2.2.1 Khái niệm DVB-H
DVB-H là tiêu chuẩn công nghệ truyền hình kỹ thuật số cho các thiết bị cầm tay đƣợc ra đời tại châu Âu vào năm 2002. Công nghệ này cho phép truyền tải đồng thời nhiều chƣơng trình truyền hình, phát thanh hay dữ liệu IP (Internet Protocol) khác nhau tới những thiết bị cầm tay di động nhƣ : điện thoại di động, PDA,....
DVB-H đƣợc xem nhƣ là một phần mở rộng của DVB-T bởi vì tiêu chuẩn DVB-H đƣợc xây dựng dựa trên tiêu chuẩn truyền hình kỹ thuật số mặt đất DVB-T hay nói cách khác chuẩn DVB-T đã đƣợc thêm vào một số đặc điểm cần thiết để hỗ trợ chế độ di động và chế độ tiết kiệm nguồn cho các thiết bị sử dụng nguồn nuôi là pin để đảm bảo thu tín hiệu tốt trong môi trƣờng di động.
DVB-H tập trung vào công nghệ lớp vật lý, đóng gói đƣợc sử dụng tại lớp liên kết dữ liệu và kỹ thuật IP đƣợc sử dụng tại lớp mạng. Cụ thể lớp vật lý sử dụng công nghệ OFDM cho giao diện không gian và công nghệ tiết kiệm nguồn cho máy thu. OFDM là sự lựa chọn đúng đắn cho giao diện không gian truyền hình di động vì công nghệ này giúp miễn nhiễm với các nguồn nhiễu đa đƣờng và sử dụng phổ tần số hiệu quả đồng thời làm việc hiệu quả trong mạng đơn tần. DVB-H sử dụng cắt lát thời gian để bộ điều chỉnh có thể tắt trong hầu hết thời gian và chỉ bật trong các cụm truyền ngắn. Điều này cho phép bộ điều chỉnh làm việc trên băng thông đầu vào nhỏ và cũng tiết kiệm nguồn tiêu thụ lên tới 90- 95%.
SVTH : Đào Minh Tiến 37 Lớp KTTT&TT–K48
2.2.2 Cấu trúc và hoạt động của hệ thống DVB-H
DVB-H dựa trên cơ sở truyền tải cơ sở IP. Video đƣợc truyền tải sử dụng tín hiệu mã hoá video MPEG-4/AVC (H.264), có thể cung cấp tín hiệu mã hoá QCIF ở 384kb/s hoặc ít hơn. Có nhiều bộ giải mã có thể hoạt động trên tín hiệu truyền hình thời gian thực và cung cấp tín hiệu mã hoá MPEG-4/AVC ở đầu ra dƣới định dạng IP. Vì dựa trên truyền tải IP, DVB-H có thể hỗ trợ mã hoá âm thanh và hình ảnh khác ngoài MPEG-4/AVC. Về cơ bản là một truyền tải IP, nó có thể hỗ trợ mọi loại luồng AV. Ngoài MPEG-4, định dạng mã hoá Microsoft VC-1 là đƣợc sắp đặt trong tiêu chuẩn DVB-H. Độ phân giải và kích cỡ khung có thể đƣợc lựa chọn bởi nhà cung cấp dịch vụ để thoả mãn các mục tiêu tốc độ bit. Dữ liệu sau đó đƣợc phát đi bằng một IP datacast (Hình 2.6).
Hình 2.6 Hệ thống truyền dẫn truyền hình di động DVB-H
Trong môi trƣờng DVB-H điển hình một số lƣợng các dịch vụ âm thanh và truyền hình có thể đƣợc mã hoá bởi một dãy các bộ mã hoá. Tất cả các bộ mã hoá đƣợc kết nối bởi bộ chuyển mạch tới bộ đóng gói IP(IP encapsulator), sau đó đƣợc kết hợp tất cả các dịch vụ âm thanh và video cũng nhƣ tín hiệu PSI và SI
SVTH : Đào Minh Tiến 38 Lớp KTTT&TT–K48
và dữ liệu EPG thành các khung IP. Bộ đóng gói IP cũng cung cấp dữ liệu kênh để đƣợc sắp xếp vào các khe thời gian sao cho máy thu có thể vẫn tích cực trong suốt thời gian để dữ liệu lựa chọn kênh tích cực truyền vào không gian (Hình 2.7).
Hình 2.7 DVB-H IP Datacasting
Bộ đóng gói IP cũng cung cấp nhiều mã sửa lỗi, các mã này có thể cung cấp các tín hiệu đáng tin cậy trong môi trƣờng di động tiêu chuẩn. Tốc độ dữ liệu tại đầu ra của một bộ đóng gói IP trong DVB-H nói chung phụ thuộc vào kiểu điều chế cũng nhƣ sự sẵn sàng băng thông. Thông thƣờng thì một kênh ghép DVB-H sẽ có thể có tốc độ dữ liệu là 11Mb/s, khi đƣợc điều chế sẽ tạo thành một dải sóng mang rộng 7-8MHz. So sánh với một kênh ghép 21Mb/s cho dịch vụ DVB-T trong băng VHF. Tốc độ truyền dẫn của DVB-H có hiệu suất thấp hơn vì lý do chấp nhận sửa lỗi ở mức cao để truyền dẫn mạnh hơn trong môi trƣờng các thiết bị cầm tay.
Đầu ra của bộ đóng gói IP ở định dạng ASI, sau đó đƣợc điều chế bởi bộ điều chế COFDM với 4K (hoặc 8K) sóng mang. Bộ điều chế COFDM cung cấp
SVTH : Đào Minh Tiến 39 Lớp KTTT&TT–K48
sự đàn hồi cần thiết để chống lại fading chọn lọc (selective), và các điều kiện lan truyền khác. Tiêu chuẩn DVB-T cung cấp cho sóng mang 2K đến 8K trong điều chế COFDM. Chế độ 4K đƣợc dự định dùng cho DVB-H vì 2K sóng mang không đƣa ra chế độ bảo vệ thoả đáng chống lại fading chọn lọc tần số và nó cũng cung cấp kích thƣớc ô nhỏ hơn bởi vì yêu cầu khoảng bảo vệ trong mạng đơn tần (SFN). Đồng thời chế độ 8K sóng mang có số lƣợng sóng mang dày đặc và các tần số quá gần đối với dịch tần Doppler, chúng rất quan trọng đối với các máy thu dịch chuyển. Do đó, chế độ mới 4K sóng mang kết hợp chặt chẽ nhƣ là phần thiết yếu trong tiêu chuẩn DVB-H. Chế độ 4K đã dung hoà tốt hơn giữa các kích thức ô và hiệu ứng Doppler do di chuyển. Một bộ chèn ký hiệu 4 K cũng đƣợc sử dụng trong quá trình điều chế. Tuy nhiên, cần nhận biết rằng chế độ sóng mang thực tế đƣợc phụ thuộc vào băng tần triển khai, ví dụ băng UHF hoặc băng L. Điều chế cho mỗi sóng mang trong tập hợp các sóng mang có thể với điều chế QPSK, 16QAM, hoặc 64QAM.
Tiêu chuẩn DVB-H khuyến nghị cho điều chế COFDM, nó phù hợp cho các SFN. Hệ thống sử dụng các đồng hồ thời gian dựa trên GPS và nhãn thời gian để đảm bảo rằng tất cả các máy phát trong một vùng có thể vận hành duy trì cơ chế đồng bộ thời gian, rất cần cho SFN. Điều đó cũng bao hàm ý nghĩa là các bộ lặp có thể đƣợc sử dụng trong vùng phủ tại cùng tần số và các bộ lặp đó cung cấp thêm cƣờng độ tín hiệu tới các máy thu tại máy di động.
2.2.3 Các công nghệ của DVB-H
2.2.3.1 Thành phần chức năng của mô hình phát dữ liệu DVB-IP
DVB-H dùng phát dữ liệu IP (tham chiếu tới IPDC). Quá trình bao hàm
đóng gói nội dung số vào các gói IP và sau đó chuyển các gói này trong một bộ thủ tục đáng tin cậy. Nền tảng IP không hạn chế các kiểu nội dung do đó nó có thể tải và vì vậy IPDC phù hợp cho video trực tiếp, tải video xuống (qua truyền file), các file nhạc, luồng âm thanh và video (theo định dạng luồng), trang web, trò chơi hay nhiều loại nội dung khác.
SVTH : Đào Minh Tiến 40 Lớp KTTT&TT–K48
So với các mạng unicast IP thì IPDC cung cấp các ƣu điểm nổi bật vì các
mạng quảng bá có thể vƣơn tới hàng nghìn đầu cuối (không hạn chế số ngƣời dùng) và tốc độ đƣợc nâng cao, luôn sắn sàng cho tất cả ngƣời dùng.
Dùng IP nhƣ công nghệ cơ sở có ƣu điểm là dữ liệu trong đó nội dung có
thể đƣợc giám sát cùng chung các giao thức phổ biến trên Internet, các thiết bị không đắt và các kỹ thuật quản lý đã sẵn sàng. Môi trƣờng truyền dẫn cũng độc lập với kiểu nội dung đang đƣợc vận chuyển. Các kiểu nội dung có thể là truyền hình trực tiếp, các file âm thanh và video hoặc các trang Web HTML/XML.
Dữ liệu để đƣợc phát quảng bá bao gồm hai loại nội dung quảng bá và mô tả dịch vụ, nhƣ dữ liệu PSI/SI và hƣớng dẫn dịch vụ điện tử. Ngoài ra dữ liệu cũng bao gồm thông tin quản lý bản quyền để truy cập và thuê bao nội dung. Lớp IP cung cấp các socket mà qua đó thông tin của mỗi loại đƣợc phát đi.
2.2.3.2 Cắt lát thời gian (Time Slicing)
Một trong những đặc điểm để phân biệt DVB-H với DVB-T đó là đặc điểm cắt lát thời gian của các dữ liệu kênh trên đoạn ghép cuối cùng. Trong trƣờng hợp DVB-T, nhiều kênh sẽ đƣợc ghép với nhau (ví dụ 6 hoặc 8 dịch vụ trong một kênh ghép 8MHz). Tuy nhiên ở mức ghép kênh, các gói cho các kênh khác nhau liên tiếp nhau. Vì kết quả của tốc bộ bít rất cao, máy thu cho mỗi kênh cần hoạt động trong toàn bộ thời gian vì các gói sẽ tới liên tục.
Trong trƣờng hợp DVB-H, bộ đóng gói IP đƣa ra khả năng đầy đủ của việc ghép kênh trong một thời gian giới hạn cho một kênh duy nhất. Do đó các gói cho kênh này cụ thể tới theo từng chùm, chùm này sau chùm kia, trong suốt thời gian này. Trong khi khe này đƣợc cấp phát cho kênh này thì không có gói từ các kênh khác. Điều này cho phép máy thu, nếu nó chỉ cần một kênh, hoạt động trong suốt thời gian các gói cho kênh này đƣợc nhóm lại với nhau (ví dụ trong suốt khe thời gian đƣợc chỉ định cho một kênh riêng cụ thể). Vào những thời điểm khác, máy thu (tuner) có thể đƣợc tắt để duy trì nguồn. Nó phải đƣợc bật nguồn trở lại trƣớc khi khe đƣợc chỉ định tới theo chu trình (trong thực tế cần
SVTH : Đào Minh Tiến 41 Lớp KTTT&TT–K48
200ms cho đồng bộ). Cho phép máy thu di động ở trong chế độ tiết kiệm năng lƣợng để thời gian thu tín hiệu lên tới 95% phụ thuộc số lƣợng dịch vụ đƣợc ghép. Trong hạng mục thời gian, dữ liệu có khoảng thời gian từ 1-5s đƣợc vận chuyển bằng một chùm duy nhất. Nếu tốc độ kênh dữ liệu là 1Mb/s (lấy làm ví dụ) máy thu sẽ phải cần 5Mbit bộ nhớ đệm cho thời gian 5s không hoạt động. Nhƣ một sự lựa chọn, cho một dịch vụ TV chạy ở 25 khung hình/s, máy thu cần bộ nhớ đệm 125 khung dữ liệu. Các khung đƣợc lƣu trong bộ nhớ đệm này đƣợc hiển thị bình thƣờng và ngƣời dùng không nhận biết đƣợc máy thu đang không hoạt động (Hình 2.8).
Hình 2.8 Cắt lát thời gian trong DVB-H
Tổng số dữ liệu đƣợc truyền trong một chùm bằng một khung FEC, có thể
từ 1-5 Mbit. Khi máy thu không thu các chùm mong muốn của dữ liệu, thiết bị điểu hƣởng nằm trong máy cầm tay sẽ không hoạt động và vì thế sử dụng ít năng lƣợng hơn.
Tuy nhiên có nhiều sự lựa chọn dùng các khoảng thời gian không hoạt động. Ví dụ máy thu có thể đo độ lớn tín hiệu từ các bộ lặp ở gần tới các bộ lặp không phục vụ để chuyển giao tới các máy phát hoặc bộ lặp thích hợp hơn.
SVTH : Đào Minh Tiến 42 Lớp KTTT&TT–K48
Nó có thể xếp các dịch vụ có cắt lát thời gian (ví dụ: DVB-H) và không có
cắt lát thời gian (ví dụ: DVB-T) trong cùng một bộ ghép kênh.
2.2.3.3 Thời gian chuyển giữa các kênh và các bit báo hiệu tham số máy phát (TPS) phát (TPS)
Một trong những vấn đề nảy sinh do máy thu đang ở chế độ tiết kiệm
năng lƣợng đó là thời gian cần để chuyển kênh truyền hình trên máy di động. Để giảm thời gian tìm kiếm và cho phép "phát hiện dịch vụ nhanh", các bit báo hiệu của luồng DVB-T cũng mang thông tin về luồng DVB-H. Khung báo hiệu DVB-T bao gồm 68 bit TPS trong đó chỉ có 23 bit dùng cho các tham số DVB- T. Khi DVB-H đƣợc tải trên cùng một kênh ghép, một số bit TPS không đƣợc sử dụng đƣợc dùng để mang thông tin về DVB-H.
Các bit TPS thêm vào trong luồng báo hiệu giúp trả lại kênh mới đƣợc chọn nhanh hơn cũng nhƣ chuyển giao trong trong môi trƣờng di động, máy thu DVB-H hiểu đƣợc trạng thái của toàn bộ luồng phát.
2.2.3.4 MPE – FEC
Quá trình thu ở các thiết bị cầm tay rất khác với quá trình này ở các ăng
ten thu sóng mặt đất cố định:
- Thứ nhất, tự bản thân ăng ten rất nhỏ và có hệ số tăng ít thấp.
- Thứ hai, thiết bị cầm tay ở trong môi trƣờng di động, tín hiệu thu đƣợc có
thể trải qua sự dao động mạnh về công suất thu.
Mặc dù lớp vật lý mạnh sử dụng truyền dẫn OFDM đã làm fading chọn
lọc giảm bớt ảnh hƣởng, và dù sử dụng các mạng đơn tần và các tín hiệu thu đƣợc tăng cƣờng từ tất cả các nguồn phản xạ và trực tiếp thì vẫn cần tới một quá trình bảo vệ bổ sung dƣới dạng chuẩn hoá lỗi chuyển tiếp.
Dữ liệu âm thanh và hình ảnh trong một môi trƣờng DVB-H đƣợc phát đi bằng IP datacasting. Có nghĩa rằng dữ liệu đƣợc đóng gói với các tiêu đề IP và đƣợc phát giống nhƣ nó đƣợc truyền qua qua Internet. Tuy vậy, môi trƣờng vô
SVTH : Đào Minh Tiến 43 Lớp KTTT&TT–K48
tuyến không thân thiện nhƣ Internet và phải chịu một tỷ lệ lỗi cao do sự thay đổi các mức tín hiệu, nhiễu và các hiệu ứng truyền dẫn khác. Do đó dữ liệu cần đƣợc bảo vệ tốt.
Bảo vệ dữ liệu đƣợc thực hiện trong trƣờng hợp DVB-H sử dụng công
nghệ sửa lỗi chuyển tiếp. Các bộ đóng gói IP thực hiện thêm các chức năng của MPE-FEC. FEC đƣợc thực hiện ở mức liên kết (ví dụ trƣớc khi dữ liệu đƣợc mã hoá). Cần biết rằng DVB-H sử dụng lớp vật lý của DVB-T (có nghĩa điều chế COFDM). COFDM rất vững chắc và cung cấp thu tốt ngay cả dƣới điều kiện truyền dẫn đa đƣờng. MPE-FEC cung cấp mức độ bảo vệ xa hơn và trên cả COFDM.
Hình 2.9 Cấu trúc khung MPE-FEC
Dữ liệu đến từ bộ mã hoá đƣợc đặt vào khung FEC, khung FEC sẵn sàng với sử dụng mã RS(255,191). Khung bao gồm 1024 hàng. Mỗi hàng có 191 cột (mỗi cột là một byte) dữ liệu IP và 64 cột dữ liệu FEC từ các mẫu tƣơng đƣơng các byte. Nhƣ vậy mỗi hàng đại diện cho 191 byte dữ liệu IP, dữ liệu này đƣợc chuyển đổi bổ sung thành phần sửa lỗi chuyển tiếp thành 255 byte. Nếu 1024 hàng đƣợc dùng trong khung, thì một khung bao gồm 191KB dữ liệu IP và
SVTH : Đào Minh Tiến 44 Lớp KTTT&TT–K48
255KB dữ liệu đƣợc phát. Nó cũng đƣợc biểu diễn nhƣ 1,528 Mbit dữ liệu IP và 2,040Mbit dữ liệu phát.(Hình 2.9)
Với một bộ mã hoá chạy ở tốc độ 384kb/s (48kByte/s), một khung FEC có
thể mang 3,97s dữ liệu, nó đƣợc phát nhƣ một chùm. Nó bảo gồm khoảng 100 khung ở tốc độ mã hoá 25fps. Việc sử dụng FEC làm giảm tỉ số tín hiệu trên nhiễu cần thiết để thu tín hiệu với hệ số lên tới 7dB, đƣa ra khả năng phục hồi đáng kể cho các thiết bị cầm tay trong việc thu tín hiệu truyền dẫn DVB-H.
2.2.4 Kiến trúc mạng
Tiêu chuẩn DVB-H đƣợc thiết kế ở một mức độ cho phép khai thác hệ
thống truyền hình quảng bá mềm dẻo với nhiều cấu hình có thể cùng với các mạng truyền hình số đang có sẵn hoặc lắp đặt mới. Khi truyền dẫn DVB-T đi kèm với các ăng ten tƣơng đối lớn trên mái nhà thì DVB-H lại cần phải tiếp cận tới các ăng ten rất nhỏ ở trong môi trƣờng di động. Có một yêu cầu nữa đó là truyền dẫn cả bên trong các toà nhà. Bởi vì các yếu tố này, công suất phát xạ đẳng hƣớng có ích (EIRP) cần phải cao hơn rất nhiều cho hệ thống DVB-H. Công suất phát cũng phụ thuộc vào chiều cao ăng ten.
Ví dụ, nếu EIRP yêu cầu cho một máy di động với ngƣỡng công suất tối
thiểu -47dB trong phạm vi 5km là 46dBm (P=20W) cho ăng ten có chiều cao 120m, thì với ăng ten có chiều cao là 25m sẽ yêu cầu xấp xỉ 70dBm EIRP (P=10kW).
2.2.5 Truyền dẫn DVB-H
Công nghệ DVB-H đƣợc thiết kế để dùng chung hạ tầng DVB-T có sẵn,
hạ tầng này đã đƣợc triển khai cho truyền hình số. Hơn nữa việc dùng chung mạng DVB-T đã dẫn đến xem xét đặc biệt trong khung cơ sở các yêu cầu kỹ