DVB - H áp dụng cho Mobile TV

MỤC LỤC Mục lục………………………………………………………………......1 Mở đầu………………………………………………………………….. 4 Phần I: Hệ thống truyền hình số mặt đất…………………....7 Chương 1: Tổng quan về hệ thống DVB-T……………………..7 I.1.1 Giới thiệu chung……………………………………….7 I.1.2 Tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất ETSI EN 300 744..10 I.1.2.1 Phạm vi tiêu chuẩn…………………………10 I.1.2.2 Nội dung tiêu chuẩn………………………..10 Chương 2: Kỹ thuật điều chế trong truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn ETSI EN 300 744……………16 I.2.1 Kỹ thuật mã hoá kênh……………………………….16 I.2.1.1 Mã hoá phân tán năng lượng………………..17 I.2.1.2 Mã ngoại………………………………….…18 I.2.1.3 Ghép xen ngoại……………………………...18 I.2.1.4 Mã nội……………………………………….20 I.2.1.5 Ghép xen nội………………………………..22 I.2.1.5.1 Bộ ghép xen bit…………………….22 I.2.1.5.2 Bộ ghép ký tự……………………....26 I.2.2 Kỹ thuật điều chế số………………………………....28 I.2.2.1 Khoá dịch biên………………………………28 I.2.2.1 Khoá dịch pha……………………………….29 I.2.2.3 Điều chế biên độ vuông góc………………...32 I.2.2.3.1 Biểu diễn tín hiệu cầu phương……..32 I.2.2.3.2 Biểu diễn QAM…………………….32 I.2.2.3.3 QAM nhiều trạng thái………….…..34 I.2.3 Kỹ thuật ghép đa tần trực giao OFDM………………35 I.2.3.1 Nguyên lý OFDM………………………...…...35 I.2.3.2 Số lượng sóng mang………………………......36 I.2.3.3 Đặc tính trực giao và việc sử dụng DFT/FFT...38 I.2.3.3.1 Trực giao……………………….…..38 I.2.3.3.2 Củng cố tính trực giao bằng…….….38 khoảng bảovệ………………………38 I.2.3.3.3 Sử dụng FFT…………………….....39 I.2.3.4 Tổ chức kênh trong OFDM………………....40 I.2.3.4.1 Phân chia kênh……………………..40 I.2.3.4.2 Chèn sóng mang phụ……………….41 I.2.3.4.3 Chèn khoảng bảo vệ………………..42 I.2.3.4.4 Đồng bộ kênh……………………....44 I.2.3.5 Cách thức mang dữ liệu trong OFDM………45 I.2.4 Cấu trúc khung OFDM……………………………...47 I.2.5 Báo hiệu thông số truyền dẫn………………………..48 Phần II: Hệ thống DVB-H ………………………………….52 Chương 1: Tổng quan hệ thống DVB-H …………………………….52 II.1.1 Giới thiệu hệ thống………………………………………...52 II.1.2 Kỹ thuật chia lát thời gian Time slicing…………………...55 II.1.3 Kỹ thuật MPE-FEC …………………………………….....56 II.1.4 Mẫu 4K & ghép hoàn toàn……………………...................56 II.1.5 Báo hiệu hệ thống………………………………………….57 Chương 2: Kỹ thuật đặc biệt của DVB-H …………………………...57 II.2.1 Lớp liên kết………………………………………………...57 II.2.1.1 Time slicing ……………………………………....57 II.2.1.1.1 Nguyên lý………………………………...57 II.2.1.1.2 Ưu điểm ………………………………….59 II.2.1.1.2.1 Tiết kiệm công suất……………...59 II.2.1.1.2.2 Hỗ trợ chuyển giao………………61 II.2.1.1.3 Phương pháp delta………………………..62 II.2.1.1.4 Kích thước burst và thời gian ngắt……….64 II.2.1.2 MPE-FEC ………………………………………..66 II.2.1.2.1 Khung MPE-FEC ……………………….66 II.2.1.2.1.1 Định nghĩa khung MPE-FEC........66 II.2.1.2.1.2 Bảng dữ liệu ghép……………….67 II.2.1.2.1.3 Bảng dữ liệu RS….……………...68 II.2.1.2.2 Giải mã khung MPE-FEC ……………….69 II.2.1.3 Kết hợp Time slicing & MPE-FEC……………….70 II.2.1.3.1 Truyền dẫn…………………………….....70 II.2.1.3.2 Giao thức ngăn xếp………………………71 II.2.1.4 Bộ nhớ ……………………………………………72 II.2.1.4.1 Cách sử dụng……………………………..72 II.2.1.4.2 Kích thước bộ nhớ tối thiểu……………...73 II.2.2 Lớp vật lý…………………………………………………..74 II.2.2.1 Mẫu 4K…………………………………………....74 II.2.2.1.1 Định nghĩa………………………………..74 II.2.2.1.2 Nguyên nhân chọn mẫu 4K………………75 II.2.2.2 Ghép xen nội hoàn toàn…………………………...77 II.2.2.2.1 Nguyên nhân ghép……………………….77 II.2.2.2.2 Cách ghép………………………………..78 II.2.2.3 Báo hiệu thông số truyền dẫn……………………..80 II.2.2.4 Lựa chọn dải tần…………………………………..82 Chương 3: So sánh hai hệ thống DVB-H và DVB-T………………..84 II.3.1 Giống nhau………………………………………………...84 II.3.2 Khác nhau………………………………………………….85 Phần III: Giới thiệu một số thiết bị và một số thử nghiệm..86 Chương 1: Một số thiết bị thiết yếu trong hệ thống DVB-H ……….86 III.1.1 Bộ mã hoá MPEG-4/H.264……………………………….86 III.1.2 Bộ kết hợp IP-DVE 6000…………………………………86 III.1.3 Bộ điều chế DVM 5000…………………………………..87 III.1.4 Bộ giải điều chế DBI 7070H……………………………...88 Chương 2: Một số thử nghiệm………………………………………..89 III.2.1 Thử nghiệm tại Đức ……………………………………...89 III.2.2 Thử nghiệm tại Canada…………………………………...89 Kết luận ………………………………………………………………..92 Những từ viết tắt………………………………………………………93 Tài liệu tham khảo…………………………………………………….96 MỞ ĐẦU Điện thoại di động, máy MP3, PDA… cũng như một số thiết bị cầm tay khác ngày càng trở lên phổ biến. Tính năng của các thiết bị này bao gồm: quay phim, chụp ảnh, nghe nhạc, lướt web, gửi mail, nghe đài, chơi game…Với độ phân giải hình ảnh cao, chất lượng âm thanh tốt, tốc độ truy cập nhanh đáp ứng nhu cầu nghe, xem, chơi, đọc, trao đổi thông tin của người dùng. Cuộc sống hiện đại bận rộn, thời gian eo hẹp người dùng đòi hỏi các thiết bị nhỏ gọn, tiện ích, đa năng, tích hợp nhiều dịch vụ. Hiện nay nhu cầu người dùng là có thể xem tivi trên thiết bị cầm tay.Với thiết bị này người dùng thể xem ở mọi lúc mọi nơi không làm ảnh hưởng đến người xung quanh mình. Ngoài ra còn có thể truy cập một cách dễ dàng đến các kênh truyền hình mà không phải ngồi trước TV, đặt thông báo khi có chương trình mà mình yêu thích, lập danh sách và đăng ký thuê bao các gói kênh. Dựa trên kỹ thuật truyền hình và di động vốn có các nhà cung cấp đã cho ra đời Mbile TV. Cốt lõi của Mobile TV là máy điện thoại di động được trang bị thêm chíp giải mã tín hiệu truyền hình KTS để biến thành âm thanh và hình ảnh. Trên thế giới hiện nay có rất nhiều quốc gia nghiên cứu và triển khai dịch vụ này như: Phần Lan, Mỹ, Anh, Ý, Nhật Bản , Đức, Hàn Quốc…Nhiều đại gia trong điện thoại di động như: Nokia, Samsung, Siemen, LG, Motorola, Sony Ericssion,…đã ghới thiệu những chiếc Mobile TV đa năng của mình tại Hội nghị thế giới 3GSM được tổ chức tại Cannes (Pháp) từ ngày 14 đến 17-2-2005. Chuẩn kỹ thuật cho Mobile TV là: DVB-H của Nokia, Media FLO của Qualcomm và DMB của Hàn Quốc. Trong đó chuẩn DVB-H là chuẩn phổ biến, đơn giản và hiệu quả được đánh giá cao hơn . DVB-H được chọn làm tiêu chuẩn Châu âu từ 11/2004 thông qua ETSI. DVB-H giải quyết được hai vấn đề khó khăng lớn của tivi di động, đó là số lượng khung truyền hình truyền đi trong một giây và thời gian sử dụng của pin. DVB-H dùng công nghệ chia lát thời gian để thực hiện 8 giờ truyền hình cho một lần xạc pin với công nghệ khác thì chỉ xem được từ 15 đến 30 phút. DVB-H hỗ trợ được tốc độ khung truyền 25 khung hình/s so với các chương trình truyền hình tiêu chuẩn có tốc độ từ 25 đến 30 khung hình/s. Đồng thời hơn nữa dịch vụ phát sóng có thể hỗ trợ trên 30 kênh truyền. Với DVB-H nhiều người sử dụng tại cùng một điểm có thể cùng một lúc nhận được tín hiệu giống nhau. Điều này giúp cho việc phát sóng trực tiếp được dễ dàng. Sự kết hợp giữa các nhà qui hoạc mạng và sản xuất di động đem lại hiệu quả cao cho DVB-H. Các dịch vụ DVB-H dự kiến được triển khai rộng rãi vào cuối 2006 và 2007. Nhập cuộc cùng với sự phát triển của thế giới hiện nay tại Việt Nam người dùng cũng như các nhà khoa học có sự quan tâm đặc biệt đến công nghệ mới này. Nội dung của Đồ án là nghiên cứu về kỹ thuật DVB-H áp dụng cho Mobile TV. Đây là một nội dung thiết thực, phù hợp với yêu cầu trong quá trình hội nhập số hoá. Để giải quyết vấn đề trên nội dung đồ án gồm 3 phần: Phần I: Trình bày tổng quan về kỹ thuật DVB-T, bao gồm kỹ thuật điều chế, mã hoá kênh, cấu trúc khung. DVB-T là tiêu chuẩn cơ sở dựa trên đó để triển khai DVB-H . Phần II: Trình bày về hệ thống DVB-H bao gồm các kỹ thuật time slicing, MPE-FEC tại lớp liên kết. Tại lớp vật lý thêm mẫu truyền dẫn 4K, báo hiệu thông số truyền dẫn, ghép xen nội hoàn toàn. Phần III: Đưa ra một số thông số thiết bị của hệ thống và sự ứng dụng tại một số quốc gia. Đề tài được thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo Hàn Huy Dũng - Bộ môn Kỹ thuật điện tử tin học, khoa Điện tử viễn thông trường đại học Bách Khoa Hà Nội. Do trình độ bản thân còn hạn chế, đề tài hoàn toàn mới mẻ ít tài liệu tham khảo nên không thể tránh khỏi sai sót. Em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo để đồ án được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cám ơn. Hà Nội ngày 8 tháng 5 năm 2006 Sinh viên Nguyễn Thị Phương Biên. PHẦN I: HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN V Ề HỆ THỐNG DVB-T I.1.1 Giới thiệu chung Nếu tính đến phạm vi ứng dụng kĩ thuật số thì lĩnh vực truyền hình đang trong giai đoạn phát triển. Còn rất nhiều lợi ích đầy tiềm năng tuy chưa được sử dụng nhưng có thể thấy được một tương lai hứa hẹn. Truyền hình nói chung ra đời không phải là sớm nhưng cũng không thể nói là quá muộn.Và trong thời gian đó truyền hình đạt được thành tựu vô cùng to lớn. Khởi điểm là truyền hình đen trắng, kĩ thuật thô sơ, rồi xuất hiện truyền hình màu. Lúc này người xem đã cảm thấy rạng rỡ hơn nhiều rồi. Nhưng công nghệ thì không bao giờ ngừng lại vì yêu cầu, đòi hỏi của người xem ngày càng cao. Các chương trình sinh động hơn, linh hoạt hơn, có thêm nhiều dịch vụ mới ra đời. Nếu trước kia việc mong ước được chứng kiến trực tiếp một sự kiện nào đó xảy ra ở bên kia bán cầu chỉ có ở trong mơ thì ngày nay nhu cầu của người xem đã vượt xa hơn nhiều. Các chương trình phải có độ nét cực cao, xem đồng thời rất nhiều các chương trình dù ở bất cứ nơi nào, bất cứ thời điểm nào. Rồi không chỉ đơn thuần là xem, họ còn muốn can thiệp trực tiếp vào các chương trình, nghĩa là truyền hình không còn đơn thuần chỉ là thông tin một chiều. Còn rất nhiều nhu cầu của người xem, nhu cầu mà trước kia tưởng chừng không bao giờ thực hiện nổi thì ngày nay hoàn toàn có thể, đó nhờ công nghệ truyền hình kĩ thuật số. Truyền hình số là tên gọi một hệ thống truyền hình mà tất cả các thiết bị kĩ thuật từ Studio cho đến máy thu đều sử dụng công nghệ kĩ thuật số: ghi hình, truyền dẫn và phát sóng. Trong đó một hình ảnh quang học do camera quay được qua hệ thống ống kính, thay vì được biến đổi thành tín hiệu điện biến thiên tương tự như hình ảnh quang học nói trên (cả về độ chói và màu sắc) sẽ được biến đổi thành một dãy tín hiệu nhị phân (dãy các số 0 và 1) nhờ quá trình biến đổi tương tự sang số. Trong những năm trở lại đây, truyền hình số đã trở thành đối tượng nghiên cứu của nhiều nhà khoa học và nhiều tổ chức trên thế giới. Cùng với sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ chế tạo các vi mạch tổ hợp cao, tốc độ cao, đáp ứng yêu cầu làm việc với thời gian thực, công nghệ truyền hình số đã có tiền bộ vượt bậc. Truyền hình số mặt đất có những ưu điểm vượt trội so với truyền hình tương tự như sử dụng một máy phát có khả năng truyền tải được từ 3 cho đến 5 chương trình đồng thời; với cùng một vùng phủ sóng thì công suất phát yêu cầu của máy phát số sẽ nhỏ hơn từ 5 đến 10 lần so với máy phát tương tự, điều này giúp cho tiết kiệm đầu tư và chi phí vận hành. Một điều nữa rất đáng quan tâm là chất lượng chương trình trung thực, ít bị ảnh hưởng của nhiễu đường truyền, tránh được hiện tượng bóng hình thường gặp ở truyền hình tương tự. Tại Việt Nam, nhận thức được ưu điểm của truyền hình số và tính tất yếu của việc truyền hình tương tự sẽ nhường chỗ cho truyền hình số, từ năm 1997 đài truyền hình Việt Nam đã có một số đề tài nghiên cứu về truyền hình số và khả năng ứng dụng của nó. Năm 1998 đã triển khai nghiên cứu dự án về lộ trình phát triển truyền hình số tại Việt Nam. Một điểm đáng quan tâm trong dự án là đã định thời gian cho việc bắt đầu thử nghiệm truyền hình số tại Việt Nam vào năm 2001. Hiện nay truyền hình Việt Nam đã đang phát sóng kênh truyền hình số VTC 1 và thu được nhiều đánh tốt về kĩ thuật, chất lượng chương trình từ phía khán giả. Hiện nay trên thế giới đang tồn tại song song ba tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất đó là: - ATSC của Mỹ. - DVB-T của Châu Âu. - ISDB-T của Nhật. Điểm giống nhau của ba tiêu chuẩn trên là sử dụng chuẩn nén MPEG-2 cho tín hiệu video, MPEG-1 hoặc MPEG-2 cho Audio. Điểm khác nhau cơ bản là phương pháp điều chế. Tiêu chuẩn Châu Âu và của Nhật sử dụng phương pháp ghép đa tần trực giao có mã (COFDM) cho truyền hình số mặt đất, nó đã trở thành phổ biến trong khoảng hơn 10 năm trở lại đây. Kĩ thuật này đầu tiên được sử dụng cho phát thanh số, sau đó khoảng 5 đến 10 năm được sử dụng cho truyền hình số mặt đất. Đây là kĩ thuật duy nhất cho phép thiết lập mạng đơn tần. Không giống như Châu Âu, mạng đơn tần không được chú ý nhiều tại Châu Mỹ, tiêu chuẩn Mỹ về truyền hình số mặt đất hiện nay đang sử dụng kĩ thuật điều chế biên tần cụt 8 mức (8-VSB). Điều chế này tương đương với điều chế biên độ vuông góc một sóng mang với 64 mức ( 64 –QAM) về góc độ hiệu suất sử dụng băng thông. Các phương thức truyền dẫn tín hiệu truyền hình số • Truyền qua cáp đồng trục Để truyền tín hiệu video số có thể sử dụng cáp đồng trục cao tần. Tín hiệu video được số hoá, nén sau đó được đưa vào điều chế. Sóng mang cao tần được điều chế 64-QAM ( theo tiêu chuẩn Châu âu ) hoặc 256-QAM (Nhật). Độ rộng kênh truyền phụ thuộc vào tốc độ bít của tín hiệu, phương mã hoá và phướng pháp điều chế. • Truyền tín hiệu truyền hình số bằng cáp quang Cáp quang có nhiều ưu điểm trong việc truyền dẫn tín hiệu số : - Băng tần rộng cho phép truyền các tín hiệu số có tốc độ cao. - Độ suy hao thấp trên một đơn vị chiều dài. - Xuyên tín hiệu giữa các sợi quang dẫn thấp (- 80dB). - Thời gian trễ qua cáp quang thấp. • Truyền tín hiệu truyền hình số qua vệ tinh Truyền tin qua vệ tinh có thể xem như là một bước phát triển nhảy vọt của thông tin vô tuyến chuyển tiếp. Ý tưởng về các trạm chuyển tiếp vô tuyến đặt trên độ cao lớn để tăng tầm chuyển tiếp đã có từ trước khi các vệ tinh nhân tạo ra đời. Năm 1945, Athur C.Clark đã công bố các ý tưởng về một trạm chuyển tiếp vô tuyến nằm ngoài trái đất, bay quanh trái đất theo quĩ đạo đồng bộ với chuyển động quay của trái đất, tức là vệ tinh địa tĩnh. Năm 1995, J.R.Pierce đã đề xuất các ý tưởng cụ thể về thông tin vệ tinh và vệ tinh viễn thông. Các tiến bộ vượt bậc trong kĩ thuật không gian trong giai đoạn đó đã cho phép các ý tưởng này sớm trở thành hiện thực. Thông tin vệ tinh đặc biệt có ưu thế trong các trường hợp : - Cự ly liên lạc lớn -  Liên lạc điểm đến đa điểm trên phạm vi rộng cũng như phạm vi toàn cầu. - Liên lạc đến các trạm di động trên phạm vi rộng ( tàu viễn dương, máy bay, các đoàn thám hiểm,...). Kênh vệ tinh khác với kênh cáp kênh phát sóng trên mặt đất là có băng tần rộng và sự hạn chế công suất phát. Khuyếch đại công suất của các Transponder làm việc với lượng back off nhỏ trong các điều kiện phi tuyến, do đó sử dụng điều chế QPSK là tối ưu. Các hệ thống truyền qua vệ tinh thường công tác ở dải tần số cỡ Ghz. • Phát sóng truyền hình số trên mặt đất Phát sóng truyền hình số mặt đất đã và đang được ứng dụng trong những năm gần đây. Những nước lớn trên thế giới đã phát sóng truyền hình số mặt đất. Hiện nay có ba tiêu chuẩn về truyền hình số mặt đất : ATSC, DVB-T, và ISDB-T như đã nêu ở phần trên. I.1.2 Tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất ETSI EN 300 744 Tiêu chuẩn phát thanh truyền hình số mặt đất ETSI EN 300 744 được Uỷ ban kĩ thuật phát thanh truyền hình Châu âu JTC nghiên cứu và đề xuất. Tiêu chuẩn này đã được Dự án truyền hình số Châu âu (DVB project) thông qua ngày 11 tháng 6 năm 1999, và công bố vào ngày 30 tháng 9 năm 1999. Thành lập vào tháng 9 năm 1993, đến nay , DVB đã có hơn 200 thành viên thuộc 25 nước trên thế giới, nhiệm vụ của nó là thiết lập môi trường dịch vụ truyền hình số sử dụng tiêu chuẩn nén MPEG-2. JTC được thành lập vào năm 1990, là một tổ chức kết hợp của Uỷ ban phát thanh truyền hình Châu âu (EBU), Uỷ ban tiêu chuẩn kĩ thuật điện tử Châu âu (CENELEC) và Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu âu (ETS). I.1.2.1 Phạm vi của tiêu chuẩn Tiêu chuẩn này mô tả hệ thống truyền dẫn cho truyền hình số mặt đất. Nó xác định hệ thống điều chế, mã kênh dùng cho các dịch vụ truyền hình số mặt đất nhiều chương trình số LDTV/SDTV/EDTV/HDTV. - Tiêu chuẩn mô tả chung hệ thống cơ bản của truyền hình số mặt đất. -Tiêu chuẩn xác định các yêu cầu chỉ tiêu chung, và các đặc điểm của hệ thống cơ bản, mục đích để đạt được chất lượng dịch vụ. - Tiêu chuẩn xác định được tín hiệu điều chế số để cho phép phần tương thích giữa các phần thiết bị được sản xuất bởi các nhà sản xuất khác nhau. Điều này đạt được bằng cách mô tả chi tiết các tín hiệu xử lí ở phía các module, trong khi đó thì việc xử lí ở các máy thu là để mở cho các giải pháp thực hiện khác nhau. I.1.2.2 Nội dung chính của tiêu chuẩn. Hệ thống được định nghĩa là một thiết bị gồm các khối chức năng, tín hiệu đầu vào là dòng truyền tải MPEG-2 nhận được tại đầu ra của bộ ghép kênh (Multipler), đầu ra là tín hiệu RF đi đến anten. Hệ thống tương thích trực tiếp với tiêu chuẩn nén tín hiệu video MPEG-2 ISO/IEC 13818. Do hệ thống được thiết kế cho truyền hình số mặt đất hoạt động trong băng tần UHF hiện có, nên đòi hỏi hệ thống phải có khả năng chống nhiễu tốt từ các máy phát tương tự hoạt động cùng kênh hoặc kênh liền kề, đòi hỏi hệ thống phải có hiệu suất sử dụng phổ tần cao băng tần UHF, điều này có thể đảm bảo bằng cách sử dụng mạng đơn tần (SFN). Hình I.1.1 : Sơ đồ khối chức năng hệ thống phát hình số mặt đất Đây là sơ đồ khối của một hệ thống phát hình số mặt đất đầy đủ. Các tín hiệu hình ảnh, âm thanh sẽ qua một loạt các quá trình xử lí để cuối cùng tại đầu ra anten cũng vẫn là tín hiệu cao tần phát đi nhưng những tính năng ưu việt của truyền hình số mặt đất lại hoàn toàn được thể hiện trong các quá trình xử lí này. Các khối nét đứt trên hình sẽ có khi cấu hình hệ thống dùng cho điều chế phân cấp. Khối Splitter phân chia dòng dữ liệu thành hai luồng với những mức ưu tiên khác nhau, tốc độ bít và tỉ lệ mã hoá khác nhau, có nghĩa là khả năng chống lỗi của từng dòng bit là khác nhau. Nhìn vào sơ đồ chung ta thấy một hệ thống máy phát chủ yếu sẽ gồm phần điều chế OFDM và phần mã hóa sửa lỗi. Cụ thể chức năng các khối như sau : • Phần ghép kênh và mã hóa nguồn dữ liệu MPEG-2 Các tín hiệu đầu vào gồm hình ảnh, âm thanh và các dữ liệu phụ sẽ được số hoá nhờ khối ghép kênh và mã hoá nén MPEG-2. Đầu ra của khối này sẽ là dòng truyền tải MPEG-2 (dòng dữ liệu số) với một tốc độ bit nhất định đưa vào máy phát. Đây là quá trình số hoá tín hiệu. • Khối mã hoá phân tán năng lượng và phối hợp ghép kênh Để đảm bảo cho việc truyền dẫn không có lỗi, dòng dữ liệu TS đến từ khối nén sẽ được ngẫu nhiên hoá. Các gói dữ liệu này đầu tiên được nhận dạng bởi chuỗi giả ngẫu nhiên PRBS. Mục đích của quá trình này là phân tán năng lượng trong phổ tín hiệu số và xác định số nhị phân thích hợp (loại bỏ các chuỗi dài ‘‘0’’ và ‘‘1’’), vì một dòng truyền tải dài các bít ‘‘0’’ và ‘‘1’’ có thể làm giảm khả năng hoạt động của hệ thống, đồng thời đây cũng được xem là quá trình phối hợp để ghép kênh truyền tải. Ngẫu nhiên hoá dữ liệu còn để chống nhiễu xung và thực hiện trải phổ dữ liệu. • Khối mã ngoại và ghép xen ngoại Dòng dữ liệu sau khi đã được ngẫu nhiên hoá sẽ tiếp tục được xử lí tại khối mã ngoại và ghép xen ngoại. Sở dĩ gọi là ‘‘ngoại ’’ vì việc xử lí ở đây là theo byte, còn mã hoá nội và ghép xen nội là xử lí theo bit. Bộ mã hoá ngoại sử dụng mã Reed-Solomon RS (204, 188, t=8) để mã hoá dữ liệu đã được ngẫu nhiên hoá nhằm tạo ra các gói dữ liệu đã đựơc bảo vệ lỗi. Do được mã hoá theo mã RS (204, 188, t=8) nên mỗi gói dữ liệu sẽ có thêm 16 byte sửa lỗi và nó có khả năng sửa tới 8 lỗi trong một gói. Việc ghép ngoại chính là ghép các byte với một chu kì ghép qui định trước. Đây cũng là việc nhằm giảm tính thống kê của lỗi. • Khối mã nội Đây là quá trình mã hoá tiếp theo nhưng việc mã hoá sẽ chi tiết đến từng bit. Thông số mã hoá ở đây chính là tỷ lệ mã hoá n/m (1/2, 2/3, 3/4...). Nghĩa là cứ m bit truyền đi thì chỉ có n bit mang thông tin, các bít lại là để sửa lỗi. • Khối ghép xen nộ i(inner interleaver) Dữ liệu đến đây sẽ được tráo hoàn toàn theo từng bit, thông tin sẽ rất khác so với ban đầu.Quá trình này để giảm thiểu lỗi đến mức tối đa. • Các khối điều chế tín hiệu (Mapper, Frame Adaptation, OFDM...) Đây là quá trình xử lí phức tạp nhất, nhưng về nguyên lí ta có thể hiểu như sau: Dữ liệu sau khi đã hoàn thành mã sửa lỗi sẽ được ánh xạ lên chòm sao điều chế (khối mapper), và sau khi thêm các pilot đồng bộ, các dữ liệu sẽ được đưa lên các sóng mang. Và tất nhiên là có rất nhiều sóng mang. Việc chèn thêm các khoảng bảo vệ cũng sẽ được thực hiện nhằm tối ưu hoá tính ưu việt của truyền hình số. • Khối D/A Thực ra đây không phải chỉ là khối biến đổi Digital/Analog thuần tuý thông thường, mà nó là quá trình hoàn chỉnh hàng ngàn sóng mang để đảm bảo việc phát tín hiệu lên anten. Hệ thống có thể hoạt động trong băng tần 8Mhz, 7Mhz và 6Mhz, chủ yếu chỉ khác nhau ở tấn số clock của hệ thống và một số thông số liên quan đến tần số clock sẽ phải tính lại. Sơ đồ cấu trúc, các nguyên tắc mã, sự xắp xếp , ghép xen được giữ nguyên, chỉ có tốc độ thông tin của hệ thống sẽ giảm theo hệ số 7/8 hoặc 6/8. Truyền hình số mặt đất sử dụng nguyên lí ghép đa tần trực giao có mã (COFDM). Ghép đa tần trực giao (OFDM) được thực hiện nối tiếp theo sau quá trình mã hoá kênh (Chanel Coding). Ghép kênh phân chia tần số (FDM) là cơ sở của ghép đa tần trực giao OFDM. Dòng truyền tải nối tiếp MPEG-2 đầu vào được chuyển đổi thành n bit song song, với n phù hợp với số lượng sóng mang. Những dòng bit song song này sẽ được ánh xạ lên những sóng mang riêng rẽ, những sóng mang riêng rẽ này được trực giao, kĩ thuật này cho phép truyền đồng thời đa sóng mang trên kênh truyền mà các sóng mang lân cận không gây can nhiễu sang nhau. Những sóng mang riêng rẽ được điều chế QPSK, 16-QAM hoặc 64QAM. Mã hóa kênh cần thiết cho việc truyền tải dữ liệu nhằm chống lỗi sai trên đường truyền do tác động của nhiễu. Mã hoá kênh gồm hai phần chính: khối mã ngoài (Outer Coder) nhằm kiểm soát và sửa loạt lỗi sai sảy ra có chiều dài xác định, khối mã hoá trong (Inner Coder) nhằm kiểm soát sửa và bào lỗi cho một loạt lỗi sai có chiều dài lớn hơn chiều dài lỗi quy định. Mã ngoài sử dụng mã Reed- Solomon RS (188, 204), ghép xen ngoài (Outer Interleave) có chiều sâu l =12 bytes, giống như truyền hình vệ tinh và truyền hình cáp. Mã trong sử dụng mã vòng xoắn giống như truyền hình vệ tinh với các tỷ lệ mã hoá khác nhau. Khoảng bảo vệ mềm dẻo cho phép thiết kế hệ thống với nhiều cấu hình khác nhau như: mạng đơn tần diện rộng hoặc máy phát đơn lẻ, đảm bảo việc sử dụng tối đa băng tần. Để thích ứng với các tốc độ truyền dẫn khác nhau, kĩ thuật OFDM có hai lựa chọn về số lượng sóng mang, ba sơ đồ điều chế QPSK, 16-QAM và 64 QAM và khoảng bảo vệ khác nhau cho phép làm việc với mạng đơn tần nhỏ và lớn. Trong một điều kiện xác định, việc thu chương trình truyền hình từ một số máy phát hoạt động trên cùng một tần số là rất có lợi, tất nhiên, các máy này đều truyền tải một chương trình truyền hình được đồng bộ chặt chẽ tạo nên mạng đơn tần. Hệ thống cũng cho pháp hai mức mã kênh và điều chế phân cấp. Trong trường hợp này sơ đồ khối của hệ thống có thêm phần các khối vẽ nét đứt như trên hình vẽ. Bộ chia sẽ chia dòng tín hiệu đầu vào thành hai dòng tín hiệu MPEG độc lập: dòng tín hiệu có độ ưu tiên cao và dòng tín hiệu có độ ưu tiên thấp. Hai dòng bít này được phân bố trên biểu đồ sao bởi khối Mapper. Để đảm bảo có thể sử dụng máy thu đơn giản để có thể thu được tín hiệu phân cấp này, hệ thống chỉ sử dụng mã kênh và điều chế phân cấp mà không dùng mã nguồn phân cấp. Theo phương thức này, một chưong trình truyền hình được truyền đồng thời dưới hai dạng: tốc độ bít thấp với độ phân giải thấp và dạng thứ hai có tốc độ bit cao và độ phân giải cao hơn. Trong cả hai trường hợp, máy thu chỉ cần một bộ bao gồm các chức năng ngược với máy phát: khối giải ghép xen trong, giải mã hoá trong, giải ghép xen ngoài, giải mã hóa ngoài và giải ghép kênh. Máy thu chỉ cần có thêm chức năng phân tách dòng bít được lựa chọn từ sự phân bố trong biểu đồ sao. Điều chế phân cấp cho phép truyền song song các chương trình khác nhau với mức độ sửa lỗi khác nhau và vùng phủ sóng khác nhau. Để tránh nhiễu do sóng phản xạ hoặc do các máy phát liền kề trong mạng đơn tần, khoảng bảo vệ được đưa xen vào giữa các symbol liên tiếp của OFDM. Nếu không thì sóng phản xạ sẽ gây nhiễu lên các symbol nằm phía sau và làm tăng tỷ số lỗi. Hay nói cách khác, hay nói cách khác, khoảng cách giữa các đài phát kế cận sẽ quyết định độ dài của khoảng bảo vệ. Ví dụ với mạng đơn tần lớn khoảng bảo vệ phải ít nhất là 200μs. Có hai phương án về số lượng sóng mang. Khoảng cách tốt nhất là 896μs đối với 8K-mode và 224μs đối với 2K- mode. Tương ứng với hai phương án về số lượng sóng mang, khoảng cách giữa các sóng mang sẽ là 1116Hz và 4464Hz. Đối với hệ thống DVB-T sử dụng độ rộng băng tần 8Mhz, điều này quyết định số lượng cụ thể của sóng mang : 6817 sóng mang cho OFDM symbol đối với 8K-mode (6048 sóng mang dung để truyền thông tin, còn lại để truyền đồng bộ và tín hiệu khác) và 1705 sóng mang cho OFDM symbol đối với 2K-mode (1512 sóng mang dùng để truyền thông tin, còn lại để truyền đồng bộ và tín hiệu khác). Các OFDM symbols được tính toán bằng phương pháp biến đổi Fourie ngược (IDFT). CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN 300 744 I.2.1 Kĩ thuật mã hóa kênh Tín hiệu đưa vào là luồng số liệu nối tiếp, luồng số liệu này bao gồm các gói được nén theo tiêu chuẩn MPEG-2, mỗi gói dữ liệu có độ dài cố định là 188 bytes trong đó có 1 byte đồng bộ và 187 bytes dữ liệu. Các gói dữ liệu này đầu tiên được nhận dạng bởi chuỗi giả ngẫu nhiên PRBS. Mục đích của quá trình này là phân tán năng lượng trong phổ tín hiệu số và xác định số nhị phân thích hợp (loại bỏ các chuỗi dài bit 0 và bit 1). Các từ mã đồng bộ không được đưa vào quá trình phân tán nói trên. Sau khi được nhận dạng bởi chuỗi mã giả ngẫu nhiên PRBS, các gói dữ liệu được đưa vào bộ mã ngoại. Tại đây các gói số liệu được ghép thêm các mã sửa sai vào từng gói. Dữ liệu lấy ra khỏi bộ mã ngoại được đưa đến khối ghép ngoại để thực hiện việc ghép chập. Tại đây các gói số liệu được ghép theo byte. Mục đích của quá trình này là loại bỏ tính thống kê của nhiễu. Ta sẽ xem xét cụ thể các loại mã hoá được dùng sau đây: I.2.1.1 Mã hoá phân tán năng lượng 0 0 0 0 0 0 1 1… 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 Chuỗi khởi tạo Tín hiệu ra đã được ngẫu nhiên (giải ngẫu nhiên) Tín hiệuvào chưa(đã) được ngẫu nhiên hoá Enable Dữ liệu đưa vào (MSB đầu tiên): 1 0 1 1 1 0 0 0 x x x x x x x x... Hình I.2.1: Sơ đồ mô tả nguyên lý ngẫu nhiên, giải ngẫu nhiên chuỗi số liệu. Dữ liệu lấy ra khỏi bộ ghép dữ liệu là luồng số liệu gồm các gói số liệu được nén theo tiêu chuẩn MPEG-2 có độ dài 188 byte( gồm 1 byte đồng bộ và 187 byte dữ liệu).Thứ tự xử lí sẽ luôn được bắt đầu từ bít MBS (bit 0) của byte đồng bộ gói (01000111). Để đảm bảo cho việc truyền dẫn không có lỗi, dữ liệu sẽ được ngẫu nhiên hoá theo sơ đồ trong hình I.2.1. Thanh ghi dịch tạo ra chuỗi giả ngẫu nhiên gồm có 15 bit. Đa thức tạo chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên sẽ là: 1 + x14 + x15 Việc khỏi tạo chuỗi giả ngẫu nhiên được thực hiện bằng cách nạp chuỗi 100101010000000 vào thanh ghi dịch. Quá trình khởi tạo này được thực hiện theo chu kì cứ 8 gói MPEG-2 thì nạp một lần. Để tạo tín hiệu ban đầu cho bộ tách, byte đồng bộ đầu tiên trong gói MPEG-2 đầu tiên trong 8 gói MPEG-2 sẽ được đảo bít (từ 47 hex thành B8 hex). Quá trình đảo bit này đựơc gọi là: phối hợp ghép truyền tải. Việc thực hiện ngẫu nhiên hoá chỉ áp dụng đối với các byte số liệu do đó bit đầu tiên lấy ra khỏi thanh ghi dịch sẽ được tích chập với bít đầu tiên của byte đầu tiên theo sau byte đồng bộ đã được đảo bit (B8 hex). Để trợ giúp các chức năng đồng bộ khác, khi 7 byte đồng bộ của 7 gói tiếp sau được truyền, chuỗi PRBS vẫn hoạt động nhưng đầu ra của thanh ghi dịch bị khoá do đó các byte này không được ngẫu nhiên hoá. Vì vậy chu kì của PRBS là 1503 byte. I.2.1.2 Mã ngoại (outer coding) Bộ mã hoá ngoại sử dụng mã Reed- Solomon RS (204, 188, t=8) để mã hoá dữ liệu đã được ngẫu nhiên hoá nhằm tạo ra các gói dữ liệu đã được bảo vệ lỗi . Do được mã hoá theo mã RS (204, 188, t=8) nên mỗi gói dữ liệu sẽ được thêm16 bytes sửa lỗi và nó có khả năng sửa tới 8 lỗi trong một gói. Đa thức tạo mã là: G(x) = (x + l0)(x +l1)(x +l2).....(x+l 15) Với l = 02 HEX. Mã RS ngắn được thực hiện bằng cách thêm 51 bytes, tất cả đều là bit 0, trước khi byte dữ liệu được đưa vào bộ mã hoá RS. Sau khi mã hoá RS thì các byte rỗng sẽ được loại bỏ và các từ mã RS sẽ còn số byte là N= 204 bytes. I.2.1.3 Ghép xen ngoại (outer interleaver) Sơ đồ nguyên lý chung thực hiện việc ghép ngoại được cho trong hình I.2.2 Theo sơ đồ việc ghép chập kiểu byte với độ sâu ghép l=12 sẽ được áp dụng với các gói được lấy ra khỏi bộ mã ngoại. Cấu trúc dữ liệu sau khi ghép được chỉ ra trong hình II.2.3d. Quá trình ghép chập này phải dựa trên tiếp cận tương hợp với tiếp cận Ramsey kiểu III, l=12 là tiếp cận Forney. Những byte dữ liệu được ghép là các byte số liệu trong gói đã được bảo vệ lỗi và được giới hạn bởi byte đồng bộ (đảo hay không đảo). Chu kỳ chèn là 204 bytes. Bộ ghép gồm 12 nhánh, được kết nối theo kiểu vòng với các byte số liệu bằng chuyển mạch đầu vào. Mỗi nhánh j sẽ là một thanh ghi dịch First in -First out, với j x M ô nhớ. Trong đó: M= 17 =N/l, N= 204 bytes. Mỗi ô của thanh ghi dịch sẽ có 1 byte. Đầu vào và đầu ra của bộ ghép phải được đồng bộ. Để tạo sự đồng bộ, byte SYNC và SYNC phải được truyền trong nhánh “0” của bộ ghép. Hình I.2.2: Sơ đồ nguyên lý của bộ ghép và tách ngoại SYNC 1 byte Dữ liệu ghép truyền tải MPEG-2 , 187 bytes. a) Gói ghép truyền tải MPEG-2 188bytes SYNC1 or SYNCn 187 bytes dữ liệu đã được ngẫu nhiên 16 bytes chẵn lẻ 204 bytes c) Các gói dữ liệu đã được bảo vệ lỗi theo mã Reed-Solomon (204,188, 8). SYNC1 or (SYNCn) SYNC1 or (SYNCn) 203 bytes 203 bytes d)Cấu trúc dữ liệu sau khi được ghép ngoại Hình II.2.3: Các bước trong quá trình ngẫu nhiên, mã ngoại, ghép ngoại (n =2, 3,... 8) SYNC1 or (SYNCn) SYNC2 Dữ liệu được ngẫu nhiên (187 bytes) SYNC1 Dữ liệu được ngẫu nhiên (187 bytes) SYNC8 Dữ liệu được ngẫu nhiên (187 bytes) SYNC1 Dữ liệu được ngẫu nhiên (187 bytes) 8 gói ghép truyền tải Chu kỳ PRBS = 1503 bytes b)Các gói truyền tải đã được ngẫu nhiên hoá:byte SYNC và Byte dữ liệu đã được ngẫu nhiên. I.2.1.4 Mã hoá nội (inner coding) Bộ mã nội sử dụng mã chập lỗ. Nó cho phép lựa chọn các tốc độ mã hoá khác nhau: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8. Các phương pháp mã hoá này được dựa trên phương pháp mã chập với tốc độ mã hoá là 1/2, có 64 trạng thái được gọi là mã mẹ. Sơ đồ nguyên lý của thực hiện việc mã chập với tốc độ 1/2 được cho trong hình II.30. Đa thức tạo mã là G1 = 171 oct cho đầu ra X và G2=133 oct cho đầu ra Y. Bảng sau đưa ra chuỗi bit truyền dẫn được tạo ra tương ứng với các tốc độ mã hoá._. khác nhau. Trong đó X và Y tương ứng với hai đầu ra của bộ mã chập. Tốc độ mã hoá càng thấp thì dòng số liệu càng lớn và tỉ số C/N cũng càng lớn. Tốc độ mã hoá 1/2 tạo ra dòng số liệu lớn nhất với tỉ số C/N cũng cao nhất, tốc độ mã này được dùng cho các kênh bị nhiễu mạnh. Tốc độ mã hoá 7/8 tạo ra dòng số liệu nhỏ nhất với tỉ số C/N thấp nhất nên được dùng cho các kênh ít bị nhiễu. Trễ 1 bit Trễ 1 bit Trễ 1 bit Trễ 1 bit Trễ 1 bit Trễ 1 bit Cộng modulo-2 Cộng modulo-2 Đầu ra X (G1 = 171Octal) Đầu ra Y (G2 =1 33 Octal) Dữ liệu vào Hình I.2.4: Sơ đồ thực hiện mã chập tốc độ 1/2 Tốc độ mã r Sơ đồ puncturing Dãy được truyền sau khi biến đổi song song - nối tiếp 1/2 X: 1 Y: 1 X1Y1 2/3 X: 1 0 Y: 1 1 X1Y1 Y2 3/4 X: 1 0 1 Y: 1 1 0 X1Y1 Y2 X3 5/6 X: 1 0 1 0 1 Y: 1 1 0 1 0 X1Y1 Y2 X3Y4 X5 7/8 X: 1 0 0 0 1 0 1 Y: 1 1 1 1 0 1 0 X1Y1 Y2 Y3Y4 X5 X6 X7 Bảng I.1: Sơ đồ puncturing và dãy được truyền sau khi biến đổi nối tiếp song song I.2.1.5 Ghép xen nội Tiêu chuẩn OFDM cho phép lựa chọn 3 phương thức điều chế QPSK, 16-QAM, 64-QAM. Bộ ghép nội gồm 2 khối: ghép kiểu bit và ghép kiểu ký tự. I.2.1.5.1 Bộ ghép kiểu bit Luồng số liệu đưa vào bộ ghép nội kiểu bit (có thể lên tới 2 luồng) được tách thành v luồng con. V Loại điều chế 2 QPSK 4 16-QAM 6 64-QAM Trong trường hợp không phân cấp, dữ liệu được tách thành v luồng số liệu con, còn trường hợp phân cấp dữ liệu đưa vào gồm có 2 luồng: luồng có mức ưu tiên cao và luồng có mức ưu tiên thấp. Luồng có mức ưu tiên cao sẽ được tách thành 2 luồng con, luồng có mức ưu tiên thấp được tách thành v-2 luồng con. Quá trình tách các luồng con này được xem như việc chuyển các bit xdi thành các bit đầu ra be,do. Trong kiểu không phân cấp: xdi = b[di(mod)v](div)(v/2)+2[di(mod)(v/2)],di(div)v Trong kiểu phân cấp: x’di = bdi(mod)2,di(div)2; x”di = b[di(mod)(v-2)](div)((v-2)/2)+2[di(mod)((v-2)/2+2,di(div)(v-2) Trong đó: xdi : Bit đưa vào trong mode không phân cấp. x’di : Là bit của luồng ưu tiên cao trong mode phân cấp. x’’di : Là bit của luồng ưu tiên thấp trong mode phân cấp. di : Chỉ số bit đầu vào. b e,do : Bit lấy ra khỏi bộ tách. e : Chỉ số luồng bit được tách (0£ e £ v). do : Chỉ số bit của luồng bit tại đầu ra bộ ghép. Sau khi tách các bit được ánh xạ như sau: • Đối với kiểu điều chế QPSK: x0 Þ b0,0 x1 Þ b1,0 • Đối với kiểu điều chế 16-QAM không phân cấp: x0 Þ b0,0 x1Þ b2,0 x2Þ b1,0 x3Þ b3,0 • Đối với kiểu điều chế 16-QAM có phân cấp: x’0Þ b0,0 x1’Þ b1,0 x’’0Þ b2,0 x”1Þ b3,0 • Đối với kiểu điều chế 64-QAM không phân cấp: x0 Þ b0,0 x1 Þ b1,0 x2 Þ b2,0 x3 Þ b4,0 x4Þ b3,0 x5Þ b5,0 • Đối với kiểu điều chế 64-QAM có phân cấp: x’0 Þ b0.0 x1’ Þ b1,0 x’’0Þ b2, x”1 Þ b4,0 x’’2Þ b3,0 x”3 Þ b5,0 DE MUX Ghép kiểu bit l0 Ghép kiểu bit l1 1 Mapping b0,0, b0,1 b1,0, b1,1 a0,0, a0,1 a0,0, a0,1 Y0, Y1 Ghép kiểu ký tự Re(z) y0,0 Im(z) y1,0 QPSK x0, x1, x2 DE MUX Ghép kiểu bit l1 Ghép kiểu bit l2 1 Mapping b1,0, b1,1 b2,0, b2,1 a1,0, a1,1 a2,0, a2,1 Y0, Y1 Ghép kiểu ký tự Re(z) y0,0 Im(z) y1,0 16-QAM Ghép kiểu bit l0 Ghép kiểu bit l3 a3,0, a3,1 a0,0, a0,1 b0,0, b0,1 b3,0, b3,1 x0, x1, x2 Ghép kiểu bit l5 b5,0, b5,1 DE MUX Ghép kiểu bit l2 Ghép kiểu bit l3 1 Mapping b2,0, b2,1 b3,0, b3,1 a2,0, a2,1 a3,0, a3,1 Y0,0, Y0,1 Ghép kiểu ký tự Re(z) y0,0 Im(z) y1,0 64-QAM Ghép kiểu bit l1 Ghép kiểu bit l4 a4,0, a4,1 a1,0, a1,1 b1,0, b1,1 b4,0, b4,1 Ghép kiểu bit l0 b0,0, b0,1 a0,0, a0,1 x0, x1, x2 Hình I.2.6: Sơ đồ thực hiện việc ghép nội và mapping theo mô hình không phân cấp DE MUX Ghép kiểu bit l1 Ghép kiểu bit l2 1 Mapping b1,0, b1,1 b2,0, b2,1 a1,0, a1,1 a2,0, a2,1 Y0, Y1 Ghép kiểu ký tự Re(z) y0,0 Im(z) y1,0 16-QAM Ghép kiểu bit l0 Ghép kiểu bit l3 a3,0, a3,1 a0,0, a0,1 b0,0, b0,1 b3,0, b3,1 x0, x1, x2 DE MUX x0, x1, x2 b5,0, b5,1 a5,0, a5,1 Ghép kiểu bit l5 b0,0, b0,1 a0,0, a0,1 Ghép kiểu bit l0 DE MUX Ghép kiểu bit l2 Ghép kiểu bit l3 1 Mapping b2,0, b2,1 b3,0, b3,1 a2,0, a2,1 a3,0, a3,1 Y0,0, Y0,1 Ghép kiểu ký tự Re(z) y0,0 Im(z) y1,0 64-QAM Ghép kiểu bit l1 Ghép kiểu bit l4 a4,0, a4,1 a1,0, a1,1 b1,0, b1,1 b4,0, b4,1 x0, x1, x2 DE MUX x0, x1, x2 Hình I.2.7: Sơ đồ thực hiện ghép nội và mapping theo mô hình phân cấp Với mỗi một bộ ghép bit, đầu vào sẽ là: B(e) = (be,0, be,1,be,2,be,3... be,125) (0£ e£ v) Véctơ lấy ra khỏi mỗi bộ ghép bit là: A(e) = (ae,0, ae,1, ae,2, ae,3,... ae,125) Trong đó các ae,w với w = 0, 1, 2...125 được xác định như sau: ae,w = be, He(w) Với He(w) là hàm hoán vị được xác định như sau: Bộ ghép bit Hàm hoán vị H(w) I0 : H0(w) = w I1 : H1(w) = (w + 63) mod 126 I2 : H2(w) = (w + 105) mod 126 I3 : H3(w) = (w + 42) mod 126 I4 : H4(w) = (w + 21) mod 126 I5 : H5(w) = (w + 84) mod 126 Đầu ra của bộ ghép bit được nhóm với nhau để tạo thành các ký tự dữ liệu. Mỗi ký tự dữ liệu sẽ gồm có v bit được lấy từ v bộ ghép bit. Vì vậy đầu ra của bộ ghép bit là các ký tự y’ có v bit: y’w = (a0,w, a1,w,... av-1,w) I.2.1.5.2 Bộ ghép ký tự Mục đích của bộ ghép ký tự là đặt những ký tự có v bit lên 1512 (mode 2k) hoặc 6048 (mode 8k) sóng mang. Bộ ghép ký tự đuợc thực hiện trên các khối có 1512 (mode 2k) hoặc 6048 (mode 8k) ký tự dữ liệu. Vì vậy trong mode 2k, 12 nhóm- mỗi nhóm có 126 ký tự dữ liệu lấy từ bộ ghép bit sẽ được đọc một cách tuần tự vào trong véctơ: Y’ =(y’0, y’1, y’2,...,y’1511). Trong mode 8k, 48 nhóm- mỗi nhóm có 126 ký tự dữ liệu được đọc vào trong véctơ: Y’ =(y’0, y’1, y’2,...y y’6047) Véctơ Y thu đuợc sau khi ghép là: Y=(y1, y2, y3,... yNmax-1) Trong đó: yH(q) = y’q với những ký tự có chỉ số chẵn q=0,...Nmax-1 yq = y’H(q) với những ký tự có chỉ số lẻ q=0,...Nmax-1 Nmax = 1512 trong mode 2k và Nmax = 6048 trong mode 8k. H(q) là hàm hoán vị được tính như sau: R’i là từ có (Nr-1) bit, trong đó Nr = log2Mmax. Mmax = 2048 trong mode 2k. Mmax = 8192 trong mode 8k. R’i được xác định như sau: i=0,1 thì R’i [Nr-2,Nr-3,..,1,0] =0,0...,0 i=2 thì R’i [Nr-2,Nr-3,..,1,0] =0,0...,1 2<i<Mmax thì R’i [Nr-3,Nr-4,..,1,0] = R’i-1 [Nr-2,Nr-3,..,2,1] Trong mode 2k: Ri’[9] = R’i-1[0] + R’i-1[3] Trong mode 8k: Ri’[11] = R’i-1[1]+R’i-1[4]+ R’i-1[6] Véctơ Ri tạo ra từ véctơ R’i bằng cách hoán vị bit theo bảng dưới đây. Bảng II.7: Hoán vị bit theo mode 2k Chỉ số các bit của R’i 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Chỉ số các bit của Ri 0 7 5 1 8 2 6 9 3 4 Bảng II.8: Hoán vị các bit theo mode 8k. Chỉ số các bit của R’i 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Chỉ số các bit của Ri 5 11 3 0 10 8 6 9 2 4 1 7 Hàm hoán vị H(q) được xác định theo thuật toán sau: Tương tự như y’, y gồm có v bit: Y’q = (y0,q’, y1,q’,...,yv-1,q’) Trong đó q’ là chỉ số ký tự tại đầu ra I.2.2 Kĩ thuật điều chế số Đối với truyền dẫn số, các tín hiệu băng gốc số phải được biến đổi thành các tín hiệu băng tần vô tuyến. Bộ điều chế Bộ giải điều chế Sóng mang Tín hiệu băng gốc Băng tần gốc Máy phát Máy thu Tín hiệu băng vô tuyến ( ) Hình I.2.8: Hệ thống truyền dẫn số Quá trình này gọi là điều chế.Ngược lại quá trình tái tạo lại các tín hiệu số từ các tín hiệu trong băng tần vô tuyến đựơc gọi là giải điều chế. Để thực hiện điều chế, ta phải thay đổi biên độ, tần số và pha của tín hiệu của sóng mang hình sin. Trong điều chế số, sơ đồ điều chế ứng với ba thành phần này được gọi là khoá dịch biên (ASK), khoá dịch tần (FSK) và khoá dịch pha (PSK). Về cơ bản, mặc dù có nhiều kĩ thuật điều chế khác nhau, song chúng đều là sự kết hợp của ba loại sơ đồ này hoặc các ứng dụng của nó. I.2.2.1 Khoá dịch biên (ASK) Sóng điều biên được thiết kế thay đổi biên độ sóng mang tỷ lệ với băng gốc và thường được tạo ra bằng cách nhân sóng mang hình sin với tín hiệu băng gốc. Hình 2.3a là sơ đồ nguyên lí điều biên. 1 0 1 -1 0 S(t) Hình I.2.9b:Khoá ASK tắt bật Tín hiệu băng gốc S(t) Sóng mang cos(ωot +q) Bộ ghép kênh Sóng đã điều chế A(t) = S(t). cos(ωot +q) Hình I.2.9a: Sơ đồ nguyên lí điều biên Sóng điều biên A(t) có thể được viết bằng biểu thức sau: A(t) = S(t).cos(ωot + q) trong đó S(t) là tín hiệu băng gốc, và sóng mang là cos(ωot+ q). Ở ASK thì các kí hiệu biểu diễn bằng các biên độ của sóng mang có tần số cố định. Ta xét một xung đơn cực là tín hiệu băng gốc như chỉ ra ở hình 2.3b. Khi xung là 1, sóng mang được đưa ra, khi xung là 0, sóng mang không đưa ra. Điều biên theo kiểu này được gọi là ASK tắt-bật hoặc khoá tắt-bật (OOK). Xét một xung lưỡng cực là tín hiệu băng gốc. Khi xung là 1, chiều biên độ sóng mang ngược với khi xung là -1. Nói cách khác, pha được đảo. Điều biên theo kiểu này được gọi là ASK đảo pha hay khoá đảo pha (PRK). I.2.2.2 Khoá dịch pha (PSK) Sóng điều pha có thể nhận được bằng cách thay đổi pha sóng mang tỉ lệ với tín hiệu băng gốc và có thể diễn tả bằng: P(t) = cos{ωot + q +(S(t).π/n ) } (2.2.2a) Ở biểu thức 2.2.2a : S(t) là tín hiệu băng gốc nhiều mức, nó nhận các mức là: ±1, ±2, ±3,... ±n/2. Sai pha giữa hai kí hiệu lân cận là: Δj = 2π/n. Nếu n = 2 thì Δj = π khi đó sóng mang điều chế có dạng: P(t) = cos{ωot +q + S(t)π/2}. 1 0 1 -1 0 S(t) P(t) Hình I.2.10: ASK đảo pha (PRK) -1 Ở đây vì tín hiệu băng gốc S(t) là xung NRZ lưỡng cực nhận hai giá trị như ở hình I.2.11.a, nên dạng són đã được điều chế có dạng giống với ASK đảo pha. Sơ đồ điều chế này sử dụng hai mức pha lệch nhau 180° và được gọi là 2PSK hoặc PSK nhị phân (BPSK). Hình I.2.11.b cho thấy một sơ đồ pha của tín hiệu 2PSK. Nếu n =4, Δj = π/2 và tín hiệu băng gốc là một xung NRZ nhận 4 mức giá trị thì sẽ có dạng sóng đã điều chế như hình I.2.11.d. Sơ đồ điều chế này sử dụng 4 pha lệch nhau 90°, được gọi là 4PSK hay là PSK cầu phương (QPSK). 1 0 S(t) P(t) Hình I.2.11a : 2PSK (BPSK) -1 1 -1 Hình I.2.11b: Sơ đồ pha 2PSK 0 S(t) P(t) Hình I.2.5d: 4PSK (QPSK) -1 1 -3 3 1 -1 Hình I.2.11c: Sơ đồ pha 4PSK 3 -3 Hình I.2.11c biểu diễn sơ đồ pha tín hiệu 4PSK. Giống như 2PSK, nếu tín hiệu băng gốc không bị hạn băng thì tín hiệu 4PSK cũng dịch chuyển tức thời trên vòng trong đơn vị.Bên cạnh 2PSK và 4PSK còn có PSK nhiều pha như là 8PSK, 16PSK...Hình I.2.12 đưa ra sơ đồ pha đối với 8PSK, và 16PSK. Các điểm tín hiệu phân bố đều trên đường tròn. Khoảng cách giữa các điểm tín hiệu biểu diễn khả năng chống nhiễu của hệ thống. Khoảng cách càng gần thì càng dễ bị nhiễu. Hình I.2.12: Sơ đồ pha (a) 8PSK (b) 16PSK I.2.2.3 Điều chế biên độ vuông góc (QAM) Sóng điều chế biên độ vuông góc có thể nhận được bằng cách thay đổi đồng thời thông số biên độ và pha, nó thực hiện truyền dẫn có hiệu quả các mã nhiều mức. I.2.2.3.1 Biểu diễn tín hiệu cầu phương. Trước khi miêu tả điều chế biên độ cầu phương ta hãy xét sự biều diễn cầu phương của các tín hiệu. Một tín hiệu hình sin: cos(ωot + q) có pha xác định được trình bày bằng định lí cộng của hàm lượng giác như sau: cos(ωot +q) = cosq.cosωot - sinq.sinωot. Trong biểu thức, này cosωot và sinωot là các tín hiệu hàm sin có hiệu số pha là 90° và cắt nhau vuông góc trong biểu đồ pha. cosq và tương ứng sinq là các hệ số của chúng, có thể biểu diễn tất cả các điểm tín hiệu của sóng điều chế nhiều mức bằng cách chọn thích hợp các hệ số này. I.2.2.3.2 Biểu diễn điều pha QAM Bây giờ ta xét biểu diễn cầu phương của 4PSK. Sóng 4PSK E(t) có thể được biểu diễn là tổng của hai tín hiệu hình sin vuông góc với nhau như sau: E(t) = e1(t) + e2(t) = {S1(t).cosωot +S2(t)sinωot}/√2. Bảng 2.1 cho ta thấy hai tín hiệu băng gốc S1(t), S2(t) và các tín hiệu tổng tạo thành từ chúng: S1(t) S2(t) e1(t) e2(t) Composite signal E(t) 1 1 coswct sinwct cos(wct + ) -1 1 -coswct sinwct cos(wct + ) -1 -1 -coswct -sinwct cos(wct + ) 1 -1 coswct -sinwct cos(wct + ) Bảng I.2: Biểu diễn tín hiệu trực giao 4PSK Hình I.2.13b: Biểu đồ không gian tín hiệu 16QAM n2 QAM e1(t) e2(t) 1/√2 1/√2 -1/√2 -1/√2 0 Hình I.2.13a: Sóng 4PSK bao gồm các tín hiệu trực giao Nếu e1(t) và e2(t) là các sóng điều biên có hai giá trị thì cóthể kết hợp chúng để tạo thành các sóng điều chế có 4 điểm tín hiệu. Vì quỹ tích vectơ của các tín hiệu bị hạn băng không dịch chuyển trên đường tròn đơn vị nên các sóng thu được khác với tín hiệu 4PSK chuẩn. Tuy nhiên vì chúng có cùng một biên độ cố định tại thời điểm tách sóng nên chúng ta có thể coi chúng như là PSK. Tín hiệu nhận được bằng cách kết hợp hai sóng điều biên (AM) vuông góc với nhau được gọi là sóng điều biên cầu phương (QAM). Sóng QAM có hai ưu điểm, nó có thể biểu diễn từ hai tín hiệu điều chế biên độ cơ sở và có thể lựa chọn một điểm bất kì trên biểu đồ không gian tín hiệu như là một điểm tín hiệu. I.2.2.3.3 QAM nhiều trạng thái QAM cho phép sắp xếp ngẫu nhiên các điểm tín hiệu cũng như dễ dàng thực hiện điều chế và giải điều chế tín hiệu nhờ tính chất cầu phương của các tín hiệu. Ngoài ra, cách sắp xếp thường được sử dụng khi thuộc tính C/N đòi hỏi khá cao. Hình 2.7b cho thấy một cách sắp xếp các điểm tín hiệu đối với 16 mức. Ta thường gọi cách sắp xếp này là 16QAM. QAM nhiều trạng thái có thể được tạo thành bởi hai tín hiệu có biên độ trực giao có n mức, vì vậy có 2n điểm tín hiệu. Khi n=2 thì QAM giống hệt cách sắp xếp tín hiệu của 4PSK. Khi n= 4 thì điều chế là 16-QAM, khi n = 8 hoặc 16 thì điều chế tương ứng là 64-QAM hoặc 256-QAM. Tiêu chí thiết kế chòm sao của QAM là: Khoảng cách tối thiểu giữa các trạng thái càng lớn càng tốt. Sự khác biệt về pha tối thiểu giữa các trạng thái càng lớn càng tốt. QAM hiệu quả hơn PSK tuy nhiên nó không thể thay thế hoàn toàn cho PSK, vì PSK dùng bộ khuyếch đại công suất lớn mà không làm méo tín hiệu còn QAM khi khuyếch đại công suất lớn tín hiệu sẽ bị méo. Do đó QAM dùng để truyền dữ liệu ở cự li gần còn PSK dùng để truyền tín hiệu ở cự li xa. Các mức Các mức Hình I.2.14: Biểu đồ không gian tín hiệu QAM nhiều trạng thái I.2.3 Kĩ thuật ghép đa tần trực giao OFDM I.2.3.1 Nguyên lí OFDM COFDM là một phương thức ghép đa kênh đa sóng mang trực giao trong đó vẫn sử dụng các hình thức điều chế số cơ sở tại mỗi sóng mang. Do đó ta có thể gọi là phương thức điều chế COFDM. Phương thức này rất phù hợp cho những yêu cầu của truyền hình mặt đất. COFDM phù hợp với điều kiện truyền sóng nhiều đường, thậm chí cả khi có độ trễ lớn giữa các tín hiệu thu được. Chính điều này đã dẫn đến khái niệm mạng đơn tần (SFN), nơi có nhiều máy phát cùng gửi đi tín hiệu giống nhau trên cùng một tần số, mà thực ra đây chính là hiệu ứng “ nhiều đường nhân tạo”. COFDM cũng giải quyết được vấn đề nhiễu đồng kênh dải hẹp. Đây là hiện tượng thường thấy trong các dịch vụ tương tự do các sóng mang gây ra. Chính nhờ các ưu điểm trên mà COFDM đã được chọn cho hai tiêu chuẩn phát sóng là DVB-T và DAB, và tuỳ theo từng ứng dụng của từng loại mà có những lựa chọn cũng như các yêu cầu khác nhau. Tuy nhiên ưu thế đặc biệt của COFDM về hiện tượng nhiều đường và nhiễu chỉ đạt được khi có sự lựa chọn tham số cẩn thận và quan tâm đến cách thức sử dụng mã sửa lỗi. Ý tưởng đầu tiên của COFDM xuất phát từ khi xem xet sự suy yếu xảy ra trong phát sóng các kênh mặt đất. Đáp ứng của kênh không tương đồng với từng dải tần nhỏ do có nhiều tín hiệu nhận được ( tín hiệu chính + tín hiệu echo), nghĩa là sẽ không còn năng lượng để thu hoặc sẽ thu được nhiều hơn một tín hiệu. Để giải quyết vấn đề này thì cơ chế đầu tiên là phải phân tách luồng dữ liệu để truyền tải trên một số lượng lớn các dải tần số nhỏ cách biệt nhau, nghĩa là điều chế dữ liệu lên một số lượng lớn các sóng mang dựa trên kĩ thuật FDM. Và để có thể xây dựng lại được những dữ liệu bị mất ở bên thu thì cần phải mã hoá dữ liệu trước khi phát. Do có một số đặc điểm chủ chốt sau đây đã giúp cho COFDM rất phù hợp với các kênh mặt đất, đó là: ● Các sóng mang trực giao – orthogonality (COFDM). ● Chèn thêm các khoảng bảo vệ - guard interval. ● Sử dụng mã sửa lỗi (COFDM), xen bit- symbol và thông tin trạng thái kênh. I.2.3.2 Số lượng sóng mang Giả thiết rằng chúng ta điều chế các thông tin số cho một sóng mang. Trong mỗi symbol, chúng ta truyền sóng mang với biên độ và pha xác định. Biên độ và pha này lựa chọn theo chòm sao điều chế. Mỗi symbol vận chuyển một lượng bit thông tin nhất định, lượng bít này bằng với loga (cơ số hai) của số trạng thái khác nhau trong chòm sao: m = log2n m: là số lượng bít thông tin trong một symbol. n: là số mức trạng thái. Bây giờ thử tưởng tượng là có hai tín hiệu nhận được với một độ trễ tương đối giữa chúng. Giả sử ta xem xét symbol thứ n được phát đi, thì máy thu sẽ cố gắng giải điều chế dữ liệu bằng cách kiểm tra tất cả các thông tin nhận được liên quan đến symbol thứ n kế cả thông tin thu được trực tiếp lẫn thông tin thu được do trễ. Khi khoảng trễ lớn hơn một chu kỳ symbol ( hình 2.9a), thì tín hiệu thu được từ đường thứ hai chỉ thuần tuý là nhiễu vì nó mang thông tin thuộc về các symbol trước đó. Còn nhiễu giữa các symbol (ISI) ngụ ý rằng chỉ có một chút tín hiệu trễ ảnh hưởng vào chu kỳ symbol mong muốn ( mức độ chính xác phụ thuộc vào chòm sao sử dụng điều chế và mức suy hao có thể chấp nhận được). Khi khoảng trễ nhỏ hơn một chu kỳ symbol ( hình 2.9b) thì chỉ một phần tín hiệu thu được từ đường thứ hai được xem là nhiễu vì nó mang thông tin của symbol trước đó. Phần còn lại sẽ mang thông tin của chính symbol mong muốn. Tuy nhiên sự đóng ghóp của nó cũng có thể có ích hoặc có thể mang tính tiêu cực đối với thông tin từ đường thu chính thức. Hình I.2.15a:Trễ lớn hơn một chu kỳ symbol Hình I.2.15b: Trễ nhỏ hơn một chu kỳ symbol Đường thu chính Đường thu bị trễ Thời gian n-1 n n +1 n-1 n n +1 n-5 n-1 n n - 4 Điều này cho chúng ta thấy rằng, nếu ta muốn giải quyết với tất cả các mức tín hiệu trễ khác nhau thì tốc độ symbol phải được giảm xuống sao cho tổng khoảng trễ (giữa tín hiệu thu được đầu tiên với tín hiệu thu được cuối cùng) cũng chỉ là một phần khiêm tốn của chu kỳ symbol. Khi đó thông tin mà một sóng mang đơn vận chuyển sẽ bị giới hạn khi có hiệu ứng nhiều đường. Vậy thì nếu một sóng mang không thể vận chuyển được tốc độ thông tin theo yêu cầu thì tất nhiên sẽ dẫn đến ý tưởng chia dòng dữ liệu tốc độ cao thành rất nhiều dòng song song với tốc độ thấp hơn, mỗi dòng được vận chuyển bởi một sóng mang, nghĩa là sẽ có rất nhiều sóng mang. Đây chính là một dạng của FDM bước đầu tiến đến COFDM. Mặc dù vậy thì có thể tồn tại ISI với các symbol trước đó. Để khử hoàn toàn thì phải kéo dài khoảng truyền của một symbol sao cho nó lớn hơn khoảng tổng hợp tín hiệu mà máy thu thu được. Vậy thì việc chèn thêm khoảng bảo vệ là một ý tưởng tốt. I.2.3.3 Đặc tính trực giao và việc sử dụng DFT/FFT. I.2.3.3.1 Trực giao Việc sử dụng một số lượng lớn các sóng mang có vẻ không có triển vọng trong thực tế do cần phải có rất nhiều bộ điều chế, giải điều chế và bộ lọc đi kèm theo. Ngoài ra cũng cần một dải thông lớn hơn để chứa các sóng mang này.Cả hai vấn đề trên được giải quyết bằng cách thức sau: Các sóng mang được đặt đều đặn cách nhau một khoảng fU = 1/TU, với TU là khoảng symbol hữu ích. Các sóng mang này phải đặt trực giao với nhau. Về mặt toán học, việc trực giao sẽ như sau: sóng mang thứ k được biểu diễn dươi dạng: với wu =2p/TU, điều kiện trực giao sóng phải thoả mãn là : Về ý nghĩa vật lý: Khi giải điều chế tín hiệu cao tần này bộ giải điều chế không nhìn thấy các tín hiệu cao tần kia, kết quả là không bị các tín hiệu cao tần khác gây nhiễu. Về phương diện phổ: Điểm phổ có năng lượng cao nhất rơi vào điểm bằng không của sóng mang kia. Hơn thế nữa chúng ta không bị lãng phí về mặt phổ. Các sóng mang được đặt rất gần nhau vì thế tổng cộng dải phổ cũng chỉ như ở điều chế sóng mang đơn nếu chúng được điều chế với tất cả dữ liệu và sử dụng bộ lọc cắt lý tưởng. I.2.3.3.2 Củng cố tính trực giao bằng khoảng bảo vệ Thực tế, sóng mang được điều chế nhờ các số phức. Nếu khoảng tổ hợp thu được trải dài theo hai symbol thì không chỉ có nhiễu của cùng sóng mang (ISI) mà còn cả nhiễu xuyên sóng mang (ICI). Để tránh điều này chúng ta chèn thêm khoảng bảo vệ để giúp đảm bảo các thông tin tổng hợp là đến từ cùng một symbol và xuất hiện cố định. Mỗi khoảng symbol được kéo dài thêm vì thế nó sẽ vượt quá khoảng tổ hợp của máy thu TU. Vì tất cả các sóng mang đều tuần hoàn trong TU nên toàn bộ tín hiệu điều chế cũng vậy. Vì thế đoạn thêm vào tại phần đầu của symbol để tạo nên khoảng bảo vệ sẽ có cùng độ dài giống với đoạn thêm vào tại cuối symbol. Miễn là trễ không vượt quá đoạn bảo vệ, tất cả thành phần tín hiệu trong khoảng tổ hợp sẽ đến từ cùng một symbol và tiêu chuẩn trực giao được thoả mãn. ICI và ISI chỉ xảy ra khi trễ vượt quá khoảng bảo vệ. Đường truyền trễ Đường truyền chính n-1 n n + 1 n-1 n Thời gian Khoảng bảo vệ chèn vào đầu và cuối symbol Hình I.2.16: Chèn thêm khoảng bảo vệ Độ dài khoảng bảo vệ được lựa chọn sao cho phù hợp với mức biên độ hiện tượng nhiều đường. DVB-T có nhiều lựa chọn nhưng khoảng bảo vệ tối đa không vượt qua TU /4. Còn nhiều yếu tố khác gây ra sự suy giảm tính trực giao và do đó sẽ gây ra ICI. Chúng có thể là các lỗi xảy ra trong bộ tạo dao động nội hoặc trong việc lấy mẫu tần số của máy thu hay các nhiễu pha (phase-noise) ở trong bộ tạo dao động nội. Tuy nhiên trên thực tế những ảnh hưởng này có thể giữ ở mức giới hạn có thể chấp nhận được. I.2.3.3.3 Sử dụng FFT Chúng ta đã tránh được việc dùng hàng ngàn bộ lọc nhờ tính trực giao.Còn việc giải điều chế các sóng mang, các bộ ghép kênh và các bộ tổ hợp sẽ được dựa trên biến đổi Fuorier nhanh (FFT). Thực tế, chúng ta làm việc với tín hiệu thu được dưới dạng lấy mẫu (theo định lý Nyquyst).Quá trình tổ hợp trở thành quá trình tổng kết, toàn bộ quá trình giải điều chế dựa trên dạng biến đổi Furier rời rạc (DFT). Hiện nay việc thực hiện biến đổi Furier nhanh được thực hiện bằng mạch tổ hợp có sẵn. • Định lý lấy mẫu: Nếu muốn khôi phụ tín hiệu tương tự từ tín hiệu lấy mẫu một cách trung thành thì tần số lấy mẫu phải lớn hơn hoặc bằng hai lần bề rộng phổ của tín hiệu. FS ³ 2.Fa. Nếu FS = 2.Fa thì gọi là tần số Nyquyst FSNy. •Chuyển đổi Fourier nhanh (FFT) Biến đổi Fourier của một tín hiệu rời rạc x(n) được định nghĩa như sau: X(e jw) =å x(n)e -jwn n: -¥ ® +¥ Như vậy biến đổi Fourier đã chuyển việc biểu diễn tín hiệu x(n) trong miền biến số độc lập n thành việc biểu diễn tín hiệu X(e jw) trong miền tần số w ( f = 2p /w). I.2.3.4 Tổ chức kênh trong OFDM I.2.3.4.1 Phân chia kênh Các đặc tính của kênh truyền dẫn không cố dịnh trong miền thời gian nhưng trong một khoảng thời gian ngắn thì thường là ổn định.COFDM thực hiện việc phân chia kênh truyền dẫn theo cả miền thời gian và miền tần số. Tổ chức kênh RF thành các dải tần con hẹp và tập các đoạn thời gian liên tiếp nhau. • Phân kênh theo miền tần số: Toàn bộ băng tần sẽ được chia ra thành các dải tần hẹp. Mỗi kênh chiếm một băng tần con. • Phân kênh theo miền thời gian: Là quá trình ghép xen kẽ các mẫu tín hiệu của các kênh khác nhau sao cho có thể truyền nối tiếp trên đường truyền. Phân chia kênh theo cả miền thời gian và tần số có dạng như hình vẽ thời gian tần số dải thông kênh dải tần con đoạn thời gian Hình I.2.17: Phân chia kênh I.2.3.4.2 Chèn sóng mang phụ Trong mỗi đoạn thời gian tương ứng với một symbol OFDM, mỗi dải tần phụ được trang bị một sóng mang phụ. Để tránh nhiễu giữa các sóng mang, chúng được bố trí vuông góc với nhau, nghĩa là khoảng cách giữa các sóng mang được đặt bằng nghịch đảo của một chu kỳ symbol. Hình I.2.18: Chèn các sóng mang phụ I.2.3.4.3 Chèn khoảng bảo vệ Do các “echo” được tạo ra bởi các bản sao của tín hiệu gốc khi bị trễ nên tại phần cuối của mỗi symbol OFDM sẽ có nhiếu liên symbol với phần đầu của symbol tiếp theo. Để tránh hiện tượng này, một khoảng bảo vệ được chèn vào mỗi symbol như hình vẽ 2.12 . Khoảng thời gian bảo vệ Tg chính là thời gian thiết bị thu chờ đợi trước khi xử lí tín hiệu. Loại tín hiệu phản xạ đặc trưng của mạng đơn tần là tín hiệu tới từ một đài phát thanh lân cận nào đó, phát cùng một symbol. Tín hiệu này không thể phân biệt được với tín hiệu phản xạ truyền thống do đó nó được xử lí như mọi tín hiệu phản xạ nếu nó tới máy thu trong khoảng thời gian Tg. Khoảng thời gian bảo vệ càng lớn, khoảng cách tối đa giữa các máy phát hình càng lớn. Tuy nhiên về góc độ lý thuyết thông tin thì Tg cần phải có giá trị càng nhỏ càng tốt do Tg là khoảng thời gian không được sử dụng trong kênh truyền. Tg càng lớn sẽ càng làm giảm dung lượng kênh. Hình I.2.19: Chèn khoảng bảo vệ Trong khoảng thời gian bảo vệ này (tương ứng với một nhiễu giao thoa giữa các symbol) các máy thu sẽ bỏ qua tín hiệu thu được. Tín hiệu chính Phản xạ 2 Đồng kênh Phản xạ 1 Tín hiệu thu được Tg Twant Ts t t t t t Hình I.2.20: Dạng tín hiệu minh hoạ khi có khoảng bảo vệ I.2.3.4.4 Đồng bộ kênh Để giải điều chế tín hiệu Iột cách chính xác, các máy thu phải lấy Iẫu tín hiệu chính xác trong suốt khoảng thời gian hữu ích của symbol OFDM (bỏ qua khoảng bảo vệ chèn). Do đó, Iột cửa sổ thời gian sẽ được ấn định chính xác tại khoảng thời gian lấy Iẫu Iỗi chu kỳ symbol diễn ra. Hệ thống DVB-T sử Iụng các sóng mang “pilot”, trải đều đặn trong kênh truyền Iẫn, đóng vai trò làm các điểm đánh Iấu đồng bộ như hình 2.14. Các tính năng khác nhau này (phân chia kênh, mã hoá Iữ liệu, chèn khoảng bảo vệ, sóng mang đồng bộ) đã tạo ra các đặc tính cơ sở của phương thức điều chế COFDM.Tuy nhiên tất cả các tính năng trên đều làm giảm tốc độ hữu ích của tải thông tin. Trên thực tế hoàn toàn có thể cân bằng giữa khả năng chống lỗi với dung lượng kênh. Để các nhà phát hình có thể sử Iụng hệ thống truyền Iẫn của mình trong các điều kiện cụ thể khác nhau DVB-T đã đưa ra nhiều tham số có thể lựa chọn như: kích thước FFT (2K, 8K), tỷ lệ mã hoá (1/2, 2/3,3/4 …), khoảng bảo vệ (1/4 Ts, 1/8 Ts, 1/16 Ts …). Hình I.2.21: Các sóng mang đồng bộ I.2.3.5 Cách thức mang dữ liệu trong COFDM COFDM cho phép trải dữ liệu để truyền đi trên cả hai miền tần số và thời gian sau khi đã mã hoá để bảo vệ dữ liệu. Do có hiện tượng fading tần số giữa các dải tần cận kề nên COFDM có sử dụng việc xen tần số. Xen tần số nghĩa là các bit dữ liệu liên tiếp nhau sẽ được trải ra trên các sóng mang cách biệt nhau. Trong DVB-T việc mapping dữ liệu lên các symbol OFDM thực ra là điều chế từng sóng mang riêng rẽ và nó được tạo ra theo ba chòm sao mã hoá 4QAM, 16QAM, 64QAM. Hình I.2.22: Thực hiện mapping dữ liệu lên các symbol Q 100000 100010 101010 101000 001000 001010 000010 000000 ● ● ● ● ● ● ● ● 100001 100011 101011 101001 001001 001011 000011 000001 ● ● ● ● ● ● ● ● 100101 100111 101111 101101 001101 001111 000111 000101 ● ● ● ● ● ● ● ● 100100 100110 101110 101100 001100 001110 000110 000100 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● 110100 110110 111110 111100 011100 011110 010110 010100 ● ● ● ● ● ● ● ● 110101 110111 111111 111101 011101 011111 010111 010101 ● ● ● ● ● ● ● ● 110001 110011 111011 111001 011001 011011 010011 010001 ● ● ● ● ● ● ● ● 110000 110010 111010 111000 011000 011010 010010 010000 I 64-QAM 1000 1010 0010 0000 ● ● ● ● 1001 1011 0011 0001 ● ● ● ● ● ● ● ● 1101 1111 0111 0101 ● ● ● ● 1100 1110 0110 0100 I Q 16-QAM 00 ● ● ● ● 01 Q I QPSK Tuỳ theo hình dạng điều chế được lựa chọn, tại một chu kỳ symbol cho mỗi sóng mang sẽ có 2 bit (4QAM), 4 bit (16QAM), hay 6 bit (64QAM) được truyền đi. Mỗi dạng điều chế có một khả năng chống lỗi khác nha. Thường thì 4QAM có dung sai chịu nhiễu lớn gấp 4 đến 5 lần so với 64QAM. I.2.4 Cấu trúc khung OFDM. Khung OFDM (mẫu 2K&4K) gồm 68 symbol, thời gian truyền một khung là TF. Một siêu khung có 4 khung. Các symbol trong khung được đánh số từ 0 đến 67, mỗi symbol được truyền đi trong khoảng thời gian TS bao gồm hai phần: TU thời gian sử dụng của symbol và ∆ thời gian chèn bảo vệ. Các symbol gồm thông tin dữ liệu và thông tin tham chiếu khác. Tín hiệu OFDM mang đi trong các sóng mang điều chế riêng biệt, các symbol được đưa đến tế bào tương ứng với sóng mang mà nó được điều chế. Tại một thời điểm một sóng mang mang một symbol. Trong khung OFDM ngoài dữ liệu còn có thông tin: Pilot nhận dạng tế bào. Pilot sóng mang. Sóng mang TPS (Transmission Parameter Signalling). Các pilot dùng để đồng bộ khung, đồng bộ thời gian, đồng bộ tần số, thiết lập kênh truyền, nhận dạng mẫu truyền dẫn. Sóng mang k Î [ Kmin; Kmax ] trong đó Kmin = 0 Kmax =1704 đối với mẫu 2K, và 6816 đối với mẫu 8K. Khoảng cách giữa hai sóng mang 1/TU trong khi đó khoảng cách sóng mang giữa Kmin và Kmax là : (K-1)/TU. Thông số Mẫu 8K Mẫu 2K Số lượng sóng mang K 6 817 1 705 Số lượng sóng mang Kmin 0 0 Số lượng sóng mang Kmax 6 816 1 704 TU 896µs 224µs Khoảng cách sóng mang 1/TU 1 116 Hz 4 464Hz Khoảng cách sóng mang Kmin và Kmax 7,16Hz 7,16Hz Bảng I.3: Thông số OFDM của mẫu 2K&8K trong kênh truyền 8MHz I.2.5 Báo hiệu thông số truyền dẫn Sóng mang TPS báo hiệu thông tin như mã hoá kênh truyền, điều chế…TPS được truyền đi song song trên 17 sóng mang TPS đối với mẫu 2K và 68 sóng mang đối với mẫu 8k. Các sóng mang này vận chuyển các symbol với cách thức như nhau nhưng bit thông tin mã hoá thì khác nhau. Bảng I.4: Sóng mang mang thông tin TPS Sóng mang TPS mang thông tin: - Điều chế, với giá trị α tương ứng với các chòm sao điều chế ( nó biểu thị khoảng cách trong chòm sao điều chế). - Phân cấp. - Khoảng chèn bảo vệ. - Tốc độ mã hoá nội. - Mẫu truyền dẫn (2K hoặc 4K). - Số khung trong siêu khung. - Nhận dạng tế bào. Trong một khung có 68 bit TPS, mỗi symbol chứa một bit TPS trong đó: -1 bit khởi tạo -16 bit đồng bộ. -37 bit thông tin.(Có 31 dùng còn lại 6 bit thiết lập bằng 0). -14 bit chống lỗi. Bảng I.5: Thông tin báo hiệu của các bit Chỉ số bit Thông tin báo hiệu s0 khởi tạo s1 đến s16 Đồng bộ s17 đến s22 Chiều dài TPS s23, s24 Số khung s25, s26 Chòm sao điều chế s27, s28, s29 Thông tin phân cấp s30, s31, s32 Tốc độ mã dòng HP s33, s34, s35 Tốc độ mã dòng LP s36, s37 Khoảng bảo vệ s38, s39 Mẫu truyền dẫn s40 đến._.