Công nghệ OFDM và ứng dụng trong truyền hình số

..

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

CÔNG NGHỆ OFDM
VÀ ỨNG DỤNG TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ
NGÀNH : ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG
MÃ SỐ:23.04.3898

ĐÀO LAN HƯƠNG

Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS. PHƯƠNG XUÂN NHÀN

HÀ NỘI 2008


MỤC LỤC
Trang
Trang 1
Mục lục
Danh mục các hình vẽ
Danh mục các thuật ngữ viết tắt
Mở đầu

1

Chương 1: Tổng quan về truyền hình số

3

1.1. Sự cần thiết của truyền hình số

3

1.2. Giới thiệu chung về truyền hình số

3

1.3. Phân tích, đánh giá các tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất

5

1.3.1. Tỷ lệ cơng suất đỉnh/ cơng suất trung bình

6

1.3.2. Can nhiễu của truyền hình tương tự cùng kênh

7

1.3.3. Tráo dữ liệu và mã sửa sai

7

1.3.4. Khả năng chống lại can nhiễu đột biến

8

1.3.5. Khả năng chống lại phản xạ nhiều đường

8

1.3.6. Khả năng thu di động

9

1.3.7. Mạng đơn tần và vấn đề phủ sóng vùng lõm

9

1.3.8. Điều chế có phân cấp

10

1.3.9. Can nhiễu với kênh lân cận

10

1.3.10. Tính tương thích với các loại hình dịch vụ truyền hình khác

10

1.4. Tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T

11

1.5. Ưu điểm của truyền hình số

14


Chương 2: Nguyên lý cơ bản của OFDM

17

2.1. Trực giao trong OFDM

22

2.2. Thu phát tín hiệu OFDM

26

2.2.1. Chuyển đổi nối tiếp song song (Serial to Parallel)

27

2.2.2. Điều chế sóng mang phụ

28

2.2.3. Chuyển đổi từ miền tần số sang miền thời gian

29

2.2.4. Điều chế tần số vô tuyến (RF Modulation)

30

2.3. Khoảng bảo vệ GI (Guard Interval)

31

2.3.1. Chống lỗi do dịch thời gian

32

2.3.2. Chống nhiễu giữa các symbol (ISI)

32

2.3.3. Mào đầu và phân cách sóng mang

36

2.4. Hạn dải và tạo cửa sổ cho tín hiệu OFDM

36

2.4.1. Lọc thơng dải

37

2.4.2. Sử dụng dải bảo vệ dạng cos nâng

39

Chương 3: Đồng bộ và Cân bằng

41

3.1. Đồng bộ

41

3.1.1. Dịch thời gian và tần số trong OFDM

41

3.1.2. Đồng bộ trong hệ thống OFDM

44

3.1.3. Đồng bộ thời gian và đồng bộ khung

45

3.1.4. Ước lượng dịch tần số

46

3.1.1. Dịch thời gian và tần số trong OFDM

48

3.2. Cân bằng

48

3.2.1. Cân bằng trong miền thời gian

51

3.2.2. Cân bằng trong miền tần số

54

3.2.3. Khử tiếng vọng

60


Chương 4: Mã hóa kênh

60

4.1. Mã hóa khối trong OFDM

60

4.2. Mã hóa vịng xoắn (Convolutional Coding)

64

4.3. Mã hóa mắt lưới (Trellis Coding)

68

4.4. Mã hóa Turbo trong OFDM

71

Chương 5: Các phương án thiết lập mạng DVB-T

74

5.1. Phương án xây dựng mạng MFN (Multi Frequency Network)

74

5.2. Phương án mạng đơn tần (SFN)

75

5.2.1. Hoạt động mạng đơn tần số SFN

75

5.2.2. Điều kiện hoạt động mạng đơn tần số SFN

77

5.2.3. Hiệu quả mạng đơn tần số

79

5.2.4. Phương án mạng MFN bao gồm các vùng SFN cục bộ

81

5.2.5. Vấn đề thiết lập mạng đơn tần ở Việt Nam

84

Kết luận và kiến nghị

86

Tài liệu tham khảo

88


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1: Cấu hình cơ bản của hệ thống truyền hình số mặt đất

4

Hình 1.2: Sơ đồ khối tiêu chuẩn của hệ thống DVB-T

14

Hình 1.3: Phổ của tín hiệu tương tự và tín hiệu số

15

Hình 1.4 : Phát hình số DVB-T

16

Hình 2.1: Hệ thống OFDM ban đầu

18

Hình 2.2: Hệ thống OFDM sử dụng FFT

19

Hình 2.3: Chồng phổ trong OFDM

19

Hình 2.4: Hệ thống OFDM dùng trong các ứng dụng vơ tuyến

21

Hình 2.5: Cấu trúc trong miền thời gian của một tín hiệu OFDM

23

Hình 2.6: Phổ của họ sóng mang trực giao

24

Hình 2.7: Phổ của 1 tín hiệu OFDM có 5 sóng mang con

26

Hình 2.8: Sơ đồ khối thu phát OFDM

26

Hình 2.9: Tạo tín hiệu OFDM, giai đoạn IFFT

29

Hình 2.10: Điều chế tần số vơ tuyến tín hiệu OFDM băng cơ sở sử dụng

30

kỹ thuật tương tự
Hình 2.11: Điều chế tần số vơ tuyến tín hiệu OFDM băng cơ sở sử dụng

31

kỹ thuật số (DDS - Tổng hợp số trực tiếp)
Hình 2.12: Hiệu quả loại bỏ ISI của dải bảo vệ

34

Hình 2.13: Dạng sóng trong miền thời gian của sóng mang con

36

Hình 2.14; Phổ của tín hiệu OFDM với 52 sóng mang con

37

Hình 2.15: Phổ của tín hiệu OFDM với 1536 sóng mang con

37

Hình 2.16: Đáp ứng tần số của tín hiệu OFDM khơng qua lọc

38


Hình 2.17: Đáp ứng tần số của tín hiệu OFDM sử dụng bộ lọc FIR với

39

chiều dài cửa sổ bằng 3
Hình 2.18: Cấu trúc của symbol sử dụng dải bảo vệ dạng cos nâng

40

Hình 3.1: Các bước đồng bộ trong OFDM

44

Hình 3.2: Đồng bộ khung

46

Hình 3.3: Ước lượng dịch thời gian

46

Hình 3.4: Ước lượng dịch tần số

47

Hình 3.5: Cấu trúc bộ cân bằng trong Training mode

49

Hình 3.6: Hệ thống OFDM với bộ cân bằng trong miền tần số

51

Hình 3.7: Bộ nhân dùng thuật tốn LMS

53

Hình 3.8: Hệ thống sử dụng kỹ thuật echo cancel

54

Hình 3.9: Bộ khử tiếng vọng echo canceller

55

Hình 3.10: Bộ khử tiếng vọng trong miền tần số

56

Hình 3.11: Bộ khử tiếng vọng cho hệ thống đối xứng

57

Hình 3.12: Bộ khử tiếng vọng khi tốc độ phát nhỏ hơn tốc độ thu

58

Hình 3.13: Bộ khử tiếng vọng khi tốc độ phát lớn hơn tốc độ thu

58

Hình 4.1: Cấu trúc bộ lập mã khối

61

Hình 4.2: Đặc tính của mã hóa khối trong kênh Gaussian

62

Hình 4.3: Bộ mã hóa vịng xoắn tổng qt

65

Hình 4.4: Bộ mã hóa [3, 1, 3] và giản đồ trạng thái

66

Hình 4.5: Chuỗi mã hóa và cài xen

68

Hình 4.6: Bộ mã hóa mắt lưới

69

Hình 4.7: Sơ đồ trạng thái của mã hóa mắt lưới

70

Hình 4.8: Metric sử dụng cho giải mã Viterbi

70

Hình 4.9: Bộ lập mã Turbo

72


Luận văn tốt nghiệp

Mở đầu
Trong những năm gần đây, các dịch vụ viễn thơng phát triển hết sức
nhanh chóng đã tạo ra nhu cầu to lớn cho các hệ thống truyền dẫn thông tin.
Mặc dù các yêu cầu kỹ thuật cho các dịch vụ này là rất cao song cần có các
giải pháp thích hợp để thực hiện. Orthogonal Frequency Division
Multiplexing (OFDM) là một phương pháp điều chế cho phép truyền dữ liệu
tốc độ cao trong các kênh truyền chất lượng thấp. OFDM đã được sử dụng
trong phát thanh truyền hình số, đường dây th bao số khơng đối xứng,
mạng cục bộ khơng dây. Với các ưu điểm của mình, OFDM đang tiếp tục

được nghiên cứu và ứng dụng trong các lĩnh vực khác như truyền thông qua
đường dây tải điện, thông tin di động, Wireless ATM ...
OFDM là nằm trong lớp các kỹ thuật điều chế đa sóng mang. Kỹ thuật
này phân chia dải tần cho phép thành rất nhiều dải tần con với các sóng mang
khác nhau, mỗi sóng mang này được điều chế để truyền một dịng dữ liệu tốc
độ thấp. Tập hợp của các dòng dữ liệu tốc độ thấp này chính là dịng dữ liệu
tốc độ cao cần truyền tải. Các sóng mang trong kỹ thuật điều chế đa sóng
mang là họ sóng mang trực giao. Điều này cho phép ghép chồng phổ giữa các
sóng mang do đó sử dụng dải thơng một cách có hiệu quả. Ngồi ra sử dụng
họ sóng mang trực giao còn mang lại nhiều lợi thế kỹ thuật khác, do đó các hệ
thống điều chế đa sóng mang đều sử dụng họ sóng mang trực giao và được
gọi chung là ghép kênh theo tần số trực giao OFDM.
Kỹ thuật OFDM lần đầu tiên được giới thiệu trong bài báo của
R.W.Chang năm 1966 về vấn đề tổng hợp các tín hiệu có dải tần hạn chế khi
thực hiện truyền tín hiệu qua nhiều kênh con. Năm 1971 Weistein và Ebert sử
dụng biến đổi FFT và đưa ra Guard Interval cho kỹ thuật này. Tuy nhiên, cho

-1-


Luận văn tốt nghiệp

tới gần đây, kỹ thuật OFDM mới được ứng dụng trong thực tế nhờ có những
tiến bộ vượt bậc trong lĩnh vực xử lý tín hiệu số và kỹ thuật vi xử lý.
Ở Việt Nam hiện nay đang triển khai một số ứng dụng sử dụng kỹ thuật điều
chế đa sóng mang OFDM như truyền hình số DVB-T, đường dây thuê bao
không đối xứng ADSL và truyền thông qua đường dây tải điện PLC. Song
song với việc triển khai các ứng dụng trên, cần có những nghiên cứu về kỹ
thuật điều chế OFDM. Nội dung của đồ án đề cập tới các vấn đề:
- Tổng quan về truyền hình số .

- Nguyên lý cơ bản của điều chế đa sóng mang OFDM.
- Các kỹ thuật của OFDM như đồng bộ, cân bằng, khử tiếng vọng và
mã hóa.
- Các phương án thiết lập mạng DVB-T.
Điều chế đa sóng mang là một kỹ thuật tương đối mới mẻ và phức tạp.
Với thời gian và kiến thức còn hạn hẹp nên chắc chắn đồ án này cịn nhiều
thiếu sót, vì vậy tơi mong muốn nhận được sự đóng góp của các thầy cô và
bạn bè đồng nghiệp.
Nhân đây tôi xin chân thành cảm ơn thầy Phương Xuân Nhàn đã tận
tình giúp đỡ chỉ bảo trong suốt quá trình thực hiện đồ án này.

-2-


Luận văn tốt nghiệp

Chương 1: Tổng quan về truyền hình số
1.1. Sự cần thiết của truyền hình số
Nếu tính đến phạm vi ứng dụng kỹ thuật số thì lĩnh vực truyền hình
mới trong giai đoạn đang triển khai. Cịn rất nhiều lợi ích đầy tiềm năng tuy
chưa được sử dụng nhưng có thể thấy được một tương lai đầy hứa hẹn.
Truyền hình nói chung ra đời khơng phải là sớm nhưng cũng khơng thể nói là
muộn. Và trong thời gian đó thành tựu đạt được là vơ cùng to lớn. Khởi điểm
chỉ là truyền hình đen trắng, kỹ thuật cịn thơ sơ, rồi xuất hiện truyền hình
màu. Lúc đó người xem đã cảm thấy rạng rỡ hơn nhiều rồi. Nhưng cơng nghệ
thì khơng bao giờ dừng lại vì nhu cầu của người xem cũng không bao giờ
dừng lại. Các chương trình sinh động hơn, linh hoạt hơn, thêm rất nhiều dịch
vụ mới ra đời. Nếu trước kia việc mong ước được chứng kiến trực tiếp một sự
kiện nào đó xảy ra ở bên kia bán cầu chỉ có ở trong mơ thì ngày này nhu cầu
của người xem đã vượt xa hơn nhiều. Các chương trình phải có độ nét cực

cao, xem đồng thời rất nhiều chương trình dù ở bất cứ nơi nào, bất cứ thời
điểm nào. Rồi thì khơng chỉ đơn thuần là xem, họ cịn muốn can thiệp trực
tiếp vào các chương trình, nghĩa là truyền hình khơng cịn đơn thuần chỉ là
thơng tin một chiều. Cịn rất nhiều các nhu cầu của người xem, những nhu cầu
mà trước kia tưởng chừng không bao giờ thực hiện nổi thì ngày nay hồn tồn
có thể, đó là nhờ một cơng nghệ mới - truyền hình số.
1.2. Giới thiệu chung về truyền hình số
Hiện nay, trên thế giới tồn tại 3 tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất: 8VSB được phát triển bởi ATSC (Mỹ), DVB-T được phát triển bởi tổ chức
DVB (Châu Âu) và DiBEG được phát triển tại Nhật Bản.

-3-


Luận văn tốt nghiệp

Trải qua nhiều năm nghiên cứu, thử nghiệm, phát sóng truyền hình số
trên mặt đất đã trở thành hiện thực. Nhiều nước đã thông báo việc lựa chọn
tiêu chuẩn và kế hoạch triển khai trên thực tế. Tuy nhiên do có sự tồn tại của 3
tiêu chuẩn, mỗi tiêu chuẩn đều có những ưu và nhược điểm riêng, nên nhiều
nước vẫn cịn đang trong q trình nghiên cứu, thử nghiệm trước khi đưa ra
quyết định lựa chọn tiêu chuẩn nào.
Service Mutilplex and Transport
Video Subsystem

Video

Video Source
Coding and
Compression

Audio Subsystem

Audio

RF/ Transmission
System

Audio Source
Coding and
Compression

Transport
Service
Multiplex

Channel
Coding

Modulation

Control Data
Ancillary Data

Hình 1.1: Cấu hình cơ bản của hệ thống truyền hình số mặt đất
Hệ thống truyền hình số mặt đất bao gồm các thành phần:
- Khối mã hố nguồn (Source Coding): Đây là khối nén tín hiệu Video
và Audio nhằm loại bỏ các thông tin dư thừa. Khối mã hố nguồn chính là
khối mã hố tín hiệu vào theo tiêu chuẩn MPEG-2.

-4-

Luận văn tốt nghiệp

- Khối ghép kênh (Multiplex): Có nhiệm vụ ghép kênh tín hiệu Video
nén, Audio nén, data, các thơng tin đặc tả của một hay nhiều chương trình
truyền hình để tạo thành dịng truyền tải MPEG-2.
- Khối mã hố kênh truyền và điều chế (Channel Coding &
Modulation): Có nhiệm vụ mã hoá sửa lỗi đường truyền và điều chế. Sau đó,
tín hiệu sẽ được đưa đến bộ đổi tần để chuyển tín hiệu từ trung tần IF lên RF
và được khuếch đại công suất đưa ra anten.
1.3. Phân tích, đánh giá các tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất
DVB-T sử dụng phương thức điều chế OFDM, ATSC điều chế theo
phương thức 8-VSB và DiBEG theo phương thức BST-OFDM. DiBEG cũng
sử dụng kỹ thuật ghép kênh OFDM nên trên thực tế các cuộc tranh luận
thường chỉ tập trung vào hai phương thức điều chế OFDM và 8-VSB (ATSC
cịn có kiểu điều chế 16-VSB nhưng kiểu điều chế này chỉ thực hiện với mạng
cáp). Hay nói một cách khác, chỉ tập trung vào hai tiêu chuẩn chính: DVB-T
và ATSC. Cả hai tiêu chuẩn ATSC và DVB-T đều dựa trên phương thức mã
hố hình ảnh MPEG-2, chỉ khác nhau ở phương thức truyền tải đến người
xem ở mỗi gia đình.
ATSC và DVB-T đều sử dụng gói truyền tải MPEG-2 theo chuẩn quốc
tế, mã ngoài Reed-Solomon, mã trong Convolution Code. Để giảm thiểu khả
năng xảy ra sai nhầm, cả hai đều dùng phương pháp Interleaving, ngẫu nhiên
hoá bit dữ liệu.
Xét về tổng thể, cả hai tiêu chuẩn đều rất tiên tiến, có khả năng phát
chương trình truyền hình có độ phân giải cao HDTV hoặc vài chương trình
truyền hình có độ phân giải tiêu chuẩn SDTV số hố trên một kênh truyền
hình mặt đất. Hai tiêu chuẩn đều có khả năng sử dụng được các dải phổ khác
nhau của các tiêu chuẩn phát sóng số mặt đất B/G, D/K... hay nói khác đi,

-5-


Luận văn tốt nghiệp

OFDM và VSB đều có thể áp dụng cho các kênh 6, 7 hoặc 8MHz, mặc dù
VSB ban đầu vốn được thiết kế cho kênh 6MHz và hệ thống sử dụng kiểu
điều chế OFDM vốn được thiết kế cho kênh 7, 8MHz. Việc lựa chọn tiêu
chuẩn truyền hình số mặt đất, do vậy phải căn cứ vào yêu cầu và đặc thù của
mỗi quốc gia, trong đó có tính đến nhu cầu phủ sóng, chính sách về tần số,
điều kiện địa lý, kinh tế, chính trị...
Có nhiều căn cứ để đánh giá so sánh hai loại hệ thống sử dụng kiểu điều
chế khác nhau là VSB và OFDM, trong đó có các điểm chính sau:
1. Tỷ lệ cơng suất đỉnh/ cơng suất trung bình
2. Can nhiễu của truyền hình tương tự cùng kênh
3. Interleaving dữ liệu và mã sửa sai
4. Khả năng chống lại can nhiễu đột biến
5. Khả năng chống lại phản xạ nhiều đường
6. Khả năng thu di động
7. Mạng đơn tần và phủ sóng vùng lõm
8. Điều chế có phân cấp
9. Can nhiễu với kênh lân cận
10. Tính tương thích với các loại hình dịch vụ khác.
1.3.1. Tỷ lệ công suất đỉnh/ công suất trung bình
Các kết quả nghiên cứu đã khẳng định, trong 99,99% thời gian, tỷ số
công suất đỉnh/ công suất trung bình của tín hiệu DVB-T cao hơn tín hiệu
ATSC 2.5dB. Như vậy để chống lại can nhiễu do kênh lân cận với cùng một
điều kiện, máy phát DVB-T cần có công suất cao hơn ATSC 2.5dB (tương
đương 1,8 lần), hoặc máy phát DVB-T cần có bộ lọc kênh tốt.

-6-


Luận văn tốt nghiệp

1.3.2. Can nhiễu của truyền hình tương tự cùng kênh
OFDM có khả năng chống lại can nhiễu cùng kênh của tín hiệu PAL, dải
hẹp ở bất kỳ tần số nào với công suất gần bằng công suất tín hiệu có ích.
ATSC dựa vào các bộ lọc đặc biệt để chống can nhiễu. Tuy nhiên các bộ
lọc này lại làm giảm tỷ số tín hiệu trên tạp âm 3dB và chỉ có thể chống được
can nhiễu cùng kênh của tín hiệu NTSC. Đối với các loại tín hiệu tương tự
khác (PAL, SECAM), các bộ lọc này không phát huy được tác dụng, hoặc
phải thiết kế các bộ lọc khác. Với can nhiễu ở tần số bất kỳ, khả năng chống
can nhiễu của hệ ATSC kém DVB-T từ 10÷15dB. Đây là điểm khác biệt quan
trọng giữa hai tiêu chuẩn, bởi lẽ trong q trình q độ (từ 10÷15 năm) truyền
hình tương tự và truyền hình số đều song song tồn tại, thậm chí trên cùng một
diện phủ sóng. Tại một số địa phương rất dễ xảy ra tình trạng máy thu tương
tự (hoặc số) nhận được cả tín hiệu số và tương tự phát trên cùng một kênh tần
số.
1.3.3. Tráo dữ liệu và mã sửa sai
ATSC dùng mã sửa sai RS (207, 187) có khả năng sửa tới 10 byte lỗi,
tráo dữ liệu với độ sâu bằng 52 trong khi DVB-T sử dụng RS (204, 188) có
khả năng sửa 8 byte lỗi, tráo dữ liệu có độ sâu bằng 12. Nhờ mã hố kênh
mạnh, ATSC địi hỏi giá trị C/N cần thiết ít hơn DVB-T khoảng 1,5dB.
Như vậy, trên lý thuyết với tác dụng của mã sửa sai và sự khác biệt về tỷ
lệ công suất đỉnh/ công suất trung bình, để đạt được cùng một diện tích phủ
sóng, máy phát DVB-T cần có cơng suất lớn hơn khoảng 4dB so với ATSC.
Tuy nhiên, kết quả thử nghiệm thực tế ở Australia đã khẳng định, hầu như
khơng có sự khác biệt về công suất máy phát giữa DVB-T và ATSC để đạt

được cùng một diện tích phủ sóng. Hay nói một cách chính xác hơn, sự khác
biệt về giá trị C/N cần thiết giữa hai tiêu chuẩn chỉ thực sự đúng ở những nơi

-7-


Luận văn tốt nghiệp

sử dụng anten thu có tính định hướng tốt, độ tăng ích cao. Đối với các thành
phố lớn và khu vực đông dân cư, phản xạ nhiều đường mạnh, sự khác biệt về
C/N khơng cịn có ý nghĩa. Hơn nữa với phản xạ lớn hơn - 3dB, hệ thống
ATSC khơng cịn khả năng nhận được tín hiệu bất kể C/N có giá trị bằng bao
nhiêu.
1.3.4. Khả năng chống lại can nhiễu đột biến
Can nhiễu đột biến thường xảy ra trên dải tần số VHF và các kênh thấp
của dải tần số UHF. Hiện tượng phóng điện trên đường dây điện cao thế cũng
là một loại nguồn nhiễu đột biến.
ATSC có ưu thế hơn so với DVB-T 2k mode, điều chế 64-QAM và tỷ lệ
mã sửa sai 2/3. Tuy nhiên kết quả này thay đổi theo bản chất của từng loại
nhiễu. ATSC xử lý nhiễu đột biến bằng cách biến đổi nhiễu đột biến thời gian
ngắn thành các nhiễu đột biến nhỏ với thời gian nhiễu ngắn hơn. Việc biến
đổi được thực hiện bằng các bộ tráo dữ liệu có độ sâu lớn hơn nhiều so với
DVB-T (độ sâu bộ tráo đối với ATSC bằng 52, đối với DVB-T bằng 12).
DVB-T có tín hiệu tương đối bằng phẳng trong toàn bộ dải tần kênh
truyền dẫn. Mode 8k của DVB-T trải năng lượng nhiễu trên chu kỳ symbol
dài gấp 4 lần so với 2k mode. Do vậy, DVB-T 8k mode có khả năng chống
nhiễu đột biến tương tự ATSC.
1.3.5. Khả năng chống lại phản xạ nhiều đường
OFDM với phương thức điều chế 2k có thể xử lý được tín hiệu phản xạ
lớn hơn 30µs với cơng suất đúng bằng cơng suất của tín hiệu trực tiếp (0dB).

Ở chế độ 8k, thậm chí cịn chịu được phản xạ lớn hơn 120µs. VSB khơng có
khả năng chống lại phản xạ ở mức 0dB mà chỉ có thể xử lý được tín hiệu phản
xạ yếu và nhỏ hơn 20µs. Về khía cạnh này, OFDM ưu việt hơn hẳn so với

-8-


Luận văn tốt nghiệp

VSB. OFDM với phương thức 8k có khả năng xử lý hiệu ứng Doppler tốt hơn
VSB khoảng 20 lần. Khả năng xử lý hiệu ứng Doppler của VSB kém hơn
nhiều. Một điều đáng nói nữa là khả năng chống lại can nhiễu của hệ VSB
không hề được cải thiện bằng biện pháp tăng công suất máy phát, bởi vì VSB
khơng sử dụng khoảng bảo vệ trong miền thời gian. Vì vậy nếu tăng cơng suất
phát có nghĩa là các tia phản xạ nhiều đường sẽ lớn lên và như vậy khả năng
can nhiễu nhiều đường tăng lên, đây là nhược điểm của VSB.
1.3.6. Khả năng thu di động
DVB-T có thể thu di động nhờ khả năng xử lý được phản xạ nhiều
đường và phản xạ có cường độ mạnh (0dB).
Với chế độ điều chế 2k, DVB-T đã được thử nghiệm thành công với các
máy phát không lớn lắm và tốc độ di chuyển lên tới 300km/h. Thu di động
hồn tồn khơng có tính khả thi đối với phương thức điều chế 8-VSB của
ATSC.
Tuy nhiên, để có thể thu di động, cần có sự trả giá về tốc độ dữ liệu.
Thông thường đối với dịch vụ thu di động, người ta thường dùng phương thức
điều chế QPSK hoặc 16-QAM, tỷ lệ sửa sai 1/2 và tốc độ dữ liệu 6÷12Mbps.
1.3.7. Mạng đơn tần và vấn đề phủ sóng vùng lõm
DVB-T có những khả năng mà ATSC khơng thể có như việc sử dụng các
trạm lặp cơng suất nhỏ, làm việc trên cùng một tần số để phủ sóng vùng lõm.
Mạng đơn tần SFN là mạng gồm 2 hoặc nhiều máy phát, phát sóng cùng một

tín hiệu, trên cùng một tần số. Do thời gian truyền tín hiệu cao tần từ hai điểm
phát xạ khác nhau tới một điểm thu nào đó ln khác nhau nên thường xảy ra
hiện tượng tương tự như phản xạ mạnh trong một thời gian dài.

-9-


Luận văn tốt nghiệp

DVB-T có thể xử lý tín hiệu phản xạ có cơng suất đúng bằng tín hiệu có
ích (0dB) điều mà ATSC không thể thực hiện được. Khả năng này được tận
dụng chủ yếu để thiết kế các máy phát có cơng suất nhỏ, đặt tại các vùng lõm
và hoạt động ở cùng một tần số.
1.3.8. Điều chế có phân cấp
OFDM có khả năng được thực hiện điều chế có phân cấp. Ở tiêu chuẩn
DVB-T, điều chế phân cấp là phân cấp ưu tiên, nhằm giảm khả năng lỗi bit
giữa các cụm bit trong các góc phần tư với nhau, cịn điều chế có phân cấp
trong tiêu chuẩn ISDB-T cho phép phát sóng đồng thời tín hiệu truyền hình có
độ phân giải cao HDTV và độ phân giải tiêu chuẩn. Hơn nữa trong trường
hợp HDTV không thu được do can nhiễu quá mạnh, những máy thu HDTV
có thể hiện thị tạm thời hình ảnh theo tiêu chuẩn SDTV. Điều này, còn làm
giảm thiểu hiệu ứng "vách đá", khi tín hiệu yếu, thay vì khơng thu được gì, ta
vẫn có thể thu được hình ảnh tuy cấp chất lượng có thấp hơn.
1.3.9. Can nhiễu với kênh lân cận
Kết quả thực nghiệm ở Úc năm 1998 đã chỉ rõ: DVB-T với 64-QAM, tỷ
lệ mã sửa sai 2/3 có khả năng chịu được can nhiễu của các kênh lân cận tương
tự như ATSC-6 (ATSC trên kênh 6MHz). Với các tỷ lệ mã sửa sai và phương
pháp điều chế khác, DVB-T có khả năng chịu được can nhiễu tốt hơn.
1.3.10. Tính tương thích với các loại hình dịch vụ truyền hình khác
ATSC với phương thức điều chế 8-VSB, trên thực tế chỉ là một tiêu

chuẩn truyền hình số mặt đất. Trong khi đó DVB-T là thành viên của đại gia
đình tiêu chuẩn truyền hình số bao gồm các lĩnh vực: vệ tinh, mặt đất, cáp,
MMDS... Máy thu số tích hợp (IRD-Integrated Receiving Device) tiêu chuẩn
DVB, hồn tồn có khả năng nhận tín hiệu từ mọi phương tiện truyền thông.
Hơn nữa, cần nhấn mạnh thêm DVB-S (truyền hình số qua vệ tinh), DVB-C

- 10 -


Luận văn tốt nghiệp

(truyền hình số bằng cáp) và một số tiêu chuẩn DVB khác đã được thừa nhận
rộng rãi trên tồn thế giới.
Kết luận:
Như đã trình bày, trong 3 tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất : ATSC,
DVB-T và DiBEG, khó có thể nói tiêu chuẩn nào chiếm được ưu thế tuyệt
đối. Việc lựa chọn tiêu chuẩn nào chủ yếu phụ thuộc vào điều kiện, hoàn cảnh
cụ thể của mỗi nước.
Như đã phân tích ở trên, DVB-T lại tỏ ra ưu việt hơn ATSC về khả năng
chống lại phản xạ nhiều đường, mạng đơn tần và phủ sóng vùng lõm, tính
tương thích với các loại hình dịch vụ truyền hình số khác... Hơn nữa, DVB-T
vốn được thiết kế cho các hệ thống truyền hình sử dụng dải thơng 7, 8MHz và
hiện đang chiếm được thị phần lớn nhất. Các nước sử dụng tiêu chuẩn truyền
hình tương tự B/G, D/K hầu như đều lựa chọn tiêu chuẩn DVB-T.
Tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DiBEG có tính phân lớp cao, cho
phép đa loại hình dịch vụ, linh hoạt, mềm dẻo, tận dụng tối đa dải thơng, có
khả năng thu di động nhưng khơng tương thích với các dịch vụ truyền hình
qua vệ tinh, truyền hình cáp…
Tại Việt Nam, tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T đã được Cơng
ty VTC phát thử nghiệm tại một số tỉnh, thành. Bài toán cịn lại cần phải giải

là nên lựa chọn thơng số nào trong 188 khả năng (bao gồm các chế độ điều
chế 2k, 8k, các kiểu điều chế I/Q, khoảng bảo vệ, các tiêu chuẩn lấy mẫu số
hố tín hiệu truyền hình) cho phù hợp với điều kiện thực tế ở Việt Nam.
1.4. Tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T
Năm 1995, các nước Châu Âu đã nghiên cứu và thử nghiệm truyền hình
số mặt đất DVB-T. Đến tháng 2/1997, tiêu chuẩn DVB-T chính thức được

- 11 -


Luận văn tốt nghiệp

công nhận bởi tổ chức ETSI (European Telecommunications Standards
Institude).
DVB-T sử dụng kỹ thuật COFDM (Coded Orthogonal Frequency
Division Multiplexing). COFDM là kỹ thuật có khả năng chống lại phản xạ
nhiều đường, phù hợp với các khu vực có địa hình phức tạp và có thể thu di
động.
DVB-T là thành viên của một họ các tiêu chuẩn DVB, trong đó bao gồm
các tiêu chuẩn truyền hình số qua vệ tinh (DVB-S), mặt đất (DVB-T), cáp
(DVB-C).

- 12 -


Luận văn tốt nghiệp

- 13 -

Luận văn tốt nghiệp

Hình 1.2: Sơ đồ khối tiêu chuẩn của hệ thống DVB-T
Trên sơ đồ khối ta thấy : Dòng dữ liệu sau khi được nén và ghép kênh
đưa vào máy phát sẽ qua một loạt quá trình xử lý như sau :
- Phối hợp ghép kênh truyền tải và ngẫu nhiên hóa dữ liệu để đồng đều
mức năng lượng.
- Mã hóa ngoại (Reed Solomon).
- Xen ngoại (outer interleaving).
- Mã hóa nội (mã xoắn punctured).
- Xen nội (inner interleaving).
- Mapping và điều chế.
- Truyền dẫn OFDM.
Tín hiệu đầu vào máy phát là dòng truyền tải MPEG-2 và đầu ra là tín hiệu
RF đi tới anten.
1.5. Ưu điểm của truyền hình số
- Một máy phát truyền hình số có thể phát được 4-5 chương trình truyền
hình trong khi một máy phát analog như ở nước ta đang sử dụng chỉ phát
được một chương trình duy nhất theo hệ PAL. Xét về mặt phổ ta thấy ở tín
hiệu tương tự phổ chỉ tập trung năng lượng vào các sóng mang hình, tiếng và
burst màu. Trong khi tín hiệu số bao gồm hàng ngàn sóng mang tập trung dày
đặc vào trong một dải phổ có độ rộng tương đương. Sự tận dụng tối đa hiệu
quả phổ cho phép truyền hình số có thể truyền phát được nhiều chương trình
đồng thời. Đây là ưu điểm đáng kể so với truyền hình tương tự (xem hình
1.3).

- 14 -


Luận văn tốt nghiệp

Hình

Hình
Tiếng

Hình

Hình

Tiếng

Tiếng

Tiếng

Phổ tín
hiệu
tương
tự

Phổ tín hiệu số
Hình 1.3: Phổ của tín hiệu tương tự và tín hiệu số

- Cơng suất phát khơng cần qúa lớn vì cường độ điện trường cho thu số
thấp hơn cho thu analog (độ nhậy máy thu số thấp hơn 20 đến 30dB so với
máy thu analog).
- Thu số khơng cịn hiện tượng "bóng ma" do các tia sóng phản xạ từ
nhiều hướng đến máy thu. Đây là vấn đề mà hệ phát analog đang không khắc
phục nổi.

- Thu bằng anten cố định trong nhà hay anten di chuyển (của máy thu
xách tay) đều thực hiện được.
- Thu di động tốt. Người xem dù đi trên ơtơ, tàu hoả vẫn xem được các
chương trình truyền hình. Sở dĩ như vậy là do xử lý tốt hiện tượng Doppler.

- 15 -


Luận văn tốt nghiệp

Distant transmitter

Nearest transmitter

Hình 1.4 : Phát hình số DVB-T
- Cho khả năng thiết lập mạng đơn kênh (đơn tần - Single Frequency
Network), nghĩa là nhiều máy phát trên cùng một kênh sóng. Đây là sự hiệu
quả lớn xét về mặt cơng suất và tần số.
- Phát hình số đem lại cho ta cơ hội xem các chương trình với độ nét cao.
Vốn dĩ thì tín hiệu số đã có tính chống nhiễu cao.
- Tín hiệu số dễ xử lý, môi trường quản lý điều khiển và xử lý rất thân
thiện với máy tính.

- 16 -


Luận văn tốt nghiệp

Chương 2: Nguyên lý cơ bản của OFDM
Kỹ thuật ghép kênh theo tần số FDM (Frequency Division

Multiplexing) đã được sử dụng từ hơn một thế kỷ nay để truyền nhiều tín hiệu
tốc độ chậm, ví dụ như điện báo, qua một kênh có băng thơng rộng bằng cách
sử dụng các sóng mang có tần số khác nhau cho mỗi tín hiệu. Để phía thu có
thể tách được các tín hiệu bằng cách sử dụng các bộ lọc thì phải có khoảng
cách giữa phổ của các sóng mang. Phổ của các tín hiệu khơng sát nhau gây
nên lãng phí băng thơng và do đó hiệu suất sử dụng băng thơng của FDM là
khá thấp.
Điều chế đa sóng mang tương tự như FDM, song thay vì truyền các bản
tin riêng rẽ, các sóng mang sẽ được điều chế bởi các bit khác nhau của một
bản tin tốc độ cao. Bản tin này có thể ở dạng song song hoặc nối tiếp sau đó
được chuyển đổi nối tiếp - song song để truyền đi trên các sóng mang.
Có thể so sánh điều chế đa sóng mang với điều chế đơn sóng mang sử
dung cùng một kênh như sau: Điều chế đa sóng mang nếu sử dụng nhiều bộ
thu phát thì sẽ phức tạp và giá thành cao. Mỗi sóng mang sẽ truyền một bản
tin con, tổng của các bản tin con này cho bản tin cần truyền đi có tốc độ nhỏ
hơn bản tin được truyền bởi một sóng mang duy nhất cùng sử dụng kênh đó
bởi vì hệ thống đa sóng mang cần các khoảng bảo vệ để tránh nhiễu giữa các
sóng mang con. Mặt khác hệ thống đơn sóng mang dễ bị giao thoa giữa các
ký hiệu inter-symbol interference (nhiễu ISI) bởi vì khoảng thời gian của các
symbol là ngắn và méo lớn sinh ra trên băng tần rộng, so với khoảng thời gian
dài của symbol và băng tần hẹp của hệ thống đa sóng mang. Trước khi phát
triển kỹ thuật cân bằng, điều chế đa sóng mang được sử dụng để truyền dẫn
tốc độ cao mặc dù giá thành cao và hiệu suất sử dụng băng thông thấp.

- 17 -


Luận văn tốt nghiệp

Giải pháp đầu tiên cho vấn đề hiệu suất sử dụng băng thông của điều

chế đa tần có lẽ là hệ thống “Kinepiex”. Hệ thống Kinepiex được phát triển
bởi Collins Radio để truyền dữ liệu trên kênh vô tuyến cao tần (HF) nhằm
chống lại nhiễu nhiều đường multi-path. Trong hệ thống này, cứ 20 tones
được điều chế 4-PSK vi sai vào một sóng mang. Phổ của các sóng mang này
có dạng sin(kf)/f và do đó có thể ghép chồng phổ. Giống như OFDM hiện nay,
các tones được để cách nhau tại những khoảng tần số gần như bằng với tốc độ
tín hiệu và có khả năng phân tách ra ở máy thu. Hệ thống đa sóng mang này
được gọi tên là Multi-tone.
Hệ thống multi-tone tiếp theo sử dụng điều chế 9-QAM cho mỗi sóng
mang và phát hiện tương quan ở phía thu. Khoảng cách giữa các sóng mang
bằng với tốc độ symbol cho hiệu suất sử dụng dải thơng tối ưu. Hệ thống này
cịn sử dụng phương pháp mã hố đơn giản trong miền tần số.
cosw1t
filter

`
data

filter

mod

`

mod

sinw1t

S/P

cosw2t
filter

mod

filter

mod

Add

OFDM signal

sinw2t

Hình 2.1: Hệ thống OFDM ban đầu
Đóng góp cơ bản cho sự phát triển của OFDM đó là việc ứng dụng biến
đổi Fourier (FT) vào điều chế và giải điều chế tín hiệu. Kỹ thuật này phân
chia tín hiệu ra thành từng khối N số phức. Sử dụng biến đổi Fourier ngược
IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) cho mỗi khối và truyền nối tiếp. Tại

- 18 -


Luận văn tốt nghiệp

phía thu, bản tin gửi đi được phục hồi lại nhờ biến đổi Fourier FFT (Fast
Fourier Transform) các khối tín hiệu lấy mẫu thu được. Phương pháp điều chế
OFDM này được đề cập đến với cái tên Điều chế đa tần rời rạc DMT
(Discrete Multi-Tone). Phổ của tín hiệu DMT trên đường truyền giống hệt

phổ của N tín hiệu điều chế QAM với khoảng cách của N tần số sóng mang
bằng tốc độ tín hiệu như đã đề cập ở trên. Trong đó mỗi sóng mang được điều
chế QAM với một số phức. Phổ của mỗi tín hiệu QAM có dạng sin(kf)/f như
của hệ thống OFDM ban đầu.
Data in

Block into N complex numbers
Rate 1/T

IFFT

Channel

Filter

Rate N/T

Sample

Synch

Filter

Channel

Block

FFT

Equalize

Unblock

Data out

Hình 2.2: Hệ thống OFDM sử dụng FFT

Hình 2.3: Chồng phổ trong OFDM
Tuy nhiên biến đổi IDFT với N số phức sẽ cho giá trị phức có cả phần
thực và phần ảo. Mà khi truyền ta chỉ truyền phần thực. Điều này có thể thực
hiện bằng cách thêm N số phức liên hợp vào khối N số phức ban đầu. Biến

- 19 -