14. Kết luận chương 1
2.1.6. Khung lớp vật lý (PL)
Khối hệ thống PLFraining sẽ tạo ra khung lớp vật lý (đặt tên là FLFRAME) (theo hình 2.1 và 2.14) bằng quá trình sau: [6].
• Tạo các khung PLFRAME giả khi không có XFECFRAME sẵn sàng cho xử lý và truyền phát.
• Các khung XFECFRAME được cắt ra số nguyên S - độ dài các khe slot không đổi (Chiều dài M = 90 biểu tượng mỗi slot). S có giá trị như trong bảng 2 .1 3 .
• Trường PLHEADER được tạo và chèn trước khung XFECFRAME để thiết bị thu biết các cấu hình luồng phát. PLHEADER chiếm chính xác một khe (chiều dài 90 biểu tượng).
• Chèn khối điều khiển (cho các mode yêu cầu điều khiển) 16 slot cho mỗi khối, để giúp thiết bị thu đồng bộ. Khối điều khiển bao gồm P = 36 biểu tượng điều khiển.
• Ngẫu nhiên hoá điều chế biểu tượng (I, Q) bằng cách xáo trộn lớp vật lý. Luồng vào của khối có thể là một XFECFRAME và lối ra là một PLFRAME bị xáo trộn.
Mức đầu tiên của khung được thiết kế để đồng bộ và báo hiệu mạnh hơn ở tầng vật lý. Nên thiết bị thu có thể đồng bộ (phục hồi sóng mang và pha, đồng bộ khung), dò tìm các thông số điều chế và mã hoá trước khi giải điều chế và giải mã FEC. Lớp vật lý DVB-S2 tạo chuỗi ổn định có chu kì " toa chở hàng" (khung lớp vật lý, PL frame): trong một khung, mã hoá và điều chế được phối hợp đồng nhất, nhưng có thể thay đổi được (mã hoá và điều chế thay đổi) trong những khung liền kề. Cấu trúc khung PL được ứng dụng độc lập (mã hoá và điều chế không đổi hoặc mã hoá và điều chế thay đổi).
Mỗi khung PL cấu tạo bởi:
• Trường tải trọng gồm 64 800 bit (khung FEC thông thường) hoặc 16200 bit (khung FEC ngắn), tạo thành từ việc mã hoá các bộ theo lựa chọn FEC; bởi thế nên trường tải trọng tương ứng với một khối mã theo LDPC/BCH FEC;
Trường mào đầu PL luôn có 90 ký tự và trường tải trọng luôn tạo bởi bội nguyên lần 90 ký tự (trừ ký tự điều khiển). Khi phần mào đầu PL là phần đầu tiên được giải mã bởi thiết bị thu, nó được bảo vệ bởi mã rất mạnh FEC kết hợp LDPC/BCH. Nói cách khác, nó có thể giải mã hoàn hảo ngay cả dưới điều kiện đường truyền rất tồi. Thế nên người thiết kế chọn tỷ lê bit thấp 7/64 khối mã, phù hợp cho giải mã đúng và giảm đi số bit báo hiệu để giảm độ phức tạp khi giải mã.
Hình 2.14. Định dạng của một “khung lớp vật lý” PLFRAME” Bảng 2.13. S = số khe (M = 90 biểu tượng) mỗi XFECFRAME
nldpc = 64800 (khung thường)
nldpc = 16200 (khung ngắn)
(µMODbit/s/Hz) S µ% không điều khiển S µ% không điều khiển
2 360 99.72 90 98.90
3 240 99.59 60 98.36
4 180 99.45 45 97.83
5 144 99.31 36 97.30
Hiệu suất khung PL là µ = 90S/[90(S + l) + P int {S - l)/16}], nơi mà P = 36 và int{.} là phần nguyên .
2.1.6.1 Chèn khung PL giả
Một khung giả PLFRAME bao gồm trường PLHEADER và 36 khe của sóng mang chưa được điều chế (I = (l / 2 ),Q = (l / 2)).
2.1.6.2. Phát tín hiệu PL
Trường PLHEADER mục đích là để cho thiết bị thu đồng bộ và phát tín hiệu lớp vật lý.
Để ý rằng: sau khi giải mã PLHEADER, thiết bị thu biết cấu trúc và khoảng thời gian của trường PLFRAME, điều chế và giải mã khung XFECFRAME, sự có mặt hoặc không có mặt của các ký tự điều khiển.
Trường PLHEADER (một khe có 90 biểu tượng) bao gốm các trường sau:
• SOF (26 biểu tượng), xác định bắt đầu của khung.
• Mã PLS (64 biểu tượng): mã PLS (phát tín hiệu lớp vật lý) có thể không là hệ thống mã nhị phân có độ dài 64 và kích thước 7 với khoảng cách ngắn nhất dmin = 32. Nó tương đương với phép hoán vị dưới mã Reed-Muller (mã RM: là một trong những mã sửa lỗi đầu tiên. Việc sửa lỗi là rất hữu dụng trong việc truyền thông tin qua khoảng cách lớn hoặc qua kênh mà có lỗi trong bản tin. Chúng trở nên phổ biến như hệ thống thông tin liên lạc đang ngày càng mở rộng và phát triển sử dụng mã có thể tự hiểu chỉnh. Vào năm 1954, mã RM được phát minh bởi D.E.Muller và I.S.Reed. Nhưng phải tới năm 1972 mã này được sử dụng bởi Mariner 9 phát bức ảnh Sao Hoả đen trắng. Mã RM dễ dàng giải mã). Nó phát 7 bit cho mục đích phát tín hiệu tầng vật lý. 7 bit này gồm hai trường: MODCOD và TYPE như sau:
- MODCOD (5 biểu tượng), xác định điều chế XFECFRAME và tỷ lệ FEC. - TYPE (2 biểu tượng), xác định độ dải khung FECFRAME (64 800 hay 16200 bit và báo sự có/vắng mặt của điều khiển.
PLHEADER, được biểu diễn bởi chuỗi nhị phân ( y1, y2, . . . , y90 ) được điều chế vào 90 π/2 BPSK biểu tượng theo qui tắc:
I2i-1 = Q2i-1 = (1/ 2)(1-2y2i-1) (2.4a) i2i = - Q2i = (1/ 2)(1-2y2i) với i = 1, 2, …, 45 (2.4b)
2.1.6.3. Chèn điều khiển
Hai loại cấu hình khả dĩ PLFRAME:
• Không có điều khiển.
• Có điều khiển.
Trong trường hợp sau của khối điều khiển bao gồm P = 36 biểu tượng điều khiển. Mỗi sự điều khiển là một biểu tượng không được điều chế, xác định bởi I =
(1/ 2) , Q = (1/ 2). Khối điều khiển đầu được chèn 16 khe sau trường PLHEADER, khung thứ 2 là 32 slot và cứ tiếp tục như vậy như miêu tả trong Hình 2.15. Nếu vị trí khối điều khiển trùng với bắt đầu SOF kế tiếp, thì khối điều khiển không được phát.
Điều khiển có/vắng mặt trong VCM và ACM có thể thay đổi trên khung hình chuẩn liên tiếp.
2.1.6.4. Xáo trộn lớp vật lý
Trước khi điều chê, mỗi PLFRAME bao gồm cả PLHEADER sẽ được ngẫu nhiên hoá để phân tán năng lượng (để tránh trường hợp có các cụm bit 0 và 1 liên tục quá dài) bằng nhân ( I + jQ) lấy mẫu bởi chuỗi ngẫu nhiên phức tạp (C1+ jCQ)):
ISCRAMBLED = [IC1 - QCQ] QSCRAMBLED = [ICQ+ QC1]
Chú ý: Chuỗi ngẫu nhiên hoá tỷ lệ tương ứng với tỷ lệ biểu tượng I-Q PLFRAME, thế nên nó không ảnh hưởng tới việc chiếm băng thông tín hiệu. Chuỗi ngẫu nhiên hoá có khoảng lớn hơn yêu cầu khoảng lớn nhất của 70 000 ký tự.
Chuỗi ngẫu nhiên hoá được khởi tạo lại ở phần cuối mỗi PLHEADER (Hình 2.15). Khoảng thời gian khung. PLFRAME tuỳ thuộc vào việc lựa chọn điều chế, nên độ dài chuỗi ngẫu nhiên hoá sẽ được cắt theo độ dài khung PLFRAME.
Hình 2.15. Xáo trộn PL
Chuỗi mã xáo trộn được cấu tạo bởi kết hợp hai chuỗi thực thứ m (được tạo ra bằng hai đa thức sinh bậc 18) vào trong một chuỗi phức tạp. Chuỗi thu được cấu thành từ hai đoạn của bộ chuỗi vàng.
Cho x và y là hai chuỗi tách biệt. Chuỗi x được cấu tạo từ đa thức gốc: 1 + x7 + x18 Chuỗi y cấu tạo từ đa thức: 1 + x5+ x7+ x10+ x18 (2.5)
Chuỗi phụ thuộc vào lựa chọn số mã xáo trộn n là kí hiệu zntrong đoạn tiếp. Hơn nữa, cho x(i), y(i) và zn(i) ký hiệu biểu tượng thứ i của chuỗi x, y và zn tách biệt. Chuỗi thứ m x và y cấu tạo gồm:
• Điều kiện ban đầu:
- x cấu tạo bởi x(0) = 1, x(1) = x(2) = ... = x(16) = x(17) = 0 (2.6) - y(0) = y(1) = … = y(16) = y(17) = 1 (2.7)
• Định nghĩa đệ quy của các biểu tượng sau:
- x (i+18) = x(i+7) + x(i) modulo 2, i=0,…218 - 20 (2.8) - y(i+18) = y(i + 10) + y(i + 7) + y(i) modulo 2, i = 0,…,218-20 (2.9) Chuỗi mã vàng thứ n zn, n = 0, 1, 2, …, 218 – 2 được định nghĩa như: - zn(i) = [x((i + n) modulo (218-1)) + y(i)] modulo 2, I = 0, …, 218-2 (2.10) Chuỗi bit nhị phân này được chuyển đổi thành một chuỗi giá trị nguyên Rn (Rn
giả sử giá trị là 0, 1, 2, 3) theo phép biến đổi:
Rn (i) = 2((i + 131 072) modulo (218 - 1)) + zn(i); i = 0, 1, 2, …, 66419 (2.11) Cuối cùng, chuỗi mã xáo trộn phức tạp thứ n Cl(i) + JCQ(i) được xác định: C1(i) + JCQ(i) = exp (jRn(i)π/2) (2.12)
Bảng 2.14. Khối biểu đồ khả dĩ cho xáo trộn tạo chuỗi PL với n = 0 Rn Exp (jRnπ/2) ISCRAMBLED QSCRAMBLED
0 1 I Q
1 J -Q I
2 -1 -I -Q
3 -j Q -I
Trong trường hợp dịch vụ quảng bá, n = 0 được sử dụng như là mặc định của chuỗi, để tránh phải chỉnh sửa bằng tay thiết bị thu hoặc trễ đồng bộ.
Chú ý: n giả định giá trị trong khoảng [0,262 141], biểu thị số chuỗi dàn trải. Sử dụng các chuỗi PL xáo trộn khác nhau cho phép giảm ảnh hưởng tương quan giữa hai dịch vụ khác nhau. Cho cùng mục đích, nó có thể dùng lại phiên bản trước của chuỗi giống trong chùm vệ tinh khác nhau. Hơn nữa n có khả năng kết hợp với mỗi vệ tinh hoặc trạm phát đáp, nên nó cho phép xác định tín hiệu nhiễu qua dò “dấu hiệu” xáo trộn PL.
Hình 2.16. Cấu hình của khối xáo trộn mã PL cho n = 0