Chương 2 TIÊU CHUẨN TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT DVB –T
2.3. Mã hóa kênh và điều chế trong DVB –T
Phân tán năng lượng Mã hóa ngồi Ghép xen ngồi Mã hóa trong Ghép xen trong Định vị ( Mapper) Thích ứng khung OFDM Chèn khoảng
bảo vệ Lọc FIR Khuếch đại
Lọc Band Pass Tách sóng
MPEG
Hình 2.11. Sơ đồ khối thực tế bên trong máy phát DVB – T
2.3.1. Phân tán năng lượng
Dòng số vào của hệ thống được tổ chức thành các gói có độ dài cố định chính là đầu ra của bộ ghép truyền dẫn các dòng MPEG – 2. Chiều dài tổng cộng của mỗi gói sau bộ ghép là 188 byte, trong đó có một byte chứa từ mã đồng bộ. Thứ tự xử lý ở phía phát ln ln theo thứ tự từ bit MSB ( bit 0 ) của byte chứa từ mã đồng bộ. Để đảm bảo các chuyển đổi nhị phân được thực hiện chính xác thì dữ liệu của khối ghép kênh MPEG – 2 đầu vào hệ thống được mã hóa.
Dữ liệu vào: 1011100xxxxxxxx… Dãy PRBS: 00000011
Đa thức bộ tạo chuỗi PRBS là 1 + X14 + X15
Việc nạp dãy 100101010000000 vào thanh ghi PRBS được bắt đầu tại đầu của mỗi lượt 8 gói truyền dẫn. Để cũng cấp tín hiệu khởi tạo cho bộ descrambler, byte đồng bộ của gói truyền dẫn đầu tiên trong nhóm 8 gói có các bit được đảo lại. Tồn bộ q trình được gọi là q trình thích nghi ghép truyền dẫn.
Bit đầu tiên tại đầu ra bộ tạo PRBS sẽ là bit đầu tiên (MBS) của byte đầu tiên sau byte từ mã đồng bộ đã được đảo. Để hỗ trợ thêm các chức năng đồng bộ, trong thời gian của các byte đồng bộ của 7 gói truyền dẫn ngay sau đó, chuỗi PBRS vẫn được tạo nhưng lại khơng lấy ra khiến các byte đồng bộ này không được ngẫu nhiên hóa. Vì thế chu kỳ của PRBS là 1503 byte.
Q trình ngẫu nhiên hóa cũng ở trạng thái tích cực khi dịng bit đầu vào bộ điều chế khơng tồn tại hoặc khơng cùng định dạng với dịng bit MPEG – 2.
2.3.2. Mã ngoài và tráo ngoài
Mã ngoài và tráo ngồi sẽ được thực hiện trên cấu trúc gói đầu vào theo hình vẽ (2.12a). Mã rút ngắn reed – solomon RS(204,188,t=8) được thực hiện với từng
Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T và ứng dụng tại Việt Nam
Lâm Việt – Lớp CCVT05A 29
gói đã được ngẫu nhiên hóa (188 byte) như hình (2.12b) để tạo ra gói có tính chống lỗi. Mã RS cũng được thực hiện với byte đồng bộ. Gói dữ liệu đó có thể được đảo hoặc không đảo.
SYNC byte
Dữ liệu sau khi ghép truyền dẫn MPEG – 2 187 byte
Hình 2.12a. Gói sau ghép truyền dẫn MPEG – 2
Đa thức mã: 0 1 15
....
g x x x x
Đa thức tạo thường: p(x) = x8 + x4 + x3 + x2 + x1
Mã RS rút ngắn được thực hiện bằng cách thêm vào 51 byte thiết lập 0 trước các byte thơng tin tại đầu vào bộ mã hóa. Sau thủ tục mã hóa RS, các byte NULL này sẽ được loại bỏ để có được từ mã dài 204 byte.
SYNC1 Dữ liệu ngẫu nhiên hóa 187 byte SYNC2 SYNC8 Dữ liệu ngẫu nhiên hóa 187 byte Dữ liệu ngẫu nhiên hóa 187 byte SYNC1 Chu kỳ PRBS 1503 byte
8 gói sau ghép truyền dẫn
Hình 2.12b. Các gói truyền dẫn đã được ngẫu nhiên hóa
Hệ thống thực hiện việc tráo byte theo mã xoắn với độ sâu l=12 với các gói đã có tính chống lỗi tạo ra một cấu trúc dữ liệu được tráo trộn.
2.3.3. Mã trong
Hệ thống sẽ sử dụng đến một tập hợp các mã chập đục lỗ dựa trên một mã chập gốc có tốc độ mã là với 64 trạng thái. Điều này cho phép sự lựa chọn hợp lý nhất có khả năng sửa lỗi của hệ thống với một kênh cho trước hay một tốc độ dữ liệu cho trước trong cr mode truyền phân cấp và không phân cấp. Các đa thức sinh mã chập gốc của bộ tạo mã là:
Đầu ra X: G1 = 171OCT Đầu ra Y: G2 = 133OCT
Nếu sử dụng truyền dẫn phân cấp thi mỗi bộ mã hóa kênh (trong hai bộ song song) có thể có tốc độ mã riêng rẽ. Mã chập gốc khơng chỉ có tốc độ ½ mà cịn có tốc độ mã 2/3, 3/4,5/6, và 7/8.
2.3.4. Tráo trong
Tráo trong bao gồm quá trình tráo bit trước và tráo symbol sau. Cả hai q trình đều thực hiện tráo các khơi bit dữ liệu.
2.3.4.1 Tráo bit
Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T và ứng dụng tại Việt Nam
Lâm Việt – Lớp CCVT05A 30
dòng con theo thứ tự điều chế và loại điều chế. Trong mode khơng phân cấp, dịng bit vào duy nhất được tách ra thành v dòng bit con, v = 2 khi điều chế QPSK, v = 4 khi điều chế 16-QAM và v = 8 khi điều chế 64-QAM. Trong mode điều chế phân cấp, cả hai dòng ưu tiên thấp thành 4 dòng con. Điều này được thực hiện với cả hai chế độ điều chế QAM đồng nhất và khơng đồng nhất.
2.3.4.2 Tráo symbol
Mục đích của tráo symbol là ánh xạ các từ mã v bit lên 1512 sóng mang (trong mode 2k) hay 6048 sóng mang (trong mode 8k) thuộc một symbol OFDM. Bộ tráo symbol thực hiện tráo các khối 1512 hay 6048 symbol dữ liệu.
Vì thế, trong mode 2k, 12 nhóm * 126 từ dữ liệu bộ tráo bit được đọc tuần tự vào vecto Y = (y’0,y’1, y’2, …..y’1511) và trong mode 8k tương tự là vector Y= (y’0,y’1, y’2,……….y’6047) được đọc tuần tự từ 48 nhóm * 126 từ dữ liệu.
Đầu ra bộ tráo là vector Y = (y’0,y’1, y’2, …..y’max-1) được định nghĩa:
YH(q) = y’q với các symbol chẵn ( q = 0,1 … Nmax-1 ) Yq = y’H(q) với các symbol lẻ ( q = 0,1 … Nmax-1 )
Chỉ số symbol xác định vị trí symbol OFDM trong khung OFDM là hàm hoán vị. Một vector Ri được tạo ra từ vector R’i bằng các hoán vị bit như trong hai bảng sau.
Các vị trí bit R’i
Các vị trị bit Ri
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
0 7 5 1 8 2 6 9 3 4
Bảng 2.3. Các hoán vị trong mode 2k
Các vị trí bit R’i Các vị trị bit Ri 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 5 11 3 0 10 8 6 9 2 4 1 0 1 7
Bảng 2.4. Các hoán vị trong mode 8k
2.3.5. Hàm tín hiệu COFDM trong chuẩn DVB – T
Tín hiệu phát được tổ chức thành các khung. Mỗi khung có chu kỳ Tf chứa 68 symbol OFDM. Bốn khung như vậy tạo thành một siêu khung.
Mỗi symbol được tạo thành bởi một tập các sóng mang con. Trong mode 2k số sóng mang con là k = 1705 và mode 8k là k = 6817. Mỗi sóng mang có khoảng thời gian tồn tại Ts, bao gồm hai phần là thời gian hữu ích cho thơng tin TU và thời
Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T và ứng dụng tại Việt Nam
Lâm Việt – Lớp CCVT05A 31
gian phòng vệ nằm ngay trước TU và chứa phần sườn giảm của tín hiệu trong TU. Có thể có các lựa chọn sau cho khoảng phòng vệ .
Mode /TU TU Ts =Tu + 8k 1/4 1/8 1/16 1/32 2k 1/4 1/8 1/16 1/32 896 224 224 112 56 28 1120 1008 952 924 56 28 14 7 280 252 238 231 s s s
Bảng 2.5. Các giá trị của các khoảng phịng vệ
TU
Khoảng bảo vệ Phần chính của chu kỳ
symbol
Hình 2.13. Thời gian một symbol đã chèn khoảng bảo vệ
Tín hiệu được tổ chức thành các khung gồm 68 symbol OFDM nên hàm có dạng. ax , , min 67 , , , 0 0 0 m m l k k m k l m l k k m m x t s t s t Trong đó: K: số sóng mang.
l: chỉ số symbol OFDM trong một khung. m: chỉ số khung truyền.
k: chỉ số sóng mang trong một symbol.
Xm,l,k: symbol tổ hợp cho sóng mang thứ k của symbol dữ liệu thứ l
trong khung thứ m.
Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T và ứng dụng tại Việt Nam
Lâm Việt – Lớp CCVT05A 32
Nhận Nhận Nhận Bộ mã hóa Bộ mã hóa Bộ mã hóa Bộ điều chế Bộ điều chế Bộ điều chế RF UHF Splitter RF RF
Hình 2.14. Sơ đồ khối thực tế bên trong máy thu phát DVB – T
Anten: Thường dùng anten có nhiều chấn tử dẫn xạ, 1 chấn tử chủ động, một số chấn tử phản xạ.
Bộ splitter: Bộ chia tín hiệu từ một ngõ vào sẽ cho ra nhiều ngõ ra.
Bộ nhận: Là đầu thu kỹ thuật số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T có chức năng giải điều chế, giải mã truyền dẫn (kênh), giải đa hợp/ sửa lỗi, giải mã nguồn, biến đổi số sang tương tự.
Tín hiệu truyền hình kỹ thuật số thu được từ Anten Yagi sẽ đưa qua bộ chia Sliptter thành nhiều đường tín hiệu, mỗi đường ra được đưa vào đầu kỹ thuật số sẽ cho ra tín hiệu hình và tín hiệu tiếng như ban đầu. Hai tín hiệu này được đưa vào bộ mã hóa để thực hiện mã hóa các kênh truyền hình, tín hiệu sau đó sẽ được điều chế lại với sóng mang được chọn lựa theo sự sắp xếp các kênh truyền hình hữu tuyến trong cáp đồng trục.
Máy thu hình số DVB-T EFA (của hãng Rohde & Schwarz, Đức) thỏa mãn tiêu chuẩn ETS300744 có thể thu, giải điều chế, giải mã và phân tích tín hiệu OFDM. Máy thu EFA có các khả năng sau đây:
- Độ rộng băng tần kênh: 6/7/8 MHz. - Mode điều chế: 2K/8K.
- Đồ thị chòm sao: QPSK, 16-QAM, 64-QAM. - Tỉ lệ mã hóa: 1/2,2/3, 3/4, 5/6, 7/8.
- Khoảng bảo vệ: 1/4, 1/8, 1/16, 1/32. - Giải điều chế phân lớp: = 2,4. - Sửa lỗi Reed-Solomom: RS(204/188).
- Độ rộng băng tần mạch lọc SAW: 6/7/8 MHz.
Tín hiệu đi vào máy thu hình từ anten l tín hiệu OFDM. Sau khi biến đổi xuống (down converter), ta có tín hiệu trung tần IF 36MHz. Tín hiệu này được lọc bằng các mạch lọc Saw khác nhau (phụ thuộc vào độ rộng băng tần kênh) và cộng
Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T và ứng dụng tại Việt Nam
Lâm Việt – Lớp CCVT05A 33
nhiễu Gauss bên trong. Tiếp theo, tín hiệu IF được biến đổi thành băng tần cơ bản bằng cách sử dụng bộ tạo dao động điều khiển số. Phép biến đổi FFT (2K/8K) biến đổi tín hiệu từ miền thời gian vào miền tần số. Sau đó xấp xỉ kênh được dùng để sửa biên độ/pha/độ trễ của tín hiệu làm cho hầu hết các xung bị suy giảm trong khi truyền dẫn RF. Tiếp theo, các gói dữ liệu được dùng cho bộ giải mã chập Viterbi, bộ giải chèn dữ liệu, bộ giải mã Reed-Solomon và bộ giải ngẫu nhiên hóa dữ liệu (phân tán năng lượng). Cuối cùng, giao diện MPEG-2 đưa dòng truyền MPEG-2 đã giải điều chế đến đầu ra phần cứng (TSSPi, TSASi).