Nghiên cứu một số vấn đề của truyền hình số vệ tinh theo tiêu chuẩn Châu Âu thế hệ thứ 2 (DVB S2) và khả năng ứng dụng tại Việt Nam

1
CHƯƠNG 1 . 7
TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ QUA VỆ TINH 7
1.1. Tổng quan về truyền hình số qua vệ tinh 7
1.2. Tiêu chuẩn DVB -S (EN 300 421) [4] 11
1.2.1. Thích nghi đầu vào và phân tán năng lượng (MUX Adaptation and Energy Dispersal)
. 12
1.2.2. Mã hóa ngoài (Outer coding) 17
1.2.3. Khối xáo trộn bit (Forney Convolutional Interleaver) 18
1.2.4. Mã hóa trong-mã chập (Inner Coding - Convolutional Coding) 21
1.2.5. Lọc băng gốc và điều chế tín hiệu (Baseband Shaping & Modultation) 25
1.3. Các thông số kỹ thuật đường truyền của tiêu chuẩn DVB-S 28
1.4. Tiêu chuẩn truyền hình vệ tinh lưu động DVB-DSNG (EN 301 210) [5] 30
1.4.
1. Sơ lược về điều chế mã lưới (Trellis Code Modulation) 30
1.4.2. Tiêu chuẩn DVB-DSNG (EN 301 210) 32
CHƯƠNG 2 . 36
TIÊU CHUẨN DVB-S2 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG 36
2.1. Giới thiệu về tiêu chuẩn DVB -S2 (EN 302 307) [6] 36
2.1.1. Khối thích nghi kiểu truyền dẫn (Mode Adaptation) 34
2.1.2. Khối thích nghi dòng truyền tải (Stream Adaptation) 38
2.1.3. Khối mã hóa sửa lỗi trước FEC . 39
2.1.4. Khối ánh xạ bit lên chòm sao điều chế (Bit Mapping Into Constellation) 43
2.1.5. Tạo khung lớp vật lý (PL Framing) 46
2.1.6. Lọc băng gốc v
à điều chế cầu phương (Baseband Shaping & Quadrature Modultation)
. 50
2.2. Điểm lại tiêu chuẩn DVB-S2 50
2.3. Một số điểm đáng chú ý về thông số kỹ thuật của tiêu chuẩn DVB-S2 52
2.4. Kết luận . 62
CHƯƠNG 3 . 64

MỘT SỐ ĐỀ XUẤT VỀ DỊCH VỤ VÀ THÔNG SỐ TRẠM THU PHÁT KHI SỬ DỤNG
DVB-S2 CHO ĐÀI THVN . 64
3.1. Hiện trạng sử dụng thông tin vệ tinh của Đài
Truyền hình Việt Nam 64
3.1.1. Hiện trạng truyền dẫn và phát sóng các chương trình truyền hình quảng bá và truyền
hình lưu động qua vệ tinh 64
3.1.2. Hiện trạng truyền dẫn và phát sóng các chương trình truyền hình trả tiền qua vệ tinh65
2
3.2.3. Hiện trạng truyền dẫn và phát sóng chương trình truyền hình VTV4 dành cho cộng
đồng người Việt Nam ở nước ngoài qua vệ tinh 66
3.3. Hiện trạng các máy phát vệ tinh của Đài THVN 67
3.3.1. Hiện trạng máy phát vệ tinh băng C 67
3.2. Một số đề xuất về dịch vụ của DVB-S2 70
3.2.1. Phát sóng kết hợp các chương trình truyền hình quảng bá SDTV và HDTV [7] 70
3.2.2. Phân phối chương trình đến các trạm phát truyền hình mặt đất 71
3.2.3. Các ứng dụng lưu động DSNG sử dụng DVB-S2 73
3.2.4. Góp tin truyền hình tới Studio (TV contribution) 73
3.2.5. Mã hóa và điều chế thích nghi cho các ứng dụng điểm-điểm 74
3.2.6. Dịch vụ IP unicast . 76
3.4.3. Đối với dịch vụ truyền hình lưu động Error! Bookmark not defined.
3.5. Kết luận chương 3 . 83
KẾT LUẬN . 84
TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

5
MỞ ĐẦU
Truyền hình vệ tinh bắt đầu sử dụng tại Việt Nam từ những năm 1990
để truyền dẫn tín hiệu các chương trình truyền hình đến các trạm phát lại mặt
đất ở các tỉnh, thành trong cả nước. Ban đầu là sử dụng vệ tinh băng tần C,
công nghệ tương tự, sau đó đã tiến đến công nghệ số băng tần C, Ku. Sau đó

truyền dẫn vệ tinh đư
ợc sử dụng để truyền hình trực tiếp các chương trình như
kỷ niệm các ngày lễ lớn, các sự kiện thể thao, văn hóa trong và ngoài nước,
cầu truyền hình, …. đã đem lại hiệu quả kinh tế, kỹ thuật cao và phát huy
những ưu điểm của truyền hình số qua vệ tinh.
Ngoài nhiệm vụ truyền dẫn, từ năm 2002 Đài Truyền hình Việt Nam đã
sử dụng vệ tinh vào dịch vụ truyền hình đến từng nhà (DTH-Direct To Home)
với ưu điểm có thể sử dụng anten thu kích thước nhỏ gọn trên băng tần Ku.
Hiện nay, số lượng thuê bao DTH đã tăng lên đáng kể và số lượng cũng như
chất lượng chương trình không ngừng được nâng cao nhằm đáp ứng nhu cầu
của thuê bao và cạnh tranh với các loại hình truyền dẫn khác.
Toàn bộ hệ thống truyền hình số qua vệ tinh của Truyền hình Việt Nam
hiện nay sử dụng tiêu chuẩn nén video MPEG-2 và tiêu chuẩn truyền hình qua
vệ tinh DVB-S. Tiêu chuẩn DVB-S2 ra đời từ năm 2003 với những ưu điểm
so với chuẩn DVB-S như: khả năng sử dụng băng tần hiệu quả hơn, các kiểu
điều chế, mã hóa linh hoạt hơn và không bị hạn chế với kiểu mã hoá MPEG-2
mà mềm dẻo hơn khi chấp nhận bất kì dạng đầu vào, bao gồm dòng bit liên
tục, dòng truyền tải MPEG đơn hoặc đa chương trình, IP hay ATM. Đặc tính
này cho phép các dòng dữ liệu khác và các cấu hình dữ liệu trong tương lai có
thể sử dụng được với DVB-S2 mà không cần tới một tiêu chuẩn mới. Tiêu
chuẩn DVB-S2 đã bắt đầu được đưa vào sử dụng tại Đài THVN trong truyền
dẫn lưu động từ đầu năm 2010. Trong những năm tới, việc đưa vào sử dụng
chuẩn DVB-S2 trong truyền dẫn, phát sóng các chương trình truyền hình là
6
cần thiết. Tuy nhiên cần có sự nghiên cứu tìm hiểu một cách khoa học để việc
áp dụng đạt hiệu quả kinh tế, kỹ thuật cao và tận dụng tốt các thiết bị hiện tại.
Với mục tiêu này tác giả đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu một số vấn
đề của truyền hình số vệ tinh theo tiêu chuẩn Châu Âu thế hệ thứ 2
(DVB-S2) và khả năng ứng dụng tại Việt Nam”.
Trong luận văn này tác giả trình bày tổng quan về truyền hình số qua vệ

tinh và đi sâu vào nghiên cứu và thử nghiệm chuẩn DVB-S2, cũng như một số
ứng dụng của chuẩn DVB-S2 với ngành truyền hình và cuối cùng là đề xuất
của tác giả về dịch vụ và thông số trạm thu phát khi sử dụng DVB-S2 cho Đài
THVN. Nội dung của luận văn bao gồm:
- Chương 1: Tổng quan về truyền hình số qua vệ tinh.

- Chương 2: Tiêu chuẩn DVB-S2 và một số ứng dụng.
- Chương 3: Một số đề xuất về dịch vụ và thông số trạm thu phát khi
sử dụng DVB-S2 cho Đài THVN.
Xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Trương Văn Cập đã tận tình hướng
dẫn, giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận văn này.
7
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ QUA VỆ TINH
Truyền hình qua vệ tinh là một phương pháp phủ sóng có hiệu quả so
với các phương pháp khác. Trong hệ thống truyền hình mặt đất, để phủ sóng
toàn bộ lãnh thổ sẽ cần đến rất nhiều trạm phát truyền hình mặt đất với chất
lượng tín hiệu không đồng đều, nhất là với địa hình nhiều đồi núi như nước ta.
Truyền hình qua vệ tinh có những ưu điểm mà c
ác hệ thống phát sóng truyền
hình khác như truyền hình cáp hay truyền hình mặt đất không thể có được.
Với ưu điểm có vùng phủ sóng rộng, không phụ thuộc vào địa hình đồi
núi, để phủ sóng cả lãnh thổ Việt Nam chỉ cần một trạm phát lên vệ tinh,
những trạm mặt đất đặt trong vùng phủ sóng đều thu được tín hiệu trực tiếp từ
vệ tinh. Một số ưu điểm nữa là chất lượng tín hiệu ổn định, dung lượng đường
truyền lớn, cường độ trường tại điểm thu ổn định truyền hình qua vệ tinh đã
được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu.
1.1. Tổng quan về truyền hình số qua vệ tinh
Truyền hình số qua vệ tinh phát triển vào năm 1995 nhưng vào thời
điểm đó chỉ chiếm một thị phần nhỏ. Đến c

uối năm 1998 chỉ có 0.3% hộ gia
đình thu tín hiệu truyền hình số vệ tinh DTH. Đến nay số hộ gia đình sử dụng
truyền hình số qua vệ tinh đã phát triển tại hầu hết các nước trên thế giới. Chỉ
tính đến cuối năm 2004 riêng khu vực Châu Á đã có trên 25 triệu hộ gia đình
sử dụng truyền hình số qua vệ tinh.
Dịch vụ DTH sử dụng công nghệ truyền dẫn số nên đảm bảo chất lượng
tín hiệu hình ảnh cũng như âm thanh, có thể truyền dẫn được nhiều chương
trình truyền hay một chương trình truyền hình có độ phân giải cao HDTV
(HDTV-High Definition Television) và độ phân giải tiêu chuẩn (SDTV-
Standard Definition Television) trên một bộ phát đáp, hệ thống âm thanh
Stereo hay âm thanh lập thể AC-3. Ngoài ra hệ thống truyền hình số còn
8
tương thích với nhiều loại dịch vụ khác như truyền dữ liệu, internet, truyền
hình tương tác
Hình 1.1: Tình hình phát triển DTH tại khu vực châu Á
Do đặc điểm phân bố địa hình và dân cư trên lãnh thổ Việt Nam, nhiều
đồi núi, mật độ dân cư phân bố không đồng đều, nên việc lựa chọn phương
thức truyền dẫn tín hiệu truyền hình qua vệ tinh để phủ sóng toàn quốc là có
hiệu quả cao nhất. Truyền hình Việt Nam bắt đầu sử dụng công nghệ truyền
hình số qua vệ tinh từ tháng 4-1998 với chương trình VTV3 phát trên băng
tần Ku qua vệ tinh Thaicom 2. Đến nay, toàn bộ các chương trình của truyền
hình Việt Nam đã sử dụng công nghệ truyền dẫn tín hiệu truyền hình số qua
vệ tinh.
Việc chuyển đổi sang phát truyền hình số qua vệ tinh sẽ tạo ra nhiều
dịch vụ mới kết hợp với việc truyền dẫn tín hiệu truyền hình qua vệ tinh
trong tương lai như:
9
• Truyền hình trực tiếp từ vệ tinh tới các hộ gia đình (DTH): Cung cấp
các kênh truyền hình mà người xem có thể thu trực tiếp chương trình
truyền hình từ vệ tinh bằng anten thu có đường kính từ 60cm đến 90cm.

• Truyền dẫn tín hiệu đến các trạm phát lại mặt đất: Phương thức này
đang được áp dụng hiệu quả tại Đài THVN để đưa tín hiệu các chương
tr
ình VTV1, VTV2, VTV3, VTV5 đến khoảng hơn 100 trạm phát lại
mặt đất của THVN tại các tỉnh thành phố và hàng ngàn máy phát lại
công suất nhỏ khác tại các huyện, xã trong cả nước.
• Truyền hình độ phân giải cao (HDTV): Cung cấp các kênh truyền hình
có độ phân giải cao HDTV trên độ rộng băng tần của 1 bộ phát đáp mà
hệ thống tương tự không thể thực hiện được.
• Truyền dẫn tín hiệu truyền hình lưu động (SNG): Truyền tin nhanh từ
hiện trường về studio, truyền hình trực tiếp các chương trình ca n
hạc,
thể thao, các sự kiện chính trị, văn hóa, …
Hình 1.2: Một số ứng dụng của truyền hình số qua vệ tinh
SMATV
Đầu cuối CATV
DTH
Máy phát mặt đất
Truyền hình lưu động
10
• Internet: Cung cấp đường truyền số liệu tốc độ cao từ nhà cung cấp
dịch vụ đến các thuê bao dịch vụ ….
• Cung cấp dịch vụ truyền hình đến các tòa nhà lớn, khu chung cư
(SMATV-Satellite Master Antenna Television).
• Cung cấp tín hiệu truyền hình đến các đầu cuối dịch vụ truyền hình cáp
(CATV-Cable Television) để đưa đến các thuê bao truyền hình cáp.
Khác với các phương pháp truyền dẫn khác như truyền hình mặt đất
hay truyền hình cáp, phương pháp truyền dẫn tín hiệu qua
vệ tinh cũng có
nhưng đặc điểm riêng phụ thuộc vào mục đích truyền dẫn tín hiệu qua vệ tinh.

Do đặc điểm của truyền dẫn tín hiệu qua vệ tinh có đặc điểm là truyền dẫn
trong tầm nhìn thẳng, hệ số định hướng của anten lớn, tín hiệu ít bị ảnh hưởng
của phản xạ nhiều đường. Tuy nhiên do công suất trên vệ tinh là hữu hạn,
đồng thời cự ly thông tin lớn, suy giảm đường truyền lớn, dễ bị ảnh hưởng
của mưa nhất là băng tần Ku vì vậy tỷ số C/N của đường truyền không cao so
với các phương pháp truyền dẫn khác, ví dụ như truyền hình cáp hay truyền
hình số mặt đất. Chính vì những lý do đó mà hiệu suất sử dụng băng thông
không cao so với các phương pháp truyền dẫn khác.
Hình 1.3: Sơ đồ khối truyền hình số qua vệ tinh
11
1/ Khối mã hóa tín hiệu và ghép kênh: Có nhiệm vụ tạo ra dòng truyền
tải TS. Tín hiệu truyền hình tương tự được biến đổi sang tín hiệu số, sau đó
được nén theo tiêu chuẩn MPEG -2. Dòng bit thu được là các dòng cơ sở ES
được phân vào các gói dòng truyền tải TS. Tùy thuộc vào hệ thống mà dòng
truyền tải có thể là đơn chương trình hay đa chương trình. Các biện pháp khóa
mã cũng có thể được áp dụng để tăng tính bảo mật cho hệ thống.
2/ Khối điều chế: Sau khi tạo thành dòng truyền tải MPEG-2, tín hiệu
được đưa đến khối điều chế tín hiệu số. Khối điều chế có nhiệm vụ biến đổi
tín hiệu truyền hình số MPEG-2 thành tín hiệu trung tần IF (Intermediate
Frequency 70/140 MHz). Tùy thuộc vào các tiêu chuẩn khác nhau mà các
kiểu điều chế được sử dụng khác nhau. Các kiểu điều chế được áp dụng trong
tiêu chuẩn DVB-S là QPSK, BPSK, 8PSK hay 16PSK; trong DVB-S2 là
QPSK, 8PSK, 16APSK, 32APSK.
Hệ thống thu có chức năng ngược lại so với hệ thống phát. Tín hiệu RF
sau khi qua anten thu được đưa tới khối LNB (Low Noise Block) hoặc bộ
khuếch đại tạp âm thấp LNA (Low Noise Amplifier) sẽ được chuyển xuống
trung tần. Tín hiệu trung tần sẽ được giải điều chế tương ứng với phương
pháp điều chế bên phát tạo thành dòng truyền tải. Cuối cùng dòng truyền tải
được giải nén, giải ghép kênh để thu được hình ảnh truyền hình.
1.2. Tiêu chuẩn DVB -S (EN 300 421) [4]

Tiêu chuẩn DVB-S (EN 300 421) ra đời vào năm 1994,
được sử dụng
phổ biến để truyền tín hiệu truyền hình quảng bá qua vệ tinh. Đường truyền
vệ tinh ngoài những ưu điểm còn tồn tại một nhược điểm lớn là cự ly thông
tin lớn, chịu ảnh hưởng mạnh của nhiễu và tạp âm… Bản thân dòng truyền tải
MPEG-2 không có chức năng sửa lỗi, chống nhiễu đường truyền do vậy
không thể truyền t
rực tiếp dòng truyền tải.
Tiêu chuẩn DVB-S được thiết kế trên cơ sở gia tăng khả năng chống
nhiễu cho dòng truyền tải MPEG-2.
12
Theo DVB-S, quá trình xử lý tín hiệu truyền hình vệ tinh gồm các bước
như sau:
- Thích nghi đầu vào và phân tán năng lượng.
- Mã hóa ngoài sử dụng mã Reed-Solomon RS (204,188).
- Xáo trộn bit nhằm tăng khả năng chống lỗi cụm.
- Mã hóa trong sử dụng mã xoắn với các tỷ lệ mã khác nhau.
- Lọc băng gốc và điều chế QPSK.

1.2.1. Thích nghi đầu vào và phân tán năng lượng (MUX Adaptation and
Energy Dispersal)
1.2.1.1. Sự cần thiết phải phân tán năng lượng
Dòng bit đầu vào phải được tiến hành phân tán năng lượng, mục đích
của quá trình này là nhằm xáo trộn các bit nhằm tránh hiện tượng các bit
giống nhau tập trung với số lượng lớn. Khi đó sẽ xảy ra hiện tượng tập trung
năng lượng trong phổ, được biết đến như các phổ vạch. Cần tránh xuất hiện
phổ vạch d
o:
- Sự tập trung năng lượng cao tần sẽ tăng khả năng tạo ra giao thoa
trong các kênh có tần số cạnh nhau.

Mã hóa và ghép
kênh MPEG - 2
Khối cao tần
RF
Thích nghi đầu vào
và phân tán năng
lư
ợ
n
g
Mã hóa ngoài
RS(204,188)
Lọc băng gốc
DVB-S (EN 300 421 )
Mã hóa
trong
[Mã chập]
Điều chế QPSK
Xáo trộn bit
Hình 1.4: Sơ đồ khối hệ thống truyền hình vệ tinh DVB – S
13
- Các vạch phổ cố định có thể tạo ra vấn đề nghiêm trọng khi thu. Bởi
vì bộ dao động nội có thể điều chỉnh đến vạch phổ thay cho sóng
mang tới, gây tổn hao thông tin.
- Các vạch phổ, thực chất là thành phần một chiều DC rất khó để
truyền dẫn, gây mất mát thông tin được truyền đi.
1.2.1.2. Nguyên lý của ngẫu nhiên hóa nhằm phân tán năng lượng
Việc ngẫu nhiên hóa được thực hiện theo nguyên lý tương tự như kỹ
thuật trải phổ. Dãy bit đầu vào sẽ được cộng modul 2 với một dãy bit giả ngẫu
nhiên (PRBS-Pseudo Random Binary Sequence) được tạo ra từ các thanh ghi

dịch. Như vậy tín hiệu đầu vào có phổ bất kỳ trở thành tín hiệu có phổ tương
tự như phổ của tín hiệu giả ngẫu nhiên.
Tại phía thu, dãy bit thu được cũng được cộng với dãy bit giả ngẫu
nhiên. Khi đó sẽ khôi phục được dữ liệu hoàn toàn giống như trước khi xáo
trộn.
Điều này được giải thích như sau:
- Bộ cộng modul 2 là cổng logic XOR có bảng chân lý:


- Giả sử tín hiệu muốn truyền đi là X.
- Tín hiệu giả ngẫu nhiên PRBS là Y.
- Tín hiệu được truyền đi sau khi qua bộ ngẫu nhiên hóa là X
⊕
Y.
- Tín hiệu thu được sau khi cộng với chuỗi giả ngẫu nhiên tương tự
phía phát:
( X
⊕
Y )
⊕
Y’ = X
⊕
( Y
⊕
Y’ ) = X.
A B Q
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0

14

Để tín hiệu sau khi khôi phục hoàn toàn giống với tín hiệu đã truyền đi
thì tín hiệu giả ngẫu nghiên tại phần thu phải giống hoàn toàn so với phần
phát và phải đồng bộ với phần phát.
1.2.1.3. Điều kiện của chuỗi giả ngẫu nhiên
Các chuỗi giả ngẫu nhiên PRBS có thể được tạo ra từ các thanh ghi
dịch và các mạch hồi tiếp. Đối với thanh ghi dịch có độ dài n, độ dài N của
chuỗi PRBS đư
ợc tạo ra là: N = 2
n
-1.
Chuỗi PRBS trước khi xáo trộn với luồng bit vào MPEG-2 phải thỏa
mãn các điều kiện như:
- Tính cân đối (balance property): số bit 1 và 0 lệch nhau tối đa 1 bit.
- Tính chạy (run property): số bước chạy độ dài 1 chiếm 1/2 tổng số
bước chạy, số bước chạy có độ dài 2 chiếm 1/4 tổng số bước chạy,
độ dài 3 chiếm 1/8 tổng số bước chạy…
- Tính tương quan (correlation property): so chuỗi ban đầu với ch
ính
chuỗi đó khi dịch chuyển, tổng các số hợp (giống nhau) a
(agreement) và tổng các số không hợp (khác nhau) d (disagreement)
lệch nhau không nhiều hơn 1.
Để minh họa, xét chuỗi PRSB đơn giản có 4 bộ ghi dịch như trong hình
vẽ sau:

Hình 1.5: Ví dụ một mạch tạo chuỗi giả ngẫu nhiên đơn giản
Đa thức sinh ( polynomial ) của chuỗi giả ngẫu nhiên trong trường hợp
này là: 1 + X
3

+ X
4
. Vì bộ ghi dịch có n = 4 thanh ghi nên độ dài chuỗi PRSB
là 2
4
-1 = 15. Giả sử trạng thái ban đầu là 1000, chuỗi giả ngẫu nhiên sẽ được
tạo ra như trong bảng:
Bảng 1.1: Ví dụ các trạng thái và đầu ra của mạch tạo chuỗi giả ngẫu nhiên
15

Số TT Trạng thái Bit ra Số TT
Trạng
thái Bit ra
1 1000 0 9 1010 0
2 0100 0 10 1101 1
3 0010 0 11 1110 0
4 1001 1 12 1111 1
5 1100 0 13 0111 1
6 0110 0 14 0011 1
7 1011 1 15 0001 1
8 0101 1 1 1000 0 (lặp lại)

Xét chuỗi bit được tạo ra, chuỗi bit này thỏa mãn các tính chất của
chuỗi PRBS như sau:
- Tính cân đối: tổng số bit 0 là 7, tổng số bit 1 là 8.
- Tính chạy: số bước chạy có độ dài 1 bằng 4, số bước chạy có độ dài
2 bằng 2, độ dài 3 bằng 1, độ dài 4 bằng 1.
- Tính tương quan: xét công thức tổng quát hàm tự tương quan của
chuỗi f(t) (có chu kỳ T) và bản sao của nó khi dịch chuyển f(t + τ )
(1 ≤ τ < N).

Trong đó τ là số bước dịch chuyển:

∫
−
∞→
+=
2/
2/
)()(lim)(
T
T
T
dttftfK
ττ
(5.2)
Khi τ = 0, f(t) và f(t + τ) tương quan tốt nhất: K(τ) = 1.
Khi chuỗi f(t) được dịch đi 1 nhịp, tương quan giữa f(t) và f(t + τ ) như
sau:

Trong đó tổng số d hơn tổng số a là 1. Dịch số bước bất kỳ (1 ≤ τ < N),
hiệu số bit hợp và không hợp luôn là 1. Như vậy điều kiện về tính tương hợp
được thỏa mãn.
16

1.2.1.4. Áp dụng ngẫu nhiên hóa trong DVB-S
Theo tiêu chuẩn DVB-S, dòng dữ liệu đầu vào hệ thống là dòng truyền
tải MPEG-2. Độ dài các gói của dòng truyền tải là 188 byte, trong đó có một
byte dùng để đồng bộ gói với giá trị luôn bằng 47
HEX
(01000111). Việc phân

tán năng lượng luôn được thực hiện từ bit đầu tiên của byte đồng bộ (MSB-
Most Significant Bit) tức là bit 0 của byte 01000111.


Hình 1.6: Nguyên lý ngẫu nhiên hóa để phân tán năng lượng trong DVB-S
Chuỗi PRSB được tạo ra bằng thanh ghi dịch có độ dài 15, biểu thức
toán cho mạch tạo chuỗi giả ngẫu nhiên là: G(x) = 1 + X
14
+ X
15
.
Khi nhận tín hiệu byte đồng bộ, các giá trị của thanh ghi dịch được nạp
giá trị “100101010000000” và việc tạo tín hiệu ngẫu nhiên được thực hiện với
chu kỳ là 8 gói dòng truyền tải MPEG-2. Sau khi xáo trộn đủ 8 gói dòng
truyền tải, các thanh ghi dịch lại được nạp giá trị trên và thực hiện chu kỳ
mới.
Tại phía thu, tín hiệu thu được cũng được cộng với chuỗi giả ngẫu
nhiên tương tự và đồng bộ với c
huỗi giả ngẫu nhiên bên phát. Do vậy để cung
cấp dấu hiệu cho bộ giải ngẫu nhiên, byte đầu tiên của gói truyền tải thứ nhất
trong nhóm 8 gói được đảo ngược trở thành B8
HEX
(10111000). Đồng thời các
byte đồng bộ trong các gói sẽ không được ngẫu nhiên hóa. Lúc này bộ tạo
chuỗi PRSB vẫn hoạt động nhưng đầu ra sẽ được vô hiệu hóa do vậy các byte
đồng bộ sẽ vẫn được giữ nguyên.
Byte đồng bộ của gói đầu tiên trong chuỗi 8 gói dòng truyền tải được
ký hiệu là
. Byte đồng bộ của các gói còn lại (từ gói 2 đến gói 8) được ký
hiệu là SYNC.

17


Hình 1.7: Cấu trúc dòng truyền tải sau khi được ngẫu nhiên hóa
Quá trình ngẫu nhiên hóa được thực hiện ngay cả khi không có dòng bit
đầu vào, hoặc dòng bit đầu vào không phải là dòng truyền tải MPEG-2. Điều
này để tránh xảy ra tình trạng phát đi sóng mang không được điều chế.
Tại phía thu, chuỗi giả ngẫu nhiên được tạo ra từ một mạch hoàn toàn
giống với phía phát. Để đồng bộ với phần phát, mạch tạo chuỗi giả ngẫu
nhiên sẽ đư
ợc nạp giá trị “100101010000000” mỗi khi nhận được byte đồng
bộ gói bị xáo trộn (
) và việc tạo chuỗi PRBS sẽ được thực hiện với chu
kỳ 8 gói tương tự như phía phát.
1.2.2. Mã hóa ngoài (Outer coding)
Đường truyền vệ tinh chịu ảnh hưởng lớn của nhiễu và tạp âm nên việc
áp dụng các phương pháp sửa lỗi là rất cần thiết. Thông tin truyền hình là
dạng thông tin một chiều do vậy phương pháp sửa lỗi được sử dụng là phương
pháp sửa lỗi trước (FEC-Forward Error Correction). Theo phương pháp này,
phía thu khi nhận được tín hiệu sẽ có k
hả năng phát hiện và tự sửa chữa lỗi
bit nếu có.
Dòng bit sau khi qua khối thích nghi dòng truyền tải và phân tán năng
lượng sẽ được đưa đến khối mã hóa ngoài. Trong tiêu chuẩn DVB, mã ngoài
được sử dụng là mã RS (204, 188). Đây là mã Reed-Solomon, thuộc dạng mã
khối (block coding). Mã khối xử lý các khối mã theo kích thước cố định, đối
với mã RS (204, 188) kích thước khối mã được xử lý là 188 byte phù hợp với
kích thước gói truyền tải MPEG-2. Các gói này được kết hợp với 16 byte gồm
các thông tin có chức năng phục vụ cho mục đích xác định v
à sửa lỗi tại phía

thu. Như vậy kích thước từ mã sau bộ mã hóa ngoài là 204 byte.

Hình 1.8: Gói dòng truyền tải TS của MPEG-2
Byte đồng bộ 187 byte thông tin
18


Hình 1.9: Gói TS sau khi được mã hóa RS (204,188)
Đa thức tạo mã: g(x) = (x+λ
0
) (x+λ
1
) (x+λ
15
) với λ

= 02
HEX
.
Đa thức tạo trường: P(x) = x
8
+ x
4
+ x
3
+ x
2
+ 1.
Mã RS (204, 188) là mã được rút gọn dựa trên mã gốc RS (255, 239).
Trước khi đưa vào bộ mã hóa RS (255, 239), dòng bit được thêm vào 51 byte

mang giá trị 0. Tại đầu ra bộ mã hóa các giá trị này sẽ bị loại bỏ để tạo thành
gói 204 byte.
Theo lý thuyết về mã khối, mã RS (204, 188) có thể sửa được tối đa 8
byte trong 1 gói. Khả năng sửa lỗi của mã khối đối với lỗi ngẫu nhiên phụ
thuộc vào số vị trí nhỏ nhất khác nhau giữa các cặp mã khác nhau, được gọi là
khoảng cách Hamm
ing. Mã RS (204, 188) có thể sửa được cả lỗi ngẫu nhiên
(random error) và lỗi chùm (burst error), tuy nhiên nó chỉ hiệu quả đối với các
lỗi đơn, nếu lỗi chùm ảnh hưởng đến nhiều hơn 8 byte thì mã RS (204, 188)
không thể khắc phục được mà phải kết hợp với các phương pháp sửa lỗi khác.
1.2.3. Khối xáo trộn bit (Forney Convolutional Interleaver)
Phương pháp xáo trộn bit được kết hợp với mã ngoài RS (204, 188) để
nâng cao khả năng sửa lỗi chùm. Khi có lỗi chùm xảy ra,
chất lượng tín hiệu thu
được suy giảm đột ngột. Nếu lỗi chùm xảy ra vượt quá 8 byte thì phương pháp
mã sửa sai RS (204, 188) không thể khắc phục được và dẫn tới sự sai lệch trong
quá trình giải mã lại tín hiệu. Nguyên lý của việc xáo trộn bit là xáo trộn các
byte trong các gói khác nhau theo một quy luật nhất định, sao cho các byte liền
nhau sẽ thuộc các gói khác nhau. Tại phía thu, việc xáo trộn được làm ngược lại
với phía phát. Khi có lỗi chùm xảy ra trên đường truyền thì các lỗi đó phân đều
19

trên các gói mà không tập trung tại một gói, nhờ đó mà khi đường truyền bị lỗi
chùm thì vẫn có thể khắc phục được trong một giới hạn nào đó.
Việc xáo trộn được thực hiện thông qua đổi chỗ các byte khác nhau qua 12
nhánh, các nhánh có cấu trúc là các thanh ghi dịch FIFO (First In First Out-vào
trước ra trước). Mỗi nhánh bao gồm j*M ô (cell). Mỗi ô có kích thước là 1 byte.
Trong đó:
j: chỉ số của nhánh. Giá trị từ 0 đến 11.
N: độ dài của gói sau mã hóa ngoài. N = 204 byte.

I: tổng số nhánh, còn gọi là độ sâu xáo trộn (interle
aving depth). I = 12.
M: độ dài thanh ghi dịch nhỏ nhất. M = N/I = 204/ 12 = 17 byte.
Như vậy mỗi nhánh có kích thước từ 0, 17, 34…187 byte.

Hình 1.10: Nguyên lý hoạt động của bộ xáo trộn/ giải xáo trộn
Khi nhận được byte đồng bộ gói, bộ xáo trộn sẽ bắt đầu thực hiện việc
xáo trộn các byte giữa các gói với nhau. Giả sử thời gian chuyển mạch là T,
tương ứng với thời gian truyền đi 1 byte. Để mỗi byte có thể dịch đi 1 vị trí
trong 1 nhánh cần thời gian là 12T là khoảng thời gian để chuyển mạch thực
hiện một chu kỳ.
T
rong nhịp đầu tiên, byte đồng bộ không bị trễ được đi qua nhánh “0”.
Đến nhịp thứ 2, byte thứ 2 (byte tiếp sau byte đồng bộ) được nạp vào ô đầu
tiên của nhánh “1” đồng thời đọc số liệu tại ô cuối cùng của nhánh “1”. Như
20

vậy độ trễ của byte đọc ra (từ lúc vào nhánh đến lúc ra khỏi nhánh) đối với
nhánh 1 được xác định như sau:
T
1
= 12T * số cell trong nhánh “1” = 12T * M = 12 * 17 = 204T.
Khi nhịp thứ 3 bắt đầu, byte tiếp theo được nạp vào nhánh “2” đồng
thời đọc ra byte cuối cùng ở nhánh “2” và cứ như vậy cho đến hết nhánh “11”
bộ xáo trộn sẽ trở về nhánh “0” và tiếp tục chu kỳ mới.
Độ trễ của các byte khi đi qua nhánh j được xác định như sau:
T
j
= 12T * M * j = 12T * 17 * j = 204T * j
Tại phía thu, bộ giải xáo trộn cũng có nguyên lý tương tự như bộ xáo

trộn. Các byte cũng được đưa qua các thanh ghi dịch với chiều dài tương ứng
với chỉ số nhánh là (11-j) ô. Như vậy các byte tại phía phát có độ trễ ít sẽ
được làm trễ nhiều hơn và ngược lại sao cho tổng độ trễ của cả phần thu và
phát của tất cả các byte là 12T * M * (j + 11-j) = 2244 T. Như vậy thứ tự các
byte sau khi ra khỏi bộ xáo trộn sẽ có thứ tự như trước khi vào bộ xáo trộn.

Sự khác biệt của dòng bit đầu ra so với đầu vào bộ xáo trộn là số liệu trong
mỗi gói ở đầu ra sẽ là số liệu của nhiều gói khác nhau ở đầu vào. Các byte
đồng bộ gói không bị thay đổi vị trí (không bị trễ). Khi có lỗi chùm xảy ra
trên 1 gói thì lỗi sẽ được phân chia trên các gói này trước khi được đưa đến
khối giải mã ngoài, do vậy làm tăng khả năng sửa lỗi của mã RS (204, 188).


21

Hình 1.11: Minh họa tác dụng của việc xáo trộn bit: lỗi chùm
được phân tán thành nhiều lỗi đơn
1.2.4. Mã hóa trong-mã chập (Inner Coding - Convolutional Coding)
Mã hóa trong là lớp mã thứ 2 được sử dụng trong truyền hình số vệ tinh
và truyền hình số mặt đất để nâng cao hơn nữa khả năng sửa lỗi đường truyền.
Mã hóa trong theo tiêu chuẩn DVB-S là loại mã chập (convolutional code).
Mã chập không xử lý các khối bit cố định như mã khối. Dòng bit đầu vào bộ
mã hóa là liên tục và được đưa vào
một thanh ghi dịch có kích thước K (tầng),
được gọi là chiều dài ràng buộc của bộ mã hóa (constraint length). Tín hiệu
đầu vào sẽ được cộng modul 2 với nội dung chứa trong thanh ghi dịch. Sở dĩ
gọi là mã chập vì tín hiệu vào được mã hóa bằng cách cộng với chính nó đã
được làm trễ về thời gian. Để đơn giản, xét một bộ mã chập sau:

Hình 1.12: Bộ tạo mã chập với độ dài K = 3

Trong đó:
[A]: trạng thái ban đầu của thanh ghi dịch
.
[B]: trạng thái sau của thanh ghi dịch.
Đa thức sinh tại đầu ra 1: G
1
= 1 + X + X
2
.
Đa thức sinh tại đầu ra 2: G
2
= 1 + X
2
.
Số các tầng trong thanh ghi dịch của bộ tạo mã trong hình có độ dài
bằng 2, như vậy số các trạng thái có thể có là 2
2
= 4 trạng thái (00, 01, 10,
11). Tùy thuộc vào từ mã đầu vào và trạng thái của bộ tạo mã mà từ mã đầu ra
có thể nhận các giá trị như sau:

[A]
[B]
+
[A]
[B]
+
+
Đ
ầura2

Đầu vào
Đầu ra 1
[0]
[1]
+
[0]
[0]
+
+
[1]
[1]
[0]
[0]
[0]
+
[0]
[0]
+
+
[0]
[0]
22

Hình 1.13: Các trạng thái và đầu ra của bộ tạo mã chập được xét
Hoạt động của bộ tạo mã chập có thể được biểu diễn bằng sơ đồ trạng
thái. Các trạng thái được thể hiện tại các nút, biểu diễn giá trị của thanh ghi
dịch theo chiều từ phải sang trái. Mỗi trạng thái có thể chuyển đến 2 trạng thái
khác tương ứng với bit đầu vào là 0 hoặc 1.

[1]
23


Hình 1.14: Sơ đồ trạng thái của bộ tạo mã chập được xét
Một cách khác để biểu diễn mã chập là sử dụng sơ đồ lưới (trellis). Sơ
đồ lưới có ưu điểm là có thể biểu diễn các trạng thái theo trục thời gian.

Hình 1.15: Sơ đồ lưới của bộ tạo mã chập được xét
Mã chập được sử dụng trong tiêu chuẩn DVB-S có nguyên lý tương tự
như trên với số tầng của thanh ghi dịch là 6. Như vậy số trạng thái có thể có là
2
6
= 64 trạng thái.
24

Hình 1.16: Sơ đồ bộ tạo mã chập trong tiêu chuẩn DVB-S
Bảng 1.2: Các thông số cơ bản của bộ tạo mã chập trong tiêu chuẩn DVB-S
Thông số Ký hiệu Giá trị
Tỷ lệ mã R
C
1/2
Chiều dài ràng buộc K 7
Đa thức sinh của nhánh thứ 1 G
1
1+ X
2
+ X
3
+ X
5
+ X
6
Đa thức sinh của nhánh thứ 2 G
2
1+ X + X
2
+ X
3
+ X
6
Tỷ lệ mã 1/2 tương ứng với dòng bit đầu ra gấp đôi dòng bit đầu vào.
Điều này đem đến khả năng sửa lỗi cao cho tín hiệu nhưng đồng thời cũng
gây lãng phí vì thông tin có ích chỉ chiếm 1/2 trong dòng bit truyền đi. Tuy
nhiên, các bit phục vụ cho việc sửa lỗi có thể được loại bỏ (puncturing) để
tăng hiệu suất sử dụng. Nhờ biện pháp loại bỏ, mã trong của tiêu chuẩn DVB-

S có thể đạt được các tỷ lệ m
ã sau: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8. Đây là tỷ lệ giữa
thông tin có ích và thông tin được truyền. Tỷ lệ 1/2 phản ánh không sử dụng
loại bỏ bit nhằm tối đa khả năng sửa lỗi, trong khi đó tỷ lệ 7/8 đạt được hiệu
suất các bit thông tin lớn nhất. Tùy thuộc vào yêu cầu của ứng dụng cụ thể đòi
hỏi khả năng sửa lỗi hay tốc độ bit để có thể lựa chọn tỷ lệ mã phù
hợp.
Do việc loại bỏ là không đối xứng nên trước khi được đưa vào khối
điều chế, các từ mã tại 2 nhánh đầu ra bộ mã trong được sắp xếp lại để có sự
cân bằng giữa dòng bit từ 2 nhánh.
25


Hình 1.17: Vị trí các bit được loại bỏ trong các tỷ lệ mã tương ứng
1.2.5. Lọc băng gốc và điều chế tín hiệu (Baseband Shaping & Modultation)
Trong các thiết bị điều chế tín hiệu truyền hình số qua vệ tinh, tín hiệu
được xử lý bằng DSP (Digital Signal Processing) ở khâu điều chế cũng như
các bộ lọc số trung tần. Điều này giúp cho tín hiệu truyền hình có được độ
linh động cao và tốc độ ổn định. Việc điều c
hế tín hiệu sử dụng DSP cho phép
thay đổi kiểu điều chế (QPSK, 8PSK) dễ dàng trong những trường hợp đặc
biệt (ví dụ như truyền hình lưu động DSNG).
Tín hiệu vào bộ điều chế là tín hiệu số với các xung biểu diễn “0” và
“1”. Phổ tần số của các tín hiệu này theo lý thuyết là vô hạn và đòi hỏi kênh
truyền cũng phải có băng thông vô hạn để truyền dẫn. Điều nà
y không thể
thực hiện được trong thực tế do vậy cần phải có các bộ lọc để hạn chế dải
thông của tín hiệu. Sử dụng các bộ lọc dẫn đến can nhiễu giữa các symbol liền
nhau, được gọi là nhiễu liên symbol ISI (Intersymbol interference). Để khắc
phục điều này, các bộ lọc phải thỏa mãn tiêu chuẩn Nyquist. Loại bộ lọc đư

ợc
sử dụng trong trong tiêu chuẩn DVB-S là bộ lọc cos nâng, được đặc trưng bởi
hệ số roll-off α.
Hàm truyền đạt H(f) của bộ lọc cos nâng:
26

H(f) = 1 với
()
ff
N
<
−
1
α


Hf sin
f
N
f
N
f
()=+
⎡
⎣
⎢
⎢
⎤
⎦
⎥

⎥
⎧
⎨
⎪
⎩
⎪
⎫
⎬
⎪
⎭
⎪
−
1
2
1
22
1
2
π
α
với
() ()
fff
NN
11
−
≤
≤
+
α

α
(5.1)
H(f) = 0 với
()
ff
N
>
+
1
α

Trong đó
22
1
s
s
N
R
T
f ==
là tần số Nyquist và α là hệ số roll-off được lựa
chọn tùy theo kiểu điều chế được sử dụng. Khi sử dụng điều chế BPSK và
QPSK hệ số α = 0,35. Đối với điều chế 8PSK hay 16QAM hệ số α = 0,35
hoặc 0,25 tùy thuộc vào cấu hình thiết bị hay lựa chọn của người sử dụng hệ
thống.


Hình 1.18: Đáp ứng tần số của bộ lọc với các giá trị α khác nhau
Sau khi qua bộ lọc, tín hiệu được đưa tới khối điều chế. Phương pháp
điều chế được sử dụng trong tiêu chuẩn DVB-S là điều chế pha vuông góc

QPSK (Quadrature Phase Shift Keying). Sở dĩ được gọi là điều chế vuông góc
vì tín hiệu sau điều chế gồm 2 thành phần I (Inphase) và Q (Quadrature) lệch
nhau 90
o
. Trong DVB-S, 2 thành phần I, Q này chính là 2 đầu ra của bộ tạo
mã chập.
27


Hình 1.19: Sơ đồ khối điều chế và giải điều chế QPSK trong DVB-S
Tín hiệu sau khi qua bộ lọc băng gốc gồm 2 thành phần I(t) và Q(t)
được đưa vào 2 bộ trộn (Mixer). Bộ trộn điều chế 2 tín hiệu thành phần I, Q
với tín hiệu được lấy từ bộ dao động nội (Local Oscillator), tuy nhiên đối với
thành phần Q (Quadrature) thì tín hiệu từ bộ dao động nội được đảo pha 90
0
.
Đầu ra của 2 bộ trộn kết hợp lại tạo thành sóng mang với các góc pha là π/4,
3π/4, 5π/4, 7π/4. Mỗi trạng thái pha này biểu diễn một symbol tương ứng
trong biểu đồ chòm sao. Phương pháp điều chế QPSK có 4 trạng thái symbol
do vậy mỗi symbol bao gồm log
2
4 = 2 bit, tương ứng với tốc độ dữ liệu tăng
gấp 2 lần so với điều chế BPSK thông thường.

Hình 1.20: Giản đồ chòm sao định vị các bit điều chế QPSK
Tín hiệu sau điều chế sẽ được đưa đến khối cao tần nhằm biến đổi tín
hiều trung tần thành cao tần trước khi khuếch đại công suất để đưa đến anten
phát lên vệ tinh.