+ Xen kẽ bit (Bit interleaver): Mô đun con xen kẽ bit thực hiện việc xen kẽ bit vào khung đầu ra đƣợc tạo ra bởi bộ mã hóa LDPC. Việc xen kẽ bit này đƣợc thực hiện làm hai phần. Đầu tiên chỉ các bit chẵn lẻđƣợc chèn vào và cuối cùng, tất cả các bit
đƣợc chèn vào cột xoắn. Chèn cột xoắn nghĩa là các bit đƣợc ghi đúng cột, với vị trí ghi ứng với mỗi cột đƣợc xoắn một chút, và sau đó các bit đƣợc đọc đúng dòng. + Tách kênh các bit tới các tế bào: Sau khi chèn bit, mô đun con này tách kênh toàn bộ các bit vào trong các tế bào song song để sau đó các tế bào này có thể ánh xạ vào trong các điểm chịm sao.
+ Bộ ánh xạ (Mapper): Mô đun con bộ ánh xạ thực hiện ánh xạ các thông tin tế bào vào trong các điểm chịm sao. Các điều chế có thể sử dụng là QPSK, 16-QAM, 64- QAM và 256-QAM.
Hình 1.4 Ánh xạ rời rạc các điểm của chịm sao lên trục I và Q với một sơ đồ chòm sao xoay
+ Xoay chòm sao và trễ vịng Q (cyclic Q-delay): Đây là một mơ đun tùy chọn có nhiệm vụ quay các điểm chịm sao của mỗi tế bào trong mặt phẳng phức và sau đó theo chu kỳ trễ một phần ảnh của một tế bào. Điều chế khác nhau thì góc quay cũng khác nhau vì nó phụ thuộc vào kiểu điều chế đƣợc chọn. Tuy nhiên, nếu mô đun con này không đƣợc sử dụng, thì các tế bào đƣợc giữ nguyên không thay đổi và đƣợc truyền từ mô đun bộ ánh xạ tới mô đun bộ chèn tế bào.
d) Bộ ánh xạ khung (Frame mapper)
Mô đun bộ ánh xạ khung bao gồm các mô đun con bộ chèn tế bào, bộ chèn thời gian, bộ tạo khung và bộ chèn tần số. Nó dùng đầu vào từ mơ đun BICM và tạo đầu ra cho mô đun bộ điều chế.
+ Bộ chèn tế bào (Cell interleaver): Mô đun con bộ chèn tế bào chèn các tế bào của từng khối FEC bằng cách sử dụng một hốn vị giả ngẫu nhiên. Nó sử dụng hốn vị giả ngẫu nhiên cho các khối FEC khác nhau để duy trì sự phân bố khơng tƣơng quan của biến dạng kênh và nhiễu cho các khối FEC trong bộ thu. Hơn nữa, bộ chèn tế bào gia tăng khoảng cách giữa các tế bào nếu các chòm sao xoay đƣợc sử dụng. + Bộ chèn thời gian (Time interleaver): Mục đích của bộ chèn thời gian là trải các tế bào của từng khối FEC thành nhiều mẫu và thành nhiều khung T2 khác nhau để tải đƣợc các kênh thay đổi thời gian và xung nhiễu. Các tế bào đến đƣợc ghi đúng cột (column-wise) trong bộ nhớ bộ chèn. Khi tất cả các tế bào của tất cả các khối FEC đƣợc ghi, thì khung chèn đƣợc chia thành các khối bộ chèn thời gian (time- interleaver blocks), các khối này sau đó đọc đúng dịng (row-wise).
+ Bộ tạo khung (Frame builder): Bộ tạo khung gắn các tế bào đƣợc tạo ra bởi bộ chèn thời gian ứng với mỗi PLP thành các mẫu OFDM theo thông tin lịch của bộ tạo lịch và cấu hình của cấu trúc khung. Nó cũng sắp xếp các tế bào của dữ liệu tín hiệu L1 đã đƣợc điều chế.
+ Cấu trúc khung (Frame structure): Một siêu khung DVB-T2 bao gồm nhiều khung T2 trong cấu trúc phân cấp. Mỗi khung T2 bắt đầu với ký hiệu P1, tiếp theo là một bộcác ký hiệu P2 chứa các khối tín hiệu báo hiệu L1, cuối cùng là các ký hiệu dữ liệu. Cấu trúc của khung DVB-T2 đƣợc đƣa ra nhƣ hình dƣới đây.
Siêu khung Siêu khung Siêu khung
Khung T2 thứ nhất Khung T2 thứ 2 Khung T2 thứ 3 Khung T2 thứ N
Ký hiệu P1 Ký hiệu P2 thứ hai Ký hiệu P2 cuối cùng liệu thứ nhấtKý hiệu dữ Ký hiệu dữ liệu thứ 2 liệu cuối cùngKý hiệu dữ
Tín hiệu L1- Pre Tín hiệu L1- Post ... ... ... Hình 1.6 Cấu trúc khung DVB-T2
+ Chèn các ký hiệu khởi đầu (Insertion of preamble symbols): Bộ tạo khung chèn các ký hiệu P1 và P2 trong khi ký hiệu P1 là ký hiệu đầu tiên ở phần khởi đầu đánh dấu sự bắt đầu của khung.
+ Ký hiệu P1 (P1 symbol): Một ký hiệu chuyên dụng ban đầu đƣợc sử dụng trong DVB-T2 ở đầu của mỗi khung dữ liệu OFDM để bộ thu có thể xác định và nhận diện đây là tín hiệu DVB-T2 trong kênh tần số vơ tuyến và có thể đạt đƣợc chính xác q trình đồng bộ thơ ký hiệu và đồng bộ tinh tần số. Thêm nữa là nó chỉ ra chế độ biến đổi Fourier nhanh (FFT) là một vào một ra (SISO)/ nhiều vào ra một (MISO) và sự có hay khơng của khung mở rộng trong tƣơng lai (FEF) đƣợc quyết định bởi mẫu P1. Hơn nữa, khi bộ thu đƣợc điều chỉnh đến tần số chung, thì nó khơng cần kiểm tra tất cả các độ lệch tần số riêng nhƣ bất kỳ số lƣợng độ lệch tần số có thể đƣợc phát hiện.
Ký hiệu P2
Tín hiệu L1-Pre Tín hiệu L1-Post
(a) (b)
Hình 1.7 (a)Ký hiệu P1 (b) Các ký hiệu P2
+ Ký hiệu P2 (P2 symbol): Một bộ ký hiệu P2 sau ký hiệu P1 trong mỗi khung OFDM nhằm mục đích là mang dữ liệu tín hiệu báo hiệu L1 để cấp cho bộ thu một
cách truy cập các PLP trong các khung T2. Dữ liệu tín hiệu L1 đƣợc chia thành tín hiệu báo hiệu L1-pre và L1-post, trong đó tín hiệu L1-pre cho phép bộ thu thu nhận tín hiệu và tín hiệu L1-post giải mã tín hiệu. Tín hiệu L1-post này truyền tải các thông số cần thiết tới bộ thu để truy cập các PLP. Có thể có nhiều hơn một ký hiệu P2 trong mỗi khung DVB-T2 và con số này là cố định trong một kích thƣớc FFT cụ thể.
+ Bộ chèn tần số (Frequency interleaver): Bộ chèn tần số là một bộ chèn một khối giả ngẫu nhiên làm việc trên các ký hiệu OFDM, nó dùng các tế bào dữ liệu từ bộ tạo khung và xáo trộn chúng. Thay vì hoạt động nhƣ các bộ chèn khác, chúng làm việc trên PLP đơn, bộ chèn tần số trộn các tế bào đến từ các PLP khác nhau thực hiện trong cùng ký hiệu OFDM. Hơn nữa, nó cũng sử dụng một hốn vị giả ngẫu nhiên trên đầu ra của bộ chèn thời gian để phá vỡ cấu trúc tự nhiên để các ký hiệu liên tục sẽ đƣợc truyền ở các tần số khác nhau và do đó chúng sẽ đƣợc ƣu tiên hơn với các burst lỗi thông thƣờng trong kênh truyền dẫn.
e) Bộ điều chế (Modulator)
Mô đun bộ điều chế bao gồm xử lý MISO, chèn Pilot, IFFT, giảm PAPR, chèn khoảng bảo vệ bên trong, chèn ký hiệu P1 và các mô đun con bộ chuyển đổi D/A, những tác vụ này sẽ đƣợc mô tả ngắn gọn trong các phần dƣới đây.
+ Xử lý MISO (MISO processing): Khi xử lý MISO đƣợc áp dụng ở cấp độ tế bào tới các ký hiệu của tín hiệu DVB-T2, thì mơ đun con này có các tế bào đầu vào và tạo ra hai bộ các tế bào dữ liệu tƣơng tự nhau bằng cách sử dụng một mã hóa Alamouti gốc đã sữa đổi. Sau đó, hai bộ của các tế bào dữ liệu này đƣợc đƣa trực tiếp tới hai nhóm các máy phát. Tuy nhiên, mã hóa Alamouti gốc này khơng áp dụng đƣợc với phần đầu ký hiệu P1(Preample symbol P1) và với các Pilot.
+ Chèn Pilot (Piot insertion): Một Pilot chiếu đến một tế bào trong khung OFDM, Pilot này đƣợc điều chế với thông tin chuẩn đã đƣợc định trƣớc và cũng đƣợc biết đến trong máy thu và đƣợc truyền đi ở mức cơng suất cao. Vị trí và số lƣợng các Pilot đƣợc xác định theo tiêu chuẩn và giá trị của các Pilot đƣợc bắt nguồn từ một chuỗi tham chiếu, giá trị này đƣợc áp dụng cho toàn bộ các Pilot của các loại khác
nhau, cụ thể là, các Pilot phân tán, các Pilot liên tục, các Pilot cạnh, các Pilot P2 và các Pilot đóng khung. Tuy nhiên, pha của các Pilot này đƣợc sửa đổi tùy theo từng máy phát nếu chế độ MISO đƣợc sử dụng.
+ IFFT: Khi OFDM đƣợc sử dụng là kỹ thuật điều chế trong hệ thống DVB-T2 thì mơ đun phụ này thực hiện IFFT trong máy phát để chuyển đổi tín hiệu từ miền tần số sang miền thời gian.
+ Giảm tỷ số cơng suất đỉnh trên trung bình (PAPR reduction): DVB-T2 đƣa ra hai kỹ thuật để giảm PAPR, cụ thể là kỹ thuật Active Constellation Extension (ACE) và Tone Reservation (TR). Việc áp dụng hay không của một trong hai kỹ thuật này đƣợc quyết định trong tín hiệu báo hiệu L1. Tuy nhiên, các kỹ thuật này đƣợc áp dụng trên các phần khác nhau của mỗi mẫu OFDM ngoại trừ ký hiệu P1.
Hình 1.8 Mở rộng chịm sao tích cực PAPR - ACE
+ Chèn khoảng bảo vệ (Guard interval insertion): Khoảng bảo vệ là sự nối tiếp lặp lại của các phần hữu ích của ký hiệu, nó đƣợc chèn ở phần đầu trƣớc phần hữu ích của mỗi ký hiệu OFDM. Mô đun con này chèn một khoảng bảo vệ nhỏ giữa bảy chọn lựa khác nhau có thể dùng cho từng kích thƣớc FFT trong DVB-T2.
1.3.3.6 Những điểm khác biệt chính giữa DVB-T2 và DVB-T
Tiểu mục này tập trung vào những điểm khác biệt chính giữa DVB-T2 và DVB-T. Những cải tiến đặc biệt quan trọng của DVB-T2 so với DVB-T gồm có: Phƣơng pháp sửa lỗi mới, các dạng chế độ điều chế cao, giảm chi phí của các Pilot (reduced overhead of pilots), nâng cao việc phát hiện và đồng bộ tín hiệu. Hơn nữa,
DVB-T2 cũng có nhiều tùy chọn hơn cho số lƣợng các sóng mang, băng thơng, khoảng bảo vệvà mẫu Pilot dựa trên nhu cầu của kênh [22].
DVB-T2 đƣa ra PLP hoàn toàn rõ ràng, trong đó mỗi PLP có thể có dữ liệu với các cấu trúc khác nhau và các thơng số riêng biệt. Ví dụ, các thơng số nhƣ chịm sao, tốc độ mã hóa hoặc độ sâu thời gian xen kẽ có thể là khác nhau với các PLP khác nhau. Hơn nữa, hai chế độ đầu vào đƣợc xác định: Chế độ đầu vào A cho PLP đơn và chế độ đầu vào B cho nhiều PLP để dùng dịch vụ dạng đa PLP này.
DVB-T2 có nhiều tùy chọn cho việc chọn lựa băng thơng vì nó có nhiều hơn hai tùy chọn so với chuẩn DVB-T. Chuẩn mới DVB-T2 này có một tùy chọn băng thông 10 MHz để sử dụng chuyên nghiệp và một tùy chọn 1,712 MHz cho các dịch vụ di động, trong khi DVB-T chỉ có các tùy chọn 6 MHz, 7 MHz và 8 MHz. Chuẩn mới này cũng có dạng chịm sao cao nhất có thể sử dụng là 256-QAM trong khi chuẩn cũ DVB-T cao nhất chỉ là 64-QAM. Sử dụng dạng chòm sao cao nhƣ vậy sẽ gia tăng dung lƣợng và hiệu suất kênh truyền.
Chuẩn DVB-T có sáu tùy chọn số lƣợng số lƣợng sóng mang cho kích thƣớc FFT: 1k, 2k, 4k, 8k, 16k và 32k, trong khi chuẩn cũ DVB-T chỉ có hai tùy chọn là 2k và 8k. Khi kích cỡ FFT lớn hơn thì việc ngăn ngừa xung nhiễu sẽ tốt hơn và khoảng bảo vệ dành cho một ký hiệu riêng biệt sẽ giảm xuống. Hơn nữa, DVB-T2 cịn có một tính năng khác nữa là gia tăng số các sóng mang con trên ký hiệu để truyền dữ liệu nếu sử dụng một chế độ sóng mang mở rộng ứng với các tùy chọn kích thƣớc FFT 8k, 16k và 32k. Trong chế độ sóng mang mở rộng này, vịng ngồi cùng của phổ tín hiệu OFDM có thể đƣợc mở rộng bởi vì phần hình chữ nhật của phổ cuộn ra nhanh hơn với các tùy chọn kích thƣớc FFT cao hơn.
DVB-T2 truyền các ký hiệu khởi đầu (preamble symbols) của dữ liệu tín hiệu ở đầu của khung lớp vật lý (PLP) để chỉ ra kiểu truyền dẫn và các thơng số truyền dẫn cơ bản. Ví dụ, mỗi khung DVB-T2 bắt đầu bằng một ký hiệu khởi đầu có tên là P1 để chỉ ra đây là tín hiệu DVB-T2 và để đạt đƣợc đồng bộ hóa nhanh hơn, ký hiệuP1 này nó cũng cho biết kiểu FFT và kiểu truyền dẫn SIMO/MISO. Hơn nữa, trong khung này cũng có một tập ký hiệu đầu P2 mang theo tồn bộ tín hiệu báo
hiệu L-1 động, tĩnh và cấu hình. Trong khi đó, chuẩn cũ DVB-T khơng có các ký hiệu khởi đầu này.
Chuẩn mới DVB-T2 có thêm nhiều tùy chọn linh hoạt hơn cho các Pilot phân tán, các tùy chọn này đƣợc sử dụng dựa trên kích cỡ FFT và phần phân số khoảng bảo vệ, trong khi chuẩn cũ DVB-T có một mẫu Pilot tĩnh cố định. Do đó, việc lựa chọn một mẫu Pilot phân tán (scattered pilot pattern) phụ thuộc vào kích thƣớc FFT và phần phân số khoảng bảo vệsẽ giảm bớt chi phí hoạt động mang các Pilot. Ngồi ra, chi phí hoạt động cho các Pilot liên tục cũng đƣợc giảm trong chuẩn DVB-T2.
DVB-T2 đƣa ra một kỹ thuật mới, ở đây chòm sao đƣợc xoay trong mặt phẳng phức I/Q nhằm kết hợp đầy đủ thơng tin để mỗi trục riêng của nó có thể xác định đƣợc điểm nào đã đƣợc gửi. Hơn nữa, quá trình xử lý xen kẽ tách biệtcác thành phần I và Q, chúng đƣợc truyền trên các tần số khác nhau ở các thời điểm khác nhau. Điều này dẫn đến một tình huống mà nếu một thành phần bị phá hủy bởi kênh thì các thành phần khác có thể đƣợc sử dụng để khơi phục lại thành phần đã bị hủy.
Một điểm quan trọng nữa trong DVB-T2 là nó có bốn bộ xen kẽ (interleavers) do đó hiệu suất nâng cao đáng kể, bốn bộ xen kẽ cụ thể là: bộ xen kẽ tần số và thời gian, bit, tếbào. Mục đích của các bộ xen kẽ này là trải dữ liệu ra trong miền tần số và thời gian thành một chuỗi dữ liệu dài nhƣ vậy nó sẽ khơng bị phá hủy bởi xung nhiễu hoặc pha đinh chọn lọc tần số. Xung nhiễu (Impulsive noise) đƣợc mô tả là sự xáo trộn trong một khoảng thời gian ngắn và pha đinh chọn lọc tần số đƣợc mô tả là sự xáo trộn trong một khoảng tần số giới hạn. Ngoài ra, bộ xen kẽ thời gian cũng bảo vệ tín hiệu DVB-T2 chống lại pha đinh chọn lọc thời gian.
DVB-T2 sử dụng mã hóa LDPC kết hợp với BCH mang đến hiệu suất tuyệt vời trong môi trƣờng tạp và nhiễu cao. Chuẩn mới này cũng sử dụng mã hóa xoắn (convolutional) và Reed-Solomon do vậy việc bảo vệ lỗi cũng tốt hơn chuẩn cũ DVB-T. Ngoài ra, tỷ số công suất đỉnh trên trung bình cũng là một yếu tố quan trọng trong hệ thống OFDM, khi tỷ số này cao có thể làm giảm hiệu suất của bộ khuếch đại công suất. Do vậy, chuẩn DVB-T2 đƣa ra hai phƣơng pháp làm giảm
PAPR đƣợc mô tả ở phần trên. Hơn nữa, DVB-T2 cũng có tùy chọn mở rộng khung trong tƣơng lai (FEF) để có thể sử dụng trong các chuẩn cao hơn về sau.
Đối tƣợng DVB-T DVB-T2
PLP Khơng có sự hiện diện Có sự hiện diện Băng thơng 6 MHz, 7 MHz, 8 MHz 1 MHz, 6 MHz, 7 MHz, 8 MHz, 10 MHz Dạng chòm sao QPSK, 16-QAM, 64-QAM QPSK, 16-QAM, 64-QAM, 256-QAM Các sóng mang 2k, 8k 1k, 2k, 4k, 8k, 16k,32k
Các phần khởi đầu (P1 & P2)
Khơng có sự hiện diện Có sự hiện diện
Mào đầu các Pilot phân tán
8% trong tổng số 1%, 2%, 4%, 8% trong tổng số
Mào đầu các Pilot liên tục 2,6% trong tổng số 0.35% trong tổng số
Xoay chịm sao tín hiệu Khơng xoay Có xoay
Các bộ ghép xen Có các bộ ghép xen bên ngồi và bên trong
Có các bộ ghép xen Bit, Tế bào, Thời gian và Tần
số Mã hóa FEC và tỷ lệ mã hóa Reed-Solomon + Mã xoắn 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8 LDPC + BCH 1/2, 3/5, 2/3, 3/4, 4/5, 5/6 Khoảng bảo vệ 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 1/4, 19/256, 1/8, 19/128, 1/16, 1/32, 1/128 Giảm thiểu PAPR Khơng có Hai kỹ thuật ACE và TR Khung mở rộng trong
tƣơng lai FEF
Khơng có Có sự hiện diện
Bảng 1.2 So sánh tổng kết giữa hai chuẩn DVB-T2 và DVB-T 1.4 Giới thiệu tổng quan về hệ thống OFDM 1.4 Giới thiệu tổng quan về hệ thống OFDM
1.4.1 Lịch sử phát triển
Trong những năm gần đây, phƣơng thức ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) không ngừng đƣợc