg; có nhiệm vụ Sinh viên: Trần Thị Huệ 55 Lớp: LT ĐHBK Hà Nội khóa II Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số vệ tinh quan sát vùng biển ven bờ nhằm đánh giá chất lượng nước, định vị nguồn thủy sản, theo dõi thay đổi tượng xảy vùng biển ven bờ LOTUSat-1 LOTUSat-2 VNSC VNSC 03/2019 Vệ tinh nặng 600 kg; chế tạo, tích hợp, thử nghiệm Nhật Vệ tinh phục vụ việc phòng chống, giảm nhẹ thiên tai biến đổi khí hậu 2021/2022 Vệ tinh hoàn toàn người Việt Nam chế tạo, tích hợp thử nghiệm Trung tâm Vũ trụ Việt Nam Vệ tinh phục vụ việc phòng chống, giảm nhẹ thiên tai biến đổi khí hậu Theo đánh giá nhiều người dùng, K+ dịch vụ truyền hình số vệ tinh có chất lượng tốt với nhiều nội dung chọn lọc, hấp dẫn phim truyền hình dài tập, phim Việt Nam chiếu rạp nhất, chương trình giải trí truyền hình như: UK X-Factor, America's Got Talent,… chương trình thể thao đặc sắc mua quyền như: giải bóng đá ngoại hạng Anh, giải bóng đá Tây Ban Nha, giải tennis, golf… 3.5.1 Phương thức hoạt động Truyền hình số vệ tinh DVB-S2 viết tắt cụm từ Digital Video Broadcasting – Satellite – Second Generation Đây chuẩn truyền hình kỹ thuật số vệ tinh hệ thứ truyền hình số phát qua vệ tinh DVB-S2 cho hình ảnh sắc nét lên đến Full HD với âm trung thực sống động, mang đến trải nghiệm nghe nhìn chất lượng cao, ấn tượng Sinh viên: Trần Thị Huệ 56 Lớp: LT ĐHBK Hà Nội khóa II Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số vệ tinh Phương thức hoạt động Truyền hình số vệ tinh Đặc điểm truyền hình kỹ thuật số vệ tinh sử dụng chảo parabol để thu tín hiệu trực tiếp từ vệ tinh vào thẳng đầu giải mã kỹ thuật số Sinh viên: Trần Thị Huệ 57 Lớp: LT ĐHBK Hà Nội khóa II Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số vệ tinh Đầu thu truyền hình kỹ thuật số vệ tinh An Viên 3.5.2 Ưu nhược điểm chuẩn DVB-S2 + Ưu điểm: Dịch vụ truyền hình phù hợp với điều kiện địa hình Việt Nam Truyền hình kỹ thuật số vệ tinh có mạnh mà truyền hình mặt đất truyền hình cáp khơng thể có như: vùng phủ sóng rộng, khơng phụ thuộc vào địa hình, cường độ trường điểm thu ổn định đồng tồn quốc nên hình ảnh, âm ln có chất lượng tốt Sinh viên: Trần Thị Huệ 58 Lớp: LT ĐHBK Hà Nội khóa II Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số vệ tinh Phủ sóng rộng khắp nước + Nhược điểm: Lắp đặt khó khăn hơn, cần phải lắp chảo parabol quay hướng đinh Đồng thời, Đầu thu DVB-S2 bị ảnh hưởng thời tiết Chảo lắp chuẩn mưa nhỏ, râm râm xem Mưa lớn nặng hạt giật hình, khơng xem (bị đám mây đen che khuất làm tín hiệu) Ngoài ra, giá cước đắt so với truyền hình mặt đất DVB-T2 Sinh viên: Trần Thị Huệ 59 Lớp: LT ĐHBK Hà Nội khóa II Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số vệ tinh KẾT LUẬN 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 thông (ACM cho phép tăng gấp đôi 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 DVBS2 chấp nhận nhiều đầu vào khác MPEG-2, MPEG-4, IP, HDTV,…dạng gói liên tục mà khơng bó buộc vào kiểu đầu vào dịng truyền tải MPEG-2 tiêu chuẩn DVB-S Do yếu tố chủ quan khách quan nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót, em mong đóng góp ý kiến thầy cơ, bạn bè người quan tâm tới đồ án Một lần em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô bạn bè giúp đỡ em suốt trình thực đề tài Đặc biệt Ths Nguyễn Thị Kim Thoa, giảng viên Viện Điện tử viễn thông, trường Đại học Bách khoa Hà Nội tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em hồn thành đồ án Sinh viên: Trần Thị Huệ 60 Lớp: LT ĐHBK Hà Nội khóa II ... cộng lại với để tạo thành tín hiệu điều chế 3.2 Điểm lại tiêu chuẩn DVB-S2 3.2.1 Các mode điều chế DVB-S2 DVB-S2 có bốn mode điều chế, hai mode QPSK 8PSK với điều chế đường bao không đổi khuyến cáo... đời tiêu chuẩn truyền dẫn khác DVB-T2, DVB-C2, DVB-H2 Bởi thế, em thấy việc tìm hiểu tiêu chuẩn truyền dẫn hay có ý nghĩa thiết thực Đây lý mà đồ án tốt nghiệp em tập trung tìm hiểu rõ kỹ thuật. .. vệ tinh DVB-S2  Truyền hình di động Sinh viên: Trần Thị Huệ 23 Lớp: LT ĐHBK Hà Nội khóa II Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số vệ tinh CHƯƠNG 3: TIÊU CHUẨN DVB-S2 VÀ CÁC KỸ THUẬT CƠ BẢN Chuẩn truyền