Ý tƣởng ban đầu cho ký hiệu P1 trƣớc khi đƣợc chuẩn hóa là chèn một ký hiệu duy nhất trong máy phát và sau đó dị tìm nó trong máy thu. Tuy nhiên, độ dài FFT và khoảng thời gian phần khoảng bảo vệ của ký hiệu P1 không đƣợc cố định. DVB- T2 hỗ trợ nhiều kiểu chiều dài FFT và khoảng bảo vệ cho các ký hiệu dữ liệu của nó. Do đó, có thể xảy ra trƣờng hợp các ký hiệu dữ liệu và ký hiệu P1 có cùng chiều dài FFT và khoảng thời gian khoảng bảo vệ. Khoảng thời gian hữu ích của ký hiệu P1 đƣợc ký hiệu là TA và phần khoảng bảo vệ đƣợc ký hiệu là TB.
Để mô phỏng, đầu tiên ký hiệu P1 đƣợc thiết kế gồm phần hữu ích A có chiều dài FFT 1K và đƣợc điều chế bằng 16 - QAM. Vì các ký hiệu dữ liệu và ký hiệu P1 có các chiều dài FFT khác nhau, nhƣng chúng có cùng dạng điều chế. Phần B của ký hiệu P1 có thể là một bản sao phần đầu tiên hoặc toàn bộ của phần A, do đó phần B đƣợc chọn là một bản sao hồn chỉnh của phần A. Vì vậy ký hiệu P1 có 100% khoảng thời gian khoảng bảo vệ.
Bƣớc tiếp theo sẽ là phát hiện sự hiện diện của ký hiệu P1 bởi chuỗi xử lý của máy thu và xác định vị trí bắt đầu của khung T2. Mơ hình hệ thống đƣợc mơ phỏng trong kênh truyền AWGN với 200dB SNR. Đầu ra bộ tƣơng quan đƣợc trình bày trong hình 3.13. Nếu máy thu có thể phát hiện một đỉnh tƣơng quan nhƣ hình này thì có thể đảm bảo chắc chắn sự hiện hiện của ký hiệu P1 trong kênh truyền.
Hình 3.13 Đầu ra bộ tƣơng quan của chuỗi xử lý máy thu với cấu trúc A-B với cấu trúc A-B
Nhƣ đã đề cập ở trƣớc đó, vị trí đỉnh của đầu ra bộ tƣơng quan chỉ ra vị trí bắt đầu của khung T2. Giá trị Mean Squared Error (MSE) với một khoảng giá trị SNR cho quá trình đồng bộ thời gian đƣợc thể hiện nhƣ hình vẽ (a). Ngồi ra, hệ số góc của đỉnh giá trị phức chỉ ra thành phần phần phân số của độ lệch tần. Hình (b) trình bày đƣờng cong MSE với SNR để tính tốn phần phân số độ lệch tần. Số lƣợng độ lệch tần ban đầu đƣợc đƣa ra trong tất cả q trình tính tốn độ lệch tần là 0.12
Tuy nhiên, cấu trúc này có một số vấn đề của việc phát hiện sai và trong sự hiện diện của các bộ tạo nhiễu sóng liên tục (CW) và các trễ nguy hại nhƣ đã đề cập trong tiểu mục ở trên. Các vấn đề phát hiện sai xảy ra khi ký hiệu dữ liệu và ký hiệu P1 có cùng chiều dài FFT, khi đó chuỗi xử lý máy thu sẽ tạo ra một xung tƣơng ứng tại mỗi ký hiệu dữ liệu và ký hiệu P1. Do đó, việc phát hiện ký hiệu P1 sẽ có vấn đề trong kịch bản này.
Phát hiện sai xảy ra khi khoảng bảo vệ của ký hiệu dữ liệu và phần B của ký hiệu P1 có cùng chiều dài. Để kiểm tra điều này, chúng ta giữ lại tất cả các thiết lập của hệ thống trƣớc đó nhƣng thay đổi khoảng bảo vệ phần B của ký hiệu P1 giống với khoảng bảo vệ của các ký hiệu dữ liệu, nghĩa là TA = N và TB = GI. Kết quả mơ phỏng đƣợc trình bày trong hình vẽ (a) dƣới đây và chứng ta có thể thấy các xung phát hiện lỗi cho mỗi ký hiệu dữ liệu và cho ký hiệu P1. Do đó, máy thu không thể phân biệt đƣợc ký hiệu P1 với ký hiệu dữ liệu bằng cách phân tích đầu ra của chuỗi xử lý máy thu. MSE cho đồng bộ thời gian đƣợc đƣa ra nhƣ hình (b) chứng minh rằng đồng bộ thời gian không cho thiết lập thơng số này.
Hình 3.15 (a) Đầu ra bộ tƣơng quan với TA = N và TB = GI
(b) MSE - Timing với SNR
Cấu trúc A-B cũng trở nên tồi tệ hơn khi tín hiệu thu đƣợc chứa các bộ tạo nhiễu sóng liên tục vì nó tạo ra một giá trị phức DC không đổi đƣợc xếp chồng ở đỉnh tƣơng quan đầu ra của chuỗi xử lý máy thu. Biên độ và pha của thành phần DC
này phụ thuộc vào biên độ và độ lệch tần của bộ tạo nhiễu. Trong mô phỏng, biên độ của nhiễu CW đƣợc chọn là thống nhất để có cùng công suất của các ký hiệu dữ liệu. Lƣợng dịch chuyển CW đƣợc chọn là 0.3. Trong tần số khoảng 1 KHz. Hình (a) trình bày đầu ra của chuỗi xử lý máy thu khi TA = N và TB = TA và hình (b) trình bày đầu ra khi TA = N và TB = GI. Có thể dễ dàng quan sát đỉnh tƣơng quan duy nhất đƣợc xếp chồng bởi thành phần DC.
Hình 3.16 Đầu ra bộ tƣơng quan với bộ tạo nhiễu CW (a) TA = N và TB = TA (b) TA = N và TB = GI (a) TA = N và TB = TA (b) TA = N và TB = GI
Hơn nữa, cấu trúc A-B cho thấy sự mâu thuẫn trong các kênh SFN khi mà một đƣờng trễ xuất hiện bên cạnh đƣờng đầu tiên. Vấn đề này đƣợc gọi là vấn đề trễ nguy hại (dangerousdelays). Để mô phỏng, kênh SFN đƣợc tạo ra bằng cách sử dụng hai kênh Rayleigh với một khoảng thời gian trễ bằng TA xuất hiện giữa hai đƣờng của mơ hình kênh truyền. Nếu sự trễ tƣơng đối giữa đƣờng đầu tiên và đƣờng thứ hai là bằng với khoảng thời gian của phần hữu ích A của ký hiệu P1 (TA) thì đầu ra của chuỗi xử lý máy thu có chứa một độ lệch nhiễu DC (noisy DC offset).
Hình 3.17 Đầu ra bộ tƣơng quan cho kênh SFN (a) TA = N và TB = TA(b) TA = N và TB = GI (b) TA = N và TB = GI
Đầu ra của chuỗi xử lý máy thu cho TA = N và TB = TA đƣợc trình bày trong hình vẽ 3.17. Trong hình (a), đỉnh tƣơng tƣơng tam giác bị bóp méo bởi thành phần độ lệch nhiễu DC và sự hiện diện của Side-lobes sẽ làm cho việc phát hiện khó khăn trong điều kiện kênh truyền nghiêm trọng. Hơn nữa, đầu ra bộ tƣơng quan với TA = N và TB = GI đƣợc trình bày trong hình (b) ở đây cho thấy thực tế không thể phân biệt đƣợc sự hiện diện của đỉnh tƣơng quan cho ký hiệu P1.
3.2.2.2 Cấu trúc A-B với sự dịch tần số
Cấu trúc A-B của ký hiệu P1 với sự dịch tần số chỉ có một điểm khác so với cấu trúc A-B trƣớc đó. Bây giờ khoảng bảo vệ phần B của ký hiệu P1 đƣợc dịch chuyển tần sốvà chuỗi xử lý máy thu đƣợc sửa đổi theo sao cho phù hợp. Do đó, bộ lọc trung bình sẽ có thể loại bỏ các xung không mong muốn của Side-lobes nếu độ dài của bộ lọc này có một số nguyên của chu kỳ của sự dịch tần số. Giá trị của các số nguyên chu kỳ của tần số dịch đƣợc chọn là thống nhất cho các kết quả mô phỏng đƣợc trình bày trong tiểu mục này.
Cấu trúc A-B với sự dịch tần số trong phần B có thể khắc phục đƣợc các vấn đề của việc phát hiện sai, các bộ tạo nhiễu CW và các trễ nguy hại tồn tại trong cấu trúc A-B trƣớc đó. Để chỉ ra việc cấu trúc A-B với dịch chuyển tần số khơng có vấn đề phát hiện sai, chúng ta giữ lại các trƣờng hợp kịch bản xấu nhất mà cấu trúc A-B
trƣớc đó tạo ra các xung phát hiện sai. Do đó, phần hữu ích của ký hiệu P1 có cùng chiều dài FFT với ký hiệu dữ liệu và khoảng bảo vệ phần B có cùng khoảng thời gian với khoảng bảo vệ của các ký hiệu dữ liệu, có nghĩa là, TA = N và TB = GI. Đầu ra của chuỗi xử lý máy thu đƣợc trình bày nhƣ hình (a) dƣới đây. Chúng ta có thể quan sát thấy các đỉnh tƣơng quan phát hiện sai cho các ký hiệu dữ liệu khơng cịn hiện diện. Do đó cấu trúc A-B với sự dịch tần số giải quyết vấn đề phát hiện sai. MSE - Timing với SNR cho cấu hình này cũng đƣợc đƣa ra nhƣ trong hình vẽ (b).
Hình 3.18 (a) Đầu ra bộ tƣơng quan của chuỗi xử lý máy thu cho cấu trúc A-B với sự dịch tần số để giải quyết vấn đề phát hiện sai (b) MSE -
Timing với SNR
Cấu trúc A-B với sự dịch tần cũng giúp loại bỏ các vấn đề của các bộ tạo nhiễu CW. Giá trị phức DC không đổi xuất hiện ở đầu ra của bộ nhân liên hợp đầu tiên của chuỗi xử lý máy thu đƣợc chuyển đổi thành hàm mũ phức (complex exponential). Hàm mũ phức này là đầu ra đƣợc lấy trung bình chính xác bằng việc chạy bộ lọc trung bình (running average filter) nếu sự dịch tần số và bộ lọc trung bình đƣợc phối hợp nhƣ đã thảo luận ở trên đối với trƣờng hợp phát hiện sai.
Hình (a) trình bày đầu ra của chuỗi xử lý máy thu cho cấu trúc A-B với sự dịch tần số khi TA = N và TB = TA và hình (b) trình bày đầu ra khi TA = N và TB = GI. Trong cả hai kết quả mô phỏng này, đỉnh tƣơng quan duy nhất đƣợc phát hiện rõ ràng, điều này cấu trúc A-B khơng thể làm đƣợc. Do đó, việc dịch chuyển tần số
trong phần B cho phép cấu trúc dịch tần số A-B khắc phục đƣợc vấn đề can nhiễu CW.
Hình 3.19 Đầu ra bộ tƣơng quan cho bộ tạo nhiễu CW (a) TA = N và TB = TA (b) TA = N và TB = GI (a) TA = N và TB = TA (b) TA = N và TB = GI
Các tác động của các trễ nguy hại cũng có thể khắc phục đƣợc trong cấu trúc A-B dịch tần bằng cách duy trì sự liên kết của tần số dịch chuyển và chiều dài của bộ lọc trung bình đƣợc thảo luận trong hai trƣờng hợp trên. Các kết quả mô phỏng giữ các điều kiện tƣơng tự nhƣ mô phỏng cấu trúc A-B cho với trễ nguy hại.
Đầu ra của chuỗi xử lý máy thu khi TA = N và TB = TA đƣợc trình bày nhƣ hình (a) tại đây chúng ta có thể quan sát thấy rằng Side-lobes đƣợc nén. Mặc dù đỉnh tƣơng quan không phải là một tam giác duy nhất nhƣng nó vẫn có thể phát hiện sự hiện diện của ký hiệu P1. Hơn nữa, đầu ra khi TA = N và TB = GI đƣợc trình bày trong hình (b) ở đây hai đỉnh tƣơng quan đƣợc thể hiện thay vì một đỉnh của ký hiệu P1. Tuy nhiên, nó vẫn có thể phát hiện sự hiện diện của đỉnh tƣơng quan bằng cách thiết lập một ngƣỡng thích hợp.
Hình 3.20 Đầu ra bộ tƣơng quan cho kênh SFN (a) TA = N và TB = TA(b) TA = N và TB = GI (a) TA = N và TB = TA(b) TA = N và TB = GI
Tuy nhiên, cấu trúc A-B với sự dịch tần số trong phần B tồn tại một vấn đề. Cấu trúc này khơng mang lại sự tính tốn chính xác phần phân số của độ lệch tần, trong khi đó cấu trúc A-B trƣớc đó lại khắc phục đƣợc vấn đề này bằng cách ghi nhận hệ số góc của đỉnh tƣơng quan phức của chuỗi xử lý máy thu. Với cấu trúc A- B dịch tần số, một góc khơng đƣợc biết đƣợc thêm vào hệ số góc của đỉnh tƣơng quan nếu độ lệch tần số hiện diện trong đầu vào của chuỗi xử lý máy thu. Góc này có liên quan đến pha tùy ý của bộ tạo dao động máy thu so với các pha của dạng sóng đƣợc truyền tại máy phát, kết hợp với ảnh hƣởng của trễ đƣờng truyền. Do đó, sẽ rất khó khăn để xác định đƣợc phần phân số (fractional part) của độ lệch tần.
Cấu trúc A-B với sự dịch tần đƣợc mô phỏng trong sự hiện diện của độ lệch tần số không đổi tại máy phát. Tƣơng ứng, MSE để ƣớc lƣợng phần phân số độ lệch tần với các giá trị SNR khác nhau đƣợc tính tốn trong máy thu. Các kênh đƣợc sử dụng là kênh Rayleigh và SFN. Hình (a) trình bày MSE-Frequency với SNR cho kênh Rayleigh và hình (b) trình bày cho kênh SFN. Hai kênh Rayleigh tĩnh đƣợc sử dụng là hai đƣờng cho kênh SFN với khoảng thời gian trễ giữa hai đƣờng là TA. Từ hình vẽ, có thể thấy rằng việc tính tốn độ lệch tần có giá trị MSE cao lớn hơn ngay cả khi SNR cao. Lý do là hệ số góc này tăng lên 2π radians tƣơng ứng với mỗi việc tăng độ lệch tần số bằng với khoảng cách sóng mang ký hiệu OFDM. Do đó sẽ rất
khó để suy ra phần phân số của độ lệch tần bằng việc ghi lại hệ số góc của đỉnh tƣơng quan phức.
Hình 3.21 MSE - Frequency với SNR cho việc tính tốn độ lệch tần số
không đổi (a) Kênh Rayleigh (b) Kênh SFN
3.2.2.3 Cấu trúc C-A-B
Cấu trúc cho ký hiệu P1 đã đƣợc sửa đổi bằng cách thêm vào đầu của cấu trúc trƣớc đó một thành phần tần số dịch khác. Trong cấu trúc C-A-B, thành phần đƣợc thêm vào là phần C, phần này đƣợc chèn ở đằng trƣớc phần A và phần B. Phần C và phần B có cùng độ dài và có bản sao tần số dịch của toàn bộ hoặc phần đầu tiên của phần A. Do đó, cấu trúc này có hai phần tần số dịch có độ dài bằng nhau và việc dịch tần số đƣợc thực hiện giống nhƣ trong mơ hình trƣớc đó. Đối với mơ phỏng, phần A của ký hiệu P1 có chiều dài FFT giống nhƣ các ký hiệu dữ liệu và phần B là bản sao tồn bộ của phần A . Hình vẽ (a) và (b) dƣới đây trình bày mối tƣơng quan, và MSE vs. đƣờng cong SNR của quá trình đồng bộ thời gian.
Chuỗi xử lý tại máy thu có hai bộ dịch tần số và chạy kết hợp với các bộ lọc trung bình. Mỗi bộ dịch tần số và bộ lọc trung bình sẽ tạo ra một đỉnh so sánh và một thành phần trễ đƣợc thêm vào thời gian sắp xếp hai đỉnh này. Thủ tục phát hiện cũng giống nhƣ các cấu trúc trƣớc đó. Nếu đỉnh tƣơng quan này xuất hiện ở đầu ra của chuỗi xử lý tại máy thu thì nó chỉ ra sự hiện diện của ký hiệu P1 trong kênh RF đặc biệt đó dựa trên một giá trị ngƣỡng đƣợc lựa chọn cẩn thận.
Hình 3.22 (a) Đầu ra bộ tƣơng quan của chuỗi xử lý tại máy thu với cấu trúc C-A-B, (b) MSE-Timing vs. SNR
Cấu trúc C-A-B đƣợc lấy ý tƣởng từ cấu trúc A-B dịch tần và do đó nó có thể giải quyết đƣợc các vấn đề của việc phát hiện sai, bộ gây nhiễu CW và các trễ nguy hại. Điều cần thiết cho cấu trúc C-A-B này là giải quyết vấn đề tính tốn thành phần phân số của độ lệch tần từ đối sốcủa xung tƣơng quannày. Vấn đề này đƣợc giải quyết dễ dàng bởi cấu trúc A-B nhƣng cấu trúc A-B dịch tần thì lại khơng thể. Hinh vẽ 3.23 trình bày MSE vs. đƣờng cong SNR để tính tốn phần phân số độ lệch tần cho kênh Rayleigh tĩnh và kênh SFN. Tổng số độ dịch tần ban đầu đƣợc đƣa vào là 0.12. Do đó cấu trúc C-A-B khắc phục đƣợc các vấn đề của các cấu trúc trƣớc đó.
Hình 3.23 MSE - Frequency vs. SNR cho tính tốn độ lệch tần liên tục, (a) Kênh Rayleigh (b) Kênh SFN
3.3 Mơ hình mơ phỏng cho ký hiệu P1
Các kết quả mô phỏng trong tiểu mục trên cho thấy cấu trúc C-A-B cho ký hiệu P1 đem lại hiệu quả tốt nhất. Do đó, một phiên bản đƣợc sửa đổi đơi chút của cấu trúc C-A-B này đã đƣợc coi nhƣ là cấu trúc ký hiệu P1 trong đặc tính kỹ thuật của hệ thống DVB-T2. Đồng thời, chuỗi xử lý máy thu cũng đã đƣợc sửa đổi. Mơ hình mơ phỏng cho ký hiệu đƣợc tạo ra trong Matlab theo tiêu chuẩn DVB-T2 [7] và hƣớng dẫn thực hiện DVB-T2 [22]. Mơ hình này xem xét hai khung T2, mỗi khung bắt đầu với một ký hiệu P1 và bốn ký hiệu dữ liệu. Tuy nhiên, cửa sổ quan sát xem xét bốn ký hiệu dữ liệu của khung đầu tiên, ký hiệu P1 và bốn ký hiệu dữ liệu của khung thứ hai. Mục đích của mơ hình mơ phỏng này là để mơ phỏng q trình thu nhận tín hiệu của máy thu để phát hiện sự hiện diện của ký hiệu P1, thực hiện nhiệm vụ đồng bộ thời gian thơ, và sau đó giải mã ký hiệu P1 để biết các thông số truyền dẫn cơ bản.
Trong máy phát, lúc đầu các ký hiệu dữ liệu đƣợc điều chế trong miền tần số. Sau đó các ký hiệu dữ liệu này đƣợc chuyển đổi sang miền thời gian bằng biến đổi Fourier nhanh (FFT). Tiếp đó khoảng bảo vệ đƣợc thêm vào và thực hiện sự chuẩn