Mã hóa ghép kênh phân chia tần số trực giao (OFDM)

LỜI NÓI ĐẦU

Điều chế sóng mang là một vấn đề quan trọng trong việc truyền tải dữ liệu.
Ngày nay, với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của các dịch vụ truyền thông, phát
thanh, truyền hình, đòi hỏi cần có một phương pháp điều chế phù hợp để có thể
giảm thiểu lỗi trên đường truyền, cung cấp một băng thông truyền lớn. Kỹ thuật
OFDM (viết tắt của Orthogonal frequency-division multiplexing) là một trường
hợp đặc biệt của phương pháp điều chế đa sóng mang, trong đó các sóng mang phụ
trực giao với nhau, nhờ vậy phổ tín hiệu ở các sóng mang phụ cho phép chồng lấn
lên nhau mà phía thu vẫn có thể khôi phục lại tín hiệu ban đầu. Sự chồng lấn phổ
tín hiệu làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử dụng phổ lớn hơn nhiều so với kỹ
thuật điều chế thông thường.
Kỹ thuật điều chế OFDM do R.W Chang phát minh năm 1966 ở Mỹ. Trong
những thập kỷ vừa qua, nhiều công trình khoa học về kỹ thuật này đã được thực
hiện ở khắp nơi trên thế giới. Đặc biệt là công trình khoa học của Weistein và
Ebert đã chứng minh rằng phép điều chế OFDM có thể thực hiện được thông qua
phép biến đổi IDFT và phép giải điều chế OFDM có thể thực hiện được bằng phép
biến đổi DFT. Phát minh này cùng với sự phát triển của kỹ thuật số làm cho kỹ
thuật điều chế OFDM được ứng dụng trở nên rộng rãi. Thay vì sử dụng IDFT
người ta có thể sử dụng phép biến đổi nhan IFFT cho bộ điều chế OFDM, sử dụng
FFT cho bộ giải điều chế OFDM.
Ngày nay kỹ thuật OFDM còn kết hợp với phương pháp mã kênh sử dụng trong
thông tin vô tuyến. Các hệ thống này còn được gọi COFDM (code OFDM). Trong
hệ thống này tín hiệu trước khi được điều chế OFDM sẽ được mã kênh với các loại
mã khác nhau nhằm mục đích chống lại các lỗi đường truyền. Do chất lượng kênh
(fading và SNR) của mỗi sóng mang phụ là khác nhau, người ta điều chế tín hiệu
trên mỗi sóng mang với các mức điều chế khác nhau. Hệ thống này mở ra khái
niệm về hệ thống truyền dẫn sử dụng kỹ thuật OFDM với bộ điều chế tín hiệu
thích ứng. Kỹ thuật này đã được sử dụng trong hệ thống thông tin máy tính băng
rộng HiperLAN/2 ở Châu Âu. Trên thế giới hệ thống này được chuẩn hóa theo tiêu
chuẩn IEEE.802.11a.

Để giúp mọi người có cái nhìn tổng quát về phương pháp điều chế COFDM,
nhóm chúng tôi sẽ tập trung làm rõ một số nội dung liên quan đến phương pháp
này ở các phần tiếp theo.
Page 1


CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Từ viết tắt

Nghĩa tiếng anh

Nghĩa tiếng việt

OFDM

Orthogonal frequency division
multiplexing
Coded Orthogonal Frequency
Division Multiplex
Frequency shift keying
Quaternary phase shift keying

Ghép kênh phân chia tấn số
trực giao
Ghép kênh phân chia theo tần
số mã hóa trực giao
Điều biến dịch tần số
Đánh tín hiệu dịch pha một
phần tư

Bộ điều biến biên độ vuông góc

COFDM
FSK
QPSK
QAM
TV
PC
ISDN
DMT
DAB
DVB
ADSL
CDMA
AWGN
GSM
TDMA
FDM
IFFT
FFT
FEC
WLAN
AFC
SDTV

Quadrature amplitude
modulatio
Television
Personal computer
Integrated Service Digital Net

Discrete Multi - Tone
Digital Audio Broadcasting
Digital Video Broadcasting
Asymmetric digital subscriber
line
Code division multiple access
Additive white Gaussian noise
Global System for Mobile
Communications
Time division multiple access
Frequency division multiplex
Inverse Fast Fourrier
Transform
Fast Fourier transform
Forward error correction
Wireless Local Area Network
Automatic frequency control
Standard Definition Television
Page 2

Truyền hình
Máy tính cá nhân
Mạng số với dịch vụ tích hợp
Đa âm gián đoạn
Phát thanh quảng bá số
Truyền hình quảng bá số
Đường thuê bao số bất đối
xứng
Đa truy nhập phân chia mã
Tạp âm Gausian trắng cộng

Hệ thống truyền thông di động
toàn cầu
Đa truy nhập phân chia thời
gian
Ghép kênh chia tần số
Biến đổi Fourrier ngược nhanh
Biến đổi Fourrier nhanh
Sự hiệu chỉnh sửa lỗi
Mạng cục bộ vô tuyến
Điều khiển tần số tự động
Truyền hình độ nét chuẩn


HDTV
JPEG
DCT
MPEG
ISO
IEC
T-DMB
DVB-H
MMDS
ITU

High Definition Televison
Joint Photographic Experts
Group
Discrete cosine transform
Motion Picture Experts Group
International Organization for

Standardization
International Electrotechnical
Terrestrial Digital Multimedia
Broadcasting
Digital Video Broadcasting for
Hand-helds
Multipoint Microwave
Distribution System
International
Telecommunication Union

Page 3

Truyền hình độ nét cao
Nhóm liên hiệp các chuyên gia
đồ họa
Biến đổi cosin rời rạc
Nhóm chuyên gia hình ảnh
động
Tổ chức quốc tế về chuẩn hóa
Uỷ ban kĩ thuật điện quốc tế
Phát thanh truyền hình số đa
phương tiện mặt đất
Truyền hình số quảng bá cho
thiết bị cầm tay
Hệ thống phân phối vi sóng đa
điểm
Hiệp hội viễn thông quốc tế

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

CHƯƠNG 19

•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

Hình 19.1: Kênh vô tuyến mặt đất
Hình 19.2: Chuyển giao chức năng của một kênh vô tuyến với tiếp nhận đa
đường, chọn lọc tần số Fading
Hình 19.3: Can nhiễu liên ký tự / nhiễu xuyên âm liên ký tự với tiếp nhận

đa đường
Hình 19.4: COFDM: Đa sóng mang trong kênh vô tuyến với fading
Hình 19.5: Biến đổi Fourrier của một xung vuông góc
Hình 19.6: Ghép kênh phân chia theo tần số mã hóa trực giao( COFDM)
Hình 19.7: Biểu tượng COFDM
Hình 19.8: Điều kiện trực giao trong COFDM
Hình 19.9: Sơ đồ khối lý thuyết của một bộ điều chế COFDM
Hình 19.10: Thực tế thực hiện của bộ điều chế COFDM bởi biến đổi
Fourrier ngược nhanh
Hình 19.11: Biến đổi Fourrier ngược nhanh của một phổ đối xứng
Hình 19.12: Biến đổi Fourrier ngược nhanh của một phổ bất đối xứng
Hình 19.13: Biến đổi Fourrier ngược nhanh với tần số thay đổi
Hình 19.14: Ghép kênh phân chia theo tần số mã hóa trực giao với 3 sóng
mang
Hình 19.15: Ghép kênh phân chia theo tần số mã hóa trực giao với 12 sóng
mang
Hình 19.16: Biểu tượng COFDM với khoảng bảo vệ
Hình 19.17: Khoảng bảo vệ lấp đầy với sự kết thúc của biểu tượng tiếp theo
Hình 19.18: Tạo ra các khoảng bảo vệ
Hình 19.19: Đa đường tiếp nhận trong COFDM
Hình 19.20: Ví dụ thực tế: hàm tự tương quan và vị trí cửa sổ FFT,
chỉ nhận được một đường dẫn tín hiệu [VIERACKER]
Hình 19.21: Ví dụ thực tế: hàm tự tương quan và vị trí cửa sổ FFT, nhận
được hai đường với suy giảm 0dB (0dB echo); tổng hợp hàm tự tương quan
cho cả hai đường dẫn tín hiệu [VIERACKER]

Page 4


•

Hình 19.22: Tín hiệu phổ với vai trong ghép kênh phân chia tần số mã hóa
trực giao của truyền hình số quảng bá mặt đất.

DANH MỤC CÁC BẢNG
•
•

Bảng 1.1: Các chuẩn phát thanh và truyền hình số quảng bá + Phương pháp
Bảng 19.1: Các mode COFDM trong Truyền hình số quảng bá mặt đất
DVB-T

MỤC LỤC

Page 5


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG

CHƯƠNG 19: GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ MÃ HÓA TRỰC
GIAO

19.1: Tại sao sử dụng đa sóng mang?
19.2: Ghép kênh phân chia theo tần số mã hóa trực giao là gì?
19.3: Tạo các biểu tượng COFDM
19.4: Bổ sung tín hiệu trong phổ COFDM
19.5: Điều chế phân cấp
19.6: Tổng kết

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG

Page 6


Trong nhiều thập kỷ, truyền hình và truyền dẫn dữ liệu đã được tích hợp đồng thời
trên 1 đường truyền dẫn, tuy nhiên nó hoàn toàn độc lập với nhau. Mặc dù bộ
truyền hình đã được sử dụng như là một chiếc màn hình máy tính đầu tiên ở thập
niên tám mươi của thế kỷ trước ,nhưng đây là sự tương tác duy nhất giữa hai lĩnh
vực. Ngày nay, nó đang trở nên nhiều hơn và khó khăn hơn để phân biệt giữa hai
phương tiện truyền thông của truyền hình ,và máy tính ngày càng được hội tụ đa
phương tiện. Hiện nay một chiếc TV đời cao có thể cho thẻ máy tính để dễ dàng
trở thành một máy truyền hình. Teletext đã được giới thiệu trở lại trong thập niên
tám mươi để cung cấp một đầu bổ sung thông tin kỹ thuật số trong TV analog. Đối
với giới trẻ , loại thông tin này như là một phần tự nhiên của việc nghe nhìn , ví dụ
như như hướng dẫn chương trình điện tử, như thể teletext là sự khởi đầu của truyền
hình.
Và bây giờ chúng ta đang sống trong thời đại của truyền hình kỹ thuật số, thực tế là
từ năm 1995, sự phân biệt giữa dữ liệu và truyền hình đã hầu như biến mất. Khi
một người có thể theo dõi sự phát triển xuyên suốt trong lĩnh vực này giống như
tác giả đã tham gia rất nhiều các chuyến đi hội thảo, người ta sẽ gặp nhiều hơn các
ứng dụng mà cả truyền hình và các dịch vụ dữ liệu hội tụ trong một tín hiệu, hoặc
một dịch vụ, thậm chí còn chỉ là một dữ liệu thuần túy, ví dụ như Truy cập Internet
nhanh chóng thông qua các kênh được cung cấp cho truyền hình kỹ thuật số. Các
yếu tố phổ biến dẫn đến sự hợp nhất này là tốc độ dữ liệu cao. Thế hệ ngày nay là
“đói” thông tin và việc sử dụng sự hội tụ này là để có được số lượng lớn và đa
dạng các thông tin. Nói chuyện với các chuyên gia viễn thông về tốc độ dữ liệu,
lắng nghe trong một khoảng thời gian về tỷ lệ tốc độ của dữ liệu được sử dụng
trong truyền hình kỹ thuật số. Theo đó, GSM,ví dụ như cho truy cập Internet, làm
việc với tốc độ dữ liệu 9600 bit / giây và UMTS sử dụng tối đa là 2 Mbit / giây
trong điều kiện tối ưu. Truy cập điện thoại kênh ISDN cơ bản có tốc độ 64 kbit /

Page 7


giây. Tốc độ dữ liệu của một tín hiệu truyền hình kỹ thuật số không nén với độ nét
tiêu chuẩn đã là 270 Mbit / giây và truyền hình độ nét cao bắt đầu đạt khoảng 1,5
Gbit / s và mở rộng phạm vi thành 3 Gigabit/s. Sẽ hoàn toàn hợp lý để gọi đó là
công nghệ truyền hình băng thông rộng, không chỉ từ điểm nhìn của truyền hình kỹ
thuật số mà ngay cả trong Truyền hình analog , nơi các kênh đã luôn luôn rất
rộng. Một kênh analog hoặc kênh truyền hình số mặt đất có băng thông khoảng 6,
7 hoặc 8 MHz và phát sóng các kênh qua vệ tinh thậm chí rộng đến 36 MHz. Điều
đó không đáng ngạc nhiên, nhất là khi một sự bùng nổ mới đang diễn ra, đặc biệt
là trong cáp băng thông rộng đang được sử dụng như là một phương tiện để truy
cập Internet tốc độ cao tại nhà trong phạm vi Mbit / giây, liên kết lên thông qua cáp
modem.
Nền tảng cho truyền hình tương tự đã được đặt bởi Paul Nipkow vào năm 1883
khi ông phát triển đĩa Nipkow. Ông có ý tưởng truyền tải một hình ảnh bằng cách
disecting nó vào dòng. Lần đầu tiên truyền hình analog thực hiện việc truyền dẫn
diễn ra trong những năm ba mươi, nhưng bị kìm hãm lại bởi Chiến tranh thế giới
thứ II, nên truyền hình analog không có sự khởi đầu đúng hướng của nó, mãi cho
đến những năm năm mươi, mới xuất hiện màu đen trắng lần đầu tiên trên truyền
hình analog. Máy truyền hình màu được mua lại cuối những năm sáu mươi và từ
đó, công nghệ này đã được tinh chế cơ bản, cả trong phòng thu và ở nhà. Không có
thêm thay đổi về các nguyên tắc của công nghệ. Truyền hình Analog thường hoàn
hảo, ít nhất là trong chất lượng nếu không phải trong nội dung, đó là khó khăn để
nhiều người quan tâm đến việc mua một máy thu truyền hình kỹ thuật số.
Trong thập niên tám mươi, một nỗ lực được thực hiện để khởi hành từ truyền hình
analog truyền thống là sử dụng D2MAC. Với các lý do khác nhau, điều này đã
không thành công và D2MAC biến mất khỏi tầm nhìn một lần nữa. Tại châu Âu,
hệ thống PAL được tăng thêm cũng vậy, bằng việc giới thiệu PAL plus nhưng
Page 8

điều này đã không đạt được nhiều thành công trong thị trường TV. Đồng thời, các
phương pháp tiếp cận khác nhau đã được thử nghiệm, chủ yếu là ở Nhật Bản và ở
Mỹ, để đạt được thành công với việc truyền tải của HDTV, nhưng những điều này
cũng không đạt được sự phổ biến như mong đợi.
Trong phòng thu, tín hiệu truyền hình kỹ thuật số đã được sử dụng từ đầu thập niên
90 như tín hiệu truyền hình kỹ thuật số không nén phù hợp với "CCIR 601".
Những tín hiệu dữ liệu có tỷ lệ là 270 Mbit / giây rất phù hợp để phân phối và điều
chế trong phòng thu, và rất phổ biến hiện nay. Nhưng không phải tất cả đều phù
hợp cho phát thanh truyền hình và truyền tải cho người dùng cuối. Các năng lực
của kênh có sẵn thông qua cáp, mặt đất và các kênh truyền hình vệ tinh không đủ
cho các tín hiệu. Trong trường hợp của các tín hiệu HDTV, tốc độ dữ liệu là
khoảng 1,5Gbit / giây không nén, những tín hiệu có thể không được phát sóng.Sự
kiện quan trọng trong lĩnh vực truyền hình kỹ thuật số có thể được coi là việc thành
lập các tiêu chuẩn JPEG. JPEG là viết tắt của Joint Photographic Experts Group,
một nhóm các chuyên gia chuyên về nén khuôn hình tĩnh.Nó biến đổi cosin rời rạc
(DCT) và được sử dụng lần đầu tiên để nén khung hình vào cuối thập niên tám
mươi. Hôm nay, JPEG là một tiêu chuẩn thường được sử dụng trong lĩnh vực dữ
liệu và đang được được sử dụng rất thành công trong lĩnh vực nhiếp ảnh kỹ thuật
số. Máy ảnh số đang có một sự bùng nổ và đang trở nên tốt hơn để phương tiện
này thay thế nhiếp ảnh truyền thống trong nhiều lĩnh vực.
DCT cũng trở thành các thuật toán cơ bản cho MPEG, ảnh Experts Group, phát
triển các tiêu chuẩn MPEG-1 năm 1993, tiêu chuẩn MPEG-2 vào năm 1995. Mục
đích của MPEG-1 là để đạt được full-motion (chuyển động toàn phần), hình ảnh ở
tốc độ dữ liệu lên đến 1,44 Mbit / giây, sử dụng CD như một phương tiện dữ liệu.
Mục đích cho MPEG-2 là cao hơn để trở thành tín hiệu băng cơ sở cho truyền hình
kỹ thuật số trên toàn thế giới. Ban đầu, truyền hình độ nét tiêu chuẩn (SDTV) cung
Page 9

cấp ở định dạng MPEG-2, nhưng truyền hình độ nét cao (HDTV) cũng thực hiện
rõ ràng dự định ban đầu cho MPEG-3. Với MPEG-2, cả cấu trúc dữ liệu MPEG
được mô tả (ISO / IEC 13.818-1) , một phương pháp nén hình ảnh full-motion
(ISO / IEC 13.818-2) và cho âm thanh nén (ISO / IEC 13.818-3) được xác định.
Những phương pháp này hiện đang được sử dụng trên khắp thế giới. MPEG-2 cho
phép tín hiệu truyền hình kỹ thuật số ban đầu là 270 Mbit / giây được nén đến
khoảng 27 Mbit / giây. Tốc độ dữ liệu không nén của một tín hiệu âm thanh stereo
khoảng 1,5 Mbit / giây, có thể được giảm xuống còn khoảng 100 đến 400 kbit /
giây, thông thường 192 kbit / s. Như một kết quả tất yếu của những yếu tố này,
việc nén dữ liệu có thể kết hợp một số chương trình để tạo thành một tín hiệu dữ
liệu mà sau đó được cung cấp, ví dụ: Kênh truyền hình tương tự 8-MHz.
Vào đầu những năm chín mươi, Digital Video Broadcasting (DVB) ( truyền hình
quảng bá số) được tạo ra như là một dự án ở châu Âu. Trong quá trình phát triển
của dự án này, một số phương thức truyền đã được phát triển: DVB-S, DVB-C và
DVB-T. Các phương pháp truyền dẫn vệ tinh DVB-S đã được sử dụng từ khoảng
năm 1995, sử dụng phương pháp điều chế QPSK và với băng thông kênh khoảng
33 ÷36 MHz, tốc độ dữ liệu gộp là 38 Mbit / giây có thể truyền dẫn với truyền
hình vệ tinh. Với tốc độ 6 Mbit / giây cho mỗi chương trình, có thể truyền được tới
6, 8 hoặc thậm chí 10 chương trình trong một kênh, phụ thuộc vào tốc độ dữ liệu
và nội dung và khi chương trình chủ yếu là âm thanh được phát sóng, hơn 20
chương có thể truyền trong một kênh. Trong trường hợp của DVB-C, truyền qua
cáp đồng trục, điều chế 64QAM cũng cung cấp một dữ liệu tỷ lệ là 38 Mbit / giây
tại một băng thông chỉ có 8 MHz. HFC hiện hành (sợi đồng trục hybrid) cho tốc độ
dữ liệu hơn 50 Mbit / s cho mỗi kênh. DVB-C, cũng đã được sử dụng từ khoảng
năm 1995. Hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T bắt đầu vào năm 1998 tại
Vương quốc Anh trong chế độ 2K và bây giờ đã có trên toàn thế giới. Phát sóng tín
Page 10

hiệu truyền hình kỹ thuật số mặt đất đang được sử dụng ngày càng nhiều, trải dài
từ Vương quốc Anh, Scandinavia và Tây Ban Nha đến tất cả các địa điểm ở Úc.
DVB-T cung cấp tốc độ dữ liệu từ 5 đến 31 Mbit / giây và tốc độ dữ liệu được sử
dụng bình thường ở khoảng 12 đến 22 Mbit / giây, nếu có một mạng DVB-T được
thiết kế để tiếp nhận ăng ten mái ,hoặc khoảng 13 đến 15 Mbit / giây cho sử dụng
có thể di chuyển trong nhà. Đức là nước có sự thay đổi theo khu vực, từ truyền
hình mặt đất tương tự đến DVB-T. Thay đổi này được hoàn thành tại Đức vào
cuối năm 2008.
Tại Bắc Mỹ, các phương pháp khác được sử dụng. Thay vì DVB-C, một hệ thống
tương tự là ITU-J83B được sử dụng cho truyền dẫn cáp. Truyền hình mặt đất sử
dụng phương pháp ATSC (ATSC là viết tắt của Uỷ ban hệ thống truyền hình tiên
tiến). Tại Nhật Bản, các phương pháp truyền tải khác được sử dụng, chẳng hạn như
ITU-J83C cho truyền dẫn cáp, tương tự như DVB-C (tương ứng với ITU-J83A),
và ISDB-T tiêu chuẩn để truyền trên mặt đất. Tuy nhiên, một hệ thống truyền dẫn
mặt đất đang được phát triển ở Trung Quốc. Các yếu tố chung cho tất cả phương
pháp này là tín hiệu baseband MPEG-2.
Năm 1999, một ứng dụng khác đã được đưa ra dựa vào ánh sáng màu xanh lá cây,
cụ thể là kỹ thuật số đĩa đa năng, hay DVD. DVD video cũng sử dụng một dòng dữ
liệu MPEG-2 và âm thanh Dolby Digital.Trong khi đó, phạm vi của truyền hình
kỹ thuật số đã được mở rộng, điện thoại di động tiếp nhận sự phát triển của các
tiêu chuẩn được xem như là DVB-H (truyền hình quảng bá số cho thiết bị cầm tay)
và T-DMB (truyền hình đa phương tiện số mặt đất), CMMB.
Cuốn sách này đề cập đến tất cả các phương pháp nén và truyền tải, gồm có
MPEG, DVB, ATSC, ISDB-T và DTMB. DVD video cũng được thảo luận ở một
số phạm vi. Các cuộc thảo luận tập trung phân tích các đối tượng này theo như
Page 11


thực tế. Mặc dù các công thức toán học được sử dụng trong hầu hết các trường hợp
nhưng chỉ sử dụng để bổ sung cho các văn bản. Các chấn lưu toán học sẽ được giữ

ở mức tối thiểu cho các kỹ sư lĩnh vực thực tế. Ở đây không có bất kỳ ác cảm nào
tác giả có thể có đối với toán học mà hoàn toàn ngược lại. Trong quá trình hội thảo
liên quan đến hàng ngàn người tham gia trên thế giới, hình thức thể hiện đã được
phát triển để góp phần làm sự hiểu biết tốt hơn và dễ dàng hơn trong một số trường
hợp với các đối tượng phức tạp.Cuốn sách cũng có chương phân tích các khái niệm
cơ bản như điều chế kỹ thuật số, biến đổi trong miền tần số, một số có thể được bỏ
qua bởi người đọc nếu muốn.Tuy nhiên,kinh nghiệm cho thấy tốt hơn là nên đọc
các chương này trước khi bắt đầu chủ đề của truyền hình kỹ thuật số thực tế. Nhấn
mạnh là đo lường kỹ thuật được sử dụng trên các tín hiệu truyền hình kỹ thuật số
khác nhau. Kỹ thuật đo lường cần thiết và phù hợp sẽ được thảo luận chi tiết, các ví
dụ thực tế và gợi ý được cung cấp.
Bảng 1.1: Các tiêu chuẩn phát thanh và truyền hình quảng bá số + Phương pháp

Phương pháp

Tiêu chuẩn ứng dụng

JPEG
Motion JPEG
MPEG-1
MPEG-2

Nén hình ảnh, nhiếp ảnh
MiniDV, máy quay video kỹ thuật số
Video trên CD
Tín hiệu băng cơ sở cho truyền hình kỹ thuật số DVD
Video

MPEG-4
DVB

DVB-S
DVB-C
DVB-T

Mã hóa/ giải mã cho video và âm thanh nén
Truyền hình quảng bá số
Truyền hình quảng bá số qua vệ tinh
Truyền hình quảng bá số qua cáp băng thông rộng
Truyền hình quảng bá số mặt đất
Page 12


DVB-H
MMDS
ITU-T J83A
ITU-T J83B
ITU-T J83C
ATSC
ISDB-T
DTMB
DAB
DRM
T-DMB
DVB-SH
DVB-S2
DVB-T2
DVB-C2
CMMB

Truyền hình quảng bá số cho thiết bị cầm tay, truyền hình

di động tiêu chuẩn
Hệ thông phân phối dạng vi sóng đa điểm, truyền dẫn đa
điểm mặt đất của truyền hình số bổ sung cáp băng thông
rộng
ITU tương đương của DVB-C
Cáp tiêu chuẩn Mỹ
Cáp tiêu chuẩn Nhật Bản
Tiêu chuẩn cho truyền hình kỹ thuật số mặt đất (Mỹ,
Canada)
Tiêu chuẩn của Nhật Bản cho tivi kỹ thuật số mặt đất
Tiêu chuẩn của Trung Quốc cho tivi kỹ thuật số mặt đất
Phát thanh quảng bá số, chuẩn cho phát thanh số mặt đất
Digital Radio Mondiale, tiêu chuẩn cho phát thanh số mặt
đất
Truyền hình đa phương tiện số mặt đất; truyền hình di
động
DVB cho các thiết bị đầu cuối di động cầm tay, vệ tinh và
mặt đất, tiêu chuẩn hybrid cho truyền hình vệ tinh và mặt
đất
DVB cho truyền hình vệ tinh thế hệ thứ hai
DVB cho truyền hình mặt đất thế hệ thứ hai
DVB cho truyền hình cáp thế hệ thứ hai
Truyền hình di động đa phương tiện của Trung quốc

*Lưu ý: Nhiều điều trong số các điều khoản được liệt kê trong bảng được bảo vệ
bởi bản quyền

Kết quả thực tế và các kinh nghiệm qua thời gian sẽ được nhắc lại trong các
chương riêng một cách chi tiết. Trong một số trường hợp, nó có thể chỉ ra một kinh
nghiệm khác của tác giả về hành trình của mình. Đặc biệt là mở rộng những hiểu

biết thực tế đã đạt được,trong hành trình từ Châu Âu đến Úc để giới thiệu về
Page 13


DVB-T và được viết trong cuốn sách này. Nhưng nó không phải là dự định chính
mặc dù nó sẽ rất thú vị để nói về các khu vực có địa điểm đẹp nơi mà truyền hình
kỹ thuật vừa được giới thiệu. Nội dung của cuốn sách này được cấu trúc bắt đầu
với tín hiệu truyền hình băng gốc và sau đó tiếp tục với một cuộc thảo luận của các
dòng dữ liệu MPEG-2, video kỹ thuật số, âm thanh kỹ thuật số và các phương pháp
nén. Sau một chuyến tham quan về phương pháp điều chế kỹ thuật số, tất cả các
phương thức truyền như DVB-S, DVB-C, ITUJ83ABC,DVB-T, ATSC và ISDB-T
sẽ được thảo luận chi tiết. đan xen giữa các chương nói về kỹ thuật đo lường liên
quan.Phương thức truyền dẫn dựa trên truyền hình quảng bá sô (DAB) cũng được
thảo luận. Cuốn sách với nội dung chuyên sâu hơn về chủ đề "phát sóng âm thanh
kỹ thuật số " (Đài phát thanh kỹ thuật số DRM Mondiale) tiêu chuẩn truyền tải âm
thanh và khả năng truyền tải âm thanh kỹ thuật số DVB. Kể từ khi nó không thể
tách rời khỏi đối tượng của truyền hình, phát thanh truyền hình, trong bất kỳ
trường hợp nào, các tiêu đề của cuốn sách đã được thay đổi “ Hướng dẫn kỹ thuật
thực tế về video số và công nghệ phát thanh truyền hình "từ ấn bản thứ hai của
nó.Tuy nhiên Truyền hình vẫn còn ảnh hưởng lớn. Một phần là do phát thanh
truyền hình kỹ thuật số vẫn còn có vấn đề với việc thực hiện thực tế của nó. Sẽ rất
thú vị để xem xét kết quả cuối cùng của cuộc cạnh tranh giữa DAB và DVB-T2.
Các phương pháp và các tiêu chuẩn liên quan đến chủ đề của truyền hình kỹ thuật
số và phát thanh kỹ thuật số " được thảo luận trong cuốn sách này được liệt kê
trong Bảng 1.1. Trong khi đó, tiêu chuẩn mới như DVB-SH, DVB-T2 DVB-C2 đã
xuất hiện cũng được mô tả ngay cả khi có ít kinh nghiệm thực tế có sẵn.Cũng
không được quên rằng truyền hình kỹ thuật số và âm thanh kỹ thuật số có thể được
truyền thông qua Internet và IPTV cũng đề cập đến. Truyền hình độ nét
chuẩn( SDTV) bây giờ là một thực tế khi nó chỉ được giới thiệu tại Anh khi ấn
bản đầu tiên của cuốn sách này xuất hiện.Thực tế nó cần thiết để trở thành HDTV(

Page 14


truyền hình độ nét cao), và không chỉ bởi phạm vi đầy đủ

của các công nghệ

hiện nay đã có mà còn bởi nội dung được cung cấp của các chương trình có sẵn.

CHƯƠNG 19: GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO
TẦN SỐ MÃ HÓA TRỰC GIAO (COFDM)

Hầu như ngay từ khi bắt đầu việc truyền tải điện của các bản tin khoảng 100 năm
trước đây,sóng mang đơn là phương pháp đã được sử dụng cho truyền tải thông tin.
Các thông báo được truyền đi rất nhanh dưới dạng hình sin bằng cách áp dụng biên
độ analog , kỹ thuật điều chế tần số hoặc pha. Kể từ thập niên tám mươi, sóng
mang đơn được truyền đi nhiều hơn và bằng các phương pháp kỹ thuật số trong sự
đánh tín hiệu dịch tần số (FSK) và trong nhiều trường hợp là vector điều chế
(QPSK, QAM). Các ứng dụng này là fax, modem, vô tuyến di động, sóng liên kết
và truyền hình vệ tinh và truyền tải dữ liệu qua cáp băng thông rộng.
Tuy nhiên, đặc điểm của các đường truyền trong phương pháp truyền sóng mang
đơn rất nhạy cảm với nhiễu, phức tạp hoặc không đầy đủ. Kể từ thời của Marconi
và Hertz, tuy nhiên, nó là những đường truyền được sử dụng thường xuyên nhất.
Hôm nay, tất cả các thế hệ của transistor radios, máy thu truyền hình và điện thoại
di động hoặc đơn giản, máy bộ đàm, tất cả đều hoạt động với một nhà cung cấp
dịch vụ điều chế sóng mang mặt đất. Mỗi lái xe biết được hiệu quả của việc tiếp
nhận các chương trình phát thanh mà ông ta đang nghe, bỗng dưng dừng lại ở đèn
đỏ - ông là trong một 'điểm chết'. Do tiếp nhận nhiều đường truyền,pha đinh xảy ra
ở tần số và vị trí chọn lọc.Trong truyền hình, truyền với tốc độ bình thường băng

Page 15


thông lên đến 8 MHz,được sử dụng cho các phương pháp truyền dẫn kỹ thuật số
đáng tin cậy. Sử dụng một đa sóng mang là một trong những phương pháp tiếp cận
đáng tin cậy. Các thông tin kỹ thuật số này không chỉ truyền thông qua một nhà
cung cấp dịch vụ mà qua nhiều nhà cung cấp dịch vụ phụ khác khi có nhiều lõi ở
dữ liệu.
Những phương pháp này, đã được biết đến từ những năm bảy mươi:
• Ghép kênh phân chia theo tần số mã hóa trực giao (COFDM)
• Đa âm gián đoạn (DMT).
Chúng được sử dụng
• Phát thanh quảng bá số (DAB),
• Truyền hình quảng bá số mặt đất (DVB-T),
• Đường dây thuê bao không đối xứng (ADSL),
• Truyền của các tín hiệu dữ liệu thông qua các đường dây điện.
• ISDB-T
• DTMB
• DVB-T2
• DVB-C2
Trong phần này,đặc điểm và thế hệ của các phương pháp điều chế đa sóng mang
như ghép kênh phân chia tần số mã hóa trực giao (COFDM) hoặc đa âm gián đoạn
(DMT) sẽ được mô tả.
Khái niệm về điều chế đa sóng mang xuất phát từ phòng thí nghiệm Bell ở Mỹ
[CHANG] và ý tưởng ở Pháp trong những năm bảy mươi. Trong những ngày đó,
các con chip không đủ để phát triển những ý tưởng đó. Mãi cho đến nhiều năm sau
đó,đầu những năm chín mươi, khái niệm này đã được biến thành hiện thực và được
áp dụng lần đầu tiên trong phát thanh quảng bá số (DAB). Mặc dù,DAB có thể
không thực sự là một thành công tuyệt đối, điều này không phải do công nghệ mà
là do không phù hợp,và về nguyên tắc là do ngành công nghiệp và chính trị. Công

Page 16


nghệ chính là bước phát triển đầu tiên. Thậm chí ngày nay, rất khó để thuyết phục
người tiêu dùng sử dụng sản phẩm trong lĩnh vực này hay lĩnh vực khác là tốt hơn.
Nó chắc chắn là đúng đắn để đưa đến nhiều quyết định cho người tiêu dùng, nhưng
họ phải có kiến thức về những tính năng mới, các nguyên tắc cơ bản hoặc thậm chí
có thể mua các loại mới của sản phẩm.Trong trường hợp của DAB, điều này chỉ có
thể được thực hiện từ năm 2001 (máy thu DAB có sẵn). Trường hợp của mạng
viễn thông ADSL ngày càng được chấp nhận và yêu cầu để truy cập Internet vì tốc
độ của nó, và trong trường hợp của DVB-T đang lan rộng tại các quốc gia nơi mà
nó được thúc đẩy và coi như là một công nghệ thích hợp. Nếu được áp dụng một
cách chính xác,DAB và DVB-T sẽ đóng góp tốt để bảo toàn năng lượng và tần số
trong khi tại cùng một thời gian cung cấp hiệu suất tốt hơn.

Hình 19.1. Các kênh vô tuyến mặt đất

19,1. Tại sao lại sử dụng đa sóng mang?
Phương pháp đa sóng mang là một phương pháp truyền phức tạp nhất trong tất cả
các phương pháp, và không có điểm nào thua kém so với phương pháp mã hóa
phân chia theo thời gian. Nhưng tại sao nó lại phức tạp? Lý do rất đơn giản:
phương tiện truyền tải gặp nhiều khó khăn (Hình 19,1) để đối phó với
Môi trường truyền dẫn mặt đất liên quan đến:
Page 17


• đường truyền dẫn mặt đất,
• khó khăn liên quan đến điều kiện đường truyền.
Các đường dẫn truyền trên mặt đất có những đặc điểm tính năng:
• Tiếp nhận đa đường thông qua đường dẫn âm phản xạ gây ra bởi sự phản xạ

từ các tòa nhà, núi, cây cối, xe cộ;
• Nhiễu Gaussian trắng cộng (AWGN);
• Băng hẹp hoặc băng rộng gây ra bởi các nguồn vô tuyến điện khác nhau;
• Hiệu ứng Doppler, tức là tần số thay đổi trong điện thoại di động tiếp nhận.
Tiếp nhận đa đường dẫn đến hiện tượng chọn lọc tần số bị sai(Hình 19,2), một hiệu
ứng được gọi là "hiệu ứng đèn đỏ" trong vô tuyến xe hơi.Chiếc xe dừng lại ở đèn
đỏ và tiếp nhận vô tuyến không còn. Nếu một người chọn một trạm khác hoặc di
chuyển xe nhẹ về phía trước, tiếp nhận sẽ phục hồi. Nếu thông tin được truyền bởi
sóng mang rời rạc thì ở một tần số đặc biệt, âm phản xạ sẽ gây hủy nhận tín hiệu
tại các địa điểm cụ thể ở tần số này. Hiệu ứng này là một hàm của tần số, cường độ
và độ trễ của âm phản xa.

Page 18


Hình 19.2. Chuyển giao chức năng của một kênh vô tuyến với tiếp nhận đa đường,
chọn lọc tần số Fading
Nếu tỷ lệ dữ liệu cao của các tín hiệu kỹ thuật số được truyền qua vector điều
chế sóng mang (điều chế I / Q), nó sẽ phát triển một băng thông với tỷ lệ tương
ứng.
Băng thông có sẵn thường được chỉ định. Tỷ lệ băng thông được duy trì từ các
loại điều chế và tốc độ dữ liệu. Tuy nhiên, phương pháp đơn sóng mang có một tỷ
lệ biểu diễn tương đối cao, thường là từ 1 MS / s lên đến 30 MS / s. Điều này dẫn
đến thời gian biểu diễn rất ngắn khoảng 1 μs và ngắn hơn (nghịch đảo của tỷ lệ
biểu tượng). Tuy nhiên, độ trễ của âm phản xạ có thể dễ dàng biểu diễn được trong
phạm vi lên đến 50 μs hoặc nhiều hơn trong truyền dẫn mặt đất. Âm phản xạ sẽ
dẫn đến can nhiễu liên kí tự giữa các biểu tượng liền kề hoặc các biểu tượng cách
xa nhau. Một thủ thuật rõ ràng là tạo ra biểu tượng thời gian dài nhất có thể để
giảm can nhiễu và sự tạm dừng được chèn vào giữa các biểu tượng, gọi là khoảng
bảo vệ.

Hình 19.3: Can nhiễu liên ký tự / nhiễu xuyên âm liên ký tự với tiếp nhận đa
đường

Page 19


Hình 19.4: COFDM: Đa sóng mang trong kênh vô tuyến với fading
Tuy nhiên, vẫn còn có các vấn đề về vị trí và chọn lọc tần số hiện tượng fading.
Nếu sau đó thông tin không được truyền thông qua một nhà cung cấp dịch vụ duy
nhất nhưng được phân phối trên nhiều nhà cung cấp dịch vụ khác và một lỗi bảo
vệ tổng thể tương ứng được xây dựng, băng thông kênh có sẵn còn lại không đổi,
các nhà cung cấp cá nhân hoặc nhà cung cấp dịch vụ bị ảnh hưởng bởi fading,
nhưng không phải tất cả trong số họ.
Vào cuối bên nhận, các thông tin lỗi có thể được phục hồi từ các sóng mang không
bị ảnh hưởng để có thể tái tạo lại dòng dữ liệu bằng các phương tiện bảo vệ lỗi.
Tuy nhiên, hàng ngàn sóng mang phụ được sử dụng thay vì một sóng mang, tỷ lệ
biểu tượng giảm bởi các yếu tố của số lượng sóng mang phụ và các biểu tượng
tương ứng kéo dài vài nghìn lần trên 1ms. Các vấn đề về fading được giải quyết, và
cùng một lúc,cũng giải quyết các vấn đề can nhiễu liên kí tự do biểu tượng dài hơn
và khoảng dừng phù hợp giữa chúng.
Một phương pháp đa sóng mang được tạo ra và được gọi là ghép kênh phân chia
theo tần số mã hóa trực giao (COFDM). Nó cần thiết để thấy rằng các sóng mang
lân cận không can thiệp đến nhau, tức là trực giao với nhau.

19.2. COFDM là gì?
Ghép kênh phân chia tần số trực giao là một phương pháp đa sóng mang với hàng
ngàn sóng mang phụ, trong đó không có sự can thiệp giữa các sóng mang vì trực
Page 20

giao với nhau. Các thông tin được truyền tải được phân phối xen kẽ qua nhiều sóng
mang, có thêm bảo vệ lỗi thích hợp, kết quả là ghép kênh phân chia theo tần số mã
hóa trực giao (COFDM). Mỗi sóng mang con là vector điều chế, tức là QPSK,
16QAM và thường lên đến 64QAM điều chế.

COFDM là một hỗn hợp của trực giao (vuông góc với nhau hoặc nói cách khác,
không can thiệp lẫn nhau) và phân chia tần số (phân chia thông tin thành sóng
mang phụ trong miền tần số).
Trong một kênh truyền dẫn, thông tin có thể được truyền liên tục hoặc truyền trong
các khe thời gian. Sau đó có thể truyền dẫn các thông điệp khác nhau trong khe
thời gian khác nhau, ví dụ như luồng dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau.Khe thời
gian là phương pháp đã được áp dụng từ lâu, chủ yếu là trong điện thoại cho việc
truyền tải các cuộc gọi khác nhau trên một dòng, một kênh vệ tinh cũng là một
trong các kênh vô tuyến di động. Điển hình cho sự can nhiễu gây ra bởi một điện
thoại phù hợp với các tiêu chuẩn GSM về chiếu xạ vào hệ thống stereo và bộ
truyền hình có nguồn gốc từ phương pháp khe thời gian này, nó được gọi là đa truy
nhập phân chia theo thời gian (TDMA). Tuy nhiên, nó cũng có thể chia nhỏ một
kênh truyền dẫn của một băng thông nhất định trong miền tần số, kết quả là một
trong các kênh phụ đó có thể được đặt một sóng mang phụ. Mỗi sóng mang phụ
được điều chế độc lập và mang thông tin riêng của mình. Các sóng mang phụ này
có thể được điều chế vector, tức là QPSK, 16QAM và thường điều chế 64QAM.
Tất cả các sóng mang phụ được đặt cách nhau cách nhau một khoảng thời gian liên
tục Δf. Một kênh thông tin liên lạc có thể chứa đến hàng ngàn sóng mang phụ, một
trong số đó có thể mang theo các thông tin từ một nguồn để làm với bất kỳ một
sóng mang phụ khác. Tuy nhiên, nó cũng có thể cung cấp một dòng dữ liệu duy
nhất với bảo vệ lỗi và sau đó chia nó vào nhiều sóng mang phụ. Sau đó thực hiện
ghép kênh phân chia theo tần số (FDM). Như vậy, sau khi thực hiện FDM, một
dòng dữ liệu được phân chia và truyền đi trong một kênh,không phải thông qua
Page 21

một sóng mang duy nhất mà qua hàng ngàn sóng mang nhỏ, điều chế vector kỹ
thuật số. Kể từ khi các sóng mang phụ rất gần với nhau, ví dụ như với khoảng cách
một vài kHz, việc kiểm tra phải được thực hiện để thấy rằng các sóng mang phụ
không can thiệp với nhau. Các sóng mang phải trực giao với nhau. Trực giao có
nghĩa là vuông góc với nhau, nhưng trong kỹ thuật truyền thông thường có nghĩa là
tín hiệu mà không ảnh hưởng đến nhau do đặc điểm nhất định. Khi mà các sóng
mang liền kề của một hệ thống FDM ảnh hưởng đến nhau ở một mức độ nhiều hay
ít? Người ta phải bắt đầu với một xung hình chữ nhật và biến đổi Fourier (Hình
19,5). Một xung đơn chữ nhật trong khoảng thời gian Δt = sin(x)/x cung cấp một
quang phổ hình chữ trong miền tần số, với giá trị tương ứng trong khoảng cách
ngoài bởi một hằng số ∆f=1/∆t trong quang phổ. Một xung hình chữ nhật thể hiện
một quang phổ liên tục, tức là thay vì các dòng quang phổ rời rạc là một đường
cong liên tục sin(x) / x

Hình 19.5: Biến đổi Fourrier của một xung vuông góc

Nhờ biến đổi thời gian Δt của xung hình chữ nhật dẫn đến thay đổi khoảng cách Δf
của các giá trị tương ứng trong quang phổ. Nếu Δt có xu hướng tiến tới không, giá
trị tương ứng trongquang phổ sẽ có xu hướng về vô cực. Điều này kết quả trong
một xung Dirac có phổ vô hạn chứa tất cả các tần số. Nếu Δt có xu hướng hướng
tới vô cùng, giá trị tương ứng trong quang phổ sẽ có xu hướng tiến tới không. Kết
Page 22


quả này trong một đường quang phổ tần số bằng không là DC. Tất cả trường hợp ở
giữa chỉ đơn giản là tương ứng với
Δf = 1/Δt,
Một chuỗi mạch hình chữ nhật với chu kì Tp và chiều rộng mạch Δt tương ứng với

sự biến thiên của hàm số sin(x)/x nhưng chỉ tồn tại ở những vạch phổ riêng biệt
cách nhau 1 khoảng fp=1/Tp tuy nhiên vẫn phải tuân theo sự biến thiên của hàm số
sin(x)/x
Tiếp theo là mối quan hệ giữa xung chữ nhật và tính trực giao? Tín hiệu của sóng
mang có hình sin. Tín hiệu hình sin của tần số fs=1/Ts dẫn tới 1 vạch phổ với tần số
fs và –fs trong dải tần. Tuy nhiên sóng mang hình sin mang thông tin về biên độ và
sự đánh tín hiệu dịch tần số
.

Page 23


Carrier spacing : khoảng cách sóng mang
Channel bandwidth: kênh băng thông
Hình 19.6: Ghép kênh phân chia theo tần số mã hóa trực giao( COFDM)
Những tín hiệu sóng mang hình sin này không kéo dài liên tục từ âm vô cùng tới
dương vô cùng nhưng thay đổi biên độ và dao động của chúng sau 1 thời điểm
nhất định Δt. Vì vậy có thể tưởng tượng tín hiệu sóng mang điều chỉnh bao gồm
các phần hình sin được chia nhỏ ra, vì vậy đc gọi là burst packets. Trong toán, sự
cuộn lại xảy ra trong dải tần, điều đó có nghĩa là quang phổ của mạch cửa sổ hình
chữ nhật và của sóng hình sin bị chồng lên nhau. Trong dải tần đó có dạng sin(x)/x
tại fs và –fs thay vì vạch phổ riêng rẽ. Các ký tự rỗng của quang phổ sin(x)/x được
miêu tả bằng chiều dài của cửa sổ chữ nhật Δt. Khoảng cách giữa các ký tự là Δf =
1/Δt
Nếu nhiều sóng mang gần nhau được truyền cùng 1 lúc, sin(x)/x được tạo thành
bởi sự truyền tải hàng loạt sẽ gây nhiễu giữa các sóng mang.
Tuy nhiên, nhiễu này được giảm thiểu nếu khoảng cách giữa sóng mang được
chọn sao cho đỉnh của các sóng mang trùng với các ký tự rỗng của các sóng mang
gần kề.

Page 24


Hình 19.7. Biểu tượng COFDM
Điều đó đúng với điều kiện của tính trực giao COFDM (Fig.19.8) :
Δf = 1/Δt
Δf là khoảng cách giữa các sóng mang phụ và Δt là kí hiệu thời gian.
Nếu như ký hiệu thời gian của hệ thống COFDM được biết, khoảng cách giưa các
sóng mang phụ có thể suy ra trực tiếp, và ngược lại.
Trong DVB - T, các điều kiện sau được áp dụng cho chế độ 2 k và 8 k
Bảng ( Table 19.1):
Table 19.1. Các phương thức COFDM trong DVB-T
Phương thức

2k

8k

Số của sóng mang phụ

2048

8192

Khoảng cách giữa các sóng
mang phụ

~ 4kHz

~ 1 kHz

Kí hiệu thời gian

1/∆f = ~ 250μs

~ 1 ms

Page 25