Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật mimo cho bộ thu truyền hình số quảng bá DVB

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

CHU ĐẶNG THÁI SƠN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT MIMO
CHO BỘ THU TRUYỀN HÌNH SỐ QUẢNG BÁ DVB

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội – Năm 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

CHU ĐẶNG THÁI SƠN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT MIMO
CHO BỘ THU TRUYỀN HÌNH SỐ QUẢNG BÁ DVB

Chuyên ngành : Kỹ thuật viễn thông

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN:

PGS.TS NGUYỄN HỮU TRUNG

Hà Nội – Năm 2016

LỜI MỞ ĐẦU
Truyền hình quảng bá cũng như các hệ thống viễn thông đang bị thách thức
bởi sự gia tăng băng thông yêu cầu cho các dịch vụ tốc độ cao như truyền hình độ
nét siêu cao (UHDTV) hoặc truyền hình/internet di động và việc tăng vùng phủ
sóng trong nhà. Phương án có triển vọng nhất để đạt được hiệu quả sử dụng phổ tốt
hơn và liên kết truyền tải đáng tin cậy hơn là sử dụng phương pháp MIMO (nhiều
đầu vào nhiều đầu ra), công nghệ mà không cần bất kỳ sự bổ sung nào về băng
thông hay công suất truyền dẫn tín hiệu.
Hệ thống truyền hình đầu tiên sử dụng công nghệ MIMO là DVB-NGH
(Next Generation Handheld) truyền hình di động thế hệ tiếp theo và truyền hình số
mặt đất thế hệ thứ 2 (DVB-T2). Sự phát triển của nó đã được thúc đẩy bởi sự phát
triển liên tục của các dịch vụ di động đa phương tiện cho các thiết bị cầm tay như
máy tính bảng và điện thoại thông minh. Mục tiêu chính của nó là để cung cấp hiệu
suất cao, tín hiệu mạnh và tăng vùng phủ sóng trong nhà so với các tiêu chuẩn DVB
khác hiện có. DVB-NGH dựa trên lớp vật lý của DVB-T2 và đã được thiết kế để có
thể kết hợp với hệ thống DVB-T2 hiện tại, cho phép tái sử dụng phổ tần và cơ sở hạ
tầng.
Trong quá trình hoàn thành đồ án, em xin đặc biệt cảm ơn tới PGS.TS.
Nguyễn Hữu Trung và PGS.TS. Nguyễn Thúy Anh. Đồng thời em xin chân thành
cảm ơn sự chỉ bảo, giúp đỡ của tất cả các Thày, Cô đã dạy em. Em cũng gửi lời cảm
ơn tới Ban giám hiệu Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã hỗ trợ, tạo điều kiện
cho em trong thời gian học tập. Tôi xin cảm ơn các bạn đồng nghiệp trong trường
đã luôn động viên, khích lệ tôi. Cảm ơn những người thân trong gia đình về những
hỗ trợ và động viên tôi trong những năm tháng dài cố gắng học tập .
Hà nội, ngày

tháng

năm 2016

Sinh viên

Chu Đặng Thái Sơn


TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN
Luận văn mô tả tiềm năng của công nghệ nhiều anten (MIMO) trong hệ
thống truyền hình số quảng bá (DVB). Tiêu chuẩn DVB đang bị thách thức bởi nhu
cầu ngày càng tăng của các ứng dụng dữ liệu tốc độ cao và vùng phủ sóng trong nhà
lớn hơn. Công nghệ MIMO được xem là một giải pháp then chốt để nâng cao năng
lực hệ thống và độ tin cậy của liên kết mà không cần bất kỳ sự bổ sung nào về băng
thông hay công suất truyền tín hiệu. Viện nghiên cứu của Tập đoàn truyền thông di
động iTEAM đã tích cực tham gia trong quá trình tiêu chuẩn hóa truyền hình di
động thế hệ tiếp theo DVB-NGH (Digital Video Broadcasting – Next Generation
Handheld) về việc sử dụng công nghệ truyền tín hiệu MIMO. Trong nghiên cứu
này, chúng ta mô tả những lợi ích trong việc sử dụng MIMO và ứng dụng của nó
trong tiêu chuẩn DVB, tức là DVB-NGH và DVB-T2. Tiếp theo là các mô tả kỹ
thuật truyền dẫn theo đặc tính kỹ thuật của DVB-NGH, hơn nữa chúng ta cũng đưa
ra các kết quả mô phỏng lý thuyết và mô phỏng lớp vật lý để minh họa cho hiệu
suất của MIMO trong các mô hình kênh truyền khác nhau. Cuối cùng là phân tích
hoạt động của DVB-T2 sử sụng kỹ thuật MIMO để cho thấy khả năng ứng dụng tối
ưu của MIMO trong hệ thống DVB-T2.


ABSTRACT
In this study we describe the potential of multiple antenna technology
(MIMO) system in broadcasting digital television (DVB). DVB is being challenged
by the growing demand of applications and high-speed data coverage in larger

inhouse. MIMO technology is seen as a key solution to improve system capacity
and reliability of the link without requiring any additional bandwidth or transmit
power signal. Institute of Mobile Communications Corporation Iteam has actively
participated in the process of standardization of mobile TV next generation DVBNGH (Digital Video Broadcasting - Handheld Next Generation) on the use of
fieldbus technology MIMO signal. In this study, we describe the benefits of using
MIMO and its application in the DVB standard, DVB-NGH ie and DVB-T2. Next
is the technical description of the transmission according to the specifications of
DVB-NGH, furthermore we also provide results of theoretical simulation and
physical layer simulation to illustrate the performance of MIMO in the model
different channels. Finally the operational analysis of DVB-T2 MIMO techniques
used to try to show the capabilities of MIMO applications optimized for DVB-T2
system.


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ....................................................................................................
TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN...............................................................
ABSTRACT .......................................................................................................
MỤC LỤC ..........................................................................................................
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH .......................................................................
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT............................................................................
CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI ....................................... 1
1.1 Tổng quan về hệ thống DVB ................................................................ 1
1.2 Kỹ thuật đa anten trong hệ thống DVB .............................................. 6
1.3 Mục đích đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài ...................... 9
1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu đề tài ......................................................... 10
1.5 Ý nghĩa khoa học của đề tài ................................................................ 10
1.6 Kết luận chƣơng .................................................................................. 11
CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT
ĐẤT................................................................................................................. 12

2.1 Sơ lƣợc về hệ thống truyền hình số .................................................... 12
2.1.1

Các đặc điểm chung của hệ thống truyền hình số ................................12

2.1.2 Các tiêu chuẩn truyền hình số tiêu biểu ...................................................13
2.1.3 Xử lý và truyền dẫn tín hiệu truyền hình số .............................................14

2.2 Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T ........................... 14
2.2.1 Đặc tính kỹ thuật của DVB-T ..................................................................15
2.2.2 Đặc điểm của mạng truyền hình số mặt đất DVB-T ................................15

2.3 Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T2 ......................... 17


2.3.1 Yêu cầu đặt ra đối với DVB-T2 ...............................................................17
2.3.2 Mô hình cấu trúc hệ thống DVB-T2 ........................................................19
2.3.3 Các đặc tính kỹ thuật của DVB-T2 ..........................................................20
2.3.4 DVB-T2 và định hướng DVB-T3 ............................................................24

2.4 Kết luận chƣơng .................................................................................. 27
CHƢƠNG 3. KỸ THUẬT MIMO TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT
ĐẤT................................................................................................................. 28
3.1 Bài toán ứng dụng kỹ thuật MIMO cho các bộ thu DVB ............... 28
3.1.1 Những ưu điểm khi ứng dụng MIMO ......................................................29
3.1.2 Mô hình kênh MIMO NGH .....................................................................31
3.1.3 Đặc điểm hoạt động của MIMO ..............................................................32
3.1.4 Ứng dụng kỹ thuật MIMO trong DVB-NGH ..........................................34

3.2 Hoạt động của DVB-T2 sử dụng kỹ thuật MIMO-OFDM.............. 37

3.2.1 Kỹ thuật OFDM .......................................................................................37
3.2.2 Kỹ thuật MIMO........................................................................................40
3.2.3 Mã hóa khối không gian-thời gian ...........................................................42
3.2.4 Phân tích hoạt động của DVB-NGH sử dụng MIMO-OFDM .................43

3.3 Vấn đề đồng bộ trong hệ thống DVB................................................. 45
3.3.1 Các vấn đề kỹ thuật trong OFDM ............................................................45
3.3.2 Vai trò của kênh truyền trong đồng bộ ....................................................47
3.3.3 Nguyên lý đồng bộ trong DVB-T ............................................................51
3.3.4 Nguyên lý đồng bộ trong DVB-T2 ..........................................................51

3.4 Kết luận chƣơng .................................................................................. 61
CHƢƠNG 4. MỘT SỐ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM, PHÂN TÍCH VÀ
ĐÁNH GIÁ..................................................................................................... 63


4.1 Giới thiệu .............................................................................................. 63
4.2 Đánh giá hiệu suất MIMO .................................................................. 63
4.3 Hoạt động của DVB-NGH sử dụng MIMO trong môi trƣờng di
động ............................................................................................................. 66
4.4 Hoạt động của bộ thu DVB-T2 sử dụng MIMO-OFDM ................. 70
4.5 Kết luận chƣơng .................................................................................. 71
KẾT LUẬN ........................................................................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................
PHỤ LỤC ...........................................................................................................


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Những lợi ích của MIMO.........................................................................9
Hình 2.1 Sơ đồ khối tổng quan hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T ............15

Hình 2.3 Các PLP khác nhau với các lát thời gian khác nhau ..............................20
Hình 2.4 Mô hình MISO .......................................................................................21
Hình 2.5 Mẫu hình pilot phân tán đối với DVB-T (trái) và DVB-T2 (phải) ........22
Hình 2.6 Chòm sao 16-QAM „xoay‟ ....................................................................22
Hình 2.7 DVB-T3 là không khả thi .......................................................................27
Hình 3.1 Tỷ lệ ứng dụng DVB-T2 trên thế giới ...................................................28
Hình 3.2 Xử lý tín hiệu MIMO loại 1 với sự kết hợp của MISO Alamouti và
eSFN ......................................................................................................................35
Hình 3.3 Sơ đồ kỹ thuật ghép kênh: SM (Spatial Multiplexing), eSM (enhanced
Spatial Multiplexing) và PH (Phase Hopping), và sự kết hợp của chúng.............36
Hình 3.4 Sơ đồ khối tổng quan OFDM .................................................................38
Hình 3.5 Bộ thu phát OFDM.................................................................................39
Hình 3.6 Sơ đồ khối hệ thống MIMO ...................................................................41
Hình 3.7 Ma trận kênh ..........................................................................................42
Hình 3.8 Nguyên lý Alamouti ...............................................................................43
Hình 3.9 Cấu trúc DVB-T2 ...................................................................................44
Hình 3.10 Vị trí của P1 trong khung DVB-T2 ......................................................52
Hình 3.11 Ký tự P1, cấu trúc A-B .........................................................................53
Hình 3.12 Cấu trúc xử lý thu cho cấu trúc A-B ....................................................54
Hình 3.13 Ký tự P1, cấu A-B với dịch tần số .......................................................55
Hình 3.14 Cấu trúc xử lý thu cho cấu trúc A-B với dịch tần số............................55
Hình 3.15 Ký tự P1, cấu trúc C-A-B .....................................................................56
Hình 3.16 Cấu trúc xử lý thu cho cấu trúc C-A-B ................................................56


Hình 3.17 Cấu trúc P1 ...........................................................................................57
Hình 3.18 Sơ đồ khối quá trình tạo ký tự P1.........................................................57
Hình 3.19 Sơ đồ khối cấu trúc tương quan để dò P1 ............................................59
Hình 4.1 Dung lượng ergodic giữa MIMO và SISO.............................................63
Hình 4.2 Dung lượng (bps/Hz) của kênh Rayleigh - Dung lượng tổn hao với xác

xuất tổn hao là 1% .................................................................................................64
Hình 4.3 Dung lượng (bps/Hz) của kênh Rayleigh - Dung lượng ergodic ...........65
Hình 4.4 Dung lượng (bps/Hz) của NGH với kênh MIMO ngoài trời - Dung
lượng tổn hao với xác xuất tổn hao 1%.................................................................66
Hình 4.5 Dung lượng (bps/Hz) của NGH với kênh MIMO ngoài trời - dung
lượng ergodic ........................................................................................................67
Hình 4.6 Tỷ lệ truyền dẫn cho phương án MIMO NGH khác nhau trong NGH
kênh MIMO ngoài trời với tốc độ 60 km/h bao gồm cả phần pilot. .....................68
Hình 4.7 Tỷ lệ truyền dẫn cho phương án MIMO NGH khác nhau ở NGH trong
nhà kênh MIMO với tốc độ 3 km/h bao gồm cả phần pilot. .................................69
Hình 4.8 Đặc tuyến xác suất BER .........................................................................70
Hình 4.9 So sánh BER giữa SISO và MIMO........................................................71


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

ACE

Active Constellation Extension

Mở rộng chòm sao tích cực

AFC

Automatic Frequency Control

Điều khiển tần số tự động

Advanced Television System

Hội đồng về hệ thống truyền

Committee

hình cải biên

ATSC

Công ty cổ phần nghe nhìn toàn

AVG

Audio Visual Global

BCH

Bose-Chaudhuri-Hocquenghem

Bose-Chaudhuri-Hocquenghem

BER

Bit Error Rate

Tỷ số lỗi bit

BPSK

Binary Phase Shift Keying

Điều chế pha nhị phân

CATV

Collective Antenna Telvision

Truyền hình cáp dây dẫn

Carrier/Noise

Sóng mang/tạp âm

Coding Othogonality Fequency

Ghép kênh phân chia theo tần số

Dvision Mltiplexing

trực giao có mã

Digital Terrestrial Television

Truyền hình số mặt đất

C/N

COFDM
DTT
DiBEG

DPCM

Digital Broadcasting Expert
Group
Differential Pulse Code
Modulation

DVB

Digital Video Broadcasting

EDTV

Enhanced Definition Television

cầu

Nhóm chuyên gia truyền hình số
Điều chế xung mã vi sai
Truyền hình số
Truyền hình độ phân giải mở
rộng

Elementary Stream

Dòng cơ sở

FEC

Forward Error Correction

Sửa lỗi trước (thuận)

FEF

Future Extension Frame

FFT

Fast Fourrier Transform

Biến đổi Fourrier nhanh

FIR

Finite Impulse Responese

Đáp ứng xung hữu hạn

GI

Guard Intervalman

Khoảng bảo vệ

ES

Khung mở rộng dành cho tương
lai


High Definitiom Television

Truyền hình độ phân giải cao

HP

High Priority

Độ ưu tiên cao

ICI

Inter-Carrier Interference

Nhiễu liên sóng mang

IF

Intermediate Frequency

Trung tần

IFFT

Inverse Fast Fourrier Transform

Biến đổi nhanh Fourrier ngược

IPTV

Internet Protocol Television

Truyền hình IP

IRD

Integrated Decoder

Bộ giải mã tích hợp

Integrated Services Digital

Truyền hình số các dịch vụ

Broadcasing

tích hợp

Inter-Symbol Interference

Nhiễu liên ký tự

Joint Photoghraphic Experts

Nhóm chuyên gia nghiên cứu về

Group

ảnh tĩnh

Low Density Parity Check

Mã kiểm tra ngang hành mật độ

(Codes)

thấp

Low Definitiom Television

Truyền hình độ phân giải thấp

Low Priority

Độ ưu tiên thấp

MCM

Multi Carrier Modulation

Điều chế đa sóng mang

MFN

Multiple Frequency Network

Mạng đa tần

MHP

Multimedia Home Platform

Nền tảng dựa trên đa phương tiện

Multi Input Multi Output

Nhiều đầu vào nhiều đầu ra

Modulator Interface

Giao diện điều chế

MISO

Multi Input Single Output

Nhiều đầu vào một đầu ra

MPEG

Moving Pictures Experts Group

HDTV

ISDB

ISI
JPEG

LDPC
LDTV
LP

MIMO
MI

NTSC
OFDM

OIRT

Nhóm chuyên gia nghiên cứu về
ảnh động

National Television System

Hội đồng hệ thống truyền hình

Committee

quốc gia Mỹ

Othogonality Fequency Dvision

Ghép kênh phân chia theo tần số

Mltiplexing

trực giao

Organization Internatinal Radio

Tổ chức phát thanh truyền hình

and Television

quốc tế


PAL

Phase Alternative Line

Đảo pha theo từng dòng
Tỷ số công suất đỉnh/công suất

PAPR

Peak to Average Power Ratio

PCM

Pulse Code Modulation

Điều chế xung mã

PES

Packetized Elementary Stream

Dòng cơ sở đóng gói

PLP

Physical Layer Pipes

Ống lớp vật lý

Pseudo Random Bit Sequence

Chuỗi bit giả ngẫu nhiên

PRBS
QAM
QPSK
RF

Quadrature Amplitude
Modulation

trung bình

Điều chế biên độ vuông góc

Quadrature Phase Shift Keying

Khóa dịch pha vuông góc

Radio Frequence

Tần số vô tuyến

SAS
SDTV

Standard Definition Television

Truyền hình độ phân giải tiêu
chuẩn

SFN

Single Frequence Network

Mạng đơn tần

SNR

Signal to Noise Ratio

Tỷ số tín hiệu trên tạp âm

SIMO

Single Input Multi Output

Một đầu vào nhiều đầu ra

SISO

Single Input Single Output

Một đầu vào một đầu ra

TPS

Transmission Parameter

Báo hiệu tham số bên phát

TR

Signalling
Tone Reservation

TS

Transport Stream

Dòng truyền tải

UHF

Ultra High Frequency

Tần số siêu cao (Siêu cao tần)

VHF

Very High Frequency

Tần số rất cao

VO

Video Object

Đối tượng video

VSB

Vestigal Side Band

Điều biên cụt

VTC

Vietnam Television Corporation

VTV

Vietnam Television

Hạn chế âm sắc

Tổng Công ty Truyền thông đa

phương tiện Việt Nam
Đài truyền hình Việt Nam


CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI
1.1 Tổng quan về hệ thống DVB
Trong những năm gần đây các dự án DVB đã phát triển rất thành công một
danh sách đáng kể các thông số kỹ thuật cho truyền phát video số (Digital Video
Broadcasting). Thực tế cho thấy rằng, thuật ngữ "Digital Video Broadcasting" thậm
chí đã trở nên quá hạn chế, kể từ khi các thông số kỹ thuật DVB có thể được sử
dụng để phát sóng tất cả các loại dữ liệu cũng như các âm thanh, kèm theo tất cả các
loại thông tin hỗ trợ khác. Một số thông số kỹ thuật nhằm mục đích cài đặt của các
kênh thông tin liên lạc hai chiều, ví dụ, sử dụng lắp đặt truyền hình cáp. Một phát
triển gần đây nhất là các đặc điểm kỹ thuật của Multimedia Home Platform (MHP),
một lớp trung gian cho phép các ứng dụng đã được viết bởi các nhà cung cấp nội
dung khác nhau để chạy trên máy thu và set-top-box của các nhà sản xuất khác nhau
trong một hình thức dự đoán được và có cái nhìn tương tự và cảm nhận được.
Với sự phát triển của MHP dự án DVB đã bước vào giai đoạn hoạt động thứ
ba của nó. giai đoạn 1 được đặc trưng bởi sự phát triển của hệ thống phát thanh
truyền hình và dữ liệu cho cơ sở hạ tầng cần thiết để có thể truyền phát dữ liệu trên
thực tế. Trong giai đoạn 2 dự án tập trung vào các hệ thống tương tác. Hiện tại giai
đoạn 3 là triển khai phát sóng và dịch vụ tương tác bằng cách cung cấp các giải
pháp cho thị trường đa phương tiện theo hướng mở rộng.
Do sự phức tạp đáng kể của môi trường DVB nên nhiều tài liệu khác nhau
phải được xem xét khi lập kế hoạch dịch vụ, thiết bị. Đối với những người đã tham
gia trong việc phát triển các giải pháp DVB thì các tài liệu kỹ thuật có thể dễ dàng
để hiểu, nhưng ít nhất là cho người mới có thể sẽ phải bỏ qua một số hướng dẫn,
tiêu chuẩn, và chi tiết kỹ thuật hiện có, …v.v
Xử lý băng tần cơ sở
Một trong những quyết định cơ bản đã được thực hiện trong những ngày đầu

của DVB là lựa chọn của MPEG-2 cho các mã nguồn của âm thanh và video và cho
việc tạo ra các luồng chương trình sơ cấp, dòng truyền tải… v.v – gọi là cấp hệ

[1]


thống. Ba văn bản [ISO / IEC 13.818-1], [ISO / IEC 13.818 -2] và [ISO / IEC
13.818 -3] là các tiêu chuẩn quốc tế mà mô tả video, âm thanh và hệ thống MPEG2. Cả ba đều thực sự chung chung và có thể được coi là quá rộng trong phạm vi đối
với chúng để có thể áp dụng cho DVB một cách trực tiếp.
Do đó, [ETR 154] đã được tạo ra bởi các dự án DVB. "Tài liệu hướng dẫn"
này được biết đến như DVB-MPEG bao gồm các hạn chế để các giá trị cú pháp và
tham số được mô tả bởi MPEG-2 cũng như các khuyến nghị cho các giá trị ưu tiên
cho việc sử dụng trong các ứng dụng DVB. ETR 154 đã là một tài liệu "trực tiếp".
Trong những năm qua phiên bản gốc đã được sửa đổi bởi các đoạn văn mô tả các
thông số video được chọn khi dịch vụ HDTV đang được lên kế hoạch, bởi các điều
khoản cần thiết cho các dịch vụ DVB ở các nước có tần số khung hình là 59,94 Hz
hoặc 60 Hz, và mới đây nhất là một phụ lục mô tả việc sử dụng các hệ thống âm
thanh mã hóa Dolby AC3 với các dịch vụ DVB.
Trong các dịch vụ truyền hình tương tự sử dụng tính năng Teletext đã được
sử dụng trong nhiều năm. Hàng triệu máy thu truyền hình ra trong lĩnh vực cung
cấp giải pháp giải mã Teletext. Người xem đang sử dụng để thuận tiện cho việc thu
thập thông tin từ các trang Teletext. Trải qua nhiều năm để đi đến các khái niệm thu
truyền hình hiện tại sẽ được sử dụng để hiển thị các dịch vụ DVB đã được tiếp nhận
và giải mã bởi một "hộp đen" mà kết nối LNB vệ tinh, ổ cắm cáp hoặc trên sân
thượng trên không cho người nhận hiện có (được gọi là bộ thu giải mã tích hợp IRD), một cơ chế cần phải được cung cấp cho phép phân phối của "tương tự"
Teletext đến máy thu qua DVB. Cơ chế này được mô tả trong [EN 300 472] và
được biết đến như DVB-TXT.
Ở nhiều quốc gia đây là phương thức phát sóng các chương trình truyền hình
với nhạc nền ban đầu và để cung cấp một bản dịch sang các ngôn ngữ địa phương
trong các hình thức của phụ đề. Một ứng dụng khác là để thêm các yếu tố đồ họa

cho hình ảnh truyền như thế, ví dụ, biểu tượng của đài, vv Trong [ETS 300 743]
một cơ chế mạnh được mô tả (DVB-SUB) cho phép việc truyền tải tất cả các loại
phụ đề và các yếu tố đồ họa như là một phần của tín hiệu DVB.

[2]


Dịch vụ DVB tương lai sẽ bao gồm một loạt các chương trình thực hiện
thông qua một số lượng lớn các kênh truyền dẫn. Để cho IRD có thể điều chỉnh các
kênh như vậy và để cho các khách hàng DVB có thể thưởng thức sự phong phú của
các chương trình, trợ giúp định hướng mạnh mẽ cần phải được cung cấp như là một
phần của các luồng DVB. "Thông tin dịch vụ SI" được mô tả trong [EN 300 468]
tạo thành tập hợp này của các hỗ trợ, quyền DVB-SI. [ETR 211] bao gồm một tập
hợp các hướng dẫn mô tả SI nên hoặc có thể sử dụng như thế nào. Trong [ETR 162]
mã SI đang được liệt kê trong đó chỉ ra các dịch vụ của các đài truyền hình khác
nhau.
Truyền tải
Thông số kỹ thuật cho việc truyền tải các tín hiệu băng tần cơ sở (như mô tả
trong đoạn trên) thông qua tất cả các loại của các kênh phân phối phát sóng đã được
phân phối trong dự án DVB.
Các đặc điểm kỹ thuật đầu tiên mà có thể hoàn tất được việc phân phối vệ
tinh của tín hiệu DVB [EN 300 421] được gọi là DVB-S. Trong phần này các công
cụ khác nhau cho kênh mã hóa được mô tả lần đầu tiên, mà sau này đã trở thành
quan trọng đối với tất cả các phương tiện truyền thông cung cấp khác. Trong những
tình huống đặc biệt, ví dụ như khi phát sóng tại C-Band trong điều kiện nhiễu rất
nặng, nó có thể hữu ích để thay đổi điều chế từ QPSK, điều chế sử dụng cho DVBS, sang BPSK. Tập hợp các chỉ dẫn mô tả một dẫn xuất DVB-S sử dụng BPSK
được mô tả trong [TR 101 198].
[EN 300 429] mô tả mã hóa kênh và điều chế tín hiệu DVB trên cáp hệ thống
[CATV] (DVB-C). Phần này là cơ sở của [EN 300 473], trong đó việc sử dụng (vệ
tinh) Master Antenna TV (SMATV) cài đặt cho DVB được mô tả (DVB-CS).

Truyền tải kỹ thuật số trên mặt đất sử dụng DVB (DVB-T) lần đầu tiên được
bắt đầu ở Anh vào tháng Mười năm 1998. Lĩnh vực thử nghiệm và kiểm tra đang
được tiến hành ở một số nước trên thế giới. Trong năm 2000 các dịch vụ DVB-T đã
trở thành hoạt động trên ba châu lục trên thế giới. Các đặc điểm kỹ thuật có liên
quan đến ứng dụng này là [EN 300 744]. Hướng dẫn thực hiện các dịch vụ mặt đất
[3]


DVB được đưa ra trong [TR 101 190]. Nếu có cách mạng đơn tần số được thực hiện
cho việc truyền tín hiệu DVB-T, sự đồng bộ của tất cả các máy phát, góp phần vào
mạng là điều quan trọng nhất. [TS 101 191] chứa các thông số kỹ thuật của Megaframe cho SFN Đồng bộ hóa (DVB-SFN).
Điều kiện truy cập
Trong nhiều trường hợp các dịch vụ dựa trên DVB hoặc sẽ được "trả tiền"
hoặc ít nhất sẽ bao gồm một số yếu tố mà không phải là tự do có sẵn cho công
chúng nói chung. Việc truy cập có điều kiện "thường được sử dụng để mô tả hệ
thống cho phép kiểm soát việc truy cập vào các chương trình. Hệ thống truy cập có
điều kiện (CA) bao gồm một số khối; trong số cơ chế khác, các cơ chế để tranh
giành các chương trình hoặc dịch vụ, "Hệ thống Subscriber Management (SMS)",
trong đó tất cả dữ liệu của khách hàng được lưu trữ, và "Hệ thống Cấp phép thuê
bao (SAS)", mã hóa và cung cấp các từ mã cho phép các thiết bị giải mã xử lý để
làm cho chương trình dễ đọc.
Đó là một trong những quyết định chiến lược được thực hiện cho các dự án
DVB. Phần duy nhất của một hệ thống CA được phát triển cho công nghệ DVB là
"Common Scrambling Algorithm" [ETR 289], một công cụ mạnh mẽ để làm xáo
trộn các luồng vận chuyển hay các luồng sơ cấp có thể lập trình. Do tính chất đặc
thù của hệ thống này không được tiết lộ cho công chúng một cách chi tiết. Các đặc
điểm kỹ thuật có thể được lấy từ một bộ "giám sát" theo một quá trình được mô tả
trong [A 011].
Các dịch vụ tƣơng tác
Nhiều trong số các dịch vụ cung cấp có thể có trong thế giới DVB sẽ yêu cầu

một số hình thức tương tác giữa, ví dụ, người sử dụng và một trong hai nhà cung
cấp chương trình hay các nhà điều hành mạng. Sự tương tác này có thể bao gồm
việc truyền tải chỉ là một vài lệnh nhưng có thể được mở rộng và do đó có thể giống
với truyền thông qua Internet.

[4]


Trong DVB các công cụ cho phép tương tác nói chung đã được chia thành
hai tập hợp. Một là mạng độc lập (DVB-NIP) và có thể được coi như một chồng
giao thức mà kéo dài khoảng qua ISO/OSI lớp 2-3 [ETS 300 802]. Một phần quan
trọng của ngăn xếp này được bắt nguồn từ kỹ thuật số lưu trữ Media lệnh điều khiển
(DSM-CC) giao thức được tạo ra bởi MPEG [ISO / IEC 13.818-6]. Tài liệu [TR
101 194] đã được tạo ra như là một "hướng dẫn" để cho người dùng có thể hiểu và
sử dụng ngăn xếp hơi phức tạp này.
Nhóm thứ hai của thông số kỹ thuật DVB liên quan đến các lớp thấp hơn
(khoảng 1-2) của mô hình ISO/OSI và do đó quy định cụ thể các công cụ phụ thuộc
vào mạng để tương tác. Vì vậy, đến nay (tháng 9 năm 1999) sáu thông số kỹ thuật
đã được tạo ra. Tài liệu đầu tiên mô tả cách làm thế nào để sử dụng điện thoại
chuyển mạch công cộng Networks (PSTN) và dịch vụ tích hợp mạng kỹ thuật số
(ISDN) như các mạng vật lý cho sự tương tác [ETS 300 801] (DVB-RCT). Các đặc
điểm kỹ thuật thứ hai mô tả cách hệ thống điện thoại không dây hoạt động phù hợp
với các tiêu chuẩn châu Âu cho Viễn thông không dây Enhanced Digital (DECT) có
thể được sử dụng như là hồi tiếp và tương tác kênh (DVB-RCDECT) [EN 301 193].
[EN 301 195] (DVB-RCGSM) mô tả cách các hệ thống viễn thông di động GSM
(Global System for Mobile Telecommunications) có thể được sử dụng như là một
sự hồi tiếp và tương tác kênh đi kèm chương trình phát sóng DVB. Đặc điểm kỹ
thuật này đặc biệt có liên quan nếu người dùng là "di chuyển", ví dụ, trong một
chiếc xe được trang bị với một bộ thu DVB. Một tiêu chuẩn châu Âu, cùng nhau
phát triển bởi DVB và DAVIC, giao dịch với một giải pháp toàn diện cho việc sử

dụng các mạng CATV cho việc truyền dữ liệu hai chiều [ETS 300 800] (DVBRCC). Hướng dẫn sử dụng hệ thống này được mô tả trong [TR 101 196]. Trong
[EN 301 199] một dẫn xuất của DVB-RCC được mô tả (DVB-RCL) do đó các dịch
vụ tương tác đang được thực hiện có thể có trong dịch vụ phân bố đa địa phương.
Hướng dẫn cho một phiên bản của một kênh tương tác dựa trên vệ tinh và các bộ
phận đồng trục (DVB-RCCS), có thể được sử dụng trong một số hệ thống phân
phối truyền hình vệ tinh (SMATV), theo [TR 101 201]. Một kênh tương tác thông
qua vệ tinh vừa được phát triển (DVB-RCS) và được mô tả trong [TM 2267].

[5]


Sự đa dạng
Một trong những thế mạnh của công nghệ DVB nằm trong thực tế rằng nó
cho phép truyền point-to-multipoint một lượng rất lớn các dữ liệu ở tốc độ dữ liệu
cao trong khi bảo vệ rất an toàn cho chúng và chống lại được phần lớn các loại lỗi
truyền dẫn thông thường. Những dữ liệu này có thể là âm thanh và video, nhưng
trong nhiều ứng dụng các dữ liệu sẽ được đóng gói thành các tập tin, nội dung của
các trang web "đẩy" cho người nhận hoặc các hình thức khác của thông tin chung
chung. Để kích hoạt việc truyền tải của loại dữ liệu đó, bao gồm khả năng truyền đi
lặp lại cùng một dữ liệu tại các khoảng thời gian định kỳ hoặc bất kỳ, một đặc điểm
kỹ thuật phát thanh truyền dữ liệu (DVB-DATA) đã được tạo ra [EN 301 192]. Tài
liệu này mô tả năm lĩnh vực ứng dụng, cụ thể là "dữ liệu đường ống", "dữ liệu trực
tuyến", đa giao thức đóng gói "một" dữ liệu băng chuyền "và một đối tượng " băng
chuyền ". Một tài liệu hướng dẫn [TR 101 202] mô tả chi tiết việc thực hiện.
Theo yêu cầu của một số đài truyền hình các dự án DVB đã thiết kế một bộ
thông số kỹ thuật cho vệ tinh số Tin tức Gathering (D-SNG). Bộ thông số này bao
gồm [EN 301 210], trong đó mô tả cấu trúc khung, mã hóa kênh và điều chế cho các
kênh truyền dẫn chính từ DSNG đến trung tâm (DVB-DSNG), và [EN 301 222].
Trong tài liệu này sau các kỹ thuật được sử dụng để phối hợp và các kênh thông tin
liên lạc liên kết với một truyền tải DSNG được quy định. [TR 101 221] bao gồm

hướng dẫn sử dụng. Các giải pháp DVB-DSNG đã trở thành điều quan tâm cho
nhiều tổ chức phát thanh truyền hình trên toàn thế giới những người muốn tận dụng
lợi thế của các sản phẩm có sẵn cho các hệ thống DVB trong các hoạt động hàng
ngày của họ. Ví dụ, họ muốn sử dụng hệ thống truyền hình vệ tinh DVB để phân
phối sơ cấp cho các tín hiệu của họ. [TR 102 154] mô tả các hạn chế để các giá trị
cú pháp và tham số được mô tả bởi MPEG-2 và chỉ ra giá trị cho âm thanh và video
mã hóa thích hợp nhất cho những phân phối sơ cấp.

1.2 Kỹ thuật đa anten trong hệ thống DVB
Trong nghiên cứu này ta sẽ mô tả tiềm năng của kỹ thuật đa anten (MIMO)
trong với của các hệ thống truyền phát video kỹ thuật số (DVB). Tiêu chuẩn DVB
đã bị thách thức bởi các nhu cầu ngày càng tăng của các ứng dụng tốc độ dữ liệu
[6]


cao và vùng phủ sóng trong nhà lớn hơn. MIMO là một công nghệ quan trọng để
nâng cao năng lực hệ thống và tin cậy liên kết mà không cần bất kỳ băng thông bổ
sung hoặc công suất truyền tín hiệu nào. Tập đoàn truyền thông di động của Viện
nghiên cứu các dịch vụ đã tích cực tham gia vào quá trình tiêu chuẩn hóa của thế hệ
tiếp theo của phát sóng truyền hình di động DVB-NGH (truyền phát video kỹ thuật
số - thế hệ tiếp theo) để công nhận các kỹ thuật xử lý tín hiệu MIMO khác nhau.
Trong nghiên cứu này, chúng ta sẽ mô tả những lợi ích trong việc sử dụng MIMO
và ứng dụng của nó cho các tiêu chuẩn DVB, nghĩa là DVB-NGH và DVB-T2
(Terrestrial thế hệ thứ 2). Sau một mô tả về các kỹ thuật truyền dẫn thông qua các
đặc tả DVB-NGH, chúng ta sẽ cung cấp kết quả trên lớp mô phỏng lý thuyết và vật
lý để minh họa cho ưu điểm thực thi của MIMO trong các mô hình kênh khác nhau.
Việc truyền phát sóng cũng như các hệ thống viễn thông đã bị thách thức bởi
sự gia tăng thông lượng yêu cầu cho các dịch vụ cao tốc độ bit như truyền hình độ
nét siêu cao (TV UHD) hoặc điện thoại di động video/internet và tăng vùng phủ
sóng trong nhà. Một phương thức đẩy hứa hẹn để đạt được hiệu quả trải phổ và một

liên kết truyền tải đáng tin cậy hơn là bằng phương tiện công nghệ MIMO (nhiều
đầu vào nhiều đầu ra) mà không cần bất kỳ băng thông bổ sung hoặc công suất
truyền tín hiệu nào. Hệ thống phát sóng đầu tiên bao gồm MIMO là DVB-NGH (thế
hệ tiếp theo) sự phát triển điện thoại di động của công nghệ phát sóng truyền hình
số mặt đất thế hệ thứ hai, DVB-T2 (Terrestrial 2nd Generation) [1]. Sự phát triển
của nó đã được thúc đẩy bởi sự tăng trưởng liên tục của các dịch vụ đa phương tiện
di động cho các thiết bị cầm tay như máy tính bảng và điện thoại thông minh. Mục
tiêu chính của nó là để cung cấp hiệu suất cao hơn, mạnh mẽ và tăng vùng phủ sóng
trong nhà so với tiêu chuẩn DVB khác hiện có. DVB-NGH dựa trên lớp vật lý của
DVB-T2 và đã được thiết kế như vậy mà nó có thể được đưa vào triển khai DVBT2 hiện có, cho phép tái sử dụng phổ tần và cơ sở hạ tầng. Những cải tiến kỹ thuật
chính của DVB-NGH là:
 Sử dụng MIMO (Multiple-input multiple-output) để tăng mật độ truyền dẫn
trong không gian và hiệu quả sử dụng phổ.

[7]


 Sử dụng thời gian tần số cắt TFS (time frequency slicing) để tăng tính phân
tập của tần số và ghép kênh thống kê hiệu quả hơn.
 Sử dụng việc xen mã chập trong miền thời gian để làm tăng tính phân tập.
 Cải thiện mã LDPC với tỷ lệ mã thấp hơn cho khả năng truyền dẫn.
 Cải thiện sự mạnh mẽ của tín hiệu so với DVB-T2.
 Sử dụng việc nén header mạnh mẽ RoHC (robust header compression) để
giảm kích thước header khi đóng gói IP.
 Thêm vào thành phần vệ tinh trong profile lai (truyền hình mặt đất + vệ tinh)
 Khả năng mở rộng nội dung Video SVC (scalable video content) với nhiều
ống vật lý MPLPs (multiple physical layer pipes) chỉ gây sự suy giảm nhẹ
các dịch vụ.
 Tăng hiệu quả truyền tải của các dịch vụ nội hạt trong mạng đơn tần SFN
(single frequency networks).

Việc sử dụng mã LDPC, như tiền sửa lỗi/hiệu chỉnh (FEC) trong các hệ
thống không dây, đạt được một hiệu suất gần với giới hạn lý thuyết trong AWGN
cho một hệ thống sử dụng một kiến trúc anten thu nhận đơn được gọi là SISO (đơn
đầu vào đơn đầu ra). Việc thực hiện nhiều anten ở máy phát và phía thu (MIMO)
cho phép khắc phục những hạn chế n của truyền thông anten đơn mà không cần
băng thông bổ sung hoặc gia tăng công suất truyền tải. Bởi vì tiềm năng của nó,
MIMO đã trở thành một phần không thể thiếu của các tiêu chuẩn không dây như
IEEE 802.11n cho các mạng nội bộ không dây, WiMAX cho các hệ thống khu vực
truy cập không dây băng thông rộng, và đến 3GPP-LTE (Long-Term Evolution)
cho các mạng di động giữa những mạng khác. Trong thế giới phát sóng, DVB-NGH
là hệ thống đầu tiên có MIMO là công nghệ then chốt.

[8]


Những lợi ích của MIMO
Kỹ thuật đa anten cung cấp một liên kết truyền tải đáng tin cậy hơn và tăng
năng lực của hệ thống mà không cần bất kỳ băng thông bổ sung hoặc truyền tải điện
năng.
Kỹ thuật đa anten thường được biết đến với ý nghĩa nhiều đầu vào nhiều đầu
ra (MIMO) và nó là viết tắt của một liên kết không dây với ăng-ten khác nhau ở cả
hai bên của liên kết truyền dẫn. Trong khi thực hiện nhiều ăng-ten chỉ ở nhận bên
được gọi là đơn đầu vào đa đầu ra (SIMO), việc sử dụng nhiều anten chỉ ở phía máy
phát được gọi là đa đầu vào đơn đầu ra (MISO). Sử dụng MIMO cung cấp ba loại
lợi ích, nghĩa là mảng tăng, tăng sự đa dạng và độ lợi ghép kênh.

Hình 1.1 Những lợi ích của MIMO

1.3 Mục đích đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
Bởi sự đa dạng và phong phú về các ứng dụng tiềm năng của kỹ thuật đa

anten, cũng như các lợi ích mà MIMO tạo ra đối với các hệ thống truyền thông nói
chung và truyền hình phát sóng nói riêng nên đề tài luận văn tập trung nghiên cứu
chỉ giới hạn với các vấn đề sau:
 Nghiên cứu tổng quan về hệ thống truyền hình số mặt đất.

[9]


 Nghiên cứu tiềm năng ứng dụng kỹ thuật đa anten (MIMO) trong hệ thống
truyền hình số mặt đất.
 Nghiên cứu các giải pháp ứng dụng MIMO cho DVB-T và đưa ra một số kết
quả thực nghiệm so sánh đánh giá hiệu quả.
 Thảo luận về một số ứng dụng liên quan của kỹ thuật đa anten trong DVB.

1.4 Phương pháp nghiên cứu đề tài
 Dựa trên các tài liệu giới thiệu, phân tích về DVB và MIMO để mô tả tổng
quan các hệ thống
 Phân tích các mô hình ứng dụng MIMO cho DVB
 Đưa ra một số mô hình thực nghiệm để đánh giá tính hiệu quả và khả năng
ứng dụng của các mô hình.

1.5 Ý nghĩa khoa học của đề tài
Ý nghĩa khoa học:
 Đưa ra vấn đề và giới thiệu được một cách tổng quan về các hệ thống DVB
và lợi ích của MIMO
 Đề xuất các mô hình ứng dụng, phân tích đánh giá khả năng trong từng hệ
thống.
 Đưa ra các so sánh, đánh giá trên kết quả thực nghiệm để đi đến kết luận về
tính tối ưu của kỹ thuật đa anten trong hệ thống DVB.
Ý nghĩa thực tiễn:

 Nghiên cứu ứng dụng cho các hệ thống DVB nhằm tăng tính đa dạng, phong
phú của các chương trình phát sóng
 Cải tiến các mặt hạn chế của những hệ thống hiện có để đáp ứng nhu cầu
ngày càng cao cả về chất lượng lẫn số lượng.
[10]


 Tạo tiền đề cho các nghiên cứu cải tiến nâng cao hiệu quả hơn nữa cho các
ứng dụng của kỹ thuật đa anten trong các hệ thống DVB.

1.6 Kết luận chương
Qua chương này, chúng ta đã nhìn thấy được một cách tổng quan các vấn đề
của hệ thống DVB hiện có và những lợi ích khi phát triển kỹ thuật đa anten
(MIMO) cho các hệ thống trong tương lai với nhu cầu ngày càng cao cả về chất
lượng và số lượng. Tính đa dạng và phong phú của các nhà cung cấp dịch vụ là chìa
khóa quyết định về tính cạnh tranh, và nó phụ thuộc vào những cải tiến cần có của
các hệ thống truyền phát truyền hình số mặt đất.

[11]


CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH
SỐ MẶT ĐẤT
2.1 Sơ lược về hệ thống truyền hình số
Công nghệ truyền hình số có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với công nghệ truyền
hình tương tự như: khả năng sử dụng hiệu quả phổ tần, truyền dẫn phát sóng được
nhiều chương trình trên một kênh, có khả năng phát hiện và sửa lỗi, khắc phục được
những ưu điểm thường thấy trong truyền hình tương tự, có khả năng tương thích với
nhiều loại hình dịch vụ khác nhau cũng như khả năng phát sóng các chương trình
truyền hình độ phân giải cao HDTV… việc truyền dẫn tín hiệu truyền hình số được

thực hiện thông qua cáp đồng trục, cáp quang, vệ tinh hay truyền hình số mặt đất.
2.1.1 Các đặc điểm chung của hệ thống truyền hình số
 Yêu cầu về băng tần là một sự khác nhau rõ nhất giữa tín hiệu số và tín hiệu
tương tự, tín hiệu số vốn gắn liền với yêu cầu băng tần rộng lớn. Đối với tín
hiệu số tổng hợp yêu cầu tần số lấy mẫu bằng bốn lần tần số sóng mang màu
như đối với hệ NTSC là 14,4MHz nếu thực hiện mã hoá với những mã 8 bit,
tốc độ bit sẽ là 115,2 Mbit/s độ rộng băng tần khoảng 58 MHz.
 Một trong những ưu điểm lớn nhất của tín hiệu số là khả năng chống nhiễu
trong quá trình xử lý tại các khâu truyền dẫn và ghi. Nhiễu tạp âm trong hệ
thống tương tự có tính chất cộng, tỷ lệ S/N của toàn bộ hệ thống là do tổng
cộng các nguồn nhiễu thành phần gây ra. Vì vậy luôn nhỏ hơn tỷ lệ S/N của
khâu có tỷ lệ thấp nhất. Nhiễu trong tín hiệu số được khắc phục nhờ các
mạch sửa lỗi. Bằng các mạch này có thể khôi phục lại các dòng bit như ban
đầu. Khi có quá nhiều bit lỗi, sự ảnh hưởng của nhiễu được làm giảm bằng
cách che lỗi.
 Tín hiệu số không bị ảnh hưởng bởi méo phi tuyến trong quá trình ghi và
truyền cũng như đối với tỷ lệ S/N, tính chất này rất quan trọng trong việc ghi
đọc chương trình nhiều lần đặc biệt với các hệ thống truyền hình nhạy cảm
với các méo khuyếch đại vi sai như hệ NTSC.

[12]