M C: ulti-channel = đa kênh
c. Chuẩn ISDB
4.3.3. Chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T
DVB-T là hệ thống phát sóng số trên mặt đất. DVB-T sử dụng phương pháp điều chế COFDM, trên độ rộng kênh 6-8MHz, tốc độ dữ liệu cực đại từ lớp truyền MPEG-2 là 24Mb/s.
Các kênh VHF/UHF của trạm mặt đất là những phương tiện quan trọng nhất với việc truyền dẫn tín hiệu số ở tốc độ cao vì các thủ tục truyền lại đa đường tạo ra sự dội vang và sự giảm âm thanh của tần số lựa chọn. Trễ của việc mở rộng các tín hiệu trong việc truyền lặp là do sự phản xạ của núi, đồi hay dãy nhà có thể lên tới vài chục µs. Trong trường hợp phía thu có thể di chuyển, tín hiệu trực tiếp từ phía phát có thể bị mất (kênh Rayleigh) do đó phía thu bắt buộc phải khai thác những đám mây tín hiệu phản hồi xung quanh vật thể.
Trong mạng đơn tần số (SFN), sự lựa chọn tần số kênh có thể rất quan trọng khi tất cả các máy phát phát các tín hiệu giống nhau ở cùng thời điểm và có thể phát các tín hiệu lặp lại “nhân tạo” trong khu vực dịch vụ (trễ lên đến vài trăm µs). Để khắc phục vấn đề này, các bộ tương thích kênh DVB-T được thiết kế dựa trên việc điều chế đa sóng mang trực giao COFDM (Code Orthogonal Frequency Division Multiplexing) có thể chia dòng bit truyền tới thành hàng ngàn sóng mang phụ tốc độ thấp, trong ghép kênh FDM.
Hình 4.14 : Hệ thống phát DVB-T
Hệ thống DVB-T cho phép phát các dịch vụ SD (sử dụng mã hoá MPEG-2) và các dịch vụ HD (sử dụng mã hoá MPEG-4) cùng các dữ liệu khác trong một dòng truyền tải (MPEG-2 TS). DVB-T mô tả kiến trúc đóng gói (Framing Structure), mã hoá kênh (Channel Coding), và quá trình điều chế (Modulation) chi tiết trong tiêu chuẩn ETSI EN 300 744. DVB-T hỗ trợ độ rộng kênh truyền (bandwidth) có thể là 5 MHz, 6 MHz, 7 MHz, và 8 MHz. Tại Việt Nam sử dụng kênh có độ rộng 8 MHz. Một số tham số kĩ thuật và đặc điểm cơ bản của DVB-T bao gồm:
Mã sửa sai FEC dạng Turbo với bộ mã hóa ngoài Reed-Solomon (204, 188) có thể sửa tối đa 8 byte lỗi trong mỗi packet 188 bytes; và mã nội sử dụng mã vòng xoắn Convolutional Code (hay còn gọi là FEC) với các tỷ lệ: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, và 7/8;
PTIT 115
Giản đồ điều chế: QPSK, 16-QAM, 64-QAM;
Dữ liệu truyền được tổ chức thành các Frame, và các SuperFrame, một SuperFrame được tạo thành từ 4 Frame. Mỗi Frame gồm 68 Blocks, và mỗi Block có thể có 1512, hay 3024, hay 6048 symbols tuỳ thuộc vào Mode điều chế 2k, 4k, hay 8k;
Kỹ thuật điều chế OFDM, với các mode: 2k (2048 sóng mang), 4k (4096 sóng mang), hoặc 8k (8192 sóng mang);
Khoảng bảo vệ - Guard Interval: 1/4, 1/8, 1/16, và 1/32; Khả năng thu di động.
Khả năng chống lại phản xạ nhiều đường.
Mạng đơn tần và phủ sóng lõm (Single Frequency Network- SFN) Nhiều khả năng lựa chọn các thông số phù hợp với điều kiện cụ thể.
Kỹ thuật điều chế có khả năng chống lại hiện tượng fading nhiều đường.
Các tín hiệu báo hiệu (tín hiệu Pilot và các tín hiệu TPS): mang các thông tin truyền phát. Cung cấp các thông tin này tới phía thu, cho phép phía thu tự động xác định tín hiệu đã phát (tuỳ thuộc vào đầu thu có hỗ trợ hay không).
Hệ thống thường hoạt động ở hai mode chính : mode 2K cho các mạng chuyển đổi (tương ứng với 1705 sóng mang phụ trong dải thông 7,61 MHz và khoảng thời gian symbol hiệu dụng Tu= 224 µs) và mode 8K cho SFNs ( tương ứng với 6817 sóng mang phụ trong dải thông 7,61 MHz và khoảng thời gian symbol hiệu dụng Tu = 86 µs). Mỗi sóng mang được điều chế theo lược đồ am-QAM (4, 16 hay 32 QAM).
Hệ thống truyền hình mặt đất DVB-T giản lược bao gồm những thành phần sau:
Hình 4.15 : Cấu trúc hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T
Video/ Audio nguồn:
Máy RX Thu
Giải đ/c OFDM
Mã hoá truyền dẫn (kênh)
Đa hợp/Sửa lỗi ĐiềuChế
Phát TX Sóng Điều chế OFDM Mã hoá nguồn Tín hiệu số ( Audio+Video Giải Điều chế
Giải mã hoá truyền dẫn (kênh) Giải Đa hợp/Sửa lỗi
Giải mã
PTIT 116
Tín hiệu Video có tốc độ bit rất lớn, chẳng hạn chuẩn CCIR 601 thì tốc độ bit lên đến 270Mbps.
Mã hoá nguồn
Để các kênh truyền hình quảng bá có độ rộng 8MHz có thể đáp ứng cho viêc truyền tín hiệu số. Việc nén được thực hiện bằng bộ mã hoá MPEG-2 dựa trên cơ sở nhiều khung hình ảnh chứa nhiều thông tin với sự sai khácrất nhỏ. Với audio cũng như vậy, việc nén dựa trên nguyên lý tai người khó phân biệt âm thanh trầm nhỏ so với âm thanh lớn khi chúng có tần số lân cận nhau và những bit thông tin trầm nhỏ này có thể lọc bỏ đi.
Mã hoá kênh
Gói và đa hợp video, audio và các dữ liệu phụ vào một dòng dữ liệu.Trong truyền hình số mặt đất mã được sử dụng là Reed-Solomon do có khả năng sửa lỗi rất cao.
Điều chế
Quá trình này bao gồm cả các kỹ thuật hạ thấp xác suất lỗi, chống lại các suy giảm chất lượng do fađinh, tạp nhiễu v.v…
Tiêu chuẩn DVB-T2
DVB-T2 một chuẩn mới trong họ tiêu chuẩn DVB được phát triển dành cho truyền hình số mặt đất với mục đích tăng khả năng sử dụng băng tần, tăng dung lượng dữ liệu có thể truyền cũng như cải tiến chất lượng tín hiệu. Trong các điều kiện thu tương đương so với DVB-T, DVB-T2 tăng dung lượng 30%, thậm chí trong một số trường hợp có thể tăng tới 65%. Hiệu quả đạt được này nhờ vào các cải tiến từ các đặc trưng lớp vật lý, tới cấu hình mạng, cũng như tối ưu quá trình thực thi để đạt được bộ thông số tối ưu cho các kênh truyền. Chi tiết cấu trúc khung (Frame Structure), mã hoá kênh (Channel Coding), và quá trình điều chế được mô tả trong tiêu chuẩn ETSI EN 302755.
Hệ thống DVB-T2 có thể chia thành 3 hệ thống con về phía nhà mạng (SS1, SS2 và SS3) và 2 hệ thống con về phía máy thu (SS4 và SS5).
PTIT 117
Đầu vào hệ thống có thể là một hoặc nhiều TS (Transport Stream) MPEG-2 và/hoặc một vài GS (Generic Stream). Khối tiền xử lý đầu vào (Input pre-processor) không thuộc hệ thống T2. Tuy nhiên khối này có thể bao gồm các bộ chia dịch vụ (Service splitter) hoặc bộ giải ghép kênh (demultiplexer) phân tách các dịch vụ thành các dòng dữ liệu logic để đưa vào đầu vào của hệ thống T2. Sau đó, chúng được mạng trong các ống lớp vật lý PLPs (Physical Layer Pipes).
SS1: Mã hoá và ghép kênh.Khối SS1 có chức năng mã hoá tín hiệu video/audio cùng các tín hiệu phụ trợ kèm theo như PSI/SI hoặc tín hiệu báo hiệu lớp 2 (L2 Signalling) với công cụ điều khiển chung nhằm đảm bảo tốc độ bit không đổi đối với tất cả các dòng bit. Khối này có chức năng hoàn toàn giống nhau đối với tất cả các tiêu chuẩn của DVB. Đầu ra của khối là dòng truyền tải MPEG-2TS (MPEG - 2 Transport Stream).
SS2: Basic T2 – Gateway. Đầu ra là dòng T2 - MI. Mỗi gói T2-MI bao gồm Baseband Frame, IQ Vector hoặc thông tin báo hiệu (LI hoặc SFN). Dòng T2-MI chứa mọi thông tin liên quan đến T2-FRAME. Mỗi dòng T2-MI có thể được cung cấp cho một hoặc một vài bộ điều chế trong hệ thống DVB-T2. Dạng thức giao diện của T2-MI.
SS3: Bộ điều chế DVB-T2 (DVB-T2 Modulator). Bộ điều chế DVB-T2 sử dụng Baseband Frame và T2- Frame mang trong dòng T2-MI đầu vào để tạo ra DVB-T2 Frame.
SS4: Giải điều chế DVB-T2 (DVB-T2 Demodulator). Bộ giải điều chế SS4 nhận tín hiệu cao tần (RF Signal) từ một hoặc nhiều máy phát (SFN Network) và cho một dòng truyền tải (MPEG-TS) duy nhất tại đầu ra.
SS5: Giải mã dòng truyền tải (Stream Decoder). Bộ giải mã SS5 nhận dòng truyền tải (MPEG-TS) tại đầu vào và cho tín hiệu video/audio tại đầu ra.
Đầu vào của lớp vật lý là tín hiệu cao tần RF. Việc xử lý dòng dữ liệu vào và FEC phải được lựa chọn sao cho có khả năng tương thích với cơ chế sử dụng trong DVB- S2.
Các thông số điều chế COFDM của DVB-T2 cũng được mở rộng so với DVB-T, cụ thể như sau:
FFT: 1K, 2K, 4K, 8K, 16K, 32K;
Khoảng bảo vệ: 1/128, 1/32, 1/16, 19/256, 1/8, 19/128, 1/4;
Pilot phân tán : 8 biến thể khác nhau phù hợp với các khoảng bảo vệ khác nhau;
Pilot liên tục: tương tự như DVB-T, tuy nhiên tối ưu hơn;
PTIT 118
DVB-T DVB-T2
Input Interface Single Transport Stream (TS) Multiple Transport Stream and Generic Stream Encapsulation (GSE)
Modes Constant Coding & Modulation Variable Coding & Modulation[20]
Forward Error Correction (FEC)
Convolutional Coding + Reed Solomon
1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8
LDPC + BCH 1/2, 3/5, 2/3, 3/4, 4/5, 5/6 1/2, 3/5, 2/3, 3/4, 4/5, 5/6
Modulation OFDM OFDM
Modulation Schemes QPSK, 16QAM, 64QAM QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM
Guard Interval 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 1/4, 19/128, 1/8, 19/256, 1/16, 1/32, 1/128
Discrete Fourier transform (DFT) size
2k, 8k 1k, 2k, 4k, 8k, 16k, 32k
Scattered Pilots 8% of total 1%, 2%, 4%, 8% of total
Continual Pilots 2.6% of total 0.35% of total
Bảng 4.17: Hệ thống DVB-T2 và DVB-T
Việc có một khoảng lựa chọn rộng hơn các thông số COFDM cùng với mã sửa sai mạnh hơn, cho phép DVB-T2 đạt được dung lượng cao hơn DVB-T gần 50% đối với mạng MFN và thậm chí còn lớn hơn đối với mạng SFN.
Hình 4.18: Hệ thống DVB-T2 SS2 và SS3 ở mức cao
Đầu ra của hệ thống thường là các tín hiệu đơn để truyền phát trên kênh vô tuyến RF. Tuy nhiên, hệ thống có thể tạo tín hiệu ra thứ hai, được truyền tới hệ thống anten thứ hai
PTIT 119
và gọi là chế độ truyền phát MISO. Tốc độ tối đa đầu vào cho TS, bao gồm cả các gói trống là 72Mbit/s. Thông lượng tối đa, sau khi xóa gói trống đạt được hơn 50 Mbit/s (đối với kênh 8MHz).
4.4. Truyền hình số vệ tinh