14. Kết luận chương 1
2.3. So sánh một số thông số kỹ thuật của DVB-S2 với DVB-S
Việc dùng sơ đồ FEC mới cho phép DVB-S2 tăng thông lượng kênh với cùng một mức công suất sóng mang và sử dụng các mode điều chế bậc cao hơn ngoài QPSK đã có trong DVB-S. Đối với cùng một tỷ lệ lỗi bit (BER) DVB-S2 có độ dự phòng cải thiện mẫu từ 1,4 đến 1,8 dB dự so với DVB-S [4] .
Ví dụ: DVB-S QPSK với FEC tỷ lệ mã 3/4 yêu cầu cùng một mức công suất sóng mang như DVB - S2 8PSK với FEC tỷ lệ mã 2/3 như Hình 2.17.
Hình 2. 1 7. Độ lợi công suất của DVB-S2 với DVB-S.
Độ dự phòng này cho phép dùng anten thu có đường kính nhỏ hơn trong điều kiện thời tiết xấu hơn. Đồng thời DVB-S2 cho phép dùng phổ hiệu quả khi xét về thông số hiệu suất băng thông (bit/s/Hz). Việc dùng các hệ số roll – off thấp hơn cho phép dùng các sóng mang hẹp hơn.
Ví dụ: sóng mang 20 Ms/s (Megasybol/s) với roll-off 0,35 của DVB-S dùng hết 27 MHz phổ so với 24 MHz của DVB-S2 với hệ số roll-off là 0,2.
Hình 2.18. cho thấy so sánh hiệu suất băng thông của DVB-S và DVB-S2
Hình 2.18. Độ lợi băng thông của DVB-S2
Hình 2 .1 9 . Hiệu suất băng thông theo C/N cửa kênh AWGN
Bảng 2.15 cho ta so sánh các thông số của DVB-S và DVB-S2 ở một vài chế độ làm việc khác nhau điển hình. Ta thấy với tỷ sổ C/N tương tự nhau nhưng thông lượng kênh của DVB-S2 tăng khoảng 30% so với DVB-S. Hình 2.19 biểu diễn hiệu suất băng thông của hiệu quả phổ DVB-S2 đã gần đạt đến mức giới hạn Shanmon, và đó cũng là lý do để các nhà sang tạo lạc quan nói rằng sẽ khó mà có tiêu chuẩn DVB-S2.
Bảng 2.15. So sánh DVB-S2 với DVB-S
Hệ thống DVB-S DVB-S2 DVB-S DVB-S2
Băng thông kênh BW [MHz]
36 36 36 36
Điều chế & mã hóa QPSK 2/3 QPSK 3/4 QPSK 7/8 QPSK 2/3 Hệ số roll – off α 0,35 0,20 0,35 0,25 Tốc độ ký tự (Mbaud) 1, 03.BW/(1+α) 27,5 (α = 0,35) 30,9 (α = 0,2) 27,5 (α = 0,35) 29,7 (α = 0,25) Useful bit – rate (Mbit/s) 33,8 46 44,4 58,8
Độ lợi công suất 34% 32%
C/N (in 27,5 MHz) (dB)@PER = 10-7
47 49 76 76
Rõ ràng chuẩn mới DVB-S2 thực sự đem lại lợi ích rất lớn trong truyền thông vệ tinh. Chuẩn này hứa hẹn mang lại hiệu quả cũng như chất lượng trong thông tin vệ tinh, góp phần quảng bá thông tin cũng như cung cấp các ứng dụng khác tới người sử dụng ở khắp mọi nơi.
2.4. Kết luận chương 2
DVB-S2 là tiêu chuẩn mới nhất trong hệ thống tiêu chuẩn DVB cho các ứng dụng vệ tinh băng rộng, với hiệu suất sử dụng băng thông tăng từ 30% đến 131% so với công nghệ DVB - S hiện nay. Công nghệ này thực sự là bộ công cụ hữu hiệu cho các dịch vụ tương tác qua vệ tinh. Trong chương 2 này luận văn đưa ra kiến thức sơ đồ kiến trúc của hệ thống DVB-S2 cùng các đặc biệt nổi bật của hệ thống này gồm những đặc điểm sau:
- Thực hiện truyền dẫn tốt, hoàn toàn linh hoạt với tín hiệu đầu vào, chấp nhận nhiều đầu vào khác nhau như MPEG -2, MPEG-4, IP cũng như ATM. . .
- Có thể lựa chọn một trong 4 kiểu điều chế để phù hợp với từng điều kiện là 8PSK, QPSK, 16APSK, 32APSK.
- Mã hóa: sử dụng mã hóa trong là mã LDPC, mã hóa ngoài là mã BCH và cho phép sử dụng 11 kiểu mã hóa khác nhau.
- Có thể kết hợp mã hoá và điều chế để lựa chọn 28 kiểu mã hóa, điều chế. - Hệ số roll - off có 3 hệ số roll – off là 0,35; 0,25; 0,2.
- Kiểu mã hóa và điều chế: có thể áp dụng chế độ mã hóa và điều chế thay đổi VCM.
Có thể sử dụng mã hóa và điều chế thích nghi ACM để thay đổi được trong quá trình truyền tin phụ thuộc vào từng điều kiện đường truyền.
Từ những ưu việt của tiêu chuẩn DVB-S2 trên là tiền đề cho luận văn trình bày nội dụng chương 3 về khả năng ứng dụng tại Việt Nam.
Chương 3
MỘT SỐ DỊCH VỤ CỦA TIÊU CHUẨN DVB-S2 VÀ THỰC TRẠNG ỨNG DỤNG DVB-S2 TẠI VIỆT NAM
Đây là chương có ứng dụng thực tiễn, trình bày một số dịch vụ của tiêu chuẩn DVB-S2, hiện trạng sử dụng tiêu chuẩn này tại Việt Nam, đồng thời trên cơ sở lý luận đã trình bày ở 2 chương trên luận văn cũng mạnh dạn đưa ra một số đề xuất của công nghệ này tại Việt Nam.
3.1. Một số dịch vụ của tiêu chuẩn DVB-S2 3.l.l. Các ứng dụng quảng bá
3.1.1.1. Quảng bá SDTV
Trong Bảng 2.15 đã so sánh hai chuẩn quảng bá DVB-S2 và DVB-S qua bộ phát đáp vệ tinh đổi tần 36 MHZ Ở Châu Âu, sử dụng anten thu có đường kính 60 cm. Ví dụ mã hoá video tốc độ bit là 4,4 Mbit/s sử dụng mã hoá MPEG-2 truyền thống, hoặc 2,2 Mbit/s sử dụng hệ thống mã hoá tiên tiến (AVC-Advance Video Coding) (mục tiêu của DVB áp dụng cho các ứng dụng tương lai). Với cung tỉ lệ C/N của hai hệ thống DVB-S và DVB-S2, được cân bằng bởi sử dụng mode truyền phát khác nhau và bởi tinh chỉnh hệ số roll – off và ti lệ symbol mà hệ thống DVB- S2 có thông lượng kênh tăng 30% so với DVB-S. Hơn nữa, sự kết hợp DVB-S2 và mã hoá. AVC thì số lượng kênh SDTV của DVB-S2 từ 21 tới 26 so với 15 tới 21 kênh của DVB-S . Bởi thế giá thành thuê vệ tinh sẽ giảm đi.
3.1.1.2. Quảng bá SDTV và HDTV với mức độ bảo vệ khác nhau
Hệ thống DVB-S2 có thế phân phối dịch vụ phát rộng qua đa dòng truyền tải, cung cấp nhiều mức độ bảo vệ lỗi khác nhau trên mỗi dòng truyền tải. Ứng dụng tiêu biểu là quảng bá SDTV với mức độ bảo vệ cao, và HDTV với mức độ bảo vệ thấp. Hình 3.1 là một ví dụ về truyền phát này. Giả định là phát 27,5 Mbaud và dùng điều chế 8PSK, 40Mbit/s cho 2 chương trình HDTV và 12 Mbit/s cho 2-3 chương trình SDTV. Tỷ lệ C/N dao động quanh 5 dB. Ở hai hệ SDTV và HDTV có mức độ bảo vệ khác nhau là do: với HDTV yêu cầu tốc độ bit thông tin lớn nên phải giảm các bit bảo vệ thay vào đó là các bit tin truyền đi, do đó tốc độ bit truyền tăng lên đảm bảo đáp ứng điều kiện của HDTV.
Hình 3.1. DVB - S2 cho quảng bá TV & HDTV sử dụng ACM.
3.1.2. Các ứng dụng tương tác
Dịch vụ tương tác dữ liệu dựa trên ưu thế của DVB-S2 là đổi định dạng điều chế và mức độ bảo vệ, bằng việc sử dụng ACM, điều này sẽ cung cấp các mức độ dịch vụ khác nhau. Với kênh báo hiệu phản hồi, máy phát thu được các điều kiện thực tế, tuỳ theo từng điều kiện cụ thể mà phía phát điều chỉnh các thông số cho phù hợp với mỗi người dùng riêng.
3.1.2.1 . Dịch vụ IP unicast
Hình 3.2. thể hiện khả năng trao đổi thông tin giữa người dùng, cổng vệ tinh và một bộ cấp thông tin trong một phiên điều hướng Intemet bởi vệ tinh. Một đường IP unicast dùng DVB-S2 ACM phải thích ứng với việc bảo vệ lỗi trên mỗi người dùng cơ sở, nơi mà số lượng người dùng có thể rất lớn. Theo sự điều chỉnh giữa đầu cuối vệ tinh (ST-Satellite Terminal) và "quản lí định tuyến ACM", một "ACM router" có khả năng tách rời gói IP mỗi người dùng với mỗi yêu cầu bảo vệ lỗi và mức độ dịch vụ. Tập hợp lưu lượng lối vào với đa dạng mức độ bảo vệ sẽ không làm quá tải dung lượng kênh khả dĩ; nó có thể áp dụng cho lối vào có lưu lượng trung bình, khi lưu lượng đỉnh có thể tạm thời vượt quá nó, tương thích với dung lượng bộ đệm lối vào và nhu cầu dịch vụ với mức độ trễ lớn. Để đáp ứng yêu cầu này trong khi lưu lượng tổng trở lên lớn hơn dung lượng kênh, thì việc quản lí đa dạng cần được bổ sung: ví
dụ gói IP có mức độ ưu tiên thấp có thể trễ (hoặc mất), hoặc là dưới điều kiện truyền phát kém tốc độ bit hướng tới người dùng có thể giảm xuống.
Hình 3.2. Ví dụ của dịch vụ IP dùng DVB-S2 liên kết ACM.
Thiết bị ACM router giao diện với điều chế DVB-S2 qua một dòng đơn chung lối vào và điều khiển ACM lối vào, hoặc qua đa dòng lối vào (vận tải hoặc chung). Lựa chọn giữa tuỳ chọn khác nhau có ảnh hưởng lớn tới việc xác định cấu trúc hệ thống (dùng để xử lí dữ liệu, định tuyến, đệm và quản lý quá trình phát).
3.1.2.2. Đơn dòng chung và điều khiển ACM
Theo hình dạng của hệ thống này, bộ điều chế DVB-S2 ACM nhận được hai dạng tín hiệu ở lối vào. Thứ nhất là dòng dữ liệu, liên tục hoặc gói. Thứ hai là dòng điều khiển ACM, mang thông tin MODCOD được bộ điều chế dùng để mã hoá và ánh xạ chính xác mỗi dòng dữ liệu vào. Phương pháp này kéo theo một điều quan trọng là liệt kê chức năng, cái mà thực hiện lựa chọn và kết hợp thông tin để phát trong mỗi khung, được định vị bên ngoài khối điều chế DVB-S2. Chiến lược này hướng tới sự thông suốt của bộ điều chế tới chức năng lớp 2 và bởi vậy nên có ưu điểm quan trọng, mềm dẻo trong lựa chọn thuật toán lập chương trình.
Trong hệ thống ACM, sự lựa chọn mode lớp vật lý để sử dụng trong mỗi khung là cần thiết cho quá trình lập chương trình, như tất cả UPs (user packets) bao gồm trong một khung được phát đi với cùng thông số lớp vật lý. Trong một viễn cảnh khác, dữ liệu để lấp vào một khung cụ thể cần phải có một tài khoản mode lớp vật lý yêu cầu bởi STs xác định địa chỉ của chúng. Đó là lí do vì sao thông tin
Người dùng L Người dùng
1
trường MODCOD cần phải tạo ra trong cùng thời gian của dữ liệu người dùng lựa chọn và gửi như một lối vào của khối điều chế DVB-S2 ACM.
Hình 3.3. Cho thấy khối biểu đồ cấu trúc cho đệm và xử lí dữ liệu trước khi chuyển sang khối điều chế ACM. Dòng dữ liệu vào, sắp xếp chuỗi gói dữ liệu người dùng, được định tuyến theo địa chỉ người dùng và yêu cầu hệ số QoS. Bởi vậy, nếu L là số lượng người đang dùng và N là mức QoS của mạng, có L*N là giá trị lớn nhất của bộ đệm cần để thích hợp với UPS. Trong khoảng thời gian mà không có thông tin truyền tải một time-out sẽ bị vượt quá và người dùng được xác định là không hoạt động. Và bộ đệm liên kết bị huỷ bỏ. Thông thường, một người dùng có thể đồng thời dùng các ứng dụng với mức độ yêu cầu QoS khác nhau, số lượng bộ đệm do vậy sẽ giảm đi. Trong trường hợp đơn giản nơi mà chỉ có một mức QoS cho mỗi người dùng, số lượng bộ đệm bằng L số lượng người đang sử dụng.
Hình 3.3. Sơ đồ khối cấu trúc hệ thống với đơn luồng chung lối vào trong khối điều chế ACM DVB-S2.
Đ Ị N H T U Y Ế N Bộđệm 1 Bộđệm N … … K ế t h ợ p Lệnh ACM Dữ liệu người dùng Đ i ề u c h ế A C M c ủ a D V B – S 2 Buffer status
Quản lý định tuyến ACM Báo cáo kênh người dùng
G ói ng ư ờ i d ùn g Bộđệm 1 Bộđệm N …
3.1.2.3. Đa dòng (chung hoặc vận tải)
Hình 3 .4. là sơ đồ khối của hệ thống DVB-S2 ACM theo hình dạng hệ thống nơi mà khối điều chế DVB-S2 giao diện với một số lượng dòng dữ liệu vào. Theo định dạng dòng dữ liệu, sẽ có hai giải pháp:
* Gói thông tin IP được kết nang trong các dòng vận tải (đa giao thức kết nang MpE-Multi Protocol Encapsulation), theo tiêu chuẩn EN 301192 [7].
* Gói thông tin IP được chia cắt và kết nang có thể thay đổi hoặc cố định độ dài gói lớp 2, hoặc lập tức được ánh xạ vào dòng phát TDM. MPE hoặc giao thức kết nang khác có thể được thừa nhận.
Hình 3.4. IP unicasting và ACM: đa dòng và bảo vệ đồng đều mỗi dòng Hình 3.4. là trường hợp dịch vụ kết nang IP trong dòng truyền tải (MPE), theo chuẩn 301 192 . Trường hợp này, K cổng MPE ( GTWi ) được kết hợp tới K TS bộ hợp kênh, cung cấp cho K dòng lối vào DVB-S2. Xoá các gói rỗng, áp dụng cho mỗi nhánh, để giảm tốc độ phát bit. Giải mã TS, sau khi chèn lại các gói rỗng, là các TS hợp lệ (đồng bộ dòng vào có thể lựa chọn được kích hoạt). Để khai thác hết các ưu điểm tiềm năng ACM, thêm điều khiển lặp trễ đưa vào bởi thành phần TS được giảm thiểu.
Khối kết hợp/tách theo chu kỳ thu được từ bộ đệm lối vào, và được chuyển tới khối điều chế ACM một khối dữ liệu người dùng đã sẵn sàng điền vào trường dữ liệu. Một khoảng timeout xác định trong yêu cầu ngăn ngừa việc trễ lớn trong mỗi bộ đệm kết hơp/tách. Trong thời gian đỉnh lưu lượng, sự quá tải kênh vật lý, chính
sách luân chuyển vòng đơn giản sẽ không hoàn thành yêu cầu của phân bổ phù hợp thông lượng giữa người sử dụng. Bởi thế, chính sách động mô tả mức độ ưu tiên luân chuyển vòng được thêm vào.
Nó rất quan trọng để chú giải thời gian nối tiếp sử dụng trong kết hợp/tách bộ đệm lối vào góp phần vào toàn bộ điều khiển lặp trễ ACM. Thực tế, kênh dao động trong khoảng thời gian giữa mode xử lí lớp vật lý và phát tín hiệu hướng tới tận dụng mode vật lý tốt nhất. Để giảm thiểu thời gian chờ, một khoảng timeout được đưa vào.
3.1.3. Các dịch vụ góp tin
3.1.3.1.Góp tin truyền hình tới Studio và ứng dụng thu tin vệ tinh số
(DSNG)
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 nhà quảng bá thuê 18MHz của bộ phát đáp vệ tinh để cho ba khối DSNG, mỗi khối dùng 6MHz. Mỗi khối DSNG phát một kênh đơn ở tốc độ bit 6,8Mb/s, khi dùng điều chế QPSK, tỷ lệ mã FEC 7/8 và rau-off 35%. Băng thông toàn phần cho mỗi kênh là 6 MHz (5,7 MHz cho video và 0,3 MHz cho thông tin audio với studio). (Eb /N0) 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 nhà quảng bá 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 nhà quảng bá có thể truyền nội dung từ ba khối DSNG sang bốn khối, với giá thành không đổi. Hoặc nhà quảng bá có thể chỉ truyền nội dung cũ trên ba khối DSNG, tiết kiệm 25%