Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB t2 và kết quả đo kiểm thực tế tại việt nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐOÀN VIỆT ĐỨC

TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN DVB-T2
VÀ KẾT QUẢ ĐO KIỂM THỰC TẾ TẠI VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

HÀ NỘI – 2014


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐOÀN VIỆT ĐỨC

TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN DVB-T2
VÀ KẾT QUẢ ĐO KIỂM THỰC TẾ TẠI VIỆT NAM

NGÀNH: CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ – VIỄN THÔNG
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
MÃ SỐ: 60520203

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGÔ THÁI TRỊ

HÀ NỘI – 2014


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan nội dung của luận văn “Truyền hình số mặt đất theo tiêu
chuẩn DVB-T2 và kết quả đo kiểm thực tế tại Việt Nam” là sản phẩm do tôi thực hiện
dưới sự hướng dẫn của TS.Ngô Thái Trị. Trong toàn bộ nội dung của luận văn, những
điều được trình bày hoặc là của cá nhân hoặc là được tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu.
Tất cả các tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và được trích dẫn hợp pháp.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định
cho lời cam đoan của mình.
.

Hà Nội, ngày 01 tháng 10 năm 2014

TÁC GIẢ

Đoàn Việt Đức

1


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tập thể các các thầy cô giáo trong
Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội đã
giúp đỡ tận tình và chu đáo để tôi có môi trường tốt học tập và nghiên cứu.
Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS. Ngô Thái Trị và
ThS. Trần Quyết Thắng người trực tiếp đã hướng dẫn, chỉ bảo tôi tận tình trong suốt
quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn này.
Một lần nữa tôi xin được gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô giáo, bạn bè, đồng

nghiệp đã giúp đỡ tôi trong thời gian vừa qua. Tôi xin kính chúc các thầy cô giáo, các
anh chị và các bạn mạnh khỏe và hạnh phúc.

Hà Nội, ngày 01 tháng 10 năm 2014

TÁC GIẢ

Đoàn Việt Đức

2


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................1
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................2
MỤC LỤC ..................................................................................................................3
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ..............................................5
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................7
DANH MỤC CÁC HÌNH .........................................................................................8
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................8
CHƯƠNG I: TIÊU CHUẨN TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT DVB-T .............12
Sơ đồ khối .............................................................................................. 13
Đặc điểm................................................................................................ 14

Phân tán năng lượng............................................................................... 16
Mã ngoài và tráo ngoài ........................................................................... 17
Mã trong ................................................................................................ 18
Hàm tín hiệu COFDM trong chuẩn DVB - T.......................................... 20
Máy thu DVB - T thực tế ....................................................................... 22
Độ chính xác tần số RF .......................................................................... 23

Độ chọn lọc............................................................................................ 24
Phạm vi điều khiển tự động tần số.......................................................... 24
Công suất RF/IF ..................................................................................... 24
Công suất tạp nhiễu ................................................................................ 25
Độ nhạy máy thu/ dải động đối với kênh Gaussian ................................. 25
Hiệu suất công suất ................................................................................ 25
Can nhiễu liên kết .................................................................................. 26
Quan hệ giữa ber và tỉ số c/n khi thay đổi công suất máy phát ................ 26
CHƯƠNG II: TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN CHÂU
ÂU THẾ HỆ THỨ 2 (DVB-T2). .............................................................................28

3


Mô hình cấu trúc DVB-T2. .................................................................... 30
Lớp vật lý DVB-T2. ............................................................................... 31
Những giải pháp kỹ thuật cơ bản. ........................................................... 32
CHƯƠNG III. KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM ..........................................................41
Mô hình thử nghiệm hệ thống DVB-T2: ................................................ 42
Thiết bị sử dụng thử nghiệm: ................................................................. 45
Không có kênh can nhiễu. ...................................................................... 46
Kết quả khảo sát quan hệ C/N và BER với các bộ tham số trong cùng điều
kiện môi trường ................................................................................................... 49
Thử nghiệm chòm sao xoay ................................................................... 56
Can nhiễu cùng kênh giữa DVB-T2 & DVB-T: ..................................... 59
Chế độ SFN ........................................................................................... 62
Chế độ M-PLP: ...................................................................................... 63

KẾT LUẬN: .............................................................................................................77
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................79

4


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Viết tắt

Tiếng Anh

Nghĩa tiếng Việt

A/D

Analog to Digital

Bộ biến đổi tương tự - số

AIIM

Association of Image and Infomation

Hiệp hội hình ảnh và thông tin

ANSI

American National Standard Institule

Tiêu chuẩn quôc gia Mỹ

Biph

Bi Phase

Mã 2 pha

Comite’ Consultatif International
CCIR

Uỷ ban tư vấn vô tuyến quốc tế

des Radiocommunications
International Uỷ ban tham vấn quốc tế điện thoại
và điện tín

CCITT

Consultative Commitee
Telephone and Telegraph

COFDM

Code Orthoginal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần số mã
Multiplexing
trực giao

DAB

Digital Audio Broadcast

Phát quảng bá âm thanh số

DCT

Discrete Cosin Transfom

Biến đổi cosin rời rạc

DFT

Discrete Fourier Transfom

Biến đổi Fourier rời rạc

DPCM

Diffrential Pulse Code Modulation

Điều chế xung mã vi sai

DSP

Digital Signal Prosessor

Tín hiệu số

DVB-T

Digital Video Broadcasting-Terrestrial

Hệ thống truyền hình số mặt đất

D/A

Digital to Analog

Biến đổi số - tương tự

ES

Elementary Stream

Dòng cơ bản

FDM

Frequency Division Multiplex

Ghép kênh phân chia theo tần số

FDMA

Frequency Division Multiplex Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số

FFT

Fast Fourier Transfom

Biến đổi Fourier nhanh

HDTV

High Definition Television

Truyền hình số phân dải cao

ICI

I Carrier Interfrence

Nhiễu sóng mang

RF

Rayleigh fading

Tần số vô tuyến
5


ISI

Intersymbol Interfrence

Nhiễu ký hiệu

ITU

International Telecommunications Union

Liên đoàn viễn thông quốc tế

NRZ

None Return to Zero

Mã nhị phân không về không

Orthoginal Frequency Division

Ghép kênh phân chia theo tần số

Multiplexing

trực giao

PSK

Phase Shift Keying

Điều chế pha số

PES

Packetized Elementary Stream

Dòng sơ cấp

PS

Program Stream

Dòng chương trình

PTS

presentation time stamp

Nhãn thời gian trình diễn

QAM

Quadrature Amplitude Modulation

Điều chế pha cầu phương

RLC

Run Length Coding

Mã hoá với độ dài từ mã động

SFN

Sigle Frequency Networks

Mạng đơn tần số

SCR

system clock reference

Thông tin chuẩn đồng hồ hệ thống

TDMA

Time Division Multiplex Access

Đa truy nhập phân chia theo thời
gian

TS

Transport Stream

Dòng truyền tải

UHF

Ultra High Frequency

Tần số cực cao

VHF

Very High Frequency

Tần số rất cao

VLC

Variable Length Coding

Mã hoá có độ dài từ mã thay đổi

AWGN

Aditive Wite Gaussian Noise

Nhiễu cộng trắng

TPS

Transmission Parameter Signalling

Truyền thông số báo hiệu

OFDM

6


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1. 1: Mô tả các thông số các mode làm việc trong DVB - T .............................. 12
Bảng 1. 2: Các hoán vị trong mode 2K ...................................................................... 20
Bảng 1. 3: Các hoán vị trong mode 8K ...................................................................... 20
Bảng 1. 4: các giá trị của các khoảng bảo vệ .............................................................. 21

Bảng 2. 1: DVB-T2 sử dụng tại Anh so với DVB-T .................................................. 29
Bảng 2. 2: Dung lượng dữ liệu trong mạng SFN ........................................................ 30
Bảng 3. 1: Các thiết bị dùng để thử nghiệm ............................................................... 46

7


DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1. 1: Tiêu chuẩn DVB-T.................................................................................... 13
Hình 1. 2: Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số mặt đất ............................................... 13
Hình 1. 3: Sơ đồ khối chức năng hệ thống DVB-T ..................................................... 15
Hình 1. 4: Sơ đồ khối thực tế bên trong máy phát DVB – T ....................................... 16
Hình 1. 5: Gói sau ghép truyền dẫn MPEG – 2 .......................................................... 17
Hình 1. 6: Các gói truyền dẫn đã được ngẫu nhiên hóa .............................................. 18
Hình 1. 7: Các gói chống lỗi mã................................................................................. 18
Hình 1. 8: Cấu trúc dòng dữ liệu sau tráo ngoài ......................................................... 18
Hình 1. 9: Mã chập gốc với tốc độ mã 1/2.................................................................. 19
Hình 1. 10: Thời gian một symbol đã chèn khoảng bảo vệ ......................................... 21
Hình 1. 11: Sơ đồ khối thực tế bên trong máy thu phát DVB-T.................................. 22
Hình 1. 12: Máy phát DVB – T.................................................................................. 23
Hình 1. 13: Máy thu DVB - T .................................................................................... 25
Hình 2. 1: Mô hình cấu trúc DVB-T2 ........................................................................ 30
Hình 2. 2: Lớp vật lý.................................................................................................. 32
Hình 2. 3: Các PLP khác nhau với các lát thời gian khác nhau ................................... 32
Hình 2. 5: Mật độ phổ công suất đối với 2K và 32K .................................................. 34
Hình 2. 6: Mô hình MISO .......................................................................................... 34
Hình 2. 7: Mẫu hình Pilot phân tán đối với DVB-T(Trái) và DVB-T2(phải). ............. 35
Hình 2. 8: Đồ thị chòm sao 256-QAM ....................................................................... 36
Hình 2. 9: Chòm sao 16-QAM "xoay" ....................................................................... 36

Hình 2. 10: Thành tích của chòm sao xoay so với không xoay. .................................. 37
Hình 2. 11: Khoảng bảo vệ đổi (GI) với 8K và 32K1/128 .......................................... 37
Hình 2. 12: So sánh mã sửa sai sử dụng trong DVB-T và DVB-T2 ............................ 38
Hình 3. 1: Mô hình thử nghiệm các chế độ phát của DVB-T2 .................................... 43
Hình 3. 2: Mô hình thử nghiệm chế độ M-PLP .......................................................... 43
Hình 3. 3: Can nhiễu cùng kênh giữa DVB-T2 & DVB-T.......................................... 44
Hình 3. 4: Thử chế độ SFN ........................................................................................ 44
Hình 3. 5: Sơ đồ khối thử nghiệm thu, phát DVB-T2 qua hệ thống anten khi không có
can nhiễu cùng kênh .................................................................................................. 46
8


Hình 3. 6: Sơ đồ khối thử nghiệm thu, phát DVB-T2 qua hệ thống anten khi có can
nhiễu cùng kênh ......................................................................................................... 60
Hình 3. 7: Sơ đồ khối thử nghiệm thu, phát DVB-T2 chế độ SFN.............................. 62

9


MỞ ĐẦU
Với sự phát triển của kinh tế và khoa học kỹ thuật, các nghành công nghệ trong đó có
công nghệ điện tử viễn thông đã có sự phát triển vượt bậc trong ba thập kỷ vừa qua đem
lại nhiều thành tựu phát minh ứng dụng trong sản xuất, trong đời sống xã hội. Công nghệ
truyền hình là một bộ phận quan trọng trong lĩnh vực điện tử viễn thông, nó có những
ứng dụng rộng rãi to lớn trong phát triển văn hóa đời sống tinh thần xã hội. Trong hơn
một thập kỷ qua chúng ta đã chứng kiến sự chuyển đổi mạnh mẽ của công nghệ truyền
hình từ phương thức tương tự xang công nghệ số. Ở Việt Nam quá trình chuyển đổi này
thực sự ngoạn mục với sự phổ cập từng bước trong lĩnh vực truyền hình quảng bá và
truyền hình trả tiền. Từ đầu những năm 90 cho đến nay nghành truyền hình đã ứng dụng
các thành tựu về công nghệ truyền hình số trong truyền dẫn vệ tinh, phát triển mạng

truyền hình cáp và phổ cập hệ thống truyền hình số mặt đất.
Truyền hình số đã được áp dụng đầu tiên ở công ty VTC hơn 10 năm qua, sự phát triển
hệ thống truyền hình số của VTC đã góp phần quan trọng đưa các thông tin về kinh tế
chính trị, văn hóa thể thao giải trí phong phú đến đông đảo công chúng ở các địa phương
với chất lượng cao.
Cùng với sự phát triển của công nghệ truyền hình, chuẩn truyền hình số DVB-T là chuẩn
phát sóng truyền hình số mặt đất đã được triển khai thành công, được nhiều nước chấp
nhận. Tuy nhiên, từ sau sự ra đời của chuẩn DVB-T thì các nghiên cứu về kỹ thuật
truyền dẫn vẫn tiếp tục được triển khai. Mặt khác, nhu cầu về phổ tần cao càng khiến
cho việc gia tăng hiệu quả sử dụng phổ tần lên mức tối đa càng cấp thiết. Từ đó đã phát
triển lên chuẩn truyền hình số mặt đất thế hệ thứ 2 là DVB-T2.
Việc nghiên cứu tìm hiểu các đặc tính công nghệ của tiêu chuẩn truyền số DVB-T trong
quá trình phát triển lên thế hệ mới DVB-T2 là nhiệm vụ cần thiết đối với các cơ quan
nghiên cứu ứng dụng truyền hình cũng như cán bộ kỹ thuật nghiên cứu trong lĩnh vực
này. Đó là lý do em chọn luận văn: “Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T2
và kết quả đo kiểm thực tế tại Việt Nam”. Trong quá trình nghiên cứu về DVB-T2 đã
có nhiều công trình về đo kiểm hệ thống DVB-T2 như đề tài: “Truyền hình số mặt đất
theo tiêu chuẩn DVB-T2 và kết quả đo kiểm thực tế tại Việt Nam” của Thạc Sỹ Tô Thị
Thu Trang bảo vệ năm 2012 về vấn đề đo kiểm vùng phủ sóng của DVB-T2 tại Việt
Nam so với lý thuyết. Tuy cùng tên đề tài nhưng đề tài của em có mục tiêu đo kiểm chất
lượng để đưa ra bộ thông số chuẩn cho các thiết bị thu phát tại Việt Nam
Bố cục luận văn bao gồm bốn chương:
Chương 1: Tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T
Chương 2: Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn Châu Âu thế hệ thứ 2 (DVB-T2
Chương 3: Kết quả thử nghiệm
10


Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu, được sự hướng dẫn khoa học tận tình của thầy
giáo TS. Ngô Thái Trị, Th.s Trần Quyết Thắng luận văn đã được hoàn thành. Do thời

gian có hạn, trình độ bản thân còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu
sót. Kính mong được sự đóng góp của các thầy cô cùng bạn bè

11


CHƯƠNG I: TIÊU CHUẨN TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT DVB-T
Giới thiệu về truyền hình số mặt đất DVB – T
Việc phát triển các tiêu chuẩn DVB đã khởi đầu vào năm 1993 và tiêu chuẩn DVBT đã được tiêu chuẩn hoá vào năm 1997 do Viện tiêu chuẩn truyền thông châu Ầu (ESTI:
European Telecommunication Standards Institute). Hiện nay tiêu chuẩn này đã được các
nước Châu Âu và nhiều nước khác trên thế giới thừa nhận. Năm 2001 đài truyền hình
Việt Nam đã quyết định chọn nó làm tiêu chuẩn để phát sóng cho truyền hình mặt đất
trong những năm tới. DVB là sơ đồ truyền dựa trên tiêu chuẩn MPEG-2, là một phương
pháp phân phối từ một điểm tới nhiều điểm video và audio số chất lượng cao có nén.
Trong truyền hình số mặt đất không thể sử dụng phương pháp điều chế đơn sóng mang
được vì multipath sẽ làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến chỉ tiêu kĩ thuật của truyền sóng
mang đơn tốc độ cao vì lý do này OFDM đã được sử dụng cho tiêu chuẩn truyền hình
mặt đất DVB-T. DVB-T cho phép hai mode truyền phụ thuộc vào số sóng mang được
sử dụng.
Hệ thống trạm mặt đất DVB- T: Các kênh VHF/UHF của trạm mặt đất là những
phương tiện quan trọng nhất với việc truyền dẫn tín hiệu số tốc độ cao vì các thủ tục
truyền lại đa đường tạo ra sự dội vang. Trễ của việc mở rộng các tín hiệu trong việc
truyền lặp là do sự phản xạ của núi, đồi hay dãy nhà cao ... có thể lên tới hàng chục µs.
Trong trường hợp phía thu có thể di chuyển, tín hiệu tín hiệu trực tiếp từ phía phát có
thể bị mất (kênh Rayleigh) do đó bên phía thu buộc phải khai thác tín hiệu phản hồi
xung quanh vật thể.
Tham số
Số lượng sóng mang con
Độ rộng Symbol có ích (TU)
Khoảng cách sóng mang (1/TU)

Băng thông
Khoảng bảo vệ ∆
Phương thức điều chế

Mode 2K
1705
244µs
4464 Hz
7.61 Mhz
T/4; T/8; T/12
QPSK; 16-64 QAM

Mode 8K
6817
896 µs
1116 Hz
7.61 Mhz
T/4; T/8
QPSK; 16-64 QAM

Bảng 1. 1: Mô tả các thông số các mode làm việc trong DVB - T
Kiểu 2K phù hợp cho hoạt động bộ truyền đơn lẻ và cho các mạng SFN loại nhỏ
có khoảng cách bộ truyền giới hạn, nó sử dụng 1705 sóng mang con. Kiểu 8K có thể
được sử dụng cho hoạt động bộ truyền đơn lẻ cũng như cho các mạng SFN loại nhỏ và
lớn; nó sử dụng 6817 sóng mang con. Để giảm nhỏ ảnh hưởng không bằng phẳng của
kênh thì dùng nhiều sóng mang càng tốt. Tuy nhiên khi số sóng mang nhiều, mạch sẽ
phức tạp hơn, trong giai đoạn đầu khi công nghệ chế tạo chip chưa hoàn thiện các chip
điều chế còn đắt người ta thường dùng mode 2K vì công nghệ chế tạo chip đơn giản và
rẻ hơn.
12

Trong mạng đơn tần số (SFN), sự lựa chọn tần số kênh có thể rất quan trọng khi
tất cả các máy phát tín hiệu giống nhau ở cùng thời điểm và có thể phát các tín hiệu lặp
lại “nhân tạo” trong khu vực dịch vụ (trễ lên đến vài trăm ns). Để khắc phục vấn đề này,
các bộ tương thích DVB- T được thiết kế dựa trên việc điều chế đa sóng mang trực giao
COFDM.

Hình 1. 1: Tiêu chuẩn DVB-T
Có thể chia dòng bít truyền tới thành hàng ngàn sóng mang phụ tốc độ thấp, trong
ghép kênh FDM. Hệ thống có thể hoạt động ở hai mode chính: mode 2k cho các mạng
chuyển đổi (tương ứng với 1705 sóng mang phụ trong dải thông 7,61 MHz và khoảng
thời gian Symbol hiệu dụng Tu = 224 µs) và mode 8k cho SFN (tương ứng với 6817
sóng mang phụ trong dải thông 7,61 MHz và khoảng thời gian Symbol hiệu dụng Tu =
86 µs).
Mỗi sóng mang được điều chế theo lược đồ AM - QAM (4,16 hay 32 QAM).
Điều chế COFDM bản chất là phađing tần số chọn, khi mỗi sóng mang được điều
chế ở tốc độ bít trung bình (tốc độ Symbol vào khoảng 1 hay 4 Kbaud tương ứng với
mode 2k hay 8k) và khoảng thời gian rất dài so với thời gian đáp ứng thay đổi kênh.
Sơ đồ khối

Hình 1. 2: Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số mặt đất
Trong đó

-

Phía phát:
Tín hiệu Video/Audio nguồn:

+) Tín hiệu nguồn là tín hiệu số hay tương tự được biến đổi thành các dữ liệu số. Các

chuẩn tín hiệu số được định dạng sao cho tương thích với hệ thống mã hoá.
13


+) Tín hiệu Video có tốc độ bít rất lớn, chẳng hạn chuẩn CCIR 601 thì tốc độ bít lên
đến 270 Mbps. Để các kênh truyền hình quảng bá có độ rộng 8 MHz có thể đáp ứng cho
việc truyền tín hiệu số, cần phải giảm tốc độ bít bằng cách nén tín hiệu video.
-

Mã hoá nguồn dữ liệu (source coding):

Mã hoá nguồn dữ liệu thực hiện nén số ở các tần số nén khác nhau. Việc nén được
thực hiện bằng bộ mã hoá MPEG- 2. Việc mã hoá dựa trên cơ sở nhiều khung hình ảnh
chứa nhiều thông tin với sự sai khác rất nhỏ.
Do đó MPEG làm việc bằng cách chỉ gửi đi những sự thay đổi này và dữ liệu lúc này
có thể giảm từ 100 đến 200 lần. Với Audio cũng vậy, việc nén dựa trên nguyên lý tai
nghe người khó phân biệt âm thanh trầm nhỏ so với âm thanh lớn khi chúng có tần số
lân cận nhau và những bít thông tin trầm nhỏ này có thể bỏ đi và không được sử dụng.
Mã hoá nguồn chỉ liên quan đến các đặc tính của nguồn. Phương tiện truyền phát
không ảnh hưởng gì đến mã hoá nguồn.
-

Mã hóa kênh:

Gói và đa hợp Video, Audio và các dữ liệu phụ vào một dòng dữ liệu phụ ở đây là
dòng truyền tải MPEG- 2. Nhiệm vụ của mã hoá kênh là làm cho tín hiệu truyền dẫn
phát sóng phù hợp với kênh truyền.
Trong truyền hình số mặt đất mã được sử dụng là mã Reed- Solomon. Mã ReedSolomon được sử dụng rộng rãi trong hệ thống thông tin ngày nay do có khả năng sửa
lỗi rất cao.
-

Điều chế:

Điều chế tín hiệu phát sóng bằng dòng dữ liệu, quá trình này bao gồm cả mã hoá
truyền dẫn, mã hoá kênh và các kỹ thuật hạ thấp xác suất lỗi, chống lại các suy giảm
chất lượng do phadinh, tạp nhiễu...
Phía thu:
Bên thu sẽ mở gói, giải mã, hiển thị hình và đưa ra máy thu
Đặc điểm
So với các phương thức truyền dẫn khác, phương thức truyền hình số mặt đất có
những nhược điểm như:
-

Kênh bị giảm chất lượng do hiện tượng phản xạ nhiều đường do bề mặt của mặt
đất cũng như các toà nhà tầng.
Giá trị tạp do con người tạo ra là cao.
14


-

Do phân bố tần số khá dầy trong phổ tần đối với truyền hình, giao thoa giữa
truyền hình tương tự và số là vấn đề cần phải xem xét.

Chính vì vậy đã có ý kiến cho rằng phát quảng bá truyền hình số mặt đất là không
thực tế. Tuy nhiên sự ra đời của các chuẩn truyền hình số mặt đất như DVB-T của châu
Âu và ATSC của Mỹ đã khắc phục được phần lớn các điểm bất lợi trên của truyền hình
số mặt đất so với vệ tinh và cáp. Mặt khác phát sóng truyền hình số trên mặt đất có hiệu
quả sử dụng tần phổ cao hơn và chất lượng tốt hơn so với phát sóng tương tự hiện tại:
-

-

-

Trên dải tần của một kênh truyền hình tương tự có thể phát một chương trình
truyền độ phân dải cao (HDTV) hoặc nhiều chương trình truyền hình số có độ
phân dải thấp hơn.
Trong phạm vi phủ sóng, chất lượng ổn định, khắc phục được các vấn đề phiền
toái như hình ảnh có bóng, can nhiễu v.v...
Máy thu hình có thể được lắp đặt dễ dàng ở các vị trí trong nhà, có thể xách tay
hoặc thu lưu động ngoài trời.
Có thể linh hoạt chuyển đổi từ phát chương trinh có hình ảnh và âm thanh chất
lượng cao (HDVT) sang phát nhiều chương trình chất lượng thấp hơn và ngược
lại.
Có dung lượng lớn chứa âm thanh và các dữ liệu.

Điều chế trong truyền hình số
Tiêu chuẩn được đi sâu nghiên cứu ở Việt Nam là tiêu chuẩn truyền hình số mặt
đất DVB - T.
Xét sơ đồ khối chức năng của hệ thống truyền hình số theop tiêu chuẩn Châu Âu.
Sơ đồ gồm có hai khối chính.

Hình 1. 3: Sơ đồ khối chức năng hệ thống DVB-T

15


-

-

Mã hóa nguồn MPEG - 2 và ghép kênh. Nhận dòng tín hiệu đầu vào là video
tương tự, có thể là tín hiệu tổng hợp hoặc riêng lẻ từng tín hiệu màu và tín hiệu
chói. Khối sẽ thực hiện chuyển đổi tương tự thành số rồi thực hiện mã hóa theo
tiêu chuẩn MPEG - 2 để làm giảm tốc độ dòng cho phù hợp với kênh truyền.
Điều chế COFDM (bộ thích nghi kênh truyền mặt đất). Dữ liệu qua khối này
được xử lý qua các quá trình sau:
 Thích nghi ghép truyền dẫn và ngẫu nhiên hóa để phân tán đồng đều
năng lượng dòng bit.
 Mã hóa
 Tráo ngoài (mã chập tráo)
 Mã trong
 Ánh xạ và điều chế
 Truyền dẫn COFDM

Cả hai hệ thống truyền hình số hiện nay đều có khối mã hóa nguồn và ghép kênh
giống nhau vì cùng sử dụng chuẩn nén MPEG - 2. Chính vì thế khối điều chế COFDM
chính là khối đặc trưng cho tiêu chuẩn truyền hình số của Châu Âu.
Mã hóa kênh và điều chế trong DVB – T

Hình 1. 4: Sơ đồ khối thực tế bên trong máy phát DVB – T
Phân tán năng lượng
Dòng số vào của hệ thống được tổ chức thành các gói có độ dài cố định chính là
đầu ra của bộ ghép truyền dẫn các dòng MPEG - 2. Chiều dài tổng cộng của mỗi gói sau
bộ ghép là 188 byte, trong đó có một byte chứa từ mã đồng bộ. Thứ tự xử lý ở phía phát
luôn luôn theo thứ tự từ bit MSB (bit 0) của byte chứa từ mã đồng bộ. Để đảm bảo các
chuyển đổi nhị phân được thực hiện chính xác thì dữ liệu của khối ghép kênh MPEG 2 đầu vào hệ thống được mã hóa.
Dữ liệu vào: 1011100xxxxxxxx...
Dãy PRBS: 00000011

16


Đa thức bộ tạo chuỗi PRBS là 1 + X14 + X15
Việc nạp dãy 100101010000000 vào thanh ghi PRBS được bắt đầu tại đầu của
mỗi lượt 8 gói truyền dẫn. Để cung cấp tín hiệu khởi tạo cho bộ descrambler, byte đồng
bộ của gói truyền dẫn đầu tiên trong nhóm 8 gói có các bit được đảo lại. Toàn bộ quá
trình được gọi là quá trình thích nghi ghép truyền dẫn.
Bit đầu tiên tại đầu ra bộ tạo PRBS sẽ là bit đầu tiên (MBS) của byte đầu tiên sau
byte từ mã đồng bộ đã được đảo. Để hỗ trợ thêm các chức năng đồng bộ, trong thời gian
của các byte đồng bộ của 7 gói truyền dẫn ngay sau đó, chuỗi PBRS vẫn được tạo nhưng
lại không lấy ra khiến các byte đồng bộ này không được ngẫu nhiên hóa. Vì thế chu kỳ
của PRBS là 1503 byte.
Quá trình ngẫu nhiên hóa cũng ở trạng thái tích cực khi dòng bit đàu vào bộ điều
chế không tồn tại hoặc không cùng định dạng với dòng bit MPEG - 2.
Mã ngoài và tráo ngoài
Mã ngoài và tráo ngoài sẽ được thực hiện trên cấu trúc gói đàu vào theo hình vẽ
(1.5). Mã rút ngắn reed - solomon RS (204,188,t=8) được thực hiện với từng gói đã được
ngẫu nhiên hóa (188 byte) như hình (1.6) để tạo ra gói có tính chống lỗi. Mã RS cũng
được thực hiện với byte đồng bộ. Gói dữ liệu đó có thể được đảo hoặc không đảo

Hình 1. 5: Gói sau ghép truyền dẫn MPEG – 2
Đa thức mã: g(x) = (x+λ0)(x+ λ 1)....(x+ λ 15)
Đa thức tạo thường: p(x) = x8 + x4 + x3 + x2 + x1
Mã RS rút ngắn được thực hiện bằng cách thêm vào 51 byte thiết lập 0 trước các
byte thông tin tại đầu vào bộ mã hóa. Sau thủ tục mã hóa RS, các byte NULL này sẽ
được loại bỏ để có được từ mã dài 204 byte.

17

Hình 1. 6: Các gói truyền dẫn đã được ngẫu nhiên hóa

Hình 1. 7: Các gói chống lỗi mã
Hệ thống thực hiện việc tráo byte theo mã xoắn với độ sâu 1=12 với các gói đã có tính
chống lỗi tạo ra một cấu trúc dữ liệu được tráo trộn.

Hình 1. 8: Cấu trúc dòng dữ liệu sau tráo ngoài

Mã trong
Hệ thống sẽ sử dụng đến một tập họp các mã chập đục lỗ dựa trên một mã chập
gốc có tốc độ mã là với 64 trạng thái. Điều này cho phép sự lựa chọn hợp lý nhất có khả
năng sửa lỗi của hệ thống với một kênh cho trước hay một tốc độ dữ liệu cho trước trong
cr mode truyền phân cấp và không phân cấp. Các đa thức sinh mã chập gốc của bộ tạo
mã là:
Đầu ra X: G1 = 171OCT

18


Đầu ra Y: G2 = 133OCT

Hình 1. 9: Mã chập gốc với tốc độ mã 1/2
Nếu sử dụng truyền dẫn phân cấp thi mỗi bộ mã hóa kênh (trong hai bộ song
song) có thể có tốc độ mã riêng rẽ. Mã chập gốc không chỉ có tốc độ ½ mà còn có tốc
độ mã 2/3, 3/4,5/6, và 7/8.
Tráo trong
Tráo trong bao gồm quá trình tráo bit trước và tráo symbol sau. Cả hai quá trình
đều thực hiện tráo các khôi bit dữ liệu.
a) Tráo bit

Đầu vào bộ tráo trong có thể có tới hai đầu vào, được tách thành 2,4 hoặc 6 dòng con
theo thứ tự điều chế và loại điều chế. Trong mode không phân cấp, dòng bit vào duy
nhất được tách ra thành V dòng bit con, V = 2 khi điều chế QPSK, v = 4 khi điều chế
16-QAM và v = 8 khi điều chế 64-QAM. Trong mode điều chế phân cấp, cả hai dòng
ưu tiên thấp thành 4 dòng con. Điều này được thực hiện với cả hai chế độ điều chế QAM
đồng nhất và không đồng nhất.
b) Tráo symbol
Mục đích của tráo symbol là ánh xạ các từ mã Y bit lên 1512 sóng mang (trong mode
2k) hay 6048 sóng mang (trong mode 8k) thuộc một symbol OFDM. Bộ tráo symbol
thực hiện tráo các khối 1512 hay 6048 symbol dữ liệu.
Vì thế, trong mode 2k, 12 nhóm * 126 từ dữ liệu bộ tráo bit được đọc tuần tự vào
vector Y = (y’0,y’1,y’2 ,y’1511) và trong mode 8k tương tự là vector Y= (y’0, y’1, y’2,y’6047)
được đọc tuần tự từ 48 nhóm * 126 từ dữ liệu. Đầu ra bộ tráo là vector Y = (y’0, y’1,
y’2,y’max-i) được định nghĩa YH(q) = y’q với các symbol chẵn (q = 0,1 ... Nmax-i); Yq =
y’H(q) với các symbol lẻ ( q = 0,1 ... Nmax-i )

19


Chỉ số symbol xác định vị trí symbol OFDM trong khung OFDM là hàm hoán vị.
Một vector Ri được tạo ra tò vector R’i bằng các hoán vị bit như trong hai bảng sau.

Bảng 1. 2: Các hoán vị trong mode 2K

Bảng 1. 3: Các hoán vị trong mode 8K

Hàm tín hiệu COFDM trong chuẩn DVB - T
Tín hiệu phát được tổ chức thành các khung. Mỗi khung có chu kỳ Tf chứa 68
symbol OFDM. Bốn khung như vậy tạo thành một siêu khung.
Mỗi symbol được tạo thành bởi một tập các sóng mang con. Trong mode 2k số

sóng mang con là k = 1705 và mode 8k là k = 6817. Mỗi sóng mang có khoảng thời gian
tồn tại Ts, bao gồm hai phần là thời gian hữu ích cho thông tin Tu và thời gian phòng vệ
∆ nằm ngay trước Tu và chứa phần sườn giảm của tín hiệu trong Tu. Có thể có các lựa
chọn sau cho khoảng phòng vệ ∆.
Nếu như không tính đến tổ chức khung thì ta có hàm tín hiệu khi chưa lên cao
tần dạng công thức.

20


Chỉ thay N bởi Kmax và n bởi k

Bảng 1. 4: các giá trị của các khoảng bảo vệ

Hình 1. 10: Thời gian một symbol đã chèn khoảng bảo vệ
Tín hiệu được tổ chức thành các khung gồm 68 sym bol OFDM nên hàm có dạng
Và khi nhân lên với tần số cao tần fc để phát đi thì ta được số phức và hàm tín
hiệu ra khỏi máy phát sẽ là phần thực.

Trong đó
K: số sóng mang.
l: chỉ số symbol OFDM trong một khung.

21


m: chỉ số khung truyền.
k: chỉ số sóng mang trong một symbol.
Tu: nghịch đảo của khoảng cách giữa hai sóng mang.
Fc: tần số trung tâm của tín hiệu cao tần.

Xmi;k: symbol tổ hợp cho sóng mang thứ k của symbol dữ liệu thứ 1 trong khung
thứ m.
Máy thu DVB - T thực tế

Hình 1. 11: Sơ đồ khối thực tế bên trong máy thu phát DVB-T
-

Anten: Thường dùng anten có nhiều chấn tử dẫn xạ, 1 chấn tử chủ động, một số
chấn tử phản xạ
Bộ splitter: Bộ chia tín hiệu từ một ngõ vào sẽ cho ra nhiều ngõ ra.
Bộ nhận: Là đầu thu kỹ thuật số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T có chức năng
giải điều chế, giải mã truyền dẫn (kênh), giải đa hợp/ sửa lỗi, giải mã nguồn, biến
đổi số sang tương tự.

Tín hiệu truyền hình kỹ thuật số thu được từ Anten Yagi sẽ đưa qua bộ chia Sliptter
thành nhiều đường tín hiệu, mỗi đường ra được đưa vào đầu kỹ thuật số sẽ cho ra tín
hiệu hình và tín hiệu tiếng như ban đầu. Hai tín hiệu này được đưa vào bộ mã hóa để
thực hiện mã hóa các kênh truyền hình, tín hiệu sau đó sẽ được điều chế lại với sóng
mang được chọn lựa theo sự sắp xếp các kênh truyền hình hữu tuyến trong cáp đồng
trục.
+) Máy thu hình số DVB-T EFA (của hãng Rohde & Schwarz, Đức) thỏa mãn tiêu
chuẩn ETS300744 có thể thu, giải điều chế, giải mã và phân tích tín hiệu OFDM. Máy
thu EFA có các khả năng sau đây:
-

Độ rộng băng tần kênh: 6/7/8 MHz
22


-

Mode điều chế: 2K/8K.
Đồ thị chòm sao: QPSK, 16-QAM, 64-QAM.
Tỉ lệ mã hóa: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8.
Khoảng bảo vệ: 1/4, 1/8, 1/16, 1/32.
Giải điều chế phân lớp: α = 2,4.
Sửa lỗi Reed-Solomom: RS (204/188).
Độ rộng băng tần mạch lọc SAW: 6/7/8 MHz.

+ Tín hiệu đi vào máy thu hình từ anten 1 tín hiệu OFDM. Sau khi biến đổi xuống
(down converter), ta có tín hiệu trung tần IF 36MHz. Tín hiệu này được lọc bằng các
mạch lọc Saw khác nhau (phụ thuộc vào độ rộng băng tần kênh) và cộng nhiễu Gauss
bên trong. Tiếp theo, tín hiệu IF được biến đổi thành băng tần cơ bản bằng cách sử dụng
bộ tạo dao động điều khiển số. Phép biến đổi FFT (2K/8K) biến đổi tín hiệu từ miền
thời gian vào miền tần số. Sau đó xấp xỉ kênh được dùng để sửa biên độ/pha/độ trễ của
tín hiệu làm cho hầu hết các xung bị suy giảm trong khi truyền dẫn RF. Tiếp theo, các
gói dữ liệu được dùng cho bộ giải mã chập Viterbi, bộ giải chèn dữ liệu, bộ giải mã
Reed-Solomon và bộ giải ngẫu nhiên hóa dữ liệu (phân tán năng lượng). Cuối cùng,
giao diện MPEG-2 đưa dòng truyền MPEG-2 đã giải điều chế đến đầu ra phần cứng
(TSSPi, TSASi).
+ Máy thu hình số EFA 1 máy thu chuyên dụng, ngoài chức năng trên, nó còn cho
phép thực hiện nhiều phép đo và hiển thị các thông số sau: đồ thị chòm sao, các thông
số OFDM, hiển thị tỉ số lỗi điều chế MER, đồ thị I/Q, xấp xỉ kênh, phân tích phổ, hàm
phân bố biên độ, chức năng phân bố tích lũy CCDF, đáp ứng xung.
Các thông số đo kiểm tra
Có nhiều phép đo để đánh giá chất lượng hệ thống truyền hình số mặt đất theo tiêu
chuẩn DVB-T. Các thông số càn thiết để đo và kiểm tra như:
Độ chính xác tần số RF

Hình 1. 12: Máy phát DVB – T

23