Các sóng mang phụ OFDM được ánh xạ trong các vùng khác nhau tần số. Mỗi một vùng tần số được gộp từ 18 sóng mang dữ liệu phụ và một sóng mang định thời, hình 2-19 (chế độ A) và hình 2-20 (chế độ B). Vị trí của sóng mang định thời phụ (theo chế độ A và B) thay đổi với việc định vị trí các vùng tần số trong phổ.
Trang 31
Mỗi một vùng tần số, sóng mang dữ liệu phụ từ d1 đến d18 mang tín hiệu số, trong khi sóng mang định thời phụ mang tín hiệu điều khiển hệ thống. Các sóng mang OFDM được đánh số từ 0 (ở vị trí trung tâm) đến + 546 và – 546 ở hai đầu.
Ngoài các vị trí sóng mang định thời trong mỗi một băng tần số, phụ thuộc vào loại hình dịch vụ, có 5 sóng mang phụ được chèn thêm vào phổ ở các vị trí – 546, – 279, 0, 279 và 546. Tất cả việc làm này được thực hiện một cách đều đặn trong toàn bộ phổ tín hiệu.
Để tiện theo dõi, mỗi một sóng mang định thời được đánh số nhận dạng duy nhất từ 0 đến 60. Tất cả sóng mang định thời ở băng thấp được mô tả trên hình 2-21. Sóng mang định thời ở băng cao hình 2-22. Các hình này chỉ ra được mối quan hệ giữa các sóng mang định thời và số sóng mang OFDM.
Hình 2-19. Các vùng tần số trong chế độ A
Trang 32
Hình 2-21. Ánh xạ phổ sóng mang định thời băng thấp
Hình 2-22. Ánh xạ phổ sóng mang định thời băng cao 2.2.3.2. Hệ thống phát tín hiệu lai
Trong hệ thống phát tín hiệu dạng lai, tín hiệu số được truyền trong các băng biên chính thứ nhất (primary main sideband) trên cả hai biên của tín hiệu FM tương tự, thể hiện trên hình 2-23. Tín hiệu âm thanh tương tự có thể là đơn hay lập thể, hoặc có thể gồm cả kênh SCA. Mỗi một băng biên chính thứ nhất được gộp từ 10 vùng tần số, được sắp xếp trong khoảng 356 đến 545 hay – 356 đến – 545. Các sóng mang phụ 546 và – 546 cũng được nằm trong các băng biên chính thứ nhất, đây là các sóng mang phụ định thời được thêm vào.
Bảng 2-8 tóm tắt các thông số băng tần trên và dưới của các băng biên chính thứ nhất đối với dạng tín hiệu lai.
Mật độ phổ công suất của mỗi sóng mang OFDM trong băng biên chính thứ nhất, mức công suất này liên quan đến công suất của tín hiệu tương tự chủ, cho trên bảng 2-8. Giá trị 0dB sẽ là công suất sóng mang số, công suất này tương đương với tổng công suất của sóng mang không điều chế FM với tín hiệu tương tự. Giá trị được lựa chọn sao cho tổng công suất trung bình trong băng biên chính thứ nhất (cả băng thấp và cao) là thấp hơn công suất tổng cộng của sóng mang tín hiệu tương tự không điều chế 23dB.
Trang 33
Hình 2-23. Phổ tín hiệu của hệ thống FM IBOC lai
Trang 34
2.2.3.3. Dạng tín hiệu lai mở rộng.
Hệ thống phát tín hiệu dạng lai mở rộng được tạo bằng cách thêm sóng mang OFDM vào băng biên chính thứ nhất, được giới thiệu trong dạng tín hiệu lai. Phổ tín hiệu lai mở rông thể hiện trên hình 2-24. Phụ thuộc vào mode dịch vụ, một hai hay bốn các vùng tần số có thể thêm vào bên trong môi băng biên chính thứ nhất. Bảng 2-9 tóm tắt băng tần cao và thấp của băng biên chính thứ nhất đối với dạng tín hiệu lai mở rộng. Phổ thêm vào này được gọi là băng biên mở rộng thứ nhất (PX sideband – primary extended sideband)
Hình 2-24. Phổ tín hiệu của hệ thống FM IBOC lai mở rộng
Mật độ phổ công suất của mỗi sóng mang OFDM trong băng biên chính thứ nhất và băng biên mở rộng thứ nhất quan hệ với mức công suất tín hiệu tương tự, giá trị được lựa chọn sao cho công suất trung bình tổng cộng trong băng biên chính thứ nhất (cả băng thấp và cao) là thấp hơn công suất tổng của sóng mang FM tín hiệu tương tự không điều chế 23dB. Mức công suất của sóng mang trong băng biên mở rộng thứ nhất là tương đương với mức của sóng mang trong băng biên chính thứ nhất .
Trang 35
Bảng 2-9. Tóm tắt các thông số phổ của tín hiệu trong hệ thống lai mở rộng
2.2.3.4. Hệ thống phát toàn bộ tín hiệu số
Hệ thống phát thanh toàn bộ tín hiệu số được thực hiện bằng cách loại bỏ phần tín hiệu tương tự và thay vào đó là tín hiệu số, mở rộng toàn bộ băng thông của băng biên số thứ nhất và thêm băng biên thứ hai với công suất thấp hơn thay thế phần phổ của tín hiệu tương tự. Phổ tín hiệu của hệ thống phát toàn tín hiệu sô thể hiện trên hình 2-25.
Thêm 10 vùng tần số chính và 4 vùng tần số mở rộng trong mỗi băng biên thứ nhất của hệ thống phát toàn tín hiệu số. Mỗi một băng biên thứ hai cũng có 10 vùng tần số chính thứ hai và 4 vùng tần số mở rộng thứ hai. Không giống như băng biên thứ
Trang 36
nhất, tuy nhiên, các vùng tần số chính thứ hai được bố trí gần kênh trung tâm hơn so với các vùng tần số mở rộng.
Hình 2-25. Phổ tín hiệu của hệ thống FM IBOC toàn tín hiệu số
Mỗi băng biên thứ hai cũng cung cấp một miền bảo vệ thứ hai nhỏ, bao gồm 12 sóng mang OFDM và sóng mang định thời 279 hay – 279. Các băng biên được chỉ định có tác dụng như là “bảo vệ” vì chúng được sắp xếp trong vùng của phổ có khả năng chịu ảnh hưởng ít nhất bởi nhiễu giao thoa của tín hiệu tương tự hay tín hiệu số. Việc thêm sóng mang định thời được đặt ở trung tâm của kênh (0). Việc sắp đặt vùng tần số của miền bảo vệ thứ hai không áp dụng khi miền bảo vệ thứ hai không bao gồm vùng tần số như định nghĩa trong hình 2-19 và hình 2-20.
Độ dài tổng cộng của toàn bộ phổ tín hiệu số dùng để nối các khoảng là 396,803Hz. Bảng 2-10 tóm tắt băng tần cao và thấp của băng biên thứ nhất và băng biên thứ hai đối với hệ thống phát toàn bộ tín hiệu số.
Mật độ phổ công suất của mỗi sóng mang trong OFDM được cho trên bảng 2-10. Giống như hệ thống lai và hệ thống mở rộng, giá trị công suất có quan hệ mức công suất của sóng mang tương tự FM không điều chế (mức công suất được quy định cho dù đài phát đó không phát tín hiệu tương tự nữa).
Mức công suất của băng biên thứ nhất thiết lập tổng công suất trung bình trên sóng mang số thứ nhất tối thiểu thấp hơn 10dB so với tổng công suất trên sóng mang số thứ nhất trong hệ thống lai. Một trong 4 mức công suất có thể lựa chọn cho các ứng
Trang 37
dụng trong các băng biên thứ hai . Bốn mức công suất thứ hai thiết lập mật độ phổ công suất của các sóng mang số thứ hai (thấp và cao) trong dải thấp hơn mật độ phổ công suất của tất cả sóng mang số thứ nhất của hệ thống phát toàn số từ 5 đến 20dB. Có thể áp dụng một mức công suất cho toàn bộ băng biên thứ hai .
Bảng 2-10. Tóm tắt các thông số phổ của tín hiệu trong hệ thống phát toàn tín hiệu số
Trang 38
2.2.3.5. Tạp âm và những hạn chế khi phát tín hiệu
Tất cả các hệ thống FM IBOC đều phải tuân thủ những nguyên tắc của FCC (bảng 2- 11). Việc đo lường các thông số tín hiệu tương tự được thực hiện ở đầu vào anten bằng cách đo mật độ phổ công suất trung bình trong băng thông 1kHz và trong khoảng 10 giây mỗi lần.
Bảng 2-11. Quy định về FCC về phổ tần số FM
2.2.4. Cấu hình hệ thống
Hệ thống truyền dẫn của FM IBOC được cấu hình thông qua các mode dịch vụ của băng biên thứ nhất và băng biên thứ hai, trễ của tín hiệu tương tự, và mức công suất của các băng biên. Cấu hình hệ thống sẽ xác định làm thế nào các kênh logic khác nhau được ghép vào nhau để tạo thành tín hiệu phát đi.
2.2.4.1. Các mode dịch vụ
Các mode dịch vụ sẽ ra lệnh cho việc thực hiện và cấu hình của kênh logic, các kênh logic này mang chương trình xuống lớp 1. Có hai loại mode dịch vụ: mode dịch vụ trên băng biên thứ nhất, là mode dịch vụ cấu hình cho kênh logic ở băng biên thứ nhất và mode dịch vụ trong băng biên thứ hai, nó sẽ cấu hình kênh logic trong băng biên thứ hai. Có 7 mode dịch vụ trong băng biên thứ nhất là MP1, MP2, MP3, MP4, MP5, MP6, MP7. Bốn mode dịch vụ trong băng biên thứ hai là MS1, MS2, MS3 và MS4.
Mode dịch vụ MP1 được sử dụng cho phát thanh trong hệ thống lai. Các mode dịch vụ MP2 đến MP4 tăng dung lượng của hệ thống lai bằng cách thêm một, hai, hay bốn vùng tần số mở rộng đối với mỗi băng biên thứ nhất. Cách mode dịch vụ từ MP5 đến MP7 dùng tất cả vùng tần số mở rộng thứ nhất, và được sử dụng để phát thanh trong hệ thống lai mở rộng hay phát thanh toàn bộ tín hiệu số. Các mode dịch vụ MS1 đến MS4 cấu hình các biên thứ hai trong hệ thống phát toàn tín hiệu số. Các
Trang 39
mode dịch vụ được phép đối với mỗi hệ thống FM IBOC được tóm tắt trong bảng 2- 12.
Bảng 2-12. Các dịch vụ được phép trên hệ thống FM IBOC
Tất cả các dạng tín hiệu trong mỗi hệ thống đều phải được xác định trong các mode dịch vụ ở băng biên thứ nhất hai băng biên thứ hai. Nếu các băng biên thứ hai không có (trong hệ thống lai hay lai mở rộng) thì các mode dịch vụ của nó được thiết lập là “none”. Các mode dịch vụ từ MP1 đến MP4 không được sử dụng trong hệ thống phát thanh toàn tín hiệu số. Chỉ có các mode dịch vụ MP5 đến MP7 có thể được liên kết với các mode dịch vụ trong băng biên thứ hai, MS1 đến MS4, khi hệ thống phát toàn tín hiệu số. Tất cả mọi sự kết hợp giữa các dịch vụ trong băng biên thứ nhất và băng biên thứ hai đều được phép.
Bảng 2-12 chỉ ra có trên 19 khả năng kết hợp của các mode dịch vụ, do đó cung cấp một sự lựa chọn linh hoạt cho các đài phát thanh.
2.2.4.2. Trễ tín hiệu tương tự
Để cung cấp khả năng thu di động, hệ thống FM IBOC áp dụng phương pháp phân tập thời gian giữa tín hiệu tương tự độc lập và tín hiệu số, hai tín hiệu này cùng phát một chương trình nguồn. Hơn nữa, chức năng trộn này cho phép mức âm thanh tín hiệu số giảm khi máy thu ở gần vùng biên giới của các trạm phủ sóng khác. Hệ thống FM IBOC có thể cung cấp khả năng này bằng cách trễ tín hiệu tương tự khoảng vài giây so với tín hiệu số. Khi tín hiệu số bị ngắt, máy thu sẽ chuyển sang thu tín hiệu tương tự.
Để cung cấp đặc tính trên, trong các mode dịch vụ từ MP1 đến MP4, tín hiệu âm thanh tương tự được trễ trong các giao thức lớp cao hơn bằng cách cố định khoảng thời gian thực hiện so với tín hiệu âm thanh số. Khi là hệ thống lai mở rộng, trong các mode dịch vụ MP5 đến MP7, hay trong các hệ thống phát toàn bộ tín hiệu số, trễ của tín hiệu tương tự được thiết lập bằng 0.
Trang 40
2.2.4.3. Mức công suất băng biên
Mức công suất của các băng biên thứ nhất và băng biên thứ hai là độc lập. Mức công suất của băng biên thứ nhất được cố định, và phụ thuộc vào dạng sóng truyền đi. Hệ thống lai và lai mở rộng có mức công suất khác so với mức công suất truyền trong hệ thống phát toàn tín hiệu số.
Một trong bốn mức công suất của băng biên thứ hai phải được lựa chọn cho mỗi ứng dụng của các băng biên thứ hai. Nó cho phép mật độ phổ công suất có 4 mức thấp hơn mật độ phổ công suất của toàn bộ sóng mang số trong băng biên thứ nhất là 5dB, 10dB, 15dB, 20dB.
2.2.5. Kênh logic
Kênh logic là đường dẫn tín hiệu đến lớp một với các đặc tính phân loại của dịch vụ, và được xác định bởi các mode dịch vụ. Có 10 kênh logic, mặc dù tất cả chúng không phải đều được sử dụng trong tất cả các mode dịch vụ. Các trạng thái khác nhau của kênh logic phản ánh sự linh hoạt của hệ thống.
Có bốn kênh logic trên băng biên thứ nhất là P1, P2, P3 và PIDS. Có 6 kênh logic trong băng biên thứ hai được sử dụng với hệ thống phát toàn bộ tín hiệu số là S1, S2, S3, S4, S5 và SIDS. Kênh logic P1 đến P3 và S1 đến S5 được thiết kế để truyền dữ liệu và âm thanh, trong khi kênh logic PIDS và SIDS được thiết kế để mang các thông tin dịch vụ dữ liệu IBOC.
Hoạt động của các kênh logic được mô tả thông qua đặc tính của 3 thông số: thông lượng vào, độ trễ và cường độ tín hiệu. Các mode dịch vụ thiết lập các đặc tính thông số này bằng định nghĩa ánh xạ phổ, độ sâu trải tín hiệu, trễ và mã hóa kênh cho mỗi kênh logic hoạt động.
2.2.5.1. Đặc tính của các thông số
Thông lượng vào xác định âm thanh trên lớp 1 hay trên dung lượng dữ liệu của kênh logic, không bao gồm các khung mào đầu của lớp cao hơn. Hoạt động của các khối dữ liệu có hướng ở lớp 1 (chẳng hạn trải tín hiệu) yêu cầu xử lý dữ liệu trên các khung rời rạc hơn là xử lý dữ liệu theo kiểu dòng dữ liệu liên tiếp nhau. Kết quả là, thông lượng vào được tính toán thông qua kích thước khung và tốc độ truyền khung. Ánh xạ phổ và tốc độ mã hóa kênh xác định thông lượng vào của kênh logic, do đó
Trang 41
ánh xạ phổ hạn chế dung lượng và mã hóa overhead hạn chế thông tin thông lượng vào.
Độ trễ là trễ mà kênh logic tạo ra khi các khung tín hiệu truyền trên lớp 1. Độ trễ của kênh logic được định nghĩa như là tổng của toàn bộ độ sâu trải tín hiệu và thời gian trễ. Nó không bao gồm quá trình xử lý trễ hay trễ trên các lớp giao thức cao hơn. Độ sâu trải tín hiệu xác định lượng trễ bắt buộc phải chịu trên kênh logic khi nó được trải tín hiệu. Trễ cũng được áp dụng với một số kênh logic để làm tăng cường độ tín hiệu. Ví dụ: trong một số dịch vụ, kênh logic được truyền theo hai đường, một đường được làm trễ còn đường khác thì không.
Cường độ tín hiệu là độ mạnh tín hiệu kênh logic chống lại sự suy giảm do tạp âm hay nhiễu giao thoa, fading. Có 11 mức cường độ tín hiệu trong hệ thống FM IBOC. Mức 1 là mức cao nhất chống lại được sự suy giảm của kênh trong khi mức 11 là mức thấp nhất.
Ánh xạ phổ, tốc độ mã hóa, độ sâu trải tín hiệu và trễ xác định cường độ tín hiệu của kênh logic. Ánh xạ phổ ảnh hưởng đến cường độ tín hiệu bằng cách thiết lập quan hệ mức công suất, bảo vệ phổ tín hiệu khỏi nhiễu giao thoa và phân tập tần số của kênh logic. Mã hóa làm tăng cường độ tín hiệu. Trải tín hiệu sẽ chống được fading đa đường. Một số kênh logic trong một số mode dịch vụ nhất định trễ khung truyền dẫn bằng cách thực hiện phân tập thời gian. Sự đa dạng trễ này cũng ảnh hưởng đến cường độ tín hiệu, và nó sẽ giảm được ảnh hưởng khi thu di động.
2.2.5.2. Chức năng của các thông số
Mỗi kênh logic có các đặc tính thông số của nó cho mỗi chế độ dịch vụ. Và các đài phát thanh có thể sử dụng những thông số này để so sánh khi lựa chọn dịch vụ. 2.2.5.3. Ánh xạ phổ
Đối với mỗi mode dịch vụ được đưa ra, mỗi kênh logic được điều chế lên một nhóm