Đang tải... (xem toàn văn)
Trong những năm gần đây, ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing ) đã được đề xuất và chuẩn hoá cho truyền thông tốc độ cao. Hiện nay công nghệ OFDM đã được ứng dụng rộng rãi trong các tiêu chuẩn viễn thông như hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T, phát thanh số DAB, hay mạng truy nhập internet băng rộng ADSL…Trong tương lai công nghệ này còn được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực như hệ thống truy nhập internet không dây băng rộng WiMAX theo tiêu chuẩn IEEE 802.16a, hiện đã đang được xây dựng và trong hệ thống di động toàn cầu thế giới thế hệ thứ 4. Ngoài ra kỹ thuật OFDM còn được kết hợp với nhiều kỹ thuật khác nữa như kỹ thuật phân tập anten phát và thu (MIMO technique) nhằm nâng cao dung lượng kênh vô tuyến và kết hợp với công nghệ CDMA nhằm mục đích đa truy cập của mạng. Tại Việt Nam , hệ thống ADSL hay truyền hình số mặt đất DVB-T đã được khai thác và sử dụng. Trong tương lai không xa các hệ thống phát thanh số DRM và DAB hay mạng máy tính không dây như HiperLAN, IEEE 802.11a,g chắc chắn sẽ được triển khai. Chính vì vậy , kỹ thuật OFDM là nền tảng của các kỹ thuật truyền dẫn vô tuyến, có ý nghĩa thực tế và là một công nghệ tiên tiến, sự lựa chọn của tương lai. Do đó, em đã lựa chọn nghiên cứu “ Kỹ thuật OFDM và ứng dụng trong truyền hình số mặt đất DVB-T ” làm đề tài nghiên cứu cho đồ án của mình. Mục đích chính của đồ án là hiểu được bản chất, các ưu, nhược điểm của kỹ thuật điều chế , thức tạo tín hiệu cũng như các vấn đề liên quan đến chất lượng và hệ thống OFDM . Qua đó, nghiên cứu sự áp dụng của kỹ thuật này trong hệ thống thực tế, đó là truyền hình kỹ thuật số DVB-T để thấy rõ việc khai thác ưu điểm của OFDM trong môi trường truyền mặt đất với tốc độ truyền cao .
LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần đây, ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing ) đề xuất chuẩn hoá cho truyền thông tốc độ cao Hiện công nghệ OFDM ứng dụng rộng rãi tiêu chuẩn viễn thơng hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T, phát số DAB, hay mạng truy nhập internet băng rộng ADSL…Trong tương lai cơng nghệ cịn ứng dụng nhiều lĩnh vực hệ thống truy nhập internet không dây băng rộng WiMAX theo tiêu chuẩn IEEE 802.16a, xây dựng hệ thống di động toàn cầu giới hệ thứ Ngồi kỹ thuật OFDM cịn kết hợp với nhiều kỹ thuật khác kỹ thuật phân tập anten phát thu (MIMO technique) nhằm nâng cao dung lượng kênh vô tuyến kết hợp với cơng nghệ CDMA nhằm mục đích đa truy cập mạng Tại Việt Nam , hệ thống ADSL hay truyền hình số mặt đất DVB-T khai thác sử dụng Trong tương lai không xa hệ thống phát số DRM DAB hay mạng máy tính khơng dây HiperLAN, IEEE 802.11a,g chắn triển khai Chính , kỹ thuật OFDM tảng kỹ thuật truyền dẫn vô tuyến, có ý nghĩa thực tế cơng nghệ tiên tiến, lựa chọn tương lai Do đó, em lựa chọn nghiên cứu “ Kỹ thuật OFDM ứng dụng truyền hình số mặt đất DVB-T ” làm đề tài nghiên cứu cho đồ án Mục đích đồ án hiểu chất, ưu, nhược điểm kỹ thuật điều chế , thức tạo tín hiệu vấn đề liên quan đến chất lượng hệ thống OFDM Qua đó, nghiên cứu áp dụng kỹ thuật hệ thống thực tế, truyền hình kỹ thuật số DVB-T để thấy rõ việc khai thác ưu điểm OFDM môi trường truyền mặt đất với tốc độ truyền cao Trong trình thực đồ án, em xin chân thành cảm ơn TS Lâm Hờng Thạch tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em để hoàn thiện tốt đồ án TÓM TẮT ĐỜ ÁN Kỹ thuật ghép kênh đa sóng mang trực giao (OFDM) dạng đặc biệt kỹ thuật truyền đa sóng mang ,tại dòng liệu đơn phát với tốc độ thấp nhờ sóng mang phụ Đây lí sử dụng OFDM có khả chống nhiễu fading lựa chọn tần số nhiễu băng hẹp Trong hệ thống đơn sóng mang ,việc suy giảm hay nhiễu gây nên hỏng hồn tồn liệu hệ thống đa sóng mang ,chỉ lượng nhỏ sóng mang phụ bị ảnh hưởng Sau việc sử dụng mã sửa sai khắc phụ điều Trực giao mối quan hệ tốn học xác tần số sóng mang phụ hệ thống Nếu sóng mang khơng mong muốn bị nén xuống tần số mà miền thời gian số nguyên lần khoảng thời gian ký hiệu (T) Do coi sóng mang gần độc lập (trực giao) khoảng cách sóng mang 1/T.Nhờ vậy, biên tần sóng mang chồng lên bên thu thu tín hiệu mà khơng bị nhiễu sóng mang liền sát Vào năm 1971 ,Weinstein Ebert ứng dụng biến đổi Furie rời rạc (DFT) vào thu phát OFDM Do sử dụng biến đổi DFT tính tốn giá trị tương quan với tần số trung tâm sóng mang thu tín hiệu bên phát COFDM dạng điều chế OFDM có thêm mã sửa sai.COFDM đặc biệt thích hợp với hệ thống quảng bá mặt đất Vì có khả chịu hiệu ứng đa đường với độ trải trễ lớn tín hiệu bên thu Điều cho phép sử dụng mạng đơn tần SFN mạng máy phát gửi tín hiệu tần số Do đó, COFDM lựa chọn cho hai chuẩn phát quảng bá gần DAB DVB-T ABSTRACT Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) is a special case of multicarrier transmission, where a single datastream is transmitted over a number of lower ratesubcarriers One of the main reasons to use OFDM is to increase the robustness against frequency-selective fading or narrowband interference In a single carrier system, a single fade or interferer can cause the entire link to fail, but in a multicarrier system, only a small percentage of the subcarriers will be affected Error correction coding can then be used to correct for the few erroneous subcarriers The word orthogonal indicates that there is a precise mathematical relationship between the frequencies of the carriers in the system If the other carriers all beat down the frequencies that, in the time domain, have a whole number of cycles in the symbol period T, then the integration process results in zero contribution from all these other carriers Thus, the carriers are linearly independent ( orthogonal) if the carrier spacing is a multiple of 1/T Thus ,howerver the sidebands of the individual carriers overlap, the signals are still received without adjacent carrier interference In 1971, Weinstein and Ebert applied the discrete Fourier transform (DFT) to parallel data transmission systems as part of the modulation and demodulation process.Therefore, if we use DFT at the receiver and calculate correlation values with the center of frequency of each subcarrier, we recover the transmitted data with no crosstalk Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing (COFDM) is a form of OFDM ,in which the forward error-correction coding is applied COFDM is particularly well-suited to the needs of the terrestrial broadcasting channel COFDM can cope with high levels of multipath propagation, with a wide spread of delays between the received signals This leads to the concept of single-frequency networks in which many transmitters send the same signal on the same frequency, generating “artificial multipath” COFDM has therefore been chosen for two recent new standards for broadcasting – DAB and DVB-T MỤC LỤC Kỹ thuật ghép kênh đa sóng mang trực giao (OFDM) dạng đặc biệt kỹ thuật truyền đa sóng mang ,tại dịng liệu đơn phát với tốc độ thấp nhờ sóng mang phụ Đây lí sử dụng OFDM có khả chống nhiễu fading lựa chọn tần số nhiễu băng hẹp Trong hệ thống đơn sóng mang ,việc suy giảm hay nhiễu gây nên hỏng hoàn toàn liệu hệ thống đa sóng mang ,chỉ lượng nhỏ sóng mang phụ bị ảnh hưởng Sau việc sử dụng mã sửa sai khắc phụ điều 1.1 Lịch sử phát triển .10 1.2 Cơ sở nguyên lý OFDM .12 1.3 Mơ tả tốn học OFDM 17 1.4 Mô hình hệ thống OFDM băng tần sở 20 1.5 Ưu điểm hệ thống OFDM 33 1.6 Các hạn chế sử dụng hệ thống OFDM 34 CHƯƠNG 36 TỔNG QUAN VỀ KÊNH VÔ TUYẾN VÀ ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN 36 2.1 Tổng quan kênh vô tuyến di động (mobile radio channel) 36 3.1 Các thông số đặc trưng dung lượng hệ thống truyền dẫn OFDM .60 3.2 Phổ cách nâng cao hiệu sử dụng phổ tín hiệu OFDM 63 3.4 Giảm tỉ số công suất đỉnh cực đại PAR (Peak to Average Ratio) 76 4.4 Số lượng , vị trí , nhiệm vụ sóng mang 89 Kỹ thuật ghép kênh đa sóng mang trực giao OFDM cơng nghệ tiên tiến, lựa chọn cho nhiều hệ thống tương lai.Với khả chống nhiễu tốt đặc biệt kết hợp mã sửa lỗi FEC, tốc độ truyền cao với hệ thống đơn giản, kỹ thuật OFDM đặc biệt phù hợp với môi trường truyền mặt đất Bên cạnh ưu điểm thì kỹ thuật có nhược điểm nhạy cảm với độ dịch tần số nguyên nhân gây tượng nhiễu liên sóng mang ICI.Vì hệ thống cần phải ước lượng, đồng bù kênh phù hợp để thu tín hiệu đảm bảo yêu cầu chất lượng Thêm vào ta nghiên cứu để lựa chọn thông số kỹ thuật để vừa đáp ứng tiêu chất lượng tín hiệu hiệu sử dụng phổ 98 DANH MỤC HÌNH VE Kỹ thuật ghép kênh đa sóng mang trực giao (OFDM) dạng đặc biệt kỹ thuật truyền đa sóng mang ,tại dịng liệu đơn phát với tốc độ thấp nhờ sóng mang phụ Đây lí sử dụng OFDM có khả chống nhiễu fading lựa chọn tần số nhiễu băng hẹp Trong hệ thống đơn sóng mang ,việc suy giảm hay nhiễu gây nên hỏng hồn tồn liệu hệ thống đa sóng mang ,chỉ lượng nhỏ sóng mang phụ bị ảnh hưởng Sau việc sử dụng mã sửa sai khắc phụ điều 1.1 Lịch sử phát triển .10 1.2 Cơ sở nguyên lý OFDM .12 1.3 Mơ tả tốn học OFDM 17 1.4 Mô hình hệ thống OFDM băng tần sở 20 1.5 Ưu điểm hệ thống OFDM 33 1.6 Các hạn chế sử dụng hệ thống OFDM 34 CHƯƠNG 36 TỔNG QUAN VỀ KÊNH VÔ TUYẾN VÀ ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN 36 2.1 Tổng quan kênh vô tuyến di động (mobile radio channel) 36 3.1 Các thông số đặc trưng dung lượng hệ thống truyền dẫn OFDM .60 3.2 Phổ cách nâng cao hiệu sử dụng phổ tín hiệu OFDM 63 3.4 Giảm tỉ số công suất đỉnh cực đại PAR (Peak to Average Ratio) 76 4.4 Số lượng , vị trí , nhiệm vụ sóng mang 89 Kỹ thuật ghép kênh đa sóng mang trực giao OFDM cơng nghệ tiên tiến, lựa chọn cho nhiều hệ thống tương lai.Với khả chống nhiễu tốt đặc biệt kết hợp mã sửa lỗi FEC, tốc độ truyền cao với hệ thống đơn giản, kỹ thuật OFDM đặc biệt phù hợp với môi trường truyền mặt đất Bên cạnh ưu điểm thì kỹ thuật có nhược điểm nhạy cảm với độ dịch tần số nguyên nhân gây tượng nhiễu liên sóng mang ICI.Vì hệ thống cần phải ước lượng, đồng bù kênh phù hợp để thu tín hiệu đảm bảo yêu cầu chất lượng Thêm vào ta nghiên cứu để lựa chọn thông số kỹ thuật để vừa đáp ứng tiêu chất lượng tín hiệu hiệu sử dụng phổ 98 DANH MỤC BẢNG Kỹ thuật ghép kênh đa sóng mang trực giao (OFDM) dạng đặc biệt kỹ thuật truyền đa sóng mang ,tại dịng liệu đơn phát với tốc độ thấp nhờ sóng mang phụ Đây lí sử dụng OFDM có khả chống nhiễu fading lựa chọn tần số nhiễu băng hẹp Trong hệ thống đơn sóng mang ,việc suy giảm hay nhiễu gây nên hỏng hồn tồn liệu hệ thống đa sóng mang ,chỉ lượng nhỏ sóng mang phụ bị ảnh hưởng Sau việc sử dụng mã sửa sai khắc phụ điều 1.1 Lịch sử phát triển .10 1.2 Cơ sở nguyên lý OFDM .12 1.3 Mơ tả tốn học OFDM 17 1.4 Mô hình hệ thống OFDM băng tần sở 20 1.5 Ưu điểm hệ thống OFDM 33 1.6 Các hạn chế sử dụng hệ thống OFDM 34 CHƯƠNG 36 TỔNG QUAN VỀ KÊNH VÔ TUYẾN VÀ ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN 36 2.1 Tổng quan kênh vô tuyến di động (mobile radio channel) 36 3.1 Các thông số đặc trưng dung lượng hệ thống truyền dẫn OFDM .60 3.2 Phổ cách nâng cao hiệu sử dụng phổ tín hiệu OFDM 63 3.4 Giảm tỉ số công suất đỉnh cực đại PAR (Peak to Average Ratio) 76 4.4 Số lượng , vị trí , nhiệm vụ sóng mang 89 Kỹ thuật ghép kênh đa sóng mang trực giao OFDM công nghệ tiên tiến, lựa chọn cho nhiều hệ thống tương lai.Với khả chống nhiễu tốt đặc biệt kết hợp mã sửa lỗi FEC, tốc độ truyền cao với hệ thống đơn giản, kỹ thuật OFDM đặc biệt phù hợp với môi trường truyền mặt đất Bên cạnh ưu điểm thì kỹ thuật có nhược điểm nhạy cảm với độ dịch tần số nguyên nhân gây tượng nhiễu liên sóng mang ICI.Vì hệ thống cần phải ước lượng, đồng bù kênh phù hợp để thu tín hiệu đảm bảo yêu cầu chất lượng Thêm vào ta nghiên cứu để lựa chọn thông số kỹ thuật để vừa đáp ứng tiêu chất lượng tín hiệu hiệu sử dụng phổ 98 BẢNG GIẢI NGHĨA CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Mạng số truy cập internet băng rộng AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu tạp âm trắng BER Bit - Error -Rate Tỷ lệ lỗi bit BPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế pha nhị phân CIR Channel Impulse Response Đáp ứng xung kênh truyền COFDM Coded Orthogonal Frequency Ghép kênh phân chia theo Division Multiplexing tần số trực giao có mã sửa sai CP Cyclic Prefix Tiền tố lặp DAB Digital Audio Broadcasting Hệ thống phát số truyền số liệu tốc độ cao DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Furie rời rạc DVB-T Digital Video Broadcasting Hệ thống truyền hình số mặt forTerrestrial Transmission Mode đất Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo FDM tần số FEC Forward Error Corection Mã sửa sai hướng tới trước FFT Fast Furie Transform Biến đổi Furie nhanh HyperLan/2 High Performance Local Area Mạng cục máy tính khơng Network type dây ICI Intercarrier Interference Nhiễu liên kênh IDFT Inverse Discrete Fourier Transform Biến đổi Furie rời rạc ngược IEEE Institute of Electrical and Tổ chức kỹ nghệ điện Electronics Engineers điện tử Inverse Fast Furie Transform Biến đổi nhanh –ngược IFFT Furie ISI Intersymbol Interference Nhiễu xuyên ký tự LS Least Square Kỹ thuật bình phương nhỏ MIMO Multiple Input Multiple Output Hệ thống đa anten phát thu MMSE Minimum Mean Square Error Kỹ thuật cực tiểu trung bình bình phương lỗi OFDM Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo Multiplexing tần số trực giao PAR Peak to Average Ratio Tỉ số công suất đỉnh cực đại PN Pseudorandom Noise Mã giả ngẫu nhiên PSAM Pilot Symbol Assisted Modulation Điều chế Pilot chèn thêm QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ vng góc QPSK Quadrature Phase Shift Keying Điều chế pha vng góc RC Raised Cosin Guard Period Phương pháp sử dụng khoảng bảo vệ cosin tăng RF Radio Frequency Sóng radio R-S Reed – Solomon Mã Reed – Solomon SER Symbol Error Rate Tỷ lệ lỗi mẫu tín hiệu phát SFN Single Frequency Network Mạng đơn tần SNR Signal Noise Ratio Tỷ lệ tín hiệu tạp âm TPS Transmission Parameter Signalling Sóng mang tín hiệu điều khiển CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ KĨ THUẬT OFDM Đặt vấn đề : Trong năm gần đây, ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM ( Orthogonal Frequency Division Multiplexing ) đề xuất chuẩn hố cho truyền thơng tốc độ cao Ở Việt Nam nay, có nhiều kỹ thuật ứng dụng điều chế OFDM mạng internet băng rộng ADSL hay truyền hình kỹ thuật số DVB-T Trong chương này,để vào tiếp cận kỹ thuật điều chế OFDM , xem xét vấn đề ban đầu lịch sử phát triển , ưu nhược điểm , ứng dụng kỹ thuật Từ đó, ta có nhìn tổng quan OFDM hướng phát triển kỹ thuật sau 1.1 Lịch sử phát triển OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), kỹ thuật phân chia kênh theo tần số trực giao phương pháp truyền phức tạp kênh vật lý, nguyên lý pháp sử dụng kỹ thuật đa sóng mang để truyền lượng lớn ký tự thời điểm Sử dụng kỹ thuật OFDM có nhiều ưu điểm, 10 fc tần số sóng mang k’ số sóng mang thứ k’ với k ' = k − ( K max − K ) / Cm,l,k ký tự liệu l khung thứ m sóng mang thứ k Xét công thức (4.1) khoảng thời gian t = đến t = TS , tức ta xét khoảng thờigian ký tự: s ( t ) = exp ( j 2π f ct ) K max ∑ k =K C0,0, k exp ( j 2π k ' ( t − ∆) / T ) (4.3) Phép biến đổi FFT: xk = N N −1 ∑X n =0 n kn exp j 2π N (4.4) So sánh hai biểu thức trên, ta thấy sử dụng thuật tốn FFT để tạo N mẫu ký tự xk tương ứng với khoảng thời gian hữu ích T cho ký tự Khoảng bảo vệ (CP) ký tự thêm vào cách chép N∆ / T mẫu cuối ký tự chèn chúng vào phần đầu ký tự 4.3.6 Chèn khoảng bảo vệ Trong thực tế khoảng tổ hợp thu trải dài theo ký tự khơng có nhiễu ký tự (ISI) mà nhiễu tương hỗ sóng mang (ICI) Để tránh nhiễu người ta chèn thêm khoảng bảo vệ (Guard Interval duration) ∆ trước ký tự để đảm bảo thông tin đến từ ký tự xuất cố định Hình 4.6: Phân bố sóng mang chèn thêm khoảng bảo vệ Mỗi khoảng symbol kéo dài thêm vượt q khoảng tổ hợp máy thu T Như đoạn thêm vào phần đầu ký tự để tạo nên khoảng bảo vệ giống với đoạn có độ dài cuối ký tự Miễn trễ không vượt 87 đoạn bảo vệ, tất thành phần tín hiệu khoảng tổ hợp đến từ ký tự tiểu chuẩn trực giao thoả mãn ICI ISI xảy trễ vượt khoảng bảo vệ Độ dài khoảng bảo vệ lựa chọn cho phù hợp với mức độ thu đa đường máy thu Việc chèn khoảng thời gian bảo vệ thực phía phát Khoảng thời gian bảo vệ ∆ có giá trị khác theo quy định DVB: 1/4T, 1/8T, 1/16T 1/32T Hình 4.7: Mơ tả khả chống nhiễu nhờ dùng khoảng bảo vệ Khi chênh lệch thời gian tia sóng đến đầu thu không vượt qua khoảng thời gian bảo vệ ∆ , máy thu hồn tồn khắc phục tốt tượng phản xạ Thực chất, khoảng thời gian bảo vệ ∆ khoảng thời gian trống không mang thông tin hữu ích Vì vậy, chế độ phát, ∆ lớn, thơng tin hữu ích ít, số lượng chương trình giảm Nhưng ∆ lớn khả khắc phục tia sóng phản xạ từ xa đến hiệu Với kỹ thuật ghép kênh đa tần trực giao với thông số khoảng thời gian bảo vệ tạo điều kiện cho việc thiết lập mạng đơn tần DVB-T Các máy phát thuộc mạng đơn tần phát kênh sóng, thuận lợi cho quy hoạch tiết kiệm tài nguyên tần số 88 Bảng 4.1: Khoảng bảo vệ ứng với chế độ 2K 8K 4.4 Số lượng , vị trí , nhiệm vụ sóng mang 4.4.1 Chế độ truyền 2K 8K Có hai kiểu truyền DVB-T kiểu 2K 8K.hai kiể truyền có số thơng số khác mô tả bảng : Bảng 4.2: Các thông số chế độ 2K 8K DVB-T Thơng số Số sóng mang thực tế Chu kỳ ký tự T Khoảng bảo vệ ∆ Khoảng cách sóng mang (1/T) Khoảng cách sóng mang ngồi Phương thức điều chế Kiểu 8K 6817 896 µs T/4, T/8 1116 MHz 7,61 MHz QPSK,16- Kiểu 2K 1705 224 µs T/4, T/8, T/12 4464 MHz 7,62 MHz QPSK,16- 64QAM 64QAM 4.4.1.1 Mode 2K 89 Để giảm nhỏ ảnh hưởng không phẳng kênh dùng nhiều sóng mang tốt Tuy nhiên số sóng mang nhiều ,mạch phức tạp.Trong giai đoạn đầu cơng nghệ chế tạo chip chưa hồn thiện chip giải điều chế đắt ,người ta thường dùng mode 2K(số sóng mang ít) • Ưu điểm mode 2K : Công nghệ chế tạo IC đơn giản rẻ Mode 2K cho phép đạt tốc độ cao thụ động khoảng cách sóng mang xa hơn, tần số Doppler chịu cao Độ dịch Doppler phải nằm dung sai tần số (f) cho phép máy thu Với mode 2K, khoảng cách sóng mang lớn (4464Hz) nên dung sai tần số cho phép lớn so với mode 8K (có khoảng cách sóng mang 1116Hz) • Nhược điểm : Khơng khắc phục tốt nhược điểm kênh, độ dài khoảng bảo vệ ngắn nên không triệt phản xạ khoảng cách xa Mode 2K thích hợp cho hoạt động máy phát đơn mạng SFN nhỏ so với khoảng cách máy khác hạn chế 4.4.1.2 Mode 8K Chế độ truyền 8K có số ưu nhược điểm sau : • Ưu điểm : Do số lượng sóng mang nhiều nên đáp ứng kênh truyền tương đối phẳng Có khoảng thời gian bảo vệ lớn nên chống nhiễu ISI tốt mode 2K • Nhược điểm : Do khoảng cách hai sóng mang gần so với mode 2K , nên công suất phát mode 8K dễ bị ảnh hưởng nhiễu ICI Các vấn đề đồng khung,đồng thời gian, đồng tần số phức tạp địi hỏi xác Mode 8K thích hợp cho hoạt động máy phát đơn cho mạng SFN nhỏ 4.4.2 Vị trí , nhiệm vụ sóng mang Tín hiệu truyền tổ chức thành khung (Frame) Cứ khung liên tiếp tạo thành siêu khung Mỗi khung chứa 68 ký tự OFDM miền thời 90 gian (được đánh số đến 67) Mỗi symbol chứa hàng ngàn sóng mang (6817 sóng mang cho chế độ 8k, 1705 sóng mang với chế độ 2k) nằm dày đặc dải thông MHz (Việt Nam chọn dải thơng MHz) Hình 4.8 biểu diễn phân bố sóng mang DVB-T theo thời gian tần số Như ký tự OFDM chứa: • Các sóng mang liệu (video,audio,…) điều chế M-QAM Số lượng sóng mang liệu 6048 với 8K, 1512 với 2K • Các pilot : Các pilot liên tục: bao gồm 177 pilot với 8K, 45 pilot với 2K Các pilot có vị trí cố định dải tần 8MHz cố định biểu đồ chòm để đầu thu sửa lỗi tần số, tự động điều chỉnh tần số (AFC) sửa lỗi pha Các pilot rời rạc ( phân tán ): bao gồm 524 pilot với 8K, 131 pilot với 2K có vị trí cố định biểu đồ chịm Chúng khơng có vị trí cố định miền tần số, trải dải thơng 8MHz Khác với sóng mang chương trình, pilot khơng điều chế QAM, mà điều chế BPSK với mức công suất lớn 2,5 dB so với sóng mang khác Hình 4.2 biểu diễn phân bố sóng mang pilot rời rạc liên tục với mức cơng suất lớn sóng mang liệu 2,5 dB Hình 4.8: Phân bố pilot DVB-T • Các tín hiệu điều khiển TPS (Transmission parameter signalling) TPS là thông tin điều khiển ,có bit TPS symbol OFDM TPS chứa nhóm thơng số phát điều chế BPSK biểu đồ 91 chòm sao, chúng nằm trục thực Sóng mang TPS bao gồm 68 sóng mang chế độ 8K 17 sóng mang chế độ 2K Các sóng mang TPS khơng có vị trí cố định biểu đồ chịm sao, mà cịn hồn tồn cố định vị trí xác định dải tần 8MHz Trong chế độ 8K , khối TPS ( tương ứng Frame OFDM gồm 68 symbol OFDM ) chứa 68 bit xác định sau : bit khở đầu 16 bit đồng 37 bit thông tin 14 bit dư cho bảo hiểm lỗi Trong số 37 bit thơng tin , 23 bit sử dụng cịn 14 bit dùng cho tương lai (phải đặt không) • TPS mang thông tin : Điều chế ,gồm giá trị giản đồ chòm QAM Thơng tin mã hóa theo lớp Khoảng bảo vệ (hỗ trợ ban đầu cho máy thu) Tỉ lệ mã Mode truyền (2K 8K,hỗ trợ ban đầu cho máy thu) Số frame super-frame truyền mạng (SFN) Hình 4.9: Vị trí pilot TPS điều chế BPSK giản đồ chòm 4.4.3 Tổng vận tốc dòng liệu máy phát số DVB-T Thông thường, thông tin kênh cao tần 8MHz máy phát DVB-T phụ thuộc vào tổng vận tốc dòng liệu mà có khả truyền tải thấy tham số phát kiểu điều chế, tỷ lệ mã khoảng thời gian bảo vệ định khả Bảng 4.3 thống kê tổng vận tốc dịng liệu máy phát 92 DVB-T tải từ 4,98 Mbit/s đến 31,67 Mbit/s kênh cao tần 8MHz với nhóm thơng số khác Bảng 4.3: Tổng vận tốc dòng liệu Kiểu điều Tốc độ Khoảng bảo vệ chế QPSK 16-QAM 64-QAM mã ½ 2/3 ắ 5/6 7/8 ẵ 2/3 ắ 5/6 7/8 ẵ 2/3 ắ 5/6 7/8 ẳ 4.98 6.64 7.46 8.29 8.71 9.95 13.27 14.93 16.59 17.42 14.93 19.91 22.39 24.88 26.13 1/8 5.53 7.37 8.29 9.22 9.68 11.06 14.75 16.59 18.43 19.35 16.59 22.12 24.88 27.65 29.03 1/16 5.58 7.81 8.78 9.76 10.25 11.71 15.61 17.56 19.52 20.49 17.56 23.42 26.35 29.27 30.74 1/32 6.03 8.04 9.05 10.05 10.56 12.06 16.09 18.10 20.11 21.11 18.10 24.13 27.14 30.16 31.67 Chế độ phát 2K sử dụng 1705 sóng pilot Trong chế độ 8K số sóng mang liệu gấp lần chế độ 2K thời gian để truyền hết số lượng sóng mang gấp lần nên tổng vận tốc dịng liệu kiểu 2K.mang, có 1512 sóng mang liệu 193 sóng mang tham số phát pilots Chế độ phát 8K sử dụng 6817 sóng mang, có 6048 sóng mang liệu 769 sóng mang tham số phát 4.5 Ứng dụng truyền hình số mặt đất tại Việt Nam Mơi trường phát sóng truyền hình số mặt đất phức tạp so với truyền hình cáp truyền hình vệ tinh Tất loại nhiễu có mặt đất Đặc biệt tượng phản xạ đa hướng, loại pha đinh hiệu ứng Doppler Tuy nhiên qua nghiên cứu cho thấy cơng nghệ truyền hình số mặt đất chuẩn Châu âu DVB-T có nhiều ưu điểm phù hợp với điều kiện Việt Nam là: Hiệu suất sử dụng phổ tần cao truyền hình tương tự Có khả tái sử dụng phổ 93 Có khả phát sóng kênh (mạng đơn tần) sử dụng kênh lân cận Hiệu suất máy phát số cao nhiều so với truyền hình tương tự Có khả mở rộng vùng phủ sóng nhờ sử dụng điều chế phân cấp Có khả truyền 4-5 chương trình 1kênh RF Có khả truyền nhiều kênh âm với chương trình truyền hình truyền thêm kênh dịch vụ khác kênh truyền hình Có khả phát lỗi sửa sai Có khả chống phản xạ nhiều đường nhờ sử dụng khoảng bảo vệ Có khả chống pha đinh lựa chọn tần số nhờ kỹ thuật xáo trộn Symbol Có khả thu di động tốt xử lý tốt hiệu ứng Doppler Chuẩn DVB-T phù hợp với điều kiện nước ta sử dụng kỹ thuật OFDM điều chế đa sóng mang ghép kênh theo tần số trực giao.Trong điều chế đa sóng mang, sóng mang tải bit với 4-QAM (QPSK), bit với 16-QAM bit với 64QAM Như vậy, tốc độ truyền symbol giảm, dải tần để truyền số liệu giảm, tạo điều kiện chèn thêm khoảng bảo vệ để chống xuyên nhiễu symbol Điều ATSC không thực Kỹ thuật điều chế 8-VSB hệ ATSC kỹ thuật truyền thống, xử lý tín hiệu miền thời gian Cịn kỹ thuật điều chế COFDM xử lý tín hiệu miền tần số phức rời rạc Do can nhiễu miền thời gian ảnh hưởng tới chất lượng tín hiệu Trong kỹ thuật điều chế OFDM tiêu chuẩn DVB-T sử dụng kiểu điều chế M-QAM điều chế khơng có dao động nội, khơng có điều chế cầu phương truyền thống Từ năm 1997 đến năm 2000 : Đài truyền hình Việt Nam nghiên cứu tiêu chuẩn DVB-T Vào năm 2000 sau phát thử nghiệm truyền hình kỹ thuật số dải hẹp Hà Nội , Bình Dương thành phố Hồ Chí Minh đến ngày 26/3/2001 ,tổng giám đốc đài THVN định lựa chọn tiêu chuẩn DVB-T cho Việt Nam Đó cột mốc quan trọng phát triển đài THVN.Từ DVBT khơng ngừng phát triển ,xây dựng sở hạ tầng , hoàn chỉnh tiêu chuẩn kỹ thuật ,xây dựng mạng qui hoạch tần số thử nghiệm chương trình internet 94 (năm 2005).Sau năm triển khai thực tế , truyền hình kỹ thuật số tỏ ưu điểm vượt trội phát chương trình kênh sóng với chất lượng hình ảnh âm tốt Theo kế hoạch nhà nước đài THVN đến năm 2020 , truyền hình số thay hồn tồn cho truyền hình tương tự Đặc biệt với cơng nghệ DVB-T ,Việt Nam phát triển kỹ thuật truyền hình số thiết bị di động điện thoại hay phương tiện giao thông công cộng xe bus,taxi, tàu hỏa…mở hướng phát triển tiềm cho truyền hình kỹ thuật số Cụ thể VTC có sản phẩm sử dụng công nghệ DVB-T sau: *Đầu thu kĩ thuật số DVB-T VTC F901: - Tương thích hồn tồn với chuẩn DVB-T MPEG-2 - Thu giải mã ứng dụng truyền thơng đa phương tiện: Truyền hình số DTV, Radio, liệu (hình ảnh, văn bản, EPG, liệu cá nhân ) - Chức truyền thông đa phương tiện tiên tiến - Có khả truyền liệu - Tự động lựa chọn ngôn ngữ âm cho chương trình - Có khả hiển thị lịch chương trình ngày (EPG) - Hỗ trợ thị ảnh đồ hoạ PIG - Hỗ trợ phụ đề DVB EN300743 EBU - Hỗ trợ Tele-text DVB ETS300472 với VBI OSD - Menu hiển thị 256 màu - Dò kênh tự động, tay theo mạng - Có khả xem tới 2000 chương trình - Ngôn ngữ hiển thị: Tiếng Việt Tiếng Anh - Chức quản lý chương trình: ưa thích, di chuyển, ,đổi kiểu, xếp - Chức khoá chương trình - Đặt lịch chương trình - Hỗ trợ tới nhóm kênh ưu thích - Hỗ trợ hệ thống khoá mã Irdeto CA - Tự động hẹn bật/tắt 95 - Có khả nâng cấp phần mềm qua song qua cổng RS-232 *Đầu thu kĩ thuật số DVB-T VTC-E901 Đầu thu số mặt đất VTC-E901 sản phẩm Tổng công ty truyền thông đa phương tiện - VTC Được tích hợp module khố mã quản lý chương trình hệ Irdeto, Với sản phẩm đầu thu Quý khách xem tồn 26 chương trình truyền hình số VTC Với kích thước nhỏ gọn thiết kế thời trang, E901 tích hợp đầu Svideo cổng kết nối tín hiệu quang số SPDIF, mang lại chất lượng hình ảnh âm tuyệt vời thưởng thức chương trình truyền hình số mặt đất VTC Các đặc điểm - Tương thích hồn tồn với chuẩn DVB-T MPEG-2 - Thu giải mã ứng dụng truyền thơng đa phương tiện: Truyền hình số DTV, Radio, liệu (hình ảnh, văn bản, EPG, liệu cá nhân ) - Tự động lựa chọn ngôn ngữ âm cho chương trình - Có khả hiển thị lịch chương trình ngày - Hỗ trợ thị ảnh đồ hoạ PIG - Hỗ trợ phụ đề DVB EN300743 EBU - Hỗ trợ Tele-text DVB ETS300472 với VBI OSD - Menu hiển thị 256 màu - Dò kênh tự động, tay theo mạng - Có khả xem tới 1000 chương trình - Ngơn ngữ hiển thị: Tiếng Việt Tiếng Anh - Chức quản lý chương trình: ưa thích, di chuyển, ,đổi kiểu, xếp - Chức khố chương triình - Đặt lịch chương trình - Hỗ trợ tới nhóm kênh ưu thích - Hỗ trợ hệ thống khoá mã Irdeto CA - Tự động hẹn bật/tắt - Có khả nâng cấp phần mềm qua song qua cổng RS-232 4.6 Các hướng phát triển tương lai 96 Kỹ thuật OFDM đề cử làm phương pháp điều chế sử dụng mạng thông tin thành thị băng rộng Wimax theo tiêu chuẩn IEEE 802.16a hệ thống thông tin di động hệ thứ tư Trong hệ thống thông tin di động hệ thứ tư, kỹ thuật OFDM cịn kết hợp với kỹ thuật khác kỹ thuật đa anten phát thu (MIMO technique) nhằm nâng cao dung lượng kênh vô tuyến kết hợp với công nghệ CDMA nhằm phục vụ dịch vụ đa truy cập mạng Một vài hướng nghiên cứu với mục đích thay đổi phép biến đổi FFT điều chế OFDM phép biến đổi Wavelet nhằm cải thiện nhạy cảm hệ thống hiệu ứng dịch tần đồng gây giảm độ dài tối thiểu chuỗi bảo vệ hệ thống OFDM Tuy nhiên khả ứng dụng công nghệ cần phải kiểm chứng cụ thể tương lai Kết luận chương : Trong môi trường truyền mặt đất, tín hiệu sóng phát bị ảnh hưởng nặng nề nhiễu hiệu ứng đa đường với độ trải trễ lớn Với kỹ thuật điều chế OFDM nhiễu hạn chế bởi kỹ thuật truyền đa sóng mang , tín hiệu OFDM chèn khoảng bảo vệ có khả chống nhiễu tốt Hơn kỹ thuật OFDM kết hợp thêm mã sửa sai FEC biết trước ở bên thu giúp cho khả chống nhiễu tối đa Chính kỹ thuật COFDM thích hợp sử dụng cho hệ thống phát thanh, quảng bá mặt đất với tốc độ cao cho phép xây dựng mạng đơn tần (SFN) , nhiều máy phát phát tín hiệu tần số Việc lựa chon COFDM truyền hình số mặt đất DVB-T cách lựa chọn tối ưu ,tận dụng ưu điểm vượt trội kỹ thuật 97 KẾT LUẬN Kỹ thuật ghép kênh đa sóng mang trực giao OFDM công nghệ tiên tiến, lựa chọn cho nhiều hệ thống tương lai.Với khả chống nhiễu tốt đặc biệt kết hợp mã sửa lỗi FEC, tốc độ truyền cao với hệ thống đơn giản, kỹ thuật OFDM đặc biệt phù hợp với môi trường truyền mặt đất Bên cạnh ưu điểm kỹ thuật có nhược điểm nhạy cảm với độ dịch tần số nguyên nhân gây tượng nhiễu liên sóng mang ICI.Vì hệ thống cần phải ước lượng, đồng bù kênh phù hợp để thu tín hiệu đảm bảo yêu cầu chất lượng Thêm vào ta nghiên cứu để lựa chọn thông số kỹ thuật để vừa đáp ứng tiêu chất lượng tín hiệu hiệu sử dụng phổ Tại Việt Nam , Kỹ thuật ghép kênh đa sóng mang trực giao áp dụng nhiều hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T hay mang internet băng thông rộng ADSL Và khả ứng dụng kỹ thuật OFDM lớn tương lai chắn áp dụng nhiều hệ thồng khác hệ phát , truyền hình số DRM DAB.Với tầm quan trọng khả phát triển 98 kỹ thuật việc nghiên cứu tìm hiểu OFDM nhiệm vụ kiến thức thiếu sinh viên khoa điện tử viễn thơng Trong q trình nghiên cứu làm đồ án, thời gian vốn kiến thức hạn chế nên đồ án em cịn nhiều thiếu sót chưa tìm hiểu sâu vấn đề đồng ước lượng kênh truyền Em kính mong thày,cô hội đồng bảo vệ bảo , góp ý để đồ án em hồn thiện TÀI LIỆU THAM KHẢO Ahmad R S Bahai, Burton R Saltzberg Multi-Carrier Digital Communications Theory and Applications of OFDM Kluwer Academic Publishers, New York, Boston, Dordrecht, London, Moscow Nguyễn Văn Đức (2006) Bộ sách kỹ thuật thông tin số (Tập 2), Lý thuyết ứng dụng kỹ thuật OFDM Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật Nguyễn Quốc Trung (2001) Bộ sách xử lý tín hiệu lọc số (Tập 1, 2) Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật H Ni Henrik Schulze and Christian Lăuders.(2005) Theory and Applications of OFDM and CDMA Fachhochschule Săudwestfalen Meschede, Germany Ramjee Prasad (2004) OFDM for Wireless Communications Systems Universal personal communications, Artech House, Boston, London 6.Phạm Đắc Bi, Lê Trọng Bằng, Đỗ Anh Tú Các đặc điểm máy phát số DVB-T http://www.tapchibcvt.gov.vn/Uploaded/admin/Cac%20dac%20diem %20DVB-T.pdf Ye (Geofrey) Li Gordon Stuer (2006).Orthogonal Frequency Division Multiplexing For Wireless Georgia Institute of Technology 99 Phạm Đào Lâm Truyền dẫn truyền hình số.VTV Phạm Quốc Hùng (2003) Cơng nghệ OFDM ứng dụng truyền hình số mặt đất DVB-T.Luận văn tốt nghiệp Khoa Điện –Điện tử.Trường Khoa học kỹ thuật công nghệ thành phố Hồ CHí Minh 100 ... Việt Nam nay, có nhiều kỹ thuật ứng dụng điều chế OFDM mạng internet băng rộng ADSL hay truyền hình kỹ thuật số DVB-T Trong chương này,để vào tiếp cận kỹ thuật điều chế OFDM , xem xét vấn đề ban... phương pháp điều chế số hiệu lĩnh vực phát truyền hình số, OFDM (Orthogonal Frequency Divionsion Multiplex) Phát minh với phát triển kỹ thuật số làm cho kỹ thuật điều chế OFDM sử dụng ngày trở nên... thống OFDM khơi phục lại symbol bị tượng lựa chọn tần số kênh • Kỹ thuật cân kênh trở nên đơn giản kỹ thuật cân kênh thích ứng sử dụng hệ thống đơn sóng mang • Sử dụng kỹ thuật DFT để bổ sung vào