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 khơng 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 q 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 tốn 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 đƣợc hiểu nhƣ đƣợc xếp chồng lên tín hiệu miền thời gian. Các thuật tốn đồng bộ điển hình sử dụng các Pilot liên tục để ƣớc lƣợng lỗi tần số, và các Pilot phân tán để ƣớc lƣợng đáp ứng xung để hiệu chỉnh tinh vị trí cửa sổ FFT [22]. Vì chuẩn mới DVB-T2 có cả hai loại, Pilot liên tục và Pilot phân tán giống nhƣ chuẩn cũ DVB-T, vì vậy các phƣơng pháp đồng bộ của chuẩn DVB-T có thể đƣợc sử dụng trong chuẩn DVB-T2 sau một vài sự phối hợp cần thiết [20].
Các phƣơng pháp đồng bộ trong DVB-T2 sử dụng thuật toán để đạt đƣợc tất cả các dạng đồng bộ, chẳng hạn nhƣ đồng bộ xung đồng hồ, ký hiệu, tần số và khung. Thuật toán này sử dụng tất cả các dạng Pilot, đặc biệt là các Pilot phân tán để tạo ra một sự đồng bộ mạnh mẽkhông phụ thuộc vào kênh truyền. DVB-T2 có thể đạt đƣợc sự đồng bộ hóa ngay cả khi tỷ số tín trên tạp dƣới -6dB đến -12dB, điều này có đƣợc tùy thuộc vào kích thƣớc FFT đƣợc sử dụng và dạng mẫu Pilot. Thuật toán sử dụng các Pilot phân tán để thực hiện sự tƣơng quan chéo giữa tín hiêu thu đƣợc và sự hiển thị thời gian của chuỗi Pilot phân tán. Sau đó, các kết quả tƣơng quan phức đƣợc khai thác để trƣớc tiên đạt đƣợc sự đồng bộ xung đồng hồvà ký hiệu, sau đó là đạt đƣợc sự đồng bộ tần số và cuối cùng là đồng bộ khung [22].
Tuy nhiên, bộ thu cần phải biết mẫu Pilot phân tán đã đƣợc sử dụng trong q trình truyền sóng để áp dụng các thuật tốn chính xác nhằm khai thác các Pilot phân tán này. Do đó, bộ thu cần phải giải mã ký hiệu P2 để biết đƣợc các mẫu Pilot phân tán trong các ký hiệu dữ liệu. Ngoài ra, ký hiệu P2 cũng truyền tải các thông tin
khác, nhƣ việc sử dụng các chế độ sóng mang mở rộng hoặc bình thƣờng, kỹ thuật PAPR, độ dài khung, độ dài tín hiệu báo hiệu L1…. Sau q trình giải mã ký hiệu P1 ở phía thu, tín hiệu P1này đƣợc khơi phục và các thông số truyền cơ bản đã đƣợc nhận biết, tiếp đó là quá trình giải mã ký hiệu P2 để trích xuất các thông tin cần thiết [22].
3.2 Mô phỏng và các kết quả
Trong đề mục trên đã giải thích cơ sở lý thuyết để thực hiện đồng bộ trong hệ thống DVB-T2. Đề mục này tập trung vào việc đƣa ra các thông tin về q trình mơ phỏng và các kết quả đạt đƣợc. Tiểu mục đầu tiên của đề mục này thảo luận vềsự hiệu chỉnh mơ hình mơ phỏng. Tiểu mục tiếp theo trình bày các phân tích có hiệu quả cho sự phát triển của ký hiệu P1.Cuối cùng là phân tích hiệu quả (performance) của ký hiệu P1 trong sự hiện diện của các kênh AWGN, Rayleigh tĩnh, SFN tĩnh và TU6 động.
3.2.1 Hiệu chỉnh mơ hình mơ phỏng
Trƣớc khi chạy mơ phỏng để phân tích hiệu quả của ký hiệu P1, thì mơ hình mơ phỏng cần phải đƣợc hiệu chỉnh để hoạt động hoàn hảo. Nhiệm vụ đầu tiên của mơ hình mơ phỏng này là xác định sự hiện diện của ký hiệu P1 bằng việc sử dụng một ngƣỡng. Khi xung đầu ra bộ tƣơng quan vƣợt ngƣỡng thì sẽ xác định đƣợc sự hiện diện của ký hiệu P1 trong kênh truyền tƣơng ứng. Sau đó, hệ thống sẽ thực hiện các nhiệm vụ giải điều chế và đồng bộ sau khi xác định đƣợc ký hiệu P1 này trong kênh truyền. Điều này cho thấy việc lựa chọn một ngƣỡng phù hợp là rất quan trọng. Nếu ngƣỡng này không đƣợc lựa chọn cẩn thận thì sẽ làm cho việc phát hiện khơng chính xác kéo theo các nhiệm vụ kế tiếp của mơ hình mơ phỏng cũng sẽ khơng chính xác.
Việc phát hiện ký hiệu P1 khơng chính xác nếu một ký hiệu dữ liệu đƣợc gửi thay vì gửi ký hiệu P1. Ngƣỡng dùng cho việc phát hiện đƣợc chọn dựa vào đỉnh tƣơng quan đƣợc tạo ra bằng chuỗi kết hợp xử lý tại máy thu. Nó đƣợc lựa chọn theo cách nhƣ vậy nhằm làm tăng khả năng phát hiện, và ở cùng thời điểm đó khả năng phát hiện sai cũng sẽ giảm một giá trị SNR nhất định.
Khi tỷ số SNR rất cao mà ngƣỡng đƣợc lựa chọn đủ cao thì xác suất dị tìm sẽ thấp. Tuy vậy, trƣờng hợp này duy trì xác suất phát hiện sai ở một giá trị rất thấp. Mặt khác, nếu ngƣỡng đƣợc chọn là đủ thấp thì có thể có một xác suất phát hiện sai cao khi tỷ số SNR rất thấp. Mặc dù giá trị ngƣỡng thấp này sẽ tối đa hóa khả năng phát hiện, nhƣng nó cũng khơng phải là điều mong muốn vì nó sẽ làm tăng xác suất phát hiện sai.
Các nhiệm vụ đồng bộ cũng phụ thuộc vào đầu ra của đầu ra bộ tƣơng quan chuỗi xử lý tại máy thu. Đầu tiên, quá trình đồng bộ thời gian thô đƣợc thực hiện bằng cách ghi nhận chỉ số đỉnh của đầu ra bộ tƣơng quan vì nó chỉ ra điểm khởi đầu của khung T2. Hơn nữa,giá trị hệ số góc phức của đỉnh bộ tƣơng quan cung cấp một ƣớc tính thành phần phân số của độ lệch tần. Do đó, việc phát hiện đỉnh của đầu ra bộ tƣơng quan là rất quan trọng để đạt đƣợc đồng bộ thời gian thô và xác định phần phân số độ lệch tần.
3.2.2 Các kết quả mô phỏng sự phát triển ký hiệu P1
Quá trình phát triển của các cấu trúc ký hiệu P1 và chuỗi xử lý tại máy thu tƣơng ứng với các cấu trúc này đã đƣợc đề cập ở các phần trên. Do vậy, tiểu mục này đƣa ra các kết quả mô phỏng cho tất cả các cấu trúc này để chỉ ra những ƣu nhƣợc điểm của từng loại cấu trúc nhằm ứng dụng và khắc phục những hạn chế còn tồn tại cho cấu trúc tiếp theo.
3.2.2.1 Cấu trúc A-B
Theo nhƣ đề xuất đầu tiên cho ký hiệu P1, một ký hiệu phát hiện tín hiệu duy nhất với các đặc tính khác với ký hiệu dữ liệu đƣợc chèn vào đầu mỗi khung T2. Ký hiệu P1 này có một phần hữu ích gọi là phần A và một phần khác là khoảng bảo vệ đƣợc gọi là phần B. Hai khung T2 đƣợc xem xét để mô phỏng và mỗi khung bắt đầu với một ký hiệu P1. Tuy nhiên, cửa sổ quan sát lại gồm các ký hiệu dữ liệu của khung T2 đầu tiên sau nó là ký hiệu P1 và các ký hiệu dữ liệu của khung T2 thứ hai. Một hệ thống DVB-T2 đƣợc xây dựng bằng phần mềm chƣơng trình mơ phỏng Matlab. Sau đó, chuỗi xử lý tại máy thu tƣơng ứng với cấu trúc A-B đƣợc tạo ra để phân tích tác động của ký hiệu P1. Kênh truyền là kênh AWGN trừ trƣờng
hợp đã đƣợc ghi rõ. Các thông số thƣờng đƣợc sử dụng trong mô phỏng nhƣ bảng sau.
Thông số Giá trị Ký hiệu
Chiều dài FFT của các ký hiệu dữ liệu
2048 N
Khoảng bảo vệ của các ký hiệu dữ liệu
512 GI
Số lƣợng các ký hiệu dữ liệu trong một khung T2
4 -
Kiểu điều chế ký hiệu dữ liệu 16-QAM -