DRM là hệ thống phát thanh số thay thế cho hệ thống phát thanh truyền thống AM. Tần số sóng mang cho hệ thống DRM tương đối thấp, nhỏ hơn 30MHz, phù hợp cho việc truyền sóng khoảng cách lớn. Môi trường truyền sóng của hệ thống là kênh phân tập đa đường có sự tham gia phản xạ mặt đất và tầng điện li nên phạm vi phủ sóng của DRM rất lớn, có thể phủ sóng đa quốc gia hay liên lục địa.
Các tham số cơ bản của DRM theo ETSI, như sau: Độ rộng băng: B=9.328kHz
Độ dài FFT: NFFT= 256.
Số sóng mang được sử dụng để truyền tin: NC =198.
Do trễ truyền dẫn tương đối lớn nên hệ thống DRM được thiết kế chỉ dành cho các máy thu tĩnh hay xách tay. Điều này khác hẳn so với hệ thống
DAB hay DVB được thiết kế cho máy thu có tốc độ di chuyển tương đối lớn như ô tô, tàu hoả….
Hình 2.12. Hệ thống DRM 2.5.2. Các hệ thống DVB * DVB-T • Giới thiệu Mã hoá nguồn Tiền mã hoá Ghép kênh Tiền mã hoá Phân tán năng lượng Mã hoá kênh Ghép xen Phát pilot Mã hoá kênh Phân tán năng lượng Phân tán năng lượng Mã hoá kênh Tiền mã hoá Thông tin truy nhập kênh Thông tin mô tả DV Dữ liệu Dữ liệu Ánh xạ O F D M
Thế hệ máy phát số ra đời khắc phục nhược điểm của máy phát tương tự như khả năng mang nhiều chương trình trên một kênh RF, hỗ trợ khả năng thu tín hiệu đa đường và thu di động… Máy phát số DVB-T và máy phát hình tương tự giống nhau, chỉ khác nhau phần điều chế.
Hình 2.13. Sơ đồ khối bộ DVB-T • Đặc điểm
Tín hiệu truyền đi được tổ chức thành từng khung, cứ 4 khung liên tiếp tạo thành 1 siêu khung. Lí do của việc tạo khung là để phục vụ tổ chức mang thông tin tham số của phía phát bằng các sóng mang báo hiệu thông số phía phát (Transmission Parameters Signalling carriers- TPS). Việc hình thành siêu khung là để chèn đủ số nguyên lần gói mã sửa sai reed-Solomon 204 byte trong dòng truyền tải MPEG-2 dù ta chọn bất kì cấu hình nào để tránh việc chèn thêm các gói đệm không cần thiết. Mỗi khung chứa 68 symbol OFDM trong miền thời gian được đánh số từ 0 đến 67.Mỗi symbol này chứa hàng ngàn sóng mang (6817 với chế độ 8K, 1705 với chế độ 2K) nằm dày đặc trong dải thông 8MHz (ở nước ta chọn dải thông 8MHz, một số nước khác chọn 7MHz). Như vậy, một symbol ODFM sẽ chứa:
- Sóng mang dữ liệu: được điều chế M-QAM, với mode 8K là 6048 sóng mang và mode 2K là 1512.
- Sóng mang dẫn đường (pilot symbol, mang thông tin phía phát để khôi phục tín hiệu: các pilot này thường được điều chế BPSK với mức công suất 2.5dB
- Pilot liên tục: gồm 177 pilot với mode 8K, 15 với mode 2K, có vị trí cố định trong 8MHz để phía thu sửa lỗi tần số và pha, tự động điều chỉnh tần số. - Pilot rời rạc: 524 với mode 8K, 131 với mode 2K, không có vị trí cố định trong miền tần số nhưng được rải đều trong dải tần 8MHz, giúp đầu thu tự động điều chỉnh để đạt đáp ứng kênh tốt nhất.
- Sóng mang thông số phát TPS: chứa nhóm thông số phát được điều chế BPSK, gồm 68 sóng mang trong mode 8K, 17 trong mode 2K luôn có vị trí cố định trong biểu đồ chòm sao BPSK và trong dải thông 78MHz.
Để tránh nhiễu giữa các kí hiệu ISI và nhiễu tương hỗ giữa các sóng mang ICI, nguời ta thực hiện chèn thêm chuỗi bảo vệ GI vào mỗi symbol. Việc chèn thêm này được thực hiện bên phía phát với thời gian bảo vệ TG khác nhau theo quy định của DVB: 1/4 TU, 1/8 TU, 1/16TU, 1/32 TU (TU: chiều dài phần tín hiệu có ích).
* DVB-H (Điện thoại di động truyền hình)
- Cấu trúc máy thu của điện thoại di động DVB-H được cho trên hình gồm 2 phần:
+ Một bộ giải điều chế DVB-H (gồm khối điều chế DVB-T, module Time slicing và module MPE-FEC) và một đầu cuối DVB-H.
+ Tín hiệu vào là tín hiệu DVB-T. Khối điều chế DVB-T thu lại các gói dòng truyền tải MPEG-2, tín hiệu này cung cấp các mode truyền dẫn (2K, 8K và 4K) với các tín hiệu mang thông số truyền dẫn - TPS tương ứng.Module Time Slicing giúp tiết kiệm công suất tiêu thụ và hỗ trợ việc chuyển giao mạng linh hoạt hơn. Module MPE-FEC cung cấp mã sửa lỗi tiến cho phép bộ thu có thể đương đầu với các điều kiện thu đặc biệt khó khăn. Tín hiệu ra khỏi giải điều
chế DVB-H có dạng các gói của dòng truyền tải TS hoặc các IP Datagrams (khi thu tín hiệu DVB-H). Đầu cuối DVB-H giải mã các IP Datagrams, hiển thị nội dung của các chương trình DVB-H. Hiện nay nhiều hãng sản xuất điện thoại đã có các thế hệ ĐTDĐ DVB-H đầu tiên: NOKIA 7700 và 7710, PHILIPS HoTMAN 2, SIEMENS…
- Kiến trúc ban đầu của các máy ĐTDĐ DVB-H hiện nay gồm: + Điện thoại tích hợp 3 băng tần số: GSM, GPRS và UMTS (3G). + Bộ thu DVB-H.
+ Camera 1.3M pixel.
+ Màn hiển thị VGA (640 x 480). + Màn hình cảm biến - touch screen. + Âm thanh ngõ ra Stereo.
+ Hỗ trợ chuẩn không dây Bluetooth. + Bộ nhớ trong có dung lượng 1Gbit
Hãng NOKIA tuyên bố từ nay hãng sẽ tung ra thị trường khoảng 60 thiết bị sang trọng có tích hợp DVB-H.
DVB-H đang có những ưu thế vượt trội của mình: Tiết kiệm năng lượng Pin tới 90%, thu tín hiệu trong môi trường di động tốt, tín hiệu được đóng gói dạng IP và truyền tín hiệu dưới dạng quảng bá tới các máy điện thoại di động. Bởi vậy ứng dụng công nghệ quảng bá DVB-H cho đường xuống (downlink) của các máy điện thoại trong mạng di động dường như là một giải pháp mang tính đột phá mà các thế hệ mạng viễn thông 2G (GSM); 2,5G (GPRS) và 3G (UMTS) hiện nay chưa thể khắc phục ngay được. Đó là không bị hạn chế về băng thông khi tại cùng một thời điểm số thuê bao sử các dụng dịch vụ truyền hình trực tuyến tăng vọt.
Sự hội tụ giữa công nghệ quảng bá DVB-H và viễn thông đang được các hãng truyền thông lớn trên thế giới thử nghiệm tại nhiều nước trên thế giới (mô hình DVB-H & GPRS hay DVB-H & UMTS) và đã chính thức đưa ra sản phẩm của mình vào đầu năm 2005 như Nokia, Philips, Siemens...các hãng
sản suất máy phát số hàng đầu thế giới (Harris, Intelco, Rohde&Schwarz...) cũng đã xuất xưởng các thiết bị tích hợp công nghệ DVB-H. Cuộc đua giữa điện thoại di động 3G và điện thoại di động truyền hình DVB-H đã bắt đầu! Với những ưu thế của mình, ĐTDĐ truyền hình công nghệ DVB-H đang mở ra những triển vọng mới cho người sử dụng.
Bảng 2.1. So sánh giữa DVB-T và DVB-H
STT Đặc điểm DVB-T DVB-H
1
Tốc độ bit của một kênh truyền hình có độ nét tiêu chuẩn SDTV 4-5 Mbit/s 128-384 Kbit/s 2 Màn hiển thị Màn hình TV cỡ trung bình và lớn. Màn hình điện thoại nhỏ. 3 Anten
Anten trên mái nhà (anten Yagi), trong nhà (anten roi)
hoặc anten trên ôtô.
Anten bên trong điện thoại.
4 Nguồn cung cấp Cố định và là nguồn liên tục.
Nguồn năng lượng Pin và có giới hạn.
5 Chế độ thu
Thu cố định, thu xách tay trong nhà và thu trên phương tiện giao thông.
Các máy cầm tay di động.
Hiện nay với công nghệ phát số mặt đất (DVB-T) chúng ta có thể phát
được khoảng 6-7 chương trình TV (SDTV) trên một kênh sóng (với tốc độ tổng là 27,14 Mbit/s). Trong khi đó công nghệ IP Datacast (DVB-H) dễ dàng tương thích với các màn hình cỡ nhỏ (vài inch) của các đầu cuối cầm tay. Với màn hình nhỏ thì chỉ với tốc độ 128-384 Kbit/s trên một kênh (hay một
chương trình TV yêu cầu) đã có thể phân phối một kênh video chất lượng cao. Chính công nghệ này đã làm tăng hiệu quả của quá trình phát quảng bá và có thể truyền được từ 10 đến 55 chương trình TV trên một kênh sóng.
Ngoài ra, trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 (4G), kĩ thuật OFDM còn còn thể kết hợp với các kĩ thuật khác như phân tập anten (MIMO- Multi In Multi Out- đa anten phát thu) nhằm nâng cao dung lượng kênh vô tuyến và kết hợp với CDMA nhằm phục vụ dịch vụ đa truy nhập vào mạng. Một vài hướng nghiên cứu với mục đích thay đổi phép biến đổi FFT trong bộ điều chế OFDM bằng Wavelet nhằm cải thiện sự nhạy cảm của hệ thống đối với hiệu ứng dịch tần do mất đồng bộ và giảm độ dài tối thiểu của chuỗi bảo vệ trong OFDM. Tuy nhiên, khả năng ứng dụng những kĩ thuật này cần được kiểm chứng trong tương lai.
2.6. Các yếu tố ảnh hưởng đến OFDM và giải pháp khắc phục
Công nghệ OFDM thiết kế trong các hệ thống để hoạt động trong các
môitrường kết nối đa dạng từ: Đường dẫn thẳng LOS (Line of sight) đến đường dẫn bị che khuất OLOS (Obstructed Line of sight) và không có đường dẫn thẳng NLOS (NonLine of sight). Đây chính là ưu điểm của OFDM. Tuy nhiên, do làm việc với nhiều loại môi trường truyền dẫn khác nhau như vậy nên tín hiệu đa đường dẫn là tổ hợp của tín hiệu gốc và các tín hiệu phản xạ bởi các vật cản giữa trạm phát và trạm thu. Các tín hiệu phản xạ thường đến trạm thu không cùng một lúc phụ thuộc vào khoảng cách đường đi và thường đến sau so với tín hiệu gốc (truyền thẳng). Do không đến cùngnhau nên xảy ra hiện tượng nhiễu. Ngoài nhiễu do sự chênh lệch thời gian còn có nhiễu do sự sai lệch tần số giữa các sóng mang con làm mất tính trực giao giữa chúng.
2.6.1. Nhiễu ISI (Inter-Symbol interference) và giải pháp khắc phục
- Nhiễu ISI và những ảnh hưởng của nhiễu ISI
ISI là hiện tượng nhiễu liên kí hiệu. ISI xảy ra do hiệu ứng đa đường,
đó. Nguyên nhân do tính chọn lọc của kênh fading trong miền thời gian, tính bất ổn định của kênh gây ra sự giao thoa tín hiệu.
Ảnh hưởng của ISI: gây ra sự nhận định sai kí hiệu, gây khó khăn trong việc khôi phục tín hiệu gốc tại phía thu.
Ở phía thu, chúng ta sẽ không chỉ thu duy nhất 1 bản tín hiệu gốc bên phát mà thu được nhiều bản sao của nó. Mỗi bản sao sẽ có độ trải trễ khác nhau. Và tín hiệu sau sẽ chồng lên tín hiệu trước gây khó khăn cho việc khôi phục nếu ta không khử được nhiễu này.
- Giải pháp khắc phục nhiễu ISI
Chèn khoảng bảo vệ, khoảng bảo vệ được tạo ra bằng cách sao chép phần cuối kí hiệu lên phần đầu của cùng kí hiệu. Nhờ đó tín hiệu sẽ có tính liên tục, không bị gián đoạn tại điểm nối, đảm bảo tính trực giao xuyên suốt. Đồng thời có lợi dụng việc sao chép đó để thực hiện bước đồng bộ kí hiệu qua phương pháp nhân tương quan. OFDM có thể khắc phục hoàn toàn được nhiễu ISI bằng việc dùng khoảng bảo vệ. Khi chiều dài khoảng bảo vệ lớn hơn độ trải trễ cực đại thì symbol sau sẽ hoàn toàn không ảnh hưởng đến symbol trước do hiệu ứng fading đa đường. Tuy nhiên, khoảng bảo vệ là khoảng dữ liệu không mang thông tin, là dữ liệu truyền vô ích nên tùy điều kiện môi trường để chọn cho hợp lý, tiết kiệm băng tần.
2.6.2. Nhiễu ICI(Inter-Channel Interference) và giải pháp khắc phục
- Nhiễu ICI và ảnh hưởng của nhiễu ICI
+ ICI là nhiễu xuyên kênh, phát sinh do tín hiệu của các kênh nằm
cạnh nhau gây nhiễu lên nhau.
+ ICI (Inter-Cell Interference) là nhiễu liên tế bào hay nhiễu giữa các tế
bào, lànhiễu phát sinh do tín hiệu cùng băng tần trên các tế bào (Cell) khác nhau trong mạngdi động gây nhiễu lên nhau.
+ ICI là hiện tượng phổ biến trong các hệ thống đa sóng mang.
sóng mang con, là hiện tượng năng lượng phổ của các sóng mang con chồng lấn quá mức lên nhau làm phá vỡ tính trực giao của các sóng mang con.
+ Nguyên nhân chính là do hiện tượng Doppler do tính di động
của máy phát và máy thu, có sự chuyển động tương đối giữa chúng. Do tính chọn lọc tần số của kênh fading.
+ Ảnh hưởng của ICI: những sóng mang con bị mất tính trực giao
sẽ không thể khôi phục chính xác như đã phát.
- Giải pháp khắc phục ảnh hưởng của nhiễu ICI.
Để hạn chế ảnh hưởng của ICI, người ta chèn khoảng thời gian bảo vệ
một cách tuần hoàn và dùng pilot dẫn đường giúp ước lượng và cân bằng kênh khi khôi phục tín hiệu ở phía thu.
2.6.3.Cải thiện hiệu năng hệ thống trên cơ sở sử dụng mã Gray
Bất kỳ một hệ thống nào cũng đều phải xem xét, tính đến ảnh hưởng của
tạp âm và nhiễu đến hệ thống, ảnh hưởng đến tỷ lệ lỗi truyền, hòa hợp giữa mức tạp âm vàhiệu quả phổ tần. Đặc biệt đối với hệ thống truyền thông vô tuyến, ảnh hưởng của tạpâm và nhiễu lên tín hiệu nhiều hơn nhiều so với các hệ thống khác.Tạp âm và nhiễu sẽ làm giảm tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm (SNR) và làm giảm hiệuquả sử dụng phổ tần của hệ thống. Tạp âm ở đây có thể có tạp âm ở các máy phát, máy thu. Trong hệ thống truyền thông vô tuyến thì tạp âm cần quan tâm giải quyết nhất là tạ p â m trên chín h kên h truyền ISI, ICI, IMD. Nếu không làm giảm, không có biện pháp khắc phục những ảnh hưởng của nhiễu và tạp âm thì tín hiệu sẽ bị sai lệch và không thể khôi phục. Giải pháp để khắc phục, làm giảm ảnh hưởng của nhiễu và tạp âm chính là sử dụng phương pháp mã hóa Gray. Mã hóa Gray là phương pháp mã hóa dữ liệu mà các điểm IQ cạnh nhau trongchòm sao chỉ khác nhau 1 bit. Nhờ đó sẽ giảm xác suất lỗi nhiều bit xuất hiện trong một kí hiệu đơn.
Bảng 2.2. Bảng chuyển đổi mã Gray
Cơ số 10 Mã Gray Cơ số 10 Mã Gray
0 0000 8 1100 1 0001 9 1101 2 0011 10 1111 3 0010 11 1110 4 0110 12 1010 5 0111 13 1011 6 0101 14 1001 7 0100 15 1000
2.6.4. Nâng cao hiệu quả sử dụng phổ tần
Trong những năm gần đây, OFDM không ngừng được nghiên cứu
và mở rộng phạm vi ứng dụng bởi những ưu điểm của nó trong tiết kiệm băng tần. Trong thực tếvới một trải trễ xác định, việc xây dựng một hệ thông OFDM ít phức tạp hơn so với một thệ thống đơn sóng mang. Phổ của tín hiệu OFDM là phổ tổng hợp của các thành phần tần số sóng mang con có dạng sinc [xin(x)/x]. Các sóng mang con trong kỹ thuật OFDM chồng lấn lên nhau, trực giao với nhau, nhờ đó mà băng tần trong kỹ thuật OFDM sử dụng đã tiết kiệm hơn rất nhiều so với các kỹ thuật ghép kênh khác. Tuy nhiên, phổ tổng hợp của chúng vẫn sẽ có một đường bao bên chiếm một lượng băng tần khá lớn. Các đường bao này chính là thành phần tần số ngoài băng và cần loại bỏ nó. Tầ n số n go ài băn g sẽ đ ượ c loạ i bỏ kh i sử dụn g mộ t bộ lọc băn g thô ng ho ặc dùng khoảng bảo vệ cosin tăng. Chúng ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn về 2 giải pháp này.
- Giải pháp dùng khoảng bảo vệ cosin tăng
Một trong những phương pháp đơn giản nhất để loại bỏ bớt đường bao
bên của phổ tín hiệu OFDM là tạo khoảng bảo vệ cosin tăng. Phương pháp này thực hiện làm dốc khoảng bảo vệ ép nhọn nó đến ‘0’ trước kí hiệu tiếp theo. Sự ép nhọn khoảng bảovệ chuyển giao giữa các kí hiệu sẽ làm giảm công suất đường bao bên, thực hiện tối ưu hơn cho việc loại bỏ tín hiệu ngoài băng. Khoảng bảo vệ cosin tăng Raise Cosin (RC) được tạo ra với hình dạng một hàm cosin bình phương. Tính chất giảm dần đến ‘0’ của khoảng RC được chọn rất nhỏ vàcó thể bỏ qua ở phía thu. Nhiễu ISI do nó gây ra sẽ rất thấp.
- Giải pháp dùng bộ lọc băng thông
Chúng ta đã xem xét việc sử dụng khoảng bảo vệ cosin tăng để
cắt bớt thành phần tần số ngoài băng giúp cải thiện việc sử dụng phổ