Thành Phần Mới Trong Bộ Điều Chế Dvb-T: Chế Độ Phát 4K

Do tiêu chuẩn DVB-H được xây dựng dựa trên nền tảng của công nghệ DVB-T nên các đặc điểm của DVB-H hầu như giống với DVB-T. Trong khuôn khổ luận văn này chỉ đề cập đến các yếu tố mới thêm vào trong DVB- H mà công nghệ DVB-T không thể có như:

- Sử dụng kĩ thuật cắt lát thời gian (time slicing) để tiết kiệm năng lượng một cách tối đa cho thiết bị di động (có khả năng tiết kiệm trên 90%), giúp nâng cao thời gian sử dụng pin bằng cách tổ chức dữ liệu thành các nhóm gói trên mỗi kênh.

- Dùng cơ chế đóng gói đa giao thức MPE cho phép truyền các giao thức mạng dữ liệu ở phần đầu của luồng MPEG-2. Việc sửa lỗi hướng tới FEC được dùng kết hợp với MPE để cải thiện cường độ và do đó tạo sự linh hoạt của tín hiệu.

- Cùng với các mode điều chế 2K và 8K đã có sẵn trong DVB-T, một mode 4K được thêm vào DVB-H đưa đến sự linh hoạt cho thiết kế mạng. Do các sóng mang 2K sẽ không đem lại mức bảo vệ đủ chống lại fading lựa chọn tần số, đồng thời cũng cung cấp kích thước cell nhỏ hơn khoảng bảo vệ cho các mạng đơn tần SFN. Tương tự, kiểu sóng mang 8K đặt các sóng mang quá gần ở tần số dịch Doppler đối với các máy thu di chuyển. Do đó kiểu điều chế mới .

Là dùng sóng mang 4K đã được đưa ra nhằm cung cấp độ bù tốt hơn giữa kích thước cell và hiệu ứng Doppler khi thuê bao di chuyển. 1 bộ chèn symbol theo chiều sâu (in-depth interleaver) ngắn cũng được giới thiệu cho mode 2K và 4K, tạo ra dung lỗi tốt hơn chống lại nhiễu xung (giúp đạt được một cường độ tương đương với mode 8K).

Hình 1.6. Các bổ sung cho DVB-H vào hệ thống DVB-T

CHƯƠNG 2. THÀNH PHẦN MỚI TRONG BỘ ĐIỀU CHẾ DVB-T: CHẾ ĐỘ PHÁT 4K

2.1. Khái quát chung

2.1.1. Điều chế COFDM

Như chúng ta đã biết hệ phát số DVB-T sử dụng kỹ thuật COFDM (ghép tần số trực giao có mã sửa sai) như một phương thức điều chế dữ liệu. OFDM là một dạng đặc biệt của hệ thống điều chế đa sóng mang dựa trên nguyên tắc phân chia luồng dữ liệu thành các luồng dữ liệu con lên các sóng mang. Các sóng mang được điều chế với tốc độ bit thấp và với số lượng sóng mang lớn sẽ mang được luồng dữ liệu có tốc độ bit cao.

Bản chất của quá trình tạo tín hiệu OFDM là phân tích chuỗi bit đầu vào thành các sóng mang đã được điều chế theo một kiểu nào đó trong miền thời gian liên tục. Tùy thuộc vào kiểu điều chế, mỗi tổ hợp bit trong chuỗi bit đầu vào được gán cho một tần số sóng mang, vì vậy mỗi sóng mang chỉ tải số lượng bit cố định. Tùy thuộc vào kiểu điều chế cơ sở được chọn là QPSK, 16- QAM hay 64-QAM, mỗi sóng mang sẽ vận chuyển được số bit dữ liệu là 2, 4 hoặc 6 bit.

Tuy nhiên với công suất phát cố định, khi có nhiều bit dữ liệu trong một symbol thì các điểm trong chòm sao càng gần nhau hơn và khả năng chống lỗi sẽ bị giảm. Do vậy cần có sự cân đối giữa tốc độ và mức độ lỗi. Trong mô hình điều chế phân cấp, hai luồng số liệu độc lập sẽ được truyền trong cùng một thời điểm. Luồng dữ liệu có mức ưu tiên cao (HP) được điều chế QPSK và luồng có mức ưu tiên thấp (LP) được điều chế 16-QAM hoặc 64-QAM.

2.1.2. Số lượng, vị trí và nhiệm vụ của các sóng mang

Tín hiệu truyền đi được tổ chức thành các khung (frame). Cứ bốn khung liên tiếp tạo thành một đa khung. Lý do việc tạo ra các khung là để phục vụ tổ chức mang thông tin tham số bên phát (bằng các sóng mang báo hiệu tham số bên phát - Transmission Parameter Signalling – TPS carriers). Lý do của việc hình thành các đa khung là để chèn vừa đủ một số nguyên lần gói mã sửa sai Reed-Solomon 204 byte trong dòng truyền tải MPEG-2 cho dù ta chọn bất kỳ cấu hình tham số phát, điều này tránh việc phải chèn thêm các gói đệm không cần thiết.

Mỗi khung chứa 68 symbol OFDM trong miền thời gian (được đánh dấu từ 0 đến

67). Mỗi symbol này chứa hàng ngàn sóng mang nằm dày đặc trong dải thông 8 MHz (Việt Nam chọn dải thông 8MHz, có nước chọn 7MHz).

Hình 2.1. Phân bố sóng mang trong kĩ thuật COFDM

Như vậy trong 1 symbol OFDM sẽ chứa:

- Các sóng mang dữ liệu (hình ảnh, âm thanh…) được điều chế M-QAM.

- Các pilot (sóng mang) liên tục (continual pilot): các pilot này có vị trí cố định trong dải tần 8 MHz và cố định trong biểu đồ chòm sao để đầu thu sửa lỗi tần số, tự động điều chỉnh tần số (AFC) và sửa lỗi pha.

- Các pilot (sóng mang) rời rạc (phân tán) (scattered pilot): Có vị trí cố định trong biểu đồ chòm sao nhưng không có vị trí cố định trong miền tần số, tuy nhiên lại được trải đều trong dải thông 8 MHz. Bên máy thu khi nhận được các thông tin từ các pilot này sẽ tự động điều chỉnh để đạt được “đáp ứng kênh” tốt nhất và thực hiện việc hiệu chỉnh (nếu cần).

Khác với sóng mang các chương trình (sóng mang dữ liệu), các pilot không điều chế QAM mà chỉ điều chế BPSK.

- Các sóng mang tham số phát TPS (Transmission Parameter Signalling): Chứa nhóm thông số phát được điều chế BPSK, chúng không những có vị trí cố định trên biểu đồ chòm sao mà còn hoàn toàn cố định ở các vị trí xác định trong dải tần 8 MHz.

2.2. Chế độ phát 4K

Máy phát số DVB-T (hay DVB-H) có một tham số là chế độ phát 2K hoặc 8K.

Chế độ phát 2K sử dụng 1705 sóng mang trong 1 symbol OFDM, trong đó có 1512 sóng mang dữ liệu, 17 sóng mang tham số phát TPS và 176 các pilot. Chế độ phát 8K sử dụng 6817 sóng mang, trong đó có 6048 sóng mang dữ liệu, 68 sóng mang tham số phát TPS và 701 các pilot.

Hình 2.2. Ví dụ về số sóng mang của hai chế độ 2K và 8K với băng thông 8 MHz Còn chế độ phát 4K được giới thiệu lần đầu tiên trong ISDB-T (Nakahara et al.,

1999) nhằm cung cấp thêm một sự cân bằng giữa kích thước các cell SFN và hiệu suất thu di động, đem lại thêm một mức độ linh hoạt cho thiết kế mạng. Chế độ này chỉ có trong các mạng DVB-H dùng riêng, bởi trong DVB-T không có. DVB-T chỉ có hai chế độ như đã nói là 2K và 8K.

Với chế độ 4K, các ưu điểm từ 2K và 8K vẫn được duy trì, vừa có thể dùng một mạng đơn tần vùng phủ sóng rộng vừa có thể đạt tốc độ đầu cuối đáng kể do cung cấp hiệu suất cao hơn 8K nhưng vẫn duy trì khoảng bảo vệ đủ dài dùng trong các cell SFN lớn để chống nhiễu. Chế độ 4K dùng 3409 sóng mang trong 1 symbol OFDM, trong đó có 3024 sóng mang dữ liệu, 34 sóng mang tham số phát TPS và 351 các pilot.

Sau đây là danh sách liệt kê một số thông số ở 3 chế độ phát 2K, 4K và 8K:

Bảng 2 Thông số các chế độ phát trong OFDM

Mode
OFDM parameter	2K	4K	8K
Overall carriers (= FFT size)	2048	4096	8192
Modulated carriers	1705	3409	6817
Useful carriers	1512	3024	6048
	224	448	896
	7,14,28,56	14,28,56,112	28,56,112,224
Carriers spacing (kHz)	4.464	2.232	1.116
Maximum distance of transmitters (km)	23	50	100

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 50 trang tài liệu này.

Hình 2.3. Vị trí các loại sóng mang trong 1 symbol OFDM

Trong chế độ 8K, số lượng sóng mang dữ liệu gấp 4 lần trong chế độ 2K nhưng thời gian để truyền hết số lượng sóng mang này cũng gấp 4 lần nên tổng vận tốc dòng dữ liệu cũng bằng chế độ 2K.

Tốc độ đầu cuối trong chế độ 2K gấp 4 lần tốc độ đầu cuối của 8K, nhưng việc nhận ra nhiễu của các mạng đơn tần là rất khó khăn do khoảng bảo vệ ngắn. Tuy nhiên, với chế độ 8K thì các mạng đa tần được dùng thay cho mạng đơn tần nhưng tốc độ đầu cuối có thể đạt được là thấp hơn nhiều.

DVB-H chủ yếu là một hệ thống truyền dẫn cho phép thu thông tin quảng bá trên các thiết bị di động cầm tay có anten đơn. Trong hệ thống DVB-T, mode truyền 2K là để cung cấp hiệu suất thu di động tốt hơn mode 8K. Tuy nhiên, khoảng thời gian của các symbol OFDM mode 2K ngắn và do đó, các khoảng thời gian bảo vệ rất ngắn. điều này làm cho mode 2K chỉ phù hợp với các

SFN nhỏ, gây khó khăn cho việc thiết kế mạng để xây dựng các mạng hiệu quả. Có thể thấy rằng 1 symbol OFDM 4K có một khoảng thời gian dài hơn và vì vậy có một khoảng bảo vệ dài hơn 1 symbol OFDM 2K, cho phép xây dựng các mạng SFN vừa chống nhiễu ISI, dịch Doppler và nhiễu giữa các sóng mang. điều này mang lại cho việc thiết kế mạng một cách tối ưu mạng SFN tốt hơn.

CHƯƠNG 3. CẤU HÌNH MẠNG TRIỂN KHAI TRONG DVB-H

3.1. Các loại cấu hình mạng DVB-H

Kĩ thuật DVB-H được thiết kế để chia sẻ hạ tầng mạng đang tồn tại của DVB-T. DVB-H có thể hoạt động trong hai cấu hình mạng sau:

Mạng dùng chung DVB-H (dùng chung bộ ghép với MPEG-2)

Trong mạng dùng chung DVB-H, các kênh truyền hình di động sau IPE (bộ đóng gói IP) sẽ dùng bộ ghép kênh DVB-T (MUX) chung với các chương trình truyền hình mặt đất khác. Các chương trình truyền hình mặt đất này sẽ được mã hóa thành dạng MPEG-2, trong khi các chương trình truyền hình di động lại ở trong bộ mã hóa MPEG-4 và IPE. Bộ ghép kênh sẽ kết hợp những chương trình này thành một luồng truyền duy nhất đến bộ điều chế và truyền đi.

Hình 3.1. DVB-H với bộ ghép kênh dùng chung

3.1.2. Mạng phân cấp DVB-H (dùng chung với mạng DVB-T bằng cách phân cấp)

Trong một mạng phân cấp, việc điều chế được phân cấp thành hai luồng, DVB- T và DVB-H, mỗi luồng là một phần của ngò ra bộ điều chế dùng chung.

DVB-T được điều chế ở dạng luồng có độ ưu tiên thấp và DVB-H là luồng có độ ưu tiên cao. Trong trường hợp độ ưu tiên cao, bộ điều chế phải mạnh hơn (như dùng QPSK) trường hợp độ ưu tiên thấp (dùng 16-QAM). Việc điều chế phân cấp như vậy giúp bảo vệ các gói dữ liệu tránh lỗi tốt hơn do các luồng ưu tiên cao có mật độ thấp