Như trong hình thì máy phát 1 ở gần trung tâm xử lý tín hiệu cần làm chậm dịng TS lại 1 khoảng thời gian là 890ms, máy phát 2 phải làm chậm dòng TS 1 khoảng thời gian là 700ms và máy phát 3 xa nhất cần làm chậm lại khoảng thời gian
38
là 600ms. Như vậy sau khi đủ thời gian 900ms thì các máy phát sẽ cùng bức xạ gói đầu tiên cùng 1 thời điểm, đảm bảo yếu tố thứ 3 trong thiết kế mạng đơn tần.
1.6 Một số vấn đề trong quy hoạch mạng đơn tần 1.6.1 Dịch tần số 1.6.1 Dịch tần số
Về nguyên tắc bất kỳ sự trôi tần số giữa các đài phát sẽ dẫn tới dịch tần số Doppler (Doppler shift) trên tín hiệu thu. Trên thực tế, các bộ san bằng yêu cầu mức dịch tần “tự nhiên” cỡ 1Hz, do đó các máy phát trong một SFN phải được đồng bộ trong khoảng 1Hz. Đây là yêu cầu bắt buộc và chỉ có thể thực hiện thông qua việc dùng một máy thu GPS hoăc đồng hồ tham chiếu có độ chính xác cao (Đồng hồ Cesium). Thông thường chúng ta chọn phương án ghép thêm tại mỗi trạm phát một máy thu GPS vừa tiện ứng dụng vừa giảm giá thành. Lúc này chúng ta có thể khẳng định lỗi di tần trong SFN sẽ nhỏ hơn việc chỉ dùng một đài phát cơng suất lớn, tín hiệu phải truyền phát trên một diện rộng và bị ảnh hưởng q nhiều bởi mơi trường truyền sóng.
1.6.2 Lỗi dữ liệu
Về lý tưởng thì các máy phát phải truyền đi một cách chính xác các tín hiệu giống nhau. Để giải quyết việc này, chúng ta có thể thực hiện đơn giản nhất là phân bổ tín hiệu cao tần (RF). Thực tế, đây chính là vấn đề phải giải quyết trong hệ thống SFN khi sử dụng phương thức phát lặp chung kênh (on-chanel repeaters). Nếu không dùng các bộ phát lặp lại thì các máy phát phải có bộ điều chế giống hệt như nhau, các tín hiệu sau điều chế mà không giống nhau chắc chắn các máy thu không thể làm việc.
Vấn đề này hoàn tồn khơng gặp phải trong hiện tượng đa đường truyền thống, với trình độ cơng nghệ hiện nay có thể coi đây là vấn đề đã được giải quyết nhờ việc đồng bộ tần số và thời gian giữa các máy phát trong SFN. Mặt khác với các máy phát khác nhau, đặt tại các khu vực khác nhau yêu cầu bộ lọc công suất và giản đồ anten không giống nhau, do vậy méo tuyến tính khác nhau, nhưng trong SFN đó khơng phải là vấn đề đáng quan tâm vì các máy thu đều tự tiến hành sửa lỗi
39
mà khơng cần biết lỗi tuyến tính đó từ đâu do đó việc dùng các bộ khuếch đại giống hệ nhau cũng không cần thiết phải đưa ra và cũng không cần phải đặt vấn đề phát lặp lại.
1.6.3 Trơi và trễ thời gian đối với tín hiệu phát
Trễ thời gian trong phạm vi cho phép và trôi thời gian xuất hiện do sự không đồng bộ về thời gian giữa các máy phát được DVB-T xử lý thông qua khoảng bảo vệ. Đối với máy thu, trơi và trễ thời gian với tín hiệu thu được coi như một và phụ thuộc vào cự li của máy thu tới máy phát.
Để đơn giản ta xét ảnh hưởng giới hạn bởi hai máy phat có tọa độ giả định là (±c,0) có nghĩa là hai máy phát đặt cách nhau 2c km, máy thu có đường cong tham số thu với hằng số trễ thời gian là ( = a cos ℎ( ); = √ − sin ℎ( )), từ hệ phương trình này có thể thấy ràng hằng số thời gian với máy thu tới hai máy phát khác nhau là 2a.
Hình 1-9: Đường cong mơ tả hẳng số trễ
Đường cong ( = a cos ℎ( ); = √ − sin ℎ( )), là đường Hyperbol với tâm tại hai đài phát, ta có thể biến đổi như sau:
40 !
! − #!"$! ! =1 ↔ % = √ − sin ℎ( )= a cos ℎ( ) & −∞ < < ∞ (1-4) )( − ) + - )( + ) + = ± 2 (1-5) Với vị trí của máy thu trong khoảng 0 < a < c và cự li lớn nhất tới máy phát là 2c thì trễ lớn nhất 2c/0,3µs + - µs, trễ lớn nhất sẽ nằm trên đường trục cắt qua hai máy phát về hai phía ngược lại, với a=c, xem hình 2-1, vậy trễ lớn nhất sẽ ln nằm một phía của một hoặc hai máy phát, người ta có thể lợi dụng đặc tính này để bố trí các máy phát sao cho hợp lý nhất. Điều này khác với trường hợp hiện tượng đa đường của hệ thống phát cũ với hai đài phát (có tần số phát khác nhau), tất cả các đối tượng có nguyên nhân trễ như nhau sẽ nằm trên đường elip với máy phát, tâm là máy thu chứ không phải là đường hyperbol với tâm là máy phát. Một điều nữa cần lưu ý là trong SFN trễ không những phụ thuộc và phần tử ăng-ten mà cịn phụ thuộc cả vào yếu tố địa hình
Trong một mạng SFN, trễ liên quan mật thiết với tỉ lệ cường độ tín hiệu, có thể tính với ăng-ten trực tiếp Omni và sự suy giảm tín hiệu phụ thuộc vào khoảng cách tới máy phát với hê số suy giảm truyền phát .. Vậy cơng suất tín hiệu thu PTX được tính gần đúng: PTX ~ /
01
Trong đó: P là cơng suất phát tại máy phát; r là cự ly từ máy thu tới máy phát Từ đây ta thực hiện một phép so sánh đơn giản với hệ thống phát đ tần, nhưng cũng đủ nêu lên ý nghĩa so sánh. Đặt tỉ lệ tín hiệu từ hai máy phát trên hình 9.1 là hằng số, tiến hành giải phương trình ta có:
2345
234 =)(( − ) + )
6
)(( + ) + )6 = 7 = 86 → 8 = ( − ) +( + ) +
41
Đây chính là phương trình đường trịn có tâm đặt tại (c, 5;?
5$?, 0); bán kính: 2c5$?√?
Hình 1-10: Đường trịn mơ tả hằng số tỉ lệ tín hiệu và hyperbol mô tả hằng số trễ
Dạng đường trịn khơng phụ thuộc vào hệ số suy giảm ., trên thực tế tỉ lệ tín hiệu trên đường trịn vẫn ít nhiều bị ảnh hưởng bởi hệ số suy giảm này. Với hệ số suy giảm cao hơn thì cần tỉ lệ tín hiệu cao hơn, như mơ tả ở hình 2-2.
Từ đây ta có thể kết luận: Khơng thể tạo ra một khu vực đánh dấu sẵn tỉ lệ tín hiệu với cùng một hằng số trễ thời gian. Hơn nữa nếu khoảng cách giữa hai máy phát quá xa sẽ có khu vực trễ quá nhiều, không thể xử lý được tín hiệu thu, với hệ DVB-T khoảng bảo vệ cho hai chế độ điều chế được cho theo bảng 2-1.
42
Bảng 1-10: Chu kỳ symbol và khoảng bảo vệ ở chế độ 8k và 2k
Quan sát khoảng bảo vệ của hai chế độ, chúng ta thấy ở chế độ 8k cho khoảng cách đối ta (224µs tương ứng 67km) giữa hai máy phát lớn hơn chế độ 2k (56µs tương ứng 17km).
1.6.4 Vùng phủ sóng chắc chắn
Đây là vấn đề quan trong nhất và phụ thuộc nhiều vào khoảng bảo vệ, để phân tích cụ thể, chúng ta lại chọn ví dụ như đã dùng ở trên, coi khoảng cách giữa hai máy phát là 2c, hệ số suy giảm tín hiệu phát là α. Máy thu ở giữa hai máy phát sau đó dịch chuyển về hướng của một máy phát với khoảng cách pc, với -1<p<1. Lúc này tỉ lệ của hai tín hiệu đến là:
@A
@!BC = 10FGH(#(5;?)#(5$?))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 cơng suất lớn trong việc phủ sóng DVB – T trên một khu vực rộng lớn, ở đây chúng ta xem xét về khía cạnh tổng cơng 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 u 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 công 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 công suất phát toàn 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 công suất của hai hệ thống là:
/defghi
/djk = b.l.(l.am1
√k)1 = bb1! = [1!$5 (1-16) Với trường hợp khơng gian phát tự do, α=2 thì cơn gsuaast tổng của hai hệ thống bằng nhau. α<2 thì [.2−1<1 vậy công 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 mơi trường phát sóng trong mơi trường khí quyển. Tới đây hồn tồn có thể kết luận: Tổng công 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 công 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 công suất phát còn 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 khơng 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 khơng chịu ảnh hưởng bởi yếu tố địa hình, hai máy phát có cơng suất phát như nhau. Việc tín hành so sánh khái qt khơng 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