Nhỡn thoỏng qua (hỡnh 3.3) thỡ tiờu chuẩn DVB-S2 cú ớt sự thay đổi đỏng kể nào khi so sỏnh với tiờu chuẩn DVB-S. Mó sửa sai trong Viterbi và ngoài Reed- Solomon được thay thế bằng mó sửa sai LDPC (Low-Density Parity Check) và BCH (Bose-Chaudhuri-Hocquenghem) tương ứng.
Đề xuất lựa chọn hệ thống truyền dẫn tớn hiệu truyền hỡnh số qua vệ tinh cho VNPT
- 68 -
Ngoài ra, điều chế phức tạp hơn và số lượng bit hữu ớch/hertz tăng lờn. Tiờu chuẩn mới cung cấp cỏc kiểu điều chế QPSK (2bit/Hz), 8PSK (3 bit/Hz), 16APSK (4 bit/Hz) và thậm chớ là 32APSK (5 bit/Hz). So sỏnh với kiểu điều chế QAM, cỏc cấu hỡnh điều chế APSK (Amplitude and Phase-Shift Keying) cho phộp việc bự dễ dàng với bộ phỏt đỏp – transponder phi tuyến.
Sự khỏc nhau chớnh và cũng là hiệu quả của DVB-S2 khi so sỏnh với DVB-S là khả năng kết hợp cỏc dũng dữ liệu vào một súng mang, điều chế, mó hoỏ thay đổi và tương thớch (VCM và ACM) và cấp bờn trong dũng dữ liệu khụng phải MPEG (non-MPEG2).
Sự kết hợp cỏc dũng dữ liệu khỏc nhau sẽ làm tăng số lượng tớn hiệu truyền tải trờn một súng mang. Trong thực tế, điều này cú thể xem như việc sử dụng bộ ghộp kờnh (MUX), nhưng lại khụng phải chịu những bất lợi từ việc định lại tham chiếu thời gian chương trỡnh PCR và sự thay đổi thụng tin dịch vụ - thụng tin đặc trưng chương trỡnh (SI-PSI).
Chức năng điều chế và mó hoỏ thay đổi - VCM (Variable Coding and Modulation) cho phộp xỏc định một cấu hỡnh điều chế khỏc nhau và mức sửa lỗi cho mỗi dũng dữ liệu trờn cựng một súng mang.
Chức năng điều chế và mó hoỏ tương thớch - ACM (Adaptive Coding and Modulation) cho phộp thay đổi động cấu hỡnh điều chế và mức bảo vệ lỗi cho mỗi khung dữ liệu. Khi kết hợp cỏc dũng dữ liệu với cỏc đầu cuối thu cú cơ cấu hồi tiếp, tớnh năng ACM đặc biệt thớch hợp cho việc tối ưu băng thụng cho một mạng tương tỏc: Cỏc thụng số truyền dẫn cú thể được tối ưu cho mỗi bộ đầu cuối và cỏc ảnh hưởng do thời tiết như là fading do mưa cú thểđược bự dễ dàng và an toàn.
DVB-S2 được vớ như là một bộ cụng cụ cho cỏc dịch vụ tương tỏc: Điều chế và mó hoỏ cao cấp, truyền tải bất kỡ dạng (format) dữ liệu nào. Mục tiờu của bộ cụng cụ DVB-S2 là một hệ thống đơn phục vụ cho cỏc ứng dụng khỏc nhau.
Đề xuất lựa chọn hệ thống truyền dẫn tớn hiệu truyền hỡnh số qua vệ tinh cho VNPT
- 69 -
3.3.2.1 Điều chế và mó sửa sai cao cấp
a) Điều chế: Cú 4 kiểu điều chế QPSK, 8PSK, 16APSK và 32APSK (hỡnh
3.4). Tất cảđó được tối ưu để hoạt động với cỏc transponder phi tuyến. Bộđiều chế sử dụng bộ lọc băng gốc (B.B filter) và điều chế vuụng gúc (Quadrature Modulation) tạo ra cỏc dạng phổ tớn hiệu và tớn hiệu cao tần RF. Đõy là bộ lọc dạng cosin tăng cú 3 dạng phổứng với 3 hệ số roll-off (α): 0,20; 0,25 và 0,35. Giảm hệ số α sẽ làm tăng độ suy giảm bờn ngoài kờnh phi tuyến (do nhiễu ISI tăng lờn), phổ tớn hiệu ra sẽ “vuụng” hơn.
Bảng 3.1: Hiệu suất điều chế.
Đề xuất lựa chọn hệ thống truyền dẫn tớn hiệu truyền hỡnh số qua vệ tinh cho VNPT
- 70 -
b) Mó sửa sai cao cấp: DVB-S2 sử dụng phương phỏp mó hoỏ khối BCH và
LDPC.
• Kớch thước khối mó hoỏ: 16.200 bit (180ì90), hoặc 64.800 bit (720ì90).
• Tỷ lệ mó sửa sai: 1/4, 1/3, 2/5, 1/2, 3/5, 2/3, 3/4, 4/5, 5/6, 8/9, 9/10.
c) Quỏ trỡnh tạo khung (Frame):
Truyền dẫn tớn hiệu được tổ chức thành cỏc khung nối tiếp nhau. Trờn mỗi khung gồm phần mào đầu - Header (H), trong mỗi Header chứa cỏc bit đồng bộ và bỏo hiệu (điều chế, mó hoỏ ...) và khối mó hoỏ mang thụng tin (Code block). Với ACM quỏ trỡnh bảo vệ cú thể thay đổi từng khung một (16APSK, 8PSK, QPSK2/3 …) tuỳ theo điều kiện truyền dẫn (trời nắng, cú mõy mự hay mưa …).
Hỡnh 3.5: Quỏ trỡnh tạo khung.
3.3.2.2 DVB-S2 truyền tải bất cứđịnh dạng dữ liệu nào
• DVB-S2 cú thể tiếp nhận dũng truyền tải đơn chương trỡnh hoặc đa chương trỡnh, dạng MPEG-TS hay dạng generic (vớ dụ như IP...).
• DVB-S2 tương thớch tốt với cỏc loại mó hoỏ MPEG-2, HDTV cũng như cỏc hệ thống mó hoỏ mới (như H.264AVC, VC1…).
• Mỗi dũng tớn hiệu đầu vào cú thểđược bảo vệ bằng cỏc cỏch khỏc nhau. Khi qua hệ thống truyền dẫn DVB-S2, tớn hiệu sau giải mó đỳng như ban đầu.
Đề xuất lựa chọn hệ thống truyền dẫn tớn hiệu truyền hỡnh số qua vệ tinh cho VNPT
- 71 -
3.3.3 Một sốđiểm đỏng chỳ ý trong thụng số kỹ thuật của tiờu chuẩn DVB-S2
Sử dụng tiờu chuẩn DVB-S2, cựng với tiờu chuẩn nộn tớn hiệu MPEG-4 H.264/AVC hiện là hướng đi hoàn thiện trong thực tế. Hoàn thiện ở đõy muốn núi đến sự tiết kiệm đỏng kể về dải thụng, tăng hiệu quả cụng suất của quỏ trỡnh truyền dẫn, được thiết kế với cỏc tớnh năng tối ưu và yờu cầu tỷ số C/N thấp khi thu.
3.3.3.1 Tăng dung lượng truyền dẫn trờn cựng một băng thụng
So sỏnh với tiờu chuẩn DVB-S trước đõy với cựng điều kiện truyền dẫn: DVB-S2 cú khả năng truyền dữ liệu lớn hơn tới 30% so với DVB-S trong cựng điều kiện băng thụng21. Hay núi cỏch khỏc một tớn hiệu truyền dẫn theo tiờu chuẩn DVB- S2 yờu cầu băng thụng ớt hơn 30% so với khi sử dụng tiờu chuẩn DVB-S. Dung lượng của một transponder vệ tinh chuẩn 33MHz, hoạt động với tốc độ symbol 27,5Msymbol/s và FEC 3/4 cú thể tăng từ 38Mb/s lờn 50Mb/s khi dựng DVB-S2. Về lý thuyết, khi dựng DVB-S2 kết hợp với MPEG-4 cú thể truyền tới 6 kờnh HDTV 8Mb/s mỗi kờnh trờn một transponder, so với 2 kờnh HDTV 16Mb/s một kờnh khi dựng DVB-S MPEG-2 cũng trờn transponder này. Điều này được thực hiện bởi việc thay mó xoắn nội Viterbi trong DVB-S bằng mó nội LDCP hiệu quả hơn, kết hợp với thay thế mó ngoại Reed-Solomon (204,188, T=8) bằng mó BCH trong DVB-S2. Liờn hợp mó sửa lỗi tiến (FEC) LDCP/BCH làm cho DVB-S2 tiến gần tới giới hạn Shannon hơn, chỉ cỏch khoảng 1dB, so với khoảng 3dB của DVB- S. Đặc biệt khi ứng dụng điều chế, mó hoỏ VCM và ACM hiệu suất sử dụng băng thụng tăng tương ứng 66% và 131%22. Điều này cú nghĩa là giỏ thành thuờ transponder sẽ thấp hơn.
21 ETSI TR 102 376 V1.1.1 (2005-02)Digital Video Broadcasting (DVB), User guidelines for the second generation system for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and otherbroadband satellite applications (DVB-S2).
22Analysis of the bandwidth eifficiency of DVB-S2 in a typical data distribution network, Dirk Breynaert, Maximilien d’Oreye de Lantremange, Newtec CCBN2005, Beijing, March 21-23 2005.
Đề xuất lựa chọn hệ thống truyền dẫn tớn hiệu truyền hỡnh số qua vệ tinh cho VNPT
- 72 -
3.3.3.2 Tăng hiệu quả cụng suất của quỏ trỡnh truyền dẫn
Sử dụng DVB-S2 cũn làm tăng hiệu quả cụng suất của quỏ trỡnh truyền dẫn. Trong vựng phủ súng, một tớn hiệu DVB-S2 yờu cầu thu được ở mức thấp hơn khoảng 2,5dB so với một tớn hiệu DVB-S trong cựng điều kiện bảo vệ lỗi. Ngoài ra, DVB-S2 cũn cú thể tương thớch được bất kỡ đặc tớnh transponder vệ tinh với sự khỏc nhau lớn của cỏc tần số phổ (từ 0,5 đến 4,5bit/s trờn một đơn vị băng thụng) và yờu cầu về tỷ số C/N kết hợp (từ -2dB đến +16dB).
Khi DVB-S2 được ứng dụng với cỏc ứng dụng điểm - điểm như IP unicasting, gain của tớn hiệu DVB-S2 cũn lớn hơn DVB-S. Chức năng điều chế và mó hoỏ thay đổi (VCM) cho phộp thực hiện điều chế và mức bảo vệ lỗi khỏc nhau để sử dụng hoặc thay đổi trờn cơ sở từng frame một. Chức năng này cũn cú thể kết hợp với việc sử dụng kờnh đường về (return channel) để đạt được điều chế mó hoỏ tương thớch khoỏ vũng (closed-loop).
Vỡ vậy cỏc thụng số truyền dẫn được tối ưu cho mỗi thuờ bao riờng biệt phụ thuộc vào điều kiện đường truyền.
ACM cho phộp sử dụng lại từ 4 đến 8dB phần cụng suất thường dựng để dự phũng cho suy hao do mưa trong cỏc truyền dẫn thụng tin vệ tinh thụng thường DVB-S. Do đú vựng phủ súng vệ tinh tăng gấp 2 hoặc 3 lần dẫn tới giỏ thành dịch vụ giảm đột ngột.
3.3.3.3 DVB-S2 được thiết kế với cỏc tớnh năng tối ưu
DVB-S2 đó được tối ưu cho cỏc ứng dụng vệ tinh băng rộng như:
• Cỏc dịch vụ quảng bỏ: Truyền dẫn cỏc chương trỡnh SDTV hoặc HDTV.
• Cỏc dịch vụ tương tỏc bao gồm cả truy nhập Internet.
• Cỏc ứng dụng chuyờn nghiệp: phõn phối tớn hiệu truyền hỡnh số tới cỏc trạm phỏt hỡnh số mặt đất, truyền số liệu và cỏc ứng dụng chuyờn nghiệp khỏc.
Đề xuất lựa chọn hệ thống truyền dẫn tớn hiệu truyền hỡnh số qua vệ tinh cho VNPT
- 73 -
DVB-S2 khụng bị hạn chế với kiểu mó hoỏ video và audio MPEG-2 mà cú thể tương thớch với cỏc kiểu mó hoỏ MPEG-2, MPEG-4 và HDTV. Tiờu chuẩn này cũng mềm dẻo hơn khi chấp nhận bất kỡ dạng đầu vào, bao gồm dũng bit liờn tục, dũng truyền tải MPEG đơn hoặc đa chương trỡnh, IP hay ATM. Đặc tớnh này cho phộp cỏc dũng dữ liệu khỏc và cỏc cấu hỡnh dữ liệu trong tương lai cú thể sử dụng được với DVB-S2 mà khụng cần tới một tiờu chuẩn mới.
3.3.3.4 Yờu cầu về tỷ số C/N thấp
Cỏc mode truyền dẫn của DVB-S2 đũi hỏi tỷ số C/N khi thu thấp. Kết quả đạt được bởi mụ phỏng mỏy tớnh trờn kờnh nhiễu trắng (hỡnh 3.6).
Hỡnh 3.6: Hiệu quả phổ và C/N yờu cầu trong kờnh nhiễu trắng.
Mối liờn hệ giữa dung lượng kờnh và băng thụng của cỏc kờnh nhiễu trắng được xỏc định bởi cụng thức nổi tiếng do Shannon tỡm ra, đú là:
C = W log2(1 + P/N); (3.1) Se = C/W; (3.2)
Đề xuất lựa chọn hệ thống truyền dẫn tớn hiệu truyền hỡnh số qua vệ tinh cho VNPT
- 74 - trong đú: Se : Hiệu quả phổ (bit/s/Hz).
C : Dung lượng kờnh (bit/s). W: Băng thụng của kờnh (Hz). P : Cụng suất mỏy phỏt (W). N: Cụng suất nhiễu (W).
So sỏnh DVB-S2 với DVB-S cú thể thấy độ lợi (gain) dung lượng tốc độ bit của tớn hiệu DVB-S2 đạt tới 25-35% so với DVB-S (cựng tỷ số C/N và tốc độ symbol) tuỳ thuộc vào mode truyền dẫn và ứng dụng. DVB-S2 cú tớnh linh hoạt rất lớn, nú cú thể tương thớch với bất kỡ đặc tớnh của transponder nào: Hiệu suất phổ cú thểđạt từ 0,5 đến 4,5 bit/s/Hz, C/N trong khoảng từ -2 đến +16dB trong mụi trường cú nhiễu trắng.
Nhỡn trờn hỡnh 3.6, chỳng ta thấy DVB-S2 chỉ cũn cỏch đường giới hạn Shannon từ 0,7 đến 1dB, điều này cú nghĩa rằng với DVB-S2 “Từ nay về sau, chỳng ta sẽ khụng bao giờ phải thiết kế một hệ thống khỏc cho phỏt quảng bỏ vệ tinh”23.
3.3.4 Mó sửa sai BCH & LDPC
Mó sửa sai kiểm tra độ ưu tiờn cường độ thấp LDPC (low-density parity check code) là một lớp cỏc mó khối tuyến tớnh tương ứng là một ma trận kiểm tra độ ưu tiờn H. Ma trận H chỉ gồm cỏc số 0 và 1 nằm rải rỏc. Điều đú cú nghĩa rằng cường độ của cỏc số 1 trong ma trận này rất thấp. Việc mó hoỏ được thực hiện bằng cỏc phương trỡnh biến đổi từ ma trận H để tạo ra cỏc bit kiểm tra độ ưu tiờn. Việc giải mó được thiết lập bằng cỏch sử dụng “cỏc đầu vào mềm” (soft-inputs) kết hợp với cỏc phương trỡnh này để tạo ra cỏc ước lượng mới cho cỏc giỏ trị thụng tin đó được gửi. Mó LDPC cú thể loại trừ được cỏc tầng lỗi. Để xỏc định được tầng lỗi,
Đề xuất lựa chọn hệ thống truyền dẫn tớn hiệu truyền hỡnh số qua vệ tinh cho VNPT
- 75 -
một mó phớa ngoài (mó ngoại) được thờm vào trong cụng nghệ LDPC, đú là mó BCH. Mó ngoại BCH cú hiệu quả với tầng lỗi thấp. Vỡ vậy, tổ chức DVB đó chọn phương phỏp mó ngoại BCH và mó nội LDPC là mó sửa sai của tiờu chuẩn DVB- S2.
Hỡnh 3.7: Vớ dụ về ma trận H và cỏc điểm kiểm tra.
3.3.5 Điều chế và mó húa thay đổi VCM
Một đặc tớnh nổi bật của cụng nghệ DVB-S2 là cỏc dịch vụ khỏc nhau cú thể phỏt trờn cựng một súng mang. Mỗi dịch vụ vẫn giữ cấu hỡnh điều chế và tỷ lệ mó sửa sai riờng. Đõy là một kiểu ghộp kờnh trờn lớp vật lý được gọi là điều chế và mó hoỏ thay đổi – VCM (Variable Coding and Modulation). VCM thực sự phỏt huy hiệu quả khi cỏc dịch vụ khỏc nhau khụng cần tỷ lệ mó sửa sai giống nhau (chẳng hạn cú thể chấp nhận mất một kờnh thứ hai trong trường hợp fading do mưa) hoặc cỏc dịch vụ khỏc nhau được chỉđịnh cho cỏc trạm khỏc nhau trong những điều kiện thu thụng thường khỏc nhau.
3.3.6 Điều chế và mó hoỏ tương thớch ACM
Hiện nay cỏc dịch vụ DVB IP/Unicast cung cấp bởi vệ tinh sử dụng tiờu chuẩn DVB-S cho đường truyền dẫn. DVB-S được phỏt triển cho cỏc ứng dụng quảng bỏ ở đú quỏ trỡnh bảo vệ tớn hiệu khi xuyờn qua cỏc lớp vật lý của bầu khớ quyển đối với tất cả cỏc dịch vụ là hằng số và nú khụng đổi suốt thời gian truyền dẫn (quỏ trỡnh tối ưu đường truyền dẫn chỉ thực hiện cho trường hợp xấu nhất: dịch vụ tồi nhất, phỳt tồi nhất và vị trớ tồi nhất).
Đề xuất lựa chọn hệ thống truyền dẫn tớn hiệu truyền hỡnh số qua vệ tinh cho VNPT
- 76 -
DVB-S2 sử dụng cụng nghệ ACM (Adaptive Coding and Modulation) cho phộp điều chế và mó hoỏ sửa lỗi thớch nghi tuỳ thuộc vào cỏc điều kiện truyền dẫn: bầu trời trong xanh hay mưa, chảo thu nằm ở trung tõm hay ở mộp của bỳp súng (beam) phỏt từ vệ tinh...
Hỡnh 3.8: Chếđộ phỏt là hằng số trong mọi điều kiện truyền dẫn
của cụng nghệ DVB-S.
Mỗi đầu cuối DVB-S2 cú thể hoạt động với một ngưỡng (margin) C/N rất thấp vỡ vậy làm tăng số lượng chương trỡnh trờn cựng một băng thụng của vệ tinh.
Hỡnh 3.9: Chếđộ phỏt thay đổi tựy thuộc từng điềukiện truyền dẫn
của cụng nghệ DVB-S2.
Hệ số khuếch đại (gain) của cỏc bộ phỏt đỏp trờn vệ tinh ứng dụng ACM sẽ tăng lờn khi tần số tăng (băng C, Ku và Ka). Do đú băng tần Ku và Ka thớch hợp hơn cả với ACM. Băng Ka ớt chật trội hơn vỡ thế nờn sử dụng ACM.
Đề xuất lựa chọn hệ thống truyền dẫn tớn hiệu truyền hỡnh số qua vệ tinh cho VNPT
- 77 -
DVB-S2 thực hiện quỏ trỡnh truyền dẫn thớch nghi này với từng người sử dụng độc lập và chỉ với cỏc dịch vụđiểm - điểm (hỡnh 3.10). Tớn hiệu được đưa vào điều chế ACM ở phớa phỏt, truyền dẫn qua vệ tinh bằng DVB-S2.
Hỡnh 3.10: Truyền dẫn thớch nghi với cỏc dịch vụđiểm-điểm (1-1).
Tại phớa thu, sau giải điều chế cú mỏy đo tỷ số C/N+I và truyền tớn hiệu đo này về trung tõm điều khiển tốc độ bit để chuyển đổi kiểu truyền dẫn đường xuống với mức bảo vệ thấp (8PSK, FEC 5/6) khi trời nắng khụng cú mõy hoặc mức bảo vệ cao (QPSK, FEC 1/2) khi trời nhiều mõy cú mưa.
3.3.7 Cỏc chếđộ tương thớch ngược
Do đó tồn tại một số rất lớn mỏy thu vệ tinh theo tiờu chuẩn DVB-S trờn thị trường nờn cỏc nhà quảng bỏ khú cú thể chuyển đột ngột việc thay đổi cụng nghệ sang DVB-S2. Do vậy cần phải cú sự tương thớch ngược trong thời kỳ chuyển dịch từ DVB-S sang DVB-S2, cho phộp cỏc mỏy thu DVB-S tiếp tục hoạt động, trong khi cung cấp dung lượng và dịch vụ bổ sung cho cỏc mỏy thu mới, tiờn tiến. Ở cuối thời kỳ chuyển dịch, khi toàn bộ mỏy thu đó chuyển sang DVB-S2, tớn hiệu phỏt xạ