3.3.1 Mô hình cấu trúc DVB-T2:
Hệ thống DVB-T2 đƣợc chia thành 3 khối chính ở phía phát (SS1, SS2, SS3) và 2 khối chính ở phía thu (SS4, SS5) nhƣ trình bày trong hình 3.1.
Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống DVB-T2
Khối SS1 có chức năng mã hoá tín hiệu video/audio cùng các tín hiệu phụ
trợ kèm theo nhƣ 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).
Khối 2 (SS2): Basic T2 – Gateway
Đầu vào của SS1 đƣợc định nghĩa trong, 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 đƣợc cung cấp cho một hoặc một vài bộ điều chế trong hệ thống DVB-T2. Dạng thức giao diện của T2-MI đƣợc định nghĩa trong.
Khối 3 (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.
Khối 4 (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.
Bộ giải mã SS5 nhận dòng truyền tải (MPEG-TS) tại đầu vào và cho tín hiệu video/audio tại đầu ra.
3.3.2 Một số tính năng mở rộng của DVB-T2
Các thông số của DVB-T2 cũng đƣợc mở rộng so với DVB-T, trong đó bao gồm
- FFT: 1K, 2K, 4K, 8K, 16K, 32K
- Khoảng bảo vệ - GI: 1/128, 1/32, 1/16, 19/128, ¼
- Polot phân tán: 8 biến thể khác nhau phù hợp với các khoảng bảo vệ khác nhau
- Pilot liên tục: Tƣơng tự nhƣ DVB-T, tuy nhiên tối ƣu hơn
Bao gồm tráo bit, tráo tế bào, tráo thời gian và tráo tần số
Việc mở rộng các thông số kết hợp với mã sửa sai mạnh hơn, cho phép DVB- T2 đạt đƣợc dung lƣợng cao hơn so với DVB- T gần 50% khi phát sóng ở chế độ đa tần (MFN) thậm trí còn lớn hơn so với mạng đơn tần (SFN)
Đặc biệt DVB-T2 còn có một số đặc tính mới góp phần cải thiện chất lƣợng hệ thống
- Cấu trúc khung ( Frame Structure) T-2: Chứa các symbol để nhận diện đặc biệt đƣợc sử dụng để quét kênh (chennel scanning) nhận biết tín hiệu nhanh hơn - Chòm sao xoay: Nhằm tạo nên tính đa dạng trong điều chế tín hiệu, hỗ trợ việc thu tín hiệu có tỉ lệ sửa sai lớn
- Các giải pháp kỹ thuật đặc biệt: Nhằm giảm tỷ số giữa mức đỉnh và mức trung bình của tín hiệu phát.
- Khả năng mở rộng khung dữ liệu:
3.4 Những giải pháp kỹ thuật cơ bản:
DVB- T2 với nhiều yếu tố góp phần làm tăng độ tin cậy của hệ thống và dung lƣợng truyền trên kênh gần bằng 30%, một trong những ƣu điểm nổi trội so với DVB- T đó là các ống lớp vật lý (Physical Layes Pipes- PLP), các mode sóng mang mở rộng, MISO dựa trên Alamoutic, phƣơng thức điều chế 256- QAM và đặc biệt là sử dụng mã sửa sai LDPC và BCH….cho phép cải thiện chất lƣợng truyền dẫn.
DVB- T2 đƣợc nghiên cứu và phát triển mang tính kế thừa phần lớn các ƣu điểm của tiêu chuẩn DVB-T có cấu trúc hệ thống là sử dụng phƣơng thức đặc biệt để đóng gói các liệu dữ vào khung cơ sở (Base Band Frame), tạo các PLP….Và thiết bị để thực hiện việc đó trong DVB-T2 là : T2- Geteway.
T2- Geteway là thiết bị quan trọng, bƣớc đột phá mới trong hệ thống DVB- T2 vì thiết bị cung cấp các tín hiệu, phƣơng thức điều khiển cho các bộ điều khiển điều chế DVB-T2 qua các giao diện đầu ra T2-MI.
T2- Geteway cung cấp, quản ls các PLP (Physical Laer Pise) để cung cấp nhiều phƣơng thức dịch có chất lƣợng dịch vụ khác nhau ( Di động, Internet…)
3.4.1 Mô hình cấu trúc DVB-T2
Hình 3.2: Mô hình chung hệ thống DVB-T2
3.4.2 Mã hóa và ghép kênh.
Khối mã hóa và ghép kênh có chức năng mã hóa tín hiệu video, audio cùng
với các tín hiệu phụ trợ kèm theo nhƣ thông tin về chƣơng trình/ thông tin dịch vụ 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 nà có chức năng hoàn toàn giống nhau đối với tất cả các chuẩn của họ DVB. Lối ra là dòng chuyển tải MPEG- 2TS
Đầu vào của Basic T2- Gateway: Cung cấp đầu ra T2- MI. Mỗi gói T2-MI bao gồm Baseband Frame, IQ Vector hoặc thông tin báo ( LI hoặc SFN)
Bộ điều chế DVB-T2 sử dụng khung cơ sở (Baseband Frame) và T2- Frame
mang trong dòng T2-MI đầu vào để tạo ra khung DVB-T2 Frame.
Bộ giải điều chế DVB-T2 nhận tín hiệu cao tần (RF signal) từ 1 hoặc nhiều máy
phát (SFN Netword) và cho một dòng chuyển tải (MPEG-TS) duy nhất tại đầu ra.
Bộ giải mã dòng truyền tải nhận dòng truyền tải (MPEG-TS) tại đầu vào và
cho tín hiệu video/audio tại đầu ra.
3.4.3 Bộ điều chế DVB-T2 (DVB-T2 Modulator).
Sử dụng Baseband Frame và T2- Frame mang trong dòng T2-MI đầu vào để tạo ra DVB-T2 Frame.
- T2- Gateway là thiết bị quan trọng trong DVB-T2 vì nó cung cấp băng tần điều khiển và tín hiệu đến tất cả các bộ điều chế DVB-T2 trong toàn bộ các giao diện đầu ra T2-MI. T2 – Gateway quản lý các PLP (Physical Layer Pipes) để cung cấp nhiều phƣơng thức dịch vụ khác nhau.
Hình 3. 3: Vai trò của T2- Gateway
DVB-T2 Gateway thực hiện các chức năng:
- Tạo gói dòng truyền tải DVB/MPEG-2 trong dòng DVB-T2 này đã đƣợc chèn các dữ liệu đồng bộ để thực hiện phát sóng trong mạng đơn tần SFN (chế độ MISO);
- Quản lý chế độ một PLP hay nhiều PLP, và đầu ra sẽ là dòng T2 với các chế độ điều chế DVB-T2 với các thông tin đã đƣợc đồng bộ T2- MI ( ASI và IP)
- Tƣơng thích tất cả các chế độ để tạo ra duy nhất cùng một luồng dữ liệu xác định. - Khi phát sóng các dịch vụ trong mạng đơn tần DVB-T2, T2- Gateway coi nhƣ một adapter SFN. T2- Gateway cung cấp băng tần và đồng bộ ngoài băng, đồng bộ tất cả các dữ liệu để tạo ra luồng dữ liệu đồng nhất giúp các bộ tất cả các dữ liệu để tạo ra luồng dữ liệu đồng nhất giúp các bộ điều chế cùng hoạt động tại cùng một thời gian với cùng một tần số
3.4.4 Các ống lớp vật lý
Hình 3. 4: ống lớp vật lý
PLP cho phép mở rộng triển khai các dịch vụ, (Một PLP có thể thực hiện truyền dịch vụ HD, trong khi một PLP khác có thể mang các dịch vụ SD..). Tất cả các PLP đều đƣợc phát sóng trên cùng một tần số, điều này nhƣ một cách ghép kênh trong DVB- T2.
-T2- Gateway có thể thực hiện chế độ : Một PLP (Single PLP) và nhiều PLP( Multi PLP).
-T2- Gateway khi phát sóng chế độ PLP cũng cấp các dữ liệu hoàn toàn chính xác cho các bộ điều chế.
Mỗi PLP đƣợc truyền trực tiếp từ đầu vào qua giao diện ASI hoặc IP. Nhà mạng vận hành có thể lựa chọn đầu vào là dòng TS hoặc PLP. Mỗi dòng TS tƣơng ứng với một PLP. Các dòng TS giống nhau có thể đƣợc truyền trên nhiều PLP khác nhau. Mỗi PLP có thể mang nội dung của một hoặc nhiều dòng TS.
Ta xét cấu hình một kênh DVB-T2 có băng thông 8MHz đƣơc ghét bởi 3 ống lớp vật lý với các dịch vụ khác nhau: 3D, HD thu bằng angten ngoài trời và SD thu bằng angten trong nhà và di động. ( Đối với việc thu các chƣơng trình HD, SD theo DVB-T2 bằng sử dụng các set – top box, các chƣơng trình thu di động sử dụng các USB thu DVB-T2)
Đối với các dịch vụ khác nhau, mỗi PLP có thể sử dụng các bộ thông số: Phƣơng thức điều chế, tỷ lệ mã, tráo thời gian…khác nhau.
Với dòng MPEG-2 TS đảm bảo tốc độ bít không đổi (CBR- constant bit rate), bằng các thêm các null packets (gói rỗng). Do vậy dung lƣợng các rỗng có thể khác nhau. Trong dòng TS khi truyền đi sẽ không có các null packets.Chúng sẽ đƣợc tách ra trƣớc khi truyền và khithu nhận đƣợc tự động đƣợc chèn null packets vào dòng TS sẽ giúp tiết kiệm băng thông truyền dẫn.
- Trong DVB- T2, ngƣời ta quy định chế độ A là PLP và chế độ B là M- PLP.
Ch Tốc độ (Mbit/s) Băng thông sử dụng C/N (dB) Điều chế Tỷ lệ mã Khoảng bảo vệ Pilot Kích thƣớc FFT 3D+HD 1+1 18+10 68% 23,4 256QAM 3/4 1/16 PP4 32K SD 2 2+2 24% 10,6 16 QAM 3/5 1/16 PP4 32K Di động 1 0,5 7% 3,3 QPSK 1/2 1/16 PP4 32K Tổng cộng 5 32,5 99%
Đầu vào mode A: Đầu vào mode A là mode đơn giản nhất. Ở đây chỉ có duy nhất một PLP đƣợc sử dụng, truyền tải duy nhất một dòng dữ liệu. Hệ quả độ tin cậy của các nội dung thông tin giống nhau nhƣ đối với DVB-T.
Đầu vào mode B: Đầu vào mode B là mode tiên tiến đƣợc sử dụng cho nhiều PLP (hình 4). Ngoài độ tin cậy cao đối với các dịch vụ nhất định, mode B còn cho phép khoảng tráo thời gian dài hơn và tiết kiệm năng lƣợng hơn đối với đầu thu.
Đặc biệt, một nhóm dịch vụ có thể cùng chia sẻ một thông tin chung, ví dụ bảng PSI/SI hoặc CA. Để tránh phải truyền “đúp” các thông tin này đối với từng PLP, DVB-T2 có chứa “PLP chung” đƣợc chia sẻ bởi một nhóm PLP. Nhƣ vậy, máy thu phải giải mã 2 PLP tại cùng 1 thời điểm khi thu một dịch vụ: PLP dữ liệu và PLP chung đi kèm. Hai mode đầu vào, do đó đƣợc định nghĩa: đầu vào mode A sử dụng duy nhất một PLP và đầu vào mode B sử dụng nhiều PLP.
Ƣu điểm của M-PLP
- Khả năng chống hiện tƣợng phản xạ nhiều đƣờng cao( nhờ sự kết hợp
của chế độ điều chế và tốc độ mã hóa)
- Cho phép tiết kiệm điện năng ở máy thu nhờ chia lát thời gian giống
nhƣ DVB-H
- Cho phép linh hoạt tần số nhờ chia lát theo thời gian- tần số (TFS)
Vì vậy: Trong khi đồng nhất thông số vật lý đƣợc thiết lập, mode B rất hiệu quả trong bƣớc thu di động
Hình 3.5: Khung T2 ở chế độ M-PLP
Thông thƣờng, các nhóm dịch vụ đƣợc cung cấp thông tin trong bảng PSI/SI, ( giống nhƣ thông tin EPG, hoặc thông tin CA). Mode B cung cấp các khái niệm PLP chung phổ biến hay sử dụng, đƣợc đặt bởi 1 nhóm PLPs. Do đó, khi máy thu đƣợc từ 2 PLP trở lên cùng trong 1 thời điểm, máy thu sẽ nhận biết các tín hiệu dịch vụ: dữ liệu PLP và PLP chung.
Hình 3.6: DVB-T2 ở chế độ M-PLP cho nhiều dịch vụ khác nhau
Đối với hình 3.6, ta sử dụng M-PLP với khả năng cung cấp 4 lớp dịch vụ:
HDTV, SDTV, Audio, data đều đƣợc ghép trong một kênh RF. Mỗi dịch vụ có một tốc độ dữ liệu riêng, khác nhau và bán kính vùng phủ khác nhau nhƣ hình 6.
Lợi thế của việc bổ sung nhiều ống lớp vật lý:
- Với các phƣơng thức thu khác nhau và thiết bị thu khác nhau có thể thu đƣợc
tín hiệu giống nhau ( với thu HDTV bằng phƣơng thức cố định, angten đặt trên cao và thu di động…) với dung lƣợng nhất định và chống can nhiễu nhƣ nhau.
- Có thể đặt chế độ ƣu tiên cao cho một hoặc nhiều dịch vụ trên kênh truyền
- Khi một dịch vụ không yêu cầu cần có phủ sóng rộng nhƣ các dịch vụ khác, thì dịch vụ có thể đƣợc truyền với cƣờng độ trƣờng tín hiệu thấp để tiết kiệm dung lƣợng kênh truyền.
- Việc thay đổi nội dung khi ghép kênh các chƣơng trình địa phƣơng/ trung ƣơng. Việc này giúp việc triển khai ghép kênh tại các khu vực đƣợc nhanh và hiệu quả về kinh tế.
- Với khả năng dùng TFS (Time frequency Slicing), việc tăng dung lƣợng
kênh truyền và mở rộng vùng phủ sóng đƣợc thực hiện dễ dàng.
Một hạn chế với việc sử dụng M-PLP là khi ghép các PLP vào cùng một nhóm PLPs bắt buộc kích thƣớc FFT của các PLP phải giống nhau.
3.4.5 Băng tần phụ (1.7 Mhz và 10 Mhz).
Để đáp ứng các dịch vụ chuyên dụng, ví dụ truyền tín hiệu từ camera về một studio lƣu động, DVB-T2 còn bao gồm tuỳ chọn băng tần 10Mhz. Các máy thu dân dụng không hỗ trợ băng tần này. DVB-T2 còn sử dụng cả băng tần 1.712 Mhz cho các dịch vụ thu di động (trong băng III và băng L)
3.4.6 Các mode sóng mang mở rộng (đối với 8K, 16K, 32K).
Do phần đỉnh xung vuông trong đồ thị phổ công suất suy giảm nhanh hơn đối với kích thƣớc FFT lớn. Điểm ngoài cùng của phổ tín hiệu OFDM có thể trải rộng hơn, điều này cũng đồng nghĩa với việc nhiều sóng mang phụ trên một symbol đƣợc sử dụng để truyền tải dữ liệu. Độ lợi (gain) đạt đƣợc ở giữa 1.4% (8Kmode) và 2.1% (32Kmode). Hình 3. 7so sánh phổ của 2K so với 32K ở điều kiện bình thƣờng và 32K trong mode sóng mang mở rộng. Sóng mang mở rộng là 1 đặc tính tuỳ chọn, bởi lẽ với đặc tính này khó có có thể đạt đƣợc mặt nạ phổ (spectrum mask) cũng nhƣ tỷ số bảo vệ.
Hình 3.7: Mật độ phổ công suất đối với mode 2K và 32K
3.4.7 MISO dựa trên Alamouti (trên trục tần số).
Do DVB-T hỗ trợ mạng đơn tần (SFN), sự hiện diện của tín hiệu có cƣờng độ mạnh tƣơng tự nhau từ 2 máy phát có thể tạo nên điểm “lõm” (deep notches). Để khắc phục hiện tƣợng này, máy phát đòi hỏi phải có công suất cao hơn.
DVB-T2 có tuỳ chọn sử dụng kỹ thuật Alamouti: với một cặp máy phát hình 8. Alamouti là một ví dụ của MISO (Multiple Input, Single Output), trong đó mỗi điểm của đồ thị chòm sao đƣợc truyền bởi một máy, còn máy phát thứ 2 truyền phiên bản có chỉnh sửa một chút của từng cặp của chòm sao với thứ tự ngƣợc lại trên trục tần số.
Kỹ thuật Alamouti cho kết quả tƣơng đƣơng với phƣơng thức thu phân tập trên phƣơng diện đạt đƣợc sự kết hợp tối ƣu giữa hai tín hiệu, tỷ số tín/tạp cuối cùng, đó là công suất tổng hợp của hai tín hiệu trong không gian.
Hình 3.8: Mô hình MISO
3.4.8 Symbol khởi đầu (P1 và P2).
Những symbol đầu tiên của khung DVB-T2 ở lớp vật lý là các symbol khởi đầu (preamble symbols). Các symbol này truyền một số lƣợng hạn chế các thông tin báo hiệu bằng phƣơng thức truyền có độ tin cậy. Khung đầu tiên đƣợc bắt đầu bằng symbol P1, điều chế BPSK với độ tin cậy cao. Với khoảng bảo vệ ở cả hai đầu, symbol P1 mang 7 bit thông tin (bao gồm kích thƣớc FFT của symbol dữ liệu). Các symbol P2, số lƣợng đƣợc cố định cho mỗi kích thƣớc FFT, cung cấp thông tin báo hiệu lớp 1 kể cả tĩnh, động và khả năng cấu trúc.
Các bit đầu tiên của thông tin báo hiệu (L1 – Pre-signalling) có phƣơng thức điều chế và mã hoá cố định, các bit còn lại (L1 – Post-signalling) tỷ lệ mã đƣợc xác định là 1/2 nhƣng phƣơng thức điều chế có thể đƣợc lựa chọn giữa QPSK, 16-QAM và 64-QAM. Symbol P2 nói chung, còn chứa dữ liệu PLP chung và/hoặc PLP dữ liệu.
3.4.9 Mẫu hình tín hiệu Pilot (Pilot Pattern).
Pilot phân tán ((Scattered Pilots) đƣợc xác định từ trƣớc cả về biên độ và pha, và đƣợc “cấy” vào tín hiệu với khoảng cách đều nhau trên cả hai trục thời gian và tần số. Pilot phân tán đƣợc sử dụng để đánh giá sự thay đổi trên đƣờng truyền.
Trong khi DVB-T áp dụng mẫu hình tĩnh (static pattern) độc lập với kích thƣớc FFT và khoảng bảo vệ.
Hình 3.10 Mẫu tín hiệu Pilot phân tán DVB-T