Tín hiệu truyền đi được tổ chức thành các khung (Frame). Cứ 4 khung liên tiếp tạo thành một siêu khung. Lý do việc tạo ra các khung là để phục vụ
tổ chức mang thông tin tham số bên phát (bằng các sóng mang báo hiệu tham số bên phát - Transmission Parameter Signalling – TPS carriers). Lý do của việc hình thành các siêu khung là để chèn vừa đủ một số nguyên lần gói mã sửa sai Reed-Solomon 204 byte trong dòng truyền tải MPEG-2 cho dù ta chọn bất kỳ cấu hình tham số phát, điều này tránh việc phải chèn thêm các gói đệm không cần thiết. Mỗi khung chứa 68 symbol OFDM trong miền thời gian (được đánh dấu từ 0 đến 67). Mỗi symbol này chứa hàng ngàn sóng mang (6817 sóng mang với chế độ 8K, và 1705 sóng mang với chế độ 2K) nằm dày đặc trong dải thông 8 MHz (Việt Nam chọn dải thông 8MHz, có nước chọn 7MHz). Hình 3.5 biểu diễn phân bố sóng mang của DVB-T theo thời gian và tần số.
Hình 3.5: Phân bố sóng mang của DVB-T (chưa chèn khoảng bảo vệ)
Như vậy trong một symbol OFDM sẽ chứa:
- Các sóng mang dữ liệu (video, audio, ...) được điều chế M-QAM. Số lượng các sóng mang dữ liệu này chỉ có 6048 với 8K, và 1512 với 2K.
- Các pilot (sóng mang) liên tục: bao gồm 177 pilot với 8K, và 45 pilot với 2K. Các pilot này có vị trí cố định trong dải tần 8MHz và cố định trong biểu đồ chòm sao để đầu thu sửa lỗi tần số, tự động điều chỉnh tần số (AFC) sửa lỗi pha.
- Các pilot (sóng mang) rời rạc (phân tán): bao gồm 524 pilot với 8K, và 131 pilot với 2K có vị trí cố định trong biểu đồ chòm sao. Chúng không có vị trí cố định trong miền tần số, nhưng được trải đều trong dải thông 8MHz. Bên máy thu khi nhận được các thông tin từ các pilot này sẽ tự động điều chỉnh để đạt được "đáp ứng kênh" tốt nhất và thực hiện việc hiệu chỉnh (nếu cần).
- Khác với sóng mang các chương trình, các pilot không điều chế QAM, mà chỉ điều chế BPSK với mức công suất lớn hơn 2,5 dB so với các sóng mang khác. Hình 3.6 biểu diễn phân bố sóng mang pilot rời rạc và liên tục với mức công suất lớn hơn các sóng mang dữ liệu 2,5 dB.
Hình 3.6. Phân bố các pilot của DVB-T
- Các sóng mang thông số phát TPS (Transmission Parameter Signalling) chứa nhóm thông số phát được điều chế BPSK vì thế trên biểu đồ chòm sao, chúng nằm trên trục thực. Sóng mang TPS bao gồm 68 sóng mang trong chế độ 8K và 17 sóng mang trong chế độ 2K. Các sóng mang TPS này không những có vị trí cố định trên biểu đồ chòm sao, mà còn hoàn toàn cố định ở các vị trí xác định trong dải tần 8MHz. Hình 3.7 biểu diễn vị trí các pilot và sóng mang TPS được điều chế BPSK.
Hình 3.7. Phân bố các pilot của DVB-T trên biểu đồ chòm sao 3.5.5. Chèn khoảng thời gian bảo vệ
Trong thực tế khi khoảng tổ hợp thu được trải dài theo 2 symbol thì không chỉ có nhiễu giữa các symbol (ISI) mà còn cả nhiễu tương hỗ giữa các sóng mang (ICI). Để tránh điều này người ta chèn thêm khoảng bảo vệ (Guard Interval duration) Tg trước mỗi symbolđể đảm bảo các thông tin là đến từ cùng một symbol và xuất hiện cố định.
Hình 3.8. Phân bố sóng mang khi chèn thêm khoảng thời gian bảo vệ
Mỗi khoảng symbol được kéo dài thêm vì thế nó sẽ vượt quá khoảng tổ hợp của máy thu TU. Như vậy đoạn thêm vào tại phần đầu của symbol để tạo nên khoảng bảo vệ sẽ giống với đoạn có cùng độ dài tại cuối symbol. Miễn là
trễ không vượt quá đoạn bảo vệ, tất cả thành phần tín hiệu trong khoảng tổ hợp sẽ đến từ cùng một symbol và tiêu chuẩn trực giao được thoả mãn. ICI và ISI chỉ xảy ra khi trễ vượt quá khoảng bảo vệ.
Độ dài khoảng bảo vệ được lựa chọn sao cho phù hợp với mức độ thu đa đường(multi path) của máy thu. Việc chèn khoảng thời gian bảo vệ được thực hiện tại phía phát. Khoảng thời gian bảo vệ Tg có các giá trị khác nhau theo quy định của DVB [1]: 1/4TU, 1/8TU, 1/16TU và 1/32TU.
Hình 3.9. Các tia sóng đến trong khoảng thời gian bảo vệ
Khi chênh lệch thời gian của các tia sóng đến đầu thu không vượt quá khoảng thời gian bảo vệ Tg, thì máy thu hoàn toàn khắc phục tốt hiện tượng phản xạ (xem hình 3.9). Thực chất, khoảng thời gian bảo vệ Tg là khoảng thời gian trống không mang thông tin hữu ích, vì vậy, cùng chế độ phát, Tg càng lớn, thông tin hữu ích sẽ càng ít, số lượng chương trình sẽ giảm. Nhưng Tg càng lớn khả năng khắc phục các tia sóng phản xạ từ xa đến càng hiệu quả. Với sử dụng kỹ thuật ghép đa tần trực giao và với thông số khoảng thời gian bảo vệ này tạo tiền đề cho việc thiết lậpmạng đơn tần DVB-T. Các máy phát
thuộc mạng đơn tần đều phát cùng một kênh sóng, rất thuận lợi cho quy hoạch và tiết kiệm tài nguyên tần số
3.5.6. Tổng vận tốc dòng dữ liệu của máy phát số DVB-T
Thông thường, thông tin trên một kênh cao tần 8MHz của máy phát DVB-T phụ thuộc vào tổng vận tốc dòng dữ liệu mà nó có khả năng truyền tải và có thể thấy các tham số phát như kiểu điều chế (modulation), tỷ lệ mã sửa sai (code rate) và khoảng thời gian bảo vệ (Guard interval) sẽ quyết định khả năng này. Bảng 3.1 thống kê tổng vận tốc dòng dữ liệu máy phát DVB-T có thể truyền tải từ 4,98 Mbit/s đến 31,67 Mbit/s trên một kênh cao tần 8MHz với các nhóm thông số phát khác nhau.
Bảng 3.1. Tổng vận tốc dòng dữ liệu
Máy phát số DVB-T còn một tham số nữa là chế độ phát 2K hoặc 8K. Chế độ phát 2K sử dụng 1705 sóng mang, trong đó có 1512 sóng mang dữ liệu và 193 sóng mang tham số phát và các pilots. Chế độ phát 8K sử dụng 6817 sóng mang, trong đó có 6048 sóng mang dữ liệu và 769 sóng mang tham số phát và các pilot. Trong chế độ 8K số lượng sóng mang dữ liệu gấp 4 lần trong chế độ 2K nhưng thời gian để truyền hết số lượng sóng mang này cũng gấp 4 lần nên tổng vận tốc dòng dữ liệu cũng bằng chế độ 2K.
CHƯƠNG 4
LỚP LIÊN KẾT DỮ LIỆU CỦA DVB-H
4.1. Mục đích, yêu cầu
Các nhà nghiên cứu của DVB xác định rằng tiêu chuẩn DVB-T đáp ứng phần lớn các yêu cầu thương mại đã đề ra cho việc kết hợp mạng truyền hình số mặt đất với mạng điện thoại di động. DVB-T có cả một phạm vi rất rộng các thông số để lựa chọn và sự lựa chọn này cũng rất linh hoạt, mềm dẻo (flexible). Tuy nhiên DVB-T có những hạn chế rất nghiêm trọng trong sử dụng trên, cụ thể: nó không thể dung hòa giữa việc thiết bị Handheld có thể tiêu thụ công suất nhỏ hơn 100 mW (hình 1) với các chỉ tiêu khác như: tốc độ dữ liệu đạt tới 15 Mb/s, hoạt động trong mạng đơn tần diện rộng, thu ở tốc độ di động cao chỉ với một anten và chuyển vùng (handover) bằng một thiết bị cuối đơn.
4.2. Các giải pháp
4.2.1. Cơ chế lát cắt thời gian Time-slicing
Các dịch vụ được dùng trong thiết bị di động yêu cầu tốc độ bit khá thấp.Tốc độ bit của dòng video sử dụng kỹ thuật nén tiên tiến như MPEG-4 khoảng vài trăm Kb/s, thực tế là 384Kb/s. Một vài dịch vụ khác chẳng hạn như tải file yêu cầu tốc độ bít cao hơn.
Hệ thống truyền dẫn DVB cung cấp tốc độ bit khoảng 10Mb/s hoặc hơn. Điều này cho phép giảm công suất tiêu thụ của thiết bị thu DVB bằng cách sử dụng cơ chế dựa trên ghép kênh theo thời gian (TDM) gọi là cắt lát thời gian– Time-slicing .
Time-slicing luôn được sử dụng trong DVB–H như một bộ phận chính của tiêu chuẩn này. Mục đích của Time-slicing là giảm công suất tiêu thụ trung bình của thiết bị thu và cho phép chuyển vùng trơn tru, không ngắt quãng. Time–slicing bao gồm việc gửi dữ liệu dưới dạng các burst nhờ dùng tốc độ dữ liệu tức thời cao hơn đáng kể so với tốc độ bit cần thiết nếu dữ liệu được phát khi dùng các cơ cấu streaming truyền thống.
Để đạt được hiệu quả tiết kiệm công suất, tốc độ burst phải lớn hơn ít nhất 10 lần tốc độ dữ liệu hằng số của dịch vụ. Trong trường hợp dòng dịch vụ có tốc độ 350 Kb/s yêu cầu tốc độ burst khoảng 4Mb/s.
Để báo cho máy thu biết khi nào burst tiếp theo (delta – t) sẽ tới, thời gian để bắt đầu burst tiếp theo được hiển thị trong phạm vi burst. Dòng dữ liệu sơ cấp không được truyền trong thời gian giữa các burst, cho phép các dòng sơ cấp khác dùng băng thông cho các dịch vụ khác. Time-slicing cho phép máy thu chỉ hoạt động trong phần thời gian cần thiết để thu các burst dịch vụ. Lưu ý rằng máy phát vẫn hoạt động liên tục, có nghĩa là việc truyền dòng truyền tải không bị ngắt quãng.
Time-slicing cũng hỗ trợ khả năng dùng máy thu để phát hiện các tế bào (cell) bên cạnh trong thời gian off – time (giữa các burst). Bằng việc chuyển mạch việc thu từ một dòng truyền tải sang một dòng truyền khác trong thời gian ngắt có thể thực hiện quyết định chuyển vùng gần tối ưu, trơn tru, không ngắt quãng.
Hình 4.2 minh họa Time-slicing . Ta thấy có các dịch vụ dùng Time- slicing (dịch vụ 2, 3, 4) nhưng cũng có dịch vụ không dùng Time-slicing , gọi là not Time-slicing , ví dụ dịch vụ 1 (truyền dòng truyền MPEG-2 TS hoặc dòng truyền được mã hóa theo chuẩn nào đó, cho phép handover trơn tru). Theo các chuyên gia, việc dùng Time-slicing cho phép máy thu tiết kiệm năng lượng tới 90%. Cần lưu ý rằng độ dài off time phụ thuộc vào dạng dịch vụ và tốc độ burst được sử dụng.
Hình 4.2 Cấu trúc Time-slicing DVB-H
• Cơ chế Time-slicing hỗ trợ chuyển giao mạng:
Trong mạng DVB-T bình thường, một thiết bị đơn chỉ có thể chuyển giao mạng mềm khi có 2 đầu cuối (hộp kênh và giải điều chế). Cơ chế Time- slicing tạo một hiệu quả vượt quá mong đợi, có khả năng sử dụng cùng một
bộ thu để giám sát các cell liền kề xung quanh ngay cả trong thời gian tắt (off- time). Ngoài ra để giảm công suất tiêu thụ, cơ chế cắt lát thời gian còn cung cấp các dịch vụ liền kề nhau khi chuyển giao mạng giữa các máy phát (hình 4.3).
Hình 4.3 Time-slicing hỗ trợ chuyển giao mạng
Máy thu có thể quét (scan) các kênh RF khác trong khi vẫn duy trì dịch vụ hiện tại cho người sử dụng (service A tại cell F1) và chuyển tới một cell mới cung cấp cùng một dịch vụ với mức tín hiệu tốt hơn.
4.2.2. MPE-FEC
Việc dùng MPE–FEC (Multiprotocol Encasulation – Forward Error Correction) là một tùy chọn trong tiêu chuẩn DVB –H. Mục đích của MPE– FEC là cải thiện chỉ tiêu kỹ thuật C/N và Doppler trong kênh di động và dung sai đối với nhiễu xung. Điều này được thực hiện bằng việc đưa vào mức sửa lỗi bổ sung ở lớp MPE. Bằng việc bổ sung thông tin kiểm soát lỗi (parity information) vào datagram và gửi dữ liệu bổ sung này trong các section MPE–FEC riêng biệt, sau khi giải mã MPE–FEC ta sẽ có các datagram hầu như không lỗi dù rằng điều kiện thu có thể rất xấu.
Do dùng MPE–FEC một phần thông lượng kênh sẽ được phân cho parity overhead. Đối với một tập các thông số truyền dẫn đã cho, cung cấp 25% của parity overhead, MPE–FEC có thể yêu cầu cùng một giá trị C/N như đối với máy thu có dùng anten phân tập (hai anten thu). Overhead MPE–FEC có thể được bù hoàn toàn bằng việc chọn tỷ lệ mã truyền dẫn yếu hơn một chút, trong khi vẫn cung cấp chỉ tiêu kỹ thuật tốt hơn nhiều DVB –T (không có MPE – FEC) với cùng một khả năng. Sơ đồ MPE–FEC này cho phép thu DVB –T bằng anten đơn di chuyển tốc độ cao, dùng tín hiệu 8k/16-QAM hoặc thậm chí 8k/64-QAM. Ngoài ra MPE–FEC làm cho tín hiệu miễn nhiễm tốt với nhiễu xung.
Hình 4.4 chỉ ra những hiệu quả mà MPE-FEC mang lại cho hệ thống DVB-H. Tần số Doppler cho trên trục hoành và trục tung chỉ thị tỷ số C/N yêu cầu để đạt đến chất lượng dịch vụ (QoS). Đường cong màu xanh cho biết quá trình thử nghiệm không sử dụng MPE-FEC và đường cong màu đỏ ứng với quá thử nghiệm có sử dụng MPE-FEC với tỷ lệ mã sửa sai là 3/4.
Hình 4.4 Tỉ số C/N yêu cầu khi không sử dụng và có sử dụng MPE-FEC
Khi sử dụng MPE-FEC thì yêu cầu C/N của máy thu thấp hơn khi không sử dụng từ 2-6dB mà vẫn đảm bảo QoS. Nhìn trên đồ thị chúng ta thấy đường
cong C/N thẳng đứng tại tần số Doppler 120Hz. Kết quả này giúp đơn giản hoá việc quy hoạch mạng với các nhà quảng bá (tính toán khoảng cách giữa các máy phát trong mạng).
4.3. Thực hiện cơ chế Time-slicing
Với lớp liên kết thì cắt lát thời gian có thể thực hiện trên MPE (Delta-t phân phát cùng với phần MPE) hay trên dòng truyền IP (delta-t phân phát cùng với gói truyền dẫn).
Cắt lát thời gian có thể thực hiện trên MPE với các lý do sau:
- Thiết bị nhận thực hiện đơn giản, hiệu quả. Có thể thực hiện trên các phần cứng hiện có, sử lý các tham số thời gian thực bằng phần mềm.
- Hệ thống mạng thực hiện đơn giản và hiệu quả. Tất cả các chức năng có thể thực hiện cùng với bộ đóng gói IP.
- Việc phân phát các tham số thời gian thực không có tác động trên bitrate. Các tham số này có thể phân phát cùng với trường địa chỉ MAC. Đặc tính của MPE hiện thời chỉ rõ thuật toán để cho phép một phần của trường địa chỉ MAC cho việc sử dụng khác. Độ dài tối thiểu của trường địa chỉ MAC là 1 byte và cho phép lên đến 5 byte để sử dụng cho các tham số thời gian thực. Trong trường hợp của cắt lát thời gian thì chức năng lọc sẽ sử dụng địa chỉ MAC hay địa chỉ IP.
4.3.1. Thuật toán Delta-t.
Điểm cơ bản của thuật toán Delta-t là khoảng thời gian từ điểm bắt đầu của MPE hiện thời nhận được tới điểm bắt đầu của cụm (burst) tiếp sau. Để giữ khoảng thời gian Delta-t trễ một khoảng không đổi với đường truyền thì thông tin khoảng thời gian Delta-t là có liên quan (ví dụ như cụm (burst) tiếp sau với dòng thành phần bắt đầu sau 5500ms từ thời gian hiện tại ).
Việc phân phát Delta-t trong các phần MPE được di chuyển cần thiết với các xung nhịp đồng bộ giữa phần phát và phần thu. Điều này là sự linh hoạt cao từ các tham số như: Kích thước cụm (burst), độ dài cụm (burst), tốc độ bit cụm (burst) và thời gian Off có thể thay đổi giữa các dòng thành phần cũng như là giữa các cụm (burst) cùng với dòng thành phần. Thiết bị nhận thu được chính xác một khoảng thời gian Off do xung nhịp được đặt lại sau mỗi cụm (burst).
Tiêu đề của MPE thì trường byte thứ 6 dùng cho địa chỉ MAC. Độ dài của trường địa chỉ MAC được báo hiệu trong bộ mô tả quảng bá dữ liệu chèn trong SDT hay EIT. Độ dài địa chỉ MAC tối thiểu là 1 byte và có thể lên đến 5 byte cho mục đích khác. 4 trong 5 byte này được dùng cho phân phát lát thời gian và các tham số MPE–FEC trong thời gian thực. Điều này có một thuận lợi là không cần yêu cầu thêm bitrate cho việc phân phát các tham số này. Việc truyền 5 byte là bắt buộc mà không quan tâm đến chúng được sử dụng cho địa chỉ MAC hay không.
Trong trường hợp dòng IP là multicast địa chỉ MAC thực tế là dữ liệu thừa do địa chỉ MAC là chức năng của nhóm địa chỉ IP multicast. Đối với tất cả các dòng IP thì tiêu đề đơn vị dữ liệu IP theo sau phần tiêu đề MPE bao