4.4.1. Giới thiệu vắn tắt về DAB:
Dịch vụ DAB ra ựời vào năm 1987 với hình thức là dự án Eureka 147.Chuẩn cho dịch vụ DAB ựược chấp nhận là một tiêu chuẩn của châu Âu vào năm 1993 và như một tiêu chuẩn ITU-R năm 1994. DAB dự tắnh sử dụng ở dải tần số VHF, UHF, L- band và S-band.
Các dịch vụ DAB ựược sắp xếp như các sóng mang. Mỗi sóng mang là dòng ghép của âm thanh và dữ liệu và chiêm khoảng chừng 1,55Mhz sau khi ựiều chế OFDM.Mỗi sóng mang có thể mang 1,5Mbps dữ liệu dựa trên thông số ựã chọn của ựiều chế OFDM. Ở một khoảng tần cung cấp,tiêu biểu như khe quảng bá 6Mhz có thể chứa 3 sóng mang ựộc lập.Với băng thông này 1,5Mbps ựủ cung cấp 5 kênh chương trình chất lượng CD với tốc ựộ 256kbps mỗi kênh.Các tiêu chuẩn DAB sử dụng mã hóa MPEG-2 Layer 2 MUSICAM. Dần dần, DAB ựã ựược công nhận là một dịch vụ tốt, công nghệ truyền OFDM và mạng ựơn tần (SFN) ựược cung cấp trên diện rộng. Dịch vụ có thể thu trong một vùng phủ sóng rộng, cả khi ựi ôtô hay cầm tay.
4.4.2. Cấu trúc DAB thay ựổi như thế nào cho phù hợp với dịch vụ DMB:
Cấu trúc khung DAB bao gồm các dịch vụ âm thanh ghép lại với nhau,mang theo bit tỉ lệ (bit rate)-hay còn gọi là Ộstream modeỢ. Khung ựược tạo ra bởi thiết bị ghép sóng mang-thiết bị tập hợp các dịch vụ âm thanh khác nhau, chỉ ựịnh một Ộbit rateỢ cố ựịnh cho mỗi dịch vụ và cung cấp thông tin cho quá trình ghép trong phần ựầu khung,phần mang thông tin ựồng bộ. Khung có thể mang dữ liệu (data) từ một hoặc nhiều nguồn, trong trường hợp tốc ựộ chuyển ựộng của dữ liệu có thể thay ựổi ta ựưa qua gói chuyển mạch.
Hình 4.5: Cấu trúc khung của DAB
Trong sự sắp xếp của chuẩn DAB,băng thông ựược chia cho kênh âm thanh stereo là khá rộng. VD: 256 kbps cho MUSICAM. điều này giúp ta nhận ra một cơ hội cho việc thay thế kênh âm thanh bằng các kênh ựa phương tiện (video và audio) sử dụng mã hóa với hiệu quả cao như MPEG-4 hay H.264 cho video và AAC-HE hay AAC+ cho audio. Chắnh ựiều này ựã làm biến ựổi tiêu chuẩn DAB sang tiêu chuẩn DMB. Trong DMB, phần ựa phương tiện trong băng thông ựang ựược sử dụng cần ựược thêm vào một lớp bổ sung của mã hóa và chèn xoắn-ựể mang ựến khả năng sửa lỗi tốt hơn, ựiều này rất cần thiết cho môi trường di ựộng. Thiết bị ghép sóng mang của
DAB không thể mang các chương trình thông tin như PAT (Program Association Table) -cần nhận dạng tất cả các dòng video, audio, data kết hợp với một chương trình cụ thể. điều này ựược giải quyết bằng cách sử dụng dòng truyền tải MPEG-2 (MPEG- 2 TS), nó sẽ truyền cấu trúc khung như một ống dẫn từ kênh chương trình vào mang mang dòng truyền dẫn MPEG-2, những dòng chứa nhiều chương trong thiết bị ghép. Do ựó tiêu chuẩn DMB phát triển từ DAB bằng cách ựể thiết bị ghép sóng trình ựược mã hóa MPEG-4 hay các giao thức khác.
Hình 4.6: Sự phát triển của dịch vụ DMB trên nền cấu trúc khung DAB
Việc sử dụng dòng truyền dẫn MPEG-2 cũng có nghĩa rằng trình ựộ truy nhập quảng bá phụ thuộc vào tác ựộng của sự cải biến nhỏ.
Cấu trúc khung ựược hoàn thành chỉ khác ở sự bổ sung mã Reed-Solomon (RS) và sự chèn xoắn, ựược tác ựộng cửa dòng truyền tải MPEG-2 ựã hoàn thành cấu trúc DMB hoạt ựộng như hiện nay. DMB sử dụng mã RS (204,188) và mã xoắn ựể bổ sung bảo vệ khỏi bị lỗi.Các lỗi méo, biến dạng ựược hình thành trong dòng ựa phương tiện do sự suy giảm khi truyền lan trong môi trường di ựộng. Hình 4-7 biểu diễn hệ thống DMB hiển thị rõ cấu trúc DMB trên nền hệ thống DAB Eureka 147. DMB sử dụng thay thế lớp MPEG-2 SL cho ựồng bộ và BIFS cho dữ liệu data thêm vào.
Hình 4.7: Hệ thống DMB
Sóng mang trong DMB tiếp tục mang các chức năng như trong DAB và phần thêm vào mỗi dịch vụ trong một sóng mang ựó là bảo vệ lỗi. Toàn bộ công việc bảo vệ lỗi ựược mở rộng với FEC từ 200-300%.
4.4.3. đặc ựiểm nổi bật của tiêu chuẩn T-DMB:
Bảng 4.1: Các ựặc ựiểm nổi bật của T-DMB
Hình 4.9: Các phân ựoạn truyền tải truyền hình di ựộng T-DMB 4.5. Mã hóa và ghép kênh T-DMB:
Những dòng dữ liệu của các dịch vụ của các dịch vụ khác nhau không thắch hợp cho truyền dẫn theo khuôn dạng hiện tại, mà trước hết phải biến ựổi thắch ứng với những tắnh chất ựặc biệt của kênh vô tuyến, quá trình ựó ựược gọi là mã hóa kênh. Tiếp theo các dòng dữ liệu ựã mã hóa của các dịch vụ khác nhau phải ựược ghép vào một dòng truyền tải chung trước khi truyền ựi. Hình sau ựưa ra tổng quan về kết quả luồng truyền dẫn DAB/DMB.
Hình 4.10: Chuỗi truyền dẫn DAB/DMB
Hình 4.11: Các thiết bị cho truyền hình di ựộng T-DMB 4.5.1. Mã hóa kênh T-DMB:
Mục tiêu của mã hóa kênh nhằm ựể chuẩn bị các dòng dữ liệu sao cho với những lỗi xảy ra trong suốt quá trình truyền, các máy thu chắc chắn có thể phát hiện ra và chuẩn hóa lại ựược. Công việc này ựược hoàn thành thông qua tắnh toán dữ liệu dự phòng từ các dòng dữ liệu. Trong khi mã hóa nguồn hướng tới loại bỏ các dữ liệu dư
thừa thì mã hóa kênh làm tăng tổng dung lượng dữ liệu ựể sự truyền dẫn ựáng tin cậy hơn và cải thiện chất lượng dịch vụ.
4.5.1.1 Mã hóa xoắn và ựan xen thời gian:
Các dòng dữ liệu của tất cả các dịch vụ ựược mã hóa bởi một phương pháp gọi là mã hóa xoắn (convolutional coding). Nó lấy ra n bits từ luồng dữ liệu vào liên tục và sắp xếp chúng thành m bits tại dòng dữ liệu ra (m>n). Quá trình tạo ra các bit ựầu ra ựược thực hiện bằng cách kết hợp (quấn) ựầu ra các thanh ghi dịch tuyến tắnh.
Hình 4.12: Mã hóa xoắn và giải xoắn
Sau ựó tại máy, chúng ựược chuẩn hóa lại các lỗi truyền dẫn nhờ giải mã dòng dữ liệu vào bằng bộ giải mã Viterbi. Tỷ lệ giữa số bits ựầu vào và số bits ựầu ra gọi là tỷ lệ (tốc ựộ) mã R=n/m. Tỷ lệ mã càng thấp có nghĩa là xác suất của những lỗi ựược sửa chữa càng cao nhưng tốc ựộ dữ liệu thực ựạt ựược tại kênh vô tuyến càng thấp. Bởi vậy, những chuẩn của DAB/DMB hướng tới cố ựịnh tỷ lệ mã hợp lý theo các mức nhiễu dự kiến. Các mức nhiễu này phụ thuộc vào môi trường máy phát hoạt ựộng.
Bộ giải mã Viterbi rất hữu dụng và tin cậy ựể phát hiện và hiệu chỉnh các lỗi bit ựơn. Nhưng tiếc rằng, mỗi một truyền dẫn vô tuyến lại chịu ựựng sự xuất hiện của chùm lỗi,mà ựặc trưng của nó là một số lớn lỗi bits liên tiếp. Bởi vì không thể chuẩn hóa ựược những lỗi chùm như vậy, nên các bits ựầu ra ựược tạo ra bởi bộ mã xoắn phải ựược trộn trong bước kế tiếp,quá trình này ựược gọi là chèn thời gian (time
interleaving). Theo cách này ,dòng dữ liệu ựược chia nhỏ thành các từ mã có ựộ dài cố ựịnh và các bits liên tiếp của một từ mã ựược trao ựổi với các bits của từ mã trước và sau theo một giải thuật nhất ựịnh.
Ta có thể tham khảo hình dưới ựây là cấu trúc tại ựầu thu DAB:
Hình 4.13: Sơ ựồ khối ựầu thu DAB
Tại ựầu thu,trình tự bit gốc ựược lắp ghép lại bởi quá trình tách (de-interleaving :giải chèn). Bởi vậy những lỗi chùm trong suốt quá trình truyền dẫn ựược phân bổ thành một vài từ mã ,nhờ ựiều ựó chúng ựược chia nhỏ thành những lỗi bits ựơn và có thể sửa lỗi ựược bởi bộ giải mã Viterbi.
Một hạn chế của việc xen thời gian là sự trải rộng các bits liên tiếp trên một số từ mã và nó sẽ gây ra trễ bởi vì máy thu không thể xử lý trước khi nhận ựược tất cả các bits cần thiết ựể khôi phục lại trình tự gốc của từ mã gốc ựã nhận ựược. độ trễ này nằm trong phạm vi khoảng vài tram mili-giây (ms),nó không phải là vấn ựề nghiêm trọng cho ựa số các dịch vụ DAB/DMB, nhưng có thể là quá lớn ựối với truyền dẫn thông tin ựiều khiển Ộnhạy cảm với thời gianỢ (cũng như một số các dịch vụ dữ liệu). Do ựó, dữ liệu nhạy với thời gian như vậy ựược truyền tải trên kênh thông tin nhanh (FIC), kênh FIC không áp dụng chèn thời gian nhưng bù lại kênh này phải chịu một mã hóa xoắn vững chắc hơn các kênh khác.
4.5.1.2. Mã hóa khối cho dịch vụ video DMB:
Khác với các dịch vụ khác cũng ựược truyền tải trên hệ thông DAB, các dòng dịch vụ gốc từ dịch vụ video DMB, một phương pháp sửa lỗi bổ sung ựược chỉ ựịnh trong tiêu chuẩn ựể có thể phục vụ người xem di chuyển với tốc ựộ cao lên tới 200km/h với chất lượng dịch vụ chấp nhận ựược. Phương pháp này gọi là mã hóa khối-block coding, ựược thực hiện trước khi mã hóa xoắn tại trạm phát và thực hiện sau khi giải mã xoắn tại ựầu thu tương ứng, và ựược hiểu dưới thuật ngữ outer coding (mã hóa bên ngoài).
Hình 4.14: Mã hóa ngoài và chèn xoắn
Trái ngược với mã hóa xoắn, ựược thực hiện trên một dòng dữ liệu liên tục, dòng dữ liệu từ ghép MPEG-2 ựược chia nhỏ thành các khối có ựộ dài 187 byte.
Hình 4.15: Gói dữ liệu ựầu vào
đối với mỗi khối, một mã Reed-Solomon ựược tạo ra, mã này ựược gán vào một khối tương ứng một từ tắnh chẵn lẻ có ựộ dài 16 byte.
Phương pháp này cho phép sửa lỗi lên tới 8 bytes lỗi trên một khối, Tại bước tiếp theo,những khối liên tiếp và những từ tắnh toán chẵn lẻ liên quan phải trải qua quá trình chèn khác ựể giảm bớt xác suất lỗi chùm,
4.5.2. Ghép kênh T-DMB:
Tại bước tiếp theo, các dòng dữ liệu ựã chèn thời gian từ một số dịch vụ ựược hợp nhất vào trong một dòng truyền tải chung, dòng này ựược xem như là dòng ghép nói chung và dòng tổng cộng nói chung cho trường hợp DAB/DMB.
Bộ ghép kênh sắp xếp theo cấu trúc khung ựược mô tả như hình sau: Khung truyền dẫn
Không ựan xen
thời gian đan xen thời gian
Kênh ựồng bộ
Kênh thông tin
nhanh (FIC) Kênh dịch vụ chắnh (MSC)
Kênh con 1 Kênh con 2 Kênh con 3 Kênh con 4 Kênh con 5 Kênh con 6 Kênh con 7 Kênh con 8
Video Âm Video Âm Video Âm Video Âm thanh thanh thanh thanh
Chương trình Chương trình Chương trình Chương trình truyền hình di truyền hình di truyền hình di truyền hình ựộng 1 ựộng 2 ựộng 3 di ựộng 4
Hình 4.17 Cấu trúc khung truyền dẫn DAB/DMB
Một khung truyền dẫn ựược chia thành 3 trường mang dữ liệu: kênh ựồng bộ, kênh thông tin nhanh (FIC), kênh dịch vụ chắnh (MSC).
Kênh ựồng bộ chuyển giao ựược mẫu bit cố ựịnh, ựã ựược tiêu chuẩn hóa.Các mẫu bit này ựánh dấu sự bắt ựầu của một khung và ựược sử dụng cho cả máy thu ựể ựồng bộ với máy phát.
Kênh thông tin nhanh chủ yếu mang thông tin cấu hình ghép kênh (MCI- Multiplex Chanel Information), thông tin chỉ thị cấu trúc và tổ chức tổng thể. Bởi vì ựây là các thông tin nhạy cảm về thời gian, nên kênh không áp dụng xen thời gian như ựã ựược nói trong phần mã hóa kênh.
Kênh dịch vụ chắnh mang thông tin người dùng của các dịch vụ DAB/DMB khác nhau và ựược chia thành một số kênh con. Một kênh con mang duy nhất dòng dữ liệu của một dịch vụ (vắ dụ như dịch vụ truyền thanh DAB), có nghĩa là các dòng dữ liệu ghép của cùng một hoặc nhiều dịch vụ khác nhau không ựược truyền trên những kênh con này. Kắch thước của các trường có thể ựược lựa chọn phụ thuộc vào yêu cầu tốc ựộ dữ liệu tương ứng với dịch vụ. Máy thu có thể có ựược sự ấn ựịnh giữa các dịch vụ và các kênh con liên quan từ thông tin cấu hình ghép kênh.
Hình 4.18: Tổng quát ghép kênh của DAB
Toàn bộ quá trình ghép kênh ựược ựiều phối bởi một bộ ựiều khiển ghép.Những dòng dữ liệu ựộc lập ựược hợp nhất vào một bộ ghép MSC. Sau ựó dòng dữ liệu MSC ựược ghép vào kênh truyền tải cùng với dữ liệu của kênh thông tin nhanh.Bộ ựiều khiển ghép kênh cũng ựịnh cấu hình mã hóa xoắn. Quá trình này diễn ra riêng biệt với mỗi dòng dữ liệu ựể lựa chọn riêng rẽ một tỷ lệ mã thắch hợp.
Hình 4.19: Mã hóa xoắn trong ghép kênh
Vị trắ của một kênh con trong khung truyền dẫn ựược chỉ thị tới máy thu thông qua thông tin cấu hình ghép kênh. Như vậy, máy thu chỉ cần thu và giải mã các dòng dữ liệu thuộc về các dịch vụ thực sự mà nó ựược sử dụng. Trong suốt thời gian nhận các kênh con khác, máy thu có thể giải kắch hoạt (không kắch hoạt), ựể giảm bớt tiêu thụ ựiện năng. Chẳng hạn, nếu như truyền tổng thể 4 chương trình truyền hình di ựộng, người xem có thể chỉ xem 1 chương trình thì máy thu có thể tắt ớ thời gian. Kỹ thuật này ựược biết dưới thuật ngữ time clicing (cắt thời gian).
4.6. điều chế và truyền dẫn:
Dòng dữ liệu tạo ra từ quá trình ghép kênh và mã hóa ựược quảng bá qua kênh vô tuyến tới các máy thu. Tham số của kênh vô tuyến ựược cố ựịnh bởi sóng mang và tốc ựộ dữ liệu. Sóng mang là sóng ựiện từ hàm sin tuần hoàn của một tần số nhất ựịnh. Tần số sóng mang phải phù hợp với dải tần số trong phổ ựiện trường của anten, trong khi tốc ựộ dữ liệu xác ựịnh băng tần cần thiết cho kênh vô tuyến.
1 kênh vô tuyến DAB/DMB có băng tần là 1,536 Mhz và tốc ựộ dữ liệu ựạt ựược từ 1 ựến 1,5Mb/s tùy thuộc vào tỷ lệ mã hóa dữ liệu dùng cho mã xoắn của các dòng dữ liệu khác nhau. Ở một phương diện khác,mạng di ựộng 3G như UMTS có thể có ựược tốc ựộ dữ liệu tương tự,nhưng chỉ với vùng phủ của trạm gốc không vượt quá vài trăm mét hoặc ắt hơn,vùng phủ sóng này rất nhỏ khi sánh với vùng phủ sóng với ựường kắnh lên tới 100km của máy phát DAB/DMB duy nhất. Nói chung,một vấn ựề
của việc truyền dữ liệu tốc ựộ cao với khoảng cách xa ựó là tắn hiệu dễ bị can nhiễu. Một trường hợp cụ thể là hiện tượng truyền sóng vô tuyến ựa ựường.
4.6.1. Truyền dẫn ựa ựường và nhiễu giữa các kắ hiệu:
Trong kênh vô tuyến, dữ liệu ựược truyền dưới dạng kắ hiệu và mỗi kắ hiệu (ựặc trưng) mang một hay vài bắt của luồng dữ liệu. DAB/DMB truyền 2 bit bằng một kắ hiệu ựơn, như vậy có ựịnh nghĩa 4 kắ hiệu khác nhau Ộ00Ợ, Ộ01Ợ, Ộ11Ợ, Ộ10Ợ. Theo ựó,sóng mang của kênh vô tuyến có thể chấp nhận 4 trạng thái của tắn hiệu khác nhau, các trạng thái này ựược ấn ựịnh ựộc lập trên kắ hiệu tiếp theo. Quá trình này ựược gọi là ựiều chế hay dịch khóa.
Suốt quá trình truyền, một tắn hiệu ựã ựược tạo ra theo cách trên bị nhiều hiện tượng khác nhau làm méo tắn hiệu hay làm cho máy thu khó hoặc thậm chắ không thể nhận dạng ựược tắn hiệu tới.
Các hiện tượng như truyền dẫn ựa ựường, suy hao, nhiễu, bóng do các tòa nhà hoặc do dịch tần gọi là dịch Dopler, nguyên nhân là do sự di chuyển của máy thu trong suốt quá trình truyền. Hiện tượng ựa ựường do phản xạ tán xạ, nhiễu xạ từ các toà nhà, cây cối và núi. Và kết quả là tắn hiệu ựược sao chép trong suốt quá trình truyền dẫn và máy thu không chỉ nhận ựược xung tắn hiệu sơ cấp mà còn thu ựược các xung trễ thứ cấp khác của tắn hiệu.
Thời gian truyền sóng của xung tắn hiệu tương ứng với ựộ dài ựường dẫn từ máy phát tới máy thu. độ trễ giữa thời ựiểm tới của xung tắn hiệu sơ cấp và thời ựiểm tới