4.9.1. Sơ đồ khối mỏy thu
Hỡnh 4.12. Sơ đồ khối mỏy thu
4.9.2. Sơ đồ khối thu kờnh truyền hỡnh kỹ thuật số mặt đất trong thực tế
Chỉnh kờnh Giải điều chế Nyp Nyp Bộ cõn bằng kờnh Bộ giải mó trong Bộ giải xỏo trộn Giải mó ngoài Reed-Solomon Bộ chốn ngoài RF Nhận Bộ mó húa Bộ điều chế Video Audio Video Audio RF Nhận Bộ mó húa Bộ điều chế Video Audio Video Audio RF Nhận Bộ mó húa Bộ điều chế Video Audio Video Audio RF UHF Splitter
Hinh 4.13. Sơ đồ khối thu kờnh truyền hỡnh kỹ thuật số mặt đất trong thực tế
- Anten: thường dựng anten cú nhiều chấn tử dẫn xạ, một chấn tử chủ động, một số chấn tử phản xạ.
- Bộ Splitter: bộ chia tớn hiệu từ một ngừ vào sẽ cho ra nhiều ngừ ra.
- Nhận: là đầu thu kỹ thuật số mặt đất theo tiờu chuẩn DVB-T cú chức năng giải điều chế, giải mó truyền dẫn (kờnh), giải đa hợp/ sửa lỗi, giải mó nguồn, biến đổi số sang tương tự.
- Bộ mó húa.
- Bộ điều chế.
+ Tớn hiệu truyền hỡnh kỹ thuật số thu được từ Anten Yagi sẽ đưa qua bộ chia Sliptter thành nhiều đường tớn hiệu, mỗi đường ra được đưa vào đầu kỹ thuật số sẽ cho ra tớn hiệu hỡnh và tớn hiệu tiếng như ban đầu. Hai tớn hiệu này được đưa vào bộ mó húa để thực hiện mó húa cỏc kờnh truyền hỡnh, tớn hiệu sau đú sẽ được điều chế lại với súng mang được chọn lựa theo sự sắp xếp cỏc kờnh truyền hỡnh hữu tuyến trong cỏp đồng trục.
+ Mỏy thu hỡnh số DVB-T EFA (của hóng Rohde & Schwarz, Đức) thỏa món tiờu chuẩn ETS300744 cú thể thu, giải điều chế, giải mó và phõn tớch tớn hiệu OFDM. Mỏy thu EFA cú cỏc khả năng sau đõy:
- Độ rộng băng tần kờnh: 6/7/8 MHz - Mode điều chế: 2K/8K.
- Đồ thị chũm sao: QPSK, 16-QAM, 64-QAM. - Tỉ lệ mó húa: 1/2,2/3, 3/4, 5/6, 7/8.
- Khoảng bảo vệ: 1/4, 1/8, 1/16, 1/32. - Giải điều chế phõn lớp: α = 2,4. - Sửa lỗi Reed-Solomom: RS(204/188).
- Độ rộng băng tần mạch lọc SAW: 6/7/8 MHz.
+ Tớn hiệu đi vào mỏy thu hỡnh từ anten là tớn hiệu OFDM. Sau khi biến đổi xuống (down converter), ta cú tớn hiệu trung tần IF 36MHz. Tớn hiệu này được lọc
nhiễu Gauss bờn trong. Tiếp theo, tớn hiệu IF được biến đổi thành băng tần cơ bản bằng cỏch sử dụng bộ tạo dao động điều khiển số. Phộp biến đổi FFT (2K/8K) biến đổi tớn hiệu từ miền thời gian vào miền tần số. Sau đú xấp xỉ kờnh được dựng để sửa biờn độ/pha/độ trễ của tớn hiệu làm cho hầu hết cỏc xung bị suy giảm trong khi truyền dẫn RF. Tiếp theo, cỏc gúi dữ liệu được dựng cho bộ giải mó chập Viterbi, bộ giải chốn dữ liệu, bộ giải mó Reed-Solomon và bộ giải ngẫu nhiờn húa dữ liệu (phõn tỏn năng lượng). Cuối cựng, giao diện MPEG-2 đưa dũng truyền MPEG-2 đó giải điều chế đến đầu ra phần cứng (TSSPi, TSASi).
+ Mỏy thu hỡnh số EFA là mỏy thu chuyờn dựng, ngoài chức năng trờn, nú cũn cho phộp thực hiện nhiều phộp đo và hiển thị cỏc thụng số sau: đồ thị chũm sao, cỏc thụng số OFDM, hiển thị tỉ số lỗi điều chế MER, đồ thị I/Q, xấp xỉ kờnh, phõn tớch phổ, hàm phõn bố biờn độ, chức năng phõn bố tớch lũy CCDF, đỏp ứng.
4.10. Kết luận
Hệ thống DVB-T sử dụng kỹ thuật OFDM, thụng tin cần phỏt được phõn chia vào một lượng lớn cỏc súng mang. Cỏc súng mang này chồng lờn nhau trong miền thời gian và tần số và được mó hoỏ riờng biệt, do đú giao thoa chỉ ảnh hưởng đến vài súng mang và tối thiểu hoỏ õm thanh của nhiễu.
Như đó xột ở cỏc chương trước, ta thấy việc ứng dụng OFDM cú hiệu quả rất lớn trong truyền hỡnh số mặt đất (DVB-T), nhờ khả năng chống lại nhiễu ISI, ICI gõy ra do hiệu ứng đa đường.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kỹ thuật ghộp kờnh phõn chia theo tần số trực giao - OFDM là một kỹ thuật hiện đại cho truyền thụng tương lai. Đõy là kỹ thuật hết sức mới mẻ, việc nghiờn cứu và ứng dụng OFDM đang trong giai đoạn khẩn trương. Trong đú, những vấn đề kỹ thuật là cỏc đối tượng được quan tõm nghiờn cứu nhiều nhất. Đồ ỏn tốt nghiệp này chỉ tỡm hiểu một số vấn đề kỹ thuật chớnh trong hệ thống OFDM, đú là: Ước lượng kờnh, đồng bộ và ứng dụng của kỹ thuật OFDM trong truyền dẫn tớn hiệu DVB-T.
Vỡ khả năng chống hiệu ứng đa đường động rất tốt của hệ thống OFDM đó tạo cho nghành truyền hỡnh cú hai khả năng mới mà truyền hỡnh tương tự cũng như truyền hỡnh số tuõn theo tiờu chuẩn khụng thể đạt được là:
- Khả năng thu di động cỏc dịch vụ truyền hỡnh quảng bỏ. - Khả năng tạo nờn một mạng đơn tần trong một phạm vi rộng.
Đối với hệ thống truyền hỡnh tương tự cũng như một hệ thống thụng tin, cỏc mỏy phỏt cạnh nhau dựng chung một tần số là một vấn đề vụ cựng khú khăn. Vỡ vậy cỏc hệ thống cần cú sự quy hoạch tần số cẩn thận cũng như cỏc phương ỏn tỏi sử dụng tần số. Mạng đơn tần SFN là mạng gồm nhiều mỏy phỏt động trờn cựng một tần số và phỏt cựng một nội dung. Mỗi mỏy phỏt trong một mạng SFN sẽ tuõn theo quy tắc sau:
- Phỏt cựng một tần số. - Phỏt cựng một lỳc. - Phỏt cựng một dữ liệu.
Như vậy một điểm thu tại biờn vựng phủ súng sẽ thu được nhiều tớn hiệu từ cỏc trạm phỏt khỏc nhau và bộ thu sẽ coi cỏc tớn hiệu này như cỏc trễ nhõn tạo. Vậy mạng SFN là khả thi vỡ OFDM cú thể giải quyết được cỏc vấn đề thu nhiều đường. Ứng dụng của SNF tạo một bước đột phỏ trong cụng nghệ phỏt súng truyền hỡnh, đú là phạm vi lớn cú thể khai mạng dày đặc cỏc mỏy phỏt hoạt động cựng tần số, trong khi tài nguyờn tần số băng tần UHF/VHF ngày càng hạn hẹp thỡ triển khai SNF mang lại lợi ớch vụ cựng lớn.
Từ việc tỡm hiểu cỏc cỏc kĩ thuật trong hệ thống OFDM đó được trỡnh bày trong cỏc chương trước chỳng ta cú thể tiếp tục nghiờn cứu cỏc ứng dụng của OFDM mà hiện nay đang được nghiờn cứu ứng dụng trong lĩnh vực thụng tin vụ tuyến. Cụng nghệ này là lựa chọn kết hợp giữa cỏc phương phỏp điều chế cổ điển và cỏc phương phỏp đa truy cập vụ tuyến, ứng dụng của OFDM sẽ dành cho mạch vũng vụ tuyến nội hạt, LAN vụ tuyến, dịch vụ truyền thụng cỏ nhõn tế bào. Cỏc hệ thống đa truy cập cỏ nhõn tế bào dựa trờn OFDM như OFDM-TDMA và MC-TDMA đang được xem xột
Mặc dự em đó cố gắng hết sức nhưng do kiến thức cú hạn nờn trong đồ ỏn này khụng thể trỏnh khỏi những sai sút, mong rằng qua đồ ỏn này em cú được những kinh nghiệm hữu ớch cho mỡnh sau này. Một lần nữa em xin chõn thành cảm ơn đến tất cả cỏc Thầy, Cụ đó giỳp em hoàn thành đồ ỏn này.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Quỏch Tuấn Ngọc, “Xử lý tớn hiệu số”, Nhà xuất bản Giỏo dục, 1999.
[2]. Đặng Văn Chuyết & Nguyễn Tuấn Anh,“Cơ sở lý thuyết truyền tin”, Tập hai, Nhà xuất bản Giỏo dục, 2000.
[3]. Cheng-Xiang Wang, Nguyễn Văn Đức, “Kỹ thuật thụng tin số ” - tập 1, Nhà xuất bản Khoa học và kĩ thuật - Hà Nội 2006.
[4]. Tạ Quốc Ưng,“Điện thoại di động trong truyền hỡnh số mặt đất DVB-T”, Tạp chớ Bưu Chớnh Viễn Thụng & Cụng Nghệ Thụng Tin (12/11/2003).
Lời cảm ơn
Hoàn thành đồ ỏn này, tụi xin tỏ lũng biết ơn sõu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Hoa Lư, người đó tận tỡnh hướng dẫn, giỳp đỡ tụi trong suốt quỏ trỡnh nghiờn cứu đề tài.
Tụi cũng xin gửi lời cảm ơn chõn thành tới cỏc thầy giỏo, cụ giỏo trong trong khoa Cụng nghệ - Trường Đại học Vinh đó đúng gúp ý kiến cho tụi hoàn thành đồ ỏn.
Mặc dự bản thõn đó nỗ lực cố gắng trong suốt qỳa trỡnh nghiờn cứu đề tài nhưng chắc chắn khụng trỏnh khỏi những sai sút nhất định. Kớnh mong nhận được những ý kiến gúp ý quý bỏu của cỏc thầy giỏo, cụ giỏo và những người quan tõm đến vấn đề này.
Xin chõn thành cảm ơn!
Vinh, ngày 21 thỏng 5 năm 2010
Sinh viên Đặng Anh Tuấn MỤC LỤC Trang CÁC TỪ NGỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN...1 LỜI MỞ ĐẦU...3 CHƯƠNG I. TRUYỀN HèNH SỐ...4
1.1.1. Truyền hỡnh số...4
1.1.2. Đặc điểm của truyền hỡnh số...5
1.1.3. Ưu điểm của truyền hỡnh số...7
1.2. Cơ sở của biến đổi tớn hiệu truyền hỡnh số...8
1.2.1. Biến đổi tớn hiệu video...8
1.2.2. Chọn tần số lấy mẫu...9
1.2.2.1. Lấy mẫu...9
1.2.2.2. Cấu trỳc lấy mẫu...13
1.3. Lượng tử hoỏ video...18
1.3.1. Lượng tử hoỏ...18
1.3.1.1. Khỏi niệm...18
1.3.1.2. Quỏ trỡnh biến đổi A/D là lượng tử hoỏ...18
1.4. Mó hoỏ video...19
1.4.1. Định nghĩa mó húa...19
1.4.2. Cỏc đặc tớnh cơ bản của mó hoỏ...20
1.4.3. Cỏc mó sơ cấp...21
1.5. Cỏc tiờu chuẩn nộn...21
1.5.1. Khỏi quỏt về cỏc tiờu chuẩn nộn...21
1.5.2. Nộn video theo MPEG-1...23
1.5.2.1. Tiờu chuẩn MPEG-1 gồm 4 phần...23
1.5.2.2. Một số tiờu chuẩn cơ bản của MPEG-1...24
1.5.2.3. Hệ thống nộn MPEG-1...25
1.5.3. Nộn video theo MPEG-2...27
1.5.3.1. Tiờu chuẩn nộn video MPEG-2...27
1.5.3.2. Đặc điểm chủ yếu của MPEG-2...27
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ OFDM...32
2.1. Cỏc nguyờn lý cơ bản của OFDM...32
2.2. Đơn súng mang (Single Carrier)...36
2.4.1. Trực giao miền tần số...39
2.4.2. Mụ tả toỏn học của OFDM...40
2.5. Cỏc kỹ thuật điều chế trong OFDM...45
2.5.1. Điều chế BPSK...45
2.5.2. Điều chế QPSK...47
2.5.3. Điều chế QAM...49
2.5.4. Mó Gray...50
2.6. Cỏc đặc điểm của OFDM...52
2.6.1. Ưu điểm...52
2.6.2. Nhược điểm...52
2.7. Kết luận...53
CHƯƠNG 3. CÁC ĐẶC TÍNH CỦA KấNH TRUYỀN Vễ TUYẾN...54
3.1. Giới thiệu chương...54
3.2 Đặc tớnh kờnh truyền vụ tuyến trong hệ thống OFDM...54
3.2.1. Sự suy giảm tớn hiệu (Attenuation)...54
3.2.2. Hiệu ứng đa đường...54
3.2.3. Dịch Doppler...58
3.2.4. Nhiễu AWGN...58
3.2.5. Nhiễu liờn ký tự ISI...59
3.2.6. Nhiễu liờn súng mang ICI...59
3.2.7. Tiền tố lặp CP...60
3.3. Khoảng bảo vệ...62
3.4. Giới hạn băng thụng của OFDM...64
3.4.1. Lọc băng thụng...65
3.4.2. Độ phức tạp tớnh lọc băng thụng FIR...66
3.5. Kết luận...67
CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG OFDM TRONG TRUYỀN HèNH SỐ MẶT ĐẤT DVB-T...68
4.1. Tổng quan về DVB_T...68
4.3. Biến đổi IFFT và điều chế tớn hiệu trong DVB-T...70
4.4. Lựa chọn điều chế cơ sở...71
4.5. Số lượng, vị trớ và nhiệm vụ của cỏc súng mang...72
4.6. Chốn khoảng thời gian bảo vệ...74
4.7. Tổng vận tốc dũng dữ liệu của mỏy phỏt số DVB-T...76
4.8 Sơ đồ khối phỏt tớn hiệu...77
4.9. Sơ đồ khối thu tớn hiệu...79
4.9.1. Sơ đồ khối mỏy thu...79
4.9.2. Sơ đồ khối thu kờnh truyền hỡnh kỹ thuật số mặt đất trong thực tế...79
4.10.Kết luận...81
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...82
TÀI LIỆU THAM KHẢO...84
CÁC TỪ NGỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN
Viết tắt Tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt
ADSL Asymmetric Digital Subcriber Line Đường dõy thuờ bao số bất đối xứng A/D Analog to Digital Bộ biến đổi tương tự - số
AIIM Association of Image and Infomation Hiệp hội hỡnh ảnh và thụng tin ANSI American National Standard Institule Tiờu chuẩn quục gia Mỹ
Biph Bi Phase Mó 2 pha CCIR Comite’ Consultatif International
des Radiocommunications Uỷ ban tư vấn vụ tuyến quốc tế CCITT Consultative Commitee International
Telephone and Telegraph
Uỷ ban tham vấn quốc tế điện thoại và điện tớn
COFDM Code Orthoginal Frequency Division Multiplexing
Ghộp kờnh phõn chia theo tần số đó được mó hoỏ
DAB Digital Audio Broadcast Phỏt quảng bỏ õm thanh số DCT Discrete Cosin Transfom Biến đổi cosin rời rạc DFT Discrete Fourier Transfom Biến đổi Fourier rời rạc DPCM Diffrential Pulse Code Modulation Điều chế xung mó vi sai DSP Digital Signal Prosessor Tớn hiệu số
DVB-T Digital Video Broadcasting-Terrestrial Hệ thống truyền hỡnh số mặt đất D/A Digital to Analog Biến đổi số - tương tự
ES Elementary Stream Dũng cơ bản
FDM Frequency Division Multiplex Ghộp kờnh phõn chia theo tần số FDMA Frequency Division Multiplex Access Đa truy nhập phõn chia theo tần số FFT Fast Fourier Transfom Biến đổi Fourier nhanh
HDTV High Definition Television Truyền hỡnh số phõn dải cao ICI I Carrier Interfrence Nhiễu súng mang
RF Rayleigh fading Tần số vụ tuyến
ISI Intersymbol Interfrence Nhiễu ký hiệu ITU International Telecommunications
Union Liờn đoàn viễn thụng quốc tế
NRZ None Return to Zero Mó nhị phõn khụng về khụng OFDM Orthoginal Frequency Division
Multiplexing
Ghộp kờnh phõn chia theo tần số trực giao
PSK Phase Shift Keying Điều chế pha số PES Packetized Elementary Stream Dũng sơ cấp
PS Program Stream Dũng chương trỡnh
PTS presentation time stamp Nhón thời gian trỡnh diễn QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế pha cầu phương RLC Run Length Coding Mó hoỏ với độ dài từ mó động SFN Sigle Frequency Networks Mạng đơn tần số
SCR system clock reference Thụng tin chuẩn đồng hồ hệ thống TDMA Time Division Multiplex Access Đa truy nhập phõn chia theo thời gian
TS Transport Stream Dũng truyền tải UHF Ultra High Frequency Tần số cực cao VHF Very High Frequency Tần số rất cao
VLC Variable Length Coding Mó hoỏ cú độ dài từ mó thay đổi AWGN Aditive Wite Gaussian Noise Nhiễu cộng trắng
TPS Transmission Parameter Signalling Truyền thụng số bỏo hiệu
DANH MỤC CÁC HèNH VẼ SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN
Hỡnh 1.1. Sơ đồ khối tổng quỏt và nguyờn lý hoạt động của một hệ thống phỏt thanh truyền hỡnh số
Hỡnh 1.2. Nộn Video tương tự Hỡnh 1.3. Biến đổi cosin rời rạc Hỡnh 1.4. Phổ của tớn hiệu lấy mẫu Hỡnh 1.5. Phổ lấy mẫu lý tưởng Hỡnh 1.6. Mộo do chồng phổ Hỡnh 1.7. Băng tần bảo vệ Hỡnh 1.8. Cấu trỳc trực giao Hỡnh 1.9. Cấu trỳc Quincunx mành Hỡnh 1.10. Cấu trỳc Quincunx dũng Hỡnh 1.11. Tiờu chuẩn 4:4:4
Hỡnh 1.13. Tiờu chuẩn 4: 2: 0 Hỡnh 2.14. Tiờu chuẩn 4:1:1 Hỡnh 1.15. Biến đổi A/D
Hỡnh 1.16. Sơ đồ khối bộ mó hoỏ MPEG-1 Hỡnh 1.17. Sơ đồ khối bộ giải mó MPEG-1 Hỡnh 1.18. Hệ thống ghộp kờnh MPEG – 2 Hỡnh 1.19. Hệ thống cấu trỳc cỏc lớp MPEG Hỡnh 1.20. Cấu trỳc PES
Hỡnh 1.21.Cấu trỳc gúi dũng truyờn tải TS
Hỡnh 2.1. So sỏnh kỹ thuật súng mang khụng chồng xung (a) và kỹ thuật súng mang chồng xung (b)
Hỡnh 2.2. Sơ đồ hệ thống OFDM Hỡnh 2.3. Hệ thống OFDM cơ bản
Hỡnh 2.4. Sắp xếp tần số trong hệ thống OFDM Hỡnh 2.5. Symbol OFDM với 4 subscriber Hỡnh 2.6. Phổ của súng mang con OFDM Hỡnh 2.7. Truyền dẫn súng mang đơn
Hỡnh 2.8. Cấu trỳc hệ thống truyền dẫn đa súng mang Hỡnh 2.9. Cỏc súng mang trực giao
Hỡnh 2.10. Thờm CP vào symbol OFDM Hỡnh 2.11. Tớch của hai vectơ trực giao bằng 0 Hỡnh 2.12. Giỏ trị của súng sin bằng 0
Hỡnh 2.13. Tớch phõn của hai súng sin cú tần số khỏc nhau Hỡnh 2.14. Tớch hai súng sin cựng tần số
Hỡnh 2.15. Biểu đồ khụng gian tớn hiệu BPSK Hỡnh 2. 16. Biểu đồ tớn hiệu QPSK
Hỡnh 2.17. Chựm tớn hiệu M-QAM
Hỡnh 2.18. Giản đồ IQ của 16-PSK khi dựng mó Gray. Mỗi vị trớ IQ liờn tiếp chỉ thay đổi một bit đơn
Hỡnh 2.19. Giản đồ IQ cho cỏc dạng điều chế sử dụng trong OFDM Hỡnh 3.1 Ảnh hưởng của mụi trường vụ tuyến
Hỡnh 3.2. Tớn hiệu đa đường
Hỡnh 3.3. Fading Rayleigh khi thiết bị di động di chuyển (ở tần số 900MHz) Hỡnh 3.4. Trải trể đa đường
Hỡnh 3.5. Lỗi dịch tần số gõy nhiễu ICI trong hệ thống OFDM Hỡnh 3.6. Mụ tả tiền tố lặp
Hỡnh 3.7. OFDM cú khoảng bảo vệ và khụng cú khoảng bảo vệ
Hỡnh 3.8. Phổ của tớn hiệu OFDM gồm 52 tải phụ khụng cú hạn chế băng thụng Hỡnh 4.1. Sơ đồ khối bộ điều chế số DVB-T
Hỡnh 4.2. Sơ đồ khối phần biến đổi số sang tương tự
Hỡnh 4.3. Phổ của tớn hiệu OFDM với số súng mang N=16 và phổ tớn hiệu RF thực tế. Hỡnh 4.4. Biểu diễn chũm sao của điều chế QPSK, 16-QAM và 64-QAM
Hỡnh 4.5. Biểu diễn chũm sao của điều chế phõn cấp 16-QAM với α = 4.