Nghiên cứu phân hệ phát trong hệ thống DVB s2 và ứng dụng tại tổng công ty truyền thông đa phương tiện VTC

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN....................................................................................................1
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT.....................................................2
DANH MỤC CÁC BẢNG ......................................................................................5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ .................................................................6
MỞ ĐẦU ................................................................................................................8
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHẾ DVB-S, DVB-S2 VÀ
ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG PHÁT LÊN VỆ TINH ..................................... 11
I.1. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHẾ DVB-S ..............................11
I.1.1 Khối thích nghi đầu vào và phân tán năng lượng ...........................................12
I.1.2 Mã hóa ngoài Reed - Solomon (RS) ..............................................................13
I.1.3 Khối xáo trộn bit ...........................................................................................13
I.1.4 Khối mã hóa trong.........................................................................................14
I.1.5 Lọc băng gốc và điều chế tín hiệu ..................................................................... 14
Sơ đồ khối điều chế và giải điều chế QPSK trong DVB-S ...................................... 16
Giản đồ chòm sao định vị các bit điều chế QPSK ................................................... 16
I.2 PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHẾ DVB-S2..........................................................18
I.2.1. Khối thích nghi kiểu truyền dẫn ...................................................................19
I.2.2. Khối thích nghi dòng truyền tải....................................................................23
I.2.3. Khối mã hóa sửa lỗi trước FEC....................................................................25
I.2.4. Khối ánh xạ bit lên chòm sao điều chế..........................................................29
I.2.5. Tạo khung lớp vật lý ....................................................................................31
I.2.6. Lọc băng gốc và điều chế cầu phương ..........................................................35
I.2.7. Một số chế độ mã hóa và điều chế trong DVB-S2 ........................................36
I.2.8. Các thông số truyền hình theo phương thức điều chế DVB-S2 .....................38
I.3 SO SÁNH DVB-S VÀ DVB-S2.......................................................................40
I.3.1 Ưu điểm của DVB-S2 so với DVB-S ............................................................41
I.3.2 Nhược điểm...................................................................................................42
I.4. ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG PHÁT LÊN VỆ TINH: ...........................42
CHƯƠNG II: KIẾN TRÚC CỦA HỆ THỐNG HEAD-END, HỆ THỐNG PHÁT
LÊN VỆ TINH .......................................................................................................... 44

II.1. KIẾN TRÚC CỦA HỆ THỐNG HEAD-END ...............................................44
II.1.1. Hệ thống cung cấp nguồn tín hiệu đầu vào ..................................................46


II.1.2. Hệ thống xử lý tín hiệu................................................................................48
III.1.3. Hệ thống Head-end ....................................................................................50
II.1.4. Hệ thống giám sát .......................................................................................55
II.2. KIẾN TRÚC HỆ THỐNG PHÁT LÊN VỆ TINH..........................................59
II.2.1 Hệ thống phát sóng vệ tinh Vinasat-1 của VTC............................................59
II.2.2 Tín hiệu phát sóng vệ tinh Vinasat-1 VTC ở các chặng của tuyến ................64
CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG PHÁT LÊN VỆ
TINH (UPLINK) – ỨNG DỤNG TRONG TRẠM PHÁT LÊN VỆ TINH CỦA
TỔNG CÔNG TY TRUYỀN THÔNG ĐA THƯƠNG TIỆN VTC.......................... 67
III.1 LOGIC THIẾT LẬP VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG TRẠM PHÁT SÓNG
CŨNG NHƯ CUNG CẤP DỊCH VỤ TRUYỀN HÌNH VỆ TINH ........................67
III.1.1. Mục tiêu: ...................................................................................................67
III.1.2. Logic cho việc thiết lập hệ thống trạm phát sóng cũng như xây dựng.........67
III.2 THIẾT LẬP TUYẾN TRUYỀN CỦA TRUYỀN HÌNH VỆ TINH ...............68
III.2.1 Kiến trúc tuyến truyền hình vệ tinh. ............................................................68
III.2.2 Thông số của các thành phần trong toàn tuyến ............................................69
III.2.3 Thiết lập tuyến truyền .................................................................................70
III.3 Ứng dụng thiết lập các trạm phát lên vệ tinh của Tổng công ty VTC .............86
III.3.1 Tiêu chí.......................................................................................................86
III.3.2 Thiết lập trạm phát lên vệ tinh Vinasat-1 ....................................................86
KẾT LUẬN...........................................................................................................95
TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................96



LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả, nghiên cứu trong luận văn là trung thực và được tham khảo từ các tài liệu trong
danh mục tài liệu tham khảo.

Tác giả Luận văn

Phạm Bá Hùng

1


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
8PSK

8-ary Phase Shift Keying

16APSK

16-ary Amplitude Phase Shift

Khóa dịch pha 8 mức
Khóa dịch biên độ và pha 16 mức

Keying
32APSK

32-ary Amplitude Phase Shift

Khóa dịch biên độ và pha 32 mức

Keying
ACI

Adjacent Chanel Interference

Nhiễu kênh cận kênh

AGC

Automatic Gain control

Tự động điều chỉnh độ khuếch đại

ACM

Adaptive Coding and

Mã hóa và điều chế thích nghi

Modulation
ASI

Adjacent Satellite Interference Nhiễu do vệ tinh cận kênh

AVC

Advanced Video Coding

AWGN

Additive white Gaussian noise Tạp âm Gaussian tính cộng trắng

BC

Backwards Compatible

Tương thích ngược

BER

Bit Error Ratio

Tỷ lệ lỗi bit

BPSK

Binary Phase Shift Keying

Khóa dịch pha hai mức

BCH

Bode-Chaudhuri

Mã hóa video tiến tiến

Mã khối nhị phân sửa lỗi

Hocquenghem
CNR

Carrier to Noise Ratio

Tỷ số sóng mang trên tạp âm

CBR

Constant Bit Rate

Tốc độ bit không đổi

CCM

Constant Coding and

Mã hóa và điều chế không đổi

Modulation
CRC

Cyclic Redundancy Check

Mã kiểm tra chẵn lẻ vòng

DFL

Data Field Length

Độ dài trường dữ liệu

2


DTH

Direct To Home

Dịch vụ truyền hình vệ tinh tận
nhà

DVB

Digital Video Broadcasting

Tổ chức dự án phát thanh truyền
hình số châu Âu

DNP

Deleted Null Packets

Xóa các gói rỗng

EIRP

Effective Isotropic Radiated

Công suất phát xạ đẳng hướng

Power

tương đương

FEC

Foward Error Correcection

Mã sửa lỗi trước

HDTV

High Definition Television

Truyền hình độ phân giải cao

HP

High Priorty

Dòng dữ liệu độ ưu tiên cao

HPA

High Power Amplifier

Bộ khuếch đại công suất cao

IF

Intermediate Frequency

Tần số trung tần

ISI

Intersybol Interference

Nhiễu xuyên ký tự

LDPC

Low Density Parity Check

Mã kiểm tra chẵn lẻ thấp

LNA

Low Noise Amflifier

Bộ khuếch đại tạp âm thấp

LNB

Low Noise Block

Bộ đổi tần, khuếch đại tạp âm
thấp

LP

Low priority

Dòng dữ liệu độ ưu tiên thấp

MCPC

Multi Chanel Per Carrier

Nhiều kênh trên một sóng mang

MPE

Multi-Protocol Encapsulation

Đóng gói đa thủ tục

MUX

Multiplexer

Ghép kênh

NP

Null Packets

Các gói trống

NA

Not Applicable

Không ứng dụng

PL

Physical Layer

Lớp vật lý

3


PLS

Physical Layer Signalling

Báo hiệu lớp vật lý

PSK

Phase Shift Keying

Khóa dịch pha

QoS

Quality of Service

Chất lượng dịch vụ

QPSK

Quadrature Phase Shift

Điều chế pha vuông góc

Keying
RF

Radio Frequency

RS

Reed - Solomon error

Tần số radio (cao tần)
Mã sửa sai Reed – Solomon

correction code
SCPC

Single-Channel-Per-Carrier

SDTV

Standard Definition

Đơn kênh trên một sóng mang
Truyền hình phân giải tiêu chuẩn

Televition
SOF

Start Of Frame

Bắt đầu khung

SSPA

Solid State Power Amplifier

Bộ khuếch đại công suất bán dẫn

SYNC

Synchronization

Đồng bộ

TS

Transport Stream

Dòng truyền tải

Tx

Transmitter

Máy phát tín hiệu

TWTA

Traveling Wave Tube

Bộ khuếch đại dùng đèn sóng

Amplifier

chạy

ULPC

Uplink Power Control

Điều khiển công suất phát lên

UP

User Packet

Gói người dùng

UPL

User Packet Length

Độ dài gói người dùng

4


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng I.1. Các thông số cơ bản của hệ thống truyền hình số DVB-S......................17
Bảng I.2. Giá trị Eb/No yêu cầu tương ứng BER≤2x10-4 sau giải mã Reed Solomon
với các biến thể hệ thống DVB-S khác nhau..........................................................17
Bảng I.3. Giá trị các trường trong MATYPE-1 .....................................................22
Bảng I.4. Các tham số mã hóa đối với khung FECFRAME thường ......................26
Bảng I.5. Thông số của bộ xáo trộn bit trong tiêu chuẩn DVB-S2.........................29
Bảng I.6. Số lượng các SLOT theo độ dài XFECRAME.......................................33
Bảng I.7. Các thông số cơ bản của hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB-S2 .........38
Bảng I.8. Giá trị Eb/No yêu cầu tương ứng với các biến thể khác nhau của hệ thống
truyền hình số vệ tinh DVB-S2..............................................................................39
Bảng I.9. Hiệu quả truyền dẫn ...............................................................................41
Bảng III.1.Xác định góc phương vị........................................................................74
Bảng III.2. Ví dụ phân bố mưa trong dải băng tần Ku:...........................................80
Bảng III.3Tỷ lệ năng lượng bit và nhiễu tối thiểu với DVB-S2 ..............................85
Bảng III.4. EIRP băng tần KU ...............................................................................87
Bảng III.5. G/T băng tần Ku ..................................................................................88
Bảng III.6. Các giá trị SFD băng tần Ku. ..............................................................89
Bảng III.7. Xác định công suất phát HPA khi không mưa......................................89
Bảng III.8. Công suất phát sóng HPA khi mưa 7dB...............................................91
Bảng III.9. Tỷ số sóng mang trên nhiễu tuyến Uplink............................................91
Bảng III.10. Góc ngẩng và góc phân vị với các trạm thu trên toàn lãnh thổ: ..........91

5


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ

Hình I.1: Sơ đồ mã hóa và điều chế tín hiệu trong DVB-S.....................................11
Hình I.2. Cấu trúc gói dữ liệu của luồng TS...........................................................12
Hình I.3. Cấu trúc gói sau khi được mã hóa RS .....................................................13
Hình I.4. Sơ đồ ghép xem và giải ghép xem ..........................................................14
Hình I.6. Sơ đồ khối hệ thống DVB-S2 .................................................................18
Hình I.7. Hoạt động của bộ mã hóa CRC-8............................................................20
Hình I.8. Định dạng đầu ra sau khối thích nghi kiểu truyền dẫn.............................21
Hình I.9. Các thành phần trong khối thích nghi dòng truyền tải .............................23
Hình I.10. Khung BBFRAME tại đầu ra khối thích nghi dòng truyền tải ...............24
Hình I.11. Nguyên lý ngẫu nhiên hóa trong DVB-S2.............................................24
Hình I.12. Các thành phần trong khối mã hóa trước FEC.......................................25
Hình I.13. Cấu trúc FECFRAME sau bộ mã hóa trước ..........................................25
Hình I.14. Sơ đồ xáo trộn bit, điều chế 8PSK và khung FECFRAME thường........28
Hình I.15. Các sơ đồ điều chế được sử dụng trong DVB-S2 ..................................30
Hình I.16. Ánh xạ các bit trong điều chế phân cấp.................................................30
Hình I.17. Minh họa cấu trúc khung vật lý được sử dụng trong DVB-S2 ...............31
Hình I.18. Quá trình tạo thành FECFRAME trong DVB-S2 ..................................32
Hình I.19. Các thành phần của khối tạo khung PLFRAM ......................................33
Hình I.20. Cấu trúc của PLHEADER ....................................................................34
Hình I.21. Ứng dụng VCM....................................................................................36
Hình I.22. Phương pháp ACM tự động điều chỉnh các tham số điều chế và mã hoá
một cách linh hoạt theo từng điều kiện thời tiết cụ thể. ..........................................37
Hình I.23. Mô hình hệ thống truyền hình qua vệ tinh.............................................42
Hình II.1. Sơ đồ khối của hệ thống phát lên vệ tinh ...............................................44
Hình II.2. Sơ đồ hệ thống cung cấp nguồn tín hiệu đầu vào ...................................46
Hình II.3. Sơ đồ hệ thống xử lý tín hiệu.................................................................48
Hình II.4. Sơ đồ hệ thống head-end .......................................................................50
Hình II.5. Sơ đồ kết nối vật lý của hệ thống head-end............................................52
6

Hình II.6. Sơ đồ giám sát và cảnh báo các thiết bị kết nối với Mux........................52
Hình II.7. Sơ đồ tạo và quản lý các Service trên Mux ............................................53
Hình II.8. Giao diện modul điều khiển chuyển mạch ASI ......................................53
Hình II.9. Testing hệ thống Headend tạo TS8 .......................................................54
Hình II.10. Tạo dòng TS9 trên Headend ................................................................54
Hình II.11. Sơ đồ hệ thống giám sát.......................................................................55
Hình II.12. Giám sát Multiview ............................................................................56
Hình II.13. Sơ đồ truyền dẫn tín hiệu truyền hình qua vệ tinh chuẩn DVB-S2. ......59
Hình II.14. Anten phát sóng 6.3m tại trạm phát sóng 65 Lạc Trung .......................60
Hình II.15. Hệ thống Điều chế, Upconverter, và UPC trạm phát sóng vệ tinh........61
Hình II.16. Khối khuếch đại công suất trạm phát sóng vệ tinh ...............................62
Hình II.17. Khối giám sát và điều khiển công suất phát sóng truyền hình vệ tinh..63
Hình II.18. Tín hiệu phát sóng truyền hình vệ tinh VTC tại Trạm Uplink ..............64
Hình II.19. Tín hiệu bộ phát đáp K1 của Vinasat-1 tại NOC Vinasat-1. ................64
Hình II.20. Tín hiệu bộ phát đáp K2 của Vinasat-1 tại NOC Vinasat-1. ................65
Hình II.21. Tín hiệu thu sóng truyền hình vệ tinh VTC tại phía thu ......................65
Hình III.1. Sơ đồ tuyến truyền của truyền hình số vệ tinh ......................................68
Hình III.2. Sơ đồ xác định góc phương vị và góc ngẩng của antren .......................72
Hình III.3. Vị trí của trái đất ..................................................................................73
Hình III.4. Nhiễu nhiệt thực tế...............................................................................77
Hình III.5. Sơ đồ tuyến lên và tuyến xuống ...........................................................82

7


MỞ ĐẦU
Dịch vụ truyền hình số vệ tinh trên Thế giới được phát sóng lần đầu tại Thái
Lan và Nam Phi vào thời điểm cuối năm 1994, ứng dụng tiêu chuẩn công nghệ
DVB-S phiên bản đầu tiên của Châu Âu do tổ chức DVB phát triển. Trải qua thời

gian, DVB-S trở nên hết sức phổ biến để ứng dụng cho phân phối các dịch vụ
truyền hình vệ tinh, với hơn 100 triệu máy thu được sử dụng trên khắp Thế giới cho
tới thời điểm hiện nay. Như vậy, DVB-S đã đi qua chặng đường phát triển công
nghệ hơn 20 năm và mặc dù đã và đang hết sức phổ biến nhưng cũng đã đến lúc cần
có những cải tiến và bổ sung tính năng cho hệ thông tiêu chuẩn này. Chính vì vậy,
DVB-S2 đã được phát triển để ứng dụng những tiến bộ kỹ thuật mới nhất trong mã
hóa kênh, điều chế và sửa lỗi để tạo ra hệ thống mới hoàn hảo hơn để cung cấp các
dịch vụ mới băng thông rộng hơn. Bằng việc kết hợp với kỹ thuật mã hóa hình ảnh
MPEG-4, tiêu chuẩn DVB-S2 mở ra khả năng thương mại hóa các dịch vụ băng
rộng như HDTV trên cùng tài nguyên băng thông tần số trước đây, điều mà DVB-S
không thực hiện được.
Hiện nay, tiêu chuẩn DVB-S2 được triển khai rộng rãi trên Thế giới bởi các
nhà cung cấp dịch vụ hàng đầu như BskyB ở Anh và Ailen, Premiere ở Đức, Sky ở
Italia, Direct TV ở Mỹ... Hơn nữa, DVB-S2 còn được chấp nhận sử dụng rộng rãi
bởi các nhà khai thác cung cấp dịch vụ DTH khác ở Châu Mỹ, Châu Á, Trung Đông
và Châu Phi.
Tại Việt Nam, truyền hình số qua vệ tinh chính thức được Đài truyền hình
Việt Nam ứng dụng từ năm 1998 để truyền dẫn các chương trình truyền hình đến
các trạm phát lại trên phạm vi toàn quốc và đến 2002 bắt đầu triển khai phát sóng
truyền hình số vệ tinh dạng thức DTH trên băng tần Ku vừa cung cấp dịch vụ truyền
hình trực tiếp vừa làm chức năng truyền dẫn.
Theo thống kê, năm 2005 số lượng thuê bao truyền hình trả tiền của Việt
Nam khoảng 2,1 triệu, nhưng đến năm 2010, con số này đã lên đến trên 4,2 triệu
thuê bao. Từ khi vệ tinh VINASAT-1 được phóng lên quỹ đạo tháng 4/2008, truyền
hình số vệ tinh đã có những bước phát triển vượt bậc cả về số lượng các nhà cung
8


cấp dịch vụ, số lượng thuê bao và cả số lượng kênh truyền hình, kênh phát thanh.
Tháng 1/2009, Tổng Công ty VTC ra mắt dịch vụ DTH với gói kênh HDTV đầu

tiên phát sóng qua vệ tinh VINASAT-1.
Ngày 16/2/2009 Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định 22/2009/QĐTTg phê duyệt Quy hoạch truyền dẫn phát sóng phát thanh truyền hình đến năm
2020 với định hướng thực hiện thành công lộ trình chuyển đổi công nghệ từ kỹ
thuật tương tự sang kỹ thuật số vào thời điểm cuối năm 2020.
Đến thời điểm hiện nay, truyền hình số vệ tinh tiêu chuẩn DVB-S/S2 được
ứng dụng phổ biến tại Việt Nam, hầu hết các đài PTTH lớn, các doanh nghiệp cung
cấp dịch vụ truyền dẫn phát sóng đều đã và đang ứng dụng để cung cấp dịch vụ và
tiêu chuẩn DVB-S/S2 đã được đưa vào định hướng phát triển công nghệ nêu trong
Quy hoạch truyền dẫn phát sóng phát thanh, truyền hình đến năm 2020. Có thể điểm
qua một số đơn vị đang ứng dụng rộng rãi tiêu chuẩn DVB-S/S2 như sau:
Năm 2008, VTC đã đầu tư xây dựng trạm phát Uplink lên vệ tinh VinaSat-1
sử dụng chuẩn DVB-S2 để truyền dẫn tín hiệu truyền hình số với mục đích mở rộng
và phát quảng bá tín hiệu truyền hình đến các vùng sâu, vùng xa, tuyên truyền
đường lối của Đảng và chính phủ, đáp ứng nhu cầu thông tin và nâng cao dân trí
cho đồng bào. Bên cạnh đó VTC còn cung cấp các dịch vụ chất lượng cao như
truyền hình độ phân giải cao HDTV, các dịch vụ tương tác hai chiều để đáp ứng
nhu cầu công nghệ và giải trí.
Liên doanh VSTV với Đài THVN phát sóng DVB-S trên vệ tinh VINASAT1 cung cấp các dịch vụ nội dung SD và đang triển khai tiếp hệ thống phát sóng
DVB-S2.
Công ty cổ phần Nghe nhìn Toàn cầu đã có giấy phép và đã cung cấp dịch vụ
nội dung SDTV và HDTV trên vệ tinh NSS-6 ứng dụng tiêu chuẩn DVB-S2 và năm
2015 đã chuyển sang vệ tinh VINASAT-2.
Ngoài ra, một số Đài PTTH như Đài TH thành phố HCM, Đài Tiếng nói
Nhân Dân TP HCM,... đã có giai đoạn thử nghiệm thành công phát sóng truyền hình

9


số qua vệ tinh và sẽ triển khai phát sóng ổn định chính thức trong tương lai gần, phù
hợp định hướng Quy hoạch.

Ngày 16 tháng 5 năm 2012 VINASAT-2 đã được phóng thành công lên quĩ
đạo trở thành vệ tinh thứ 2, hai vệ tinh này trở thành một hệ thống vệ tinh
VINASAT sẵn sàng cung cấp các dịch vụ truyền hình có độ tin cậy cao, chất lượng
cạnh tranh so với nhiều hệ thống vệ tinh của khu vực và thế giới.
Cùng với sự phát triển của xã hội thì trong những năm tới nhu cầu sử dụng
truyền hình có độ phân giải cao là rất lớn, ngoài những dịch vụ giải trí thì người
dùng còn có những nhu cầu sử dụng các dịch vụ có băng thông lớn như intemet qua
vệ tinh là rất lớn, tiêu chuẩn DVB-S2 là tiêu chuẩn hứa hẹn sẽ đáp ứng được nhu
cầu ngày càng tăng. Do vậy ứng dụng tiêu chuẩn DVB-S2 vào truyền hình số vệ
tinh là rất cần thiết để đạt được hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao.
Với mục tiêu như vậy tác giả đã chọn đề tài “NGHIÊN CỨU PHÂN HỆ
PHÁT TRONG HỆ THỐNG DVB-S2 VÀ ỨNG DỤNG TẠI TỔNG CÔNG TY
TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN VTC” để làm luận văn tốt nghiệp thạc sỹ.
Cấu trúc của luận văn gồm: phần mở đầu và chương 1,2,3 cùng phần kết
luận, kiến nghị.
Nội dung chính của luận văn được trình bày trong 3 chương như sau:
Chương 1: Tổng quan về phương thức điều chế DVB-S, DVB-S2 và ứng
dụng trong hệ thống phát lên vệ tinh.
Chương 2: Kiến trúc của hệ thống Head-End, hệ thống phát lên vệ tinh.
Chương 3: Tính toán các thông số của hệ thống phát lên vệ tinh (Uplink),
ứng dụng trong trạm phát lên vệ tinh của Tổng công ty truyền thông đa phương tiện
VTC
Một lần nữa tôi xin trân trọng cảm ơn và biết ơn sâu sắc bởi sự tận tình
hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Vũ Văn Yêm đã giúp tôi trong quá trình thực
hiện luận văn này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các bạn đồng nghiệp VTC đã
giúp đỡ tôi trong thời gian vừa qua. Do thời gian có hạn, trình độ bản thân còn hạn
chế nên không thể tránh khỏi những sai sót. Kính mong được sự góp ý của các thầy,
các cô cùng các bạn.

10

I. CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHẾ DVB-S, DVB-S2 VÀ
ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG PHÁT LÊN VỆ TINH
I.1. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHẾ DVB-S
Tiêu chuẩn DVB-S (EN 300 421) ra đời vào năm 1994, được sử dụng phổ
biến để truyền tín hiệu truyền hình quảng bá qua vệ tinh. Đường truyền vệ tinh
ngoài những ưu điểm còn tồn tại một nhược điểm lớn là cự ly thông tin lớn, chịu
ảnh hưởng mạnh của nhiễu và tạp âm…Bản thân dòng truyền tải MPEG-2 không
có chức năng sửa lỗi, chống nhiễu đường truyền do vậy không thể truyền trực
tiếp dòng truyền tải.
Tiêu chuẩn DVB-S được thiết kế trên cơ sở gia tăng khả năng chống
nhiễu cho dòng truyền tải MPEG-2.
Mã hóa trong DVB-S thực chất là các phương pháp mã hóa kênh truyền, quá
trình này nhằm mục đích hạn chế lỗi, chống nhiễu khi truyền tín hiệu đồng thời đảm
bảo an toàn thông tin khi truyền qua kênh truyền
Mã hóa kênh truyền theo chuẩn DVB-S được thực hiện ở hai mức: mã hóa
ngoài (Outer), và mã hóa trong (inner). Quá trình xử lý tín hiệu và mã hóa được
thực hiện như sau:

Mã hóa và ghép
kênh MPEG - 2

Thích nghi đầu vào
và phân tán năng
lượng

Mã hóa ngoài
RS(204,188)

Xáo trộn bit

Khối cao tần
RF

Điều chế QPSK

Lọc băng gốc

Mã hóa
trong
[Mã chập]

Hình I.1: Sơ đồ mã hóa và điều chế tín hiệu trong DVB-S

11


Trong đó:
Transport multiplex adaptation and randomization for energy dispersal: Thực
hiện nhiệm vụ phân bố lại năng lượng
Outer coding: Mã hóa ngoài
Convolutional interleaving: Chèn bảo vệ
Inner coding: Mã hóa trong
Baseband shaping for modulation: Lọc băng cơ sở
Modulation: Bộ điều chế
Quá trình sử lý luồng tín hiệu theo trình tự sau:
I.1.1 Khối thích nghi đầu vào và phân tán năng lượng

Luồng dữ liệu được đưa vào xử lý là luồng tín hiện mang thông tin và nội
dung về các chương trình do đó không thể tránh được việc xuất hiện các chuỗi bit
“1” hoặc “0” liên tiếp. Để tránh sự tập trung năng lượng tại tần số sóng mang, tránh
hiện tượng các bít “0” hay “1” liên tiếp nhau với số lượng lớn, khi đo pha tín hiệu
điều chế không thay đổi dẫn tới tín hiệu điều chế không thay đổi hay tín hiệu sẽ
không bị điều chế, Để tránh hiện tượng tập trung năng lượng tín hiệu đầu vào sẽ
được kết hợp với tín hiệu ngẫu nhiên hóa (bằng cách cộng modul 2) để biến tín hiệu
vào thành tín hiệu có phổ bất kỳ ( tín hiệu có phổ giống với tín hiệu giả ngẫu nhiên)
khi đó không xảy ra hiện tượng tập trung năng lượng nữa.
Luồng tín hiệu đầu vào được tổ chức thành các gói có độ dài cố định theo
chuẩn ISO/IEC DIS 13818-1 và được minh họa như hình sau:

Hình I.2. Cấu trúc gói dữ liệu của luồng TS

12


Tổng độ dài gói là 188 bytes trong đó bao gồm cả 1 byte đồng bộ. Byte đồng
bộ luôn được đặt là 47Hex và quá trình xử lý ở phía truyền bắt đầu tại bit MSB.
Việc xử lý này được thực hiện bằng cách sử dụng một thanh ghi dịch và một
hàm tạo chuỗi giả ngẫu nhiên để ngẫu nhiên hóa tín hiệu. Luồng dữ liệu được chia
thành các nhóm, mỗi nhóm 8 gói dữ liệu và byte đồng bộ của gói đầu tiên của
nhóm 8 gói này luôn luôn được đảo. Các byte đồng bộ của gói còn lại được giữ
nguyên, không bị ngẫu nhiên hóa và sử dụng cho các chức năng đồng bộ khác. Cứ
sau mỗi nhóm thanh ghi dịch lại được khởi tạo lại.
Mục đích của quá trình này là phân bố lại năng lượng cho luồng tín hiệu.
I.1.2 Mã hóa ngoài Reed - Solomon (RS)

Mã này còn được gọi là mã ngoài (outer code). RS là phương pháp mã ngoài
được chọn trong mã hóa kênh truyền của chuẩn DVB-S. Theo đó, luồng dữ liệu sau

khi được phân bố lại năng lượng, sẽ được mã hóa ngoài bằng phương pháp mã hóa
Reed-Solomon. Mã hóa RS được thực hiện bằng cách chèn thêm 16 bytes sửa lỗi
vào sau mỗi 188 bytes dữ liệu, mục đích của phương pháp mã hóa này nhằm đảm
bảo độ an toàn thông tin và khả năng chống nhiễu trong kênh truyền và phục hồi lỗi
tại phía thu.
Gói dữ liệu sau khi được mã hóa RS được minh họa như hình dưới đây:

Hình I.3. Cấu trúc gói sau khi được mã hóa RS
I.1.3 Khối xáo trộn bit

Dòng dữ liệu sau khi được mã hóa RS sẽ được thực hiện ghép xen, trong
chuẩn DVB-S thực hiện ghép xem với độ sâu I = 12 có nghĩa là Bộ Inteleaver bao
gồm 12 nhánh, được kết nối vòng với dòng byte đầu vào nhờ chuyển mạch đầu vào.

13


Mỗi nhánh là một thanh ghi dịch FIFO, với độ sâu mỗi nhánh là Mj (trong đó
M=17=N/I, N=204) và được minh họa như hình sau:

Hình I.4. Sơ đồ ghép xem và giải ghép xem
I.1.4 Khối mã hóa trong

Mã này còn được gọi là mã trong (inter code). DVB-S sử dụng mã sửa lỗi
Viterbi. Phương pháp mã hóa này nhằm đảm bảo khả năng chống nhiễu khi truyền
qua kênh truyền và khả năng khôi phục lỗi tại phía thu. Tuy theo điều kiện khác
nhau của kênh truyền mà ta sử dụng các tỷ lệ mã khác nhau như: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6
và 7/8 cho phù hợp với điều kiện truyền dẫn.
I.1.5 Lọc băng gốc và điều chế tín hiệu

Trong các thiết bị điều chế tín hiệu truyền hình số qua vệ tinh, tín hiệu được
xử lý bằng DSP ở khâu điều chế cũng như các bộ lọc số trung tần. Điều này
giúp cho tín hiệu truyền hình có được độ linh động cao và tốc độ ổn định. Việc
điều chế tín hiệu sử dụng DSP cho phép thay đổi kiểu điều chế (QPSK, 8PSK) dễ
dàng trong những trường hợp đặc biệt (ví dụ như truyền hình lưu động DSNG).
Tín hiệu vào bộ điều chế là tín hiệu số với các xung biểu diễn” 0”và”1”.
Phổ tần số của các tín hiệu này theo lý thuyết là vô hạn và đòi hỏi kênh truyền
cũng phải có băng thông vô hạn để truyền dẫn. Điều này không thể thực hiện
14


được trong thực tế do vậy cần phải có các bộ lọc để hạn chế dải thông của tín
hiệu. Sử dụng các bộ lọc dẫn đến can nhiễu giữa các symbol liền nhau, được gọi là
nhiễu liên symbol ISI. Để khắc phục điều này, các bộ lọc phải thỏa mãn tiêu
chuẩn Nyquist. Loại bộ lọc được sử dụng trong trong tiêu chuẩn DVB-S là bộ lọc
cos nâng, được đặc trưng bởi hệ số roll-off α.
Hàm truyền đạt H(f) của bộ lọc cos nâng:
H(f) = 1 với |f| < fN(1- α)

(1.5)
1/ 2

1 1
  f N  | f | 
H ( f )    sin

2 f N  

2 2

với fN(1- α)  |f|  fN(1+ α)

H(f) = 0 với |f| > fN(1+ α)
Trong đó f N 

(1.6)
(1.7)

R
1
 S là tần số Nyquist và α là hệ số roll-off được lựa
2TS
2

chọn tùy theo kiểu điều chế được sử dụng. Khi sử dụng điều chế BPSK và QPSK
hệ số α = 0,35. Đối với điều chế 8PSK hay 16QAM hệ số α = 0,35 hoặc 0,25
tùy thuộc vào cấu hình thiết bị hay lựa chọn của người sử dụng hệ thống.

Sau khi qua bộ lọc, tín hiệu được đưa tới khối điều chế. Phương pháp điều
chế được sử dụng trong tiêu chuẩn DVB-S là điều chế pha vuông góc QPSK.
Sở dĩ được gọi là điều chế vuông góc vì tín hiệu sau điều chế gồm 2 thành phần I

15


(Inphase) và Q (Quadrature) lệch nhau 900. Trong DVB-S, 2 thành phần I, Q này
chính là 2 đầu ra của bộ tạo mã chập.

Hình I.5. Sơ đồ khối điều chế và giải điều chế QPSK trong DVB-S
Tín hiệu sau khi qua bộ lọc băng gốc gồm 2 thành phần I(t) và Q(t)

được đưa vào 2 bộ trộn (Mixer). Bộ trộn điều chế 2 tín hiệu thành phần I, Q với
tín hiệu được lấy từ bộ dao động nội (Local Oscillator), tuy nhiên đối với thành
phần Q (Quadrature) thì tín hiệu từ bộ dao động nội được đảo pha 90o. Đầu ra của
2 bộ trộn kết hợp lại tạo thành sóng mang với các góc pha là π/4, 3π/4, 5π/4, 7π/4.
Mỗi trạng thái pha này biểu diễn một symbol tương ứng trong biểu đồ chòm
sao. Phương pháp điều chế QPSK có 4 trạng thái symbol do vậy mỗi symbol bao
gồm log24 = 2 bit, tương ứng với tốc độ dữ liệu tăng gấp 2 lần so với điều chế
BPSK thông thường.

Hình I.6. Giản đồ chòm sao định vị các bit điều chế QPSK
Tín hiệu sau điều chế sẽ được đưa đến khối cao tần nhằm biến đổi tín hiều trung
tần thành cao tần trước khi khuếch đại công suất để đưa đến anten phát lên vệ tinh.
16


 Các thông số truyền hình theo phương thức điều chế DVB-S
Các yêu cầu về thông số kỹ thuật chung của hệ thống DVB-S/S2 cần thiết để
đảm bảo chắc chắn các thiết lập chế độ phát tại phía phát phù hợp với tiêu chuẩn
Châu Âu DVB-T và tương thích hoàn toàn với thiết bị thu đáp ứng tiêu chuẩn này
mà không cần có bất cứ hiệu chỉnh hoặc điều chỉnh nào bằng phần cứng hoặc phần
mềm. Các thông số chung của hệ thống DVB-S được tham chiếu và áp dụng nguyên
vẹn từ tài liệu ETSI EN 300 421 V1.1.2 về khuyến nghị cấu trúc khung, mã hóa
kênh và điều chế đối với hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB-S. Cụ thể như sau:
Các thông số cơ bản hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB-S
Bảng I.1. Các thông số cơ bản của hệ thống truyền hình số DVB-S
stt

Thông số

Yêu cầu

Hệ thống truyền hình số vệ tinh

DVB-S

Dải tần số

11/12Ghz

Hệ số α

0.35

Phương thức điều chế số

QPSK

Tỷ lệ mã sửa sai (FEC)

1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8

Theo tài liệu tiêu chuẩn ETSI EN 300 421 thì các giá trị Eb/No của tín hiệu
thu truyền hình số vệ tinh DVB-S được nêu trong tiêu chuẩn là các giá trị có tính
chất tham chiếu giới hạn dưới. Cụ thể như sau:
Bảng I.2. Giá trị Eb/No yêu cầu tương ứng BER≤2x10-4 sau giải mã Reed
Solomon với các biến thể hệ thống DVB-S khác nhau
Chế độ điều

Tỷ lệ mã

Hiệu quả phổ

Giá trị Eb/No (dB) tương ứng với

chế

sửa sai

tần (ηtot)

BER≤2x10-4 trước giải mã RS

QPSK

1/2

0.92

4.5

QPSK

2/3

1.23

5.0

QPSK

3/4

1.38

5.5

QPSK

5/6

1.53

6.0

QPSK

7/8

1.61

6.4

17


I.2 PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHẾ DVB-S2

Phát quảng bá trực tiếp qua vệ tinh thực ra không phải là kỹ thuật mới.
Phương thức này đã áp dụng từ lâu trên thế giới, nhưng đến nay tính ưu việt của nó
thực sự có tác dụng rộng rãi cho mọi đối tượng, mang lại hiệu quả thiết thực và là

một trong những phương tiện thông tin hàng đầu của thế giới đang được sử dụng
rộng rãi và luôn phát triển đáp ứng nhu cầu thông tin cho con người.
Tiếp theo sự thành công của DVB-S là sự ra đời của DVB-S2 để khắc phục
những hạn chế và nhược điểm của DVB-S. Hiện nay, DVB-S2 cũng đã được triển
khai ở một số nước trên thế giới, mang lại nhưng thành công nhất định
DVB-S2 là thế hệ thứ 2 của truyền hình số phát qua vệ tinh, được phát triển
từ năm 2003, phiên bản mới nhất là V1.2.1 tháng 8 năm 2009. DVB-S2 kết hợp
chức năng của truyền hình quảng bá DVB-S và các ứng dụng chuyên nghiệp DVBDSNG trong một tiêu chuẩn duy nhất. Trong tương lai, DVB-S2 sẽ dần thay thế cả
hai tiêu chuẩn này nhờ sự vượt trội về hiệu quả sử dụng băng tần và độ linh hoạt.
Sơ đồ khối hệ thống DVB-S2 như sau:

Hình I.7. Sơ đồ khối hệ thống DVB-S2

18


I.2.1. Khối thích nghi kiểu truyền dẫn

Khối thích nghi kiểu truyền dẫn thực hiện việc thích nghi giao diện đầu vào,
mã hóa CRC-8 để phát hiện lỗi, đồng bộ và kết hợp dòng bit (trong trường hợp đầu
vào đa chương trình), chia nhỏ dòng bit thành các DATA FIELD. Cuối cùng,
một tín hiệu báo hiệu được thêm vào để thông báo cho phía thu biết những thông
tin cơ bản về dữ liệu và cấu trúc khung. Định dạng của chuỗi bit đầu ra của khối
thích nghi kiểu truyền dẫn sẽ bao gồm trường BBHEADER (80 bit) và trường dữ
liệu DATA FIELD có kích thước không cố định.


Khối giao diện đầu vào
Theo định nghĩa, đầu vào của hệ thống DVB-S2 có thể là:

-

Một hoặc nhiều dòng truyền tải (TS) MPEG.

-

Một hoặc nhiều dòng dữ liệu chung, có thể là dòng bit liên tục hoặc dạng

gói.
Do DVB-S2 chấp nhận nhiều dạng đầu vào khác nhau nên các dạng đầu vào này
cần phải được nhận biết và chuyển về một dạng chung. DVB-S2 phân loại đầu vào
dựa trên độ dài của dòng bit và gán các giá trị độ dài gói UPL (User Packets
Length) tương ứng như sau:
-

Dòng truyền tải TS: Giá trị UPL cố định và bằng (188 x 8) bit (độ dài một

gói MPEG). Byte đầu tiên luôn là byte đồng bộ (47HEX).
-

Dòng dữ liệu chung: Có thể là dòng bit liên tục (được gán UPL = 0D),

hoặc dạng gói dữ liệu. Trong trường hợp gói, nếu độ dài gói không đổi và nhỏ hơn
64K thì UPL được gán bằng độ dài của gói, nếu không thỏa mãn 2 điều kiện
trên thì đầu vào được xem như liên tục (UPL = 0D).
Đối với các gói dữ liệu không phải dòng truyền tải, nếu byte đồng bộ là byte đầu
tiên của gói thì byte này sẽ không bị thay đổi. Nếu không, byte đồng bộ bằng 0D sẽ
được thêm vào phía trước của gói đồng thời giá trị UPL tăng thêm 8 bit.
-

Tín hiệu điều khiển ACM (ACM Command): Nếu hệ thống làm việc trong

chế độ mã hóa điều chế thích nghi ACM, tín hiệu điều khiển có thể được sử dụng
để điều chỉnh tỷ lệ đầu vào cho phù hợp với điều kiện truyền dẫn.
19




Bộ mã hóa CRC-8
Mã hóa CRC chỉ được sử dụng cho dạng dữ liệu gói. Nếu UPL = 0D thì

khối này được bỏ qua không xử lý.
Trường hợp UPL ≠ 0, dòng bit đầu vào sẽ có dạng một chuỗi các gói dữ liệu
người dùng UP (User Packet) với độ dài UPL, bắt đầu bằng byte đồng bộ (byte
đồng bộ được hệ thống gán bằng 0 nếu không có).
Nếu như vậy, phần mang thông tin có ích của gói UP (ngoại trừ byte
đồng bộ) sẽ được đưa vào bộ mã hóa CRC, với đa thức sinh: g(X) = (X5 + X4 +
X3 + X2 + 1)(X2 + X + 1)(X + 1) = X8 + X7 + X6 + X4 + X2 + 1.
Đầu ra bộ mã hóa CRC là phần dư của phép tính: [ X8u(X): g(X) ], trong
đó u(X) là gói đầu vào sau khi trừ đi 8 bit của byte đồng bộ. Giá trị này sẽ thay thế
cho byte đồng bộ của gói UP tiếp theo, còn byte đồng bộ bị thay thế sẽ được
copy vào trường SYNC của BBHEADER.

Hình I.8. Hoạt động của bộ mã hóa CRC-8


Khối Merger/Slicer
Đầu vào của bộ Merger/Slicer có thể là dòng bit liên tục hoặc gói UP.

Khối Merger/Slicer gồm 2 thành phần, thực hiện 2 nhiệm vụ khác nhau:
 Slicer:
Đọc dòng dữ liệu vào (trường hợp có nhiều đầu vào thì chỉ đọc 1 trong số
các dòng đầu vào) rồi chia thành các khối DATA FIELD có kích thước DFL (Data
Field Length). Giá trị DFL phải thỏa mãn:
(Kbch-80) ≥ DFL ≥ 0
20


Trong đó KBCH là độ dài khối bit trước khi mã hóa BCH (nhận các giá trị
khác nhau, tùy theo tỷ lệ mã được áp dụng), 80 bit là kích thước của trường
BBHEADER.
 Merger:
Liên kết các khối DATA FIELD của cùng một dòng đầu vào. Trong trường
hợp chỉ có một dòng dữ liệu đầu vào thì khối khối Merger trở nên không cần
thiết và được bỏ qua.
Tùy thuộc vào ứng dụng, việc phân chia các bit vào trường DATA
FIELD có thể được thực hiện theo 2 cách:
-

Lấp đầy kích thước tối đa của DATA FIELD, tương ứng với độ dài bit yêu

cầu trước khi mã hóa BCH trừ đi 80 bit BBHEADER (Kbch-80). Như vậy, một gói
UP có thể bị chia vào nhiều DATA FIELD khác nhau.
-

Ngược lại, có thể phân chia sao cho mỗi DATA FIELD chỉ chứa một số

nguyên các UP.
Do các gói UP có thể bị chia vào các DATA FIELD khác nhau và các byte

đồng bộ được thay thế bằng trường sửa lỗi CRC-8, nên để thực hiện đồng bộ ở phía
phát cần chỉ ra số các bit tính từ đầu một DATA FIELD cho đến bit bắt đầu của
trường CRC-8 đầu tiên. Khoảng cách này sẽ được chứa trong trường SYNCD
trong BBHEADER.
Time

Generic Continuous Stream

Packetised stream
CRC8

UP

CRC8

UP

CRC8

UP

CRC8

UP

CRC8

UP

SYNCD

80 bits

DLF

BBHEADER

MATYPE
(2 bytes )

UPL
(2 bytes )

DFL
(2 bytes )

DATA FIELD

SYNC
(1 byte)

SYNC
(2 bytes )

CRC-8
(1 byte)

Hình I.9. Định dạng đầu ra sau khối thích nghi kiểu truyền dẫn

21



Chèn BBHEADER
Một trường BBHEADER có độ dài cố định (10 byte) sẽ được thêm vào phần

đầu của DATA FIELD nhằm xác định cấu trúc của DATA FIELD đó.
BBHEADER gồm các thành phần:
1)

MATYPE (2 byte): mô tả định dạng dòng dữ liệu đầu vào, phương pháp

thích nghi kiểu truyền dẫn, chế độ làm việc CCM hay ACM, hệ số roll-off α.
Trong đó:
 Byte đầu tiên (MATYPE-1) gồm các thành phần:
TS/GS-Transport Stream/Generic Stream: Đầu vào là dòng truyền tải hay

-

dòng dữ liệu chung (2 bit).
-

SIS/MIS-Single Input Stream/Multiple Input Stream: Một hay nhiều dòng

dữ liệu đầu vào (1bit).
CCM/ACM: Mã hóa và điều chế không đổi CCM hay mã hóa và điều chế

-

thích nghi ACM (1bit).

ISSYI-Input Stream Synchronization Indicator: Chỉ thị cơ chế định thời ở

-

phía thu có hoạt động hay không (1bit).
NPD-Null Packet Deletion: Chỉ thị cơ chế xóa các gói rỗng có hoạt động

-

hay không (1bit).
RO: Hệ số roll-off α (2bit).

-

Bảng I.3. Giá trị các trường trong MATYPE-1
TS/GS

SIS/MIS

11: Dòng gói 1=
truyền tải
00:

Dữ

dòng
liệu 0=nhiều

chung, gói
01:

Dữ

dòng

một

CCM/ACM

ISSYI

NPD

R0

1: Có

1: Có

1: Có

00=0,35

0: ACM

0: Không

0: Không

01=0,25

liệu

10=0,20

chung,liên tục

11=dự

10: Dự phòng

phòng

22