Nghiên cứu phân tích nguyên lý hoạt động hệ thống điều chế đa tần trực giao(OFDM) ứng dụng trong truyền hình số mặt đất

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả
nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công
trình nào khác.
Tôi xin cam đoan các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã đƣợc chỉ rõ
nguồn gốc.
Ngày 10 tháng 9 năm 2015
Học viên

Nguyễn Đức Thƣ

i


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình làm luận văn em nhận đƣợc rất nhiều sự giúp đỡ thầy cô, bạn
bè. Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn thầy hƣớng dẫn đồ án PGS.
TS. Lê Quốc Vƣợng cùng các thầy cô trong Khoa Điện-Điện tử - Trƣờng Đại học

Hàng Hải Việt Nam. Vì thời gian có hạn và kiến thức còn hạn chế nên luận văn
của em không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận đƣợc sự góp ý chân
thành của thầy cô và bạn bè.
Em xin chân thành cảm ơn!

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................... ii
MỤC LỤC ......................................................................................................................... iii

BẢNG TRA CỨU CÁC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................v
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................................ix
DANH MỤC HÌNH VẼ.......................................................................................................x
MỞ ĐẦU .............................................................................................................................1
1. Lý do lựa chọn đề tài .......................................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu đề tài ..............................................................................................2
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu đè tài ..........................................................................2
4. Phƣơng pháp nghiên cƣu .................................................................................................2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .........................................................................................2
CHƢƠNG 1: SỐ HÓA KỸ THUẬT TRUYỀN HÌNH QUẢNG BÁ.................................4
1.1. Tính tất yếu thực hiện lộ trình số hóa truyền hình quảng bá ở Việt Nam ....................4
1.2. Mục tiêu số hóa truyền hình quảng bá ở Việt Nam ......................................................5
1.2.1. Mục tiêu chung ..........................................................................................................6
1.2.2. Mục tiêu cụ thể...........................................................................................................6
1.2.3. Kế hoạch triển khai ....................................................................................................7
CHƢƠNG 2: KĨ THUẬT OFDM TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ ....................................10
2.1. GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT OFDM .......................................................................10
2.1.1 Giới thiệu ..................................................................................................................10
2.1.2. Khái niệm OFDM ....................................................................................................11
2.1.3. Nguyên lý cơ bản của OFDM ..................................................................................12
2.1.4. Tính trực giao của tín hiệu OFDM ..........................................................................13
2.1.5. Sử dụng biến đổi IFFT để tạo sóng mang con(subcarrier) ......................................16
2.1.6. ISI, ICI trong hệ thống OFDM ................................................................................19
2.1.7. Các ảnh hƣởng tới chỉ tiêu kỹ thuật OFDM ............................................................22
2.1.8. Ƣu điểm của hệ thống OFDM. ................................................................................29
2.1.9. Các hạn chế khi sử dụng hệ thống OFDM...............................................................30
2.1.10. Kết luận ..................................................................................................................30
2.2. ẢNH HƢỞNG CỦA KÊNH VÔ TUYẾN ĐẾN TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU ...........31
2.2.1. Giới thiệu .................................................................................................................31
2.2.2. Tổng quan về kênh vô tuyến di động (mobile radio channel) .................................31

2.2.3. Suy hao đƣờng truyền (pass loss and attenuation)...................................................31

iii


2.2.4. Fading chậm (slow fading) và fading nhanh (fast fading) .......................................33
2.2.5. Fading lựa chọn tần số và fading phẳng ..................................................................34
2.2.6. Thông số tán xạ thời gian(time dispertin parameter) ...............................................37
2.2.7. Phổ Doppler (Doppler spectrum) .............................................................................37
2.2.8. Trải phổ doppler và thời gian kết hợp (Doppler spread and coherence time) .........40
2.2.9. Kết luận ....................................................................................................................41
2.3. CÁC VẤN ĐỀ KĨ THUẬT TRONG HỆ THỐNG OFDM ........................................42
2.3.1. Giới thiệu .................................................................................................................42
2.3.2. Tổng quan về đồng bộ trong hệ thống OFDM ........................................................43
2.3.2.1. Nhận biết khung ....................................................................................................44
2.3.3. Các vấn đề đồng bộ trong hệ thống OFDM .............................................................48
2.3.4. Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình (PAPR) .........................................55
2.3.5. Kết luận ....................................................................................................................56
2.4. ỨNG DỤNG OFDM TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT DVB-T và DVB-T2
............................................................................................................................................56
2.4.1. Giới thiệu .................................................................................................................56
2.4.2. Tổng quan về DVB_T ..............................................................................................58
2.4.3. Tính trực giao của các sóng mang OFDM trong DVB_T .......................................61
2.4.5. Lựa chọn điều chế cơ sở ..........................................................................................62
2.4.6. Số lƣợng, vị trí và nhiệm vụ của các sóng mang .....................................................63
2.4.7. Chèn khoảng thời gian bảo vệ .................................................................................65
2.4.8. Tổng vận tốc dòng dữ liệu của máy phát số DVB-T ...............................................67
2.4.9. Ứng dụng của kỹ thuật OFDM trong hệ thống truyền hình số mặt đất thế hệ mới
DVB-T2 .............................................................................................................................68
2.4.10. Kết luận ..................................................................................................................71

CHƢƠNG 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ..........................................................................72
3.1. Giới thiệu chƣơng .......................................................................................................72
3.2. Mô phỏng hệ thống .....................................................................................................73
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...........................................................................................77
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................78

iv


BẢNG TRA CỨU CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

ADSL

Asymmetric Digital Subscriber Line

Đƣờng dây thuê bao không
đối xứng

AM

Amplitude Modulation

Điều biên

AMPS

Advaced Mobile Phone System

Hệ thống điện thoại tiên tiến

APR

Access Point Repeater

Bộ lặp điểm truy nhập

ASK

Amplitude Shift Keying

Khóa dịch biên

AWGN

Additive White Gaussian Noise

Nhiễu tạp âm trắng

BER

Bit Error Rate

Tỷ lệ bít lỗi

Bps

Bits per second

Bit trên giây

BPSK

Binary Phase Shift Keying

Khóa dịch pha nhị phân

BS

Base Station

Trạm gốc

BSC

Base Station Controller

Bộ điều khiển trạm gốc

BTS

Base Transmission Station

Trạm phát gốc

CDMA

Code Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo
mã

CIR

Channel Impulse Response

Đáp ứng xung của kênh
Đơn vị dung lƣợng

CU
DAB

Digital Audio Broadcasting

Truyền thanh số quảng bá

DC

Direct Current (0 Hz)

Dòng điện một chiều

DFT

Discrete Fourier Transform

Phép biến đổi Fourier

IDFT

Inverse Discrete Fourier Transform

Phép biến đổi Fourier ngƣợc

DRM

Digital Radio Mondiale

Hệ thống phát thanh số
đƣờng dài

Direct Sequence Code Division

Đa truy nhập phân chia theo

Multiple Access

mã dãy trực tiếp

DSP

Digital Signal Processing

Xử lý tín hiệu số

DSSS

Direct Sequence Spread Spectrum

Trải phổ chuỗi trực tiếp

DVB

Digital Video Broadcasting

Truyền hình số quảng bá

DVB-C

Digital Video Broadcasting – Cable

Truyền hình số quảng bá cáp

DS-CDMA

v


DVB-S

Digital Video Broadcasting – Satellite

Truyền hình số quảng bá vệ
tinh

DVB-T

Digital Video Broadcasting -Terrestrial

Truyền hình số quảng bá mặt
đất

ETSI

EBNR

European Telecommunications

Viện tiêu chuẩn viễn thông

Standards Institute

Châu Âu

Energy per Bit to Noise Ratio

Tỷ lệ năng lƣợng bit trên tạp
âm

EDGE

FDD

Enhanced

Data

Rate

for

Global Tốc độ dữ liệu cao cho sự

Evolution

phát triển toàn cầu

Frequency Division Duplexing

Song công phân chia theo tần
số

Frequency Division Multiplexing

Đa truy nhập phân chia theo

Access

tần số

FEC

Forward Error Correction

Sửa lỗi tiến

FFT

Fast Fourier Transform

Phép biến đổi Fourier nhanh

FIR

Finite Impulse Response (digital filter)

Bộ đáp ứng xung (lọc số)

FM

Frequency Modulation

Điều tần

Fs

Sample Frequency

Tần số lấy mẫu

FSK

Frequency Shift Keying

Khóa dịch tần

GI

Guard Interval

Chuỗi bảo vệ

GPRS

Generic Packet Radio Services

Dịch vụ vô tuyến gói chung

GSM

Global System for Mobile

Hệ thống thông tin di động

communications

toàn cầu

FDM A

HiperLAN/2

High Performance Radio Local Area Mạng cục bộ máy tính không
Network type 2

dây

HDTV

High Definition Television

Truyền hình phân giải cao

HLR

Home Location Rigister

Bộ ghi định vị thƣờng trú

ICI

Inter-Carrier Interference

Nhiễu liên kênh

IDM

Inter-Modulation Distortion

Méo điều chế tƣơng hỗ

vi


IF

Intermediate Frequency

Trung tần

IFFT

Inverse Fast Fourier Transform

Thuật toán biến đổi nhanh
ngƣợc Fourier

ISI

Inter-Symbol Interference

Nhiễu liên mẫu tín hiệu

LOS

Line Of Sight

Tầm nhìn thẳng

MAC

Medium Access Controller

Điều khiển truy nhập môi
trƣờng

MIMO

Multiple input multiple output

Hệ thống đa anten phát/thu

MS

Mobile Station

Thiết bị đầu cuối di động

MSC

Mobile Switching Centrer

Trung tâm chuyển mạch di
động

NMT

Nordic Mobile Telephone System

Hệ thống điện thoại di động
Bắc Âu

OFDM

COFDM

Orthogonal

Frequency

Division Ghép kênh phân chia theo

Multiplexing

tần số trực giao

Coded Orthogonal Frequency Division

Ghép kênh phân chia theo

Multiplexing

tần số trực giao có mã số sửa
sai

PAPR

Peak to Average Power Ratio

Tỷ số công suất đỉnh trên
công suất trung bình

PCS

Personal Communication System

Hệ thống thông tin cá nhân

PCM

Phase Code Modulation

Điều chế xung mã

PM

Phase Modulation

Điều chế pha

PRS

Pseudo Random Sequence

Chuỗi giả ngẫu nhiên

PSK

Phase Shift Keying

Khóa dịch pha

QAM

Quadrature Amplitude Modulation

Điều chế biên vuông góc

QOS

Quality Of Service

Chất lƣợng phục vụ

QPSK

Quadrature Phase Shift Keying

Khóa dịch pha vuông góc

SER

Symbol Error Rate

Tỷ lệ lỗi mẫu tín hiệu

SFN

Single Frequency Network

Mạng đơn tần

SIR

Signal to Interference Ratio

Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu

vii


SISO

Single Input Single Output

Hệ thống một anten phát/thu

SNR

Signal to Noise Ratio

Tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm

SSB

Single Side Band

Điều chế đơn biên

TDD

Time Division Duplexing

Song công phân chia theo
thời gian

TDMA

Đa truy nhập phân chia theo

Time Division Multiple Access

thời gian
TRAU

Đơn vị thích ứng tốc độ mã

Transcoder Adapter Rate Unit

phát
UMTS

VLSI

Universal Mobile Telecommunications

Hệ thống thông tin di động

System

cho tất cả moi ngƣời

Very Large Scale Integration

Mạch tích hợp mật độ cực
lớn

Bộ ghi định vị tạm trú

VLR

Visitor Location Rigister

W-CDMA

Wide-band Code Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo
mã băng rộng

Access
WiMax

WLAN

Worldwide

Interoperability

for Khả năng tƣơng tác toàn cầu

Microwave Access

với truy nhập vi ba

Wireless Local Area Network

Mạng nội hạt không dây

viii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Số bảng
2.1
2.2

Tên bảng

Trang

Giá trị độ trải trễ của một số môi trƣờng tiêu biểu

30

Mô tả các thông số các mode làm việc trong
DVB_T

57

2.3

Tổng vận tốc dòng dữ liệu

67

2.4

Bảng so sánh các thông số của DVB-T và DVB-T2

69

ix


DANH MỤC HÌNH VẼ
Số hình

Tên hình

Trang

2.1

Sóng mang OFDM (N=8)

3

2.2

Đáp ứng tần số của các subcarrier

7

2.3

Bộ điều chế OFDM

9

2.4

Mô tả truyền tín hiệu đa đƣờng tới máy thu

11

2.5

Chèn thời khoảng bảo vệ vào tín hiệu OFDM

13

2.6

Phổ của bốn sóng mang trực giao

14

2.7

Phổ của bốn sóng mang không trực giao

15

2.8

Ảnh hƣởng của bộ lọc đến chỉ tiêu kỹ thuật OFDM

23

2.9

Ảnh hƣởng của méo do 2 tín hiệu tone (gồm các hài và

26

IDM)
2.10

SNR hiệu dụng của tín hiệu OFDM với lỗi lệch thời gian

27

khi dùng khoảng bảo vệ là 40 mẫu
2.11

Mô tả ảnh hƣởng của lỗi tần số SNR hiệu dụng của OFDM

28

khi dùng điều chế QAM kết hợp
2.12

Đáp ứng xung thu khi truyền một xung RF

33

2.13

Minh hoạ fading lựa chon tần số

34

2.14

Hiệu ứng Doppler

38

2.15

Phổ công suất Doppler

39

2.16

Các quá trình đồng bộ trong OFDM

43

2.17

Pilot trong gói OFDM

51

2.18

Một kiểu cấu trúc khung ký tự OFDM

53

2.19

Bộ đồng bộ khung ký tự dùng FSC

54

2.20

Sơ đồ khối bộ điều chế số DVB-T

60

2.21

Sơ đồ khối phần biến đổi số sang tƣơng tự

60

2.22

Phổ của tín hiệu OFDM với số sóng mang N=16 và phổ tín

61

hiệu RF thực tế
x

2.23

Biểu diễn chòm sao của điều chế QPSK, 16-QAM và 64-

63

QAM
2.24

Biểu diễn chòm sao của điều chế phân cấp 16-QAM với α

63

=4
2.25

Phân bố sóng mang của DVB-T (chƣa chèn khoảng bảo vệ)

64

2.26

Phân bố các pilot của DVB-T

65

2.27

Phân bố các pilot của DVB-T trên biểu đồ chòm sao

65

2.28

Phân bố sóng mang khi chèn thêm khoảng thời gian bảo vệ

66

2.29

Các tia sóng đến trong thời khoảng bảo vệ

67

2.30

Sơ đồ hệ thống DVB-T2 bên phát

68

3.1

Sơ đồ mô phỏng hệ thống DVB-T trong Simulink

71

xi

MỞ ĐẦU
1. Lý do lựa chọn đề tài
Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ thì các chƣơng
trình truyền hình trên thế giới đƣợc truyền tải đến khán thính giả trên nền tảng các
công nghệ truyền dẫn nhƣ: phát sóng truyền hình mặt đất; phát sóng truyền hình vệ
tinh; phát sóng truyền hình internet; và phát sóng truyền hình cáp.
Phƣơng thức truyền dẫn phát sóng truyền hình mặt đất bằng công nghệ kỹ
thuật số đã trở thành một xu hƣớng tất yếu và đƣợc thực hiện ở các nƣớc trên thế
giới, đây là một quy luật tất yếu của phát triển khoa học và công nghệ, là chuyển
đổi từ truyền hình tƣơng tự (analog) sang truyền hình số. Công nghệ truyền hình
tƣơng tự (analog) ra đời cách đây trên 80 năm đang dần đƣợc thay thế bằng công
nghệ truyền hình số, trên nền tảng kỹ thuật số với nhiều ƣu điểm nhƣ: chất lƣợng,
độ ổn định, cao hơn, phát sóng đƣợc nhiều chƣơng trình hơn trên một kênh tần số,
và nhiều dịch vụ gia tăng khác.
Quá trình số hóa truyền dẫn, phát sóng truyền hình thông qua các phƣơng
thức nhƣ: truyền hình số mặt đất; truyền hình số vệ tinh; truyền hình số qua hệ
thống internet; truyền hình số qua hệ thống cáp, với tính chất dịch vụ công, phục
vụ mọi đối tƣợng, các vùng địa lý đã đƣợc tiến hành ở nhiều quốc gia, trong đó số
hóa truyền hình mặt đất đã đƣợc các nƣớc thực hiện, nhiều nƣớc đã hoàn thành
hoặc thực hiện lộ trình để hoàn thành số hóa truyền hình mặt đất.
Hiện nay, cả nƣớc có 66 Đài truyền hình trong đó có 63 Đài truyền hình địa
phƣơng (mỗi tỉnh có một Đài) đang phát sóng truyền hình mặt đất công nghệ tƣơng
tự trong phạm vi địa phƣơng và Đài Truyền hình Việt nam VTV phát sóng toàn
quốc truyền hình mặt đất công nghệ tƣơng tự bằng các trạm phát lại đặt tại các
tỉnh, thành phố.
Hệ thống truyền dẫn, phát sóng của mỗi Đài đƣợc đầu tƣ riêng biệt, theo nhu
cầu của từng đài phủ sóng trên địa bàn và không có cơ chế chia sẻ hạ tầng truyền
dẫn phát sóng, không sử dụng hết năng lực của hệ thống truyền dẫn phát sóng, hiệu
quả khai thác thấp, dẫn đến lãng phí trong việc phân bổ, sử dụng tần số vô tuyến

1


điện và lãng phí về công suất phát sóng, gây can nhiễu lẫn nhau giữa các đài truyền
hình trên phạm vi cả nƣớc.
Thực hiện Lộ trình số hóa truyền hình mặt đất của Chính phủ, kết thúc năm
2015, thành phố Hải Phòng là một trong năm thành phố trực thuộc trung ƣơng phải
kết thúc truyền hình tƣơng tự, chuyển sang truyền hình số mặt đất theo chuẩn
DVB-T2 mà phƣơng thức điều chế cơ bản là OFDM, vì vậy việc nghiên cứu, ứng
dụng kỹ thuật Điều chế đa tần trực giao (OFDM) trong truyền hình số mặt đất là
yêu cầu bức thiết đặt ra.
2. Mục đích nghiên cứu đề tài

Phân tích nguyên lý hoạt động hệ thống OFDM (Phần phát-Phần thu) thực
hiện trên các phần tử DFT, FFT ứng dụng trong kỹ thuật phát sóng truyền hình số
mặt đất DVB-T và các phiên bản tiếp theo.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu đè tài

- Nghiên cứu tống quan về kỹ thuật truyền hình số mặt đất và thông số cơ
bản của nó theo chuẩn DVB-T; DVB-T2.
- Đi sâu phân tích đặc điểm Kỹ thuật OFDM ứng dụng trong DVB-T.
- Xây dựng chƣơng trình Mô phỏng Hệ thống OFDM thực hiện trên các
phần tử DFT, FFT và từ mô hình đó đánh giá hiệu quả hoạt động hệ thống OFDM.
4. Phƣơng pháp nghiên cƣu

Phân tích lý thuyết kết hợp mô phỏng máy tính.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Kỹ thuật Điều chế đa tần trực giao (OFDM) đƣợc ứng dụng rất mạnh trong

truyền dẫn tín hiệu số, đặc biệt trong truyền hình số, vì nó có nhiều ƣu thế nổi bật
hơn so với nhiều phƣơng thức kỹ thuật khác. Nhƣng về nguyên lý hoạt động, kỹ
thuật này có nhiều vấn đề khá phức tạp vì nó dựa trên các cơ sở lý thuyết điều chế
hiện đại (Điều chế đa sóng mang; Điều chế vuông góc; ...) đồng thời lại áp dụng
một số thành quả công nghệ điện tử tiên tiến nhƣ DFT, FFT, ... Mặt khác, thực
hiện Lộ trình số hóa truyền hình mặt đất của Chính phủ, kết thúc năm 2015, thành
phố Hải Phòng là một trong năm thành phố trực thuộc trung ƣơng phải kết thúc

2


truyền hình tƣơng tự, chuyển sang truyền hình số mặt đất theo chuẩn theo tiêu
chuẩn DVB-T2 mà phƣơng thức điều chế cơ bản là OFDM. Vì vậy việc “Nghiên
cứu phân tích nguyên lý hoạt động hệ thống Điều chế đa tần trực giao ứng dụng
trong Truyền hình số mặt đất” thật sự có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao.
Trong nội dung luận văn tốt nghiệp“ Nghiên cứu phân tích nguyên lý hoạt động
hệ thống Điều chế đa tần trực giao(OFDM) ứng dụng trong Truyền hình số mặt
đất”, em xin giới thiệu tổng quát về công nghệ OFDM và các ứng dụng trong
truyền hình số mặt đất. Luận văn gồm các nội dung chính sau:
 Chƣơng 1: Số hóa kỹ thuật truyền hình quảng bá
 Chƣơng 2: Kỹ thuật OFDM trong truyền hình số
 Chƣơng 3: Mô phỏng hệ thống
Mục đích của luận văn là nêu đƣợc nguyên lý chung, cấu trúc và các ƣu nhƣợc
điểm của công nghệ OFDM. Đồng thời nêu ra các ứng dụng trong thông tin vô
tuyến và hƣớng phát triển trong tƣơng lai.

3


CHƢƠNG 1: SỐ HÓA KỸ THUẬT TRUYỀN HÌNH QUẢNG BÁ

1.1. Tính tất yếu thực hiện lộ trình số hóa truyền hình quảng bá ở Việt Nam
Quá trình số hóa truyền hình đã và đang là một xu thế tất yếu trên thế giới.
Hiện nay nhiều nƣớc trên thế giới đã hoàn thành việc chuyển đổi từ công nghệ
towng tự sang công nghệ số đối với hệ thống truyền dẫn, phát sóng truyền hình
mặt đất. Trong khu vực châu Á- Thái Bình Dƣơng hầu hết các nƣớc cam kết hoàn
thành thực hiện việc chuyển đổi này trƣớc năm 2015. Nằm trong xu thế trên, Việt
Nam cũng phải thực hiện việc số hóa hệ thống truyền dẫn, phát sóng truyền hình
mặt đất để đảm bảo sự phát triển hiệu quả và hội nhập thành công của lĩnh vực
truyền hình với thế giới.
Về công nghệ việc số hóa hệ thống truyền dẫn, phát sóng truyền hình mặt
đất mang lại nhiều lợi ích cụ thể nhƣ: nâng cao chất lƣợng dịch vụ truyền hình với
chất lƣợng hình ảnh, âm thanh tốt hơn so với công nghệ tƣơng tự; tăng số lƣợng
kênh chƣơng trình truyền hình, giảm đầu tƣ phát triển hạ tầng truyền hình do số
lƣợng máy phát giảm, cho phép phát các kênh truyền hình có độ phân giải
cao(HDTV), truyền hình 3 chiều(3D), các dịch vụ truyền hình tƣơng tác; cho phép
sử dụng anten nhỏ hơn, tiêu thụ ít năng lƣợng hơn góp phần cải thiện mỹ quan đô
thị, giảm hiệu ứng nhà kính và thân thiện với môi trƣờng.
Về tài nguyên tần số, việc số hóa hệ thống truyền dẫn, phát sóng truyền hình
mặt đấ giúp giải phóng một phần băng tần đang sử dụng cho truyền hình để chuyển
sang sử dụng cho các dịch vụ vô tuyến băng rộng khác, nhằm phát triển hạ tầng
băng rộng đáp ứng nhu cầu thông tin phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa-hiện đại
hóa đất nƣớc.
Về thị trƣờng, việc số hóa hệ thống truyền dẫn, phát sóng truyền hình mặt
đất cho phép hình thành và phát triển thị trƣờng truyền dẫn, phát sóng nhằm thu
hút các nguồn lực để phát triển hạ tầng kỹ thuật truyền hình trên cơ sở bảo đảm sự
quản lý thống nhất có hiệu quả của Nhà nƣớc,
4


Về tổ chức bộ máy, việc số hóa hệ thống truyền dẫn, phát sóng truyền hình

mặt đất tạo điều kiện để tổ chức, sắp xếp lại các đài phát thanh truyền hình trên
phạm vi cả nƣớc theo hƣớng chuyên môn hóa, chuyên nghiệp hóa đảm bảo hoạt
động hiệu quả trên cơ sở phân định rõ hoạt động nội dung thông tin với hoạt động
truyền dẫn, phát sóng.
1.2. Mục tiêu số hóa truyền hình quảng bá ở Việt Nam
Mở rộng vùng phủ sóng phát thanh, truyền hình trong nƣớc và quốc tế, đặc
biệt là các chƣơng trình của Đài Tiếng nói Việt Nam, Đài Truyền hình Việt Nam
nhằm phục vụ tốt nhiệm vụ chính trị, đối ngoại, quốc phòng, an ninh của Đảng và
Nhà nƣớc (sau đây gọi chung là nhiệm vụ chính trị) và đảm bảo cung cấp cho đại
đa số ngƣời dân trong nƣớc và cộng đồng ngƣời Việt Nam ở nƣớc ngoài các dịch
vụ phát thanh, truyền hình đa dạng, phong phú, chất lƣợng cao, phù hợp với nhu
cầu và thu nhập của mọi đối tƣợng.
Phát triển hạ tầng truyền dẫn, phát sóng đồng bộ, hiện đại, hiệu quả, thống
nhất về tiêu chuẩn và công nghệ, đảm bảo có thể chuyển tải đƣợc các dịch vụ phát
thanh, truyền hình, viễn thông và công nghệ thông tin trên cùng một hạ tầng kỹ
thuật, đáp ứng yêu cầu hội tụ công nghệ và dịch vụ.
Thúc đẩy việc chuyển đổi hạ tầng truyền dẫn, phát sóng từ công nghệ tƣơng tự
sang công nghệ số nhằm nâng cao chất lƣợng dịch vụ, tăng số lƣợng kênh chƣơng
trình, đa dạng hóa các loại hình dịch vụ và nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn tài
nguyên tần số.
Từng bƣớc hình thành và phát triển thị trƣờng truyền dẫn, phát sóng trên cơ
sở tham gia của các doanh nghiệp Nhà nƣớc hoặc công ty cổ phần mà Nhà nƣớc
nắm cổ phần chi phối nhằm thu hút các nguồn lực để phát triển hạ tầng kỹ thuật
phát thanh, truyền hình, phục vụ phát triển kinh tế - xã hội và đảm bảo sự quản lý
thống nhất, có hiệu quả của Nhà nƣớc.

5


1.2.1. Mục tiêu chung

Chuyển đổi hạ tầng truyền dẫn, phát sóng truyền hình mặt đất từ công nghệ
tƣơng tự sang công nghệ số (sau đây gọi là số hóa truyền dẫn, phát sóng truyền
hình mặt đất) theo hƣớng hiện đại, hiệu quả, thống nhất về tiêu chuẩn và công nghệ
nhằm nâng cao chất lƣợng dịch vụ, tăng số lƣợng kênh chƣơng trình, nâng cao hiệu
quả sử dụng tần số truyền hình, đồng thời giải phóng một phần tài nguyên tần số để
phát triển các dịch vụ thông tin di động và vô tuyến băng rộng.
Từng bƣớc mở rộng vùng phủ sóng truyền hình số mặt đất nhằm phục vụ
phát triển kinh tế, văn hóa, xã hội, cung cấp các dịch vụ truyền hình đa dạng,
phong phú, chất lƣợng cao, phù hợp với nhu cầu và thu nhập của ngƣời dân và đảm
bảo thực hiện tốt nhiệm vụ chính trị, quốc phòng, an ninh của Đảng và Nhà nƣớc.
Hình thành và phát triển thị trƣờng truyền dẫn, phát sóng truyền hình số mặt
đất nhằm thu hút các nguồn lực của xã hội để phát triển hạ tầng kỹ thuật truyền
hình, trên cơ sở đảm bảo sự quản lý thống nhất, có hiệu quả của Nhà nƣớc.
Tạo điều kiện để tổ chức và sắp xếp lại hệ thống các đài phát thanh, truyền
hình trên phạm vi cả nƣớc theo hƣớng chuyên môn hóa, chuyên nghiệp hóa, hoạt
động hiệu quả và phân định rõ hoạt động về nội dung thông tin với hoạt động về
truyền dẫn, phát sóng.
1.2.2. Mục tiêu cụ thể
Đến năm 2015
Đảm bảo 80% hộ gia đình có máy thu hình trên cả nƣớc xem đƣợc truyền
hình số bằng các phƣơng thức khác nhau, trong đó truyền hình số mặt đất chiếm
khoảng 55% các phƣơng thức truyền hình;
Phủ sóng truyền hình số mặt đất để truyền dẫn các kênh chƣơng trình phục
vụ nhiệm vụ chính trị tới 60% dân cƣ;
Áp dụng thống nhất tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất trên cơ sở tiêu chuẩn
truyền hình số mặt đất DVB-T và các phiên bản tiếp theo;
6


Áp dụng thống nhất tiêu chuẩn mã hóa hình ảnh và âm thanh:

- Phần phát: Đến ngày 31 tháng 12 năm 2015 áp dụng tiêu chuẩn MPEG-2
hoặc MPEG-4;
- Phần thu: Từ 01 tháng 01 năm 2013, các thiết bị thu truyền hình số đƣợc
sản xuất và nhập khẩu phải tuân theo tiêu chuẩn MPEG-4 có hỗ trợ thu MPEG-2.
Đến năm 2020
Đảm bảo 100% các hộ gia đình có máy thu hình trên cả nƣớc xem đƣợc
truyền hình số bằng các phƣơng thức khác nhau; trong đó, truyền hình số mặt đất
chiếm 45% các phƣơng thức truyền hình;
Phủ sóng truyền hình số mặt đất để truyền dẫn các kênh chƣơng trình phục
vụ nhiệm vụ chính trị tới 80% dân cƣ;
Từ 01 tháng 01 năm 2016 áp dụng thống nhất tiêu chuẩn truyền hình số mặt
đất trên cơ sở tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T, tiêu chuẩn mã hóa tín hiệu
hình ảnh và âm thanh MPEG-4 và phiên bản tiếp theo của các tiêu chuẩn trên.
1.2.3. Kế hoạch triển khai
Nhóm địa phương thực hiện kế hoạch số hóa
Các tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ƣơng đƣợc phân chia thành bốn (04)
nhóm sau đây, để thực hiện kế hoạch số hóa truyền dẫn, phát sóng truyền hình mặt
đất trên cơ sở trình độ phát triển kinh tế - xã hội, điều kiện truyền sóng vô tuyến
điện và khả năng phân bổ tần số tại địa phƣơng:
Nhóm I: Hà Nội (cũ), thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng, Cần
Thơ;
Nhóm II: Hà Nội (mở rộng), Vĩnh Phúc, Bắc Ninh, Hải Dƣơng, Hƣng Yên,
Quảng Ninh, Thái Nguyên, Thái Bình, Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình, Bắc
Giang, Phú Thọ, Khánh Hòa, Bình Thuận, Ninh Thuận, Bình Dƣơng, Đồng Nai,
Bà Rịa - Vũng Tàu, Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Vĩnh Long, Đồng Tháp, An
Giang, Hậu Giang;
7


Nhóm III: Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa

Thiên - Huế, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định, Phú Yên, Lâm Đồng, Bình
Phƣớc, Tây Ninh, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau, Kiên Giang;
Nhóm IV: Hà Giang, Cao Bằng, Bắc Kạn, Tuyên Quang, Lào Cai, Yên Bái,
Lạng Sơn, Điện Biên, Lai Châu, Sơn La, Hòa Bình, Kon Tum, Gia Lai, Đắk Lắk,
Đắk Nông.
Hiện nay, cả nƣớc có 66 Đài truyền hình trong đó có 63 Đài truyền hình địa
phƣơng (mỗi tỉnh có một Đài) đang phát sóng truyền hình mặt đất công nghệ tƣơng
tự trong phạm vi địa phƣơng và Đài Truyền hình Việt nam VTV phát sóng toàn
quốc truyền hình mặt đất công nghệ tƣơng tự bằng các trạm phát lại đặt tại các
tỉnh, thành phố.
Hệ thống truyền dẫn, phát sóng của mỗi Đài đƣợc đầu tƣ riêng biệt, theo nhu
cầu của từng đài phủ sóng trên địa bàn và không có cơ chế chia sẻ hạ tầng truyền
dẫn phát sóng, không sử dụng hết năng lực của hệ thống truyền dẫn phát sóng, hiệu
quả khai thác thấp, dẫn đến lãng phí trong việc phân bổ, sử dụng tần số vô tuyến
điện và lãng phí về công suất phát sóng, gây can nhiễu lẫn nhau giữa các đài truyền
hình trên phạm vi cả nƣớc.
Thực hiện Lộ trình số hóa truyền hình mặt đất của Chính phủ, kết thúc năm
2015, thành phố Hải Phòng là một trong năm thành phố trực thuộc trung ƣơng phải
kết thúc truyền hình tƣơng tự, chuyển sang truyền hình số mặt đất theo chuẩn
DVB-T2, vì vậy việc nghiên cứu, ứng dụng kỹ thuật Điều chế đa tần trực giao
(OFDM) trong truyền hình số mặt đất là yêu cầu bức thiết và đã đƣợc một số Đài
truyền hình lớn trong nƣớc ứng dụng.
Đài Truyền hình kỹ thuật số VTC thuộc Bộ Thông Tin và Truyền Thông
thực hiện phát sóng truyền hình số mặt đất công nghệ DVB-T từ năm 2005 bằng
các trạm phát lại đặt tại một số tỉnh, thành phố. Theo lộ trình số hóa của Chính
phủ, Đài VTC sẽ chuyển đổi công nghệ từ DVB-T sang DVB-T2 dự kiến trong
năm 2015.

8

Truyền hình AVG thuộc Tập đoàn An Viên đang thử nghiệm phát sóng
truyền hình số mặt đất công nghệ DVB-T2 tại các thành phố Hà Nội, Hải Phòng,
thành phố Hồ Chí Minh từ năm 2012.
Thực hiện lộ trình số hóa của Chính phủ, năm 2014 Đài Truyền hình Việt
Nam (VTV) đã thử nghiệm phát sóng truyền hình số mặt đất công nghệ DVB-T2
tại các thành phố Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Hải Phòng và Cần
Thơ.
Kỹ thuật Điều chế đa tần trực giao (OFDM) đƣợc ứng dụng rất mạnh trong
truyền dẫn tín hiệu số, đặc biệt trong truyền hình số, vì nó có nhiều ƣu thế nổi bật
hơn so với nhiều phƣơng thức kỹ thuật khác. Nhƣng về nguyên lý hoạt động, kỹ
thuật này có nhiều vấn đề khá phức tạp vì nó dựa trên các cơ sở lý thuyết điều chế
hiện đại (Điều chế đa sóng mang; Điều chế vuông góc; ...) đồng thời lại áp dụng
một số thành quả công nghệ điện tử tiên tiến nhƣ DFT, FFT, ... Mặt khác, trong xu
thế hiện đại hóa của Kỹ thuật truyền hình ở nƣớc ta, ở thành phố ta sử dụng theo
tiêu chuẩn DVB-T2 mà phƣơng thức điều chế cơ bản là OFDM. Vì vậy việc
“Nghiên cứu phân tích nguyên lý hoạt động hệ thống Điều chế đa tần trực giao ứng
dụng trong Truyền hình số mặt đất” thật sự có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao.

9


CHƢƠNG 2: KĨ THUẬT OFDM TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ
2.1. GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT OFDM
2.1.1 Giới thiệu
Phƣơng thức truyền dữ liệu bằng cách chia nhỏ ra thành nhiều luồng bit và sử
dụng chúng để điều chế nhiều sóng mang đã đƣợc sử dụng cách đây hơn 30 năm.
Ghép kênh phân chia theo tấn số trực giao – OFDM (Orthogonal Frequency
Division Multiplexing) là một trƣờng hợp đặc biệt của truyền dẫn đa sóng mang,
tức là chia nhỏ một luồng dữ liệu tốc độ cao thành nhiều luồng dữ liệu tốc độ thấp

hơn đƣợc truyền đồng thời trên cùng một kênh truyền. OFDM là một phƣơng thức
điều chế hấp dẫn cho các kênh có đáp tuyến tần số không phẳng, lịch sử của
OFDM đƣợc bắt đầu từ 1960.
Trong OFDM, băng thông khả dụng đƣợc chia thành một số lƣợng lớn các
kênh con, mỗi kênh con nhỏ đến nỗi đáp ứng tần số có thể giả sử nhƣ là không đổi
trong kênh con. Luồng thông tin tổng quát đƣợc chia thành những luồng thông tin
con, mỗi luồng thông tin con đƣợc truyền trên một kênh con khác nhau. Những
kênh con này trực giao với nhau và dễ dàng khôi phục lại ở đầu thu. Chính điều
quan trọng này làm giảm xuyên nhiễu giữa các symbol (ISI) và làm hệ thống
OFDM hoạt động tốt trong các kênh fading nhiều tia. Dựa vào các lợi ích của sự
tiến bộ trong kỹ thuật RF và DSP, hệ thống OFDM có thể đạt đƣợc tốc độ cao
trong truy xuất vô tuyến với chi phí thấp và hiệu quả sử dụng phổ cao.
Trong hệ thống FDM (Frequency Division Multiplexer) truyền thống, băng
tần số của tổng tín hiệu đƣợc chia thành N kênh tần số con không trùng lặp. Mỗi
kênh con đƣợc điều chế với một symbol riêng lẻ và sau đó N kênh con đƣợc ghép
kênh tần số với nhau. Điều này giúp tránh việc chồng lấp phổ của những kênh và
giới hạn đƣợc xuyên nhiễu giữa các kênh với nhau. Tuy nhiên, điều này dẫn đến
hiệu suất sử dụng phổ thấp. Để khắc phục vấn đề hiệu suất, nhiều ý kiến đã đƣợc
đề xuất từ giữa những năm 60 là sử dụng dữ liệu song song và FDM với các kênh
con chồng lấp nhau, trong đó mỗi sóng mang tín hiệu có băng thông 2b đƣợc cách
nhau một khoảng tần b để tránh hiện tƣợng cân bằng tốc độ cao, chống lại nhiễu
10


xung và nhiễu đa đƣờng, cũng nhƣ sử dụng băng tần một cách có hiệu quả.
Ý nghĩa của trực giao cho ta biết rằng có một sự quan hệ toán học chính xác
giữa những tần số của các sóng mang trong hệ thống. Trong hệ thống ghép kênh
phân chia tần số thông thƣờng, nhiều sóng mang đƣợc cách nhau ra một phần để
cho tín hiệu có thể thu đƣợc tại đầu thu bằng các bộ lọc và bộ giải điều chế thông
thƣờng. Trong những bộ thu nhƣ thế, các khoảng tần bảo vệ đƣợc đƣa vào giữa

những sóng mang khác nhau và trong miền tần số sẽ làm cho hiệu suất sử dụng
phổ giảm đi.
Vào năm 1971, Weinstein và Ebert đã ứng dụng biến đổi Fourier rời rạc
(DFT) cho hệ thống truyền dẫn dữ liệu song song nhƣ một phần của quá trình điều
chế và giải điều chế. Điều này làm giảm đi số lƣợng phần cứng cả ở đầu phát và
đầu thu. Thêm vào đó, việc tính toán phức tạp cũng có thể giảm đi một cách đáng
kể bằng việc sử dụng thuật toán biến đổi Fourier nhanh (FFT), đồng thời nhờ
những tiến bộ gần đây trong kỹ thuật tích hợp với tỷ lệ rất cao (VLSI) và kỹ thuật
xử lý tín hiệu số (DSP) đã làm đƣợc những chíp FFT tốc độ cao, kích thƣớc lớn có
thể đáp ứng cho mục đích thƣơng mại và làm giảm chi phí bổ sung của những hệ
thống OFDM một cách đáng kể.
Hiện nay, OFDM đƣợc sử dụng trong nhiều hệ thống nhƣ ADSL, các hệ
thống không dây nhƣ IEEE802.11 (Wi-Fi) và IEEE 802.16 (WiMAX), phát quảng
bá âm thanh số (DAB), và phát quảng bá truyền hình số mặt đất chất lƣợng
cao(HDTV).
2.1.2. Khái niệm OFDM
OFDM là kĩ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao. OFDM phân
toàn bộ băng tần thành nhiều kênh băng hẹp, mỗi kênh có một sóng mang. Các
sóng mang này trực giao với các sóng mang khác có nghĩa là có một số nguyên lần
lặp trên một chu kỳ kí tự.Vì vậy, phổ của mỗi sóng mang bằng “không” tại tần số
trung tâm của tần số sóng mang khác trong hệ thống. Kết quả là không có nhiễu
giữa các sóng mang phụ.

11


Hình 2.1 Sóng mang OFDM (N=8)

2.1.3. Nguyên lý cơ bản của OFDM
Ghép kênh theo tần số trực giao Orthogonal Frequency Division Multiplexing

(OFDM) rất giống với ghép kênh theo tần số Frequency Division Multiplexing
(FDM) truyền thống. OFDM sử dụng những nguyên lý của FDM để cho phép
nhiều tin tức sẽ đƣợc gửi qua một kênh Radio đơn. Tuy nhiên, nó cho phép hiệu
quả phổ tốt hơn. OFDM khác với FDM nhiều điểm. Trong phát thanh thông
thƣờng mỗi đài phát thanh truyền trên một tần số khác nhau, sử dụng hiệu quả
FDM để duy trì sự ngăn cách giữa những đài. Tuy nhiên không có sự kết hợp đồng
bộ giữa mỗi trạm với các trạm khác. Với cách truyền OFDM nhƣ là DAB hoặc
DVB-T, những tín hiệu thông tin từ nhiều trạm đƣợc kết hợp trong một dòng dữ
liệu ghép kênh đơn. Sau đó dữ liệu này đƣợc truyền khi sử dụng khối OFDM đƣợc
tạo ra từ gói dày đặc nhiều sóng mang. Tất cả các sóng mang thứ cấp trong tín hiệu
OFDM đƣợc đồng bộ thời gian và tấn số với nhau, cho phép kiểm soát tốt can
nhiễu giữa những sóng mang. Các sóng mang này chồng lấp nhau trong miền tần

12


số, nhƣng không gây can nhiễu giữa các sóng mang (ICI- Inter Carrier Interference
) do bản chất trực giao của điều chế. Với FDM những tín hiệu truyền cần có
khoảng bảo vệ tần số lớn giữa những kênh để ngăn ngừa can nhiễu. Điều này làm
giảm hiệu quả phổ. Tuy nhiên với OFDM sự đóng gói trực giao những sóng mang
làm giảm đáng kể khoảng bảo vệ cải thiện hiệu quả phổ.
Tất cả các hệ thống truyền thông vô tuyến sử dụng sơ đồ điều chế để ánh xạ tín
hiệu thông tin tạo thành dạng có thể truyền hiệu quả trên kênh thông tin. Một phạm
vi rộng các sơ đồ điều chế đã đƣợc phát triển, phụ thuộc vào tín hiệu thông tin là
dạng sóng analog hoặc digital. Một số sơ đồ điều chế tƣơng tự chung bao gồm:
Điều chế tần số (FM), điều chế biên độ (AM), điều chế pha (PM), điều chế đơn
biên (SSB), Vestigial Side Band (VSB), Double Side Band Suppressed Carrier
(DSBSC). Các sơ đồ điều chế sóng mang đơn chung cho thông tin số bao gồm
khóa dịch biên độ (ASK), khóa dịch tần số (FSK), Khóa dịch pha (PSK) điều chế
QAM.

Phƣơng pháp đa sóng mang dùng công nghệ OFDM sẽ trải dữ liệu cần truyền
trên rất nhiều sóng mang, mỗi sóng mang đƣợc điều chế riêng biệt với tốc độ bit
thấp. Trong công nghệ FDM truyền thống những sóng mang đƣợc lọc ra riêng biệt
để bảo đảm rằng không có chồng phổ, bởi vậy không có hiện tƣợng giao thoa ký
hiệu ISI giữa những sóng mang nhƣng phổ lại chƣa đƣợc sử dụng với hiệu quả cao
nhất. Với OFDM, nếu khoảng cách sóng mang đƣợc chọn sao cho những sóng
mang trực giao sao cho những sóng mang trực giao trong chu kỳ ký hiệu thì những
tín hiệu có thể đƣợc khôi phục mà không giao thoa hay chồng phổ.
2.1.4. Tính trực giao của tín hiệu OFDM
Các tín hiệu là trực giao nhau nếu chúng độc lập tuyến tính với nhau. Trực giao
là một đặc tính giúp cho các tín hiệu đa thông tin(multiple information signal) đƣợc
truyền một cách hoàn hảo trên cùng một kênh truyền thông thƣờng và đƣợc tách ra
mà không gây nhiễu xuyên kênh.Việc mất tính trực giao giữa các sóng mang sẽ tạo
ra sự chồng lặp giữa các tín hiệu mang tin và làm suy giảm chất lƣợng tín hiệu và
làm cho đầu thu khó khôi phục lại đƣợc hoàn toàn thông tin ban đầu.
13


Trong OFDM, các sóng mang con đƣợc chồng lặp với nhau nhƣng tín hiệu
vẫn có thể đƣợc khôi phục mà không có xuyên nhiễu giữa các sóng mang kế cận
bởi vì giữa các sóng mang con có tính trực giao. Xét một tập các sóng mang con:
fn(t), n=0, 1, ..., N −1, t1≤ t ≤ t2. Tập sóng mang con này sẽ trực giao khi:

Trong đó: K là hằng số không phụ thuộc t, n hoặc m. Và trong OFDM, tập các
sóng mang con đƣợc truyền có thể đƣợc viết là:

Nếu các sóng mang con trực giao nhau thì biểu thức (1.1) phải xảy ra, tức
biểu thức (1.4) luôn đúng.
Khi n=m thì tích phân trên bằng T/2 không phụ thuộc vào n, m. Vì vậy, nếu
nhƣ các sóng mang con cách nhau một khoảng bằng 1 T, thì chúng sẽ trực giao với

nhau trong khoảng t2− t1 là bội số của T. OFDM đạt đƣợc tính trực giao trong miền
tần số bằng cách phân phối mỗi khoảng tín hiệu thông tin vào các sóng mang con
khác nhau. Tín hiệu OFDM đƣợc hình thành bằng cách tổng hợp các sóng sine,
tƣơng ứng với một sóng mang con. Tần số băng gốc của mỗi sóng mang con đƣợc
14