Số interation thu được sau bộ giải mã LDPC trong mô hình mô phỏng có kết quả theo hình 3.4.
Hình 3.4: Số interation lựa chọn cho giải mã LDPC
Mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thưa (LDPC) Gallager được xác định bởi ma trận thưa kiểm tra chẵn lẻ, thường là với một cấu trúc ngẫu nhiên. LDPC đạt được hiệu suất gần giới hạn Shannon khi giải mã sử dụng một thuật toán giải mã xác suất lặp (interation). Có hai ưu điểm đã nâng cao hiệu quả sửa lỗi các mã.
i) đầu tiên, khi định nghĩa các mã với trường không nhị phân (non-binary), đã có thể cải thiện 0,6 dB tỷ lệ tín hiệu trên ồn với một tỷ lệ lỗi được đưa ra.
ii) thứ hai, sử dụng không thường xuyên ma trận kiểm tra chẵn lẻ với hàng hay cột không đồng đều và có được độ lợi lên đến 0,5 dB. Việc thực hiện sửa lỗi thực nghiệm của mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thưa cho kênh nhiễu trắng Gaussian rất tốt.
Mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp cũng được chứng minh là hữu ích cho việc giao tiếp qua các kênh truyền hình mà làm cho chèn và xóa bỏ phụ thay thế cũng như các lỗi. Sửa lỗi cho các kênh truyền hình như chưa được nghiên cứu rộng rãi, nhưng có tầm quan trọng bất cứ khi nào đồng bộ hóa của bên thu và bên phát không hoàn hảo. Trong phạm vi của luận văn không trình bày mã nối sử dụng các mã “trong” phi tuyến
tính mới lạ mà chúng được gọi là mã số 'mờ', và mã LDPC trên các trường không nhị phân như mã “ngoài”. Mặc dù các mã “trong“ cho phép đồng bộ lại, sử dụng một bộ giải mã theo xác suất và cung cấp các kết quả đầu ra mềm cho các bộ giải mã LDPC “ngoài”.
Các mã LDPC với các tốc độ mã khác nhau được sử dụng để đạt được BER tại SNR mong muốn.
3.3.4. BER theo SNR tƣơng ứng với tốc độ mã khác nhau.
DVB S2 sử dụng mã hóa LDPC với các tốc độ mã khác nhau, các điều chế QPSK, 8PSK và 16/32APSK theo nhóm sau:
- 'QPSK 1/4', 'QPSK 1/3', 'QPSK 2/5', 'QPSK 1/2', - 'QPSK 3/5', 'QPSK 2/3', 'QPSK 3/4', 'QPSK 4/5', - 'QPSK 5/6', 'QPSK 8 /9', 'QPSK 9/10'
- '8PSK 3/5', '8PSK 4/5', '8PSK 2/3', '8PSK 3/4', - '8PSK 5/6', '8PSK 8/9', '8PSK 9/10'
- „16APSK1/2‟, „16APSK2/3‟, „16APSK4/5‟…
Sử dụng chương trình với các thông số cơ bản nêu ra trên đây cho điều chế QPSK, mã hóa LDPC với các tốc độ khác nhau 1/2, 3/5, 2/3 và 3/4 ta thu được kết quả dưới đây (hình 3.5).
Nhận xét:
- Kết quả mô phỏng cho thấy, cùng một hệ thống DVB-S2 điều chế QPSK sử dụng LDPC với các tỷ lệ mã khác nhau: ½, 3/5, 2/3, ¾ cho kết quả về SNR khác nhau với chênh lệch bình quân mỗi mã tăng 1dB.
- LDPC ½ cho phép thu tín hiệu với SNR trong khoảng dưới 1dB trong khi đó LDPC ¾ đòi hỏi SNR từ 4 đến 5dB.
- Từ kết quả mô phỏng cho thấy, biến thiên của BER theo SNR thay đổi rất nhanh. Khi thời tiết thay đổi do mưa bão… SNR thay đổi nhanh. Do đó để đạt được BER của tín hiệu cần phải thay đổi tỉ lệ mã. Ví dụ khi SNR đang từ 5dB tụt xuống còn 3 đến 4dB thì tỉ lệ mã phải chuyển từ ¾ xuống 2/3.
Như vậy tùy theo chất lượng kênh, ví dụ để đạt được tốc độ lỗi gói khoảng 10-5
, giao thức ACM cho DVB-S2 có đề nghị thay đổi mã hóa LDPC với tỷ số mã ¾ khi SNR 5dB (đường truyền trung bình) và tỷ số mã ½ khi SNR 1 (đường truyền rất xấu)….
Hình 3.5: BER theo SNR tương ứng QPSK sử dụng LDPC tương ứng với các tỉ lệ mã khác nhau.
3.4. Bàn luận đánh giá.
ACM là một trong những tính năng phức tạp nhất và rộng lớn bao giờ thực hiện bởi các ngành công nghiệp VSAT. Nó tác động đến hầu hết các tính năng của một mạng thông tin vệ tinh lẫn truyền hình số vệ tinh DVB-S2 bao gồm cả đóng gói dữ liệu, báo hiệu trên cao, thời gian nhà cung cấp phục hồi tín hiệu và thời gian thực theo dõi cấu hình mạng.
Như vậy, ACM phải được tiếp cận như một thiết kế hệ thống đồng bộ cho tổng thể hệ thống. Nếu ACM được thiết kế chỉ xung quanh một yếu tố duy nhất - chẳng hạn như một chipset thiết bị đầu cuối dành cho ngành truyền hình (CCM dựa trên DVB- S2) - hiệu quả của nó sẽ bị tổn hại đáng kể. Thiết kế thích hợp của một hệ thống ACM phải bao gồm tất cả các yếu tố của hệ thống (cả tại trung tâm lẫn từ xa) để đảm bảo: • Đơn giản trong thiết kế mạng và cấu hình cho các nhà điều hành mạng.
• Hoàn thành hội nhập và liền mạch của ACM vào một hệ thống QoS.
• Tối đa hóa các lý thuyết ACM tăng hiệu quả trên một tiêu chuẩn phát sóng quốc tế: DVB-S2.
Tuy nhiên trong giới hạn của luận văn chỉ trình bày các ảnh hưởng của ACM tới truyền hình số nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) trong các điều kiện môi trường thay đổi.
Trong một kịch bản QoS, ví dụ các hệ thống có sử dụng ACM phải được thiết lập để cung cấp thông tin về tình trạng các liên kết ở mỗi vị trí xa (kênh truyền) đến QoS hệ thống. Điều này sẽ cho phép mạng quản lý các yêu cầu ứng dụng cụ thể để bảo đảm băng thông để điều khiển đặc biệt từ xa - bao gồm cả hai điều kiện liên kết từ xa và các thông số kỹ thuật QoS chi phối các hoạt động cụ thể trên đó từ xa. Với ACM tích hợp QoS, một cuộc gọi VoIP sẽ tiếp tục nhận được tốc độ dữ liệu IP cần thiết để duy trì cuộc gọi ngay cả khi điều chế và mã hóa được thay đổi nhiều lần trong suốt cuộc gọi do một trận mưa bão đi qua làm kênh truyền thay đổi liên tục. Với truyền hình số vệ tinh cũng vậy, mặc dù các nhà thiết kế đã để độ lợi quỹ dự phòng kênh thêm 3dB, tuy nhiên sự thay đổi kênh truyền khi trời bị mây che phủ hay trận giông bão sẽ làm kênh truyền thay đổi (suy giảm) nghiêm trọng.
Một lợi ích của ACM sẽ được đặc biệt chú ý đối với các nhà khai thác mạng trong vùng nhiệt đới nơi mà mưa xối xả thách thức các kênh truyền vệ tinh. Cho đến nay, các nhà khai thác mạng đã được buộc phải cân bằng dịch vụ thương mại bắt buộc để hiệu quả kinh tế cho khách hàng đối với các ràng buộc kỹ thuật cần thiết để đảm bảo duy trì các các kênh truyền trong bất lợi điều kiện thời tiết.
ACM tự động tối ưu hóa hoạt động kênh truyền nhờ việc cân bằng kênh truyền một cách có hiệu quả và sẵn sàng thích nghi để đảm bảo BER mong muốn khi điều kiện kênh truyền thay đổi. Sự khác nhau giữa các điều kiện trường hợp bầu trời trong và tồi tệ khi giông bão, sương mù càng chứng tỏ những lợi ích của ACM trở nên rõ ràng. Tỷ lệ lỗi bít BER cho truyền hình số vệ tinh đòi hỏi 10-5 trong khi đó cho thoại vệ tinh khoảng 10-2. BER nên được đảm bảo trong mọi điều kiện thời tiết đối với thông tin vệ tinh nhờ ACM.
Tất nhiên, giao thức ACM thích nghi điều chế mã hóa để đảm bảo BER mong muốn sẽ yêu cầu các xử lý khác trong hệ thống mạng do thông lượng hiệu dụng mạng truyền hình số vệ tinh bị thay đổi, nhưng trong khuôn khổ luận văn các vấn đề liên quan không đề cập ở đây.
KẾT LUẬN
Tiêu chuẩn DVB-S2 ra đời đã giúp cải thiện rất lớn hiệu suất truyền dẫn qua vệ tinh, tăng hiệu quả sử dụng băng thong, đáp ứng nhu cầu phát triểnvề các ứng dụng truyền hình vệ tinh băng rộng (truyền hình độ nét cao, siêu cao và 3D). Tuy nhiên, việc thay thế các dịch vụ sử dụng DVB-S cần phải có một lộ trình về thời gian vì hàng triệu bộ giải mã DVB-S còn đang được sử dụng tin cậy và đóng góp rất lớn vào thương mại vệ tinh số trên thế giới.
Thông qua việc nghiên cứu về tiêu chuẩn DVB-S2 này ta có một cách nhìn tổng quan về công nghệ DVB-S2 và hiểu được do đâu mà DVB-S2 lại có sự vượt trội so với tiêu chuẩn DVB-S trước đây, đó là sử dụng các kỹ thuật mới: mã hóa tiên tiến mã hóa và điều chế FEC, mã ngoài BCH, mã trong LDPC, sử dụng nhiều hệ số roll-off... Chính nhờ kỹ thuật này mà DVB-S2 đã có hiệu quả phổ đáng kể, tăng cường khả năng bảo vệ lỗi trong truyền phát tín hiệu. Những ưu thế vượt trội của công nghệ này là cơ sở góp phần quảng bá thông tin, cung cấp nhiều dịch vụ tiện ích hơn nữa cho người sử dụng ở khắp mọi nơi. Bên cạnh đó, việc sử dụng chức năng mã hóa điều chế thích nghi – ACM đã làm tăng đáng kể hiệu suất phổ đồng thời tăng tính ổn định và linh hoạt trong các ứng dụng truyền đơn hướng.
Hiện nay, DVB-S2 cũng đã được triển khai rộng khắp tại các Đài truyền hình trên thế giới và trong nước nên quá trình nghiên cứu luận văn cũng gặp nhiều thuận lợi trong việc tìm tòi tài liệu. Tuy nhiên, do tính chất phức tạp của các hệ thống vệ tinh: hệ thống phát thường rất xa hệ thống thu nên để tiếp cận một hệ thống vệ tinh hoàn chỉnh từ phát đến thu là rất khó. Do đó, các kết quả của luận văn chỉ dựa trên hệ thống mô phỏng mà không thể đo đạc từ thực tế được. Ngoài ra, việc sử dụng chức năng ACM hiện nay cũng đang trong quá trình thử nghiệm, chưa ứng dụng rộng rãi nên các tài liệu đánh giá kết quả của ACM còn hạn chế.
Do điều kiện thời gian nghiên cứu và năng lực còn hạn chế nên nội dung của luận văn không tránh khỏi sai sót. Rất mong nhận được ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn để nội dung ngày càng hoàn chỉnh hơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TIẾNG VIỆT:
1. TS.Ngô Thái Trị, Mã sửa lỗi trong hệ thống truyền hình số qua vệ tinh thế hệ thứ 2, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ.
2. KS: Nguyễn Văn Lợi, Truyền hình số vệ tinh DVB-S2.
3. PGs.TS. Trịnh Anh Vũ, Thông Tin Số, nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia Hà Nội 2008.
TIẾNG ANH:
4. EN 300 421 V1.1.2 (1997-08), Digital Video Broadcasting (DVB); Framing structure, channel coding and modulation for 11/12 GHz satellite services.
5. ETSI EN 302 307 V1.2.1 (2009-08), Digital Video Broadcasting (DVB); Second generation framing structure, channel coding and modulation systems for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and other broadband satellite applications (DVB-S2).
6. ETSI TR 102 376 V1.1.1 (2005-02), Digital Video Broadcasting (DVB) User guidelines for the second generation system for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and other broadband satellite applications (DVB-S2).
PHỤ LỤC
Chương trình Matlab tính BER điều chế QPSK, mã hóa LDPC 2/3
%% DVB-S.2 LDPC Coding %% Initialization
subsystemType = 'QPSK 1/2'; % Constellation and LDPC code rate EsNodB = 1; % Energy per symbol to noise PSD ratio in dB
numFrames = 20; % Number of frames to simulate
% Initialize
configureDVBS2Demo
% Display system parameters dvb
%% LDPC Encoder and Decoder
hLDPCEnc = comm.LDPCEncoder(dvb.LDPCParityCheckMatrix);
hLDPCDec = comm.LDPCDecoder(dvb.LDPCParityCheckMatrix, ...
'IterationTerminationCondition', 'Parity check satisfied', ...
'MaximumIterationCount', dvb.LDPCNumIterations, ...
'NumIterationsOutputPort', true);
%% Stream Processing Loop
bbFrameTx = false(hBCHEnc.MessageLength,1); numIterVec = zeros(numFrames, 1); falseVec = false(dvb.NumPacketsPerBBFrame, 1); for frameCnt=1:numFrames
% Transmitter, channel, and receiver
bbFrameTx(1:dvb.NumInfoBítsPerCodeword) = ...
logical(randi([0 1], dvb.NumInfoBítsPerCodeword, 1));
bchEncOut = step(hBCHEnc, bbFrameTx);
ldpcEncOut = step(hLDPCEnc, bchEncOut);
intrlvrOut = step(hIntrlv, ldpcEncOut);
modOut = step(hMod, intrlvrOut);
chanOut = step(hChan, modOut);
demodOut = step(hDemod, chanOut);
deintrlvrOut = step(hDeintrlv, demodOut);
[ldpcDecOut numIter] = step(hLDPCDec, deintrlvrOut);
bchDecOut = step(hBCHDec, ldpcDecOut); bbFrameRx = bchDecOut(1:dvb.NumInfoBítsPerCodeword,1); % Error statistics comparedBíts = xor(bbFrameRx, bbFrameTx(1:dvb.NumInfoBítsPerCodeword));
packetErr = any(reshape(comparedBíts, dvb.NumBítsPerPacket,
...
dvb.NumPacketsPerBBFrame));
PER = step(hPER, falseVec, packetErr');
berMod = step(hBERMod, demodOut<0, intrlvrOut);
berLDPC = step(hBERLDPC, ldpcDecOut, bchEncOut);
% LDPC decoder iterations
numIterVec(frameCnt) = numIter;
% Noise variance estimate
noiseVar = step(hMean, step(hVar, chanOut - modOut));
% Scatter plot
update(hRxConst, chanOut); if frameCnt == 1
end end
%%
fprintf('Measured SNR : %1.2f dB\n', 10*log10(1/noiseVar)) fprintf('Modulator BER: %1.2e\n', berMod)
fprintf('LDPC BER : %1.2e\n', berLDPC) fprintf('PER : %1.2e\n', PER)
%%
distFig = figure; hist(numIterVec, 1:hLDPCDec.MaximumIterationCount- 1);
xlabel('Number of iterations'); ylabel('# occurrences'); grid on; title('Distribution of number of LDPC decoder iterations')
%%
load berResultsDVBS2Demo.mat cBER snrdb berFig = figure; semilogy(snrdb, cBER(1,:)); xlabel('SNR (dB)'); ylabel('BER'); grid on
%% Các kiểu diều chế mã hóa khác % % 'QPSK 1/4', 'QPSK 1/3', 'QPSK 2/5', 'QPSK 1/2', % 'QPSK 3/5', 'QPSK 2/3', 'QPSK 3/4', 'QPSK 4/5', % 'QPSK 5/6', 'QPSK 8/9', 'QPSK 9/10' % % '8PSK 3/5', '8PSK 4/5', '8PSK 2/3', '8PSK 3/4', % '8PSK 5/6', '8PSK 8/9', '8PSK 9/10' displayEndOfDemoMessage(mfilename)