2.3.2.5. 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 lượng hạn chế các thông tin báo hiệu bằng phương thức truyền có độ tin cậy. Khung đầu tiên được 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 thước FFT của symbol dữ liệu). Các symbol P2, số lượng được cố định cho mỗi kích thước 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 phương thức điều chế và mã hoá cố định, các bit còn lại (L1 – Post-signalling) tỷ lệ mã được xác định là 1/2 nhưng phương thức điều chế có thể được lựa chọn giữa QPSK, 16- QAM và 64-QAM. Symbol P2, nói chung còn chứa dữ liệu PLP chung và/hoặc PLP dữ liệu
2.3.2.6. Mẫu tín hiệu Pilot (Pilot Pattern)
Pilot phân tán (Scattered Pilots) được xác định từ trước cả về biên độ và pha, và được “cấy” vào tín hiệu với khoảng cách đều nhau trên cả hai trục thời gian và tần số. Pilot phân tán được sử dụng để đánh giá sự thay đổi trên đường truyền.
Trong khi DVB-T áp dụng mẫu hình tĩnh (static pattern) độc lập với kích thước FFT và khoảng bảo vệ, DVB-T2 tiếp cận một cách linh hoạt hơn, bằng cách định nghĩa 8 mẫu hình khác nhau để có thể lựa chọn, tuỳ thuộc vào kích thước FFT và khoảng bảo vệ đối với mỗi đường truyền riêng biệt.
Hình 2.9: Mẫu hình Pilot phân tán đối với DVB-T(trái) và DVB-T2(phải) 2.3.2.7. Phương thức điều chế 256-QAM
Trong hệ thống DVB-T, phương thức điều chế cao nhất là 64-QAM cho phép truyền tải 6bit/symbol/sóng mang. Với chuẩn DVB-T2, phương thức điều chế 256QAM (hình... ) cho phép tăng lên 8bit/tế bào OFDM, tăng 33% hiệu suất sử dụng phổ và dung lượng dữ liệu đối với một tỷ lệ mã cho trước. Thông thường, tăng dung lượng dữ liệu thường đòi hỏi một tỷ số công suất sóng mang trên tạp nhiễu cao hơn (4 hoặc 5dB, tuỳ thuộc vào kênh truyền và tỷ lệ mã sửa sai), bởi lẽ khoảng cách Euclide giữa hai điểm cạnh nhau trên đồ thị chòm sao chỉ bằng khoảng ½ so với 64-QAM và do vậy đầu thu sẽ nhậy cảm hơn đối với tạp nhiễu. Tuy nhiên, mã LDPC tốt hơn nhiều so với mã cuốn (Convolution code) và nếu chọn tỷ lệ mã mạnh hơn một chút cho 256QAM so với tỷ lệ mã sử dụng trong 64-QAM của DVB-T, tỷ số công suất song mang trên tạp nhiễu C/N sẽ không thay đổi trong khi vẫn đạt được một độ tăng trưởng tốc độ bit đáng kể. 256-QAM do vậy sẽ là 1 sự lựa chọn đầy hứa hẹn trên thực tế.
2.3.2.8. Chòm sao xoay (Rotated Constellation)
Một trong số các kỹ thuật mới được sử dụng trong DVB-T2 là chòm sao xoay (Rotated Constellation) và trễ Q (Q-delay). Sau khi đã định vị, chòm sao được “xoay” một góc trên mặt phẳng I-Q như mô tả trên hình 2.11.
Hình 2.11: Chòm sao 16-QAM xoay
Các thành phần I và Q được tách bởi quá trình tráo sao cho chúng được truyền trên miền tần số và thời gian khác nhau. Nếu có một thành phần bị huỷ hoại trên kênh truyền, thành phần còn lại có thể được sử dụng để tái tạo lại thông tin đã mất. Kỹ thuật này tránh được mất mát trên kênh Gauss và tạo được độ lợi 0.7dB trên kênh có phađing. Độ lợi này còn lớn hơn trên kênh 0dB phản xạ (SFN) và kênh xoá (nhiễu đột biến, phađing có chọn lọc) (Hình 2.12). Điều này cũng đồng nghĩa với việc có thể sử dụng tỷ lệ mã, tốc độ bit cao hơn.
2.3.2.9. Kỹ thuật giảm thiểu tỷ số công suất đỉnh/công suất trung bình (Peak-to -Average Power Ratio – PAPR)
PAPR trong hệ thống OFDM cao có thể làm giảm hiệu xuất bộ khuếch đại công suất RF. Cả hai kỹ thuật làm giảm PAPR được sử dụng trong hệ thống DVB- T2: mở rộng chòm sao tích cực (Active Constellation Extension – ACE).
Kỹ thuật ACE làm giảm PAPR bằng cách mở rộng các điểm ngoài của đồ thị chòm sao trên miền tần số, còn TR làm giảm PAPR bằng cách trực tiếp loại bỏ các giá trị đỉnh của tín hiệu trên miền thời gian.
Hai kỹ thuật bổ sung cho nhau, ACE hiệu quả hơn TR ở mức điều chế thấp còn TR hiệu quả hơn ACE ở mức điều chế cao. Hai kỹ thuật không loại trừ nhau và có khả năng sử dụng đồng thời. Tuy nhiên kỹ thuật ACE không được sử dụng với chuẩn xoay.
2.3.2.10. Tráo bit, ánh xạ bit lên đồ thị chòm sao
Mục đích của tráo là trải nội dung thông tin trên miền thời gian và/hoặc tần số sao cho kể cả nhiễu đột biến lẫn phađing đều không có khả năng xoá đi một chuỗi bit dài của dòng dữ liệu gốc. Tráo còn được thiết kế sao cho các bit thông tin được truyền tải bởi một điểm xác định trên đồ thị chòm sao không tương ứng với chuỗi bit liên tục trong dòng dữ liệu gốc.
2.3.2.11. Tráo tế bào, tráo thời gian
Nhằm nâng cao độ tin cậy trong quá trình truyền sóng, không chỉ sử dụng tráo bít, tráo symbol như thế hệ đầu, hệ thống truyền hình số mặt đất thế hệ thứ 2 (DVB- T2) còn sử dụng kỹ thuật tráo tế bào(cell interleaving- CI) và tráo thời gian (time interleaving- TI).
Tráo tế bào (cell interleaving- CI)
Tráo tế bào trên thực tế là quá trình trải đều các tế bào để đảm bảo có sự phân phối không tương quan méo kênh và can nhiễu trong một từ mã FEC.
Tín hiệu đầu vào bộ tráo G(r)= (gr,0, gr,1, gr,2,..., gr,Ncells-1) là các tế bào dữ liệu (gr,0, gr,1, gr,2,..., gr, Ncells-1) của các khối (block) FEC.
Chỉ số r là chỉ số của block FEC trong block TI. Chỉ số “r” được tạo bởi phép “xoay” đồ thị chòm sao và trễ thành phần Q theo chu kỳ, “r” biểu thị sự gia tăng chỉ số của block FEC trong block TI và được reset về 0 tại thời điểm bắt đầu của mỗi block TI.
Hình 2.13: Tráo tế bào
Tráo thời gian
Tráo thời gian TI hoạt động ở mức PLP. Thông số tráo thời gian thay đổi với các PLP khác nhau trong hệ thống T2.
Block FEC từ bộ tráo tế bào đối với mỗi PLP được nhóm lại thành các khung tráo (interleaving Frame). Mỗi khung tráo bao gồm một số lượng khác nhau block FEC. Số lượng block FEC trong khung tráo có chỉ số n được ký hiệu bằng NBLOCKS _IF(n). NBLOCKS _IF(n) có giá trị từ 0 đến NBLOCKS _IF_ MAX, giá trị cực đại có thể lên tới 1023
Mỗi khung tráo được ánh xạ trực tiếp lên một khung T2. Mỗi khung tráo được chia cho một hoặc vài block TI. Block TI trong một khung tráo có thể bao gồm các
số lượng khác nhau block FEC. Nếu một khung tráo được chia cho nhiều block TI, khung tráo này chỉ được phép ánh xạ lên một khung T2.
Như vậy có 3 tùy chọn:
1. Mỗi khung tráo chứa một block TI và được ánh xạ trực tiếp lên một khung T2. Tùy chọn này được chỉ dẫn trong tín hiệu báo hiệu lớp 1 (L1_ Signalling) bằng TIME_IL_TYPE= „0‟và TIME_IL_LENGTH= „1‟
2. Mỗi khung tráo chứa một block TI và được ánh xạ lên một vài khung T2. Tùy chọn này được chỉ dẫn trong tín hiệu báo hiệu lớp 1 (L1_ Signalling) bằng TIME_IL_LENGTH= „1‟
3. Mỗi khung tráo chứa một block TI và được ánh xạ trực tiếp lên một khung T2 và mỗi khung tráo được chia cho vài block TI. Tùy chọn này được chỉ dẫn trong tín hiệu báo hiệu lớp 1 (L1_ Signalling) bằng TIME_IL_TYPE= „0‟.
Các thông số của tráo thời gian TI thay đổi từ 0 đến 1023. Khung dữ liệu có thể ánh xạ trực tiếp sang khung T2 (T2 Frame) tương ứng hoặc một vài T2 Frame.
Nguyên lý tráo thời gian được biểu thị trên hình 35. Khối FEC đầu tiên được ghi theo cột vào 5 cột đầu tiên của bộ tráo thời gian. Khối FEC thứ 2 được ghi theo cột vào 5 cột tiếp theo của bộ tráo thời gian và cứ tiếp tục như vậy. Các tế bào được đọc theo hàng.
Hình 2.14: Tráo thời gian
Nếu tráo thời gian không được sử dụng, tín hiệu đầu ra bộ tráo hoàn toàn giống như tín hiệu đầu vào. Tráo thời gian được sử dụng như bộ đệm (buffer) cho dữ liệu PLP, do vậy đầu ra có thể bị trễ so với đầu vào kể cả khi không dùng bộ tráo.
2.4. Kết luận chƣơng II
Tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất thế hệ thứ 2 (DVB-T2) được công bố tháng 2-2009 (sau DVB-S2 và DVB-C2 cho truyền hình số trên vệ tinh và truyền hình cáp). DVB-T2 sử dụng nhiều giải pháp kỹ thuật mới như: ống vật lý, băng tần phụ, các mode sóng mang mở rộng, MISO dựa trên Alamouti, symbol khởi đầu (P1,P2), mẫu hình tín hiệu Pilot, chòm sao xoay,… mục đích là làm tăng độ tin cậy của kênh truyền và tăng dung lượng bit. Trên thực tế, DVB-T2 có khả năng truyền tải dung lượng bit lớn hơn DVB-T gần 50% đối với mạng đa tần (MFN) và thậm chí cao hơn đối với mạng đơn tần (SFN). DVB-T2 là hệ thống truyền hình số mặt đất lý tưởng cho truyền hình có độ phân giải cao HDTV (High Defination Televition).
Sự sẵn sàng của chuẩn DVB-T2 mang đến các cơ hội mới cho môi trường truyền hình mặt đất. Các nhà quảng bá và nhà cung cấp dịch vụ khác có thể
Tế bào đầu tiên của khối FEC của khối TI Ghi Đọc Hàng 1 Cột 1 Cột 1 Cột Nc
quan tâm hỗ trợ các dịch vụ mới trên DTT mà trước đó khó triển khai do hạn chế về dung lượng băng thông trong các băng tần VHF và UHF.
Việc phát triển chuẩn truyền hình số mặt đất thế hệ thứ hai đã đáp ứng được yêu cầu thực tế. Đó là sự gia tăng dung lượng băng thông giúp cung cấp cho người xem các dịch vụ truyền hình mới. Trong nhiều quốc gia, chuẩn DVB- T2 hỗ trợ cơ hội cho các nhà quảng bá triển khai một chuỗi các dịch vụ HDTV trên môi trường DTT. Chuẩn DVB-T2 cũng có khả năng hỗ trợ các dịch vụ có thể trong tương lai. Các dịch vụ thế hệ kế tiếp như 3D TV có thể hưởng lợi từ việc gia tăng dung lượng sẵn có của DVB-T2.
Tuy nhiên, để đảm bảo hiệu quả kinh tế, các đặc tính kỹ thuật chung cho máy thu DVB-T2 cần được các nhà điều hành quốc gia công bố sớm. Điều này sẽ hạn chế sự phân hóa thị trường và đảm bảo cho người xem có thể có nhiều chọn lựa máy thu với giá thấp nhất có thể. Đây cũng là lý do mà các nhà sản xuất đã bắt đầu hợp tác để định nghĩa các yêu cầu cho máy thu DVB-T2 .
Theo sau sự kết thúc chuyển đổi tương tự, người ta hy vọng rằng các quốc gia sẽ bắt đầu triển khai các dịch vụ dùng chuẩn DVB-T2. Trong một số quốc gia, chuẩn mới này sẽ dùng để hỗ trợ các dịch vụ HDTV (cả miễn phí và trả tiền) và cũng dùng để cải tiến hay thay thế các dịch vụ truyền hình có độ phân giải chuẩn hiện nay. Tuy nhiên, việc thay thế chuẩn DVB-T bởi DVB-T2 cũng cần có một khoảng thời gian „quá độ‟ trong quá trình chuyển đổi. Người ta cũng cho rằng chuẩn DVB-T và DVB-T2 sẽ cùng tồn tại trong nhiều năm, mỗi chuẩn hỗ trợ người xem các loại dịch vụ khác nhau.
Nhìn chung, DVB-T2 sẽ đem đến nhiều cơ hội triển khai các dịch vụ mới. Với việc gia tăng dung lượng lên mức giới hạn vật lý có thể, chuẩn DVB-T2 sẽ rất thích hợp với nhiều dịch vụ trong tương lai.
CHƢƠNG III: PHÂN TÍCH MỘT SỐ YẾU TỐ CƠ BẢN TẠO NÊN TÍNH ƢU VIỆT CỦA DVB-T2 SO VỚI DVB-T
3.1. Kích thƣớc FFT
3.1.1 Các thông số mở rộng FFT
Với DVB-T2 đã cho phép mở rộng kích thước FFT lên thành : 1K, 2K, 4K, 8K, 16K và 32K.
Tăng kích thước FFT đồng nghĩa với việc làm hẹp khoảng cách giữa các sóng mang và làm tăng chu kỳ symbol. Việc này, một mặt làm tăng can nhiễu giữa các symbol và làm giảm giới hạn tần số cho phép đối với hiệu ứng Doppler. Mặt khác, chu kỳ symbol dài hơn, cũng có nghĩa là tỷ lệ khoảng bảo vệ nhỏ hơn đối với cùng giá trị tuyệt đối của khoảng bảo vệ trên trục thời gian. Tỷ lệ khoảng bảo vệ bằng 1/128 trong DVB-T2, cho phép 32K sử dụng khoảng bảo vệ có cùng giá trị tuyệt đối như 8K 1/32 . Thông số 1K 2K 4K 8K 16K 32K Số lượng sóng mang Ktoatal chế độ thông thường 853 1,705 3,409 6,817 13,633 27,265 chế độ mở rộng NA NA NA NA NA NA Giá trị của các sóng mang kmin chế độ thông thường 0 0 0 0 0 0 chế độ mở rộng NA NA NA 0 0 0 Giá trị của các sóng mang kmaΧ chế độ thông thường 852 1,704 3,408 6,816 13,632 27,264 chế độ mở rộng NA NA NA 6,912 13,920 27,840
Số sóng mang có mang mode mở
rộng Kext 0 0 0 48 144 288
Khoảng cách Tu 1024T 2048T 4096T 8192T 16384T 32768T
Khoảng thời gian Tu ms 112 224 448 896 1792 3584
Chu kỳ 1/Tu (Hz) 8,929 4,464 2,232 1,116 558 279
* Lựa chọn kích thƣớc FFT
Việc lựa chọn kích thước FFT là rất quan trọng đối với hệ thống. Vì nếu tăng kích thước FFT thì dẫn đến phải tăng khoảng bảo vệ - GI, điều này sẽ ảnh hưởng đến khả năng phủ sóng trong mạng đơn tần. Kích thước FFT lớn cần phải tính toán khoảng bảo vệ - GI hợp lý để đảm bảo chất lượng đường truyền.
Hình 3.1: Mối liên hệ giữa kích thước FFT và GI
Thu DVB-T2 di động, băng UHF IV/V, hoặc băng tần cao UHF, với kích thước FFT nhỏ thì khả năng chống lại được hiệu ứng Doppler là tốt nhất.
Chọn kích thước FFT = 1K sẽ chống hiệu ứng Doppler là tốt nhất khi hoạt động trong băng L(1,5 GHz), hoặc cao hơn, nếu sử dụng băng thông 1,7 MHz. Với tỷ lệ lấy mẫu thấp hơn, khoảng cách giữa các sóng mang là đảm bảo trong kênh 8 MHz.
Với phương thức thu cố định angten thu đặt ngoài trời, băng tần VHF hoặc UHF, với tốc độ dữ liệu thu lớn, chọn chế độ FFT= 32K là thích hợp. Trong trường hợp này các biến thể thời gian trong kênh được giảm thiểu, với FFT 32K
sẽ cung cấp khả năng đạt tốc độ bit cao nhất có thể đạt được .
Với kích thước FFT, giản đồ chòm sao và Code rate xác định. Hiệu ứng Doppler sẽ phụ thuộc vào độ rộng băng thông RF (giảm một nửa băng thông sẽ giảm một nửa khoảng cách giữa các sóng mang, kết quả hiệu ứng Doppler cũng sẽ giảm 1 nửa).
Mặt khác, hiệu ứng Doppler tỉ lệ nghịch với tần số RF và do đó tần số càng cao, hiệu ứng Doppler càng giảm do thời gian đáp ứng kênh thay đổi nhanh chóng. Vì vậy, hiệu ứng Doppler cùng cần được tính toán cho các ứng dụng thu di động tại
VHF Band III (khoảng 200 MHz) sử dụng chế độ 32K. Sử dụng kích thước FFT= 8K với băng tần 800 MHz.
Sử dụng FFT=32K là lựa chọn tối ưu ở băng tần VHF, băng thông 7 MHz. Việc thực hiện trong thời gian khác nhau các kênh truyền hình cũng có thể bị ảnh hưởng bởi sự lựa chọn của mô hình thí điểm.
Tóm lại, việc tăng kích thước FFT sẽ làm giảm hiệu ứng Doppler trong hệ thống.
3.1.2. Kết quả đo kiểm thực tế.
Hình 3.1: Sơ đồ khối đo kiểm thu, phát DVB-T2
- Phát DVB-T2 trên kênh 28, tần số 530MHz.
Thay đổi các thông số phát: Chế độ điều chế, mã sửa sai, khoảng bảo vệ…. Sử dụng thiết bị đo để đo: mức tín hiệu, C/N, MER.
TV TV vệ tinh proview 7000 DTTV ENCODER e
Phân tích & kiểm
tra i-CAN BRID GE Co mputer RF RF A/V ASI RF RF A/V IP RF RF
Sử sụng các Set-top-box để đánh giá khả năng thu nhận và chất lượng hình ảnh.
Chế độ phát với 16-QAM, với tốc độ 18,8Mb/s, GI: 1/32 thay đổi FFT: 8K và 16K
FEC FFT C/N(dB) MER(dB) Ghi chú
1/2 8k 11,1 20,1 3/5 8k 11,3 22,3 2/3 8k 11,8 23,3 3/4 8k 11,6 22,8 1/2 16k 14,1 20,9 3/5 16k 14,3 20,7 2/3 16k 14,8 22,1