Ofdm và ứng dụng trong chuẩn truyền hình số mặt đất dvb t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ OFDM ứng dụng chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T GIÁP VĂN TRƯỜNG truonggv911@gmail.com Ngành Kỹ thuật viễn thơng Giảng viên hướng dẫn: TS Vương Hồng Nam Viện: Điện tử Viễn thông HÀ NỘI, 6/2020 Chữ ký GVHD CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: ………………………………… …………… Đề tài luận văn: ………………………………………… …………… .… Chuyên ngành: ………………………… ………………… … Mã số SV: ………………………………… ………………… … Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày… .………… với nội dung sau: …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………………………… …… ……………………………………………………………………………………………… ……… …………………………………………………………………………………………… ………… ………………………………………………………………………………………… …………… ……………………………………………………………………… Ngày Giáo viên hướng dẫn tháng năm Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Lời Cam Đoan Tôi xin cam đoan: Những nội dung luận văn thực hướng dẫn trực tiếp thầy Vương Hoàng Nam, tham khảo dùng luận văn trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên cơng trình, thời gian, địa điểm công bố Mọi chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Học viên Giáp Văn Trường LỜI NÓI ĐẦU Trong sống đại ngày nay, thơng tin liên lạc đóng vai trị quan trọng khơng thể thiếu Sự phát triển nhanh chóng video, thoại thông tin liệu Internet, điện thoại di động có mặt khắp nơi, nhu cầu truyền thông đa phương tiện di động ngày phát triển Việc nghiên cứu phát triển diễn toàn giới để đưa hệ hệ thống truyền thông đa phương tiện băng rộng không dây Các dịch vụ viễn thơng phát triển nhanh chóng tạo nhu cầu to lớn cho hệ thống truyền dẫn thông tin Các công nghệ truyền dẫn vô tuyến lần lược đời FDMA, TDMA …nhằm đáp ứng nhu cầu tốc độ chất lượng truyền Mặc dù yêu cầu cho dịch vụ cao song yêu cầu giải pháp thích hợp để thực cho hệ Kỹ thuật OFDM lần giới thiệu năm 1966 OFDM kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao, thực phân chia dải tần cho phép thành nhiều dải tần với sóng mang khác nhau, sóng mang điều chế để truyền dòng liệu tốc độ thấp Tập hợp dòng liệu tốc độ thấp dịng tốc độ cao cần truyền tải Các sóng mang kỹ thuật OFDM họ sóng mang trực giao, điều cho phép chồng phổ sóng mang Do sử dụng dải thơng cách hiệu quả, ngồi họ sóng mang trực giao cịn mang lại nhiều lợi ích khác mà kỹ thuật khác khơng có Phương pháp gọi chung ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM ứng dụng cách hiệu nhiều hệ thống vơ tuyến riêng biệt hệ thống phát kỹ thuật số (DAB) truyền hình kỹ thuật số (DVB) Truyền hình số mặt đất DVB-T (mà chọn làm tiêu chuẩn cho truyền hình số Việt Nam) ứng dụng công nghệ OFDM Cơng nghệ OFDM sử dụng 1705 sóng mang (ở chế độ 2K) 6817 sóng mang (chế độ 8K) cho luồng liệu QPSK, 16-QAM hay 64-QAM tỷ lệ khoảng bảo vệ Tu/Ts = 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 tuỳ mơi trường có trễ dài hay ngắn Với khả chống hiệu ứng đa đường động tốt OFDM tạo ngành truyền hình có i khả mà truyền hình tương tự trước truyền hình số tuân theo tiêu chuẩn đạt Trong nội dung luận văn tốt nghiệp em xin giới thiệu tổng quan kỹ thuật OFDM ứng dụng truyền hình số mặt đất DVB-T Luận văn gồm chương: Chương 1: Giới thiệu tổng quan kỹ thuật OFDM Chương 2: Ước lượng kênh OFDM Chương 3: Ứng dụng công nghệ OFDM truyền hình số mặt đất DVB-T Mục đích luận văn nêu nguyên lý chung, cấu trúc ưu nhược điểm công nghệ OFDM Đồng thời nêu ứng dụng OFDM truyền hình số mặt đất DVB-T Vì thời gian có hạn kiến thức cịn hạn chế nên luận văn em khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận góp ý thầy bạn bè Cuối em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo TS Vương Hoàng Nam người tận tình giúp đỡ em hồn thành luận văn Em xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô giáo Viện Điện tử viễn thông tồn thể thầy cơng tác trường, cảm ơn bạn bè người thân ủng hộ giúp đỡ em trình học tập trường Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 28 tháng năm 2020 Học viên Giáp Văn Trường ii TÓM TẮT LUẬN VĂN Kỹ thuật ghép kênh đa sóng mang trực giao (OFDM) dạng đặc biệt kỹ thuật truyền đa sóng mang, luồng liệu đơn phát với tốc độ thấp nhờ sóng mang phụ Đây lí sử dụng OFDM có khả chống nhiễu fading lựa chọn tần số nhiễu băng hẹp Trong hệ thống đơn sóng mang việc suy giảm hay nhiễu gây nên hỏng hồn tồn liệu hệ thống đa sóng mang, lượng nhỏ sóng mang phụ bị ảnh hưởng Sau việc sử dụng mã sửa sai khắc phục điều Trực giao mối quan hệ tốn học xác tần số sóng mang phụ hệ thống Nếu sóng mang khơng mong muốn bị nén xuống tần số mà miền thời gian số nguyên lần khoảng thời gian ký hiệu (T) Do coi sóng mang gần độc lập (trực giao) khoảng cách sóng mang 1/T Nhờ vậy, biên tần sóng mang chồng lên bên thu thu tín hiệu mà khơng bị nhiễu sóng mang liền sát COFDM dạng OFDM có thêm mã sửa sai COFDM đặc biệt thích hợp với hệ thống quảng bá mặt đất có khả chịu hiệu ứng đa đường với độ trải trễ lớn tín hiệu bên thu Điều cho phép sử dụng mạng đơn tần SFN mạng máy phát gửi tín hiệu tần số Do đó, COFDM lựa chọn cho hai chuẩn phát quảng bá gần DAB DVB-T iii ABSTRACT Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) is a special case of multicarrier transmission, where a single datastream is transmitted over a number of lower ratesubcarriers One of the main reasons to use OFDM is to increase the robustness against frequency-selective fading or narrowband interference In a single carrier system, a single fade or interferer can cause the entire link to fail, but in a multicarrier system, only a small percentage of the subcarriers will be affected Error correction coding can then be used to correct for the few erroneous subcarriers The word orthogonal indicates that there is a precise mathematical relationship between the frequencies of the carriers in the system If the other carriers all beat down the frequencies that, in the time domain, have a whole number of cycles in the symbol period T, then the integration process results in zero contribution from all these other carriers Thus, the carriers are linearly independent (orthogonal) if the carrier spacing is a multiple of 1/T Thus, howerver the sidebands of the individual carrier overlap, the signals are still received without adjacent carrier interference Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing (COFDM) is a form of OFDM, in which the forward error-correction coding is applied COFDM is particularly well-suited to the needs of the terrestrial broadcasting channel COFDM can cope with high levels of multipath propagation, with a wide spread of delays between the received signals This leads to the concept of singlefrequency networks in which many transmitters send the same signal on the same frequency, generating “artificial multipath” COFDM has therefore been chosen for two recent new standards for broadcasting – DAB and DVB-T iv MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU i TÓM TẮT LUẬN VĂN iii MỤC LỤC v BẢNG TRA CỨU CÁC TỪ VIẾT TẮT vii DANH MỤC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC HÌNH VẼ x CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT OFDM 1.1 Giới thiệu chương 1.2 Nguyên lý OFDM 1.3 Các khái niệm liên quan đến OFDM 1.3.1 Hệ thống đa sóng mang .4 1.3.2 Ghép kênh phân chia theo tần số FDM 1.4 Biểu diễn tốn học tín hiệu OFDM 1.4.1 Tính trực giao .5 1.4.2 Tạo sóng mang sử dụng IFFT .6 1.5 Các kỹ thuật điều chế OFDM 1.5.1 Điều chế BPSK 1.5.2 Điều chế QPSK 10 1.5.3 Điều chế QAM 12 1.6 Hệ thống OFDM băng gốc 13 1.6.1 Sơ đồ hệ thống OFDM băng gốc 13 1.6.2 Biểu diễn tín hiệu 16 1.7 Ưu nhược điểm kỹ thuật OFDM 18 1.7.1 Ưu điểm 18 1.7.2 Nhược điểm 18 1.8 Kết luận chương 19 CHƯƠNG 2: ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRONG OFDM 20 2.1 Giới thiệu chương 20 2.2 Tổng quan kênh vô tuyến 20 v 2.2.1 Suy hao đường truyền suy giảm tín hiệu 20 2.2.2 Hiệu ứng đa đường 21 2.2.3 Fading chậm Fading nhanh 22 2.2.4 Fading lựa chọn tần số Fading phẳng 24 2.2.5 Độ trải trễ 26 2.2.6 Độ dịch Doppler 27 2.2.7 Nhiễu liên ký tự ISI 27 2.2.8 Nhiễu liên sóng mang ICI 28 2.2.9 Nhiễu AWGN 29 2.2.10 Tiền tố lặp CP 30 2.3 Mơ hình kênh ước lượng kênh 32 2.3.1 Mơ hình kênh 32 2.3.2 Ước lượng kênh 33 2.4 Các phương pháp ước lượng kênh 34 2.4.1 Phương pháp ước lượng kênh dùng pilot 34 LMS 38 2.4.2 Ước lượng Wiener 38 2.5 Kết luận chương 41 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG OFDM TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT DVB-T 42 3.1 Giới thiệu chương 42 3.2 Tổng quan DVB-T 43 3.2.1 Mơ hình máy phát DVB-T 44 3.2.2 Mơ hình máy thu DVB-T 45 3.2.2 Các mode làm việc DVB-T 47 3.3 Tính trực giao sóng mang OFDM DVB-T 50 3.4 Biến đổi IFFT điều chế tín hiệu DVB-T 50 3.5 Lựa chọn điều chế sở 51 3.6 Số lượng, vị trí nhiệm vụ sóng mang 52 3.7 Chèn khoảng thời gian bảo vệ 55 3.8 Tổng vận tốc dòng liệu máy phát số DVB-T 56 3.9 Kết luận 57 vi KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 BẢNG TRA CỨU CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ADSL Asymmetric Digital Subscriber Đường dây thuê bao không Line đối xứng AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu tạp âm trắng BER Bit Error Rate Tỷ lệ bít lỗi BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân DAB Digital Audio Broadcasting Truyền số quảng bá DFT Discrete Fourier Transform Phép biến đổi Fourier IDFT Inverse Discrete Fourier Transform Phép biến đổi Fourier ngược DSP Digital Signal Processing Xử lý tín hiệu số DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp DVB Digital Video Broadcasting Truyền hình số quảng bá DVB-C Digital Video Broadcasting – Cable Truyền hình số quảng bá cáp DVB-S DVB-T ETSI Digital Video Broadcasting – Truyền hình số quảng bá Satellite vệ tinh Digital Video Broadcasting - Truyền hình số quảng bá Terrestrial mặt đất European Telecommunications Viện tiêu chuẩn viễn thông vii chúng có tần số lân can bit thơng tin trầm nhỏ bỏ khơng sử dụng Mã hố nguồn liên quan đến đặc tính nguồn Phương tiện truyền phát khơng ảnh hưởng đến mã hố nguồn Mã hố kênh : Gói đa hợp video, audio liệu phụ vào dòng liệu, dòng truyền tải MPEG2 Nhiệm vụ mã hố kênh làm cho tín hiệu truyền dẫn phát sóng phù hợp với kênh truyền Trong truyền hình số mặt đất mã sử dụng mã Reed-Solomon Mã sử dụng rộng rãi hệ thống thông tin ngày nay, có khả sửa lỗi cao 3.2.2 Mơ hình máy thu DVB-T Sơ đồ tổng quát máy thu DVB-T: Hình 3.3: Sơ đồ khối tổng quát máy thu 45 Hình 3.4: Sơ đồ khối thu DVB-T thực tế - Anten Yagi: thường dùng anten có nhiều chấn tử dẫn xạ, chấn tử chủ động, số chấn tử phản xạ - Bộ Splitter: Bộ chia tín hiệu từ ngõ vào cho nhiều ngõ - Receiver: Là đầu thu kỹ thuật số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T có chức giải điều chế, giai mã truyền dẫn (kênh), giải đa hợp/ sửa lỗi, giải mã nguồn, biến đổi số sang tương tự - Encoder: Bộ mã hóa - Modulation: Bộ điều chế Tín hiệu truyền hình kỹ thuật số thu từ Anten Yagi đưa qua chia Sliptter thành nhiều đường tín hiệu, đường đưa vào đầu kỹ thuật số cho tín hiệu hình tín hiệu tiếng ban đầu Hai tín hiệu đưa vào mã hóa để thực mã hóa kênh truyền hình, tín hiệu sau điều chế lại với sóng mang chọn lựa theo xếp kênh truyền hình hữu tuyến cáp đồng trục Máy thu hình số DVB-T thỏa mãn tiêu chuẩn ETS300744 thu, giải điều chế, giải mã phân tích tín hiệu OFDM Máy thu EFA có khả sau đây: - Độ rộng băng tần kênh: 6/7/8 MHz - Mode điều chế: 2K/8K - Đồ thị chòm sao: QPSK, 16-QAM, 64-QAM - Tỉ lệ mã hóa: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8 46 - Khoảng bảo vệ: 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 - Giải điều chế phân lớp:  = 2, - Sửa lỗi Reed-Solomon: RS (204/188) - Độ rộng băng tần mạch lọc SAW: 6/7/8 MHz Tín hiệu vào máy thu hình từ anten tín hiệu OFDM Sau biến đổi xuống (downconverter), ta có tín hiệu trung tần IF 36MHz Tín hiệu lọc mạch lọc Saw khác (phụ thuộc vào độ rộng băng tần kênh) cộng nhiễu Gauss bên Tiếp theo, tín hiệu IF biến đổi thành băng tần cách sử dụng tạo dao động điều khiển số Phép biến đổi FFT (2K/8K) biến đổi tín hiệu từ miền thời gian vào miền tần số Sau xấp xỉ kênh dùng để sửa biên độ/ pha/ độ trễ tín hiệu làm cho hầu hết xung bị suy giảm truyền dẫn RF Tiếp theo, gói liệu dùng cho giải mã chập Viterbi, giải chèn liệu, giải mã Reed-Solomon giải ngẫu nhiên hóa liệu (phân tán lượng) Cuối cùng, giao diện MPEG-2 đưa dòng truyền MPEG-2 giải điều chế đến đầu phần cứng (TSSPi, TSASi) 3.2.2 Các mode làm việc DVB-T Trong truyền hình số mặt đất sử dụng phương pháp điều chế đơn sóng mang multipath làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến tiêu kĩ thuật truyền sóng mang đơn tốc độ cao lý OFDM sử dụng cho tiêu chuẩn truyền hình mặt đất DVB-T DVB-T cho phép hai mode truyền phụ thuộc vào số sóng mang sử dụng Bảng 3.1: Mơ tả thông số mode làm việc DVB-T 47 Kiểu 2K phù hợp cho hoạt động truyền đơn lẻ cho mạng SFN loại nhỏ có khoảng cách truyền giới hạn; sử dụng 1705 sóng mang Kiểu 8K sử dụng cho hoạt động truyền đơn lẻ cho mạng SFN loại nhỏ lớn; sử dụng 6817 sóng mang Để giảm ảnh hưởng khơng phẳng kênh dùng nhiều sóng mang tốt Tuy nhiên số sóng mang nhiều, mạch phức tạp hơn, giai đoạn đầu công nghệ chế tạo chip chưa hồn thiện chip điều chế cịn đắt người ta thường dùng mode 2k cơng nghệ chế tạo chip đơn giản rẻ Về cấu trúc máy phát số DVB-T máy phát hình tương tự giống điểm khác biệt phần điều chế Hình 3.5 biểu diễn sơ đồ khối điều chế DVB-T 48 Hình 3.5: Sơ đồ khối điều chế số DVB-T Tất đài phát mạng phát xạ DVB-T thơng qua hệ thống định vị tồn cầu GPS (Global Positioning System) khoá tần số xác làm cho tất máy phát sử dụng tần số phát thời gian Nguyên lý hệ thống trình bày hình 3.6: Hình 3.6: Sơ đồ khối phần biến đổi số sang tương tự 49 3.3 Tính trực giao sóng mang OFDM DVB-T Việc sử dụng số lượng lớn sóng mang tưởng chừng khơng có triển vọng thực tế khơng chắn, có nhiều điều chế giải điều chế lọc kèm theo, đồng thời phải cần dải thơng lớn để chứa sóng mang Nhưng vấn đề giải sóng mang đảm bảo điều kiện đặt đặn cách khoảng fU=1/TU, với TU khoảng symbol hữu dụng, điều kiện trực giao sóng mang hệ thống ghép kênh phân chia tần số trực giao, hình 3.7 biểu diễn hình ảnh phổ tín hiệu 16 sóng mang trực giao dải thông kênh truyền dẫn phổ tín hiệu RF máy phát số DVB-T có dải thông 8MHz Các thành phổ máy phát số DVB-T (gồm hàng nghàn sóng mang con) chiếm hết dải thơng 8MHz Hình 3.7: Phổ tín hiệu OFDM với số sóng mang N=16 phổ tín hiệu RF thực tế 3.4 Biến đổi IFFT điều chế tín hiệu DVB-T Như trình bày chương trước, chất q trình tạo tín hiệu OFDM phân tích chuỗi bit đầu vào thành sóng mang điều chế theo kiểu miền thời gian liên tục Tuỳ thuộc vào kiểu điều chế tổ hợp bit chuỗi bit đầu vào gán cho tần số sóng mang, sóng mang tải số lượng bit cố định Nhờ định vị (Mapper) điều chế MQAM, sóng mang sau điều chế QAM số phức xếp vào biểu đồ chòm theo quy luật mã Gray trục Re (thực) Im (ảo) Vị trí điểm tín hiệu (số phức) biểu đồ chịm phản ánh thơng tin biên độ pha sóng mang Quá trình biến đổi IFFT biến đổi số phức biểu diễn sóng mang miền tần số thành số phức biểu diễn sóng mang 50 miền thời gian rời rạc (Hình 3.7 cho ta thấy phổ symbol OFDM) Trong thực tế thành phần Re Im biểu diễn chuỗi nhị phân điều chế IQ sử dụng để điều chế sóng mang biểu diễn chuỗi nhị phân Chuỗi nhị phân sau điều chế IQ biến đổi D/A để nhận tín hiệu băng tần Q trình xử lý phía thu DVB-T thực biển đổi FFT để tạo điểm điều chế phức sóng mang phụ symbol OFDM, sau giải định vị (Demapping) xác định biểu đồ bit tương ứng tổ hợp bit cộng lại để khơi phục dịng liệu truyền 3.5 Lựa chọn điều chế sở Tại symbol, sóng mang điều chế số phức lấy từ tập chòm Tuỳ thuộc vào kiểu điều chế sở chọn QPSK, 16QAM hay 64QAM sóng mang vận chuyển số bit liệu 2, bit Tuy nhiên với cơng suất phát cố định, có nhiều bit liệu symbol điểm chòm gần khả chống lỗi bị giảm Do cần có cân đối tốc độ mức độ lỗi Với mô hình điều chế khơng phân cấp luồng số liệu đầu vào tách thành nhóm có số bit phụ thuộc vào kiểu điều chế sở Mỗi nhóm bit mang thông tin pha biên độ sóng mang tương ứng với điểm biểu đồ chịm Hình 3.8 biểu diễn chịm điều chế QPSK (4 QAM), 16-QAM 64-QAM không phân cấp Trong mơ hình điều chế phân cấp, hai luồng số liệu độc lập truyền thời điểm Luồng liệu có mức ưu tiên cao (HP) điều chế QPSK luồng có mức ưu tiên thấp điều chế 16-QAM 64-QAM 51 Hình 3.8: Biểu diễn chịm điều chế QPSK, 16-QAM 64-QAM Hình 3.9: Biểu diễn chịm điều chế phân cấp 16-QAM với α = 3.6 Số lượng, vị trí nhiệm vụ sóng mang Tín hiệu truyền tổ chức thành khung (Frame) Cứ khung liên tiếp tạo thành siêu khung Lý việc tạo khung để phục vụ tổ chức mang thông tin tham số bên phát (bằng sóng mang báo hiệu tham số bên phát-Transmission Parameter Signalling - TPS carriers) Lý việc hình thành siêu khung để chèn vừa đủ số nguyên lần gói mã sửa sai ReedSolomon 204 byte dòng truyền tải MPEG-2 cho dù ta chọn cấu hình tham số phát, điều tránh việc phải chèn thêm gói đệm khơng cần thiết Mỗi khung chứa 68 symbol OFDM miền thời gian (được đánh dấu từ đến 67) Mỗi symbol chứa hàng ngàn sóng mang (6817 sóng mang với chế độ 52 8K, 1705 sóng mang với chế độ 2K) nằm dày đặc dải thông MHz (Việt Nam chọn dải thơng 8MHz, có nước chọn 7MHz) Hình 3.10 biểu diễn phân bố sóng mang DVB-T theo thời gian tần số Hình 3.10: Phân bố sóng mang DVB-T (chưa chèn khoảng bảo vệ) Như symbol OFDM chứa: - Các sóng mang liệu (video, audio ) điều chế M-QAM Số lượng sóng mang liệu có 6048 với 8K, 1512 với 2K - Các pilot (sóng mang) liên tục: bao gồm 177 pilot với 8K, 45 pilot với 2K Các pilot có vị trí cố định dải tần 8MHz cố định biểu đồ chòm để đầu thu sửa lỗi tần số, tự động điều chỉnh tần số (AFC) sửa lỗi pha - Các pilot (sóng mang) rời rạc (phân tán): bao gồm 524 pilot với 8K, 131 pilot với 2K có vị trí cố định biểu đồ chịm Chúng khơng có vị trí cố định miền tần số, trải dải thông 8MHz Bên máy thu nhận thông tin từ pilot tự động điều chỉnh để đạt "đáp ứng kênh" tốt thực việc hiệu chỉnh (nếu cần) - Khác với sóng mang chương trình, pilot khơng điều chế QAM, mà điều chế BPSK với mức công suất lớn 2.5 dB so với sóng mang 53 khác Hình 3.11 biểu diễn phân bố sóng mang pilot rời rạc liên tục với mức công suất lớn sóng mang liệu 2.5 dB Hình 3.11: Phân bố pilot DVB-T Các sóng mang thơng số phát TPS (Transmission Parameter Signalling) chứa nhóm thơng số phát điều chế BPSK biểu đồ chịm sao, chúng nằm trục thực Sóng mang TPS bao gồm 68 sóng mang chế độ 8K 17 sóng mang chế độ 2K Các sóng mang TPS khơng có vị trí cố định biểu đồ chịm sao, mà cịn hồn tồn cố định vị trí xác định dải tần 8MHz Hình 3.12 biểu diễn vị trí pilot sóng mang TPS điều chế BPSK Hình 3.12: Phân bố pilot DVB-T biểu đồ chòm 54 3.7 Chèn khoảng thời gian bảo vệ Trong thực tế khoảng tổ hợp thu trải dài theo symbol khơng có nhiễu symbol (ISI) mà cịn nhiễu tương hỗ sóng mang (ICI) Để tránh điều người ta chèn thêm khoảng bảo vệ (Guard Interval duration) Tg trước symbol để đảm bảo thông tin đến từ symbol xuất cố định Hình 3.13: Phân bố sóng mang chèn thêm khoảng thời gian bảo vệ Mỗi khoảng symbol kéo dài thêm vượt khoảng tổ hợp máy thu Tu Như đoạn thêm vào phần đầu symbol để tạo nên khoảng bảo vệ giống với đoạn có độ dài cuối symbol Miễn trễ không vượt đoạn bảo vệ, tất thành phần tín hiệu khoảng tổ hợp đến từ symbol tiêu chuẩn trực giao thoả mãn ICI ISI xảy trễ vượt khoảng bảo vệ Độ dài khoảng bảo vệ lựa chọn cho phù hợp với mức độ thu đa đường (multi path) máy thu Việc chèn khoảng thời gian bảo vệ thực 55 phía phát Khoảng thời gian bảo vệ Tg có giá trị khác theo quy định DVB-T [1]: 1/4Tu, 1/8Tu, 1/16Tu 1/32Tu Khi chênh lệch thời gian tia sóng đến đầu thu không vượt khoảng thời gian bảo vệ Tg, máy thu hồn tồn khắc phục tốt tượng phản xạ (xem hình 3.14) Thực chất, khoảng thời gian bảo vệ Tg khoảng thời gian trống khơng mang thơng tin hữu ích Vì vậy, chế độ phát, Tg lớn, thơng tin hữu ích ít, số lượng chương trình giảm Nhưng Tg lớn khả khắc phục tia sóng phản xạ từ xa đến hiệu Với sử dụng kỹ thuật ghép đa tần trực giao với thông số khoảng thời gian bảo vệ tạo tiền đề cho việc thiết lập mạng đơn tần DVB-T Các máy phát thuộc mạng đơn tần phát kênh sóng, thuận lợi cho quy hoạch tiết kiệm tài ngun tần số Hình 3.14: Các tia sóng đến thời khoảng bảo vệ 3.8 Tổng vận tốc dòng liệu máy phát số DVB-T Thông thường, thông tin kênh cao tần 8MHz máy phát DVB-T phụ thuộc vào tổng vận tốc dòng liệu mà có khả truyền tải thấy tham số phát kiểu điều chế (modulation), tỷ lệ mã sửa sai (code rate) khoảng thời gian bảo vệ (Guard interval) định khả Bảng 3.2 thống kê tổng vận tốc dòng liệu máy phát DVB-T truyền tải từ 4.98 Mbit/s đến 31.67 Mbit/s kênh cao tần 8MHz với nhóm thơng số phát khác 56 Bảng 3.2: Tổng vận tốc dòng liệu Điều chế QPSK 16-QAM 64-QAM Code rate 1/2 2/3 3/4 5/6 7/8 1/2 2/3 3/4 5/6 7/8 1/2 2/3 3/4 5/6 7/8 Guard interval 1/8 1/16 5.53 5.85 7.37 7.81 8.29 8.78 9.22 9.76 9.68 10.25 11.06 11.71 14.75 15.61 16.59 17.56 18.43 19.52 19.35 20.49 16.59 17.56 22.12 23.42 24.88 26.35 27.65 29.27 29.03 30.74 1/4 4.98 6.64 7.46 8.29 8.71 9.95 13.27 14.93 16.59 17.42 14.93 19.91 22.39 24.88 26.13 1/32 6.03 8.04 9.05 10.05 10.56 12.06 16.09 18.1 20.11 21.11 10.1 24.13 27.14 30.16 31.67 3.9 Kết luận Hệ thống DVB-T sử dụng kỹ thuật OFDM ta thấy việc ứng dụng OFDM có hiệu lớn truyền hình số mặt đất (DVB-T), nhờ khả chống lại nhiễu ISI, ICI gây hiệu ứng đa đường Hiện hệ thống DVB-T áp dụng thống tiêu chuẩn mã hóa hình ảnh âm thanh: Phía phát áp dụng tiêu chuẩn MPEG-2 MPEG4 phía thu tuân theo tiêu chuẩn MPEG4 có hỗ trợ thu MPEG-2 57 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao - OFDM kỹ thuật đại truyền thơng Luận văn tốt nghiệp tìm hiểu số vấn đề kỹ thuật hệ thống OFDM, là: Ước lượng kênh ứng dụng kỹ thuật OFDM truyền dẫn tín hiệu DVB-T Vì khả chống hiệu ứng đa đường động tốt hệ thống OFDM tạo cho ngành truyền hình có hai khả mà truyền hình tương tự truyền hình số tn theo tiêu chuẩn khơng thể đạt là: - Khả thu di động dịch vụ truyền hình quảng bá - Khả tạo nên mạng đơn tần phạm vi rộng Ta thấy, với đặc điểm trội tiết kiệm băng thông, khả chống nhiễu ISI, dịch tần số, truyền liệu tốc độ cao … OFDM chứng tỏ ưu điểm hệ thống viễn thông thực tế, đặc biệt phát thanh, truyền hình số thông tin di động Tiến hành khắc phục hạn chế mà khuôn khổ luận văn chưa thực Đồng thời sâu vào nghiên cứu phương pháp ước lượng kênh kỹ thuật OFDM Mặc dù em cố gắng kiến thức có hạn nên luận văn khơng thể tránh khỏi sai sót, mong qua luận văn em có kinh nghiệm hữu ích cho sau Một lần em xin chân thành cảm ơn đến thầy Vương Hoàng Nam giúp em hoàn thành luận văn 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt [1] Nguyễn Văn Đức, Cheng-Xiang Wang “Kỹ thuật thông tin số_tập 1”, Nhà xuất khoa học kĩ thuật- Hà Nội 2006 [2] Nguyễn Văn Đức (2006) Bộ sách kỹ thuật thông tin số (Tập 2), Lý thuyết ứng dụng kỹ thuật OFDM Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật [3] Quách Tuấn Ngọc, “xử lý tín hiệu số”, Nhà xuất giáo dục -1999 Tài liệu tiếng Anh [4] Kamran Arshad, Channel estimation in OFDM systems, Department of Electrical Engineering, King Fahd University of Petroleum and Minerals, Dhahran, Saudi Arabia, Master Thesis, August 2002 [5] Eric Lawrey Be, Adaptive Techniques for Multiuser OFDM, PhD Thesis, 2001 [6] Sinem Coleri, Mustafa Ergen, Anuj Puri, Ahmad Bahai A Study of Channel Estimation in OFDM Systems [7] Ben Fellows, Channel Estimation Techniques for OFDM, University of California, Riverside, March, 2007 [8] Alan C Brooks, Stephen J Hoelzer (2001) Design and Simulation of Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) Signaling Final Report [9] Ramjee Prasad (2004) OFDM for Wireless Communications Systems Universal personal communications, Artech House, Boston, London 59 ... theo t? ??n số trực giao OFDM ứng dụng cách hiệu nhiều hệ thống vơ tuyến riêng bi? ?t hệ thống ph? ?t kỹ thu? ?t số (DAB) truyền hình kỹ thu? ?t số (DVB) Truyền hình số m? ?t đ? ?t DVB- T (mà chọn làm tiêu chuẩn. .. Ứng dụng công nghệ OFDM truyền hình số m? ?t đ? ?t DVB- T Mục đích luận văn nêu nguyên lý chung, cấu trúc ưu nhược điểm công nghệ OFDM Đồng thời nêu ứng dụng OFDM truyền hình số m? ?t đ? ?t DVB- T Vì thời... 1/32 tuỳ mơi trường có trễ dài hay ngắn Với khả chống hiệu ứng đa đường động t? ? ?t OFDM t? ??o ngành truyền hình có i khả mà truyền hình t? ?ơng t? ?? trước truyền hình số tuân theo tiêu chuẩn đ? ?t Trong