Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình trong truyền hình số mặt đất DVB t

1

Lời nói đầu

Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp truyền hình đã có những
thành tựu to lớn với những tiến bộ vợt bậc: đó là quá trình chuyển đổi từ công
nghệ analog sang công nghệ digital từ các khâu trong công đoạn sản xuất chơng trình, truyền dẫn tín hiệu (bằng các hệ thống vi ba, vệ tinh), cho đến công
đoạn phát sóng quảng bá.
Cùng với xu thế phát triển của ngành công nghiệp truyền hình trên thế
giới, trong những năm 1997 đến năm 1998, Đài truyền hình Việt Nam đã đi
sâu nghiên cứu và ứng dụng các công đoạn sản xuất chơng trình, phát sóng
công nghệ số qua vệ tinh (chơng trình VTV3). Cùng trong thời gian đó hệ
thống truyền hình số mặt đất đang trong giai đoạn nghiên cứu, thử nghiệm để
chọn ra tiêu chuẩn phù hợp với hệ thống truyền hình của Việt Nam.
Đến năm 2001, Đài truyền hình Việt Nam đã chính thức chọn tiêu chuẩn
phát sóng số mặt đất theo tiêu chuẩn Châu Âu (DVB-T), và cũng từ thời điểm
này Đài truyền hình Việt Nam sẽ có một quá trình chuyển đổi từ máy phát
hình tuơng tự sang máy phát hình số, hoặc là thay thế dần bằng máy phát hình số.
Tiêu chuẩn DVB-T với kỹ thuật điều chế OFDM (Orthogonal Frequency
Division Multiplex) có những tính năng kỹ thuật rất u việt (tăng hiệu suất phổ:
cho phép phát sóng nhiều hơn 4 chơng trình có độ phân giải tiêu chuẩn SDTV
trên kênh RF có độ rộng băng tần 8 MHz, cho phép thiết lập mạng phát sóng
đơn tần). Tuy nhiên bên cạnh những mặt u việt hơn so với công nghệ tơng tự,
thì tiêu chuẩn DVB-T với kỹ thuật điều chế OFDM cũng gặp phải vấn đề tỷ số
công suất đỉnh trên công suất trung bình lớn, điều này dẫn tới ảnh hởng chất lợng hệ thống dới tác động của méo phi tuyến lớn gây bởi bộ khuếch đại công
suất. Do đó nó cũng gây ra những khó khăn đến quá trình chuyển đổi máy
phát hình tuơng tự sang số, và cũng có những khó khăn trong việc sản xuất,
khai thác, bảo dỡng hệ thống máy phát số mới.
Với những lý do trên, việc nghiên cứu về tỷ số công suất đỉnh trên công
suất trung bình trong hệ thống thông tin sử dụng kỹ thuật điều chế OFDM,
cũng nh trong tiêu chuẩn DVB-T là cần thiết để qua đó đa ra những biện pháp

khắc phục.
Nội dung của của luận văn là nghiên cứu: "Tỷ số công suất đỉnh trên công
suất trung bình trong truyền hình số mặt đất DVB-T" đợc trình bày trong:
Chơng I: Tổng quan về hệ thống truyền hình số.


2

Trong chơng này sẽ trình bày tổng quan về hệ thống truyền hình số qua vệ
tinh, cáp, và hệ thống truyền hình số mặt đất.
Chơng II: Truyền hình số mặt đất tiêu chuẩn DVB-T và vấn đề tỷ số công
suất đỉnh trên công suất trung bình.
Trong chơng này sẽ trình bày về tiêu chuẩn phát sóng truyền hình số mặt
đất DVB-T , với kỹ thuật điều chế OFDM và tìm hiểu sâu về vấn đề tỷ số công
suất đỉnh trên công suất trung bình trong hệ thống thông tin sử dụng kỹ thuật
điều chế OFDM, cũng nh trong tiêu chuẩn DVB-T.
Chơng III: Các biện pháp khắc phục.
Trong chơng này sẽ trình bày các phơng pháp kỹ thuật để làm giảm tỷ số
công suất đỉnh trên công suất trung bình trong hệ thống thông tin sử dụng kỹ
thuật điều chế OFDM, cũng nh trong tiêu chuẩn DVB-T và đa ra những biện
pháp có tính khả thi cao đối với quá trình chuyển đổi máy phát hình tuơng tự
sang số, trong quá trình sản xuất, khai thác, bảo dỡng hệ thống máy phát số
mới, cũng nh là thiết kế, xây dựng trạm phát hình số tại Việt Nam.

Chơng I
Tổng quan hệ thống truyền hình số

1.1. Truyền hình số qua vệ tinh
1.1.1. Hệ thống phát truyền hình số qua vệ tinh

Sơ đồ khối hệ thống phát theo khuyến nghị của ITU-R đợc thể hiển trên hình 1.1

Xử lý tín hiệuVideo
Video

Ghép kênh và truyền tải

Mã hoá và nén tín
hiệuVideo
Truyền tải

Xử lý tín hiệu Audio
Audio

Hệ thống phát RF

Mã hoá và nén tín
hiệu Audio

Dữ liệu phụ

Mã hoá
kênh
truyền

Ghép kênh
Điều chế

Lên vệ
tinh

Dữ liệu
điều khiển

Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống phát truyền hình số qua vệ tinh theo khuyến nghị của ITU-R


3

Tín hiệu audio và video tơng tự đợc đa vào các khối xử lý hình và tiếng.
Tại đây tín hiệu audio và video tơng tự đợc lấy mẫu chuyển đổi thành tín hiệu
video và audio số, sau đó các tín hiệu audio và video số này đợc tiến hành nén
dung lợng thông tin. Cuối cùng các tín hiệu video, audio số đã đợc nén sẽ đợc
ghép kênh với các dữ liệu phụ và dữ liệu điều khiển. Dữ liệu tại đầu ra khối
ghép kênh dịch vụ là dòng dữ liệu chơng trình, tiếp theo dòng dữ liệu này đợc
định dạng thành dòng dữ liệu truyền tải và đợc đa tới khối mã hoá kênh
truyền. Tại khối này dữ liệu dòng truyền tải đợc tiến hành mã hoá chống lỗi.
Cuối cùng, dòng dữ liệu đã đợc mã hoá đợc đa tới bộ điều chế QPSK, chuyển
đổi tín hiệu thành tín hiệu RF cho kênh truyền vệ tinh và khuếch đại tín hiệu
RF trớc khi phát sóng.
Mặc dù hiện nay đang có nhiều tiêu chuẩn truyền hình số qua vệ tinh
(truyền hình số qua vệ tinh theo tiêu chuẩn ATSC, DVB-S), nhng Đài truyền
hình Việt Nam đã chọn tiêu chuẩn phát sóng truyền hình số qua vệ tinh theo
tiêu chuẩn DVB -S, nên tiêu chuẩn truyền hình số qua vệ tinh DVB -S sẽ đợc
giới thiệu ở đây.
1.1.2 Hệ thống phát truyền hình số qua vệ tinh theo tiêu chuẩn DVB - S

Ghép dòng
truyền tải

cGhép kênh
chơng trình

Hệ thống đợc mô tả trong hình 1.2:

Mã hoá Video

Mã hoá Audio

Mã hoá dữ liệu

1

2

Đáp ứng
ghép
kênh và
trải phổ
dữ liệu

Mã
ngoài
(R S )

Mã
xáo
trộn
và mã
chập

Mã
trong

Lọc sửa
tín hiệu
băng
gốc

Điều
chế
QPSK

Tín hiệu
RF

Các quá trình xử lý dòng dữ liệu:
n
hiệu Video,
audio và dữ liệu sau khi đợc mã hoá MPEG-2 sẽ
Thành phầnCác
nghiệp tín
vụ
đựoc
ghép
lạivà ghép
thành
Mã hoá
MPEG-2
kênh một chơng trình, nhờ bộ ghép kênh chơng trình. Các dòng

chơng trình sẽ đợc ghép lại thành một dòng truyền tải MPEG-2, nhờ bộ ghép
dòng truyền tải. Hình
Sau đó
liệu
này sẽphát
đi theo
qua tiêu
các chuẩn
bộ đáp
ứng ghép kênh
1.2luồng
: Sơ đồdữ
khối
hệ thống
DVB-S
dòng truyền tải và ngẫu nhiên hoá dữ liệu, khối mã ngoài (RS), khối mã xáo
r


4

trộn và mã chập, khối mã trong, khối lọc sửa tín hiệu băng gốc, khối điều chế
QPSK để tạo ra tín hiệu RF (radio frequency).
Truyền hình số qua vệ tinh chịu ảnh hởng của sự hạn chế về công suất,
vì vậy trong quá trình thiết kế ngời ta chú trọng vào các yếu tố chống nhiễu
và can nhiễu hơn là vấn đề sử dụng hiệu quả dải tần. Để đạt đợc hiệu quả công
suất cao mà không làm ảnh hởng đến hiệu quả sử dụng dải tần, hệ thống này
sử dụng kiểu điều chế QPSK, kết hợp giữa các kiểu mã RS và mã chập.
Hệ thống sử dụng bộ ghép kênh theo thời gian (TDM) cùng với bộ ghép
kênh theo tần số (FDM), để thực hiện ghép kênh chơng trình và ghép kênh

truyền dẫn một cách tối u.
Thích ứng ghép kênh truyền tải và ngẫu nhiên hoá dữ liệu:
Dòng dữ liệu đầu vào hệ thống là các gói có độ dài cố định. Tổng độ dài
gói ghép kênh truyền tải MPEG-2 (MUX) là 188 bytes. Trong đó có một byte
đồng bộ, thứ tự phát byte đồng bộ luôn bắt đầu từ bít có nghĩa nhất (MSB).
Theo qui định phát sóng của ITU, dữ liệu đầu vào ghép kênh MPEG-2 phải đợc xử lý theo cấu hình đợc mô tả trong hình 1.2.
Đa thức sinh của chuỗi giả ngẫu nhiên (PRBS) có dạng sau:
1+ X14 + X15.
Nếu nạp chuỗi bít ban đầu có dạng "100101010000000" cho các thanh
ghi dịch tạo chuỗi PRBS, nó sẽ đợc nạp vào điểm khởi đầu trớc từng nhóm
tám gói dòng truyền tải. Để cung cấp đồng bộ cho bộ giải ngẫu nhiên hoá,
byte đồng bộ MPEG-2 tại gói đầu tiên trong nhóm tám gói dòng truyền tải sẽ
đợc đổi từ 47HEX sang B8HEX. Quá trình này đợc gọi là "thích ứng ghép kênh
dòng truyền tải" (Transport Multiplex Adaptation)
Để
1 hỗ0 trợ các
1
0 chức
0năng1đồng
0 bộ,1 tại 0thời 0điểm0 xuất0 hiện
0 các0 byte
0 đồng
bộ MPEG-2 của chuỗi 7 gói dòng truyền tải, bộ tạo chuỗi PRBS vẫn tiếp tục
1
2
3
4
5
6
7

8
9 10
11 12 13 14 15
hoạt động nhng đầu ra chuỗi bít PRBS bị khoá lại, nhờ vậy các byte đồng bộ
không bị ngẫu nhiên hoá. Do đó, chu kỳ chuỗi PRBS sẽ là 1503 byte.
Quá trình ngẫu nhiên0 0hoá
0 0sẽ
0 tiếp
0 1 1tục
. . . ngay cả khi không có dữ liệu ở đầu
EX-OR
vào, hay dữ liệu đầu vào không tơng thích với định dạng dòng truyền tải
MPG-2, mục đích để tránh tình trạng sóng mang không đợc điều chế.
AND
EX-OR

Xung điều
khiển

Đầu vào dữ liệu ngẫu nhiên
hoá/Xoá

Hình1.3: Sơ đồ mô hình ngẫu nhiên hoá .

Đầu ra dữ liệu đã đ
ợc ngẫu mhiên
hoá/giải ngẫu nhiên


5

Mã ngoài (RS), xáo trộn và cấu trúc khung:
Quá trình đóng khung đợc thực hiện dựa trên cấu trúc dòng truyền tải
đầu vào (hình 1.4).
Bộ mã hoá ngoài (Reed-Solomon) (204,188,T=8), sẽ đợc sử dụng cho
từng gói dòng truyền tải 188 bytes đã đợc ngẫu nhiên hoá. Hình 1.4a là gói
dòng truyền tải đã đợcghép kênh. Mã RS cũng đợc thực hiện đối với cả byte
đồng bộ gói dữ liệu.
Đa thức sinh mã : g(x) = (x+0)(x+1)...(x+15), trong đó = 02HEX.
Có thể thực hiện mã hoá Reed-Solomon ngắn bằng cách thêm 51 byte (tất cả
đều có giá trị "0"), trớc khi xuất hiện các byte thông tin tại đầu vào bộ mã hoá.
Sau quá trình mã hoá, các byte trống không mang thông tin này sẽ bị loại bỏ.
Hình 1.5 mô tả bộ xáo trộn ngoài (interleaver) với độ sâu là I=12, đợc
sử dụng để giải tơng quan lỗi gói (xem hình 1.4c). Kết quả của quá trình này
là khung dữ liệu đã đợc xáo trộn (xem hình 1.4d).
Bộ xáo trộn ngoài (interleaver) gồm 12 nhánh, đợc kết nối tuần hoàn
quay vòng với dòng byte đầu vào nhờ chuyển mạch đầu vào. Mỗi nhánh là
một thanh ghi dịch FIFO (first in-first out), với độ sâu mỗi nhánh là M j (trong
đó M = 17 = N/I, với N=204 là độ dài khung đã đợc mã hoá chống lỗi, I =12
là: độ sâu của bộ xáo trộn, j: chỉ số thứ tự nhánh). Các phần tử của thanh ghi
dịch sẽ lu 1byte, các chuyển mạch đầu vào sẽ đợc thực hiện đồng bộ.


6

Để thực hiện đồng bộ, các byte đồng bộ và các byte đồng bộ đã đợc đảo
sẽ đợc định tuyến vào nhánh thứ "0" của bộ xáo trộn ngoài (không bị trễ). Tất
cả các byte đồng bộ (SYNC) đều không bị ngẫu nhiên hoá.
Sync
1 Byte

187 Bytes

Hình 1. 4 a) Gói dòng truyền tải MPEG-2 đã đợc ghép kênh
Chu kỳ PRBS = 1503 Bytes
R
187 Bytes

SYNC1

R
187 Bytes

SYNC2

SYNC8

R
187 Bytes

R
187 Bytes

SYNC1

Hình 1.4 b) Các gói dòng truyền tải: các byte đồng bộ và byte dữ liệu đợc
ngẫu nhiên
204 bytes
R
187 Bytes

SYNC1
or
SYNCn

RS (204,188,8)

Hình 1.4 c) Gói dữ liệu đã đợc mã hoá RS (204,188,T=8)

203 Bytes

SYNC1
or
SYNCn

203 Bytes

SYNC1
or
SYNCn

SYNC1
or
SYNCn

Mã chập (convolutional code):
1.4lựa
d) Các
khung
ợc xáo;

sâumã
củachập
bộ xáocho
trộnquá
I = 12
Bytes
Hệ thống choHình
phép
chọn
cácđcấp
độ độ
tỉ lệ
trình
chống
lỗi với các tỉ lệ mã: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8
Tuyến sử dụng cho từ mã đồng bộ

0
1
Mỗi 1byte tại
một vị trí

3

0

2

17 x2

8

Mỗi 1byte tại
một vị trí1byte
per position

9

3

17 x3

10
11
Thanh ghi dịch FIFO

0

17 x11

1

17 = M

2

0

17 x11
Interleaver I=12

11

17 x3
17 x2
17 = M

11

8
9
10
11 = I -1

De-interleaver I=12

Hình 1.5: Sơ đồ bộ xáo trộn và bộ giải xáo trộn


7

• §Þnh d¹ng dßng d÷ liÖu gèc vµ ®iÒu chÕ:
HÖ thèng sö dông kiÓu ®iÒu chÕ QPSK cã gi¶n ®å chßm sao (constellation)
nh vÏ trong h×nh sè 1.6
Q
10

00

I

11

01

H×nh 1.6 : Constellation cña tÝn hiÖu ®iÒu chÕ QPSK


8

1.2 Truyền hình số qua mạng cáp
Xử lý tín hiệuVideo
Video

Ghép kênh và truyền tải

Hệ thống phát RF

Mã hoá và nén tín
hiệuVideo
Mã hoá
kênh
truyền

Truyền tải

Xử lý tín hiệu Audio
Audio

Ghép kênh

Điều chế

Mã hoá và nén tín
hiệu Audio

Giao diện
vật lý

Dữ liệu phụ
Dữ liệu
điều khiển

Hệ thống cáp

Qua hình 1.7, ta thấy cũng giống nh đối với hệ thống phát truyền hình số
1.7. Sơquá
đồ hệ
thống
truyền
quathống
cáp theo
khuyến
nghịhình
của ITU-R
quaHình
vệ tinh,
trình
xửphát
lý tín

hiệuhình
củasốhệ
phát
truyền
số qua cáp
cũng đợc xử lý qua từng giai đoạn: tín hiệu video và audio cũng đợc đa qua
các khối xử lý số hoá, nén, ghép kênh dịch vụ, định dạng dòng truyền tải, mã
hoá kênh truyền chống lỗi và biến đổi thành tín hiệu dạng sóng, khuếch đại và
đa tới giao diện ghép kênh vật lý với kênh cáp.
Cũng giống nh trong hệ thống truyền hình số qua vệ tinh, tín hiệu video
trong truyền hình cáp đợc số hoá và nén thành dòng truyền tải MPEG-2, dòng
truyền tải MPEG-2 gồm các gói dữ liệu chứa 188 byte (hình1.8a), trong đó có
một byte đồng bộ, ba byte đầu chứa các thông tin về dịch vụ, thông tin điều
khiển và ngẫu nhiên hoá, tiếp theo là 184 byte dữ liệu.
Cấu trúc khung dòng truyền tải:

Sync
1 Byte

187 Bytes

Hình 1.8 a: Gói dòng truyền tải MPEG-2 đã đợc ghép kênh
SYNC1

R
187 Bytes

SYNC2

R

187 Bytes

SYNC8

R
187 Bytes

SYNC1

R
187 Bytes

Hình 1.8b: Các gói dòng truyền tải: các byte đồng bộ và byte dữ liệu đợc ngẫu
nhiên hoá R.
204 Bytes
R
187 Bytes

RS(204,188,8)

Hình 1.8 c: Gói dữ liệu đợc mã hoá chống lỗi bằng mã RS
(204,188,T=8)


9

SYNC1
OR
SYNCn

SYNC1
OR
SYNCn

203 Bytes

SYNC1
OR
SYNCn

203 Bytes

SYNC1
OR
SYNCn

Hình 1.8 d: Các khung dữ liệu đã đợc xáo trộn; độ sâu bộ xáo trộn I=12 byte
Cấu trúc khung
SYNC1 : byte đồng bộ không bịHình
ngẫu1.8:
nhiên
hoàn toàn.
SYNCn : byte đồng bộ không bị ngẫu nhiên hoá, trong đó n= 2..8.

Quá trình mã hoá kênh truyền
Để đạt đợc khả năng chống lỗi cao cho đờng truyền dữ liệu số bằng cáp,
ngời ta sử dụng mã chống lỗi là mã ngoài (RS). Hệ thống truyền hình số qua
cáp không sử dụng bộ mã chập (convolutional code), để tránh lỗi cụm ngời ta
sử dụng quá trình xáo trộn (interleaving) byte dữ liệu. Ngời ta sử dụng bộ mã
hoá vi sai thay cho bộ mã chập.

Ngẫu nhiên hoá dữ liệu
Dòng dữ liệu đầu vào sẽ đợc sắp xếp lại thành các gói dữ liệu có độ dài cố
định (nh trong hình số 1.8), tiếp theo là quá trình ghép kênh dòng truyền tải
MPEG-2. Tổng độ dài gói của một gói dòng truyền tải MPEG-2 đã đợc ghép
kênh là 188 byte, kể cả một byte đồng bộ. Quá trình xử lý của bộ mã hoá
trong hệ thống phát luôn bắt đầu từ bít có nghĩa nhất của từ mã đồng bộ.
Để tơng thích với hệ thống truyền hình qua vệ tinh và để đảm bảo khôi
phục lại đợc xung nhịp, thì dữ liệu đầu ra bộ ghép kênh dòng truyền tải sẽ đợc
ngẫu nhiên hoá giống nh hình 1.3:
Mã ngoài (RS):
Tiếp sau quá trình ngẫu nhiên hoá dữ liệu là quá trình mã hoá sửa lỗi dựa
trên kiểu mã hoá RS cho từng gói dòng truyền tải MPEG-2 đã bị ngẫu nhiên
hoá, với T=8, điều đó có nghĩa là có thể sửa đợc 8 bytes lỗi trong một gói


10

dòng truyền tải. Quá trình này đợc thực hiện bằng cách thêm 16 byte vào một
gói dòng truyền tải để tạo ra một từ mã (204,188).
Chú ý: Quá trình mã hoá đợc thực hiện đối với cả byte đồng bộ không
chuyển đổi hay chuyển đổi.
Đa thức sinh mã : g(x) = (x+0)(x+1)(x+2)...(x+15)., trong đó =02HEX.
Mã hoá RS ngắn đợc thực hiện bằng cách thêm vào 51 byte "rỗng" trớc các
byte thông tin tại đầu vào bộ mã hoá (255, 239), sau quá trình mã hoá các byte
này sẽ bị loại bỏ.
Mã xáo trộn (interleaver convolution)
Tuyến sử dụng cho từ mã đồng bộ

0
1

8

17 x3

9

3

17 x3

11

11

17 x11

8
9

17 x2

10

Thanh ghi dịch FIFO

0

17 x11

Mỗi 1byte tại
một vị trí

2

17 x2

3

0

1

17 = M

2

Mỗi 1byte tại
một vị trí

0

10

17 = M

11

11 = I -1
De-interleaver I=12

Interleaver I=12

Mô hình bộ xáo trộn và giải xáo trộn đợc thể hiện trong hình 1.9:
Hình 1.9: Sơ đồ bộ xáo trộn và bộ giải xáo trộn

Quá trình xáo trộn:

Nh trên hình 1.9, quá trình xáo trộn (covolutional interleaving) với độ sâu
của bộ xáo trộn I=12 sẽ đợc sử dụng để chống lỗi cho các gói dữ liệu. Quá
trình xáo trộn cũng đợc thực hiện giống nh quá trình xáo trộn ở phần vệ tinh .
Quá trình ánh xạ byte vào symbol
Sau khi thực hiện xáo trộn, quá trình định vị byte lên các symbol đợc thực
hiện. Trong từng trờng hợp, bít có nghĩa nhất MSB của symbol Z sẽ đợc lấy từ
MSB của byte V. Tơng ứng nh vậy, bít có nghĩa tiếp theo của symbol sẽ đợc
lấy từ bít có nghĩa tiếp theo trong byte. Trong trờng hợp kiểu điều chế 2mQAM, quá trình này sẽ định vị k byte vào n symbols, nh sau: 8k =n x m.
Byte Vđiều chế 64-QAM
Byte V+1
Ví dụ nh đối với kiểu
(trong đó m=6, Byte
k=3V+2
và n=4) hình
1.10:
Từ đầu ra bộ
xáo trộn
byte

Tới bộ mã hoá
vi sai
(6-bít symbol)

b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1b0
b5 b4 b3 b2 b1 b0
Symbol Z

b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0

b5 b4 b3 b2 b1 b0
Symbol Z+1

b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0

b5 b4 b3 b2 b1 b0

b5 b4 b3 b2 b1 b0

Symbol Z+2

Symbol Z+3

Hình 1.10: Quá trình nhóm các byte lên các symbol cho điều chế 64 QAM


11

Chú thích 1: b0 là bít ít nghĩa nhất (LSB) trong mỗi byte.
Chú thích 2: Trong quá trình chuyển đổi này, các bít của mỗi byte có mặt
trong hai symbol, các symbol đợc đánh dấu Z, Z+1....các symbol Z sẽ đợc
phát đi trớc các symbol Z+1.
Hai bít có nghĩa nhất (MSB) của mỗi symbol sẽ đợc mã hoá vi sai để

đạt đợc trạng thái xoay pha một góc /2 trong đồ thị định vị điểm thông tin.
Quá trình mã hoá vi sai hai bít có nghĩa nhất (MSB) đợc cho trong phơng trình
Boolean sau :
I k = ( A k B k ).(A k I k 1 ) + (A k B k ).(A k Q k 1 )

Q k = ( A k B k ).(B k Q k 1 ) + (A k B k ).(B k I k 1 )
q bíts ( bq-1,...,b0)
8

Bộ chuyển
đổi byte dữ
liệu

Bk=bq

Qk

Bộ định vị
tín hiệu

I

Mã hoá vi
sai

Từ bộ mã xáo
trộn

Q

Ik

Ak=MSB

2 khi điều chế 16 QAM
q= 3 khi điều chế 32 QAM
4 khi điều chế 64 QAM
Q
Q
Quá trình thực hiện chuyển đổi byte dữ liệu cho
điều chế QAM
Hình
Điều1.11.
chế (Modulation)
10111
10011
00110
00010

=00
Q =00
k
k k chòm
điều chế của hệIkQthống
sẽ tạoIkQrak =10
các điểm thông tin trên giản Iđồ
1001
0010
0011
10101

00101
00111
sao 1011
(constellation)
có thể
là: 16, 32, 64,10010
128 hay
25610001
điểm. 00100
Giản
đồ chòm
sao
(constellation) của điều chế 16-QAM, 32-QAM, 641010
1000
0000
0001
10110
10100
10000
00000
00001
000011
QAM đợc cho trong hình 1.12. Đồ thị của các kiểu điều chế 128, 256 QAM đợc cho
trong
1101
1100 hình
01001.13.0110
11011
11001
11000

01000
01100
01110 I
I

Khối
IkQk =10

1111

1110

0101

IkQk =11

0111

IkQk =01

16 - QAM

11111

IkQk =11

11101

11100

01001

01101

11010

11110

01011

01111

32 - QAM

01010

IkQk =01


12

Q
IkQk =10

64-QAM

IkQk =00
101100

101110

100110

100100

001000

001001

001101

001100

101101

101111

100111

100101

001010

001011

001111

001110

101001

100011

100011

100001

000010

000011

000111

000110

101000

101010

100010

100000

000000

000001

000101

000100

110100

110101

110001

110000

010000

010010

011010

011000

110110

110111

110011

110010

010001

010011

011011

011001

111110

111111

111011

111010

010101

010111

011111

011101

111100

111101

111001

111000

010100

010110

0111110

011100

11010

11011

01011

01010

IkQk =11

I

IkQk =01

Q

IkQk =00

11001
01001 64 01000
H×nh 1.12 : Constellation cña ®iÒu chÕ 11000
16QAM,
32QAM,
QAM

IkQk =10

128 QAM

10000

10001

10101

10100

11100

11101

10010

10011

10111

10110

11110

11111

00010

00011

00111

00110

01110

01111

00000

00001

00100

01100

01101

IkQk =01

IkQk =11

H×mh 1.13 : Gi¶n ®å chßm sao (constellation) cña ®iÒu chÕ 128-QAM
00101

I

13

1.3. Truyền hình số mặt đất
Ưu điểm của truyền hình số mặt đất:
Tín hiệu số ít nhạy với các dạng méo xảy ra trên đờng truyền.
ít bị tác động của nhiễu so với truyền hình tơng tự.
Có khả năng phát hiện lỗi và sửa sai.
Tính linh hoạt, đa dạng trong quá trình xử lý tín hiệu với hệ số nén rất
lớn so với truyền hình tơng tự.
Có thể cung cấp nhiều loại hình dịch vụ khác nhau, nhiều chơng trình
trong một loại hình dịch vụ đến khán giả.
Khoá mã dễ dàng đối với một số kênh truyền hình trả tiền.
Dễ dàng thích nghi với các bớc chuyển tiếp sang loại hình dịch vụ chất
lợng cao hơn.
Tính tơng tác hai chiều (khán giả có thể chủ động về chơng trình).
Tiết kiệm năng lợng, với cùng một công suất, cùng kênh phát diện tích
phủ sóng rộng hơn so với công nghệ truyền hình tơng tự.
Hoàn toàn có khả năng hoà nhập vào mạng truyền dẫn tốc độ cao.
Ngoài ra một số tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất còn cho phép thu di
động và thực hiện phân cấp chất lợng chơng trình (có thể phát đồng
thời chơng trình truyền hình có độ phân giải cao cùng với chơng trình
truyền hình có độ phân giải tiêu chuẩn nhờ tính phân cấp trong truyền
dẫn).
1.3.1 Sơ đồ khối hệ thống thu-phát TH số mặt đất
Sơ đồ khối chung của hệ thống bao gồm phần phát và phần
Ghép kênh và truyền tải
Hệ thống phát RF
Xử lý tín hiệu video
thu:
Video

Mã hoá và nén tín
hiệuVideo
Truyền tải

Xử lý tín hiệu audio
Audio

Mã hoá và nén tín
hiệu Audio

Mã hoá
kênh
truyền

Ghép kênh
Điều chế

Dữ liệu phụ
Dữ liệu
điều khiển

Hình 1.14: Sơ đồ hệ thống phát truyền hình số mặt đất theo khuyến nghị của ITU-R


14

Hệ thống thu nhận tín hiệu
RF

Khối xử lý video
Video

Giải mã hoá và giải
nén Video
Dòng
truyền tải

Khối xử lý audio
Audio

Giải mã hoá và giải
nén Audio

Giải mã
kênh

Tách dịch
vụ
Giải điều chế

Dữ liệu phụ
Dữ liệu
điều khiển

1.3.2 Chức năng các khối phần hệ thống phát TH số mặt đất
Khối
mãđồhoá
MPEG:
Hình

1.15: Sơ
hệ thống
thu truyền hình số mặt đất theo khuyến nghị của ITU-R
Tất cả các hệ thống truyền hình số mặt đất theo các tiêu chuẩn khác nhau
đều phải sử dụng các bộ mã hoá MPEG-2 này, khối này có chức năng chuyển
đổi tín hiệu video và audio tơng tự sang số, thực hiện lấy mẫu, lợng tử hoá, số
hoá và mã hoá MPEG-2 dòng dữ liệu video, audio số này. Quá trình lấy mẫu
đợc thực hiện nh sau:
Đối với tín hiệu video: Tất cả các tiêu chuẩn đều lấy mẫu tín hiệu video
thành phần gồm:
_ Tín hiệu chói Y: tần số lấy mẫu tín hiệu chói của tất cả các tiêu chuẩn đều là
13,5 MHz.


15

-_Tín hiệu hiệu màu Cr, Cb: tuỳ thuộc vào tiêu chuẩn lấy mẫu tần số lấy mẫu
từng tín hiệu hiệu mầu này có thể bằng một nửa hay một phần t của tần số lấy
mẫu tín hiệu chói.
Các tiêu chuẩn lấy mẫu: Ngời ta tiến hành chia ảnh thành các khối (block) 8x8
phần tử ảnh và tiến hành lấy mẫu theo các tiêu chuẩn lấy mẫu khác nhau.
Tiêu chuẩn lấy mẫu 4: 2: 2: Cứ 4 tín hiệu chói Y đợc lấy mẫu thì có 2
tín hiệu Cr, Cb đợc lấy mẫu. Do vậy tần số lấy mẫu tín hiệu chói Y là 13,5
MHz, thì tần số lấy mẫu từng tín hiệu hiệu màu C r, Cb là 6,75 MHz. Cấu trúc
lấy mẫu nh sau:
x : Tín hiệu chói đợc lấy
mẫu
0 : Tín hiệu hiệu mầu đợc
lấy mẫu

ì ì ì
ì
ì
ì

ì ì

ì ì ì
ì

Tiêu chuẩn lấy mẫu 4: 1:1: Tần số
lấy 4mẫu
Chuẩn
: 2: 2tín hiệu chói là 13,5 MHz.
ìphần
là ì3,375
MHz.
ì
Tần số lấy mẫu từng tín hiệu thành
Cấu trúc lấy mẫu:

ì

x : Tín hiệu chói đợc lấy
mẫu
0 : Tín hiệu hiệu mầu đợc
lấy mẫu

ì ì
ì

ì ì ì

ì ì
ì

ì ì ì

ì ìì ìì ì ìì ìì ì ì
Chuẩn 4 : 1 :1
ì
Tiêu chuẩn lấy mẫu 4: 2: 0 Tần sốìlấy mẫu tín hiệu chói Y là 13,5
ìmầu
ì ìì ì
ì ì
MHz. Tần số lấy mẫu từng tín hiệu hiệu
ììlà 3,375
ìì ìMHz.
ì
ì
Cấu trúc lấy mẫu:
ì
ì
ì
ì

ì

ì ì ì

ì

ì

x : Tín hiệu chói đợc lấy mẫu
0 : Mẫu tín hiệu hiệu mầu đợc
lấy mẫu

ì

ì ì ì

ì

Chuẩn 4 : 2 : 0

ì


16

Thực hiện lợng tử hoá và số hoá tín hiệu video :
_Tuỳ thuộc vào số bít trong một từ mã sử dụng cho quá trình lợng tử hoá tín
hiệu video mà số mức lợng tử sẽ khác nhau.
Thực hiện nén MPEG -2:
Quá trình này thực hiện nén tín hiệu video dựa trên thuật toán biến đổi
cosin rời rạc, entropy của ảnh, các phơng pháp nội suy ảnh và bù chuyển
động. Nhằm giảm tốc dộ thông tin khoảng hơn hai trăm MHz xuống vài MHz
để đáp ứng đợc tốc độ kênh truyền (bị giới hạn bởi độ rộng kênh truyền).
_ Đối với tín hiệu audio:

Có hai tiêu chuẩn mã hoá Audio khác nhau :
+Tiêu chuẩn MPEG layer 2 của châu Âu.
+Tiêu chuẩn AC3 Dolby của Mỹ.
Sau khi biến đổi A/D và thực hiện nén MPEG-2 dòng dữ liệu số ra đợc
đa tới bộ ghép kênh chơng trình. Tại dây dữ liệu của các chơng trình khác
nhau đợc ghép thành dòng truyền tải MPEG -2. Dữ liệu đầu ra đợc đa tới
khối điều chế.
Khối điều chế (Modulation):
Tín hiệu từ khối mã hoá dòng truyền tải MPEG -2 đợc đa tới khối này
để thực hiện các quá trình ngẫu nhiên hoá dữ liệu, mã hoá, xáo trộn dữ liệu và
điều chế dữ liệu lên sóng mang. Để thực hiện các chức năng trên, khối điều
chế phải bao gồm các mạch sau:
- Bộ ngẫu nhiên hoá dữ liệu: thực hiện chức năng ngẫu nhiên hoá dữ liệu.
- Bộ mã ngoài: là bộ mã hoá RS, thực hiện mã hoá sửa sai dữ liệu.
- Bộ xáo trộn ngoài: thực hiện xáo trộn dữ liệu, nhằm tránh lỗi cụm.
- Bộ mã hoá trong: sử dụng bộ mã chập (convolution code), để sửa các bít lỗi
sinh ra trong quá trình truyền dẫn.


17

- Bộ xáo trộn trong: thực hiện chức năng xáo trộn dữ liệu.
- Bộ điều chế : Thực hiện điều chế COFDM đối với tiêu chuẩn DVB-T, thực
hiện điều chế BST- OFDM với tiêu chuẩn DiBEG của Nhật bản.
Nguyên lý làm việc của các bộ ngẫu nhiên hoá, mã hoá, xáo trộn dữ liệu, điều
chế:
Ngẫu nhiên hoá dữ liệu:
Dòng dữ liệu MPEG - 2 cần đợc ngẫu nhiên hoá, mục đích của quá
trình này nhằm làm cho phổ của tín hiệu phát xạ là đồng đều trong kênh
truyền, để hiệu quả sử dụng kênh truyền là cao nhất. Ví dụ: nếu có một dãy

các bít đều có giá trị "0" hoặc "1", điều này sẽ làm cho phổ năng lợng sẽ
không đợc phân bố đồng đều trong toàn dải tần. Việc tập trung năng lợng cao
tại một tần số của sóng mang phụ sẽ gây nhiễu đến đến cấc sóng mang phụ
lân cận. Trong quá trình ngẫu nhiên hoá dữ liệu, các bít dữ liệu đợc ngẫu
nhiên hoá bởi một từ mã giả ngẫu nhiên (chỉ trừ các byte đồng bộ đoạn dữ
liệu, các byte chẵn lẻ của mã Reed-Solomon) nh hình 1.3
Mã hoá:
Trong truyền hình số, tất cả các tiêu chuẩn truyền hình số khác nhau đều
sử dụng hai loại mã: mã Reed-Solomon cho mã hoá ngoài và mã convolution
code cho mã trong. Mã ngoài sử dụng mã Reed-Solomon để sửa lỗi bít cụm,
nó có thể phát hiện và sửa nhiều bít lỗi nhờ một thuật toán tạo ra một bản
"Digital Thumbnail Sketch" (bản tóm tắt số) của dữ liệu cần truyền. bản tóm
tắt này gồm một số byte tuỳ thuộc vào loại tiêu chuẩn nào đợc gắn thêm vào
phần cuối của gói dữ liệu gốc mang thông tin chơng trình. Nhờ đó máy thu có
thể so sánh các byte dữ liệu gốc với qui luật trong các bytes của "bản tóm tắt
số" để xác định giá trị khối dữ liệu nhận đợc. Nếu lỗi đợc phát hiện, máy thu
có thể sử dụng những byte của bản tóm tắt số để xác định chính xác byte lỗi
và thực hiện sửa lỗi. Tuỳ thuộc vào số byte đợc sử dụng làm "bản tóm tắt số"
mã Reed - Solomon có thể thực hiện sửa đợc nhiều byte lỗi, nếu có quá nhiều
byte lỗi trong gói dữ liệu số, thông tin trong "bản tóm tắt" sẽ không xác định
đợc giá trị của gói dữ liệu và nh vậy toàn bộ gói dữ liệu MPEG-2 sẽ bị huỷ bỏ.
Mã trong sử dụng mã chập, mã này cho phép phát hiện và sửa một bít lỗi
trong một cụm bít dữ liệu tuỳ thuộc vào tỷ lệ mã đợc sử dụng: 1/2, 2/3, 3/4,
5/6 hay 7/8, loại mã này nhờ có thuật toán giải mã Viterbi và cùng với mã
Reed-Solomon đem lại hiệu quả sửa lỗi đờng truyền rất cao.


18

Bộ xáo trộn dữ liệu:

Quá trình thực hiện xáo trộn dữ liệu đợc thực hiện giống nh ở phần vệ tinh
Điều chế (Modulation):
Trong khối điều chế thực hiện điều chế IQ (Inphase-Quardrature). Bất cứ
tiêu chuẩn nào cũng đều sử dụng điều chế IQ, nhng mỗi một tiêu chuẩn lại sử
dụng các bộ điều chế IQ khác nhau và cấp độ điều chế khác nhau. Cùng một
tiêu chuẩn truyền hình số cũng có các cấp độ điều chế khác nhau . Cấp độ
điều chế khác nhau sẽ tạo ra tốc độ truyền tải khác nhau.
Bản chất của phơng pháp điều chế IQ (hay còn gọi là điều chế M-ary
QAM): Trong kiểu điều chế này, các tín hiệu đợc điều chế cả về pha và biên
độ (hình 1.16)
Dạng tổng quát của tín hiệu điều chế M-ary QAM là :

Si ( t ) =

2 Eo
2 Eo
ai cos(2f c t ) +
bi sin 2f c t ) với 0 t T
T
T

(1.1)

Trong đó Eo là năng lợng của tín hiệu với biên độ nhỏ nhất, a i và bi là
cặp các số nguyên độc lập đợc chọn sao cho phù hợp với vị trí của điểm thông
tin.
Tín hiệu Si(t) có thể tách ra thành cặp hàm cơ sở nh sau :
I (t ) =

2

cos(2f ct ) 0 t T
T

(1.2)

Q (t ) =

2
sin( 2f ct ) 0 t T
T

(1.3)

Vị trí điểm thông tin thứ i trên đồ thị pha biên độ, có 2 trục là I và Q, đợc xác định bởi giá trị ai Eo và bi Eo , trong đó (ai, bi) đợc xác định theo ma
trận vuông L-L :

(ai, bi)

=

(-L+1, L-1) (-L+3, L-1)...

(L-1,L-1)

(-L+1, L-3) (-L+3, L-3)...

(L-1, L-3)


19

.
.
.
(-L+1,-L+1) (-L+3,-L+1)...

(L-1, -L+1)

Trong đó :

L= M
Sơ đồ mạch điều chế QAM

Dữ liệu
vào

Bộ biến đổi dữ
liệu nối tiếp/song
song



Tín hiệu ra
QAM



900

Hình 1.16: Sơ đồ nguyên lý mạch điều chế QAM2Eo

Bộ biến đổi dữ liệu nối tiếp/song song sẽ quyết định hệ số

T

x ai và

2Eo
T

x bi tuỳ thuộc vào vị trí của điểm thông tin, trong đó (a i,bi) là các phần tử của
ma trận vuông LxL đã trình bày ở trên.
Tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T của Châu Âu với kỹ thuật
ghép kênh trực giao theo tần số (OFDM) sẽ đợc trình bày trong chơng 2.

Chơng II
Tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T và vấn đề tỷ số
công suất đỉnh trên công suất trung bình
2.1. Tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T
2.1.1 Ưu điểm của TH số mặt đất DVB-T
Năm 1995 các nớc Châu ÂU đã nghiên cứu và thử nghiệm truyền hình
số mặt đất DVB-T. Đến tháng 2 năm 1997, tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất
DVB-T chính thức đợc công nhận bởi Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu
ETSI.

20

DVB-T sử dụng phơng pháp điều chế ghép trực giao theo tần số có mã
hoá, đó là kỹ thuật điều chế OFDM đợc kết hợp với khối mã hoá kênh truyền
(channel coding) đợc gọi là điều chế COFDM. Tiêu chuẩn DVB-T có khả
năng chống can nhiễu phản xạ nhiều đờng, phù hợp với địa hình các vùng
thành phố nhiều nhà cao tầng và vùng đồi núi, cung cấp khả năng thu di động.
Khi một tín hiệu đợc truyền từ máy phát đến máy thu trên kênh VHF,
UHF hoặc viba, ngoài tín hiệu trực tiếp (direct signal) còn có một hoặc vài tín
hiệu phản xạ. Nếu đờng đi của tín hiệu phản xạ khác với tín hiệu trực tiếp
300m, tín hiệu phản xạ sẽ đến đầu thu chậm hơn tín hiệu trực tiếp 1às. Nếu độ
trễ này tơng đối lớn so với chu kỳ một symbol, tín hiệu phản xạ sẽ gây can
nhiễu nghiêm trọng. Giả thiết có cách nào đó giảm đợc tốc độ symbol và do vậy
tăng đợc chu kỳ của mỗi symbol, can nhiễu do tín hiệu phản xạ sẽ chỉ xẩy ra trong
một khoảng thời gian ngắn đầu mỗi chu kỳ. Điều này cho phép tái tạo lại dữ liệu,
không cần sự trợ giúp của các mạch sửa cân bằng nh vẫn đợc sử dụng xa nay. ý tởng này đã tạo nền móng cho kỹ thuật OFDM.
OFDM, trên nguyên tắc, điều chế một số lợng lớn sóng mang, cách đều nhau
về tần số. Tốc độ symbol của mỗi sóng mang thấp hơn nhiều lần so với tốc độ
symbol nếu sử dụng hệ thống một sóng mang trong khi vẫn giữ nguyên tốc độ dữ
liệu của toàn hệ thống. Nói một cách hình tợng, phơng pháp điều chế đa sóng
mang OFDM cũng giống nh đầu nối dữ liệu giữa đầu phát và đầu thu bằng
cổng song song, thay vì cổng nối tiếp.
Lợi ích lớn nhất của OFDM là ở chỗ dòng dữ liệu cần truyền tải đợc phân
phối cho rất nhiều sóng mang riêng biệt. Do số lợng sóng mang lớn, mỗi sóng
mang lại chỉ truyền tải một phần của dòng bit nên chu kỳ của một symbol khá
lớn so với chu kỳ của một bit thông tin.
Trên thực tế, chu
kỳ của một symbol có thể lên tới 1 ms. Thiết bị đầu
Khoảng
Chu kỳ Symbol có ích

bảo vệ
thu không chỉ giải mã các symbol đợc truyền một cách riêng lẻ mà còn thu
thập cả các sóng phản xạ từ mọi hớng.
Chu kỳ toàn bộ Symbol
OFDM, do vậy, có khả năng biến sóng phản xạ từ dạng tín hiệu có hại thành
thông
Tín
hiệu tin có ích, góp phần làm tăng năng lợng symbol nhận đợc tại đầu thu
trực tiếp

Tín hiệu
trễ

N-1

N

N-1

Độ trễ của tín hiệu

N+1

N

N+1


21

Hình 2.1: Độ trễ của tín hiệu phản xạ nhỏ hơn khoảng bảo vệ

khoảng
bảo vệ

Chu kỳ Symbol có ích
Chu kỳ toàn bộ Symbol

Tín hiệu
trực tiếp

Tín hiệu
trễ

N

N-1

N-1

N+1

N

Độ trễ của tín hiệu

Hình 2.2: Độ trễ của tín hiệu phản xạ lớn hơn khoảng bảo vệ

Thời gian thiết bị thu chờ đợi, trớc khi xử lý tín hiệu đợc gọi là khoảng
bảo vệ (guard interval) Tg. Tg càng lớn, khoảng cách tối đa giữa các máy phát

hình càng lớn. Tuy nhiên về góc độ lý thuyết thông tin, Tg lại cần có giá trị
càng nhỏ càng tốt, bởi lẽ Tg là khoảng thời gian không đợc sử dụng trong
kênh truyền. Tg lớn sẽ làm giảm dung lợng của kênh. Loại tín hiệu phản xạ


22

đặc trng của mạng đơn tần (SFN) là tín hiệu tới từ một đài phát lân cận nào
đó, phát cùng một symbol COFDM. Tín hiệu này không thể phân biệt đợc với
tín hiệu phản xạ truyền thống và vì vậy cũng sẽ đợc xử lý nh mọi tín hiệu phản
xạ khác nếu chúng tới máy thu trong khoảng thời gian bảo vệ Tg. Với Tg =
200 às, khoảng cách tối đa giữa các máy phát hình có cùng một symbol bằng:
D = c x Tg = 3 x 108 m/s x 200 x 10-6 s = 600 x 102 m = 60 km
Với D = 60 km thì có nghĩa là: khi khoảng cách giữa các máy phát lân cận
trong mạng SFN nhỏ hơn hoặc bằng 60 km thì độ trễ tín hiệu phản xạ nhỏ hơn
khoảng bảo vệ (hình 2.1), trong trờng hợp lớn hơn 60 km thì độ trễ tín hiệu
phản xạ sẽ lớn hơn khoảng bảo vệ (hình 2.2). Nếu toàn bộ chu kỳ của symbol
bằng 1ms, thời gian có ích trong một chu kỳ sẽ là:
1ms = 1000 às - 200às = 800às
Khoảng cách giữa các sóng mang COFDM sẽ bằng :
f =

1
= 1.25 kHz
800às

Trong một kênh truyền hình thông thờng (8 MHz) có quãng 6000 sóng mang
truyền song song, và mỗi sóng mang chỉ truyền tải một phần của dòng bit thông tin.
Khoảng bảo vệ (guard interval) có thể chống lại một cách hiệu quả can
nhiễu giữa các synbol (ISI) với điều kiện thời gian trễ lớn nhất giữa tín hiệu

phản xạ và tín hiệu trực tiếp không lớn hơn khoảng bảo vệ. Tuy nhiên, giá phải
trả là dung lợng dữ liệu thấp hơn trờng hợp không có Tg.Tg càng lớn khả năng
chống lại phản xạ càng tốt và cho phép chênh lệch thời gian giữa tín hiệu
phản xạ và tín hiệu trực tiếp cao hơn, song dung lợng dữ liệu lại giảm đi đáng
kể. Hơn nữa khoảng bảo vệ (Tg) chỉ có khả năng chống đợc can nhiễu giữa
các symbol và hoàn toàn không có tác dụng đối với can nhiễu do phản xạ của
cùng một symbol. Bởi vì khi một tín hiệu đợc truyền từ máy phát qua một môi
trờng nào đó đến máy thu, sẽ phát sinh ra vô vàn tín hiệu phản xạ các loại.
Trong công nghệ truyền hình tơng tự các tín hiệu phản xạ này sẽ sinh ra ảnh
"ma" trên màn ảnh máy thu hình. Đối với tín hiệu số, kết quả của phản xạ là
một loạt những "khe cực tiểu" trong đáp tuyến biên độ tần số cùng với sai pha
ở đầu thu, số lợng và chiều sâu của các "khe cực tiểu" phụ thuộc vào tính chất


23

của các vật thể gây nên phản xạ, phụ thuộc vào đặc tính môi trờng truyền sóng
hình (2.3).

6 MHz

Tần số

a: Phản xạ ngắn
500 ns

Trễ

6 MHz

Tần số

b: Phản xạ trung bình

10 às

Trễ

c: Phản xạ dài
Tần số
6 MHz
Hình 2.3. Đáp tuyến biên độ
tần số ở đầu thu ứng với
các môi trờng phản xạ khác nhau

Can nhiễu do phản xạ của cùng một symbol (intra-symbol-interference)
là kết quả tổng hợp của tín hiệu trực tiếp và tín hiệu phản xạ. Tín hiệu trực
tiếp (tín hiệu chính) có thể đợc tăng cờng hoặc bị suy giảm do tín hiệu phản
xạ, tuỳ thuộc vào sự sai pha giữa chúng.
100 às

Trễ


24

Khi tín hiệu phản xạ đồng pha với tín hiệu trực tiếp, biên độ tín hiệu tổng hợp
đợc tăng lên. Trong trờng hợp ngợc lại biên độ tín hiệu tổng hợp bị giảm đi.
Nh vậy, can nhiễu trong hệ thống OFDM đợc chia làm 2 loại : can nhiễu có
ích và can nhiễu có hại (constructive and destructive interference).

Xét các trờng hợp cực đoan giữa tín hiệu trực tiếp và một tín hiệu phản
xạ 0 dB. Trờng hợp thứ nhất xảy ra khi hai tín hiệu hoàn toàn ngợc pha nhau,
biên độ tổng hợp bằng "0", tín hiệu hoàn toàn biến mất.Trờng hợp thứ hai, hai
tín hiệu hoàn toàn đồng pha, biên độ tổng hợp đợc nhân đôi. Nói một cách
khác mức tín hiệu tăng lên 6 dB so với mức tín hiệu trực tiếp. Nh vậy, mức tín
hiệu trung bình của tất cả các sóng mang đợc cộng thêm 3 dB so với trờng hợp
không có phản xạ (hình 2.4).
Tí n hi ệu
trực tiếp

Tín hiệu
tổng

Tín hiệu
phản xạ

a: Tín hiệu phản xạ đồng pha với tín hiệu trực tiếp:
Tín hiệu
trực tiếp

Tín hiệu
tổng

Tín hiệu
phản xạ

b: Tín hiệu phản xạ ngợc pha với tín hiệu trực tiếp:
Hình 2.4. Can nhiễu do phản xạ của cùng một symbol

Đây là một trong những lợi ích của OFDM. Trong môi trờng có phản

xạ, tín hiệu phản xạ cải thiện thay vì cản trở khả năng thu nhận tín hiệu. Đối
với phơng pháp điều chế số truyền thống, ngời ta dùng bộ sửa cân bằng thích
nghi (adaptive equalizer) để loại trừ can nhiễu, tuy nhiên khi mức tín hiệu
phản xạ lớn, giá trị ngỡng của tín hiệu ở đầu thu phải đợc nâng lên, với
OFDM, về lý thuyết, khi tín hiệu phản xạ tăng, mức ngỡng cần thiết lại giảm
đi.Trong mạng đơn tần (SFN) với sự phối hợp hoạt động của các máy phát
trong hệ thống, vùng phủ sóng đợc tăng lên. ở khu vực giáp ranh giữa hai
vùng phủ sóng, tín hiệu đến từ một máy phát có thể cha đủ độ lớn, song tổng
cả hai tín hiệu (đến từ hai máy phát) chắc chắn sẽ vợt trên mức ngỡng.


25

2.1.2. Hệ thống phát TH số theo tiêu chuẩn DVB-T:
Dòng truyền
tải MPEG

Xử lý và trải
năng lợng
dòng truyền
tải

Mã ngoài
(RS) và xáo
trộn

Mã trong
và xáo trộn

Bộ ánh xạ

tín hiệu

Bộ định vị
khung dữ
liệu OFDM

QAM

Chèn tín hiệu đồng bộ
(Pilot)

Biến đổi
Fourier ng
ợc

Chèn khoảng
bảo vệ

Lọc và tạo tín
hiệu trung tần
(IF)

Đổi tần tạo ra
tín hiệu RF

RF

Mã ngoài và xáo trộn dữ liệu
Phần lớn các mô hình sửa lỗi đều sử dụng hai loại mã RS (mã ngoài) và
Hình 2.5 : Sơ đồ khối hệ thống phát theo tiêu chuẩn DVB-T

mã trong, đợc hỗ trợ bằng quá trình xáo trộn, ngẫu nhiên hoá dữ liệu. Việc
mã ngoài (RS) đợc thực hiện bằng cách thêm một số bít vào các gói dữ liệu,
nh vậy đầu ra bộ mã RS là các khối dữ liệu có kích cỡ N + 2T, trong đó N là
số byte thông tin có trong một gói, 2T là các byte thêm vào để sửa T byte lỗi.
Trong hệ thống DVB-T ngời ta sử dụng bộ mã ngoài RS (204,188, T=8), kết
hợp với các bộ xáo trộn symbol nhằm thực hiện ngẫu nhiên hoá dữ liệu để
tránh lỗi cụm.
Mã trong và xáo trộn dữ liệu
Dòng dữ liệu đã đợc mã ngoài RS và xáo trộn dữ liệu sẽ đợc đa tới bộ
mã trong và xáo trộn dữ liệu. Mã trong là loại mã cuốn chập lỗ (punctured
convolutional code) dựa trên mã chập 64 trạng thái, hệ thống DVB-T có thể sử
dụng một trong các tỉ lệ mã sau: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 , 7/8. Bộ xáo trộn trong thực
hiện quá trình xáo trộn dữ liệu theo sóng mang. Hiện tợng pha đinh nhiều đờng đối với các máy thu đặt tại các điểm thu khác nhau là khác nhau, vì vậy
để thực hiện quá trình xáo trộn có hiệu quả đối với tất cả các máy thu, ngời ta
đã đa ra giải pháp kết hợp giữa quá trình xáo trộn theo thời gian và quá trình
xáo trộn ngoài.
Xáo trộn trong: