Giải pháp nâng cao hiệu năng và cải thiện dung lượng hệ thống truyền hình số mặt đất thế hệ tiếp theo

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

LÊ TRUNG TẤN

GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU NĂNG VÀ CẢI THIỆN DUNG LƯỢNG
HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THẾ HỆ TIẾP THEO

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

Hà Nội - 2021


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

LÊ TRUNG TẤN

GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU NĂNG VÀ CẢI THIỆN DUNG LƯỢNG
HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THẾ HỆ TIẾP THEO

Ngành: Kỹ thuật Viễn thông
Mã số: 9520208

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. NGUYỄN HỮU TRUNG

Hà Nội – 2021

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng các kết quả khoa học được trình bày trong luận án này là
thành quả nghiên cứu của bản thân tôi trong suốt thời gian làm nghiên cứu sinh và
chưa từng xuất hiện trong công bố của các tác giả khác. Các kết quả đạt được là chính
xác và trung thực.
Giáo viên hướng dẫn khoa học

Hà Nội, ngày…..tháng….năm 2021
Tác giả luận án

PGS. TS Nguyễn Hữu Trung

Lê Trung Tấn

i


LỜI CẢM ƠN
Luận án tiến sĩ này được nghiên cứu sinh thực hiện tại Bộ môn Điện tử hàng
không vũ trụ, Viện Điện tử - Viễn thông, Đại học Bách khoa Hà Nội dưới sự hướng
dẫn khoa học của PGS.TS. Nguyễn Hữu Trung. Nghiên cứu sinh xin được bày tỏ lòng
biết ơn sâu sắc đối với Thầy về định hướng khoa học, chỉ dẫn thực hiện những nhiệm
vụ cần thiết cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi để công trình nghiên cứu này được
hồn thành.
Nghiên cứu sinh cũng xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo trường Đại học Bách
Khoa Hà Nội, Phòng Đào tạo, Viện Điện tử - Viễn thông, Bộ môn Điện tử hàng không
vũ trụ đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập và
nghiên cứu.
Cuối cùng là sự biết ơn tới gia đình, bạn bè đã thơng cảm, động viên giúp đỡ

nghiên cứu sinh có thêm nghị lực để hoàn thành luận án này.

Tác giả luận án

Lê Trung Tấn

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ii
MỤC LỤC .................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH................................................................................... vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU ....................................................................................... viii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................................... ix
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TOÁN HỌC ............................................................. xiv
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. Đặt vấn đề ......................................................................................................................... 1
2. Tính cấp thiết của đề tài .................................................................................................. 2
3. Mục tiêu, đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu ......................................... 3

3.1 Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................... 3
3.2 Đối tượng nghiên cứu ........................................................................................ 3
3.3 Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................... 3
3.4 Phương pháp nghiên cứu ................................................................................... 3
4. Các đóng góp khoa học của luận án ............................................................................... 4
5. Bố cục của luận án............................................................................................................ 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................................ 6

1.1 Đặt vấn đề ....................................................................................................................... 6
1.2 Tổng quan về truyền hình số mặt đất và các kỹ thuật đã đề xuất ............................. 6

1.2.1 Tổng quan về truyền hình số mặt đất ............................................................. 6
1.2.2 Các giải pháp kỹ thuật đã được đề xuất để tiêu chuẩn hóa truyền hình số thế
hệ tiếp theo............................................................................................................... 7
1.2.2.1 Cấu hình cơ sở ......................................................................................... 7
1.2.2.2 Cấu hình MIMO .................................................................................... 12
1.2.2.3 Cấu hình lai mặt đất và vệ tinh .............................................................. 12
1.2.2.4 Cấu hình lai mặt đất vệ tinh MIMO ...................................................... 13
1.2.3 Những vấn đề còn tồn tại.............................................................................. 14
1.3 Định hướng giải pháp nâng cao chất lượng truyền dẫn của truyền hình số mặt đất
thế hệ tiếp theo .................................................................................................................... 14

1.3.1 Hệ thống MIMO ........................................................................................... 14
1.3.1.1 Dung lượng hệ thống MIMO ................................................................ 15
1.3.1.2 Ưu điểm hệ thống MIMO ...................................................................... 16
1.3.2 Hệ thống MIMO quy mô lớn........................................................................ 17

iii


1.3.2.1 Yêu cầu về số lượng vùng phát sóng độc lập ........................................ 19
1.3.2.2 Lắp đặt số lượng ăng-ten lớn ................................................................. 19
1.3.2.3 Nhận tín hiệu/ Ước lượng kênh ............................................................. 19
1.3.3 Kỹ thuật định hướng búp sóng (Beamforming) ........................................... 20
1.3.3.1 Kỹ thuật định hướng búp sóng tương tự ............................................... 20
1.3.3.2 Kỹ thuật định hướng búp sóng số.......................................................... 22
1.3.3.3 Kỹ thuật định hướng búp sóng lai ......................................................... 23
1.3.4 Định hướng giải pháp nâng cao chất lượng truyền dẫn của truyền hình số

mặt đất thế hệ tiếp theo .......................................................................................... 26
1.5 Kết luận chương ........................................................................................................... 26

CHƯƠNG 2 GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU NĂNG TRUYỀN DẪN HỆ
THỐNG DVB-NGH BẰNG ĐỊNH HƯỚNG ĐA BÚP SÓNG VÀ PHÂN NHĨM
NGƯỜI DÙNG............................................................................................................. 28
2.1 Đặt vấn đề ..................................................................................................................... 28
2.2. Mơ hình kiến trúc định hướng đa búp sóng theo lý thuyết hệ thống ..................... 30

2.2.1 Mơ hình hệ thống.......................................................................................... 30
2.2.1.1 Mơ hình tín hiệu .................................................................................... 30
2.2.1.2 Định hướng búp sóng tối ưu thống kê ................................................... 32
2.2.2 Định hướng đa búp sóng theo lý thuyết hệ thống ........................................ 37
2.2.2.1 Mô tả bài toán giảm bậc ........................................................................ 37
2.2.2.2 Phát biểu bài toán giảm bậc và xử lý bài toán ....................................... 37
2.2.2.3. Phương pháp tối ưu bền vững theo tiêu chí Min-Max ......................... 39
2.2.3 Kết quả mô phỏng ........................................................................................ 40
2.2.3.1 Phương pháp mô phỏng ......................................................................... 40
2.2.3.2 Các kịch bản và kết quả mô phỏng........................................................ 41

2.3 Đề xuất hệ thống định hướng đa búp sóng ứng dụng cho hệ thống DVB-NGH .... 48

2.3.1 Các cấu hình MIMO trong mạng đơn tần .................................................... 48
2.3.2 Mơ hình tín hiệu ........................................................................................... 51
2.3.3 Mơ hình kênh massive MIMO ..................................................................... 53
2.3.4 Đề xuất tối ưu định hướng búp sóng cho hệ thống định hướng đa búp sóng55
2.3.5 Kết quả mơ phỏng ........................................................................................ 56
2.4 Đề xuất thuật tốn phân nhóm người dùng bằng cách điều khiển băng thơng cho
mạng truyền hình số mặt đất thế hệ tiếp theo ................................................................. 61

2.4.1

Mơ hình hệ thống ...................................................................................... 61

2.4.1.1 Mơ hình tín hiệu .................................................................................... 61
2.4.1.2 Mơ hình kênh ......................................................................................... 62

iv


2.4.2 Đề xuất thuật tốn phân nhóm người dùng .................................................. 64
2.4.3 Kết quả mô phỏng ........................................................................................ 68
2.5 Kết luận chương ........................................................................................................... 71

CHƯƠNG 3 GIẢI PHÁP CẢI THIỆN DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG DVB-NGH
BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH HƯỚNG BÚP SÓNG LAI VÀ GHÉP KÊNH
KHÔNG GIAN MIMO PHÂN CỰC KÉP................................................................ 72
3.1 Đặt vấn đề ..................................................................................................................... 72

3.2 Mơ hình tín hiệu bộ phát và thu hệ thống DVB-NGH MIMO định hướng búp sóng
lai số-tương tự ..................................................................................................................... 73
3.3 Mơ hình định hướng đa búp sóng ............................................................................... 76
3.4 Mơ hình kênh ................................................................................................................ 76
3.5 Phương pháp định hướng búp sóng lai và ghép kênh khơng gian phân cực kép... 78

3.5.1 Thiết kế bộ tiền mã hóa số và tương tự ứng dụng MIMO phân cực kép ở
máy phát ................................................................................................................ 78
3.5.2 Thiết kế máy thu ứng dụng mã hóa MIMO rate-2 ....................................... 80
3.5.2.1 Máy thu .................................................................................................. 80
3.5.2.2 Hiệu năng hệ thống................................................................................ 81

3.5.2.3 Ứng dụng mã hóa MIMO rate-2 trong DVB-NGH............................... 81
3.6 Kết quả mô phỏng ..................................................................................................... 84
3.7 Kết luận chương ........................................................................................................... 89

KẾT LUẬN .................................................................................................................. 91
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN .................... 93
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 94

v


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Cấu hình DVB-NGH cơ sở BICM [9].............................................................8
Hình 1.2. Ví dụ kịch bản điều chế phân cấp [9] ............................................................10
Hình 1.3. Mơ hình hệ thống MIMO ..............................................................................15
Hình 1.4. Mơ hình hệ thống MIMO quy mơ lớn ...........................................................18
Hình 1.5. Mơ hình kỹ thuật tạo búp sóng tương tự [45]................................................21
Hình 1.6. Mơ hình kỹ thuật tạo búp sóng số [45] ..........................................................23
Hình 1.7. Mơ hình kỹ thuật tạo búp sóng lai [45] ......................................................... 24
Hình 2.1. Hệ định hướng búp sóng ...............................................................................30
Hình 2.2. Bộ định hướng Frost Beamformer.................................................................35
Hình 2.3. Cầu hình của ăng-ten mảng ULA ..................................................................41
Hình 2.4. Đồ thị biến thiên của NRMSE khi SNR thay đổi từ -30 ÷10dB ...................43
Hình 2.5. Đồ thị biến thiên của NRMSE khi SIR thay đổi ...........................................45
Hình 2.6. Đồ thị biến thiên của NRMSE khi góc sai lệch giữa hướng .........................47
Hình 2.7. Đồ thị biến thiên của NRMSE theo số lượng ăng-ten ...................................48
Hình 2.8. Truyền dẫn MIMO một trạm gốc ..................................................................49
Hình 2.9. Truyền dẫn MISO phân tán ...........................................................................50
Hình 2.10. Sơ đồ truyền dẫn MIMO hai trạm gốc ........................................................50
Hình 2.11. Kiến trúc MIMO kết hợp vệ tinh .................................................................51

Hình 2.12. Kịch bản định hướng đa búp sóng dựa trên nhiều ăng-ten mảng hình trụ ..52
Hình 2.13. Đề xuất sơ đồ khối chức năng hệ thống định hướng đa búp sóng. .............55
Hình 2.14. NRMSE theo SNR (a,b), số lượng ăng-ten (c) của hệ thống massive MIMO
được đề xuất ..................................................................................................................58
Hình 2.15. Đồ thị búp sóng kép và búp sóng đơn với MVDR (a, b), búp sóng kép với
Frost Beamformer (c,d) của hệ thống massive MIMO được đề xuất ............................61
Hình 2.16. Sơ đồ khối của mơ hình hệ thống đề xuất ...................................................62
Hình 2.17. Nhóm người dùng bằng điều khiển băng thơng. .........................................64
Hình 2.18. Lưu đồ thuật tốn phân nhóm người dùng ..................................................66
Hình 2.19. Tổng tốc độ so với số lượng người dùng bằng các kỹ thuật định hướng búp
sóng khác nhau ..............................................................................................................69
Hình 2.20. Tổng tốc độ với số lượng chùm tia ban đầu bằng các kỹ thuật định hướng
búp sóng khác nhau ....................................................................................................... 70
Hình 3.1. Sơ đồ khối của hệ thống DVB-NGH MIMO định hướng búp sóng lai sốtương tự..........................................................................................................................74
Hình 3.2. Bộ tiền mã hóa MIMO phân cực kép ............................................................78
Hình 3.3. Sơ đồ bộ thu DVB-NGH MIMO rate-2 ........................................................82
Hình 3.4. Hiệu năng của hệ thống DVB-NGH MIMO Rate-2 bằng cách sử dụng các sơ
đồ điều chế 64-QAM và 256-QAM với kích thước FFT là 8K và 16K cho số lượng
phần tử ăng-ten phát M khác nhau ở bộ tiền mã hóa tương tự. .....................................86

vi


Hình 3.5. Hiệu năng của hệ thống DVB-NGH MIMO Rate-2 bằng cách sử dụng sơ đồ
điều chế 256-QAM và kích thước FFT là 16K cho các ăng-ten phát khác nhau M = 1,
2, 4, 8. ............................................................................................................................87
Hình 3.6. Tốc độ dữ liệu đạt được với các ăng-ten phát khác nhau ở chế độ MIMO
rate-2 với sơ đồ điều chế 64-QAM và mã hóa trong LDPC 8/15. ................................88
Hình 3.7. Tốc độ dữ liệu đạt được với các ăng-ten phát khác nhau ở chế độ MIMO
rate-4 với sơ đồ điều chế 64-QAM và mã hóa trong LDPC 8/15. ................................88

Hình 3.8. Mơ hình búp sóng của sơ đồ tạo chùm tia được đề xuất: (a) MT = 8, MR = 2
cho chế độ MIMO rate-2, (b) MT = 16, MR = 4 cho chế độ MIMO NS = 4. .................89

vii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Các cấu hình hybrid MIMO [9] .................................................................... 14
Bảng 2.1. Các tham số mô phỏng ứng với các kịch bản mô phỏng khi SNR thay đổi
[64][65] ..........................................................................................................................42
Bảng 2.2. Các tham số mô phỏng ứng với các kịch bản mô phỏng khi SIR thay đổi
[64][65] ..........................................................................................................................44
Bảng 2.3. Các tham số mô phỏng ứng với các kịch bản mô phỏng khi SIR thay đổi
[64][65] ..........................................................................................................................45
Bảng 2.4. Các tham số mô phỏng ứng với các kịch bản mô phỏng khi thay đổi số
lượng ăng-ten [64][65] ..................................................................................................47
Bảng 2.5. Các tham số mô phỏng [39][41] ...................................................................56
Bảng 2.6. Các tham số mạng mơ phỏng [105][106] ..................................................... 69
Bảng 3.1. Tham số mã hóa dữ liệu cho DVB-NGH [11] ..............................................74
Bảng 3.2. Các chế độ chòm sao xoay trong DVB-NGH [11] .......................................75
Bảng 3.3. Các trường hợp nghiên cứu ...........................................................................84
Bảng 3.4. Các tham số mô phỏng [3][26] .....................................................................84

viii


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết
tắt
A

ATSC
AWGN
B
BCH
BER
BI
BICM
BS
BTS
C
CCI
CI

Tiếng Anh

Tiếng Việt

Advanced Television System
Committee
Additive White Gaussian Noise

Uỷ ban hệ thống truyền hình tiên
tiến
Nhiễu Gauss trắng cộng

Bose–Chaudhuri–Hocquenghem
Bit Error Ratio
Bit Interleaving
Bit Interleaved Coded Modulation
Base Station

Base Transceiver Station

Mã hóa BCH
Tỷ lệ lỗi bit
Xen kẽ bit
Điều chế mã hóa có xáo trộn bít
Trạm gốc
Trạm thu phát gốc

Co-Channel Interference
Channel Interference
Ratio of RF or IF signal power to
C/N
noise power
CNR
Carrier to Noise Ratio
Coded Orthogonal Frequency
COFDM Division Multiplexing

Nhiễu đồng kênh
Nhiễu kênh
Tỉ số cơng suất tín hiệu IF /Cơng
suất tạp âm
Tỷ số sóng mang trên tạp âm
Ghép kênh phân chia theo tần số
mã hóa trực giao

CP
CRC
CSI

D
DAC
DFT

Cyclic Prefix
Cyclic Redundancy Check
Channel State Information

Tiền tố lặp
Mã kiểm tra độ dư thừa vòng
Trạng thái kênh

Digital-to-Analog Converter
Discrete Fourier Transform

DiBEG

Digital Broadcasting Expert Group

DPC
DTT
DVB

Dirty Paper Coding
Digital Terrestrial Television
Digital Video Broadcasting

Bộ chuyển đổi số sang tương tự
Biến đổi Fourier rời rạc
Nhóm chun gia quảng bá số của

Nhật
Mã hóa giấy bẩn
Truyền hình số mặt đất
Truyền hình số

DVB-C

Digital Video Broadcasting Cable

Truyền hình số qua cáp

DVBNGH

Digital Video Broadcasting Next
Generation Hand-held
Digital Video Broadcasting
Satellite

Truyền hình số cho thiết bị cầm
tay thế hệ tiếp theo

DVB-S

ix

Truyền hình số cho thiết bị vệ tinh


Từ viết
tắt

DVBSH

Tiếng Anh

Tiếng Việt

Digital Video Broadcasting
Satellite Hand-held
Digital Video Broadcasting
DVB-T
Terrestrial
Digital Video Broadcasting –
DVB-T2
Second Generation Terrestrial
E
enhanced Single Frequency
eSFN
Networks
eSM
enhanced Spatial Multiplexing
European Telecommunication
ETSI
Standard Institute
F
Frequency-Division Multiple
FDMA
Access
FDD
Frequency Division Duplex
FEC

Forward Error Correction
FFT
Fast Fourier Transform
H
HDTV
High-Definition Television
HBF
Hybrid Beamforming
Hierarchical Local Service
HLSI
Insertion
I
IDFT

Inverse Discrete Fourier Transform

IF
IFFT
INR
IPTV

Intermediate Frequyency
Inverse Fast Fourier Transform
Interference-to-Noise Ratio
Internet Protocol Television

IQ

In-phase/Quadrature components

ISI

Intersymbol Interference
Integrated Service Digital
Broacasting – Terrestrial
International Organization for
Standardization

ISDB-T
ISO

x

Truyền hình số cho thiết bị vệ tinh
cầm tay
Truyền hình số mặt đất
Truyền hình số mặt đất thế hệ thứ
hai
Mạng đơn tần nâng cao
Ghép kênh không gian nâng cao
Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu
Âu
Đa truy nhập phân chia theo tần
số
Song công phân chia theo tần số
Sửa lỗi trước
Biến đổi Fourier nhanh
Truyền hình độ nét cao
Định hướng búp sóng lai
Chèn dịch vụ cục bộ phân cấp

Biến đổi Fourier rời rạc nghịch
đảo
Tần số trung tần
Biến đổi Fourier nhanh ngược
Tỷ số tạp âm trên nhiễu
Truyền hình giao thức Internet
Các thành phần đồng pha /vng
góc
Nhiễu liên ký tự
Quảng bá số đa dịch vụ - mặt đất
Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế


Từ viết
tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

ISR

Interference-to-Signal Ratio

Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

ITU

Intrenational Telecommunication
Union

Hiệp hội viễn thông quốc tế

LCMV

Linearly Constrained Minimum
Variance Beamforming

Tối thiểu hóa phương sai có ràng
buộc tuyến tính

LDPC

Low-Density Parity-Check Code

Mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp

LNA

Low-Noise Amplifier

Bộ khuếch đại tạp âm thấp

LOS

Line OF Sight

Tầm nhìn thẳng

LSMIMO

MassiveMIMO
M
MFN
MIMO
MISO
ML
decoder

Large Scale-Multiple Input Multi
Output
Massive-Multiple Input Multi
Output

Hệ thống đa đầu vào đa đầu ra
quy mô lớn
Hệ thống đa đầu vào đa đầu ra
quy mô lớn

Multi-Frequency Network
Multiple Input Multiple Output
Multiple Input Single Output

Mạng đa tần
Đa đầu vào đa đầu ra
Đa đầu vào đơn đầu ra

Maximum-Likelihood decoder

Bộ giải mã hợp lý cực đại

MLSE

Minimal Least-Square Errors

Sai số bình phương tối thiểu

MMSE

Minimum Mean Squared Error

MRT
MS
MSE
MUMIMO

Maximum Ratio Transmission
Mobile Station
Mean Squared Error
Multi User- Multiple Input
Multiple Output
Minimum Variance Distortionless
Response

Sai số bình phương trung bình tối
thiểu
Phát tỷ số cực đại
Trạm di động
Sai số tồn phương trung bình
Hệ thống đa đầu vào đa đầu ra đa
người dùng

Đáp ứng phương sai tối thiểu
không méo dạng

Normalized Root Mean Square
Error

Sai số tồn phương trung bình
chuẩn hóa.

Orothogonal Frequency Division
Multiplex

Ghép kênh phân chia theo tần số
trực giao

L

MVDR
N
NRMSE
O
OFDM

xi


Từ viết
tắt
OLSI
P

PAL
PAPR

Tiếng Anh

Tiếng Việt

Orthogonal Local Service Insertion

Chèn dịch vụ cục bộ trực giao

Phase Alternating Line
Peak-to-Average Power Ratio

Pha thay đổi theo dịng
Tỷ số cơng suất đỉnh trung bình

PDF

Probability-Density-Function

Hàm mật độ xác suất

PH

Phase Hopping

Nhảy pha

PLP

Physical Layer Pipe

Ống lớp vật lý

PS

Parallel to Serial

Song song sang nối tiếp

Quarature Amplitude Modulation
Quasi error free
Quality of Service
Quadature Phase Shift Keying

Điều biên cầu phương
Gần như không lỗi
Chất lượng dịch vụ
Khóa dịch pha cầu phương

Radio Frequency

Tần số vơ tuyến

RMSE

Root Mean Square Error

Sai số tồn phương trung bình

RoHC

Robust Header Compression

Nén tiêu đề mạnh

Single Frequency Network

Mạng đơn tần

Single Carrier OFDM

Đơn sóng mang OFDM

SIR
SM
SNR

Single Input Single Output
Signal to Interference plus Noise
Ratio
Signal-to-Interference Ratio
Spactial Multiplexing
Signal to Noise Ratio

Đơn đầu vào đơn đầu ra
Tỷ số tín hiệu trên nhiễu và tạp
âm
Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

Ghép kênh khơng gian
Tỷ số tín hiệu trên tạp âm

STBC

Space – Time Block Code

Mã khối không gian - thời gian

SVC

Scalable Video Coding

Mã hóa video có thể mở rộng

T/C/F-I

Time/Cell/Frequency Interleaver

Xen kẽ thời gian/tế bào/tần số

TDMA

Time Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo thời
gian

Q
QAM

QEF
QoS
QPSK
R
RF

S
SFN
SCOFDM
SISO
SINR

T

xii


Từ viết
tắt
TDSOFDM
TFS
TS
TV
U

Tiếng Anh

Tiếng Việt

Time Domain Synchronous OFDM

OFDM đồng bộ thời gian

Time Frequency Slicing
Transport Stream
Television

Phân chia tần số thời gian
Dòng truyền tải
Truyền hình

UCA

Uniform Circular Array

Dàn ăng-ten đồng dạng trịn đều

UHTV
UHF

Ultra High Definition Television
Ultra High Frequency

Truyền hình độ nét cực cao
Tần số cực cao

ULA

Uniform Linear Array

Dàn ăng-ten đồng dạng tuyến tính

URA

Uniform Rectangular Array

Mảng ăng-ten hình chữ nhật đồng
nhất

Very High Frequency

Tần số rất cao (30-300 Mhz)

Zero Forcing

Cưỡng bức không

V
VHF
Z
ZF

xiii


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TOÁN HỌC
Ký hiệu

Ý nghĩa

(∙)+

Ma trận nghịch đảo suy rộng

(∙)∗

Ma trận chuyển vị phức

𝑤𝑤 𝐻𝐻

Ma trận Hermite

𝑥𝑥�

Ước lượng của x

(∙)𝑇𝑇
���
(∙)

Diag(a)

Ma trận chuyển vị

Ma trận nghịch đảo

Ma trận đường chéo với giá trị đường chéo bằng véctơ a

𝑥𝑥̇ (𝑡𝑡 )

Vi phân của 𝑥𝑥 (𝑡𝑡 )

‖𝐴𝐴‖𝐹𝐹

Định mức Frobenius của A

�𝑘𝑘 �
�𝑊𝑊
𝑖𝑖

Trọng số của bộ lọc phối hợp

𝐸𝐸 {∙}

‖. ‖2

Trị trung bình hay kỳ vọng

Định mức Euclide

xiv


MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
1.1. Q trình số hóa truyền hình
Ngày nay, thế giới đang bước vào một kỷ nguyên mới của truyền hình. Các
dịch vụ truyền hình mới như truyền hình ba chiều (3DTV-3D Television) [1], truyền
hình độ phân giải cực cao (UHDTV) trên truyền hình số mặt đất và truyền hình di
động sẽ ngày càng được cung cấp rộng rãi hơn trong tương lai gần. Các dịch vụ mới

đang phát triển nhanh chóng đặt ra nhu cầu lớn về hiệu năng cũng như độ tin cậy của
hệ thống phát sóng truyền hình.
Số hóa truyền hình, cịn được gọi là tắt sóng tương tự (ASO-Analog Switch
Off) là q trình chuyển đổi và ngưng phát sóng truyền hình analog để chuyển sang
phát sóng kỹ thuật số, chủ yếu bắt đầu từ năm 2006 trên thế giới. Mục tiêu chính là
chuyển đổi phát sóng analog mặt đất sang phát sóng số mặt đất. Tuy nhiên, việc
chuyển đổi này cũng bao hàm sự chuyển đổi từ truyền hình cáp analog sang truyền
hình cáp số cũng như chuyển đổi từ truyền hình vệ tinh analog sang truyền hình vệ
tinh kỹ thuật số. Mỗi quốc gia có kế hoạch số hóa truyền hình khác nhau.
Tại Việt Nam, theo lộ trình số hóa truyền hình mặt đất (analog) theo tiêu chuẩn
DVB-T2 của Bộ Thông tin và Truyền thơng, tính đến thời điểm hiện nay các thành
phố trực thuộc trung ương và các tỉnh thuộc nhóm I, II, III đã tắt sóng Analog. Các
tỉnh cịn lại thuộc nhóm IV dự kiến hồn thành số hóa trước tháng 12 – 2020 bao gồm:
Hà Giang, Cao Bằng, Bắc Kạn, Tuyên Quang, Lào Cai, Yên Bái, Lạng Sơn, Điện
Biên, Lai Châu, Sơn La, Hịa Bình, Kon Tum, Gia Lai, Đắk Lắk, Đắk Nơng. Cả nước
sẽ hồn thành tắt sóng Analog vào năm 2020 [2].
Việc số hóa truyền hình mang lại lợi ích to lớn trong phát triển kinh tế xã hội
khi sử dụng băng tần hiệu quả. Vì với truyền hình analog thơng thường, một kênh tần
số chỉ phát được một chương trình truyền hình, cịn nếu dùng truyền hình số mặt đất
theo cơng nghệ DVB-T2, một kênh tần số có thể phát được tới 20 chương trình.
1.2. Chuẩn hóa truyền hình số mặt đất theo cơng nghệ DVB-T2 và truyền hình số
thế hệ tiếp theo cho các thiết bị cầm tay (DVB-NGH)
Tiêu chuẩn truyền hình số thế hệ tiếp theo cho các thiết bị cầm tay DVB-NGH
(Digital Video Broadcasting Next Generation Hand-held) được đề xuất phát triển bởi
dự án DVB [3]. Đó là sự phát triển theo hướng di động của chuẩn DVB-T2 [4] và việc
triển khai của chuẩn này được thúc đẩy bởi sự phát triển mạnh mẽ của các dịch vụ đa
phương tiện di động cho các thiết bị cầm tay như máy tính bảng và điện thoại thông
minh đang phát triển bùng nổ trên thế giới cũng như tại Việt Nam. Mục tiêu chính của
DVB-NGH là tăng diện tích phủ sóng và dung lượng mạng vượt trội so với các tiêu
chuẩn phát sóng di động hiện có như truyền hình số cho các thiết bị cầm tay DVB-H

1


(Digital Video Broadcasting Hand-held) và truyền hình số cho các thiết bị vệ tinh cầm
tay DVB-SH (Digital Video Broadcasting Satellite Hand-held).
Khái niệm ống lớp vật lý (PLP-Physical Layer Pipe) được giới thiệu trong
DVB-T2 và DVB-NGH nhằm hỗ trợ cấu hình các tham số truyền cho mỗi dịch vụ,
bao gồm điều chế, mã hóa và xáo trộn. Về nguyên tắc, việc sử dụng nhiều PLP có thể
cho phép cung cấp các dịch vụ nhắm mục tiêu đến các trường hợp người dùng khác
nhau, tức là cố định, cầm tay và di động, trong cùng một kênh tần số. Các đặc điểm
chính bổ sung mới của DVB-NGH so với DVB-T2 là: sử dụng kỹ thuật mã hóa video
có thể mở rộng (SVC - Scalable Video Coding) để hỗ trợ hiệu quả cho các thiết bị
nhận không đồng nhất và điều kiện mạng khác nhau, kỹ thuật phân chia tần số thời
gian (TFS - Time Frequency Slicing) để tăng dung lượng và vùng phủ sóng, xen kẽ
hiệu quả để khai thác sự phân tập thời gian và tần số, kỹ thuật nén tiêu đề (RoHC) để
giảm chi phí do báo hiệu và đóng gói, bổ sung thành phần vệ tinh để tăng vùng phủ
sóng, cải thiện tính bền vững của tín hiệu so với DVB-T2, triển khai hiệu quả các dịch
vụ địa phương trong mạng đơn tần (SFN - Single Frequency Network) và cuối cùng là
triển khai các kỹ thuật MIMO để tăng diện tích vùng phủ sóng và dung lượng hệ
thống [5].
Vậy, nghiên cứu, đặc trưng hóa hệ thống truyền hình thế hệ tiếp theo, đề xuất
kiến trúc mơ hình dựa trên cơ sở lý thuyết hệ thống và các giải pháp tương ứng nhằm
nâng cao hiệu năng truyền dẫn, cải thiện dung lượng, tính bền vững của hệ thống có
tính cấp thiết vừa có ý nghĩa về học thuật vừa có ý nghĩa thực tế với nhu cầu của đất
nước ta.
2. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay truyền hình độ phân giải siêu cao 4K×2160p (12Gbps), 3DTV hoặc
8K×4320p (48Gbps) đang ngày một trở nên phổ biến và dần trở thành xu thế tất yếu
của các đài truyền hình và các đơn vị cung cấp nội dung, ngoài việc nâng cao chất

lượng các chương trình thì việc đổi mới cơng nghệ theo xu thế cũng là một phần tất
yếu trong cuộc cạnh tranh gay gắt giữa các đơn vị cung cấp nội dung nhằm thu hút
khán giả và nâng cao trải nghiệm xem truyền hình cho người xem. Trong khi đó, phổ
tần dành cho truyền hình số mặt đất là hạn hữu, đặt ra thách thức cấp thiết cho việc tối
ưu hố các kỹ thuật, cơng nghệ trong tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất hiện tại để đạt
hiệu năng truyền dẫn, dung lượng cao hơn cho tiêu chuẩn truyền hình thế hệ tiếp theo.
Độ phức tạp do mối quan hệ tương hỗ giữa các khâu của quá trình xử lý tín
hiệu của hệ MIMO tăng theo số lượng các ăng-ten, nhất là khi hệ thống làm việc trong
môi trường thay đổi phức tạp, nhiễu động và phải thỏa hiệp giữa hiệu năng của hệ
thống với chất lượng phục vụ (QoS) người dùng. Do đó, việc tối ưu hóa hệ thống thực
hiện riêng rẽ theo tiêu chí, phân đoạn theo các khâu, thường không dẫn đến kết quả tối
ưu như mong muốn. Vì vậy, cần thiết phải xây dựng một mơ hình mang tính tổng qt
theo lý thuyết hệ thống để phát triển hệ thống MIMO, MIMO quy mô lớn dựa trên
2


định hướng đa búp sóng sử dụng các tiêu chí tối ưu bền vững cho hệ truyền hình số
mặt đất thế hệ mới như DVB-NGH.
3. Mục tiêu, đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu
3.1 Mục tiêu nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu của luận án nhằm vào các mục tiêu chính sau đây:
(i.) Nghiên cứu đề xuất kiến trúc định hướng đa búp sóng ứng dụng cho
truyền hình số mặt đất thế hệ tiếp theo.
(ii.) Nghiên cứu đề xuất giải pháp nâng cao hiệu năng truyền dẫn, cải thiện
dung lượng cho hệ thống truyền hình số mặt đất thế hệ tiếp theo.
3.2 Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của cơng trình này giới hạn ở kiến trúc DVB-NGH gồm:
(i.) Mơ hình, cấu trúc hệ thống DVB-NGH, kỹ thuật MIMO, MIMO quy mơ
lớn, ăng-ten mảng hình trụ.
(ii.) Mơ hình định hướng đa búp sóng, định hướng búp sóng lai, kênh truyền

MIMO phân cực kép, thông tin trạng thái kênh và các thuật toán cải thiện hiệu năng
phục vụ các hệ truyền hình số mặt đất thế hệ mới như DVB-NGH.
3.3 Phạm vi nghiên cứu
• Lý thuyết truyền hình số, truyền hình số mặt đất.
• Hệ thống truyền hình số DVB-NGH.
• Mơ hình truyền dẫn MIMO, MIMO quy mơ lớn, ghép kênh khơng gian, định
hướng búp sóng.
• Ma trận nghịch đảo suy rộng, phương pháp số và mơ phỏng.
• Nghiên cứu các thuật toán trên cơ sở các kiến trúc và mơ hình đề xuất để nâng
cao hiệu năng hệ thống dựa trên lý thuyết hệ thống và tiêu chí tối ưu đa biến.
3.4 Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết trên cơ sở đặc tính hóa theo lý thuyết hệ thống đối với hệ
thống DVB-NGH và các kỹ thuật sử dụng công nghệ MIMO, MIMO quy mô lớn,
định hướng đa búp sóng để đề xuất mơ hình, xây dựng cấu trúc hệ thống truyền hình
số mặt đất thế hệ kế tiếp và tốn học hóa những vấn đề cần giải quyết khi đề xuất các
giải pháp cải thiện hiệu năng của lớp vật lý nhằm tối ưu hóa truyền dẫn. Minh chứng
các giải pháp đề xuất trên cơ sở lý thuyết bằng kiểm nghiệm thông qua các kết quả mô
phỏng.

3


4. Các đóng góp khoa học của luận án
(i) Đề xuất mơ hình, kiến trúc tối ưu hiệu năng hệ thống DVB-NGH bằng định
hướng đa búp sóng sử dụng các ăng-ten mảng hình trụ.
(ii) Đề xuất thuật tốn phân nhóm người dùng bằng cách điều khiển băng thông
cho mạng truyền hình số mặt đất thế hệ tiếp theo.
(iii) Đề xuất mơ hình, kiến trúc cải thiện dung lượng hệ thống DVB-NGH bằng
phương pháp định hướng búp sóng lai và ghép kênh không gian MIMO phân cực kép.
5. Bố cục của luận án

Cấu trúc của luận án gồm có 03 chương với các nội dung được tóm tắt như sau:
Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu, trình bày tổng quan về truyền
hình số mặt đất và sự phát triển của nội dung truyền hình, các vấn đề thách thức đặt ra
với hệ thống truyền hình số mặt đất. Sau đó đưa ra định hướng giải quyết nâng cao
hiệu năng, cải thiện dung lượng hệ thống ứng dụng công nghệ MIMO, định hướng đa
búp sóng cho hệ thống truyền hình số mặt đất thế hệ tiếp theo.
Chương 2: Giải pháp nâng cao hiệu năng truyền dẫn hệ thống DVB-NGH
bằng định hướng đa búp sóng và phân nhóm người dùng, trình bày kiến trúc định
hướng đa búp sóng theo lý thuyết hệ thống, với quy trình phân tích và thiết kế các hệ
định hướng đa búp sóng có quy mơ lớn theo cách tiếp cận của lý thuyết hệ thống trên
cơ sở xem xét tác động của các tham số hệ thống bằng tập các hàm mục tiêu áp dụng
trong những điều kiện tới hạn, khó truy cập dữ liệu đo hoặc dữ liệu đo có kích thước
lớn được trình bày. Quy trình bao gồm việc xây dựng mơ hình giảm bậc tối ưu và xác
định nghiệm bền vững đối với hệ thống định hướng búp sóng. Sau đó đề xuất mơ hình
và kiến trúc hệ thống định hướng đa búp sóng ứng dụng cho hệ thống DVB-NGH.
Trong hệ thống này sử dụng một số tiêu chí tối ưu bền vững để khai thác kênh và
giảm thiểu sự can nhiễu giữa người dùng trong các tế bào. Đồng thời kết hợp kiến trúc
định hướng đa búp sóng ăng-ten mảng hình trụ với ghép kênh không gian để nâng cao
hiệu năng truyền dẫn. Cuối cùng đề xuất thuật tốn để nhóm các người dùng bằng
điều khiển băng thơng để tối ưu hóa tổng tốc độ của hệ thống và mô phỏng minh
chứng độ tin cậy, hiệu năng của mơ hình đề xuất.
Chương 3: Giải pháp cải thiện dung lượng hệ thống DVB-NGH bằng
phương pháp định hướng búp sóng lai và ghép kênh khơng gian MIMO phân
cực kép, đề xuất mơ hình và kiến trúc định hướng búp sóng mới dựa trên định hướng
búp sóng lai và ghép kênh khơng gian MIMO phân cực kép cho các hệ thống DVBNGH. Sau đó đưa ra nghiên cứu điển hình về MIMO rate-2. Cuối cùng thực hiện mơ
phỏng để minh chứng định hướng búp sóng lai được đề xuất hiệu quả hơn so với các
mô hình hiện có cho các hệ thống DVB-NGH.

4

Phần kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo của luận án: Phần này trình
bày tóm tắt các kết quả đạt được của luận án và nêu ra hướng phát triển tiếp theo của
đề tài, cũng như các nghiên cứu dự kiến sẽ được thực hiện trong tương lai.

5


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Đặt vấn đề
Các nhà đài, các đơn vị truyền dẫn ln có nhu cầu phát sóng, truyền dẫn được
nhiều kênh truyền hình chất lượng cao cho khán giả. Đáp ứng nhu cầu này với truyền
hình Analog gặp nhiều khó khăn về thiết bị phát và kênh sóng cao tần, vì mỗi kênh
cần một máy phát và một kênh sóng. Các băng tần VHF và UHF lâu nay dùng cho
truyền hình mặt đất đến nay đã không đủ cho yêu cầu phát nhiều kênh, trong khi các
mạng thông tin chuyên ngành, thông tin di động cũng có nhu cầu ở các dải tần này.
Chất lượng của các kênh truyền hình địi hỏi ngày càng cao, đặc biệt là nhu cầu
thưởng thức truyền hình độ nét cao (HDTV) và độ nét siêu cao (UHD) ngày càng lớn.
Để đáp ứng các nhu cầu trên thì giải pháp là chuyển đổi sang truyền hình số
mặt đất với những ưu điểm vượt trội so với truyền hình analog. Cơng nghệ truyền
hình số mặt đất có thể thiết lập mạng phát hình gồm nhiều máy phát trên cùng một
kênh sóng. Điều này giúp cho việc nâng cao hiệu quả sử dụng phổ tần và tiết kiệm
kinh phí đầu tư, chi phí vận hành.
Với định hướng giải quyết nâng cao hiệu năng lớp truyền dẫn, hiệu năng sử
dụng năng lượng trên cơ sở mơ hình, cấu trúc hệ thống và xử lý tín hiệu, chương một
sẽ tập trung nghiên cứu về những vấn đề cơ bản nhất của hệ thống truyền hình số mặt
đất thế hệ mới để làm nền tảng cho những nghiên cứu tiếp theo.
1.2 Tổng quan về truyền hình số mặt đất và các kỹ thuật đã đề xuất
1.2.1 Tổng quan về truyền hình số mặt đất

DVB-T (Digital Video Broadcasting - Terrestrial) là tiêu chuẩn truyền hình số
mặt đất chính thức được tổ chức ETSI (European Telecommunications Standards
Institute) công nhận vào tháng 2 năm 1997. DVB-T sử dụng kỹ thuật COFDM
(Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing). COFDM là kỹ thuật có nhiều
đặc điểm ưu việt, có khả năng chống phản xạ đa đường, phù hợp với các vùng dân cư
có địa hình phức tạp, cho phép thiết lập mạng đơn tần (SFN) và có khả năng thu di
động, đáp ứng các chương trình có độ nét cao như HDTV. DVB-T là thành viên của
một họ các tiêu chuẩn DVB, trong đó bao gồm tiêu chuẩn truyền hình số qua vệ tinh,
mặt đất, cáp.
DVB-T2 là thuật ngữ viết tắt của Digital Video Broadcasting – Second
Generation Terrestrial, là phần mở rộng của chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T, ban
hành bởi tổ chức DVB, tiêu chuẩn hóa bởi ETSI [4]. Tiêu chuẩn truyền hình số mặt
đất thế hệ thứ hai DVB -T2 là một chuẩn mới trong họ tiêu chuẩn DVB được phát
triển với mục đích tăng khả năng sử dụng băng tần, tăng dung lượng dữ liệu có thể

6


truyền cũng như cải tiến chất lượng tín hiệu. Trong các điều kiện thu tương đương so
với DVB-T, DVB-T2 tăng dung lượng tối thiểu 30%, thậm chí trong một số trường
hợp có thể tăng tới 67%. Ngồi ra, DVB-T2 cịn có khả năng chống lại phản xạ đa
đường (Multipaths) và can nhiễu đột biến tốt hơn nhiều so với DVB-T. Điều này càng
thuận lợi cho việc triển khai các dịch vụ quảng bá mới với đòi hỏi nhiều dung lượng
hơn. Hiệu quả đạt được nhờ các cải tiến từ các đặc trưng lớp vật lý, tới cấu hình mạng,
cũng như tối ưu quá trình thực thi để đạt được bộ thông số tối ưu cho các kênh truyền.
Chi tiết cấu trúc khung (Frame Structure), mã hoá kênh (Channel Coding) và q trình
điều chế được mơ tả trong tiêu chuẩn ETSI EN 302 755 [3].
Tiêu chuẩn truyền hình số thế hệ tiếp theo cho các thiết bị cầm tay DVB-NGH
(Digital Video Broadcasting Next Generation Hand-held) phát triển từ DVB-T2 [6] để
phù hợp với môi trường di động theo cách tương tự như DVB-H đã làm với DVB-T.

DVB-T2 vẫn là một tài liệu tham chiếu mạnh mẽ, linh hoạt và hiệu quả sử dụng phổ
(cung cấp nhiều hơn 50% so với bất kỳ hệ thống nào hiện nay), đây là lý do tại sao
DVB-NGH lấy đó làm cơ sở [7]. DVB-NGH là hệ thống truyền hình di động đầu tiên
sử dụng kỹ thuật MIMO (nhiều đầu vào nhiều đầu ra) trong các cấu hình của nó để
vượt qua giới hạn dung lượng Shanon so với các hệ thống thông tin liên lạc truyền
thống chỉ sử dụng một ăng-ten phát/thu [8].
Quá trình tiêu chuẩn hóa DVB-NGH [3] đã bắt đầu từ năm 2010 nhưng do thiếu
những định hướng kinh doanh cụ thể khi thương mại vì vậy đến thời điểm hiện tại, các
nhà nghiên cứu vẫn đang nỗ lực hồn thiện các cơng nghệ để có thể tiêu chuẩn hóa
DVB-NGH với hiệu năng vượt trội trong tương lai. Mặc dù vậy sự phát triển vượt bậc
về cơng nghệ phát sóng truyền hình số mặt đất đã giúp DVB-NGH trở thành điểm
tham chiếu cho các công nghệ sắp tới/tương lai, không chỉ là sự phát triển tiềm năng
của DVB-T2 mà còn cho ATSC (Advanced Television System Committee), ISDB-T
(Integrated Service Digital Broacasting – Terrestrial), FoBTV (Future of Broadcast
Terrestrial Television) [9]…..
1.2.2 Các giải pháp kỹ thuật đã được đề xuất để tiêu chuẩn hóa truyền hình số
thế hệ tiếp theo
DVB-NGH đưa ra 4 cấu hình bao gồm: truyền hình mặt đất cơ bản, truyền hình
mặt đất sử dụng MIMO, truyền hình lai mặt đất/vệ tinh, và truyền hình lai mặt đất/vệ
tinh sử dụng MIMO. Cấu hình bắt buộc chỉ yêu cầu 1 trạm cơ sở, dựa trên cấu hình di
động của DVB-T2, được gọi là DVB-T2 Lite [10]. Cấu hình cơ sở cung cấp một mơ tả
đầy đủ của hệ thống, ba cấu hình cịn lại chỉ khác nhau ở trạm cơ sở.
1.2.2.1 Cấu hình cơ sở
a. Kỹ thuật điều chế và mã hóa xen kẽ bit (BICM)
DVB-NGH được phát triển dựa trên DVB-T2, trong đó có các cải tiến mạnh
mẽ và hiệu quả sử dụng phổ. Sơ đồ khối của cấu hình cơ sở BICM của DVB-NGH

7

được thể hiện trong hình 1.1, trong đó minh họa sự khác biệt chính so với với DVBT2.
BICM

Kích
16k size
thướconly
16k

CR (3-11)/15
BCH

LDPC
Mã hóa FEC

Đã tối
Optimized
ưu hóa cho
các
for new
CR mới
CR

Applied
Áp dụngto
QPSK
Bộ xen kẽ chẵn
lẻ

Bộ xen kẽ xoắn

Bộ tách bit tới
các cells

Bộ xen kẽ bit
Bộ xen kẽ cell

Xoay QAM

Vị trí
Position changed
đã thay đổi

4D QPSK/no
256QAM

Bộ xen kẽ
I/Q

Ánh xạ các cells tới
các chịm sao
Chịm sao khơng đồng
nhất 64/256 QAM

Bộ xen kẽ thời gian

Bộ xen kẽ
tích chập

Bộ xen kẽ khối

Liên
Inter khung
frame

Intra
Nội khung
frame

Hình 1.1. Cấu hình DVB-NGH cơ sở BICM [9]
DVB-NGH đã khắc phục các hạn chế trong DVB-T2 để giảm độ phức tạp của
máy thu, chẳng hạn như chỉ cho phép kích thước sử dụng từ mã LDPC ngắn là 16200
bit (16K). Kích thước của bộ nhớ xen kẽ thời gian giảm một nửa so với DVB-T2 và
việc các chịm sao xoay khơng cịn được áp dụng cho QAM-256 [10]. Ngoài ra, tốc độ
bit dữ liệu được mã hóa tối đa trong DVB-NGH được giới hạn ở 12 Mbps, bao gồm cả
dữ liệu nguồn và dữ liệu chẵn lẻ.
Các thay đổi BICM đã được giới thiệu để cải thiện tính bền vững của đường
truyền. Ở cấp độ FEC, tỷ lệ mã hóa LDPC mới bền vững hơn giảm xuống cịn 1/5 đã
được thơng qua (tỷ lệ mã hóa này trong DVB-T2 là 4/9 và trong T2-Lite là 1/3). Ở cấp
độ chòm sao, bổ sung các chòm sao 64QAM và 256QAM khơng đồng nhất và một
chịm sao QPSK xoay 4 chiều. Ở cấp xen kẽ, bộ xen kẽ bit chẵn lẻ được sử dụng cho
tất cả các chòm sao (không được sử dụng cho QPSK trong DVB-T2). Việc xen kẽ
thành phần I / Q thay thế bộ trễ Q-delay theo chu kỳ của DVB-T2 để khai thác sự
phân tập khơng gian-tín hiệu của các chịm sao quay phân phối các thành phần của
mỗi ký tự được quay với sự phân tách tối đa về thời gian và tần số [11].

8


DVB-NGH đã tối ưu hóa bộ xen kẽ thời gian TI (Time Interleaver) trong DVBT2 ở hai khía cạnh. DVB-NGH đã bổ sung một bộ xen kẽ tích chập CI (Convolutional
Interleaver) để xen kẽ liên khung (tức là trên nhiều khung hình), giữ lại bộ xen kẽ khối

BI (Block Interleaver) như trong DVB-T2 chỉ để xen kẽ nội khung và sử dụng lượng
tử hóa tế bào nghi để sử dụng hiệu quả hơn của bộ nhớ TI với các chòm sao bậc thấp.
Để so sánh, với cùng bộ nhớ như trong DVB-T2, DVB-NGH có thể thu được thời
gian xen kẽ sâu hơn 4 lần [11].
b. Kỹ thuật phân chia tần số thời gian (TFS)
Kỹ thuật TFS (Time Frequency Slicing) đã phá vỡ mơ hình hiện tại của việc
truyền các dịch vụ quảng bá trong một kênh RF duy nhất để truyền các dịch vụ qua
nhiều kênh RF với nhảy tần và thời gian cắt [12] [13]. Ban đầu nó được đề xuất trong
q trình tiêu chuẩn hóa DVB-T2, nhưng cuối cùng chỉ được đưa vào một phần thông
tin của tiêu chuẩn (không phải quy chuẩn) do nhu cầu thực hiện hai bộ điều chỉnh
trong máy thu. DVB-NGH được đề xuất để sử dụng TFS cho tất cả các cấu hình để có
thể hoạt động với một bộ dị sóng duy nhất mà không làm tăng độ phức tạp của bộ
thu.
TFS có thể cung cấp những lợi ích rất quan trọng cả về dung lượng do tăng
cường ghép kênh thống kê (StatMux) và phạm vi phủ sóng cho cả thu cố định và di
động do phân tập tần số được cải thiện [14]. Sự kết hợp của nhiều kênh RF vào một
kênh ghép TFS duy nhất cho phép đạt được độ lợi ghép kênh thống kê gần như lý
tưởng cho các dịch vụ tốc độ bit thay đổi VBR (Variable Bit Rate) [15]. Phân tập tần
số có thể cải thiện đáng kể tính bền vững của tín hiệu truyền đi, vì các dịch vụ có thể
được trải rộng trên tồn bộ dải tần UHF.
Lợi ích chính của TFS đối với DVB-NGH là cải thiện phạm vi phủ sóng và tính
bền vững truyền dẫn. Khơng có TFS, mức phủ sóng tại một vị trí nhất định bị giới hạn
bởi kênh RF có cường độ tín hiệu thấp nhất. Với TFS, việc thu sóng tại một vị trí cụ
thể được xác định bởi cường độ tín hiệu trung bình của các kênh RF. Do đó, chỉ báo
về độ lợi vùng phủ tại một vị trí cụ thể có thể được tính gần đúng như sự khác biệt
giữa giá trị SNR trung bình của các kênh RF và SNR tức thời tối thiểu trong số tất cả
các kênh RF [16].
c. Kỹ thuật chèn các dịch vụ cục bộ
DVB-NGH bổ sung hai kỹ thuật để truyền tải nội dung cục bộ trong các SFN,
được gọi là chèn dịch vụ cục bộ phân cấp H-LSI (Hierarchical Local Services

Insertion) và trực giao O-LSI (Orthogonal Local Services Insertion) [17]. Cả hai kỹ
thuật đều cung cấp mức tăng dung lượng rất quan trọng so với cách tiếp cận SFN cổ
điển trong đó nội dung được truyền trong tồn bộ mạng, nhưng mỗi kỹ thuật giải
quyết các trường hợp sử dụng khác nhau với sự cân bằng hiệu suất khả năng phủ sóng
khác nhau, do đó kỹ thuật truyền tối ưu phụ thuộc vào trường hợp sử dụng mục tiêu và
kịch bản cụ thể được xem xét (vị trí và công suất của máy phát, phân phối các dịch vụ
9