i. Tiêu chuẩn nén ảnh tĩnh JPEG
2.4.3. Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao-OFDM trong truyền dẫn T-DMB
Để điều chế đa sóng mang trong hệ thống DMB, m t kênh vô tuyến trong băng thông 1,536 MHz được chia nhỏ thành N sóng mang con, các sóng mang con đó truyền dữ liệu đ c lập nhau. Luồng truyền tải được phân phối qua N sóng mang con và do đó thời gian của kí hiệu ứng với mỗi sóng mang con có thể được mở r ng N lần so với khoảng thời gian kí hiệu sử dụng điều chế đơn sóng mang. Tất cả tốc đ kí hiệu của các kênh vô tuyến đều tương đương nhau, nhưng tránh được nhiễu giữa các kí hiệu
SVTH: NGUYỄN MINH TUẤN 36
bởi vì khoảng thời gian ký hiệu trên mỗi sóng mang con lớn hơn khoảng trễ dự kiến, giả sử với N được chọn đủ lớn.
Tuy nhiên, điều chế đa sóng mang có thể chịu thiệt hại từ các búp sóng lân cận, các búp sóng lân cận sinh ra từ bức xạ ngoài băng trong ở các dải tần số bên dưới và bên trên của mỗi sóng mang con. Các búp sóng cạnh này không mang bất kỳ thông tin hữu ích nào (những thông tin cần thiết để nhận biết tín hiệu tới ở máy thu) nhưng chúng có gây méo quá trình truyền sóng của các sóng mang con lân cận. Do đó, m t quan hệ quan trọng khi sử dụng điều chế đa sóng mang là lựa chọn m t khoảng trống tần số hợp lý giữa các sóng mang con. Để đạt được mục đích này, các hệ thống DAB/DMB áp dụng m t kỹ thuật gọi là ghép kênh phân chia tần số trực giao (Orthogonal Frequency Division Multiplexing - OFDM), trong đó các tần số sóng mang con được đặt trực giao với nhau. M t cặp sóng mang con được gọi là trực giao nếu như khoảng cách tần số giữa chúng bằng 1/Ts Hz, trong đó Ts là khoảng thời gian ký hiệu trên mỗi sóng mang con [2].
Như mô tả trong hình 2.21, ưu điểm của trực giao là đỉnh của của các búp sóng chính của sóng mang con tương ứng với điểm 0 của các sóng mang con lân cận đi qua. Bằng cách này, bức xạ ngoài băng trong các búp sóng lân cận mất tác dụng với các sóng mang con khác và quá trình truyền trong m t sóng mang con không có tác đ ng xấu lên các sóng mang con lân cận. Hơn nữa, OFDM cho phép đặt các sóng mang con gần với nhau. Nhờ vậy, OFDM sử dụng băng thông rất hiệu quả so với các điều chế đa sóng mang không trực giao. Lý thuyết OFDM đã được biết từ lâu nhưng phần cứng cần triển khai trong các b thu đã không thể đáp ứng được thị trường trước thập niên 90.
SVTH: NGUYỄN MINH TUẤN 37 2.4.4. Điều chế và đan xen tần số
Khung truyền tải được tạo bởi quá trình ghép kênh cuối cùng được điều chế thành các sóng mang con của kênh vô tuyến OFDM. DAB/DMB sử dụng m t phương thức điều chế, sao cho pha của mỗi sóng mang con được dịch đi tùy thu c vào kí hiệu được truyền. Nói đúng ra, đó là m t biến thể của m t phương thức điều chế gọi là DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying). Bốn ký hiệu “00”, “01”, “11”, “10” được ấn định các dịch pha lần lượt là 0º, 90º, 180º, -90º. Để truyền m t kí hiệu, pha của mỗi sóng mang con được thay đổi theo dịch pha tương ứng và liên quan tới pha của ký hiệu trước đó. Quá trình này được mô tả trong hình 2.22.
Hình 2.22: Điều chế m t sóng mang con sử dụng DQPSK
Sự phân bố các kí hiệu lên các sóng mang con được ví dụ trong hình 2.23 cho m t kênh vô tuyến OFDM và chỉ với N=8 sóng mang con. Khung truyền tải được chia nhỏ thành các kí hiệu OFDM, mỗi kí hiệu bao bọc chính xác N sóng mang con và vì vậy bao gồm N ký hiệu DQPSK đơn. Các ký hiệu DQPSK không được ấn định theo trình tự các sóng mang con mà trước hết được tr n lẫn theo m t thuật toán nào đó mà các ký hiệu DQPSK liên tục không được phát đi trong các sóng mang con lân cận. Quá trình này gọi là đan xen tần số, nó gần giống như quá trình đan xen về mặt thời gian, được sử dụng để tránh lỗi cụm, nhờ đó mà nhiễu được trải ra m t số các sóng mang con lân cận.
SVTH: NGUYỄN MINH TUẤN 38
Cuối cùng, tuỳ theo đ r ng của dải tần số cấp phát mà m t số kênh DAB/DMB có thể được thực hiện song song, như miêu tả trong hình 2.24. Ví dụ, dải tần số 7–8 MHz, dải tần phù hợp với băng thông của kênh truyền hình tương tự truyền thống, có thể cung cấp tới 4 kênh DAB/DMB cho truyền đồng thời cùng lúc từ 10 đến 15 chương trình truyền hình.
Hình 2.24: Kết hợp nhiều DAB/DMB
2.4.5. Chế độ truyền tải DMB
DMB đưa ra 4 chế đ truyền, các chế đ khác nhau ở số lượng sóng mang con được sử dụng cho 1 kênh vô tuyến trong dải tần số 1,536 MHz, cũng như khoảng thời gian cho 1 kí hiệu hay chiều dài 1 khung truyền. Sự lựa chọn chế đ nào để sử dụng phụ thu c vào kiểu truyền tải (mặt đất hay qua vệ tinh), dải tần số cho phép và các khu vực xung quanh (nông thôn, ngoại ô, đô thị). Nếu chế đ truyền dẫn dưới mặt đất được sử dụng thì cần phân biệt giữa mạng đơn tần và mạng đa tần. Những tham số đặc trưng của 4 chế đ truyền dẫn được liệt kê trong bảng 2.1.
Bảng 2.1: Đặc trưng của các chế đ truyền DMB
Mode I Mode II Mode III Mode IV
Mạng SFN MFN Cáp hay vệ tinh Mặt đất hay vệ tinh Dải tần số 174-216 MHz 1452-1467 MHz < 3GHz T:1452-1467MHz S:1467-1492MHz Khoảng cách 96km 24km 12km 48km
Số lượng sóng mang con 1536 384 192 768
Khoảng cách giữa các sóng mang con
1kHz 4kHz 8kHz 2kHz
Thời gian truyền kí hiệu 1ms 250µm 125µs 500µs
Thời gian bảo vệ 246µs 62µs 31µs 123µs
Số lượng Bit/kí hiệu OFDM 3072 768 384 1536
SVTH: NGUYỄN MINH TUẤN 39
Nói chung, các chế đ có số lượng sóng mang con cao và thời gian truyền m t kí hiệu dài là lựa chọn ưa thích cho mạng DAB/DMB có vùng phủ sóng lớn, vùng phủ r ng gây ra trải trễ dài và ảnh hưởng can nhiễu của các kí hiệu lẫn nhau lớn. Đặc biệt đối với mạng đơn sóng mang, ở đó các máy thu cũng đón nhận được m t vài xung tín hiệu tới từ các máy phát lân cận. Trong tình huống này, DAB/DMB dự tính chế đ truyền dẫn I, cung cấp số lượng lớn nhất 1536 sóng mang con (cách nhau 1 kHz) và khoảng thời gian ký hiệu là 1ms. Trong các mạng dự kiến trải trễ nhỏ hơn thì có thể sử dụng các chế đ truyền có số lượng sóng mang ít hơn hoặc đ dài ký hiệu ngắn hơn, chẳng hạn 192 sóng mang con và thời gian truyền là 125µs cho truyền dẫn vệ tinh (mode III). Bất kể chế đ nào đang được sử dụng, tốc đ ký hiệu và dữ liệu là 1,2Msps (mega symbols per second) và 2,4Mbit/s tương ứng. Can nhiễu giữa các ký tự làm giảm sự bền vững được cải thiện tiếp tục bằng “thời gian bảo vệ” giữa các ký hiệu kế tiếp nhau.
2.5. Kết luận
Chương 2 đã trình bày về cấu trúc chung của m t hệ thống T-DMB. M t hệ thống T-DMB bao gồm ba phần: mạng cung cấp n i dung, mạng truyền dẫn và các thiết bị đầu cuối. Mạng cung cấp là nơi sản xuất và cung cấp các chương trình, các dịch vụ phát sóng. Và để có m t chương trình hoàn chỉnh để phát đi thì cần sử dụng đến nhiều công nghệ và tiêu chuẩn để mã hóa cũng như để nén tín hiệu trước khi truyền đi. M t kênh vô tuyến DAB/DMB có đ r ng băng tần là 1,536 MHz và có thể mang được từ 4 đến 5 chương trình truyền hình di đ ng và m t hoặc hai chương trình phát thanh. Để có được điều này T-DMB đã sử dụng các phương thức mã hoá mạnh hơn cho phép tốc đ dữ liệu cao hơn, công suất máy phát thấp hơn và thu ổn định hơn, dung lượng dữ liệu ghép tăng lên đáng kể và như vậy hiệu quả phổ tần cho T-DMB cao hơn. Trong truyền dẫn T-DMB sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM. Và mỗi sóng mang thành phần được điều chế bằng phương pháp DQPSK. Với những đặc điểm đó, T-DMB đã cho thấy những đặc điểm ưu việt của m t tiêu chuẩn công nghệ phát sóng quảng bá đa phương tiện số mặt đất.
T-DMB là m t công nghệ chính, m t giải pháp tối ưu để thực hiện truyền các dịch vụ media cho thiết bị di đ ng, cũng như thiết bị cố định. Những đặc điểm chính của DMB có thể được tổng kết như sau:
DMB là sự mở r ng của DAB, là hệ thống được sử dụng r ng rãi dành cho quảng bá vô tuyến số. DMB hỗ trợ mã hoá các chương trình truyền hình di đ ng theo các đ phân giải và các tốc đ khung khác nhau cũng như quảng bá tới nhiều loại thiết bị đầu cuối khác nhau như điện thoại cầm tay, PDA... Bên cạnh truyền hình di đ ng và phát thanh, DMB còn cung cấp các giải pháp cho truyền dữ liệu khác dựa trên nền IP.
M t kênh vô tuyến DAB/DMB có đ r ng băng tần là 1,536 MHz và có thể mang được: từ 4 đến 5 chương trình truyền hình di đ ng và 1 hoặc 2 chương trình phát
SVTH: NGUYỄN MINH TUẤN 40
thanh. M t kênh vô tuyến với đ r ng băng tần 7 hoặc 8 MHz mà đang được truyền hình tương tự có thể cung cấp toàn b 4 kênh DAB/DMB như thế có thể mang được từ 15 tới 20 chương trình truyền hình di đ ng và 5 chương trình phát thanh.
Dịch vụ DMB sử dụng mã lỗi hai bước, nhờ đó tạo ra sự truyền dẫn ổn định đối với nhiễu. Thậm chí, ngay cả khi người xem di chuyển ở vận tốc cao, những chương trình truyền hình di đ ng vẫn nhận được và xem với chất lượng tốt. Nhờ áp dụng những giải pháp xen lẫn thời gian và tần số, những chùm lỗi lớn được chia nhỏ thành những lỗi bit riêng lẻ, nên đã tăng được đ tin cậy của chuẩn hoá lỗi.
Phương thức sử dụng điều chế đa sóng mang theo OFDM, DMB hạn chế được nhiễu giữa các ký tự (symbol), gây ra do truyền lan các tín hiệu vô tuyến đa đường.
M t ưu điểm khác của DMB là DMB có thể thực hiện được trên cơ sở hạ tầng của DAB và DAB lại đã được triển khai ở nhiều quốc gia. Do vậy không cần thiết phải thiết lập m t hạ tầng dành riêng cho DMB và vì vậy DMB không chịu chi phí triển khai cao như các hệ thống khác. Đây là lợi thế mà DMB đang có được ở các nước châu Âu, nơi mà DAB đã được triển khai r ng rãi.
SVTH: NGUYỄN MINH TUẤN 41
CHƢƠNG 3: PHÁT VÀ THU TÍN HIỆU VỚI BỘ THÍ NGHIỆM T-DMB
3.1. Giới thiệu về bộ thí nghiệm T-DMB 3.1.1. Cấu trúc chung của bộ thí nghiệm 3.1.1. Cấu trúc chung của bộ thí nghiệm
Để nhận được tín hiệu T-DMB với mạch nhận T-DMB chúng ta cần đến b phát tín hiệu quảng bá T-DMB và máy tính có cài đặt phần mềm hỗ trợ DMS-6000 như ta thấy ở hình 3.1. Dữ liệu được truyền từ máy tính đến b phát qua cáp USB, sau đó b phát phát tín hiệu đó qua anten phát và b thu nhận tín hiệu bằng anten thu rồi hiển thị tín hiệu video lên màn hình LCD và tín hiệu audio ra loa [3].
Hình 3.1: Các thành phần của b thí nghiệm
3.1.2. Khối phát tín hiệu T-DMB
Khối phát tín hiệu T-DMB bao gồm m t máy tính được cài đặt phần mềm thực thi DMS-6000, và kết nối với b phát tín hiệu qua cáp dữ liệu USB.
Bộ phát tín hiệu T-DMB nhận dữ liệu bao gồm các n i dung audio và video đã được mã hóa từ máy tính và tạo tín hiệu T-DMB. Nó điều biến OFDM và tạo tín hiệu RF (tín hiệu cao tần). Tín hiệu radio quảng bá được tạo ra và truyền đi trong không gian bởi anten đặt phía sau của b phát. Ngoài ra màn huỳnh quang (VFD-Vacuum Fluorescent Display) được lắp phía trước b phát hiển thị giá trị tần số phát quảng bá và nhãn của kênh quảng bá.
SVTH: NGUYỄN MINH TUẤN 42
Hình 3.2: B phát tín hiệu T-DMB
DMS-6000 là m t phần mềm thực thi trên máy tính, nó sử dụng các n i dung dữ liệu của video, audio và data để định hình dòng dữ liệu cho phát sóng T-DMB. DMS-6000 truyền tải dữ liệu đến b phát qua cáp USB. Với kết nối USB, phần mềm DMS-6000 thiết lập tần số cho tín hiệu phát, điều khiển nhiều chức năng khác và gửi dữ liệu phát sóng đến b phát.
3.1.3. Khối nhận tín hiệu T-DMB
Mạch nhận T-DMB là m t mạch điện ngoài bao gồm các thiết bị ngoại vi như: anten, Tuner chip–vi mạch điều hướng, Baseband chip–vi mạch tần số phát sóng, Media Decoder chip–vi mạch gải mã đa phương tiện, màn hình LCD, khóa chuyển mạch, đèn LED, Led hiển thị 7 đoạn, Text LCD–màn hình hiển thị giá trị điều khiển, và mạch cung cấp nguồn. Hình 3.3, cho chúng ta thấy cấu trúc và sự hoạt đ ng của mạch nhận tín hiệu T-DMB để nhận tín hiệu quảng bá T-DMB [3].
Hình 3.3: Cấu trúc mạch nhận tín hiệu T-DMB
Tín hiệu RF được nhận từ anten và được chuyển đến Tuner chip. Sau đó Tuner chip nhận tín hiệu điều khiển từ chíp ARM để thiết lập tần số kênh.
SVTH: NGUYỄN MINH TUẤN 43
Chip Baseband T-DMB nhận tín hiệu RF từ chip Tuner, và chuyển đổi tín hiệu đó sang dữ liệu số bằng b ADC (Analog to Digital Conversion). Dữ liệu số này tiếp tục được giải mã OFDM và tiến hành sửa lỗi mã hóa để khôi phục dòng dữ liệu audio, và video. Khi dữ liệu audio được khôi phục nó được đưa qua chip DAC (Digital to Analog), tín hiệu điện audio được tái tạo và chúng ta có thể nghe âm thanh đó từ loa.
Chip giải mã media, giải nén dòng dữ liệu video đã được khôi phục và đưa video đó hiển thị lên màn hình TFT-LCD. Trong chip này, lõi vi xử lý ARM được gắn vào để điều khiển mạch nhận. Mạch nhận T-DMB sử dụng vi xử lý ARM này để điều khiển các thiết bị ngoại vi như khóa chuyển mạch, đèn LED, Led hiển thị 7 đoạn và Text LCD.
SVTH: NGUYỄN MINH TUẤN 44 Cấu trúc mạch nhận tín hiệu:
Hình 3.5: Cấu trúc mạch nhận T-DMB
Mạch nhận T-DMB bao gồm khối xử lý (chip Tuner và chip Baseband), khối điều khiển (chip Neptune hoặc chip S3C2440A) và khối nguồn.
Khối điều khiển: bao gồm chip ARM9 và chip Neptune; và khóa chọn Mode, chọn 1 trong 2 chip đó để điều khiển khối xử lý DMB và các thiết bị ngoại vi.
Khối xử lý DMB: nhận tín hiệu RF từ anten và giải mã những dữ liệu audio và video số. Trong kênh audio, dữ liệu audio đã được giải mã ở khối xử lý DMB bằng chip DAC trên mạch nhận DMB để đưa tín hiệu audio ra Jack audio.
Dịch vụ video tạo những dữ liệu video số trong khối xử lý DMB và gửi chúng đến chip Neptune hoặc ARM9. Chip Neptune giải nén dòng video và hiển thị lên màn hình TFT-LCD 7 inch được đặt trên mạch nhận T-DMB. Và chip ARM9 dùng đường truyền USB để truyền dữ liệu đến máy tính, và khi đó máy tính sử dụng phần mềm DMS-2000 Player để hiển thị dịch vụ video và lưu file dữ liệu đó lại.
Ngoài ra khối điều khiển còn điều khiển các thiết bị ngoại vi như công tắc, màn hình Text LCD, đèn Led, Led hiển thị 7 đoạn trên mạch nhận T-DMB. Nó dùng khóa đặt phía đưới mạch nhận để chọn: quét kênh, chọn kênh, hiển thị thông tin kênh, thiết lập mode nhận, và điểu khiển volume audio.
SVTH: NGUYỄN MINH TUẤN 45
Giao diện RS-232 là port thông tin kết nối giữa máy tính và mạch nhận T-