Cấu trúc này khắc phục đƣợc những nhƣợc điểm của hai cấu trúc ký hiệu P1 trƣớc đó. Bây giờ phần phân số của độ lệch tần số có thể đƣợc trích từ đối số (argument) của xung đầu ra và các vấn đề của phát hiện sai, các bộ gây nhiễu CW và các trễ nguy hại cũng đƣợc giải quyết. Tuy nhiên, có một nhƣợc điểm khơng đáng kể của cấu trúc này đó là chiều dài của ký hiệu P1 phải tăng lên để chứa phần C do đó kéo theo việc phát hiện ký hiệu P1 cũng trở lên phức tạp hơn một chút.
Cấu trúc C-A-B có thể xác định đƣợc phần phân số của độ lệch tần bằng cách ghi nhận các đối số của đỉnh tƣơng quan giống nhƣ cấu trúc A-B và do đó giải quyết đƣợc các vấn đề gặp phải trong cấu trúc thứ hai A-B với tần số dịch. Trong quá trình xử lý tại máy thu với cấu trúc C-A-B, hai bộ lọc trung bình hoạt động bị ảnh hƣởng bởi một vịng quay khơng đƣợc biết đó là các kết quả từ sự thay đổi tùy ý của bộ dao động của máy thu.
Tuy nhiên, hai bộ dao động đƣợc sử dụng trong máy thu giống nhau ở hai nhánh nhƣng theo chiều ngƣợc nhau, vì thế hai vịng quay sẽ theo hƣớng ngƣợc nhau. Vịng quay khơng đƣợc xác định có thể đƣợc loại bỏ bằng cách nhân các đầu ra của hai bộ lọc trung bình tích cực này (running average filters). Do đó, vịng quay thực tế gây ra bởi độ lệch tần sốtại các hoạt động của máy thu trong cùng một hƣớng cho cả hai nhánh và đối sốcủa đỉnh kết hợp (correlation peak) sẽ đƣợc nhân đơi. Vì vậy, cấu trúc C-A-B có thể suy ra phần phân số của độ lệch tần số.
3.1.3.1.3 Tạo ký hiệu P1
Cấu trúc ký hiệu P1 thực tế trong chuẩn DVB-T2 đƣợc lấy ý tƣởng từ cấu trúc C-A-B đã đƣợc mô tả trong tiểu mục cuối ở trên, và đƣợc thực hiện với vài thay đổi cả về cấu trúc ký hiệu và chuỗi xử lý ở máy thu. Các tiểu mục dƣới đây sẽ trình bày cấu trúc ký hiệu, sự phân bố sóng mang, điều chế và tạo ra tín hiệu miền thời gian cho ký hiệu P1 [7].
a) Cấu trúc P1 symbol
Cấu trúc và độ dài của ký hiệu P1 là cố định và không phụ thuộc vào kiểu FFT (FFT mode) hoặc kích thƣớc khoảng bảo vệ của các ký hiệu dữ liệu OFDM. Mục đích của việc cố định này là để máy thu thực hiện nhiệm vụ phát hiện đƣợc dễ dàng hơn vì máy thu sẽ ln ln tìm các ký hiệu mà có chiều dài và cấu trúc cố định. Ngồi ra, ký hiệu P1 có một cấu trúc nhƣ vậy là để máy thu có thể phát hiện ký hiệu này trong sự hiện diện của độ lệch tần số đáng kể [7]. Hình 3.8 trình bày cấu trúc của ký hiệu P1. BODY P1 P2 BODY C A B fSH 542 mẫu 1024 mẫu 482 mẫu fSH Hình 3.8 Cấu trúc ký hiệu P1
Ký hiệu P1 chứa đựng những sự lặp (repetitions) tần số dịch chuyển (frequency shifted) của phần chính của chính nó và nó có một cấu trúc gồm ba phần đó là các phần C, A và B. Phần chính của ký hiệu P1 là phần A, phần này là một ký hiệu 1K OFDM. Phần C là bản sao tần số dịch của 542 mẫu đầu tiên của phần A và phần B là bản sao tần số dịch của 482 mẫu cuối cùng của phần A. Trên thực tế, một ký hiệu 1K OFDM có thể đƣợc truyền đi bởi 853 sóng mang hữu ích trong băng thông danh định. Tuy nhiên, chỉ xem xét quan tâm 766 sóng mang ở giữa và trong
số chúng, 384 sóng mang đƣợc sử dụng là các Pilot, trong khi các sóng mang cịn lại đƣợc thiết lập tới “0” (zero). Sóng mang tích cực đầu tiên bắt đầu từ sóng mang thứ 44 và sóng mang cuối cùng kết thúc ở sóng mang thứ 809. Hình 3.9 cho thấy các sóng mang tích cực của ký hiệu P1 và các vị trí của chúng.
Các sóng mang tích cực Các sóng mang khơng sử dụng Chỉ số sóng mang0 1 4 4 4 4 2 24 4 5 6 3 4 5 7 6.83 MHz 7.61 MHz 8 8 8 8 8 8 0 0 0 0 1 5 5 6 7 9 0 2
Hình 3.9 Các sóng mang tích cực của ký hiệu P1
Các sóng mang tích cực đƣợc tập trung ở giữa chiếm dải tần khoảng 6.83 MHz từ phần giữa của băng thơng tín hiệu danh định 7.61 MHz trong hệ thống 8 MHz. Thiết kế này cho phép máy thu chịu đựng đƣợc một độ lệch tần số tối đa là 500 KHz bởi vì hầu hết các sóng mang đƣợc sử dụng vẫn sẽ ở trong băng thông danh định 7.61 MHz. Kết quả là, ký hiệu có thể đƣợc khơi phục bằng cách điều chỉnh máy thu tới tần số trung tâm danh định[7].
DBPSK Ánh xạ Xáo trộn Đệm tới các sóng mang 1K IFFT 1K Cấu trúc C-A-B (fSH) Bảng CDS Tín hiệu tới MSS P1 S1 S2
b) Sự phân bố sóng mang
Sự phân bố sóng mang trong ký hiệu P1 đƣợc thực hiện bằng cách sử dụng ba chuỗi bổ sung. Chuỗi đầu tiên và chuỗi thứ ba có cùng độ dài 128 chip, chuỗi thứ hai dài 512 chip. Hai bit “0” cuối cùng của chuỗi thứ ba làm cho tổng số sóng mang tới 766. Ba chuỗi này có các giá trị 64, 128, 64 tƣơng ứng với các vị trí sóng mang tích cực (active carrier), do đó dẫn đến 384 sóng mang tích cực trong số 766 sóng mang đó. Bảng chuỗi sự phân tán sóng mang (CDS) nhƣ ( hình vẽ 3.10) có thểtìm thấy đƣợc trong tiêu chuẩn DVB-T2 [7].
c) Sự điều chế
Các sóng mang tích cực đƣợc điều chế(DBPSK) với một mơ hình điều chế (modulation pattern) cho sự mã hóa hai trƣờng tín hiệu, đƣợc gọi là S1 và S2. Ký hiệu P1 có khả năng truyền tải 7 bit. Trong số đó, trƣờng S1 có thể mã hóa 3 bit và do vậy có thể báo hiệu 8 giá trị. Tuy nhiên, trƣờng S2 có thể báo hiệu 16 giá trị bằng việc mã hóa 4 bit. Hơn nữa, các mơ hình để mã hóa trƣờng S1 có thêm 8 chuỗi thập lục phân, mỗi chuỗi có độ dài 16 là kết quả của một chuỗi nhị phân có độ dài 64. Mặt khác, các mơ hình (patterns) để mã hóa trƣờng S2 có 16 chuỗi thập lục phân, mỗi chuỗi có độ dài 64, kết quả của một chuỗi nhị phân có độ dài 256.
Ký hiệu P1mang hai loại thông tin: Loại đầu tiên đƣợc mang bởi trƣờng S1 làđể phân biệt các định dạng phần đầu (preamble format) và kiểu khung. Loại thứ hai đƣợc mang bởi trƣờng S2 để báo hiệu kích thƣớc FFT cho máy thu, nhƣ trình bày trong ba bảng tƣơng ứng dƣới đây [7].
Trƣờng S1 (S1 field) Định dạng phần khởi đầu/ Kiểu P2
(Preamble format/P2 Type
Mô tả
000 T2_SISO Phần khởi đầu (preamble)
là phần khởi đầu T2 và phần P2 đƣợc truyền theo
định dạng SISO của nó
001 T2_MISO Phần khởi đầu (preamble)
là phần khởi đầu T2 và phần P2 đƣợc truyền theo định dạng MISO của nó 010, 011, 100, 101, 110, 111 Dự trữ Phần dự trữ cho các hệ thống tƣơng lai, gồm một hệ thống có hai khung T2 và FEF Bảng 3.1 Trƣờng S1 cho ký hiệu P1 Trƣờng S1 Trƣờng S2 Kích thƣớc FFT Mô tả 00X 000X 2k Chỉ ra kích thƣớc FFT của ký hiệu trong khung T2 00X 001X 8k 00X 010X 4k 00X 011X 1k 00X 100X 16k 00X 101X 32k
00X 110X Dự trữ cho tƣơng lai -
00X 111X Dự trữ cho tƣơng lai -
Bảng 3.2 Trƣờng S2 cho ký hiệu P1, thông tin bổ sung
Trƣờng S1 Trƣờng S2 Ý nghĩa Mô tả
XXX XXX0 Trộn (Mixed) Tất cả các phần
khởi đầu trong sự truyền dẫn hiện tại
là cùng kiểu nhƣ phần khởi đầu này XXX XXX1 Không trộn (Not mixed) Các phần khởi đầu của các kiểu khác nhau đƣợc truyền
đi
Bảng 3.3 Trƣờng S2 cho ký hiệu P1, thông tin bit đƣợc trộn
Các mơ hình (patterns) để mã hóa S1 và S2 có hai thuộc tính chính. Thứ nhất, tổng của các tƣơng quan tự động (auto-correlations) của tất cả các chuỗi (sequences) của bộ (set) là bằng với một Kronecker delta, đƣợc nhân bằng yếu tố
KN, trong đó K là số lƣợng chuỗi của mỗi bộ và N là độ dài của mỗi chuỗi. Với S1, K = N = 8, và với S2, K = N = 16. Thứ hai, mỗi bộ của chuỗi không đƣợc tƣơng quan lẫn nhau. Các mơ hình điều chế S1 và S2 đƣợc đƣa ra trong tiêu chuẩn DVB- T2 [7].
Để có đƣợc tín hiệu đã đƣợc điều chế, các nhiệm vụ sau phải đƣợc thực hiện một cách tuần tự. Đầu tiên, chuỗi S1 và S2 đƣợc liên kết với nhau và chuỗi S1 một lần nữa lại đƣợc thêm vào phần cuối cùng. Sau đó chuỗi này đƣợc điều chế DBPSK. Chuỗi đã đƣợc điều chế tiếp tục đƣợc đƣa đi xáo trộn từng bít (bit-by-bit) bằng chuỗi bộ xáo trộn 384 bit. Sau đó, chuỗi đã đƣợc xáo trộn đƣợc ánh xạ tới các sóng mang tích cực với một tăng áp để đảm bảo rằng công suất của ký hiệu P1 là bằng với công suất của các ký hiệu còn lại. Lƣợng áp tăng (boosting amount) là một tỷ số điện áp của căn của (853/384) [ratio of (853/384)] hoặc 3.47 dB, bởi vì ký hiệu P1 chỉ sử dụng 384 sóng mang tích cực trong số 853 sóng mang có sẵn cho một ký hiệu 1K OFDM. Sau đó, sự đệm thêm thích hợp (appropriate padding) đƣợc thêm vào để ánh xạ 384 sóng mang thành các sóng mang 1K
d) Tạo tín hiệu miền thời gian
Ban đầu, phần hữu ích, ví dụ, phần A đƣợc tạo ra từ chuỗi điều chế sóng mang theo phƣơng trình sau:
P1A(t) = (3.2)
Trong đó: kp1(i) với I = 0,1,…,383 là chỉ 384 sóng mang tích cực,
MOD_SCRivới T = 0,1,…,383là các giá trị điều chế cho các sóng mang tích cực và
T là khoảng thời gian cơ sở.
Sau khi tạo ra phần hữu ích, ký hiệu bằng P1(A), hai tần số dịch chuyển các khoảng bảo vệ đƣợc thêm vào với nó để cải thiện sự bền vững của ký hiệu P1. Do đó, khoảng bảo vệ đầu tiên phần C, ký hiệu là P1(C) đƣợc thêm vào trƣớc P1(A), nó chứa 542 mẫu tần số đã dịch của P1(A). Theo cách đó, khoảng bảo vệ cuối cùng phần B, ký hiệu là P1(B) đƣợc thêm vào sau P1(A), nó chứa 482 mẫu tần số đã dịch
của P1(A). Tần số dịch fSHđƣợc áp dụng là 1/1024T. Dạng sóng cơ bản miền thời gian P1(t) của ký hiệu P1 đƣợc đƣa ra theo phƣơng trình 3.3.
(3.3)
3.1.3.1.4 Phát hiện ký hiệu P1
Quá trình phát hiện ký hiệu P1 có thể đạt đƣợc bằng sự kết hợp hai phần khoảng bảo vệ đƣợc thêm vào ở cả hai phía của ký hiệu OFDM 1K hữu ích. Sự kết hợp sẽ dựa trên hai nhánh hoạt động song song, trong đó mỗi nhánh sẽ tìm kiếm sự giống nhau lớn nhất của phần tƣơng ứng của sự lặp lại [22]. Hình 3.11 thể hiện quá trình thực hiện sự kết hợp cho cả hai phần khoảng bảo vệ của ký hiệu P1 và sự phối hợp này sẽ tạo ra các đỉnh cực đại của chúng trong sự hiện diện của P1 và quá trình phát hiện ký hiệu P1 đã hoàn thành.
Running Average Filter, length TA Delay TC Đầu vào X e-j2πfSHt *X Delay TB *X X Delay TA Đầu ra Running Average Filter, length TA Running Average Filter, length TA
Hình 3.11 Sơ đồ khối chuỗi sự tƣơng quan để phát hiện P1
Tần số dịch đƣợc ký hiệu bằng fSH và TA, TB và TC tƣơng ứng với 1024, 482 và 542 mẫu ứng với các phần A, B và C của ký hiệu P1. Các phần tử trễ TC và TB cùng với một bộ nhân kết hợp và bộ lọc trung bình đƣợc thực hiện trong khi chạy có chiều dài bằng với nghịch đảo của tần số dịch fSH tạo thành một mạch loại kết hợp để phát hiện tần suất sự lặp lại tần số dịch trong tín hiệu ở các phần C và B tƣơng
ứng.Tuy nhiên, phần tử trễ TA đảm bảo các đầu ra của các bộ kết hợp đƣợc liên kết trong miền thời gian.
Cấu trúc trong hình 3.11 tạo ra trên các đầu ra haibộ tƣơng quan các xung phức (complex pulses), có biên độ (magnitude) là một xung dạng hình thang có đáy với khoảng thời gian (TA + TX), các sƣờn dốc với khoảng thời gian TX, và đỉnh với khoảng thời gian (TA - TX), trong đó TX có các giá trị TC hoặc TB tƣơng ứng với hai bộ tƣơng quan. Các xung đầu ra hai bộ so sánh đƣợc thực hiện nhân để loại bỏ ảnh hƣởng của bất cứ pha chƣa đƣợc xác định của bộ tạo dao động dịch xuống (down-shifter). Do đó, argumen của xung ra cuối cùng có thể đƣợc xác định là tỷ lệ thuận với thành phần phần nguyên hoặc phần phân số của độ lệch tần.
Hình 3.12 Đỉnh tƣơng quan để phát hiện P1
Các đầu ra của các bộ tƣơng quan đƣợc đƣa ra trong hình 3.12, trong đó hình bên trái biểu thị các đầu ra của hai sự tƣơng quan, và hình bên phải biểu thị sự kết hợp thời gian và phép nhân của chúng. Thời gian của xung này có thể đƣợc dùng để chọn 1024 mẫu trong khoảng thời gian phần hữu ích A của ký hiệu P1. Kết quả là, vị trí cửa sổ FFT có thể đƣợc xác định và q trình giải điều chế có thể đƣợc thực hiện. Sự hiện diện của P1 có thể đƣợc phát hiện bằng cách áp dụng một ngƣỡng phù hợp với độ lớn của đầu ra bộ tƣơng quan, và do đó có thể kết luận sự có mặt của một tín hiệu DVB-T2 [22].
3.1.3.1.5 Xác nhận ký hiệu P1
Mục đích của quá trình xác nhận ký hiệu P1 là để chứng thực việc thu nhận ký hiệu P1 là chính xác, có nghĩa là, ký hiệu đến phù hợp với sự phân tán của các sóng mang đặc biệt đƣợc chỉ định sử dụng cho các ký hiệu P1. Mặc dù sự phân tán này đƣợc thu nhận nhƣ mong đợi, nhƣng nó có thể đƣợc tìm thấy tại các vị trí khác đƣợc dịch từ những vị trí ban đầu của chúng. Do đó, bƣớc này cũng thông báo và sửa thành phần thô hoặc nguyên của độ lệch tần số sóng mang. Việc xác thực ký hiệu P1 có thể đạt đƣợc bằng sự liên kết (correlating) sự phân bố chéo các sóng mang của ký hiệu P1 thu đƣợc với CDC dự kiến [22].
Các sóng mang tích cực trong ký hiệu P1 đƣợc phân bố ở một khoảng cách an tồn bởi việc thêm số khơng (zero) ở cả hai đầu. Điều này giúp cho việc thực hiện phát hiện đỉnh so sánh ngay cả khi tần số của tín hiệu phát đi nằm trong dải tần ±500KHz từ trung tâm của các hệ thống băng thông 8 MHz. Hơn nữa, đỉnh của sự so sánh sẽ cho biết phần nguyên số lƣợng sóng mang mà ký hiệu đã dịch chuyển, mà tƣơng ứng với độ lệch tần số thô.
3.1.3.1.6 Giải mã P1 symbol
Ở giai đoạn này, cấu trúc P1 đƣợc giả định là đƣợc phát hiện một cách chính xác và hệ thống biết đƣợc cấu trúc của các sóng mang đƣợc sử dụng. Sau đó, chuỗi P1 thu đƣợc phải đƣợc trích ra từ sự phân tán sóng mang và khử xáo trộn và quá trình giải ánh xạ phải đƣợc thực hiện để giải mã tín hiệu báo hiệu L1. Trong máy phát, trƣờng tín hiệu báo hiệu S1 và S2 đƣợc mã hóa với các mẫu đƣợc xác định chính xác. Do đó, các trƣờng tín hiệu báo hiệu này có thể thu đƣợc trong máy thu bằng cách thực hiện một sự so sánh đơn giản giữa các chuỗi thu đƣợc với các mẫu kỳ vọng đó [22].
Việc giải mã ký hiệu P1 sẽ cung cấp các thông số truyền dẫn cơ bản. Đầu tiên, ký hiệu P1 sẽ cho biết một thực tế là liệu nó thuộc một khung T2 hay một phần khung mở rộng cho tƣơng lai FEF, bởi vì nó có thể tìm thấy các phần FEF trong cùng một kênh mang tín hiệu T2. Sau q trình giải mã ký hiệu P1 sẽ biết đƣợc kích thƣớc FFT và chế độ truyền dẫn SISO hay MISO.
3.1.3.2 Đồng bộ sử dụng các Pilot và ký hiệu P2
Quá trình phát hiện và giải mã ký hiệu P1 có thể đem lại một ƣớc tính nhanh vị trí của FFT và độ lệch tần số sóng mang. Tuy nhiên, vẫn có thể có một số lỗi ở cả hai ƣớc tính này. Hơn nữa, tín hiệu P1 khơng thể đƣợc sử dụng để ƣớc tính lỗi tần số lấy mẫu.
Trong tình huống này, máy thu sẽ sử dụng một trong số nhiều các thuật toán đồng bộ hiện có để thực hiện đồng bộ tinh đúng lúc và xác định độ lệch tần số thô. Cấu trúc khung DVB-T2 có các sóng mang con dành riêng để mang các Pilot đã đƣợc biết, các Pilot này đƣợc ghép với dữ liệu trong miền tần số và do đó có thể