Nghiên cứu cơ chế truyền tin trong DVB s2 kết hợp phân tích dữ liệu luận văn ths kỹ thuật điện, điện tử và viễn thông 605202

ĐẠI

HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN ANH NGỌC

NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ TRUYỀN TIN TRONG DVB-S2
KẾT HỢP PHÂN TÍCH DỮ LIỆU

U

N V N THẠC SỸ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ, TRUYỀN THÔNG

HÀ NỘI - 2018


ĐẠI

HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN ANH NGỌC

NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ TRUYỀN TIN TRONG DVB-S2
KẾT HỢP PHÂN TÍCH DỮ LIỆU
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử
Mã số: 60 52 02 03

U

N V N THẠC SỸ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ, TRUYỀN THÔNG

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. Trịnh Anh Vũ

HÀ NỘI - 2018


i

MỤC

ỤC

LỜI CẢM ƠN......................................................................................................ii
LỜI CAM ĐOAN...............................................................................................iii
BẢNG CHỮ VIẾT TẮT VÀ THU T NGỮ....................................................iv
Chƣơng I: TỔNG QUAN VỀ KÊNH TRUYỀN VỆ TINH DVB-S2.............1
1.1 Tổng quan........................................................................................................1
1.2. Quá trình truyền dẫn qua vệ tinh....................................................................8
1.2.1 Khối mã hóa tín hiệu và ghép kênh......................................................... 8
1.2.2 Khối điều chế........................................................................................... 8
1.3. Hệ thống truyền DVB-S2...............................................................................9
1.3.1 Các mode điều chế DVB-S2.....................................................................9
1.3.2 Hệ thống DVB-S2.................................................................................. 14
Kết luận chương..................................................................................................21
Chƣơng II: CÂU TRÚC KHUNG DỮ LIỆU TRONG KÊNH DVB-S2......23
2.1. Cấu trúc khung truyền tải trong DVB-S2.................................................... 23
2.2. Nghiên cứu cấu trúc khung dữ liệu gói TS.................................................. 26

Kết luận chương..................................................................................................38
Chƣơng III: KẾT QUẢ XỬ LÝ SỐ LIỆU......................................................39
3.1. Phân tích thiết kế hệ thống...........................................................................39
3.2 Mô tả tính năng các thành phần....................................................................40
3.3 Module đồng bộ đầu vào từ các gói TS........................................................ 40
3.4 Module phân tích dữ liệu và dịch vụ.............................................................44
3.5 Tích hợp hệ thống......................................................................................... 47
3.6 Kết quả..........................................................................................................47
Kết luận chương..................................................................................................48
KẾT LU N.........................................................................................................49
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................50


ii

ỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này, ngoài sự nỗ lực của bản thân tôi còn nhận
được sự giúp đỡ nhiệt t nh từ phí nhà trường, cán ộ hư ng dẫn, gi đ nh, và bạn . T
i xin được gửi lời cả ơn ch n thành và s u sắc đến:
- PGS.TS. Trịnh Anh Vũ, Kho Điện Tử Viễn Th ng, Trường Đại học
Công nghệ - Đại học Quốc gi Hà Nội đã tận t nh hư ng dẫn tôi trong suốt
quá tr nh là luận văn.
- Trường Đại học C ng nghệ - Đại học Quốc gi Hà Nội đã tạo điều kiện
cho tôi học tập, nghi n cứu tạo tiền đề vững chắc cho t i hoàn thành h
luận.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cả
ơn đến gi đ nh và tất cả bạn
đã lu n ở
bên, ủng hộ t i để hoàn thành khóa luận.
Tôi xin chân thành cả ơn!

Hà Nội, ngày 20 tháng 6 nă

Nguyễn Anh Ngọc

2018


iii

ỜI CAM ĐOAN

i xin c đo n, luận văn là c ng tr nh nghi n cứu của tôi, có hỗ trợ từ cán ộ
hư ng dẫn là PGS.TS. Trịnh Anh Vũ c ng các thành vi n trong nh nghi n cứu. Nội
dung nghiên cứu trong luận văn h ng s o ch p ất kỳ công
trình nghiên cứu củ người hác. Ngoài r , luận văn c n sử dụng thông tin, hình vẽ,
số liệu được thu thập từ nhiều nguồn hác nh u được chỉ rõ ở phần tài liệu tham
khảo.
Nếu có bất kỳ sự gian lận nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệ trư c hội
đồng nhà trường cũng như ết quả củ luận văn này.
T

Học vi n

Nguyễn Anh Ngọc


iv

BẢNG CHỮ VIẾT TẮT VÀ THU T NGỮ
STT

1

Chữ viết tắt
16APSK

2

32APSK

3

8PSK

4

ACM

7
8

BBFrame
BCH

9

C/N

10

CCM

11

CDMA
15
16

DVB
DVB-RCS

17

DVB-RCS2

18

DVB-S

19

DVB-S2

20

ES


v

21 FDMA

22 FEC
23 GPS
24 H.264

25 ICMP
26 IMO
27 IP
28 IP Dst
29 IP Src
31 LDPC
32 MF-TDMA
34 MPEG
35 MPEG-2

36 PCI

37 PES

38 PID
39 POP3


vi

40 PS
41 PSK
42 PRSB
43 QPSK
44 RS
45 RTP

46 SDP

47 SIP
48 SMTP

49 SMTP
50 TCP
51 TKT
52 TS
53 UDP

54 UPL
55 VCM
56 VoIP
57 PUSI


vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Tham số chính của các chuẩn DVB
Hình1.2: Nguyên lý ngẫu nhiên hóa để phân tán năng lượng trong
DVB-S
Hình 1.3. Cấu trúc dòng truyền tải sau khi ngẫu nhiên hóa
Hình1.4. Gói dòng truyền tải TS của MPEG-2
Hình 1.5. Gói TS sau khi được mã hóa RS (204,188)
Hình 1.6. Nguyên lý hoạt động của bộ xáo trộn/ giải xáo trộn
Hình 1.7. Minh họa tác dụng của việc xáo trộn bit: lỗi chùm
được phân tán thành nhiều lỗi đơn
Hình 1.8. Sơ đồ bộ tạo mã chập trong tiêu chuẩn DVB-S

Hình1.9. Sơ đồ khối truyền DVB-S/S2 qua vệ tinh
Hình 1.10. Các sơ đồ điều chế được sử dụng trong DVB-S2
Hình 1.11. Ánh xạ các bit trong điều chế phân cấp
Hình1.12. Mô hình mã hóa và điều chế thích nghi
Hình1.13. Sơ đồ khối hệ thống DVB-S2
Hình 1.14. Hoạt động của bộ mã hóa CRC-8
Hình 1.15. Định dạng đầu ra sau khối thích nghi kiểu truyền dẫn
Hình 1.16. Các thành phần trong khối thích nghi dòng truyền tải
Hình 1.17. Khung BBFRAME tại đầu ra khối thích nghi dòng truyền
tải
Hình 1.18. Nguyên lý ngẫu nhiên hóa trong DVB-S2
Hình 1.19. Các thành phần trong khối mã hóa trước FEC
Hình1.20. Cấu trúc FECFRAME sau bộ mã hóa trước
Hình 1.21. Các tham số mã hóa đối với khung FECFRAME thường
Hình 1.22. Đa thức sinh BCH trong trường hợp khung FECFRAME
thường
Hình 1.23. Sơ đồ xáo trộn bit, điều chế 8PSK và khung FECFRAME
thường
Hình 2.1. Minh họa cấu trúc khung vật lý được sử dụng trong DVBS2
Hình 2.2. Quá trình tạo thành FECFRAME trong DVB-S2
Hình 2.3. Các thành phần của khối tạo khung PLFRAME
Bảng 2.4. Số lượng các SLOT theo độ dài XFECRAME
Hình 2.5. Cấu trúc của PLHEADER
Hình 2.6. Sơ đồ dồn kênh dòng cơ sở


viii

Hình 2.7. Sơ đồ dồn kênh dòng cơ sở Mpeg2
Hình 2.8. Mô tả cấu trúc gói PES

Hình 2.9. Mô tả ghép các khung dữ liệu
Hình 2.10. Mô tả data payload cảu PES
Hình 2.11. Mô tả cấu trúc khung TS
Hình 2.12. Cấu trúc gói IP
Hình 2.13. Cấu trúc gói IPv4
Hình 2.14. Cấu trúc gói TCP
Hình 2.15. Định dạng packet được đóng gói với GRE
Hình 2.16. GRE header
Hình 2.17. Định dạng tùy chọn trong GRE header
Hình 2.18. Cấu trúc gói MPE
Hình 2.19 Cấu trúc MPE header
Hình 2.2. Bảng các giá trị nhận dạng của DSM – CC
Hình 2.21. Các giá trị của payload_scrambling_control
Hình 2.22. Các giá trị của address_scrambling_control
Hình 3.1. Sơ đồ khối các thành phần
Hình 3.2. Đồng bộ đầu vào từ gói TS
Hình 3.3. Đóng gói MPE trong luồng MPEG2-TS
Hình 3.4. Ví dụ về MPE trong dòng tải MPEG2-TS
Hình 3.5. Ví dụ về IP trong MPE
Hình 3.6 Thuật toán xử lý giao thức HTTP
Hình 3.7. Thuật toán xử lý giao thức Lotus
Hình 3.8. Tích hợp các module
Hình 3.9. Giao diện chương trình xử lý dữ liệu
Hình 3.11. So sánh kết quả của hai chương trình xử lý


1

Chƣơng I: TỔNG QUAN VỀ KÊNH TRUYỀN VỆ TINH DVB-S2
1.1 Tổng quan

Thế hệ vệ tinh thương ại đầu tiên là INTELSAT-1 hay Early Bird ra đời
vào nă 1965. Đến đầu những nă 1970 các hệ thống vệ tinh đã c thể
cung cấp các dịch vụ tr o đổi thoại và truyền hình giữa hai lục địa. M i đầu vệ
tinh chỉ đáp ứng được cho các tuyến dung lượng thấp, s u đ nhu cầu gi tăng tốc
độ cũng như số lượng thông tin qua vệ tinh đã thúc đẩy nhanh chóng việc
hình thành các hệ thống vệ tinh đ úp s ng và các ỹ thuật sử dụng lại tần số tương
tự sóng mang. Kỹ thuật đầu ti n được dùng cho hệ thống vệ tinh là truyền dẫn
tương tự, sử dụng công nghệ FDM/FM/FDMA.
S u đ để đáp ứng nhu cầu gi tăng th ng tin, người t đã tiến t i các phương
thức truyền dẫn tiên tiến hơn như là SCPC/FM/FDMA (nă 1980) hay
PSK/TDMA và PSK/CDMA. Các phương thức về sau dựa trên truyền dẫn số
qua vệ tinh để khai thác triệt để lợi ích do kỹ thuật số mang lại. Kỷ nguyên
truyền dẫn th ng tin ăng vệ tinh thực sự có hiệu quả vào những nă
80. Khi đ , truyền dẫn qua vệ tinh đã tiết kiệ ăng th ng và giá thành hi sử dụng
các kiểu điều chế QPSK và BPSK. Những nă 90, c ng nghệ phát quảng
bá qua vệ tinh đã phát triển rộng rãi sau khi ETSI công bố chuẩn DVB-S đầu
tiên, kết hợp điều chế QPSK v i sửa lỗi trong và ngoài (Viterbivà ReedSolomon).Cuộc cách mạng về mã sửa lỗi kết hợp v i các cấu h nh điều chế m i
và một loạt các đặc tính m i là nền tảng làm nên tiêu chuẩn DVB-S2, còn gọi là
truyền hình thế hệ 2. Đ y là ti u chuẩn m i nhất trong các tiêu chuẩn của ETSI về
truyền dẫn thông tin vệ tinh. Kiểu điều chế này cũng đã h p lại con đường tiệm
cận gi i hạn về mặt lý thuyết (gi i hạn Shannon). DVB-S2 ( Digital Video
Broadcasting - Satelltite - Second Generation) là một chuẩn truyền hình số
quảng bá, thế hệ sau của chuẩn truyền hình quảng bá DVB-S. Công nghệ DVBS2 là một ư c phát triển mạnh mẽ, v i phổ hẹp hơn, tốc độ truyền dẫn
c o và độ tin cậy tốt hơn. DVB-S2 dần trở thành phổ biến và được ứng dụng
nhiều trong thực tế. Được nghiên cứu từ những nă 2003, v i nhiều khả năng kỹ
thuật được ứng dụng. Ứng dụng mã LDPC, BCH, ngoài r c n th y đổi kỹ thuật
điều chế. Các nghiên cứu khoa học đã chứng minh tính hiệu quả của công nghệ
m i. Và đ ng được ứng dụng không chỉ trong truyền dữ liệu truyền hình mà còn

sử dụng để truyền nhiều dạng dữ liệu khác. Chuẩn truyền dẫn Digital Video
Broadcasting (DVB) là một tập hợp các tiêu chuẩn quốc tế mở cho truyền

hình kỹ thuật số . Dự án DVB r đời vào đầu những nă 1990 và hiện nay bao gồ
hơn 270 tổ chức tại hơn 29 quốc gia trên toàn thế gi i.


2

Đường truyền vệ tinh tồn tại một nhược điểm l n là cự ly thông tin l n,
chịu ảnh hưởng mạnh của nhiễu và tạp … 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.
Các chuẩn DVB phổ biến:
- DVB-S: Truyền hình vệ tinh kỹ thuật số
- DVB-C: Truyền hình cáp kỹ thuật số
- DVB-T: Truyền hình mặt đất kỹ thuật số
Chế độ
FEC

Điều
đường lên

chế

Điều
đường về

chế

Khoảng
bảo vệ
Fourier
transform
size
Xen kẽ
Hình 1.1. Tham số chính của các chuẩn DVB
Truyền hình vệ tinh kỹ thuật số (DVB-S): quá trình xử lý tín hiệu truyền
hình vệ tinh gồm các bư c như sau:
- Thích nghi đầu vào và phân tán năng lượng.
- Mã hóa ngoài sử dụng mã Reed-Solomon RS (204,188).
- Xáo trộn bit nhằm tăng khả năng chống lỗi cụm.
- Mã hóa trong sử dụng mã xoắn v i các tỷ lệ mã khác nhau.
- Lọc băng gốc và điều chế QPSK.


Áp dụng ngẫu nhiên hóa trong DVB-S
Theo tiêu chuẩn DVB-S, dòng dữ liệu đầu vào hệ thống là dòng truyền tải
MPEG-2. Độ dài các gói của dòng truyền tải là RS(204,188) byte, trong đó có


3

một byte dùng để đồng bộ gói v i giá trị luôn bằng 47HEX (01000111). Việc
phân tán năng lượng luôn được thực hiện từ bit đầu tiên của byte đồng bộ
(MSBMost Significant Bit) tức là bit 0 của byte 01000111.

Hình1.2. Nguyên lý ngẫu nhiên hóa để phân tán năng lượng trong DVB-S [1]
Chuỗi PRSB được tạo ra bằng thanh ghi dịch có độ dài 15, biểu thức toán
cho mạch tạo chuỗi giả ngẫu nhiên là: G(x) = 1 + X14 + X15. Khi nhận tín hiệu

byte đồng bộ, các giá trị của thanh ghi dịch được nạp giá trị
“100101010000000” và việc tạo tín hiệu ngẫu nhiên được thực hiện v i chu kỳ là
8 gói dòng truyền tải MPEG-2. Sau khi xáo trộn đủ 8 gói dòng truyền tải, các
thanh ghi dịch lại được nạp giá trị trên và thực hiện chu kỳ m i. Tại phía thu, tín
hiệu thu được cũng được cộng v i chuỗi giả ngẫu nhiên tương tự và đồng bộ v i
chuỗi giả ngẫu nhiên bên phát. Do vậy để cung cấp dấu hiệu cho bộ giải ngẫu
nhiên, byte đầu tiên của gói truyền tải thứ nhất trong nhóm 8 gói được đảo
ngược trở thành B8HEX (10111000). Đồng thời các byte đồng bộ trong các gói
sẽ không được ngẫu nhiên hóa. Lúc này bộ tạo chuỗi PRSB vẫn hoạt động
nhưng đầu ra sẽ được vô hiệu hóa do vậy các byte đồng bộ sẽ vẫn được giữ
nguyên. Byte đồng bộ của gói đầu tiên trong chuỗi 8 gói dòng truyền tải được ký
hiệu là . Byte đồng bộ của các gói còn lại (từ gói 2 đến gói 8) được ký hiệu là
SYNC.

Hình 1.3. Cấu trúc dòng truyền tải sau khi ngẫu nhiên hóa
Quá trình ngẫu nhiên hóa được thực hiện ngay cả khi không có dòng bit
đầu vào, hoặc dòng bit đầu vào không phải là dòng truyền tải MPEG-2. Điều
này để tránh xảy ra tình trạng phát đi sóng mang không được điều chế. Tại phía


4

thu, chuỗi giả ngẫu nhiên được tạo ra từ một mạch hoàn toàn giống v i phía phát.
Để đồng bộ v i phần phát, mạch tạo chuỗi giả ngẫu nhiên sẽ được nạp giá trị
“100101010000000” ỗi khi nhận được byte đồng bộ gói bị xáo trộn và việc tạo
chuỗi PRBS sẽ được thực hiện v i chu kỳ 8 gói tương tự như phía phát.
Mã hóa ngoài (Outer coding)
Đường truyền vệ tinh chịu ảnh hưởng l n của nhiễu và tạp âm nên việc áp
dụng các phương pháp sửa lỗi là rất cần thiết. Thông tin truyền hình là dạng
thông tin một chiều do vậy phương pháp sửa lỗi được sử dụng là phương pháp

sửa lỗi trư c (FEC-Forward Error Correction). Theo phương pháp này, phía thu
khi nhận được tín hiệu sẽ có khả năng phát hiện và tự sửa chữa lỗi bit nếu có.
Dòng bit sau khi qua khối thích nghi dòng truyền tải và phân tán năng lượng sẽ
được đưa đến khối mã hóa ngoài. Trong tiêu chuẩn DVB, mã ngoài được sử
dụng là mã RS (204, 188). Đây là mã Reed-Solomon, thuộc dạng mã khối (block
coding). Mã khối xử lý các khối mã theo kích thư c cố định, đối v i mã RS (204,
188) kích thư c khối mã được xử lý là 188 byte phù hợp v i kích thư c gói truyền
tải MPEG-2. Các gói này được kết hợp v i 16 byte gồm các thông tin có chức
năng phục vụ cho mục đích xác định và sửa lỗi tại phía thu. Như vậy kích thư c
từ mã sau bộ mã hóa ngoài là 204 byte.
Byte đồng bộ
Hình1.4. Gói dòng truyền tải TS của MPEG-2

Hình 1.5. Gói TS sau khi được mã hóa RS (204,188)
Đa thức tạo mã: g(x) = (x+λ0) (x+λ1)... (x+λ15)
Đa thức tạo trường: P(x) = x8 + x4 + x3 + x2 + 1.
Mã RS (204, 188) là mã được rút gọn dựa trên mã gốc RS (255, 239). Trư
c khi đưa vào bộ mã hóa RS (255, 239), dòng bit được thêm vào 51 byte mang
giá trị 0. Tại đầu ra bộ mã hóa các giá trị này sẽ bị loại bỏ để tạo thành gói
204 byte. Theo lý thuyết về mã khối, mã RS (204, 188) có thể sửa được tối đa 8
byte trong 1 gói. Khả năng sửa lỗi của mã khối đối v i lỗi ngẫu nhiên phụ thuộc
vào số vị trí nhỏ nhất khác nhau giữa các cặp mã khác nhau, được gọi là khoảng
cách Hamming. Mã RS (204, 188) có thể sửa được cả lỗi ngẫu nhiên (random
error) và lỗi chùm (burst error), tuy nhiên nó chỉ hiệu quả đối v i các lỗi đơn,


5

nếu lỗi chùm ảnh hưởng đến nhiều hơn 8 byte thì mã RS (204, 188) không thể
khắc phục được mà phải kết hợp v i các phương pháp sửa lỗi khác.

Khối xáo trộn bit (Forney Convolutional Interleaver)
Phương pháp xáo trộn bit được kết hợp v i mã ngoài RS (204, 188) để
nâng cao khả năng sửa lỗi chùm. Khi có lỗi chùm xảy ra, chất lượng tín hiệu thu
được suy giảm đột ngột. Nếu lỗi chùm xảy ra vượt quá 8 byte thì phương pháp
mã sửa sai RS (204, 188) không thể khắc phục được và dẫn t i sự sai lệch trong
quá trình giải mã lại tín hiệu. Nguyên lý của việc xáo trộn bit là xáo trộn các
byte trong các gói khác nhau theo một quy luật nhất định, sao cho các byte liền
nhau sẽ thuộc các gói khác nhau. Tại phía thu, việc xáo trộn được làm ngược lại
v i phía phát. Khi có lỗi chùm xảy ra trên đường truyền thì các lỗi đó phân đều
trên các gói mà không tập trung tại một gói, nhờ đó mà khi đường truyền bị lỗi
chùm thì vẫn có thể khắc phục được trong một gi i hạn nào đó. Việc xáo trộn
được thực hiện thông qua đổi chỗ các byte khác nhau qua 12 nhánh, các nhánh
có cấu trúc là các thanh ghi dịch FIFO (First In First Out-vào trư c ra trư c). Mỗi
nhánh bao gồm j*M ô (cell). Mỗi ô có kích thư c là 1 byte.
Trong đó:
j: chỉ số của nhánh. Giá trị từ 0 đến 11.
tổng số nhánh, còn gọi là độ sâu xáo trộn (interleaving depth). I = 12.
M: độ dài thanh ghi dịch nhỏ nhất. M = N/I = 204/ 12 = 17 byte.
Như vậy mỗi nhánh có kích thư c từ 0, 17, 34…187 yte.
I:

Hình 1.6. Nguyên lý hoạt động của bộ xáo trộn/ giải xáo trộn
Khi nhận được byte đồng bộ gói, bộ xáo trộn sẽ bắt đầu thực hiện việc xáo
trộn các byte giữa các gói v i nhau. Giả sử thời gian chuyển mạch là T, tương
ứng v i thời gian truyền đi 1 byte. Để mỗi byte có thể dịch đi 1 vị trí trong 1
nhánh cần thời gian là 12T là khoảng thời gian để chuyển mạch thực hiện một
chu kỳ. Trong nhịp đầu tiên, byte đồng bộ không bị trễ được đi qua


6

nhánh “0”. Đến nhịp thứ 2, byte thứ 2 (byte tiếp sau byte đồng bộ) được nạp vào
ô đầu tiên củ nhánh “1” đồng thời đọc số liệu tại ô cuối cùng củ nhánh “1”.
Như vậy độ trễ của byte đọc ra (từ lúc vào nhánh đến lúc ra khỏi nhánh) đối v i
nhánh 1 được xác định như sau:
T1 = 12T * số cell trong nhánh “1” = 12T * M = 12 * 17 = 204T.
Khi nhịp thứ 3 bắt đầu, byte tiếp theo được nạp vào nhánh “2” đồng thời
đọc ra byte cuối cùng ở nhánh “2” và cứ như vậy cho đến hết nhánh “11” ộ xáo
trộn sẽ trở về nhánh “0” và tiếp tục chu kỳ m i. Độ trễ của các byte khi đi qua
nhánh j được xác định như sau:
Tj = 12T * M * j = 12T * 17 * j = 204T * j
Tại phía thu, bộ giải xáo trộn cũng có nguyên lý tương tự như bộ xáo trộn.
Các byte cũng được đưa qua các thanh ghi dịch v i chiều dài tương ứng v i chỉ số
nhánh là (11-j) ô. Như vậy các byte tại phía phát có độ trễ ít sẽ được làm trễ
nhiều hơn và ngược lại sao cho tổng độ trễ của cả phần thu và phát của tất cả các
byte là 12T * M * (j + 11-j) = 2244 T. Như vậy thứ tự các byte sau khi ra khỏi bộ
xáo trộn sẽ có thứ tự như trư c khi vào bộ xáo trộn. Sự khác biệt của dòng bit
đầu ra so v i đầu vào bộ xáo trộn là số liệu trong mỗi gói ở đầu ra sẽ là số liệu
của nhiều gói khác nhau ở đầu vào. Các byte đồng bộ gói không bị thay đổi vị trí
(không bị trễ). Khi có lỗi chùm xảy ra trên 1 gói thì lỗi sẽ được phân chia trên
các gói này trư c khi được đưa đến khối giải mã ngoài, do vậy làm tăng khả năng
sửa lỗi của mã RS (204, 188).

Hình 1.7. Minh họa tác dụng của việc xáo trộn bit: lỗi chùm
được phân tán thành nhiều lỗi đơn
Mã hóa trong-mã chập (Inner Coding - Convolutional Coding)
Mã hóa trong là l p mã thứ 2 được sử dụng trong truyền hình số vệ tinh và
truyền hình số mặt đất để nâng cao hơn nữa khả năng sửa lỗi đường truyền.

7

Mã hóa trong theo tiêu chuẩn DVB-S là loại mã chập (convolutional code). Mã
chập không xử lý các khối bit cố định như mã khối. Dòng bit đầu vào bộ mã hóa
là liên tục và được đưa vào một thanh ghi dịch có kích thư c K (tầng), được gọi
là chiều dài ràng buộc của bộ mã hóa (constraint length). Tín hiệu đầu vào sẽ
được cộng modul 2 v i nội dung chứa trong thanh ghi dịch. Sở dĩ gọi là mã chập
vì tín hiệu vào được mã hóa bằng cách cộng v i chính nó đã được làm trễ về thời
gian.

Hình 1.8. Sơ đồ bộ tạo mã chập trong tiêu chuẩn DVB-S
Tỷ lệ mã 1/2 tương ứng v i dòng bit đầu ra gấp đôi dòng bit đầu vào. Điều
này đem đến khả năng sửa lỗi cao cho tín hiệu nhưng đồng thời cũng gây lãng
phí vì thông tin có ích chỉ chiếm 1/2 trong dòng bit truyền đi. Tuy nhiên, các bit
phục vụ cho việc sửa lỗi có thể được loại bỏ (puncturing) để tăng hiệu suất sử
dụng. Nhờ biện pháp loại bỏ, mã trong của tiêu chuẩn DVBS có thể đạt được các
tỷ lệ mã sau: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8. Đây là tỷ lệ giữa thông tin có ích và thông tin
được truyền. Tỷ lệ 1/2 phản ánh không sử dụng loại bỏ bit nhằm tối đa khả năng
sửa lỗi, trong khi đó tỷ lệ 7/8 đạt được hiệu suất các bit thông tin
l n nhất. Tùy thuộc vào yêu cầu của ứng dụng cụ thể đòi hỏi khả năng sửa lỗi
hay tốc độ bit để có thể lựa chọn tỷ lệ mã phù hợp.
Do việc loại bỏ là không đối xứng nên trư c khi được đưa vào khối điều
chế, các từ mã tại 2 nhánh đầu ra bộ mã trong được sắp xếp lại để có sự cân
bằng giữa dòng bit từ 2 nhánh.
Công nghệ truyền hình quảng bá qua vệ tinh DVB-S r đời từ những nă
1990 sử dụng điều chế QPSK dùng mã chập và mã Reed-Solomon có hiệu suất
phổ từ 0.8-1.2 bit/Hz tùy theo tỷ lệ mã. DVB-S2 là thế hệ truyền dẫn thứ hai cho
phát quảng bá vệ tinh. Sự r đời của DVB-S2 là một ư c đột phá về công nghệ so
v i thế hệ thứ nhất DVB-S bởi những cải tiến trong mã sửa sai m i (BCH &

LPDC) và kết hợp v i các kiểu điều chế và mã hoá cấp cao. Ứng dụng công nghệ
DVB-S2 sẽ là tăng đáng ể hiệu suất sử dụng ăng th ng trong truyền
dẫn vệ tinh: từ 30% đến 131% so v i DVB-S đồng thời giảm giá thành thuê bộ
phát đáp vệ tinh.
So v i DVB-S thì chuẩn DVB-S2 có những sự th y đổi nhằ tăng hiệu quả
phổ và chất lượng tín hiệu: mã sửa sai trong Viterbi và mã sửa sai ngoài


8

Reed Solo on được thay thế bằng mã sửa sai LDPC và BCH; nhưng cả h i đều sử
dụng luồng dữ liệu theo chuẩn nén MPEG-2.
Tiêu chuẩn DVB-S2 có sự th y đổi không nhiều trong cấu trúc so v i
DVB-S: trên hình 1.1 ta có thể thấy mã sửa sai trong Viterbi và mã sửa sai ngoài
Reed-Solo on được thay thế bằng mã sửa sai LDPC (Low Density Parity Check)
và BCH (Bose-Ch udhuri Hocquenghe ) tương ứng. Đ y chính là điều cốt lõi tạo
nên một ư c nhảy vọt về hiệu suất sử dụng phổ vốn là một vấn đề gốc rễ trong
truyền thông vô tuyến của bất kỳ quốc gia nào. Chú ý rằng một mã sửa sai tốt
hơn là ột mã v i cùng tỷ lệ mã và tỷ lệ lỗi chỉ cần tỷ số Eb/N0 nhỏ hơn (tất nhi n
lý tưởng nhất là càng gần đến gi i hạn Shannon).
1.2. Quá trình truyền dẫn qua vệ tinh

Hình1.9. Sơ đồ khối truyền DVB-S/S2 qua vệ
tinh 1.2.1 Khối mã hóa tín hiệu và ghép kênh
Có nhiệm vụ tạo ra dòng truyền tải TS. Tín hiệu truyền hình tương tự
được biến đổi sang tín hiệu số, sau đó được nén theo tiêu chuẩn MPEG -2. Dòng
bit thu được là các dòng cơ sở ES được phân vào các gói dòng truyền tải TS. Hệ
thống mà cho phép dòng truyền tải có thể là đơn hoặc đa chương trình. Các biện
pháp khóa mã cũng có thể được áp dụng để tăng tính bảo mật cho hệ thống.

1.2.2 Khối điều chế
Sau khi tạo thành dòng truyền tải MPEG-2, tín hiệu được đưa đến khối
điều chế tín hiệu số. Khối điều chế có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu truyền hình số
MPEG-2 thành tín hiệu trung tần IF. Tùy thuộc vào các tiêu chuẩn khác nhau mà
các kiểu điều chế được sử dụng khác nhau. Các kiểu điều chế được áp dụng


9

trong tiêu chuẩn DVB-S là QPSK, BPSK, 8PSK hay 16PSK; trong DVB-S2 là
QPSK, 8PSK, 16APSK, 32APSK.
Hệ thống thu có chức năng ngược lại so v i hệ thống phát. Tín hiệu RF sau khi
qua anten thu được đưa t i khối LNB (Low Noise Block) hoặc bộ khuếch đại
tạp âm thấp LNA (Low Noise Amplifier) sẽ được chuyển xuống trung tần. Tín
hiệu trung tần sẽ được giải điều chế tương ứng v i phương pháp điều chế bên
phát tạo thành dòng truyền tải. Cuối cùng dòng truyền tải được giải nén, giải
ghép kênh để thu được các dữ liệu rõ( như h nh ảnh truyền h nh, D t ,…).
1.3. Hệ thống truyền DVB-S2
1.3.1 Các mode điều chế DVB-S2
DVB-S2 là thế hệ thứ 2 của truyền hình số phát qua vệ tinh, được phát
triển từ năm 2003. Hiện, DVB-S2 đ ng dần thay thế cả hai tiêu chuẩn này nhờ sự
vượt trội về hiệu quả sử dụng băng tần và độ linh hoạt hơn DVB-S như: khả
năng sử dụng băng tần hiệu quả hơn, các kiểu điều chế, mã hóa linh hoạt hơn và
không bị hạn chế v i kiểu mã hoá MPEG-2 mà mềm dẻo hơn khi chấp nhận bất
kì dạng đầu vào, bao gồm dòng bit liên tục, dòng truyền tải MPEG đơn hoặc đa
chương trình, IP hay ATM. Đặc tính này cho phép các dòng dữ liệu khác và các
cấu hình dữ liệu trong tương lai có thể sử dụng được v i DVB-S2 mà không cần
t i một tiêu chuẩn m i. Hiện nay và trong những năm t i, việc đưa vào sử dụng
chuẩn DVB-S2 trong truyền dẫn qua TTLLVT rất phổ biến [5].
DVB-S2 sử dụng 4 sơ đồ điều chế khác nhau: QPSK, 8PSK, 16APSK,

32APSK. Trong đó QPSK và 8PSK được sử dụng cho các ứng dụng quảng bá
do chúng là loại điều chế có đường bao không đổi và có thể hoạt động ở gần
điểm bão hòa của các bộ phát đáp trên vệ tinh. Còn 16APSK và 32APSK hư ng t
i các ứng dụng chuyên nghiệp, có thể được sử dụng cho quảng bá nhưng đòi hỏi
mức C/N cao và phải áp dụng phương pháp tiền sửa méo (predistortion) trong
trạm phát lên để giảm thiểu tính phi tuyến của bộ phát đáp. Các phương pháp
này không tối ưu về mặt công suất nhưng hiệu suất phổ lại l n hơn nhiều. Các sơ
đồ chòm sao 16APSK và 32APSK được thiết kế để hoạt động trên các bộ phát
đáp phi tuyến nhờ đặt các điểm trên các vòng tròn khác nhau. Tuy nhiên trên
kênh tuyến tính chúng vẫn có thể đạt hiệu quả tương đương v i 16QAM và
32QAM. Bằng cách lựa chọn kiểu điều chế và tỷ lệ mã khác nhau, DVB-S2 có
thể đạt được hiệu suất phổ từ 0,5 đến 4,5 bit/symbol tùy thuộc vào bộ phát đáp
được sử dụng. Ba hệ số roll-off khác nhau được lựa chọn: 0,35 (DVB-S); 0,2 và
0,25 cho phép tiết kiệm băng thông hơn so v i DVB-S.


10

Hình 1.10. Các sơ đồ điều chế được sử dụng trong DVB-S2 [5]
Ngoài ra, để tương thích ngược v i DVB-S đang được sử dụng rộng rãi,
điều chế phân cấp (Hierarchical Modulation) cũng được đưa vào DVB-S2. Nhờ
điều chế phân cấp, có thể truyền đồng thời một dòng truyền tải DVB-S (HPHigh
Priority) và dòng truyền tải DVB-S2 (LP-Low Priority)

Hình 1.11. Ánh xạ các bit trong điều chế phân cấp
Trong điều chế phân cấp, mỗi góc phần tư được xem như một điểm trên
chòm sao điều chế. Mỗi góc phần tư sẽ xác định 2 bit có độ ưu tiên cao HP. Tuy
nhiên, nếu thêm vào 2 trạng thái tại mỗi góc phần tư để xác định bit có độ ưu
tiên thấp LP thì mỗi symbol sẽ tăng thêm 1 bit thông tin. Như vậy, máy thu
DVB-S có thể thu tín hiệu điều chế phân cấp và giải điều chế QPSK, còn máy

thu DVS-S2 sẽ thu và giải điều chế 8PSK.
Độ lợi hiệu dụng:


11

Việc đưa vào các mode điều chế cao hơn làm tăng hiệu suất băng thông vì
tăng số bit ánh xạ đưa vào các chòm sao. Tất nhiên phải trả giá là yêu cầu C/N
cao hơn.
Hệ số roll-off:
Như đã trình bày trư c, tiêu chuẩn DVB-S2 có ba hệ số roll-off (∞) thay vì
chỉ có hệ số roll-off là 0.35 trong tiêu chuẩn DVB-S. Hệ số roll-off nhỏ đi sẽ làm
tăng hơn nữa hiệu quả của bộ phát đáp. Băng thông bị chiếm bởi tín hiệu điều
chế là tần số biểu tượng nhân v i (1+∞). Bằng việc sử dụng hệ số thấp hơn, các
sóng mang có thể đặt gần nhau hơn, dẫn đến số tải sóng mang tăng đối v i bộ
phát đáp đã cho, hoặc là tăng tần số biểu tượng v i băng thông đã cho. Có nghĩa
là bộ phát đáp sẽ truyền dẫn được nhiều thông tin hơn.
Sửa lỗi trước (FEC) trong DVB-S2:
Sửa lỗi trư c FEC (Forward Error Correction) có nhiệm vụ chính trong
việc cải thiện chỉ tiêu kỹ thuật của kết nối vệ tinh khi có can nhiễu. Do vậy việc
áp dụng các thuật toán mã hoá tiên tiến v i các bộ xử lí (các chip) giá rẻ có ý
nghĩa rất quan trọng. Nhóm thiết kế tiêu chuẩn DVB-S2 đã đánh giá bảy đề nghị
cho sửa lỗi tiến khi dùng họ mã hoá Turbo, từ đó đã chọn mã nội LDCP (Low
Density Parity Checking) kết nối v i mã ngoại BCH (Bose Chauhuri
Houquenohem). Sơ đồ FEC m i này được thay cho sơ đồ mã hoá của DVB-S
gồm mã xoắn kết hợp v i mã Reed-Solomon. Mã LDCP do nhà toán học
Gallager tạo ra từ năm 1963 và có thông số kỹ thuật tốt thể hiện ở tỷ lệ mã hoá
cao và độ dài khối dài, nhưng nay m i có điều kiện ứng dụng trong thực tế do
những hạn chế về công nghệ thời kỳ đó. Chúng yêu cầu sự phức tạp thấp của bộ
giải mã và tất cả các phương pháp sửa lỗi tiến m i thực tế cho t i bây giờ, mã

Turbo cùng v i mã LDCP là tiệm cận gi i hạn Shannon - gi i hạn lý thuyết của
tốc độ truyền thông tin cực đại trên kênh có nhiễu.
Hiệu quả truyền dẫn tăng:
DVB-S2 có thể tăng dung lượng của bộ phát đáp vệ tinh lên 30%. Dung
lượng của một bộ phát đáp vệ tinh chuẩn là 36MHz, hoạt động v i tốc độ biểu
tượng 27,5 Msymbols/s và FEC 3/4 có thể tăng từ 38 Mb/s lên 50 Mb/s khi dùng
DVB-S2. Điều này được thực hiện bởi việc thay mã xoắn trong Viterbi trong
DVB-S bằng mã trong BCH hiệu quả hơn, kết hợp v i thay thế mã ngoài ReedSolomon bằng mã ngoài LDPC trong DVB-S2. Kết hợp mã sửa lỗi tiến (FEC)
LDPC/BCH làm cho DVB-S2 tiến gần t i gi i hạn Shannon hơn, chỉ cách khoảng
1,2 dB so v i khoảng 3 dB của DVB-S.
Các frame lớp vật lý:


12

p cao tần (RF layer) của tín hiệu DVB-S2 được chia thành các khung
vật lý không cần sử dụng cùng một dạng mã hoá hay điều chế. Mode điều chế và
tỷ lệ mã có thể thay đổi theo từng khung. Các khung có thể được ấn định cho các
luồng truyền tải khác nhau. Mỗi khung được kết thúc bởi một dãy symbol BPSK
90bits, header mã khối 7/64. Header bao gồm tín hiệu đồng bộ và thông tin liên
quan v i báo hiệu. Và nó được kèm theo bởi hoặc là 16.200 bit (180x90), hoặc
64.800 bit (720x90), được bảo vệ bởi liên hợp mã LDPC/BCH FEC. Các khung
FEC dài hơn sẽ cũng cấp sự bảo vệ lỗi tốt hơn nhưng lại có độ trễ l n hơn so v i
khung FEC 16 200 bit. Do vậy, khung FEC ngắn được dùng cho các ứng dụng
mà yêu cầu độ trễ nhỏ hay tính đến lưu lượng dữ liệu (trường hợp thông tin
truyền đi nhỏ mà sử dụng khung thường, sẽ truyền đi lượng l n bit dư thừa
không mang thông tin), khung dài được sử dụng để tối ưu hoá việc bảo vệ tín
hiệu (ví dụ trong các ứng dụng quảng bá thông thường). Bằng việc dùng điều
chế và mã hoá khác nhau cho khung khác nhau nhiều khả năng m i có thể được
sáng tạo. Tuy nhiên cần bổ sung các pilot vào tín hiệu để dễ dàng cho việc khôi

phục sóng mang.
Mã hoá và điều chế không đổi (CCM-Constant Coding and Modulation):
Mode hoạt động đơn giản nhất của DVB-S2 là mã hoá và điều chế không
đổi tương tự v i cách mà tín hiệu sử dụng bởi DVB-S. Trong CCM cùng một
mode điều chế và FEC được sử dụng cho tất cả các frame l p vật lý. Điểm trội
hơn của DVB-S2 trong mode CCM so v i DVB-S là việc bảo hiểm lỗi được cải
thiện do dùng mã nội và mã ngoại m i, cải thiện dung lượng tăng 30%. Tuy
nhiên trong mode CCM tiềm năng đầy đủ của cấu trúc frame l p vật lý DVBS2
không được sử dụng.
Mã hóa và điều chế thay đổi (VCM-Variable Coding and Modulation):
Trong các ứng dụng quảng bá DVB-S, QPSK và tỷ lệ mã FEC là cố định,
trong khi đó v i DVB-S2 thì khác: nhiều luồng truyền tải có thể được kết hợp
trên một bộ phát đáp hoạt động ở chế độ bão hoà, cung cấp đường bao của tín
hiệu không đổi (QPSK và 8PSK). Tuy nhiên nhiều luồng truyền tải có thể được
ấn định cho các frame vật lý khác nhau, do vậy có thể dùng các mode điều chế
và các tỷ lệ mã khác nhau cho các dòng truyền khác nhau. Phụ thuộc vào ứng
dụng mà có sự dung hoà khác nhau giữa dung lượng và khả năng của truyền
dẫn. Các dịch vụ chuyên dùng cho phép dùng các anten kích thư c l n, do vậy có
thể dùng tỷ lệ mã xấu hơn để đạt độ lợi về tốc độ bit, và có thể được tích hợp
đến các bộ phát đáp quảng bá đang hoạt động ở chế độ bão hoà. Điều này có thể
bao gồm nhiều loại lưu lượng dữ liệu khác nhau như internet backbone mà trư c
L