• 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 cú thể được chuyển sang chế độ khụng tương thớch ngược, cho phộp khai thỏc đầy đủ tiềm năng của DVB-S2.
Đề xuất lựa chọn hệ thống truyền dẫn tớn hiệu truyền hỡnh số qua vệ tinh cho VNPT
- 78 -
Việc chọn lựa chế độ tương thớch ngược (BC) đó được xỏc định trong DVB- S2, bằng cỏch dự kiến gửi 2 dũng truyền tải trờn một kờnh vệ tinh đơn. Dũng truyền thứ nhất (ưu tiờn cao HP) tương thớch với mỏy thu DVB-S cũng như với mỏy thu DVB-S2, trong khi dũng truyền thứ 2 (ưu tiờn thấp LP) chỉ tương thớch với bộ thu DVB-S2.
Khả năng tương thớch ngược cú thểđược thực hiện bởi điều chế theo lớp, nơi cú hai dũng truyền tải HP và LP đồng thời được kết hợp đồng bộ ở mức điều chế symbol trờn một chũm sao khụng đều 8PSK. Tớn hiệu ưu tiờn thấp (LP) tương thớch DVB-S2 là mó hoỏ BCH và LDPC, với tỉ lệ mó LDPC 1/4, 1/3, 1/2 hoặc 3/5. Kếđú ỏnh xạ theo lớp tạo ra chũm sao khụng đều 8PSK. Hai bit ưu tiờn cao (HP) DVB-S xỏc định một điểm trong chũm sao QPSK, trong khi một bit đơn từ bộ mó hoỏ LDPC DVB-S2 thiết lập thờm gúc xoay ± q trước khi truyền đi. Vỡ vậy tớn hiệu truyền đi cuối cựng cú một hỡnh bao hầu như bất biến, được truyền đi trờn một bộ phỏt đỏp đơn gần như bóo hũa.
Hỡnh 3.11: Mode tương thớch ngược (điều chế phõn cấp).
Mỏy thu DVB-S2 xử lý tớn hiệu như 8PSK, trong khi mỏy thu DVB-S phỏt hiện nú như QPSK. Nếu gúc A nhỏ thỡ sẽ tạo thuận lợi cho QPSK nhưng ở giỏ đắt của DVB-S2 và 8PSK.
Đề xuất lựa chọn hệ thống truyền dẫn tớn hiệu truyền hỡnh số qua vệ tinh cho VNPT
- 79 -
3.3.8 Hiệu quả của cụng nghệ DVB-S2 so với DVB-S
Để thấy được hiệu quả của cụng nghệ DVB-S2 so với DVB-S, xột vớ dụ so sỏnh về số lượng cỏc chương trỡnh SDTV và HDTV được truyền dẫn bằng 2 cụng nghệ DVB-S và DVB-S2 trong cựng điều kiện cụng suất và băng thụng vệ tinh (transponder 36MHz): Chảo thu 60cm; trường hợp thứ nhất sử dụng nộn MPEG-2, tốc độ nộn video là 4,4Mbit/s với chương trỡnh SDTV và 18Mbit/s với chương trỡnh HDTV; trường hợp thứ hai sử dụng nộn video cao cấp Advanced Video Coding (AVC), tốc độ nộn với chương trỡnh SDTV là 2,2Mbit/s và 9Mbit/s với chương trỡnh HDTV. Yờu cầu về tỷ số C/N của hai hệ thống DVB-S và DVB-S2 là bằng nhau trong việc khai thỏc cỏc mode truyền dẫn khỏc nhau và trong quỏ trỡnh vi chỉnh hệ số roll-off, tốc độ symbol của hệ thống DVB-S2. Kết quả kiểm chứng cho thấy độ lợi về dung lượng của hệ thống DVB-S2 so với DVB-S là khoảng 30%. Hơn nữa bằng việc kết hợp hệ thống DVB-S2 với mó hoỏ AVC (H.264/AVC hoặc VC1…), mỗi transponder 36Mhz của vệ tinh cú thể truyền dẫn 21-26 kờnh SDTV, hoặc 5-6 chương trỡnh HDTV trờn một transponder. Điều này sẽ làm giảm giỏ thành thuờ trờn một kờnh của vệ tinh.
Đề xuất lựa chọn hệ thống truyền dẫn tớn hiệu truyền hỡnh số qua vệ tinh cho VNPT
- 80 -
3.4 Kết luận
DVB-S2 là tiờu chuẩn mới nhất trong hệ thống tiờu chuẩn DVB cho cỏc ứng dụng vệ tinh băng rộng, với hiệu suất sử dụng băng thụng tăng từ 30% đến 131% so với cụng nghệ DVB-S hiện nay. Cụng nghệ này thực sự là bộ cụng cụ hữu hiệu cho cỏc dịch vụ tương tỏc qua vệ tinh.
Tổ chức DVB khụng cho rằng DVB-S2 sẽ thay thế DVB-S trong một thời gian ngắn trong lĩnh vực quảng bỏ truyền hỡnh thụng thường. Hàng triệu bộ giải mó DVB-S đang hoạt động tin cậy và đúng gúp vào những thành cụng của thương mại vệ tinh số trờn toàn cầu. Cỏc ứng dụng mới đó được dự tớnh phỏt qua vệ tinh như truyền dẫn HDTV và phõn phối cỏc dịch vụ dựa trờn nền IP sẽ thực hiện hiệu quả