Quan sát khoảng bảo vệ của hai chế độ, chúng ta thấy ở chế độ 8k cho khoảng cách đối ta (224µs tương ứng 67km) giữa hai máy phát lớn hơn chế độ 2k (56µs tương ứng 17km).
1.6.4 Vùng phủ sóng chắc chắn
Đây là vấn đề quan trong nhất và phụ thuộc nhiều vào khoảng bảo vệ, để phân tích cụ thể, chúng ta lại chọn ví dụ như đã dùng ở trên, coi khoảng cách giữa hai máy phát là 2c, hệ số suy giảm tín hiệu phát là α. Máy thu ở giữa hai máy phát sau đó dịch chuyển về hướng của một máy phát với khoảng cách pc, với -1<p<1. Lúc này tỉ lệ của hai tín hiệu đến là:
@A
@!BC = 10FGH(#(5;?)#(5$?))6 = 10FGH(5;?5$?)6 = (1-7) Nếu bộ san bằng vẫn làm việc khi tín hiệu của máy phát thứ hai giảm xuống x dB thì:
10(AJ1)I = 5;?5$? ↔ 8 = 5
I
(AJ1)$5
5 (AJ1)I ;5 (1-8)
Cự li tới hai máy phát khác nhau là 2pc, tương ứng với độ lệch thời gian là 2pc/v, ở đây v là tốc độ ánh sáng. Nếu DVB-T có thể kiểm sốt được khoảng thời gian trễ là y thì chúng ta có thể tính khoảng cách như một hàm của x và y:
= ?#L = M.5?#O = M.5 O5 I (AJ1)$5 5 (AJ1)I ;5 (s) ↔ = .5P5 5 I (AJ1)$5 5 (AJ1)I ;5 (µs) (1-9)
43 = . 15. 10$ .5 I (AJ1);5 5 (AJ1)I $5 (km) (1-10) R = 2 = .30.10−2.10(10.)+1 10(10.)−1 (km) (1-11)
Nếu chọn tỉ lệ tín hiệu trên tạp âm x=15dB, hệ số suy giảm truyền phát α=3 và trễ cho phép 56µs thì khoảng cách lớn nhất giữa hai máy phát sẽ là:
R = 56.30. 10$ .5 A !;5 5 A!$5 = 32.35 (km) Trên thực tế có thể dùng giá trị . 30. 10$ để tính gần đúng phạm vi vùng phủ sóng tối đa.
Mạng SFN đã sử dụng một số lượng lớn các máy phát công suất nhỏ thay cho việc chỉ dùng Công suất tiêu thụ của hệ thống, một máy phát công suất lớn trong việc phủ sóng DVB – T trên một khu vực rộng lớn, ở đây chúng ta xem xét về khía cạnh tổng công suất tiêu thụ của hai kiểu phát xem kiểu nào yêu cầu tiêu thụ công suất nhiều hơn
Coi công suất phát chấp nhận được là U6; tỉ lệ cường độ tín hiệu/cơng suất nhỏ nhất yêu cầu là β; vùng phủ sóng yêu cầu là đường trịn có bán kính R; suy hao của cáp dẫn sóng là V0. Lúc này cơng suất phát cần thiết với một anten là:
2@ W X = V0. Y. Z6 (1-12)
Điều này có nghĩa máy thu cần phải nhận được một tín hiệu có cơng suất nhỏ nhất đủ tin cậy tại biên vùng phủ sóng. Nếu vùng này được tách thành N vùng nhỏ (N cell), mỗi ô gần giống một đường trờn, bán kình mỗi ơ được tính: R/√[, diện tích vùng được tính:
\ ]ℎ^_^ = 2`Z = [. 2`(√ba ) (1-13)
44
Tổng cơng suất phát tồn hệ thống là: 2@cb = [. V0. Y(√ba)6 (1-15)
Coi suy hao cáp, độ tăng ích anten… trong hệ thống phát đơn và SFN như nhau và yêu cầu cường độ tín hiêu tại biên vùng phủ sóng như nhau, tỉ số tổng cơng suất của hai hệ thống là:
/defghi
/djk = b.l.(l.am1
√k)1 = bb1! = [1!$5 (1-16) Với trường hợp không gian phát tự do, α=2 thì cơn gsuaast tổng của hai hệ thống bằng nhau. α<2 thì [.2−1<1 vậy cơng suất của SFN lớn hơn hệ thống đơn, đây là trường hợp không bao giờ xảy ra. α>2 thì [1!$5 > 1 đây là trường hợp phải xảy ra với môi trường phát sóng trong mơi trường khí quyển. Tới đây hồn tồn có thể kết luận: Tổng cơng suất tiêu thụ yêu cầu của SFN nhỏ hơn phát đơn. Trên thực tế do cộng thêm cả yếu tố địa hình mạng SFN cịn tiết kiệm cơng suất phát hơn nữa do lợi dụng tốt hơn vị trí đặt máy phat, điều mà hệ thống đơn không thể thực hiện được. Việc giảm cơng suất phát cịn hạn chế được sự giao thoa giữa trong hệ thống nhiều trạm phát.
1.6.5 Giao thoa trong hệ thống SFN
Do mạng SFN là tổ hợp của các máy phát truyền hình số DVB-T, chúng phát trên cùng một tần số với nội dung tín hiệu như nhau, vậy chúng ta phải xác định giao thao giữa các máy phát có vì thế mà tăng lên hay không và so sánh với hệ phát đơn kiểu cũ sự giao thao giữa các đài là có ảnh hưởng tới chất lượng đường truyền nhiều hơn hay không. Để trả lời câu hỏi này, chúng ta có thể phân tích thơng qua mơ hình truyền phát đơn giản, với bất kỳ loại nhiễu nào giữa hai máy phát, tỉ số tín hiệu trên giao thoa (S/I) tới máy thu sẽ phụ thuộc vào mức tín hiệu truyền và khoảng cách từ máy phát tới máy thu thể hiện qua công thức:
@
n = (ae
45
ở đây: Zp là khoảng cách từ máy thu tới máy phát
Z là khoảng cách từ máy thu tới vùng có nguồn giao thoa . là hằng số truyền sóng
Để đơn giản hóa ta coi suy hao tín hiệu với các nguồn là như nhau và không chịu ảnh hưởng bởi yếu tố địa hình, hai máy phát có cơng suất phát như nhau. Việc tín hành so sánh khái quát không ảnh hưởng đến kết luận, dễ dàng hiệu chỉnh khi dùng các phần tử anten và công suất phát các đài khác nhau. Với mức giao thoa nào đó lớn nhất có thể chấp nhận được a ta có quan hệ: Z = a. Zp, và tại điểm này mức giao thoa coi như là ngưỡng giao thoa. Giả thiết có hai đài phát đơn riêng lẻ cách nhau R km, chúng phát trên cùng một kênh, sự giao thoa được giới hạn trong vùng phủ sóng thể hiện thơng qua phương trình:
a. Z5 = Z − Z5 → Z5 = #m;5a (1-18)
Hinh 1-11: Giao thoa với 2 đài phát đơn và giao thoa trong SFN
Nếu thay hai đài phát đơn bằng mạng 5 đài phát trong SFN thì phương trình có thể viết
46 Z = Z5/5; ZM = a. Z5 − 4Z5/5 → as a! = #maA$tmAO mA O = 5 a − 4 (1-19) Nếu a>1 (điều này chắc chắn xảy ra) thì chúng ta đã có giao thoa nhỏ hơn tại biên vùng phủ sóng. Có thể thấy rõ hơn thơng qua ví dụ cụ thể: Nếu suy giảm tín hiệu trong trường hợp lý tưởng là bình phương khoảng cách, α=2 và tỉ lệ tín hiệu trên giao thoa 15dB thì:
105.P = (aeao) = a (1-20)
a ≈ 5.6
Nếu trong mạng SFN thì tỉ số S/I tại biên vùng phủ sóng là:
10FGH(asa!) = 10log (5 a− 4) ≈ 10log(24 ) ≈ 27dB (1-21) Với tỉ số tín hiệu trên giao thoa đã tăng thêm được 12dB (với hệ đơn là 15dB). Trong ví dụ này, chúng ta tính với các máy phát trong SFN đặt thẳng hàng, trên thực tế ít xảy ra. Ta xét với mạng dạng tổ ong thì thấy trường hợp bán kính quanh mỗi máy phát giảm đi xấp xỉ √[, với N là số máy phát trong SFN. Lúc này khoảng cách Z thay đổi thành:
Z5/√[ và Z = Z5(1 + a) − 2Z5+ Z5/√[; do vậy tỉ số S/I lúc này được tính:
@
n@cb = 10FGH(asa!)6= 10FGH(aA(5;#m)$ aA;aA/√baA/√b )6= 10FGH(√[( a − 1) + 1)6
(1-22)
Liên hệ với trường hợp phát đơn ta có:
@
47 @ n@cb = .10log(√[ |10 d }defghi (AJ1) − 1~ + 1) R{ (1-24)
Thay các số liệu như ví dụ trên ta có: •
€@cb = 20log •√5 •105.P− 1‚ + 1‚ ≈ 21 R{
Vậy SFN đã cải thiện được 7dB. Trong thực tế mức độ cải thiện cịn cao hơn hai ví dụ trên. Khi bố trí các máy phát trong SFN, chúng ta sẽ đặt máy phát tại những nơi biết có vấn đề giao thao, đây là ưu điểm để giảm số lượng máy phát, đồng thời giảm được độ cao anten, tăng hệ số truyền, do đó giảm giao thoa rõ rệt.
48
CHƯƠNG 2: TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THẾ HỆ 2 DVB – T2
2.1 Giới thiệu tiêu chuẩn DVB – T2
Tiêu chuẩn truyền hình DVB – T là chuẩn truyền hình số mặt đất được triển khai rất thành công và được sự ủng hộ của 50% các quốc gia trên thế giới. Tuy nhiên từ sự ra đời của chuẩn DVB – T này thì các nghiên cứu về kỹ thuật truyền dẫn vẫn tiếp tục được triển khai về các tùy chọn về điều chế, về kháng lỗi vẫn tiếp tục được phát triển. Mặt khác, các nhu cầu về tần số cũng gia tăng và các áp lực về phổ tần số dùng cho các dịch vụ khác càng khiến cho việc gia tăng hiệu quả phổ tần số tới mức tối đa.
Từ đó nhóm DVB Project đã nghiên cứu và phát triển ra tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất thế hệ thứ 2 tức là DVB – T2. Tiêu chuẩn này được xuất bản từ tháng 6/2008 và được ETSI chuẩn hóa vào tháng 9/2009. Khả năng gia tăng dung lương trong một kênh tần số là một trong những ưu điểm của hệ thống này. So với chuẩn DVB – T thì khả năng gia tăng dung lượng trong DVB – T2 có thể đạt hiệu quả hơn 30% trong cùng điều kiện thu sóng và sử dụng các loại anten hiện có. Điều này thuận lợi cho việc triển khai các dịch vụ quảng bá mới đòi hỏi nhiều dung lượng hơn.
2.2 Những tiêu chí cơ bản trong DVB – T2
DVB – T2 ra đời cần đạt được những tiêu chí như sau:
- DVB – T2 phải tuân thủ tiêu chí đầu tiên có tính ngun tắc là tính tương quan giữa các chuẩn trong họ DVB. Điều đó có nghĩa là sự chuyển đổi giữa các tiêu chuẩn DVB phải thuận tiện cao nhất tới mức có thể, ví dụ giữa DVB – S2( tiêu chuẩn truyền hình số vệ tinh thế hệ 2) và DVB – T2.
- DVB – T2 phải kế thừa những giải pháp đã tồn tại trong các tiêu chuẩn DVB khác. DVB – T2 phải chấp nhận 2 giải pháp kỹ thuật có tính then chốt của DVB – S2:
49
+ Cấu trúc phân cấp trong DVB – S2, đóng gói dữ liệu trong khung BB (Base Band).
+ Sử dụng mã sửa sai LDPC (Low Density Parity Check).
- Mục tiêu chủ yếu của DVB – T2 là dành cho các đầu thu cố đinh và di chuyển được, do vậy DVB – T2 phải cho phép sử dụng được các loại Anten thu hiện đang tồn tại mỗi gia đình và sử dụng lại cơ sở các Anten phát hiện có.
- Trong cùng một điều kiện truyền sóng DVB – T2 phải đặt được dung lượng cao hơn thế hệ DVB – T ít nhất là 30%.
- DVB – T2 phải đạt được hiệu quả cao hơn DVB – T trong mạng đơn tần SFN
- DVB – T2 phải có cơ chế nâng cao độ tin cậy đối với từng loại hình dịch vụ cụ thể. Điều đó có nghĩa là DVB – T2 phải có khả năng đạt được độ tin cậy cao hơn đối với một vài dịch vụ so với các dịch vụ khác.
- DVB – T2 phải có tính linh hoạt đối với băng thơng và tần số.
- Nếu có thể phải giảm tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình của tín hiệu để giảm giá thành truyền sóng.
Trên cơ sở những tiều chí trên hơn 40 tổ chức đã tập trungg nghiên cứu tiều chuẩn DVB – T2, thông qua nhiều buổi hội thảo, hội nghị qua mạng và email, cuối cùng vào cuối năm 2008, những nội dung cơ bản của tiêu chuẩn DVB – T2 đã được ban hành.
Với những công nghệ sử dụng trong DVB – T2, dung lượng dữ liệu đạt được tại Anh lớn hơn khoảng 50% so với DVB – T, ngồi ra DVB – T2 cịn có khả năng chống lại phản xạ nhiều đường (Multipaths) và can nhiễu đột biến tốt hơn nhiều so với DVB – T.
Thông số DVB-T DVB-T2
50
1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8 1/2, 3/5, 2/3, 3/4, 4/5, 5/6
Điều chế QPSK, 16QAM, 64QAM QPSK, 16QAM, 64QAM,
256QAM
Đồ thị chòm sao Standard Standard, Rotation
Khoảng bảo vệ 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 1/4, 19/128, 1/8, 19/256, 1/16, 1/32, 1/128 Kích thước FFT 2K, 8K 1K, 2K, 4K, 8K, 16K, 32K Pilot phân tán 8% 1%, 2%, 4%, 8% Pilot tập trung 2,6% 0,35% Tốc độ dữ liệu chuẩn 24Mbit/s 40Mbit/s Tốc độ dữ liệu tối đa 29Mbit/s 47,8Mbit/s Mức C/N tối thiểu 16,7 dB 8,9 dB Bảng 2.1: DVB – T2 so sánh với DVB – T
Thậm chí DVB – T2 cịn đạt được dung lượng cao hơn so với DVB – T trong mạng đơn tần (SFN) với cùng giá trị tuyệt đối của khoảng bảo vệ (67%). DVB – T2 còn cho phép sử dụng khoảng bảo vệ lớn hơn 20% so với DVB – T, điều này cũng có nghĩa với việc mở rộng vùng phủ sóng của các máy phát trong mạng SFN.
2.3 Một số nội dung chính trong DVB – T2 2.3.1 Mơ hình cấu trúc DVB – T2 2.3.1 Mơ hình cấu trúc DVB – T2
Hệ thống DVB – T2 được chia thành 3 khối chính ở phía phát và 2 khối chính ở phía thu, như sơ đồ dưới:
51
Hình 2.1: Mơ hình tổ chức DVB – T2
Phía phát: gồm 3 khối SS1, SS2 và SS3
SS1: Mã hóa và ghép kênh. Khối SS1 có chức năng mã hóa tín hiệu Video/ Audio cùng các tín hiệu phụ trợ kèm theo như PSI/SI hoặc tín hiệu báo hiệu lớp 2 (L2 Signalling) với các công cụ điều khiển chung nhằm đảm bảo tốc độ bit khơng đổi đối với tất cả các dịng bit. Khối này có chức năng hồn tồn giống nhau đối với tất cả các tiêu chuẩn của DVB. Đầu ra của khối này là dòng truyền tải MPEG – 2TS (MPEG -2 Transport Stream).
SS2: Basic T2 – Gateway. Đầu ra của khối SS1 là dòng T2 MI, mỗi gói T2 MI bao gồm Baseband Frame, IQ vector hoặc thơng báo tín hiệu (L1 hay SFN). Dịng T2 MI chứa mọi thơng tin liên quan đến T2 Frame. Mỗi dịng T2 MI có thế được cung cấp cho một hoặc nhiều bộ điều chế trong hệ thống DVB – T2
SS3: Bộ điều chế DVB – T2 (DVB – T2 Modulator). Bộ điều chế DVB – T2 sử dụng Baseband Frame và T2 Frame trong dòng T2 MI để tạo ra các DVB – T2 Frame
52
SS4: Giải điều chế DVB – T2 (DVB – T2 Demodulator). Bộ giải điều chế SS4 nhận tín hiệu cao tần (RF signal) từ một hay nhiều máy phát và cho duy nhất một dòng truyền MPEG TS tải đầu ra
SS5: Giải mã dòng truyền tải MPEG TS. Bộ giải mã SS5 nhận đầu vào là dòng truyền tải MPEG TS và cho ra tín hiệu Video/ Audio
2.3.2 Lớp vật lý DVB – T2
Mơ hình lớp vật lý của DVB – T2 được thể hiện như hình 2.2 . Đầu vào của hệ thống có thể bao gồm một hoặc nhiều dòng truyền tải MPEG-TS hoặc dòng GS (Generic Stream).
Hình 2.2: Lớp vật lý
Đầu vào lớp vật lý là tín hiệu cao tần RF, tín hiệu đầu ra được chia làm 2 đường để cung cấp cho anten thứ 2 hay là 1 máy phát khác. Việc xử lý dòng dữ liệu đầu vào và FEC phải được lựa chọn sao cho có khả năng tương thích với cơ chế sử dụng trong DVB S2. Điều đó có nghĩa là DVB – T2 phải có cấu trúc baseband frame, baseband header , gói ‘0” (Null Packet) LDPC/BCH FEC và đồng bọ dòng dữ liệu như DVB S2.
Các thông số COFDM của DVB – T2 cũng được mở rộng hơn so với DVB – T, trong đó bao gồm:
FFT: 1K, 2K, 4K, 8K, 16K, 32K.
Khoảng bảo vệ: 1/128, 1/32, 1/16, 19/256, 1/8, 19/128.
Pilot phân tán: 8 biến thể khác nhau phù hợp với các khoảng bảo vệ khác nhau (từ PP1 tới PP8).
53
Pilot liên tục: tương tự như DVB – T, tuy nhiên được tố ưu hơn. Tráo: bao gồm tráo bit, tráo tế bào, tráo thời gian và tráo tần số.
Việc có một khoảng lựa chọn rộng hơn các thơng số COFDM cùng với mã sửa sai mạnh hơn, cho phép DVB – T2 đạt được dung lượng cao hơn DVB – T.
DVB – T2 cịn có một số tính chất mới hơn góp phần cải thiện chất lượng hệ thống:
Cấu trúc khung (Frame Structure) trong đó chứa symbol nhận diện đặc biệt được sử dụng để quét kênh ( channel scanning) và nhận biết tín hiệu nhanh hơn.
Chòm sao xoay, nhằm tạo nên tính đa dạng trong điều chế tín hiệu, hỗ trợ