6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
3.5.2. Mô hình kênh truyền trong mạng đơn tần (SFN) cho hệ thống DTTB
SFN là một tính năng rất quan trọng của hệ thống DTV giúp phân biệt nó với các hệ thống truyền hình tương tự. Như đã đề cập trước đó, nếu một kênh được sử dụng trong một khu vực dịch vụ, thì kênh đó sẽ không được phép sử dụng trong các khu vực dịch vụ bên cạnh khu vực hiện tại. Đây là lý do chính mà kênh cấm
được giới thiệu, và cái gọi là mạng đa tần số (MFN) được sử dụng trong các hệ thống truyền hình tương tự. Tuy nhiên, SFN yêu cầu một số máy phát truyền chính xác cùng một tín hiệu tại cùng một thời điểm và cùng một tần số để đạt được vùng phủ sóng đáng tin cậy trong một vùng dịch vụ nhất định [11]. Hình 3.19 cho thấy sự khác biệt giữa MFN (với hệ số tái sử dụng là 7, nghĩa là mỗi máy phát sử dụng một tần số khác nhau được biểu thị bằng các mẫu điền khác nhau) và SFN (với hệ số tái sử dụng là 1, nghĩa là tất cả bảy máy phát sử dụng cùng một tần số). So với MFN, SFN có những ưu điểm sau: SFN rõ ràng có thể đạt được việc sử dụng phổ tần tốt hơn và có thể cung cấp cường độ tín hiệu phân bố đồng đều hơn trong vùng phủ mong muốn. Độ lợi phân tập từ các máy phát khác nhau trong cùng một khu vực dịch vụ có thể nâng cao hiệu suất thu đáng kể và/hoặc giúp giảm công suất phát tổng thể mà không làm giảm vùng phủ sóng. Bằng cách điều chỉnh mật độ của các máy phát, chiều cao cũng như vị trí của các tháp và công suất phát của mỗi máy phát, có thể đạt được vùng phủ sóng và hiệu quả phổ tốt hơn với các điểm mù được giảm thiểu hiệu quả hoặc thậm chí bị loại bỏ hoàn toàn [12].
Hình 3.19: So sánh cấu trúc MFN và SFN
Việc áp dụng khái niệm SFN cho các hệ thống DTTB thu hút nhiều sự chú ý do ưu điểm của hiệu suất phổ tần cao. Có hai sơ đồ cơ bản để xây dựng SFN. Một người sử dụng một số máy phát công suất cao để đạt được vùng phủ sóng cho một khu vực rộng lớn, thậm chí cho một quốc gia. Cách khác là nhận ra SFN bằng cách sử dụng một máy phát công suất cao và một số bộ lặp hoặc “bộ lặp trên kênh” có công suất thấp hơn nhiều. Các bộ lặp chủ yếu được sử dụng để cung cấp phạm vi phủ sóng bổ sung cho những điểm mù không được máy phát công suất cao che phủ.
Vì SFN yêu cầu tất cả các máy phát trong khu vực dịch vụ phải truyền chính xác cùng một tín hiệu tại cùng một thời điểm và tần số, nên máy thu trong khu vực dịch vụ sẽ nhận được rất nhiều bản sao của cùng một tín hiệu gốc từ các máy phát khác nhau thông qua các đường khác nhau. Việc sử dụng SFN có thể tạo ra các hiệu ứng đa đường nghiêm trọng hơn nhiều, có nghĩa là, ngoài đa đường từ phản xạ và tán xạ, các tín hiệu được gửi bởi các máy phát khác ở cùng tần số có khả năng tạo ra một lượng lớn đa đường nhân tạo và một số chúng có độ trễ lâu và cường độ tín hiệu cao. Độ trễ nhân tạo phụ thuộc vào khoảng cách của các máy phát. Ví dụ, khi khoảng cách của hai máy phát là 100km, độ trễ có thể lên tới 330μs. Đối với thiết kế SFN, khoảng cách của hai máy phát phải được lựa chọn cẩn thận để đảm bảo rằng độ trễ nhân tạo cộng với trải phổ đa đường tối đa vẫn nhỏ hơn độ dài của khoảng bảo vệ. Công suất tín hiệu nhận được chuẩn hóa điển hình so với độ trễ của máy phát đơn và SFN hai máy phát được thể hiện trong Hình 3.20. Người ta thấy rằng những thành phần đa đường có độ trễ dài và cường độ mạnh đó sẽ làm tăng đáng kể nhiễu chọn lọc tần số của kênh phát sóng vô tuyến và do đó đặt ra nhiều yêu cầu nghiêm ngặt đối với thiết kế máy thu.
Hình 3.20: Công suất tín hiệu nhận được chuẩn hóa so đối với độ trễi với: (a) một máy phát SFN và (b) hai máy phát SFN.
Mô hình kênh nên được chọn gần với ứng dụng thực tế càng tốt và được xác nhận bằng kết quả thử nghiệm nếu có. Tất cả các mô hình kênh phải sử dụng các tham số như số đa đường L, độ lệch pha Pl, biên độ gl, và độ trễ tương đối τl của
đường dẫn thứ l và các tham số khác phù hợp với môi trường ứng dụng thực tế. Ví dụ, trải trễ đa đường đối với hệ thống DTTB nằm trong khoảng từ 10 đến 25μs đối với bộ phát đơn, trong khi đối với các ứng dụng SFN, thông số này sẽ vào khoảng 120 μs nếu hai bộ phát cách nhau 36km. Hiệu ứng đa đường động liên quan nhiều đến sự dịch chuyển tần số Doppler, với giá trị lớn nhất của nó được xác định bởi yêu cầu tốc độ di chuyển đầu cuối theo thiết kế hệ thống. Các giá trị điển hình của các tham số được sử dụng cho mô phỏng cũng được xác nhận bằng thống kê của các kết quả đo thực tế.
Mục tiêu ban đầu của thiết kế hệ thống ATSC nhắm đến việc thu cố định ngoài trời, sử dụng hệ thống phân phối cáp và không hỗ trợ thu sóng di động. Do đó, mô hình kênh được sử dụng bởi thiết kế hệ thống ATSC lúc đầu là mô hình tĩnh với đường dẫn trực tiếp (kênh Ricean). Tương tự, mục tiêu ban đầu của thiết kế hệ thống DVB-T là cho cả thu cố định trong nhà và ngoài trời, thay vì thu di động (portable instead of mobile reception). Do đó, mô hình là một kênh Rayleigh tĩnh. Với việc giới thiệu việc thu sóng di động của DVB-T, mô hình kênh động cũng được yêu cầu để kiểm tra hiệu suất thu sóng di động. Điều này cũng áp dụng cho cả hệ thống ISDB-T và DTMB.
Trong mô hình kênh đa đường, độ trễ τl của mọi thành phần đa đường là giá trị tuyệt đối của thời gian. Tại máy thu, tín hiệu nên được lấy mẫu ở chu kỳ ký hiệu hệ thống Ts sau khi tín hiệu đi qua bộ chuyển đổi tần số tải xuống và bộ lọc phù hợp.