DVB-T2 với nhiều yếu tố góp phần làm tăng độ tin cậy của hệ thống và dung lượng truyền trên kênh (30%), một trong những ưu điểm nổi trội so với DVB-T đó là: các ống lớp vật lý (Physical Layer Pipes - PLP), các mode sóng mang mở rộng, MISO dựa trên Alamoutic, phương thức điều chế 256-QAM và đặc biệt là sử dụng mã sửa sai LDPC và BCH...cho phép cải thiện chất lượng truyền dẫn
DVB-T2 được nghiên cứu và phát triển mang tính kế thừa phần lớn các ưu điểm của tiêu chuẩn DVB-T và DVB-S2. DVB-T2 có cấu trúc hệ thống hoàn toàn giống như trong DVB-S2 đó là: sử dụng phương thức đặc biệt để đóng gói các dữ liệu vào Khung cơ sở (Base Band Frame – BB Frame), tạo các PLP.... Và thiết bị để thực hiện việc đó trong DVB-T2 chính là : T2 - Gateway.
T2- Gateway là thiết bị quan trọng, bước đột phá mới trong hệ thống DVB-T2 vì thiết bị này cung cấp: các tín hiệu, các phương thức điều khiển cho các bộ điều chế DVB-T2 qua các giao diện đầu ra là: T2-MI.
T2-Gateway cung cấp, quản lý các PLP (Physical Layer Pise) để cung cấp nhiều phương thức dịch vụ có cấp chất lượng dịch vụ khác nhau (Di động, Internet...)
Vai trò của T2-Gateway trong hệ thống DVB-T2
Mô hình chung hệ thống DVB-T2
Trong đó:
Mã hoá và ghép kênh. có chức năng mã hoá tín hiệu video/audio cùng
các tín hiệu phụ trợ kèm theo như: PSI/SI hoặc tín hiệu báo hiệu lớp 2 (L2 Signalling) với công cụ điều khiển chung nhằm đảm bảo tốc độ bit không đổi đối với tất cả các dòng bit. Các khối này có chức năng hoàn toàn giống nhau đáp ứng các tiêu chuẩn của DVB. Đầu ra của khối là dòng truyển tải MPEG2- TS (MPEG - Transport Stream).
T2 – Gateway: cung cấp đầu ra là dòng T2 - MI. Mỗi gói T2-MI bao gồm:
Baseband Frame, IQ Vector hoặc thông tin báo hiệu (LI hoặc SFN). Dòng T2-MI chứa mọi thông tin liên quan đến T2-FRAME. Mỗi dòng T2-MI có thể được cung cấp cho một hoặc nhiều bộ điều chế trong hệ thống DVB-T2.
Bộ điều chế DVB-T2 (DVB-T2 Modulator) Bộ điều chế DVB-T2 sử dụng
Baseband Frame và T2- Frame mang trong dòng T2-MI đầu vào để tạo ra DVB-T2 Frame..
T2-Gateway là thiết bị quan trọng trong DVB-T2 vì nó cung cấp băng tần điều khiển và tín hiệu đến tất cả các bộ điều chế DVB-T2 trong toàn bộ các giao diện đầu ra T2-MI. T2-Gateway quản lý các PLP (Physical Layer Pipes) để cung cấp nhiều phương thức dịch vụ khác nhau.
DVB-T2 Gateway thực hiện các chức năng:
Tạo các gói Dòng truyền tải DVB/MPEG-2 trong Dòng truyền tải DVB-T2, đã được chèn các dữ liệu đồng bộ để thực hiện phát sóng trong mạng đơn tần -SFN (chế độ MISO);
Quản lý với các chế độ một PLP hay nhiều PLP, và đầu ra sẽ là dòng T2 với các chế độ điều chế DVB-T2 với các thông tin đã được đồng bộ - được gọi là: T2-MI. (T2- Modulator Interface) (T2-MI được truyền qua giao diện ASI và IP);
Đóng gói các Dòng MPEG-2 TS vào các BB-Frame;
Tương thích tất cả các chế độ điều chế để tạo ra duy nhất cùng một luồng dữ liệu xác định.
Khi phát sóng các dịch vụ trong mạng đơn tần DVB-T2, T2-Gateway coi như một adapter SFN. T2-Gateway cung cấp băng tần và đồng bộ ngoài băng, đồng bộ tất cả các dữ liệu để tạo ra luồng dữ liệu đồng nhất giúp các bộ điều chế cùng hoạt động tại cùng một thời gian với cùng một tần số.
Các Ống lớp vật lý ( PLPs – Physical Layer Pipes)
Các khái niệm về PLP cũng tương tự như trong tiêu chuẩn DVB-S2, cho phép mở rộng triển khai các dịch vụ. (Một PLP có thể thực hiện truyền dịch vụ HD, trong khi một PLP khác có thể mang các dịch vụ SD…). Tất cả các PLP đều được phát sóng trên cùng một tần số, điều này cũng có thể coi như là một cách ghép kênh trong DVB-T2.
- T2-Gateway có thể thực hiện chế độ: một PLP (Single PLP) và nhiều PLP (Multi PLP).
- T2-Gateway khi phát sóng chế độ nhiều PLP cung cấp các dữ liệu hoàn toàn chính xác cho các bộ điều chế.
- Nội dung của mỗi PLP được truyền trực tiếp từ đầu vào qua giao diện ASI hoặc IP. Nhà vận hành mạng có thể lựa chọn đầu vào là Dòng TS hoặc nhiều PLP. Mỗi Dòng TS tương ứng với một PLP. Các Dòng TS giống nhau có thể được truyền trên nhiều PLP khác nhau. Mỗi PLP có thể mang nội dung của một hoặc nhiều dòng TS.
Hình 2.4: Các Ống lớp vật lý
Dưới đây sẽ giới thiệu cấu hình một kênh DVB-T2 có băng thông 8MHz được ghép bởi 3 ống lớp vật lý với các dịch vụ khác nhau: 3D, HD thu bằng anten ngoài trời và SD thu bằng anten trong nhà và di dộng. ( Đối với việc thu các chương trình HD, SD theo DVB-T2 bằng sử dụng các set-top box, các chương trình thu di động sử dụng các USB thu DVB-T2). Ch. Tốc độ (Mbit/s) Băng thông sử dụng C/N (dB) Điều chế Tỷ lệ mã Khoản g bảo vệ Pilot Kích thƣớc FFT 3D+HD 1+1 18+10 68% 23,4 256QAM ¾ 1/16 PP4 32K SD 2 2+2 24% 10,6 16QAM 3/5 1/16 PP4 32K Di động 1 0,5 7% 3,3 QPSK ½ 1/16 PP4 32K Tổng cộng 5 32,5 99%
Với các dịch vụ khác nhau, mỗi PLP có thể sử dụng các bộ thông số: phương thức điều chế, tỷ lệ mã, tráo thời gian...khác nhau.
Yêu cầu của Dòng MPEG-2 TS đảm bảo tốc độ bít không đổi (CBR – constant bit rate), nhưng có thể các nội dung (payload) với tốc độ bit có thể thay đổi được (VBR) bằng việc thêm các “gói rỗng”- null packets. Do vậy dung lượng các gói rỗng có thể khác nhau. Trong dòng TS khi truyền đi sẽ không có các “gói rỗng”. Chúng sẽ được tách ra trước khi truyền và khi máy thu nhận được sẽ tự động được chèn “null packets” vào Dòng TS; điều này cũng sẽ giúp tiết kiệm băng thông truyền dẫn.
- Trong DVB-T2, người ta quy định chế độ A là S-PLP và chế độ B là M-PLP.
A. Đầu vào Chế độ A:
Đây là mode đơn giản nhất có thể được xem như 1 phần mở rộng của DVB-T. Ở đây tín hiệu DVB-T2 sử dụng duy nhất 1 PLP đơn được truyền trên 1 tần số chứa 1 Dòng MPEG2-TS.
B. Đầu vào chế độ B:
Chế độ cung cấp đa dịch vụ này là việc áp dụng tính năng các Ống Lớp vật lý (hình 4). Trong mode B, với mỗi dịch vụ sẽ được truyền trên 1 PLP, ngoài ra 1 nhóm dịch vụ (các dịch vụ có tốc độ bit thấp) cũng có thể chia sẻ trong cùng 1 PLP.
Ƣu điểm của M-PLP:
- Khả năng chống hiện tượng phản xạ nhiều đường cao (nhờ sự kết hợp của các chế độ điều chế và tốc độ mã hóa)
- Tăng khả năng tráo thời gian.
- Cho phép tiết kiệm điện năng máy thu nhờ chia lát thời gian như DVB-H - Cho phép sự linh hoạt tần số – chia lát theo thời gian - tần số (TFS).
Vì vậy trong trường hợp khi sự đồng nhất thông số vật lý được thiết lập, mode B rất hiệu quả cho phương thức thu di động.
Hình 2.5: Khung T2 với chế độ M-PLP
Thông thường, các nhóm dịch vụ được cung cấp thông tin trong bảng PSI/SI, (giống như thông tin EPG, hoặc thông tin CA). Mode B cung cấp các khái niệm PLP chung phổ biến hay sử dụng, được đặt bởi 1 nhóm PLPs. Do đó, khi máy thu thu được từ 2 PLP trở lên trong cùng 1 thời điểm, máy thu sẽ nhận biết các tín hiệu dịch vụ: dữ liệu PLP và PLP chung.
Hình 2.6: DVB-T2 với chế độ M-PLP cho nhiều dịch vụ khác nhau
Hình 2.6 ví dụ về sử dụng M-PLP với khả năng cung cấp 4 lớp dịch vụ: HDTV, SDTV, Audio và Data) được ghép trong 1 kênh RF. Mỗi dịch vụ có 1 tốc độ dữ liệu riêng, khác nhau và bán kính vùng phủ khác nhau được chỉ ra trong hình 6 ở bên phải.
Lợi thế bổ sung với nhiều ống lớp vật lý :
- Với các phương thức thu khác nhau và thiết bị thu khác nhau có thể thu được tín hiệu giống nhau, (ví dụ với thu HDTV bằng phương thức cố định, ăng- ten đặt trên cao và thu di động...), với 1 dung lượng nhất định và chống can nhiễu như nhau.
- Có thể đặt chế độ ưu tiên cao cho 1 hoặc nhiều dịch vụ trên kênh truyền (cường độ trường của tín hiệu, chống can nhiễu) – theo mức ưu tiên.
- Khi 1 dịch vụ không yêu cầu cần có vùng phủ sóng rộng như các dịch vụ khác, thì dịch vụ đó có thể được truyền với cường độ trường của tín hiệu thấp để tiết kiệm dung lượng kênh truyền.
- Việc thay đổi nội dung khi ghép kênh các chương trình địa phương / trung ương (với CBR) trong kênh truyền được thực hiện dễ dàng. tại đó phần còn lại của nội dung là ghép kênh thống kê trung tâm. Ưu tiên dành 1 PLP cho ghép các nội dung địa phương / trung ương. Việc này giúp việc triển khai ghép các kênh tại các khu vực được nhanh và hiệu quả về kinh tế. .
- Với khả năng dùng TFS (Time frequency Slicing), việc tăng dung lượng kênh truyền và mở rộng vùng phủ sóng được thực hiện dễ dàng.
Một hạn chế với việc sử dụng M-PLP là khi ghép các PLP vào trong 1 nhóm PLPs bắt buộc kích thước FFT của các PLP phải giống nhau.
* Có thể ví dụ:
Khi triển khai sử dụng 1 mạng đơn tần - SFN với tính toán sử dụng thu cố định các chương trình HD và thu di động.
Để tiết kiệm dung lượng kênh, có thể cần dùng với kích thước FFT là 32k cho dịch vụ HD. Với thời gian lấy mẫu lớn, nên dùng khoảng bảo vệ nhỏ hơn, dẫn đến tối đa dung lượng. Tuy nhiên nếu sử dụng ở chế độ FFT=32k nghĩa là khoảng cách tần số giữa các sóng mang OFDM sẽ ngắn, điều này khiến mật độ sử dụng dịch vụ thu di động sẽ bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng dopler khi thu di động ở tốc độ cao.
2.3.2.2. Băng tần phụ (1.7Mhz và 10Mhz):
Để đáp ứng các dịch vụ chuyên dụng, ví dụ truyền tín hiệu từ camera về một studio lưu động, DVB-T2 còn bao gồm tuỳ chọn băng tần 10Mhz. Các máy thu dân dụng không hỗ trợ băng tần này. DVB-T2 còn sử dụng cả băng tần 1.712 Mhz cho các dịch vụ thu di động (trong băng III và băng L)
2.3.2.3. Các mode sóng mang mở rộng (8K, 16K, 32K)
Do phần đỉnh xung vuông trong đồ thị phổ công suất suy giảm nhanh hơn đối với kích thước FFT lớn. Điểm ngoài cùng của phổ tín hiệu OFDM có thể trải rộng hơn, điều này cũng đồng nghĩa với việc nhiều sóng mang phụ trên một symbol được sử dụng để truyền tải dữ liệu. Độ lợi (gain) đạt được ở giữa 1.4% (8Kmode) và 2.1% (32Kmode). Hình 2.7 so sánh phổ của 2K so với 32K ở điều kiện bình thường và 32K trong mode sóng mang mở rộng. Sóng mang mở rộng là một đặc tính tuỳ chọn, bởi lẽ với đặc tính này khó có có thể đạt được mặt nạ phổ (spectrum mask) cũng như tỷ số bảo vệ.
Hình 2.7: Mật độ phổ công suất đối với mode 2K và 32K 2.3.2.4. MISO dựa trên cơ sở Alamouti (trên trục tần số)
Do DVB-T2 hỗ trợ mạng đơn tần (SFN), sự hiện diện của tín hiệu có cường độ mạnh tương tự nhau từ 2 máy phát có thể tạo nên điểm “lõm” (deep notches).
DVB-T2 có tuỳ chọn sử dụng kỹ thuật Alamouti: với một cặp máy phát [hình 2.8]. Alamouti là một ví dụ của MISO (Multiple Input, Single Output), trong đó mỗi điểm của đồ thị chòm sao được truyền bởi một máy, còn máy phát thứ 2 truyền phiên bản có chỉnh sửa một chút của từng cặp của chòm sao với thứ tự ngược lại trên trục tần số.Kỹ thuật Alamouti cho kết quả tương đương với phương thức thu phân tập trên phương diện đạt được sự kết hợp tối ưu giữa hai tín hiệu, tỷ số tín/tạp cuối cùng,do đó công suất thu được là công suất tổng hợp của hai tín hiệu trong
Hình 2.8: Mô hình MISO 2.3.2.5. Symbol khởi đầu (P1 và P2)
Những symbol đầu tiên của khung DVB-T2 ở lớp vật lý là các symbol khởi đầu (preamble symbols). Các symbol này truyền một số lượng hạn chế các thông tin báo hiệu bằng phương thức truyền có độ tin cậy. Khung đầu tiên được bắt đầu bằng symbol P1, điều chế BPSK với độ tin cậy cao. Với khoảng bảo vệ ở cả hai đầu, symbol P1 mang 7 bit thông tin (bao gồm kích thước FFT của symbol dữ liệu). Các symbol P2, số lượng được cố định cho mỗi kích thước FFT, cung cấp thông tin báo hiệu lớp 1 kể cả tĩnh, động và khả năng cấu trúc.
Các bit đầu tiên của thông tin báo hiệu (L1 – Pre-signalling) có phương thức điều chế và mã hoá cố định, các bit còn lại (L1 – Post-signalling) tỷ lệ mã được xác định là 1/2 nhưng phương thức điều chế có thể được lựa chọn giữa QPSK, 16- QAM và 64-QAM. Symbol P2, nói chung còn chứa dữ liệu PLP chung và/hoặc PLP dữ liệu
2.3.2.6. Mẫu tín hiệu Pilot (Pilot Pattern)
Pilot phân tán (Scattered Pilots) được xác định từ trước cả về biên độ và pha, và được “cấy” vào tín hiệu với khoảng cách đều nhau trên cả hai trục thời gian và tần số. Pilot phân tán được sử dụng để đánh giá sự thay đổi trên đường truyền.
Trong khi DVB-T áp dụng mẫu hình tĩnh (static pattern) độc lập với kích thước FFT và khoảng bảo vệ, DVB-T2 tiếp cận một cách linh hoạt hơn, bằng cách định nghĩa 8 mẫu hình khác nhau để có thể lựa chọn, tuỳ thuộc vào kích thước FFT và khoảng bảo vệ đối với mỗi đường truyền riêng biệt.
Hình 2.9: Mẫu hình Pilot phân tán đối với DVB-T(trái) và DVB-T2(phải) 2.3.2.7. Phương thức điều chế 256-QAM
Trong hệ thống DVB-T, phương thức điều chế cao nhất là 64-QAM cho phép truyền tải 6bit/symbol/sóng mang. Với chuẩn DVB-T2, phương thức điều chế 256QAM (hình... ) cho phép tăng lên 8bit/tế bào OFDM, tăng 33% hiệu suất sử dụng phổ và dung lượng dữ liệu đối với một tỷ lệ mã cho trước. Thông thường, tăng dung lượng dữ liệu thường đòi hỏi một tỷ số công suất sóng mang trên tạp nhiễu cao hơn (4 hoặc 5dB, tuỳ thuộc vào kênh truyền và tỷ lệ mã sửa sai), bởi lẽ khoảng cách Euclide giữa hai điểm cạnh nhau trên đồ thị chòm sao chỉ bằng khoảng ½ so với 64-QAM và do vậy đầu thu sẽ nhậy cảm hơn đối với tạp nhiễu. Tuy nhiên, mã LDPC tốt hơn nhiều so với mã cuốn (Convolution code) và nếu chọn tỷ lệ mã mạnh hơn một chút cho 256QAM so với tỷ lệ mã sử dụng trong 64-QAM của DVB-T, tỷ số công suất song mang trên tạp nhiễu C/N sẽ không thay đổi trong khi vẫn đạt được một độ tăng trưởng tốc độ bit đáng kể. 256-QAM do vậy sẽ là 1 sự lựa chọn đầy hứa hẹn trên thực tế.
2.3.2.8. Chòm sao xoay (Rotated Constellation)
Một trong số các kỹ thuật mới được sử dụng trong DVB-T2 là chòm sao xoay (Rotated Constellation) và trễ Q (Q-delay). Sau khi đã định vị, chòm sao được “xoay” một góc trên mặt phẳng I-Q như mô tả trên hình 2.11.
Hình 2.11: Chòm sao 16-QAM xoay
Các thành phần I và Q được tách bởi quá trình tráo sao cho chúng được truyền trên miền tần số và thời gian khác nhau. Nếu có một thành phần bị huỷ hoại trên kênh truyền, thành phần còn lại có thể được sử dụng để tái tạo lại thông tin đã mất. Kỹ thuật này tránh được mất mát trên kênh Gauss và tạo được độ lợi 0.7dB trên kênh có phađing. Độ lợi này còn lớn hơn trên kênh 0dB phản xạ (SFN) và kênh xoá (nhiễu đột biến, phađing có chọn lọc) (Hình 2.12). Điều này cũng đồng nghĩa với việc có thể sử dụng tỷ lệ mã, tốc độ bit cao hơn.
2.3.2.9. Kỹ thuật giảm thiểu tỷ số công suất đỉnh/công suất trung bình (Peak-to -Average Power Ratio – PAPR)
PAPR trong hệ thống OFDM cao có thể làm giảm hiệu xuất bộ khuếch đại công suất RF. Cả hai kỹ thuật làm giảm PAPR được sử dụng trong hệ thống DVB- T2: mở rộng chòm sao tích cực (Active Constellation Extension – ACE).