quảng bá và truyền hình lưu động qua vệ tinh
Hiện nay Đài THVN truyền dẫn các tín hiệu chương trình VTV1, VTV2, VTV3, VTV5, VTV6 tới các đài phát sóng Quốc gia, các Đài khu vực, các trạm phát lại mặt đất qua vệ tinh trên cả băng C và Ku theo phương thức nhiều chương trình trên một sóng mang MCPC (MultiChanel Per Carrier). Trong đó, nguồn tín hiệu từ băng C là nguồn tín hiệu chính và nguồn tín hiệu từ băng Ku là nguồn tín hiệu dự phòng.
Các trạm phát lại mặt đất của THVN đều dùng công nghệ tương tự hệ PAL D/K. Dự kiến từ năm 2015 các trạm phát lại bắt đầu chuyển sang công nghệ số DVB-T.
65
3.1.2. Hiện trạng truyền dẫn và phát sóng các chương trình truyền hình trả tiền qua vệ tinh
Các chương trình quảng bá VTV1, VTV2, VTV3, VTV4, VTV5, VTV6 và các chương trình truyền hình trả tiền được phát trên băng Ku từ Vĩnh Yên.
Hiện nay số lượng chương trình DTH là 57 kênh và phát trên 04 bộ phát đáp 36MHz. Hình 3.5: Truyền dẫn và phát sóng các chương trình VTV 1,2,3,5,6 trên băng C (Hà Nội) và Ku (Vĩnh Yên) C/Ku VTV 1, 2, 3, 5, 6 Hà Nội/Vĩnh Yên Vinasat 1 1320E Truyền hình quảng bá C/Ku Phát VTV1 Phát VTV2 Phát VTV3 Phát VTV5 Phát VTV6 Truyền hình l độ
66
3.2.3. Hiện trạng truyền dẫn và phát sóng chương trình truyền hình VTV4 dành cho cộng đồng người Việt Nam ở nước ngoài qua vệ tinh
Hiện nay chương trình VTV4 của Đài THVN được phủ sóng tại hầu hết các khu vực trên thế giới. Cụ thể:
Tại Châu Á: Vệ tinh phủ sóng là Vinasat 1 (1320E) băng C và Thaicom 3 (78,50E) băng C global.
Tại Châu Âu: Vệ tinh phủ sóng là Hotbird 3 (130E) băng Ku. Tại Bắc Mỹ: Vệ tinh phủ sóng là IA-5 (970
W).
Vĩnh yên
Ku Ku
DTH
Hình 3.6: Truyền dẫn và phát sóng các chương trình VTV1,2,3,5,6 trên băng Ku
Ku Band Các chương trình DTH Vĩnh Vinasat 1 1320E Ku Band
67
3.3. Hiện trạng các máy phát vệ tinh của Đài THVN 3.3.1. Hiện trạng máy phát vệ tinh băng C 3.3.1. Hiện trạng máy phát vệ tinh băng C Đông Á Australia Vinasat 1 1320E Bắc Mỹ Tây Âu Châu Á, Bắc Phi
Hình 3.7: Truyền dẫn và phát sóng chương trình VTV4 qua vệ tinh
VTV 4 Hà Nội IA-5 Hotbird 3 130E IS-907 Băng C Băng C Băng Ku Băng C Băng Ku Thaicom 3 Băng C global Băng C global Băng Ku Băng C
68
Hình 3.9:Sơđồ khối máy phát vệ tinh băng C
Nguyên lý làm việc: Các tín hiệu đầu vào tương tự được đưa vào bộ
chuyển mạch điện tử 8x8 (Router). 6 đầu ra được đấu tương ứng vào 6 bộ mã hoá MPEG.
Phần mã hoá gồm 3 card EVA 210. Mỗi card chứa 2 khối mã hoá MPEGII. Đầu ra ASI 1 chương trình của các khối mã hoá này được đưa vào 02 card ghép kênh NIM100. Hiện nay phát 4 chương trình nên các khối mã hóa MPEG-2 hoạt động ở chế độ dự phòng 4+2.
Hai card NIM100 vừa là card ghép kênh, vừa là card điều khiển, trong đó 1 chạy ở chế độ điều khiển dự phòng. Đầu ra ASI (gói 4 chương trình) của 2 card NIM100 được đấu tương ứng với hai bộ điều chế NDS.
Hai khối điều chế NDS có nhiệm vụ điều chế tín hiệu thành tín hiệu trung tần (IF) 70MHz theo tiêu chuẩn DVB -S. Đầu ra được nối tương ứng đến hai bộ đổi tần thông qua bảng đấu dây (Patch panel).
69 Hai khối đổi tần thực hiện chức năng đổi tần số từ IF 70MHz thành tần số RF băng C (5,8÷6,4 GHz). Hai khối đổi tần có cấu hình dự phòng 1+1 tự động. Đầu ra các khối này nối vào HPA qua chuyển mạch điều khiển dự phòng tự động.
Hai khối HPA đèn sóng chạy TWT (Travelling Wave Tube) làm nhiệm vụ khuếch đại công suất cao tần, công suất ra tối đa là 400W. Cuối cùng, tín hiệu cao tần được đưa vào ống dẫn sóng dẫn ra anten đường kính 4,6 m phát lên vệ tinh.
3.3.2. Hiện trạng máy phát vệ tinh lưu động băng C
Nguyên lý làm việc: Hệ thống máy phát băng C có cấu trúc đơn giản, gọn
nhẹ và được đặt trên xe truyền hình lưu động. Tín hiệu đầu vào được đưa đến bộ Encoder EN802 (Tandberg) để mã hóa tín hiệu theo tiêu chuẩn MPEG-2 MP@ML hoặc MPEG-4 AVC H.264. Đầu ra là tín hiệu ASI được đưa đến bộ điều chế SM6620 (Tandberg) để điều chế tín hiệu thành tín hiệu IF theo chuẩn DVB-S hoặc DVB-S2. Tín hiệu đầu ra được đưa đến bộ đổi tần lên SCR600BU (Vertex) để chuyển lên tần số băng C (tiêu chuẩn và mở rộng) và đưa đến bộ HPA SSPA (Solid States Power Amplifier) PCM 6200 (Vertex), công suất 200W sau đó đưa ra anten phát đường kính 2,4m. Tín hiệu thu về kiểm tra được đưa đến LNB để chuyển xuống băng L sau đó đưa đến đầu thu chuyên dụng T1290 (Tandberg) để đưa ra màn hình kiểm tra.
70 Antenna 2.4 m Local motor controller 2 Port FEED S1 HPA2 LNB HPA1 Anten Controller AV In AV In
Hot standby 1+1 Controler
Spliter
To Spectrum analyzer To L band Monitor
Encoder 1 Mod 1 Upconverter 1
Mod 2 Upconverter 2 Encoder 2
IRD 1
IRD 2
3.2. Một sốđề xuất về dịch vụ của DVB-S2
Sau đây là một vài ví dụ về ứng dụng cụ thể của DVB-S2, từ phát hình quảng bá cho đến các ứng dụng chuyên nghiệp, các ứng dụng tương tác.
3.2.1. Phát sóng kết hợp các chương trình truyền hình quảng bá SDTV và HDTV [7] HDTV [7]
So sánh dịch vụ quảng bá của 2 tiêu chuẩn với cùng bộ phát đáp vệ tinh băng thông 36MHz. Tốc độ dòng video trong ví dụ như sau: 4,4 Mbit/s (SDTV) và 18Mbit/s (HDTV) đối với mã hóa MPEG-2; hoặc 2,2 Mbit/s (SDTV) và 9Mbit/s (HDTV) đối với mã hóa nâng cao AVC (Advanced Video Coding). Bảng 3.1: Ví dụ so sánh DVB-S và DVB-S2 trong ứng dụng quảng bá EIRP của vệ tinh 51 dBW 53,7 dBW Hệ thống DVB - S DVB- S2 DVB- S DVB- S2 Mã hóa & điều chế QPSK 2/3 QPSK 3/4 QPSK 7/8 8PSK 2/3 Tốc độ symbol (Mbaud) 27,5 (α = 0,35) 30,9 (α = 0,25) 27,5 (α = 0,35) 29,7 (α = 0,25) C/N (dB) 5,1 5,1 7,8 7,8
Tốc độ bit mang tin (Mb/s) 33,8 46 (tăng 36%) 44,4 58,8 (tăng 32%) Số chương trình SDTV 7 (MPEG-2) 10 (MPEG-2) 10 (MPEG-2) 13 (MPEG-2)
71 15 (AVC ) 21 (AVC) 20 (AVC) 26 (AVC) Số chương trình HDTV 1-2 (MPEG 2 3-4 (AVC) 2 (MPEG-2) 5 (AVC) 2 (MPEG-2) 5 (AVC) 3 (MPEG-2) 6 (AVC)
Tỷ số C/N yêu cầu trong cả 2 hệ thống được xác định thông qua nhiều chế độ truyền dẫn khác nhau, với các tốc độ symbol và hệ số roll-off được điều chỉnh cho phù hợp.
Kết quả cho thấy ưu điểm của DVB-S2 so với DVB-S: dung lượng tăng hơn 30%. Hơn thế nữa, sự kết hợp của DVB-S2 và mã hóa AVC có thể đạt được tới 20-26 kênh SDTV trên một bộ phát đáp, giảm đáng kể chi phí cho từng kênh vệ tinh. Đối với các chương trình HDTV, với dung lượng 5-6 kênh có thể giảm bớt chi phí cho việc nâng cấp từ các dịch vụ SDTV thông thường.
Một trong những cải tiến của DVB-S2 là khả năng truyền dẫn với nhiều dòng truyền tải khác nhau, với những thiết lập thông số tách biệt giữa các chương trình. Điều này giúp DVB-S2 có thể truyền kết hợp đồng thời cả các kênh SDTV và HDTV. Ví dụ, với tốc độ symbol 27,5 Mbaud sử dụng 8PSK 3/4 và QPSK 2/3, khoảng 40 Mbit/s có thể được dùng để truyền 2 chương trình HDTV và 12 Mbit/s được dùng để truyền từ 2 đến 3 chương trình SDTV. Chênh lệch giữa 2 tỷ số C/N yêu cầu khoảng 5 dB.
Hình 3.1: Cấu hình phát sóng HDTV và SDTV sử dụng VCM [9]
72 Truyền hình số mặt đất DTT (Digital Terrestrial Television) đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới. Một trong những cách phổ biến để phân phối chia sẻ các chương trình truyền hình đến các trạm phát số mặt đất là sử dụng vệ tinh.
Sử dụng DVB-S2 cho phép truyền nhiều dòng ghép kênh MPEG theo cấu hình 1 sóng mang trên 1 bộ phát đáp. Do vậy khối khuếch đại cao tần HPA trên vệ tinh có thể làm việc tại điểm làm việc bão hòa để đạt được hiệu suất cao nhất.
Ví dụ, một bộ phát đáp với băng thông 36MHz và α = 0,2 có thể truyền được tốc độ symbol 30 Mbaud, sử dụng DVB-S2. Nếu muốn truyền 2 dòng ghép kênh DTT với tốc độ bit 24 Mbit/s thì hiệu suất sử dụng phổ cần thiết là (48: 30) = 1,6 bit/s/Hz. Hiệu suất này tương ứng với điều chế QPSK. Tỷ số C/N yêu cầu vào khoảng 6 dB. Để đảm bảo chất lượng của tuyến truyền dẫn, anten của trạm phát lên có đường kính 3m (EIRP = 64 dBW) và anten của trạm mặt đất có đường kính 1,2m. Nếu thay thế DVB-S2 bằng cách sử dụng DVB- DSNG thì thiết lập hệ thống như sau: 8PSK 2/3, tốc độ symbol 13,3 Mbaud, C/N yêu cầu 9 dB đồng thời bộ phát đáp phải điều chỉnh để OBO = 5,5 dB. Do C/N yêu cầu cao hơn, EIRP của anten phát phải bằng 75 dBW và kích thước anten trạm thu không được nhỏ hơn 2 m. Như vậy, sử dụng DVB-S2 cho phép thu nhỏ kích thước anten và trạm upink rẻ hơn.
73
Hình 3.2: Phân phối chương trình đến các trạm phát truyền hình mặt đất [9]
3.2.3. Các ứng dụng lưu động DSNG sử dụng DVB-S2
Chuẩn DVB-S2 được thiết kế dành cho cả các ứng dụng lưu động DSNG. Trong lĩnh vực này, DVB-S2 cũng thể hiện rõ sự hiệu quả của mình. Ví dụ: Với một băng tần 9MHz trên bộ phát đáp vệ tinh, một xe truyền hình lưu động DVB-S2 (kích thước anten 1,2m, EIRP=61 dBW) có thể truyền được dòng dữ liệu tốc độ 19,8 Mbit/s trong điều kiện trời tốt và chuyển sang 14,85 Mbit/s khi có mưa lớn. Trong khi đó, nếu dùng DVB-DSNG thì chỉ có thể đạt được 10,7 Mbit/s. Thậm chí xét một trạm DSNG gọn nhẹ (flyaway) với đường kính anten 90cm và bộ khuếch đại HPA công suất 12 W. DVB-S2 kết hợp với ACM có thể đạt được 9,9 Mbit/s (QPSK, 2/3, roll-off 0,2) trong điều kiện tốt, 8,9 Mbit/s (QPSK 3/5) trong điều kiện bình thường và 3,68 Mbit/s (QPSK 1/4) khi trời xấu. Như vậy đã đủ để có chất lượng tốt với mã hóa MPEG-2, còn với DVB-S thì cần tăng công suất lên 5 dB nữa mới có thể đạt được tốc độ 6,1 Mbit/s.
3.2.4. Góp tin truyền hình tới Studio (TV contribution)
DVB-S2 là lý tưởng cho cả hoạt động góp tin vệ tinh điểm-điểm và điểm- đa điểm, và DSNG từ các trạm uplink có thể di chuyển. Các dịch vụ được truyền tải trong một hoặc nhiều dòng truyền tải MPEG. DVB-S2 cung cấp mã hoá và điều chế không đổi, điều chế và mã hoá thích nghi, điều chế và mã hoá thay đổi, cho phép các định dạng điều chế và các mức sửa lỗi có thể thay đổi trong giới hạn cơ sở dữ liệu trên cơ sở từng khung tiếp nối nhau. Băng thông cần thiết giảm và tính kháng nhiễu cao của DVB-S2 là đặc biệt giá trị với các ứng dụng SNG, ở đó giá thành truyền dẫn và độ tin cậy là các thông số xem xét đầu tiên.
Xét một ví dụ: Giả sử thuê 18MHz của bộ phát đáp vệ tinh để cho ba bộ DSNG, mỗi bộ dùng 6MHz. Mỗi bộ DSNG phát một kênh đơn ở tốc độ bit 6,8Mb/s, khi dùng điều chế QPSK, tỷ lệ mã FEC 7/8 và roll-off 35%. Băng
74 thông toàn phần cho mỗi kênh là 6 MHz (5,7 MHz cho video và 0,3 MHz cho thông tin audio với studio). ( ) cần thiết theo chuẩn DVB-S là 6,4 dB nhưng ở mức vừa phải ta lấy là 6,1 dB, ứng với tỷ số (C/N) là 8,176 dB. Khi nâng cấp lên DVB-S2 có thể giảm giá thành băng thông truyền dẫn ba kênh, hoặc thêm một kênh với cùng giá thành. Cụ thể: khi dùng điều chế 8PSK, 2/3 FEC và roll-off 20% với các pilot, băng thông cần thiết để truyền một kênh DVB-S2 là 4,5 MHz (4,2 MHz cho video và 0,3 MHz cho thông tin video với studio). Điều này biểu diễn tiết kiệm băng thông 25% so với 6 MHz cần thiết để truyền cùng một nội dung trong chuẩn DVB-S. Tỷ số (C/N) cần thiết là 7,92 dB, thấp hơn giá trị 8,176 dB trong DVB-S. Như vậy, bằng việc chuyển từ DVB-S sang DVB-S2 có thể tăng từ ba bộ lên bốn bộ DSNG, với giá thành không đổi. Hoặc nhà quảng bá có thể chỉ truyền nội dung cũ trên ba bộ DSNG, tiết kiệm 25% băng thông.
Giả sử mỗi bộ DSNG phát 3 giờ /lần, 60 lần/năm thì số giờ tổng cộng của ba bộ là 540 giờ.
Nếu giá thành thuê là 300USD/MHz/giờ thì với số băng thông được giảm là 4,5 MHz của ba khối cho tiết kiệm hàng năm là:
300USD/MHz/giờ x 4,5 MHz x 540 giờ = 729.000 USD.
3.2.5. Mã hóa và điều chế thích nghi cho các ứng dụng điểm-điểm
Khi sử dụng DVB-S2 cho các ứng dụng điểm-điểm (point to point), lợi thế của DVB-S2 so với DVB-S càng thể hiện rõ nhờ ứng dụng mã hóa và điều chế thích nghi ACM. ACM cho phép tăng gấp đôi hoặc thậm chí gấp ba thông lượng của hệ thống và giảm đáng kể giá thành dịch vụ. Ngoài ra, ACM giúp hạn chế gián đoạn thông tin trong điều kiện đường truyền kém vì vậy rất quan trọng với các băng tần cao (Ku, Ka) và vùng khí hậu nhiệt đới.
75
Hình 3.3: Sơđồ khối của hệ thống DVB-S2 với ứng dụng điểm-điểm [9]
Đường truyền DVB-S2 chế độ ACM bao gồm các thành phần chính như sau: Gateway ACM, bộ điều chế DVB-S2, trạm phát lên vệ tinh, vệ tinh và trạm thu vệ tinh. Trạm thu (ST-Satellite terminal) được kết nối với cổng ACM thông qua một kênh phản hồi. Bộ điều chế DVB-S2 làm việc với tốc độ symbol không đổi, vì băng thông trên bộ phát đáp của vệ tinh là cố định. Tuy nhiên, nhờ cấu trúc khung vật lý của DVB-S2, bộ điều chế có thể thay đổi phương pháp điều chế và mã hóa trên từng khung một. Nhờ áp dụng cơ chế thích nghi này mà DVB-S2 có thể duy trì được dịch vụ ngay cả trong điều kiện đường truyền xấu (mưa, bão…) bằng cách tăng thêm các bit mã sửa sai, hoặc lựa chọn phương pháp điều chế chống nhiễu tốt hơn.
Cơ chế làm việc của DVB-S2 theo chế độ mã hóa & điều chế thích nghi như sau:
- Mỗi trạm thu sẽ xác định trạng thái hiện thời của kênh truyền (bằng tỷ số sóng mang trên nhiễu + tạp âm C/N+I) và thông báo đến cổng ACM thông qua kênh phản hồi.
- Cổng ACM sẽ dựa trên bản tin thông báo này để lựa chọn cấu hình mã hóa cho các gói bản tin.
76 - Để tránh hiện tượng tràn thông tin trong điều kiện xấu, một cơ chế
điều khiển tốc độ bit sẽ được thiết lập để quy định lưu lượng trong điều kiện cụ thể. Điều này có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau, phụ thuộc vào yêu cầu của dịch vụ hoặc cấu trúc của hệ thống. Để có thể hoạt động hiệu quả thì độ trễ phản ứng của vòng lặp điều khiển đối với trạng thái của kênh là rất quan trọng, vì điều này ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng thích ứng của hệ thống. Ví dụ, độ biến thiên C/N+I tối đa của băng Ka là 0,5 dB 1 giây trong khi có mưa lớn. Do chênh lệch C/N giữa 2 mức bảo vệ khác nhau của DVB-S2 khoảng 1 dB nên độ trễ thích nghi cần nhỏ hơn 1 giây để giảm thiểu khả năng mất mát dữ liệu.
3.2.6. Dịch vụ IP unicast
Hình 3.4: Dịchvụ IP dùng DVB-S2 liên kết ACM
Hình 3.4 là sơ đồ trao đổi thông tin (thông tin yêu cầu và thông tin đáp ứng) giữa người dùng internet qua vệ tinh (ST-Satellite Terminal), Gateway vệ tinh (Satellite Gateway) và nhà cung cấp dịch vụ (Info Service Provider) trong một phiên sử dụng Internet dùng hệ thống ACM DVB-S2.
Hệ thống IP unicast dùng DVB-S2 phải áp dụng sửa lỗi đối với mỗi người dùng (user), trong khi đó số user có thể rất lớn (ví dụ có thể đến vài trăm ngàn). Theo sự ‘thương lượng” giữa ST và thiết bị quản lí định tuyến ACM (ACM
77 Router Manager) mà mỗi ACM router về nguyên tắc có thể tách rời gói IP cho mỗi user, ở mỗi mức yêu cầu bảo vệ lỗi và dịch vụ khác nhau.