Công nghệ truyền hình số mặt đất và triển khai tại việt nam

ĐÀO TRỌNG TUYẾN

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

ĐÀO TRỌNG TUYẾN

NGÀNG KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG

CÔNG NGHỆ TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT
VÀ TRIỂN KHAI TẠI VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG

kho¸ 2012-2014
2012

Hà Nội, năm 2014


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

ĐÀO TRỌNG TUYẾN

CÔNG NGHỆ TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT
VÀ TRIỂN KHAI TẠI VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. NGUYỄN VĂN KHANG

NĂM 2014


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung và số liệu được trình bày trong luận văn
là công trình nghiên cứu của tôi theo sự hướng dẫn củaPGs. Ts. Nguyễn VănKhang.

Hà Nội, ngày 15 tháng 3 năm 2014
Người viết

Đào Trọng Tuyến

i


LỜI CẢM ƠN
Quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp là sự vận dụng những kiến thức khoa
học, đồng thời cũng là cơ hội để rèn luyện kỹ năng làm việc một cách khoa học. Sau
thời gian nghiên cứu đề tài luận văn, mặc dù gặp không ít khó khăn trong thời gian
đầu nhưng đến nay tôi đã hoàn thành quá trình nghiên cứu và có được những kết
quả như mong muốn. Tất cả những thành quả có được là nhờ sự giúp đỡ của thầy
cô, gia đình và bạn bè.
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Khang đã tận tình hướng dẫn,
truyền đạt kiến thức, động viên và giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình nghiên cứu
để tôi hoàn thành tốt đề tài của mình.
Tôi xin cảm ơn quý thầy cô trongViện Điện Tử Viễn Thông đã tận tình giúp

đỡ cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu của tôi trong suốt thời gian
qua.
Con kính gởi đến ba mẹ và những người thân yêu nhất của con lòng biết ơn
sâu sắc về những gì mà mọi người đã giành cho con, để con có đầy đủ điều kiện học
tập và nghiên cứu.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Đốc Đài Phát và Truyền Hình Kiên
Giangvà các đồng nghiệp trong và ngoài ngành phát thanh truyền hình đã tạo điều
kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Tôi xin cảm ơn tất cả các bạn học viên lớp cao học Kỹ Thuật Truyền Thông
CH2012B đã giúp đỡ và động viên tinh thần tôi rất nhiều trong quá trình tôi nghiên
cứu đề tài của mình.
Cuối cùng xin gởi đến quý Thầy Cô và tất cả các bạn lời chúc sức khỏe và
thành công trong cuộc sống.
Chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 15 tháng 03 năm 2014
Học viên

Đào Trọng Tuyến
ii


MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................. ii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................................ v
DANH SÁCH HÌNH........................................................................................................ x
MỞ ĐẦU................................................................................................................... xiii
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHÁT HÌNH SỐ DVB-T ......................................... 1

1.1 Giới thiệu các tiêu chuẩn truyền hình số .......................................................... 1
1.1.1 Chuẩn ATSC ................................................................................................ 2
1.1.2 Chuẩn ISDB-T.............................................................................................. 4
1.1.3 Truyền hình số tiêu chuẩn Châu Âu .............................................................. 5
1.2 Kỹ thuật điều chế cơ sở ..................................................................................... 6
1.2.1 Khóa dịch biên ASK ..................................................................................... 7
1.2.2 Khóa dịch pha PSK ...................................................................................... 8
1.2.3 Điều chế biên độ vuông góc (QAM) .............................................................. 9
1.2.4 Ghép đa tần trực giao OFDM ...................................................................... 9
1.3 Tổng quan về DVB-T ...................................................................................... 10
1.3.1 Ưu điểm của truyền hình số mặt đất ........................................................... 11
1.3.2 Sơ đồ khối của hệ thống DVB-T ................................................................. 13
CHƯƠNG 2 MẠNG PHÁT HÌNH SỐ TẠI VIỆT NAM.......................................... 33
2.1 Mạng phát hình số tại các tỉnh........................................................................ 33
2.2 Mạng phát hình số của Đài Truyền hình Việt Nam ....................................... 34
2.3 Mạng phát hình số VTC.................................................................................. 37
2.3.1 Mạng phát hình số VTC giai đoạn 1 (2001- 2004) ...................................... 38
2.3.2 Mạng phát hình số VTC giai đoạn 2 (2005-2008) ....................................... 40
2.3.3 Mạng phát hình số VTC giai đoạn hiện nay (2009-đến nay) ....................... 41
2.4 Mạng phát hình Công ty AVG (An Viên Group). .......................................... 42
2.4.1 DVB-T trong môi trường bị phản xạ như là “mạng đơn tần tự nhiên” ........ 45
2.4.2 Điều kiện để thu tốt trong môi trường có phản xạ ....................................... 46
2.4.3 Mạng đơn tần (Single Frequency Network - SFN) ...................................... 47
2.4.4 Khoảng cách giữa các máy phát thuộc mạng đơn tần ................................. 60
CHƯƠNG 3 KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG DVB -T2 .................................................... 62
3.1 Giới thiệu về truyền hình số Châu Âu thế hệ thứ 2........................................ 62
3.1.1 Truyền hình số vệ tinh thế hệ thứ hai (DVB-S2) .......................................... 62
3.1.2 Truyền hình số qua cáp DVB-C2 ................................................................ 63
3.1.3 Truyền hình số mặt đất thế hệ thứ hai (DVB-T2) ........................................ 65
3.2 Xu hướng ứng dụng DVB-T2 trên thế giới..................................................... 66

iii


3.3 Đặc điểm công nghệ DVB-T2 .......................................................................... 67
3.3.1 Cấu trúc DVB-T2 ....................................................................................... 67
3.3.2 Lớp vật lý DVB – T2 ................................................................................... 69
3.3.3 Những giải pháp kỹ thuật cơ bản ................................................................ 70
3.4 Định hướng ứng dụng DVB - T2 tại Việt Nam............................................... 86
3.5 Khả năng ứng dụng DVB-T2 tại Việt Nam .................................................... 89
3.5.1 Về nhu cầu xem truyền hình........................................................................ 90
3.5.2 Về xu hướng công nghệ .............................................................................. 90
3.5.3 Về cơ sở hạ tầng kỹ thuật tại Việt Nam ....................................................... 90
CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................. 93
4.1 Kết luận ........................................................................................................... 93
4.1.1 Những nội dung chính đã được giải quyết trong luận văn ........................... 93
4.1.2 Những đóng góp khoa học và thực tiễn của luận văn .................................. 93
4.1.3 Những hạn chế của luận văn ...................................................................... 93
4.2 Kiến nghị.......................................................................................................... 93
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 95

iv


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ACM

Adaptive Coding and Modulation
Điều chế mã hóa thích nghi

ATSC

Advanced Television System Commitee
Uỷ ban hệ thống truyền hình mới (của Mỹ)

C/N
COFDM

Carrier-to-noise ratio - Tỷ số sóng mang trên tạp âm
Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing
Ghép đa tần trực giao có mã

DPCM

Differential Pulse Code Modulation
Điều chế xung mã vi sai

DQPSK

Differential Quadratue Phase Shift Keying
Khoá dịch pha vi sai bốn mức

DTV

Digital television - Truyền hình số

DVB-C

DVB – Cable - Truyền dẫn truyền hình số qua cáp

DVB-S

DVB – Satellite - Truyền dẫn truyền hình số qua vệ tinh

DVB-T

DVB – Terrestrial - Truyền dẫn truyền hình số mặt đất

EBU

the European Broadcasting Union
Uỷ ban phát thanh truyền hình Châu Âu

EDTV

Enhanced Definition TeleVision
Truyền hình phân giải nâng cao

ETSI

European Telecommunications Standards Institute
Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu

FDM

Frequency Division Multiplex - Ghép kênh phân chia tần số

FEC

Forward Error Corection – Mã sửa sai

FFT

Fast Fourier Transform - Chuyển đổi Fourier nhanh

HDTV

High Definition TeleVision - Truyền hình phân giải cao

I

In-phase - Đồng pha (dùng trong QAM)

Q

Quadrature phase - Vuông pha (dùng trong QAM)

IDFT

Inverse DFT - DFT ngược

IEC

International Electrotechnical Commission (part of the ISO)
Uỷ ban kỹ thuật điện tử quốc tế

v


IFFT

Inverse FFT - FFT ngược

ISDB-T

Intergeted Services Digital Broadcasting – Terrestrial
Hệ thống truyền hình số mặt đất sử dụng mạng đa dịch vụ (của Nhật)

JBIG

Joint Binary Image experts Group
Nhóm chuyên gia nghiên cứu tiêu chuẩn về ảnh nhị phân

JPEG

Joint Photographic Experts Group
Nhóm chuyên gia nghiên cứu tiêu chuẩn về ảnh

LDPC

Low Density Parity Check
Mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp

LDTV

Limited Definition TeleVision
Truyền hình phân giải giới hạn

LP

Low Priority bit stream - Dòng bít ưu tiên thấp

MB

Macro Block - Khối macro (dùng trong MPEG-2)

ML

Main Level (dùng trong MPEG-2)

MP

Main Profile (dùng trong MPEG-2)

MPEG

Moving Pictures Experts Group
Nhóm chuyên gia nghiên cứu về tiêu chuẩn hình ảnh động

MUX

Multiplex - Ghép kênh

OBO

Output Back Off
Độ dự trữ công suất đầu ra của bộ khuếch đại

OFDM

Orthogonal Frequency Division Multiplexing
Ghép đa tần trực giao

PAL

Phase Alternating Line
Hệ truyền hình màu PAL (pha thay đổi theo dòng quét)

PRBS

Pseudo-Random Binary Sequence
Chuỗi giả ngẫu nhiên nhị phân

QAM

Quadrature Amplitude Modulation
Điều chế biên độ vuông góc

QPSK

Quadratue Phase Shift Keying
Khoá dịch pha vuông góc

RF

Radio Frequency - Cao tần

vi

RS

Reed-Solomon

SFN

Single Frequency Network - Mạng đơn tần số

MFN

Multi Frequency Network - Mạng đa tần số

TS

Transport Stream - Luồng truyền tải

VCM

Variable Coding and Modulation
Điều chế mã hóa thay đổi

VLC

Variable Length Coding - Mã có độ dài thay đổi

vii


DANH SÁCH BẢNG
Bảng 1.1 Mô tả các thông số truyền dẫn cho ISDB-T kênh cao tần 8MHz. ........................ 4

Bảng 1.2 Đưa ra chuỗi bit truyền dẫn được tạo ra tương ứng với các tỷ lệ mã hoá khác
nhau. ............................................................................................................................... 17
Bảng 1.3 : Hoán vị bit theo mode 2k................................................................................ 23
Bảng 1.4 : Hoán vị các bit theo mode 8k.......................................................................... 23
Bảng 1.5: Độ dài khoảng bảo vệ ...................................................................................... 27
Bảng 1.6: Các tham số của 1 ký tự OFDM....................................................................... 28
Bảng 1.7: Các giá trị Cm,l, k theo các phương pháp điều chế.............................................. 29
Bảng 2.1:Khoảng thời gian bảo vệ Tbv có giá trị khác nhau theo quy định của DVB ........ 46
Bảng 2.2: Khoảng thời gian của Mega-Frame .................................................................. 54
Bảng 2.3. Khoảng cách tối đa giữa các máy phát mạng đơn tần ....................................... 60
Bảng 3.1: So sánh DVB-T và DVB-T2 tại UK ................................................................ 67
Bảng 3.2: So sánh DVB-T và DVB-T2 trong mạng đơn tần............................................. 67
Bảng 3.3. Thông số ánh xạ bít lên đồ thì chòm sao .......................................................... 77
Bảng 3.4: Số lượng dòng phụ tại bộ tách kênh ................................................................. 77
Bảng 3.5: Thông số tách kênh dòng bit đối với các tỷ lệ mã 1/2, 3/4/ 4/5 và 5/6 .............. 78
Bảng 3.6: Thông số tách kênh dòng bit đối với tỷ lệ mã 2/3 ............................................. 79
Bảng 3.7: Thông số tách kênh dòng bit đối với tỷ lệ mã 3/5 ............................................. 80
Bảng 3.8.a : ánh xạ đối với BPSK.................................................................................... 81
Bảng 3.8.b : Ánh xạ đối với thành phần thực của QPSK .................................................. 81
Bảng 3.8.c : Ánh xạ đối với thành phần ảo của QPSK ..................................................... 81
Bảng 3.8.d : Ánh xạ đối với thành phần thực của 16-QAM .............................................. 81
Bảng 3.8.e : Ánh xạ đối với thành phần ảo của 16-QAM ................................................. 81
Bảng 3.8.f : Ánh xạ đối với thành phần thực của 64-QAM .............................................. 81
Bảng 3.8.g : Ánh xạ đối với thành phần ảo 64-QAM ....................................................... 81
Bảng 3.8.h : Ánh xạ đối với thành phần thực của 256-QAM ............................................ 82
Bảng 3.8.i : Ánh xạ đối với thành phần ảo của 256-QAM ................................................ 82
Bảng 3.9 : Chuẩn hóa giá trị các điểm trên đồ thị chòm sao ............................................. 82

viii

Bảng 3.10: Mô tả gói T2-MI............................................................................................ 84
Bảng 3.11. mô tả độ dài lớn nhất khung LF trong symbol OFDM cho các FFT và khoảng
bảo vệ Tbv khác nhau (Cho độ rộng băng tần 8MHz). ..................................................... 86
Bảng 3.12. Số lượng NP2 ứng với các FFT...................................................................... 86

ix


DANH SÁCH HÌNH
Hình 1.1 Sau mô tả khung dữ liệu VSB. ............................................................................ 4
Hình 1.2a: Sơ đồ nguyên lý điều biên ................................................................................ 7
Hình 1.2b: Khóa bật, tắt ASK tắt – bật............................................................................... 7
Hình 1.3a: ASK đảo pha (PSK) ......................................................................................... 8
Hình 1.3.b: 2PSK (BPSK) ................................................................................................ 8
Hình 1.3c: Sơ đồ pha 2PSK ............................................................................................. 8
Hình 1.4a: 4PSK (QPSK) ................................................................................................. 9
Hình 1.4b: Sơ đồ pha 4PSK ............................................................................................. 9
Hình 1.5: Mô tả phổ tín hiệu OFDM và phổ RF thực tế .................................................. 10
Hình 1.6: Phổ của tín hiệu tương tự và tín hiệu số ............................................................ 12
Hình 1.7: Mô tả hiện tượng phản xạ................................................................................. 12
Hình 1.8. Sơ đồ khối chức năng hệ thống phát hình số mặt đất ........................................ 13
Hình 1.9. Sơđồ mô tả nguyên lý ngẫu nhiên, giải ngẫu nhiên chuỗi số liệu. ..................... 14
Hình 1.10. Sơ đồ nguyên lý của bộ ghép và tách ngoại .................................................... 15
Hình 1.11. (a,b,c,d). Các bước trong quá trình ngẫu nhiên, mã hoá ngoại, ghép xen ngoại
........................................................................................................................................ 16
Hình 1.12. Sơ đồ thực hiện mã cuộn tốc độ 1/2 ................................................................ 17
Hình 1.13. Sơ đồ thực hiện ghép nội và ánh xạ theo mô hình phân cấp ........................... 20
Hình 1.14. Sơ đồ thực hiện việc ghép nội và ánh xạ theo mô hình không phân cấp ......... 21
Hình 1.15. Việc ánh xạ QPSK, 16-QAM, 64-QAM và các dạng bit tương ứng ................ 25

Hình 1.16. Không đồng nhất 16QAM và 64QAM với α= 2 ............................................. 26
Hình 1.17: Vị trí các dẫn đường phân tán......................................................................... 31
Hình 1.18: Vị trí các dẫn đường liên tục .......................................................................... 31

Hình 2.1. Sơ đồ khối truyềndẫn tín hiệu Truyền hình Địa phương………………..34
Hình 2.2: Vùng phủ sóng TH số tại Hà Nội ..................................................................... 35
Hình 2.3: Vùng phủ sóng TH số tại TP. Hồ Chí Minh...................................................... 36
Hình 2.4. Sơ đồ khối máy phát số thử nghiệm đầu tiên tại VTC ....................................... 37

x


Hình 2.5. Sơ đồ khối các điểm thu phát lại giai đoạn 2001-2004 (Khu vực phía Bắc) ...... 38
Hình 2.6. Mô hình máy phát số DVB-T cộng với máy phát hình analog kênh 32 tại Thái
Nguyên............................................................................................................................ 39
Hình 2.7. Mô hình sử dụng hai bộ điều chế số DVB-T và có thêm hệ thống tách ghép
chương trình trình địa phương. ........................................................................................ 39
Hình 2.8. Sơ đồ khối mạng phát hình số VTC giai đoạn 2005-2008 ................................. 41
Hình 2.9. Sơ đồ khối mạng phát hình số VTC truyền dẫn qua Vệ tinh ............................. 42
Hình 2.10: Bản đồ phủ song DTT tổng thể miền Bắc ....................................................... 43
Hình 2.11 Vị trí các trạm phát sóng Truyền hình An Viên tại Miền Nam ......................... 44
Hình 2.12. Thu trong môi trường thực tế ......................................................................... 45
Hình 2.13. Cấu hình của một mạng đơn tần. .................................................................... 48
Hình 2.14. Mô tả hai máy phát trong mạng đơn tần ......................................................... 50
Hình 2.15a, 2.15b và 2.15c: Mô tả sự nhanh chậm của các chùm sóng đến đầu thu .......... 52
Hình 2.16. Cấu hình một Mega – frame ........................................................................... 54
Hình 2.17: Mô tả xung 1pps, MIP và Cờ thời gian đồng bộ - STS.................................... 55
Hình 2.18. Độ trễ lớn nhất. .............................................................................................. 56
Hình 2.19. Mô tả biểu đồ thời gian của Mega-frame ........................................................ 56
Hình 2.20. Mô tả tính toán thời gian bù trễ động .............................................................. 58

Hình 2.21. Bù trễ động trong mạng đơn tần gồm ba máy phát .......................................... 59
Hình 3.1. Mô hình cấu trúc DVB-T2 ............................................................................... 68
Hình 3.2. Lớp vật lý DVB-T2 .......................................................................................... 69
Hình 3.3. Các PLP khác nhau với các lát thời gian khác nhau .......................................... 70
Hình 3.4. T-2 Frame với kênh RF đơn và nhiều PLP mode .............................................. 71
Hình 3.5. Mật độ phổ công suất đối với 2K và 32K ......................................................... 71
Hình 3.6. Mô hình MISO................................................................................................. 72
Hình 3.7. Mẫu hình Pilot phân tán đối với DVB-T (trái) và DVB-T2 (phải)..................... 73
Hình 3.8. Đồ thị chòm sao 256 QAM .............................................................................. 74
Hình 3.9. Chòm sao 16-QAM “xoay” .............................................................................. 74
Hình 3.10. Hiệu quả của chòm sao xoay so với không xoay............................................. 75
Hình 3.11. Khoảng bảo vệ đối (GI – Tbv) với 8K 1/32 và 32K 1/128 .............................. 75

xi


Hình 3.12. So sánh mã sửa sai sử dụng trong DVB-T và DVB-T2 ................................... 76
Hình 3.13: Tách kênh dòng bít thành các dòng phụ.......................................................... 78
Hình 3.14. Cấu trúc L1 – signalling ................................................................................. 83
Hình 3.15: Định dạng gói T2-MI ..................................................................................... 83
Hình 3.16. Cấu trúc khung DVB-T2 ................................................................................ 85

xii


MỞ ĐẦU
Trong giai đoạn hiện nay, trên thế giới tồn tại song song hai hệ thống truyền
hình là truyền hình tương tự và truyền hình số, trong đó mỗi hệ thống đều sử dụng
các phương pháp truyền dẫn khác nhau như: Vệ tinh, mặt đất, cáp ... Để đảm bảo
chất lượng tốt mỗi phương pháp truyền dẫn đều có các chế độ điều chế hoặc mã hóa

kênh riêng. Nguồn vào ra chung cho tất cả các hệ thống truyền hình là tín hiệu
Video và Audio, trong đó tùy thuộc vào hệ thống mà nguồn tín hiệu có thể là tương
tự hoặc đã được mã hóa MPEG2 hay MPEG4.
Mỗi một loại hệ thống truyền hình đều có ưu và nhược điểm riêng, đáp ứng
được những yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật tại mỗi thời điểm khác nhau, vì vậy việc
tồn tại nhiều hệ thống truyền hình là điều tất yếu. Ví dụ như truyền hình số qua vệ
tinh có khả năng phủ sóng cao nhất nhưng hệ thống anten thu lại phức tạp hơn so
với anten thu của truyền hình số mặt đất. Ngược lại truyền hình số mặt đất yêu cầu
anten thu gọn nhẹ nhưng khả năng phủ sóng lại kém hơn so với truyền hình số vệ
tinh (ngay trong vùng phủ sóng cũng còn tồn tại các vùng mù do bị che chắn bởi đồi
núi hay nhà cao tầng…). Còn truyền hình số qua cáp thì mặc dù đã đáp ứng được
các nhu cầu tại các thành phố và tích hợp được nhiều dịch vụ nhưng khả năng mở
rộng thuê bao đến các vùng thưa dân cư lại là không hiệu quả. Như vậy các hệ
thống truyền hình luôn tồn tại song song, hỗ trợ và bổ sung cho nhau.
Luận văn này đề cập chủ yếu đến các mạng truyền hình số mặt đất tại Việt
Nam cũng như sự phát triển, khả năng ứng dụng và đặc điểm công nghệ truyền hình
số mặt đất thế hệ thứ 2 (DVB-T2). Cấu trúc của luận văn bao gồm: phần mở đầu;
chương 1, 2 ,3 và chương 4 kết luận và kiến nghị; tài liệu tham khảo.
Nội dung chính của luận văn:
Chương 1: Giới thiệu các tiêu chuẩn truyền hình số, kỹ thuật điều chế cơ sở
và tổng quan về phát hình số mặt đất thế hệ thứ nhất DVB-T.

xiii


Chương 2: Giới thiệu về mạng truyền hình số tại các tỉnh, thực trạng mạng
phát hình số lớn nhất Việt Nam hiện nay - mạng VTC. Đi sâu nghiên cứu kỹ thuật
mạng đơn tần (Dự kiến sẽ được ứng dụng rộng rãi trong tương lai do sự hạn hẹp về
tần số).
Chương 3: Giới thiệu về các tiêu chuẩn truyền hình số Châu Âu thế hệ thứ 2,

xu hướng phát triển truyền hình số mặt đất thế hệ thứ 2 (DVB-T2). Đi sâu nghiên
cứu các đặc điểm kỹ thuật cơ bản của DVB-T2, so sánh với DVB-T cũng như đưa
ra khả năng ứng dụng DVB-T2 tại Việt Nam.
Chương 4: Đánh giá luận văn về một số kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực
nghiệm thực tế, từ đó rút ra được một số nhận xét có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
Công nghệ truyền hình số mặt đất thế hệ thứ 2 (DVB-T2) là một lĩnh vực
không chỉ mới mẻ ở Việt Nam mà còn là mới trên thế giới, nó tổng hợp nhiều kiến
thức đa dạng và phức tạp, hơn nữa do trình độ còn nhiều hạn chế. Vì vậy trong quá
trình trình bày luận văn này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận
được sự đóng góp của hội đồng để đề tài được hoàn thiện hơn.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Phó giáo sư Tiến sĩ Nguyễn Văn Khang đã tận
tình hướng dẫn, chỉ bảo để tôi hoàn thành đề tài. Tôi cũng xin cảm ơn Ban giám đốc
Đài Phát Thanh và Truyền Hình Kiên Giang và các đồng nghiệp trong ngành phát
thanh và truyền hình đã tạo điều kiện, giúp đỡ về tài liệu và kinh nghiệm để tôi hoàn
thành đề tài.

xiv


CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ PHÁT HÌNH SỐ DVB-T

1.1 Giới thiệu các tiêu chuẩn truyền hình số
Truyền hình số là tên gọi một hệ thống truyền hình mà tất cả các thiết bị kỹ
thuật từ Studio cho đến máy thu đều làm việc theo nguyên lý kỹ thuật số. Trong đó,
một hình ảnh quang học do camera thu được qua hệ thống ống kính, thay vì được
biến đổi thành tín hiệu điện biến thiên tương tự (cả về độ chói và màu sắc) sẽ được
biến đổi thành một dãy tín hiệu nhị phân (dãy các số 0 và 1) nhờ quá trình biến đổi
tương tự - số.

Hệ thống phát thanh truyền hình, vẫn còn đang sử dụng kỹ thuật tương tự bởi
nhiều thuật toán nén và phương pháp thực hiện mới được khám phá ra trong thời
gian gần đây. Nén là một phương pháp làm giảm tốc độ bit tới giá trị phù hợp với
độ rộng kênh truyền. Một đĩa CD có tốc độ bit khoảng 1,5Mbit/s. Một chương trình
truyền hình số không nén có tốc độ bit lên tới 270Mbit/s.
Việc nghiên cứu nhằm làm giảm băng thông yêu cầu đã được bắt đầu từ rất
lâu rồi, một vài giải pháp kỹ thuật đã được đưa ra vào những năm 1960. Mặc dầu
vậy, việc thực hiện các giải pháp này vẫn còn phải đợi cho đến khi có sự tiến bộ
vượt bậc trong việc chế tạo các vi mạch với mức độ tích hợp rất cao, có khả năng
thực hiện nhiều thuật toán trong thời gian thực. Hầu hết các nước lớn đã công bố kế
hoạch thực hiện truyền hình số và phát thanh số từ năm 2000. Để thực hiện, họ dựa
vào các tiêu chuẩn truyền hình số mới được nghiên cứu và thử nghiệm. Các tiêu
chuẩn này tuy có lịch sử phát triển tuy ngắn song thực sự mãnh liệt.
Truyền hình số qua vệ tinh, cáp, và mặt đất đã là lĩnh vực được nghiên cứu
mạnh mẽ, nhất là tại Bắc Mỹ và Châu Âu và đang được nghiên cứu và phát triển
nhiều kỹ thuật và công nghệ mới. Trong đó, khó khăn nhất về kỹ thuật là truyền
hình số mặt đất do ảnh hưởng của sóng phản xạ, pha đing và nhiễu xung. Nó càng
trở nên khó khăn hơn đối với mục tiêu của Châu Âu đặt ra là phát triển mạng đơn
tần nhằm tăng số lượng kênh truyền hình trong băng tần hiện có. Trong mạng đơn
tần, tất cả các máy phát làm việc trên cùng một tần số, được đồng bộ bằng một

1


nguồn tần số chung có độ ổn định cao và cùng phát một chương trình. Máy thu sẽ
thu được tín hiệu tổng hợp từ các máy phát khác nhau với thời gian trễ khác nhau.
Thế hệ thứ nhất truyền hình số có ba tiêu chuẩn:
- ATSC của Mỹ.
- DVB-T của Châu Âu.
- ISDB-T của Nhật.

Điểm giống nhau của ba tiêu chuẩn trên là sử dụng chuẩn nén MPEG -2 cho
tín hiệu video. Điểm khác nhau cơ bản là phương pháp điều chế.
Tiêu chuẩn Châu Âu và của Nhật sử dụng phương pháp ghép đa tần trực giao
có mã (COFDM) cho truyền hình số mặt đất, nó đã trở thành kỹ thuật phổ biến
trong phát thanh truyền hình trong khoảng 15 năm trở lại đây. Kỹ thuật này đầu tiên
được sử dụng cho phát thanh số, sau đó khoảng 5 đến 10 năm được sử dụng cho
truyền hình số mặt đất. Hiện tại đây là kỹ thuật duy nhất có thể tạo ra khả năng thực
hiện mạng đơn tần.
Không giống như Châu Âu, mạng đơn tần dường như không được chú ý tại
Châu Mỹ, tiêu chuẩn Mỹ về truyền hình số mặt đất sử dụng kỹ thuật điều chế biên
tần cụt 8 mức (8-VSB). Điều chế này tương đương với điều chế biên độ vuông góc
một sóng mang với 64 mức (64-QAM) về góc độ hiệu suất sử dụng băng thông.
1.1.1

Chuẩn ATSC

Hệ thống ATSC có cấu trúc dạng lớp, tương thích với mô hình OSI 7 lớp của
các mạng dữ liệu. Mỗi lớp ATSC có thể tương thích với các ứng dụng khác cùng
lớp. ATSC sử dụng dạng thức gói MPEG-2 cho cả Video, Audio và dữ liệu phụ.
Các đơn vị dữ liệu có độ dài cố định phù hợp với sửa lỗi, ghép dòng chương trình,
chuyển mạch, đồng bộ, nâng cao tính linh hoạt và tương thích với dạng thức ATM.
Chuẩn ATSC cung cấp cho cả hai mức: truyền hình phân giải cao (HDTV)
và truyền hình tiêu chuẩn (SDTV).
ATSC có một số đặc điểm như sau:
- Video: Nhiều dạng thức ảnh (nhiều độ phân giải khác nhau). Nén ảnh theo
MPEG2, từ MPEG2 @ ML đến MPEG2 @ HL.
- Audio: Âm thanh Surround của hệ thống Dolby AC-3.
2

- Dữ liệu phụ: Cho các dịch vụ mở rộng (ví dụ hướng dẫn chương trình,
thông tin hệ thống, dữ liệu truyền tải tới máy tính).
- Truyền tải: Dạng đóng gói truyền tải đa chương trình. Thủ tục truyền tải
MPEG-2.
- Truyền dẫn RF: Điều chế 8-VSB cho truyền dẫn truyền hình số mặt đất.
Phương pháp điều chế VSB bao gồm hai loại chính: Một loại dành cho phát
sóng mặt đất (8-VSB) và một loại dành cho truyền dữ liệu qua cáp tốc độ cao (16VSB). Cả hai đều sử dụng mã Reed - Solomon, tín hiệu pilot và đồng bộ từng đoạn
dữ liệu. Tốc độ symbol (Symbol Rate) cho cả hai đều bằng 10,76Mbit/s. Nó có giới
hạn tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) là 14,9dB và tốc độ dữ liệu bằng 19,3 Mbit/s.
Dữ liệu được truyền theo từng khung. Khung dữ liệu bắt đầu bằng đoạn dữ
liệu đồng bộ khung (mành-frame) đầu tiên và nối tiếp bởi 312 đoạn dữ liệu khác.
Sau đó đến đoạn dữ liệu đồng bộ mành thứ 2 và 312 đoạn dữ liệu của mành sau.
Mỗi đoạn dữ liệu bao gồm 4 biểu trưng dành cho đồng bộ đoạn dữ liệu và
828 biểu trưng dữ liệu.
Một gói truyền tải MPEG-2 chứa 188 byte dữ liệu và 20 byte tương suy cho
208 byte. Với tỷ lệ mã hoá 2/3, ở đầu ra của mã sửa sai ta có:
208 x 3/2 = 312 bytes
312 bytes x 8 bit = 2496 bit
Như vậy một đoạn dữ liệu chứa 2496 bit.
Các biểu trưng đó sẽ được điều chế theo phương thức nén sóng mang với hầu
hết dải biên dưới. Tín hiệu pilot được sử dụng để phục hồi sóng mang tại đầu thu,
được cộng thêm tại vị trí 350 KHz phía trên giới hạn dưới dải tần.

3


828 biÓu tr­ng
§ång bé mµnh sè 1

312 ®o¹n d÷ liÖu

D÷ liÖu
46,8s
§ång bé mµnh sè 2

D÷ liÖu

77,7s
Hình 1.1 Saumô tả khung dữ liệu VSB.

1.1.2

Chuẩn ISDB-T

Bảng 1.1 Mô tả các thông số truyền dẫn cho ISDB-T kênh cao tần 8MHz.
Kiểu
Kiểu 1
Kiểu 2
Kiểu 3
Số đoạn dữ liệu Ns
13
Độ rộng băng tần
7.433
7.431
7.426
(MHz)
Khoảng cách sóng
5.291
2.645
1.322

mang (Khz)
Số sóng mang
1405
2809
5617
Kiểu điều chế sóng
QPSK, 16QAM, 64QAM, DQPSK
mang
Số biểu trưng trong
204
một khung
Khoảng thời gian
189
378
765
tích cực trong một
biểu trưng (S)
Khoảng
1/4
47.25
94.5
189
phòng vệ 1/8
23.625
47.25
94.5
(S)
1/16
11.8125
23.625

47.25
1/32
5.90625
11.8125
23.625
Mã hoá nội
Mã hóa cuộn (1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8)
Mã hoá ngoại
Mã Reed Solomon (204, 188)

4


ISDB-T sử dụng tiêu chuẩn mã hoá MPEG-2 trong quá trình nén và ghép
kênh. Hệ thống sử dụng phương pháp ghép đa tần trực giao OFDM cho phép truyền
đa chương trình phức tạp với các điều kiện thu khác nhau, truyền dẫn phân cấp, thu
di động... các sóng mang thành phần được điều chế QPSK, DQPSK, 16QAM hoặc
64QAM. Chuẩn ISDB-T có thể sử dụng cho các kênh truyền 6, 7 và 8MHz.
1.1.3

Truyền hình số tiêu chuẩn Châu Âu

DVB (Digital Video Broadcasting) là một tổ chức gồm trên 200 thành viên
của hơn 30 nước nhằm phát triển kỹ thuật phát số trong toàn Châu Âu và cho các
khu vực khác. Tổ chức DVB phân ra nhiều phân ban, trong đó có các phân ban
chính:
+ DVB-S -Phát triển kỹ thuật truyền số qua vệ tinh: Hệ thống DVB-S sử
dụng phương pháp điếu chế QPSK (Quadratue Phase-Shift Keying), mỗi sóng mang
cho một bộ phát đáp. Tốc độ bit truyền tải tối đa khoảng 38,1Mbps. Bề rộng băng
thông mỗi bộ phát đáp từ 11 đến 12 Ghz.

+ DVB-C -Phát triển phát số qua cáp: Sử dụng các kênh cáp có dung lượng
từ 7 đến 8 MHz và phương pháp điều chế 64QAM (64Quadratue Amplitude
Modulation). DVB-C có mức SNR (tỉ số Signal/noise) cao và điều biến ký sinh
(Intermodulation) thấp. Tốc độ bit lớp truyền tải MPEG - 2 tối đa là 38,1 Mbps.
+ DVB-T -Phát triển mạng phát hình số mặt đất: Với việc phát minh ra điều
chế ghép kênh phân chia tần số trực giao (COFDM) sử dụng cho phát thanh số
(DAB) và phát hình số mặt đất (DVB), rất nhiều nước đã sử dụng phương thức này.
Tốc độ bit tối đa 24 Mbps (ứng với dải thông cao tần 8Mhz).
Lợi ích nhất của COFDM là ở chỗ dòng dữ liệu cần truyền tải được phân
phối cho nhiều sóng mang riêng biệt. Mỗi sóng mang được xử lý tại một thời điểm
thích hợp và được gọi là một “COFDM Symbol”.
Do số lượng sóng mang lớn, mỗi sóng mang lại chỉ truyền tải một phần của
dòng bít nên chu kỳ của một biểu trưng khá lớn so với chu kỳ của một bít thông tin.
Trên thực tế chu kỳ của một biểu trưng có thể lên đến 1 ms. Thiết bị đầu thu không
chỉ giải mã các biểu trưng được truyền một cách riêng lẻ mà còn thu thập các sóng
phản xạ từ mọi hướng, do vậy đã sử dụng sóng phản xạ như tín hiệu có ích góp
5


phần làm tăng lượng biểu trưng nhận được tại đầu thu. Loại tín hiệu phản xạ đặc
trưng của mạng đa tần là tín hiệu tới từ một đài phát lân cận nào đó phát cùng biểu
trưng COFDM. Tín hiệu này không thể phân biệt được với tín hiệu phản xạ truyền
thống và vì vậy cũng sẽ được xử lý như mọi tín hiệu phản xạ khác, nếu như chúng
tới máy thu trong khoảng thời gian bảo vệ Tbv. Tbv càng lớn thì khả năng xử lý phản
xạ càng tốt. Tuy nhiên về góc độ lý thuyết thông tin Tbv có giá trị càng nhỏ càng tốt
bởi lẽ Tbv là khoảng thời gian không chứa thông tin được sử dụng trong kênh truyền
nên Tbv càng lớn sẽ càng làm giảm lượng thông tin hữu ích.
Có nhiều thông số được lựa chọn cho phương pháp điều chế COFDM trong
đó bao gồm: số sóng mang trong một chu kỳ biểu trưng, khoảng thời gian bảo vệ
Tbv, phương pháp điều chế đối với từng sóng mang, phương thức đồng bộ và nhiều

thông số khác.
Các sóng mang riêng biệt được điều chế QPSK, 16QAM hoặc 64QAM. Việc
lựa chọn phương pháp điều chế sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến dung lượng của kênh
truyền cũng như khả năng đối phó với tạp và can nhiễu. Tỷ lệ mã hoá thích hợp của
mã sửa sai cũng góp phần cải thiện chất lượng hệ thống.
Tại Việt Nam tiêu chuẩn truyền hình số được chấp nhận và đã cho phép, hiện
nay triển khai trên diện rộng là DVB-T (tiêu chuẩn Châu Âu).
1.2 Kỹ thuật điều chế cơ sở
Đối với truyền dẫn số, các tín hiệu băng gốc số phải được biến đổi thành các
tín hiệu băng tần vô tuyến. Quá trình này được gọi là điều chế. Ngược lại, quá trình
tái tạo các tín hiệu số từ các tín hiệu trong băng tần vô tuyến được gọi là giải điều
chế.
Để thực hiện điều chế, ta phải thay đổi biên độ, tần số và pha của tín hiệu
sóng mang hình sin. Trong điều chế số, sơ đồ điều chế ứng với 3 thành phần này
được gọi là khoá dịch biên (ASK), khoá dịch tần (FSK) và khoá dịch pha (PSK).
Về cơ bản, mặc dù có nhiều kỹ thuật điều chế khác nhau, song chúng đều là
kết hợp của ba loại sơ đồ này hoặc các ứng dụng của chúng.

6


1.2.1

Khóa dịch biên ASK

Sóng điều biên được thiết kế để thay đổi biên độ sóng mang tỷ lệ với băng
gốc và thường được tạo ra bằng cách nhân sóng mang hình sin với tín hiệu băng
gốc. Hình 1.2.a là sơ đồ nguyên lý điều biên.

Bộ ghép

Sóng đã điều chế
Tín hiệu gốc

A(t) = S(t). cos(0t + )

S(t)

Sóng mang
cos(0t + )
Hình 1.2a: Sơ đồ nguyên lý điều biên

S(t)
1
0
1
A(t) 0
-1
Hình 1.2b: Khóa bật, tắt ASK tắt – bật

Sóng điều biên A(t) có thể được viết bằng biểu thức sau:
A(t) = S(t). cos(0t + )
Trong đó S(t) là tín hiệu băng gốc, và sóng mang là cos(0t + )
Ta xét một xung đơn cực là tín hiệu băng gốc ở hình 1.2.b. Khi xung là 1,
sóng mang được đưa ra, khi xung là 0, sóng mang không được đưa ra. Điều biên
theo kiểu này được gọi là ASK tắt-bật hoặc khoá tắt-bật.
Xét một xung lưỡng cực là tín hiệu băng gốc. Khi xung là 1, chiều biên độ
sóng mang ngược với khi xung là -1. Nói cách khác, pha được đảo. Điều biên theo
kiểu này được gọi là ASK đảo pha hay khóa đảo pha (PSK).

7

Khóa dịch pha PSK

1.2.2

Sóng điều pha có thể nhận được bằng cách thay đổi pha sóng mang tỷ lệ với
tín hiệu băng gốc và có thể được diễn tả bằng:
P(t) = cos{0t +  + (S(t).)/2}
Ở biểu thức trên, (S(t).)/2) là sai pha giữa các ký hiệu lân cận, S(t) là tín
hiệu băng gốc nhiều mức, nhận các mức là 1, 2, 3, ... n. Nếu n=2, thì sóng mang
điều chế có dạng:
1
0
0
1
S(t)

Hình 1.3a: ASK đảo pha (PSK)

= cos{ t +  + (S(t).)/2}
P(t) = cos{0t +  +P(t)
S(t)./2}

Ở đây, vì tín hiệu băng gốc S(t) là xung NRZ lưỡng cực nhận 2 giá trị như ở
hình trên, nên dạng sóng đã điều chế có dạng giống như ASK đảo pha. Sơ đồ điều
chế này sử dụng một trong hai pha lệch nhau 180 độ và được gọi là 2PSK hoặc PSK
nhị phân (BPSK). Hình 1.3 (a,b,c)cho thấy một sơ đồ pha của tín hiệu 2PSK.
Nếu n=2,  =  và tín hiệu băng gốc là một xung NRZ lưỡng cực nhận 4
giá trị, thì một dạng sóng đã điều chế như mô tả ở hình 1.4(a,b). Sơ đồ điều chế này

sử dụng một trong 4 pha lệch nhau 900, được gọi là 4PSK hoặc PSK cầu phương
(QPSK).
1

1
S(t)

0
-1

P(t)

-1
Hình 1.3c: Sơ đồ pha 2PSK

Hình 1.3.b: 2PSK (BPSK)

8


3

S(t)

1
0
-1
-3

P(t)

3

1

-3

-1

Hình 1.4b: Sơ đồ pha 4PSK

Hình 1.4a: 4PSK (QPSK)

Hình 1.4.b biểu diễn sơ đồ pha tín hiệu 4PSK. Giống như 2PSK, nếu tín hiệu
băng gốc không bị hạn băng, thì tín hiệu 4PSK cũng dịch chuyển tức thời trên vòng
tròn đơn vị.
1.2.3

Điều chế biên độ vuông góc (QAM)

Sóng điều chế biên độ vuông góc có thể nhận được bằng cách thay đổi đồng
thời thông số biên độ và pha, nó thực hiện truyền dẫn có hiệu quả các mã nhiều
mức.
1.2.4

Ghép đa tần trực giao OFDM

COFDM là một phương thức ghép kênh đa sóng mang trực giao trong đó vẫn
sử dụng các hình thức điều chế số cơ sở tại mỗi sóng mang. Một số tài liệu gọi là
phương thức điều chế COFDM. Phương thức này rất phù hợp cho những yêu cầu

của phát hình số mặt đất.
COFDM phù hợp với điều kiện truyền sóng nhiều đường, thậm chí cả khi có
độ trễ lớn giữa các tín hiệu thu được. Chính điều này đã dẫn đến khái niệm mạng
đơn tần (SFN), nơi có nhiều máy phát cùng gửi tín hiệu giống nhau trên cùng một
tần số, mà thực ra đây chính là hiệu ứng “nhiều đường nhân tạo”. COFDM cũng
giải quyết được vấn đề nhiễu đồng kênh dải hẹp. Đây là hiện tượng thường thấy
trong các dịch vụ tương tự do các sóng mang gây ra.
Chính nhờ các ưu điểm trên mà COFDM đã được chọn cho hai tiêu chuẩn
phát sóng là DVB-T và DAB, tuỳ theo từng ứng dụng của từng loại mà có những
lựa chọn cũng như yêu cầu khác nhau. Tuy nhiên ưu thế đặc biệt của COFDM về
9