Đang tải... (xem toàn văn)
Hệ thống truyền hình số vệ tinh ...........................................................................................................................................................................................................
MỤC LỤC 1.Tổng quan truyền hình số qua vệ tinh 1.1.Khái quát hệ thống truyền hình số vệ tinh 1.2.Ưu nhược điểm truyền hình vệ tinh 1.3.Một số ứng dụng truyền hình số vệ tinh .6 2.Tiêu chuẩn DVB-S 2.1.Tiêu chuẩn DVB-S 2.1.1.Thích nghi đầu vào phân tán lượng 2.1.2.Mã hóa 10 2.1.3.Khối xáo trộn bit 11 2.1.4.Mã hóa – mã chập .11 2.1.5.Lọc băng gốc điều chế tín hiệu 12 2.2.Các thông số hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB-S 12 3.Tiêu chuẩn DVB-S2 14 3.1.Tiêu chuẩn DVB-S2 14 3.1.1.Khối thích nghi kiểu truyền dẫn 15 3.1.1.1.Khối giao diện đầu vào 16 3.1.1.2.Bộ mã hóa CRC-8 .16 3.1.1.3.Khối Merger/Slicer 17 3.1.1.4.Chèn BBHEADER 19 3.1.2.Khối thích nghi dòng truyền tải 21 3.1.2.1.Bộ đệm 21 3.1.2.2.Ngẫu nhiên hóa khung BBFRAME 21 3.1.3.Khối mã hóa sửa lỗi trước FEC 22 3.1.3.1.Mã hóa – mã BCH 24 3.1.3.2.Mã hóa LDCP 25 3.1.3.3.Xáo trộn bit 25 3.1.4.Khối ánh xạ bit lên chòm điều chế 26 3.1.5.Tạo khung lớp vật lý .28 3.1.5.1.Cấu trúc khung truyền tải DVB-S2 28 3.1.5.2.Quá trình tạo khung lớp vật lý 30 3.1.6.Lọc băng thông gốc điều chế cầu phương .32 3.2.Đặc điểm tiêu chuẩn DVB-S2 33 3.3.Một số điểm đáng ý thông số kỹ thuật tiêu chuẩn DVB-S2 35 3.4.So sánh số thông số kỹ thuật với DVB-S 40 Tổng kết 43 Tổng quan truyền hình số qua vệ tinh Truyền hình qua vệ tinh phương pháp phủ sóng có hiệu so với phương pháp khác Trong hệ thống truyền hình mặt đất, để phủ sóng toàn lãnh thổ cần đến nhiều trạm phát truyền hình mặt đất với chất lượng tín hiệu không đồng đều, với địa hình nhiều đồi núi nước ta Truyền hình qua vệ tinh có ưu điểm mà hệ thống phát sóng truyền hình khác truyền hình cáp hay truyền hình mặt đất có 1.1 Khái quát hệ thống truyền hình số vệ tinh Khác với phương pháp truyền dẫn khác truyền hình mặt đất hay truyền hình cáp, phương pháp truyền dẫn tín hiệu qua vệ tinh có đặc điểm riêng phụ thuộc vào mục đích truyền dẫn tín hiệu qua vệ tinh Do đặc điểm truyền dẫn tín hiệu qua vệ tinh có đặc điểm truyền dẫn tầm nhìn thẳng, hệ số định hướng anten lớn, tín hiệu bị ảnh hưởng phản xạ nhiễu đường Tuy nhiên công suất vệ tinh hữu hạn, đồng thời cự ly thông tin lớn, suy giảm đường truyền lớn, dễ bị ảnh hưởng mưa băng tần Ku tỷ số C/N đường truyền không cao so với phương pháp truyền dẫn khác, ví dụ truyền hình cáp hay truyền hình số mặt đất Chính lý mà hiệu suất sử dụng băng thông không cao so với phương pháp truyền dẫn khác Các trạm phát sóng truyền hình DBS (Direct Broadcast Satellte) làm nhiệm vụ nhận tín hiệu Audio/Video từ nguồn chương trình khác như: Studio, internet, cáp quang… tín hiệu sau số hóa, mã hóa, nén, ghép kênh, điều chế, qua hệ thống mã khóa quản lý khách hàng phát lên vệ tinh với tần số đường lên Vệ tinh nhận tín hiệu từ trạm phát, khuếch đại chuyển đến cho thuê bao với tần số đường xuống Hình 1.1: Sơ đồ khối truyền hình số qua vệ tinh Khối mã hóa tín hiệu ghép kênh: Có nhiệm vụ tạo dòng truyền tải TS Tín hiệu truyền hình tương tự biến đổi sang tín hiệu số, sau nén theo tiêu chuẩn MPEG–2 Dòng bit thu dòng sở ES phân vào gói dòng truyền tải TS Tùy thuộc vào hệ thống mà dòng truyền tải đơn chương trình hay đa chương trình Các biện pháp khóa mã áp dụng để tăng tính bảo mật cho hệ thống Khối điều chế: Sau tạo thành dòng truyền tải MPEG–2, tín hiệu đưa đến khối điều chế tín hiệu số Khối điều chế có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu truyền hình số MPEG–2 thành tín hiệu trung tần IF Tùy thuộc vào tiêu chuẩn khác mà kiểu điều chế sử dụng khác Các kiểu điều chế áp dụng tiêu chuẩn DVB–S QPSK, BPSK, 8PSK hay 16PSK; DVB–S2 QPSK, 8PSK, 16APSK, 32APSK Phần RF: Sau điều chế dòng truyền tải thành tín hiệu trung tần IF, tín hiệu trung tần IF đưa tới khối đổi tần lên (Upconverter) để biến đổi tín hiệu trung tần từ 70 MHz lên thành tín hiệu RF Tùy thuộc vào băng tần hoạt động hệ thống mà tần số RF thay đổi từ 5,9 GHz đến 6,7 GHz băng tần C hay từ 13,75 GHz đến 14,5 GHz băng tần Ku Sau qua khối đổi tần tín hiệu RF đưa vào khối khuếch đại công suất (HPA – High Power Amplifier) để đạt công suất cần thiết phát lên vệ tinh Khối đổi tần khối khuếch đại công suất tương tự khối khuếch đại công suất hay đổi tần trạm phát truyền hình tương tự qua vệ tinh 1.2 Ưu nhược điểm truyền hình vệ tinh Ưu điểm: − Tính quảng bá cho địa hình, vùng phủ sóng rộng − Có dải thông rộng, khả đa truy nhập, dung lượng thông tin lớn − Chất lượng độ tin cậy cao − Tính linh hoạt cao, hiệu kinh tế lớn − Đa dạng loại hình phục vụ − Thích hợp cho dịch vụ quảng bá đại Nhược điểm: − Trễ đường truyền lớn − Ảnh hương tạp âm suy hao − Giá thành lắp đạt hệ thống cao, chi phí để phóng vệ tính tốn − Tồn xác suất rủi ro − Khó bảo dưỡng, sửa chữa nâng cấp − Vệ tinh có tuổi thọ giới hạn, khoảng 20 năm Mỗi lần thay đòi hỏi giá thành cao − Không gian để phát triển hạn chế − Phụ thuộc nhiều vào thời tiết, xạ mặt trời 1.3 Một số ứng dụng truyền hình số vệ tinh Truyền hình trực tiếp từ vệ tinh tới hộ gia đình (DTH): Cung cấp kênh truyền hình mà người xem thu trực tiếp chương trình truyền hình từ vệ tinh anten thu có đường kính từ 60cm đến 90cm Hình 1.2: Một số ứng dụng truyền hình số qua vệ tinh Truyền dẫn tín hiệu đến trạm phát lại mặt đất: Phương thức áp dụng hiệu Đài THVN để đưa tín hiệu chương trình VTV1, VTV2, VTV3, VTV5 đến khoảng 100 trạm phát lại mặt đất THVN tỉnh thành phố hàng ngàn máy phát lại công suất nhỏ khác huyện, xã nước Truyền hình độ phân giải cao (HDTV): Cung cấp kênh truyền hình có độ phân giải cao HDTV độ rộng băng tần phát đáp mà hệ thống tương tự thực Truyền dẫn tín hiệu truyền hình lưu động (SNG): Truyền tin nhanh từ trường studio, truyền hình trực tiếp chương trình ca nhạc, thể thao, kiện trị, văn hóa SMATV: Cung cấp dịch vụ truyền hình đến tòa nhà lớn, khu chung cư Đầu cuối CATV: Cung cấp tín hiệu truyền hình đến đầu cuối dịch vụ truyền hình cáp để đưa đến thuê bao truyền hình cáp Tiêu chuẩn DVB-S 2.1 Tiêu chuẩn DVB-S Tiêu chuẩn DVB-S đời vào năm 1994, sử dụng phổ biến để truyền tín hiệu truyền hình quảng bá vệ tinh Đường truyền vệ tinh ưu điểm tồn nhược điểm lớn cự ly thông tin lớn, chịu ảnh hưởng mạnh nhiễu tạp âm Bản thân dòng truyền tải MPEG-2 chức sửa lỗi, chống nhiễu đường truyền truyền trực tiếp dòng truyền tải Tiêu chuẩn thiết kế sở gia tăng khả chống nhiễu cho dòng tải MPEG-2 Theo DVB-S, trình xử lý tín hiệu truyền hình tinh gồm bước sau: − − − − − Thích nghi đầu vào phân tán lượng Mã hóa sử dụng mã Reed-Solomon RS (204,188) Xáo trộn bit nhằm tăng khả chống lỗi cụm Mã hóa sử dụng mã xoắn với tỷ lệ mã khác Lọc băng gốc điều chế QBSK Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống truyền hình vệ tinh DVB-S 2.1.1 Thích nghi đầu vào phân tán lượng a) Sự cần thiết phải phân tán lượng Dòng bit đầu vào phải tiến hành phân tán lượng, mục đích trình nhằm xáo trộn bit nhằm tránh tượng bit giống tập trung với số lượng lớn Khi xảy tượng tập trung lượng phổ, biết đến phổ vạch Cần tránh xuất phổ vạch do: − Sự tập trung lượng cao tần tăng khả tạo giao thoa kênh có tần số cạnh − Các vạch phổ cố định tạo vấn đề nghiêm trọng thu Bởi dao động nội điều chỉnh đến vạch phổ thay cho sóng mang tới, gây tổn hao thông tin − Các vạch phổ, thực chất thành phần chiều DC khó để truyền dẫn, gây mát thông tin truyền b) Nguyên lý ngẫu nhiên hóa nhằm phân tán lượng Việc ngẫu nhiên hóa thể theo nguyên lý tương tự kỹ thuật trải phổ Dãy bit đầu vào cộng modul với dãy bit giả ngẫu nhiên (PRBS – Pseudo Random Binary Sequence) tạo từ ghi dịch Như tín hiệu đầu vào có phổ trở thành tín hiệu có phổ tương tự phổ tín hiệu giả ngẫu nhiên Tại phía thu, dãy bit thu được cộng với dãy bit giả ngẫu nhiên Khi khôi phục liệu hoàn toàn giống trước xáo trộn Để tín hiệu sau khôi phục hoàn toàn giống với tín hiệu truyền tải tín hiệu giả ngẫu nhiên phần thu phải giống hoàn toàn so với phần phát phải đồng với phần phát c) Điều kiện chuỗi giả ngẫu nhiên Các chuỗi giả ngẫu nhiên PRBS tạo từ ghi dịch mạch hồi tiếp Đối với ghi dịch có độ dài n, độ dài N chuỗi PRBS tạo là: N = 2n − Chuỗi PRBS trước xáo trộn với luồng bit vào MPEG-2 phải thỏa mãn điều kiện như: − Tính cân đối (balance property): Số bit lệch tối đa bit − Tính chạy (run property): Số bước chạy độ dài chiếm 1/2 tổng số bước chạy, số bước chạy có độ dài chiếm 1/4 tổng số bước chạy, độ dài chiếm 1/8 tổng số bước chạy − Tính tương quan (correlation property): So chuỗi ban đầu với chuỗi dịch chuyển, tổng số hợp (giống nhau) a (agreement) tổng số không hợp (khác nhau) d (disagreement) lệch không nhiều 2.1.2 Mã hóa Đường truyền vệ tinh chịu ảnh hưởng lớn nhiễu tạp âm nên việc áp dụng phương pháp sửa lỗi cần thiết Thông tin truyền hình dạng thông tin chiều phương pháp sửa lỗi sử dụng phương pháp sửa lỗi trước FEC Theo phương pháp này, phía thu nhận tín hiệu có khả phát tự sửa chữa lỗi bit có Dòng bit sau qua khối thích nghi dòng truyền tải phân tán lượng đưa đến khối mã hóa Trong tiêu chuẩn DVB, mã sử dụng mã RS (204,188) Đây mã Reed-Solomon, thuộc dạng mã khối Mã khối xử lý khối mã theo kích thước cố định, mã RS (204, 188) kích thước khối mã xử lý 188 byte phù hợp với kích thước gói truyền tải MPEG-2 Các gói kết hợp với 16 byte gồm thông tin có chức phục vụ cho mục đích xác định sửa lỗi phía thu Như kích thước từ mã sau mã hóa 204 byte Hình 2.2: Gói dòng truyền tải TS MPEG-2 Hình 2.3: Gói TS sau mã hóa TS (204,188) Mã RS (204,188) mã rút gọn dựa mã gốc RS (255,239) Trước đưa vào mã hóa RS (255,239), dòng bit thêm vào 51 byte mang giá trị Tại đầu mã hóa giá trị bị loại bỏ để tạo thành gói 204 byte 10 3.1.5.2 Quá trình tạo khung lớp vật lý Đầu vào khối tạo khung PL cấu trúc XFECFRAME (FECFRAME sau điều chế), đầu khung lớp vật lý PLFRAME Khung PLFRAME tạo cách chia nhỏ khung XFECFRAME thành SLOT với độ dài 90 symbol Sau phần đầu PLHEADER thêm vào phía trước XFECFRAME Tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể mà bit hoa tiêu (pilot) thêm vào để tạo thành khung PLFRAME Hình 3.14: Các thành phần khối tạo khung PLFRAME a Chèn khung giả Các khung PLFRAME giả tạo liệu truyền Khung PL giả bao gồm phần đầu PLHEADER 36 SLOT không điều chế b Chèn báo hiệu lớp vật lý Khung XFECFRAME chia thành S SLOT với độ dài cố định 90 symbol Số lượng S xác định theo bảng: Bảng 3.5: Số lượng SLOT theo độ dài XFECFRAME Phần mào đầu PLHEADER thêm vào phía trước khung nhằm cung cấp thông tin cấu hình cho phía thu Độ dài PLHEADER kích 30 thước SLOT Sau giải mã PLHEADER, phía thu biết độ dài cấu trúc PLFRAME, phương pháp điều chế mã hóa FECFRAME, có mặt hay không bit hoa tiêu Do tính chất quan trọng mà PLHEADER bảo vệ mã hóa Reed Muller (64,7) điều chế BPSK để đảm bảo phía thu giải mã điều kiện xấu Hình 3.15: Cấu trúc PLHEADER Phần PLHEADER bao gồm thành phần sau: SOF – Start Of Frame (26 symbol): Xác định bắt đầu khung, mang giá trị 18D E82 HEX PLSCODE (64 symbol): mã hóa chống lỗi, sau giải mã thu symbol phục vụ cho việc báo hiệu Các symbol phần vào trường sau: − MODCOD (5 symbol): Xác định phương pháp điều chế (QPSK, 8PSK, 16APSK, 32APSK) tỷ lệ mã hóa trước (1/4, 1/3, 2/5, ½, 3/5, 2/3, ¾, ) áp dụng − TYPE (2 symbol): Xác định độ dài khung FECFRAME (0 = bình thường: 64800 bit, = ngắn: 16200 bit), xác 31 định khung PL có chèn bit hoa tiêu hay không (0: không chèn bit hoa tiêu) c Chèn bit hoa tiêu Tùy thuộc vào phương thức làm việc lựa chọn mà khung PLFRAME có không bit hoa tiêu Các bit hoa tiêu làm nhiệm vụ đồng phía phát Kích thước khối bit hoa tiêu P = 36 symbol chèn thêm sau SLOT, tính từ trường PLHEADER d Xáo trộn lớp vật lý Trước điều chế, khung PLFRAME (ngoại trừ PLHEADER) xáo trộn để phân tán lượng tránh giá trị lặp lại Chuỗi xáo trộn (CI + jCQ ) tạo thành từ chuỗi thực (từ đa thức sinh có bậc 18) Độ dài chuỗi lựa chọn lớn độ dài tối đa PLFRAME nhằm tránh bit giả phát sinh trình xáo trộn 3.1.6 Lọc băng thông gốc điều chế cầu phương Tín hiệu xử lý lọc cos nâng với hệ số roll-off 0,35 0,25 0,2 Hàm truyền đạt H(f) lọc cos nâng: H ( f ) = với | f |< f N (1 − α ) 1/2 1 π fN − | f | H ( f ) = + sin f N α 2 với f N (1 − α ) ≤| f |≤ f N (1 + α ) H ( f ) = với | f |> f N (1 + α ) 32 Trong đó: fN = R = s tần số Nyquist α hệ số roll-off Điều chế cầu phương 2Ts thực cách nhân đầu vào I, Q với sin(2π f 0t ) cos(2π f 0t ) tương ứng Sau kết cộng lại với để tạo thành tín hiệu điều chế 3.2 Đặc điểm tiêu chuẩn DVB-S2 • Các mode điều chế DVB-S2 DVB-S2 có bốn mode điều chế, hai mode QPSK vs 8PSK với điều chế đường bao không đổi khuyến cáo dùng cho ứng dụng quảng bá hoạt động phát đáp vệ tinh phi tuyến điểm làm việc bão hòa gần bão hòa Hai mode điều chế cao 16APSK 32APSK thay cho sơ đồ điều chế 16QAM 32QAM tiêu chuẩn DVB-S DSNG, với độ co dãn tăng giảm độ nhạy với trạm mặt đất đáp tuyến AM/AM AM/PM phát đáp đèn sóng chạy Độ nhảy giảm làm cho APSK thích hợp với hoạt động chuyên dụng vệ tinh cấu hình “back-off” (lùi điểm làm việc khỏi phần phi tuyến đáp tuyến đèn sóng chạy để tránh can nhiễu sóng mang) Các chòm hiệu suất băng thông công suất chúng phù hợp cho phát đáp phi tuyến cho tiêu tốt kênh tuyến tính so với mode QAM với hỗn hợp điều chế pha biên độ chúng Mặc dù sơ đồ APSK không hiệu công suất yêu cầu tỷ số C/N cao hơn, chúng có hiệu phổ lớn đáng kể Các vòng tròn đồng tâm chòm APSK gồm điểm đặt cách so với lưới hình vuông điểm sử dụng sơ đồ 16QAM thông thường Dạng vòng tròn đồng tâm giảm thiểu ảnh hưởng méo khuyếch đại công suất cao gây 33 • Độ lợi hiệu dụng Việc đưa vào mode điều chế cao làm tăng hiệu suất băng thông tăng số bit ánh xạ đưa vào chòm Tất nhiên phải trả giá yêu cầu C/N cao • Hệ số roll-off (α) Tiêu chuẩn DVB-S2 có hệ số roll-off 0,35; 0,25 0,2 DVB-S sử dụng hai hệ số roll-off 0,35 0,25 Hệ số roll-off tiêu chuẩn DVB-S2 nhỏ làm tăng hiệu sử dụng phát đáp DVB-S2, đồng thời sóng mang hệ thống DVB-S2 đặt gần gần nên số lượng sóng mang tăng lên với số lượng phát đáp cố định tăng tốc độ symbol với băng thông Điều làm tăng hiệu sử dụng phát đáp lên đáng kể • Tiểu hệ thống sửa lỗi tiến (FEC) DVB-S2 Tiểu hệ thống FEC (Forward Error Correction) có trách nhiệm việc cải thiện tiêu kỹ thuật kết nối vệ tinh có can nhiễu Do việc áp dụng thuật toán mã hóa tiên tiến với xử lí (các chip) giá rẻ có ý nghĩa quan trọng Nhóm thiết kế tiêu chuẩn DVB-S2 đánh giá bảy đề nghị cho sửa lỗi tiến dùng họ mã hóa Turbo, từ chọn mã nội LDCP (Low Density Parity Checking) kết nối (concatenated) với mã ngoại BCH (Bose Chauhuri Houquenohem) Sơ đồ FEC thay cho sơ đồ mã hóa DVB-S gồm mã xoắn kết hợp với mã Reed-Solomon Mã LDCP nhà toán học Gallager tạo từ năm 1963 có thông số kỹ thuật tốt thể tỷ lệ mã hóa cao độ dài khối dài, có điều kiện ứng dụng thực tế hạn chế công nghệ thời kỳ Chúng yêu cầu phức tạp thấp giải mã tất phương pháp sửa lỗi tiến thực tế bây giờ, mã Turbo với mã LDCP tiệm cận giới 34 hạn Shannon – giới hạn lý thuyết tốc độ truyền thông cực đại kênh có nhiễu 3.3 Một số điểm đáng ý thông số kỹ thuật tiêu chuẩn DVB-S2 DVB-S2 với chuẩn nén tín hiệu MPEG-4 H.264/AVC tiền đề cho triển khai đại trà dịch vụ truyền hình số HDTV dịch vụ khác internet tốc độ cao, không việc tăng thông lượng kênh truyền mà độ tin cậy, tính mềm dẻo truyền dẫn • Hiệu truyền dẫn tăng DVB-S2 tăng dung lượng phát đáp vệ tinh lên 30% Dung lượng phát đáp vệ tinh chuẩn 36MHz, hoạt động với tốc độ biểu tượng 27,5 Msymbols/s FEC 3/4 tăng từ 38 Mb/s lên 50 Mb/s dùng DVB-S2 Về lý thuyết, dùng DVB-S2 kết hợp với MPEG-4 truyền tới kênh HDTV Mb/s/kênh phát đáp Điều thực việc thay mã xoắn nội Viterbi DVB-S mã nội LDPC hiệu hơn, kết hợp với thay mã ngoại Reed-Solomon mã BCH DVB-S2 Kết hợp mã sửa lỗi tiến (FEC) LDPC/BCH làm cho DVB-S2 tiến gần tới giới hạn Shannon hơn, cách khoảng 1,2 dB so với khoảng dB DVB-S • Các giải pháp kết hợp mạnh Trong DVB-S2 có kết hợp hiệu tác động lẫn mode điều chế, hệ số roll-off tỷ lệ mã FEC Ngoài điều chế QPSK DVB-S, DVB-S2 thêm ba sơ đồ điều chế bậc cao 8PSK, 16APSK, 32APSK cho phép tăng dung lượng phát đáp vệ tinh Nếu trước tiêu chuẩn truyền dẫn vệ tinh cho ứng dụng quảng bá thu tin vệ tinh số (DSNG) khác (DVB-S DVB-DSNG) 35 DVB-S2 đảm nhiệm tất Các tỷ lệ mã FEC tăng thêm: DVB-S có 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8; DVB-S2 bổ sung thêm 1/4, 1/3, 2/5, 3/5, 4/5, 8/9, 9/10 Đặc biệt có ba tỷ lệ mã hóa mà bit dư phục vụ cho việc bảo hiểm lỗi nhiều bit thông tin, tỷ lệ mã: 1/4, 1/3, 2/5 Ở QPSK 1/4 giải mã tín hiệu mức nhiễu -2,35dB, có nghĩa tỷ số (S/N) = -2,35 dB hay mức nhiễu cao mức tín hiệu Các tỷ lệ mã cho phép thông tin điều kiện lan truyền thường thấy ứng dụng DSNG Do tính mềm dẻo DVB-S2 tăng lên nhiều so với DVB-S DVB-DSNG • Lựa chọn mode điều chế Các mode điều chế có đường bao không đổi QPSK 8PSK cho phép khuếch đại công suất đầu đèn sóng chạy phát đáp vệ tinh hoạt động chế độ bão hòa Điều quan trọng dịch vụ quảng bá cho phép điều khiển độ lợi tự động để trì phát đáp mức công suất đầu cực đại không phụ thuộc vào suy giảm uplink Do đảm bảo mức công suất phát xạ đẳng hướng tương đương đầu không đổi từ vệ tinh QPSK cung cấp bit/symbol, 8PSK bit/symbol Do 8PSK mang lượng thông tin lớn QPSK 50% với băng thông Nhưng điều yêu cầu công suất phát xạ tương ứng lớn từ vệ tinh, kích thước anten thu vệ tinh lớn Các vệ tinh công suất cao khối thu vệ tinh với hệ số nhiễu thấp làm cho 8PSK trở nên thông dụng cho ứng dụng quảng bá Các mode điều chế với đường bao không đổi, 16QAM (trong DVB-DSNG), 16APSK 32APSK cần hoạt động phát đáp với mode hoạt động tuyến tính để tránh can nhiễu điều chế tương hỗ Các phát đáp hoạt động mức back-off đáng kể không cho công suất đầu cực đại 36 • Các frame lớp vật lý Lớp cao tần (RF layer) tín hiệu DVB-S2 chia thành khung vật lý không cần sử dụng dạng mã hóa hay điều chế Mode điều chế tỷ lệ mã thay đổi theo khung Các khung ấn định cho luồng truyền tải khác Mỗi khung kết thúc dãy symbol BPSK 90 bit, bảo vệ cao header mã khối 7/64 Header bao gồm tín hiệu đồng thông tin liên quan với báo hiệu Và kèm theo 16200 bit (180x90) 64800 bit (720x90), bảo vệ liên hợp mã LDPC/BCH FEC Các khung FEC dài cung cấp bảo vệ lỗi tốt lại có độ trễ lớn so với khung FEC 16200 bit Do vậy, khung FEC ngắn dùng cho ứng dụng mà yêu cầu độ trễ nhỏ hay tính đến lưu lượng liệu (trường hợp thông tin truyền nhỏ mà sử dụng khung thường, truyền lượng lớn bit dư thừa không mang thông tin), khung dài sử dụng để tối ưu hóa việc bảo vệ tín hiệu (ví dụ ứng dụng quảng bá thông thường) Bằng việc dùng điều chế mã hóa khác cho khung khác nhiều khả sáng tạo Tuy nhiên cần bổ sung pilot vào tín hiệu để dễ dàng cho việc khôi phục sóng mang • Mã hóa điều chế không đổi Mode hoạt động đơn giản DVB-S2 mã hóa điều chế không đổi tương tự với cách mà tín hiệu sử dụng DVB-S Trong CCM mode điều chế FEC sử dụng cho tất frame lớp vật lý Điểm trội DVB-S2 mode CCM so với DVB-S việc bảo hiểm lỗi cải thiện dùng mã nội dung mã ngoại mới, cải thiện dung lượng tăng 30% Sự cải thiện có giá trị lớn cho hệ thống quảng bá HDTV Tuy nhiên mode CCM tiềm đầy đủ cấu trúc frame lớp vật lý DVB-S2 không sử dụng 37 • Mã điều chế thay đổi Trong ứng dụng quảng bá DVB-S, QPSK tỷ lệ mã FEC cố định, với DVB-S2 khác: nhiều luồng truyền tải kết hợp phát đáp hoạt động chế độ bão hòa, cung cấp đường bao tín hiệu không đổi (QPSK 8PSK) Tuy nhiên nhiều luồng truyền tải ấn định cho frame vật lý khác nhau, dùng mode điều chế tỷ lệ mã khác cho dòng truyền khác Phụ thuộc vào ứng dụng mà có dung hòa khác dung lượng tính mạnh khỏe truyền dẫn Các dịch vụ chuyên dùng cho phép dùng anten kích thước lớn, dùng tỷ lệ mã xấu để đạt độ lợi tốc độ bit, tích hợp đến phát đáp quảng bá hoạt động chế độ bão hòa Điều bao gồm nhiều loại lưu lượng liệu khác internet backbone mà trước bắt buộc phải dùng sóng mang tách biệt nhằm đảm bảo tính linh hoạt chọn lựa tỷ lệ mã điều chế Mã hóa điều chế thích nghi (ACM – Adaptive Coding and Modulation) ACM mode hoạt động tinh tế DVB-S2, cho phép tối ưu hóa ứng dụng điểm – điểm Trong mode có kênh ngược từ máy thu tới máy phát uplink Kênh ngược cung cấp cập nhật tức thời hệ số Eb / N máy thu cho trạm uplink Điều sử dụng để thay đổi tỷ lệ mã hóa mode điều chế để tối ưu hóa tốc độ bit cực đại Có nghĩa trời dùng tỷ lệ mã xấu hơn, điều chế mức cao để tăng thông lượng bit, nghĩa tăng thông lượng trung bình toàn hệ thống Khi trời mưa to điều kiện lan truyền xấu ngược lại Như cải thiện đáng kể thông số thông lượng hệ thống, đặc biệt với kết nối backbone internet loại lưu lượng liệu khác 38 Trong ứng dụng DSNG, kênh ngược băng thông hẹp đến xe uplink cung cấp thông lượng tối ưu điều kiện khó việc thay đổi mã hóa điều chế tương ứng Ví dụ bắt buộc phải dùng mode với tốc độ bit thấp bình thường bù lại cách giảm tốc độ bit dùng cho mã hóa Hình 3.16: Mô hình mã hóa điều chế thích nghi Tiêu chuẩn DVB-S2 nhìn thấy trước DVB-S2 có nhiều ưu điểm số máy thu theo tiêu chuẩn DVB-S lớn nên nhà quảng bá vệ tinh khó chuyển sang dùng DVB-S2 phải tính đến quyền lợi người tiêu dùng Do tiêu chuẩn có phụ lục tùy chọn “các mode tương thích ngược” để dung hòa việc ứng dụng công nghệ truyền dẫn cho quảng bá khách hàng họ Các mode tương thích ngược (BC mode) tùy chọn nhằm để gửi kênh vệ tinh hai luồng truyền tải Dòng thứ (có độ ưu tiên cao – HP) tương thích với máy thu DVB-S (theo tiêu chuẩn DVB-S EN 300 421) với máy thu DVB-S2, nghĩa hai máy thu DVB-S DVBS2 thu tín hiệu luồng truyền tải Dòng thứ hai (có độ ưu tiên 39 thấp – LP) tương thích với máy thu DVB-S2 Sự tương thích ngược thực theo hai phương pháp: − Điều chế theo lớp, tín hiệu DVB-S DVB-S2 ghép kênh không đồng tần số vô tuyến (do mode hoạt động không yêu cầu công cụ đặc biệt tiêu chuẩn kỹ thuật DVB-S2) − Điều chế phân cấp, hai luồng truyền tải HP LP kết hợp đồng mức symbol điều chế chòm 8PSK không đối xứng Tiêu chuẩn DVB-S2 chọn phương pháp Cần ý mode phân cấp sử dụng tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T Ngoài dịch vụ quảng bá DVB dựa điều chế QPSK truyền dòng truyền DVB-S2 LP, dùng sơ đồ điều chế theo lớp phân cấp kể Tuy nhiên dùng BC mode có ý nghĩa có thỏa hiệp tiêu thành phần DVB-S2 DVBS tín hiệu Việc dùng điều chế 8PSK với hai symbol đặt gần so với góc phần tư so với giản đồ chòm 8PSK gốc làm cho máy thu DVB-S tin chúng thu tín hiệu QPSK, máy thu DVB-S2 thu tất symbol Việc dùng ánh xạ phân cấp thông minh cho phép kết hợp tín hiệu SDTV cho máy DVB-S HDTV cho máy thu DVB-S2 phát đáp 3.4 So sánh số thông số kỹ thuật với DVB-S Việc dùng sơ đồ FEC cho phép DVB-S2 tăng thông lượng kênh với mức công suất sóng mang sử dụng mode điều chế bậc cao so với QPSK DVB-S Đối với tỷ lệ lỗi bit (BER) DVBS2 có độ dự phòng từ 1,4 đến 1,8 dB so với DVB-S 40 Ví dụ: DVB-S QPSK với FEC tỷ lệ mã 3/4 yêu cầu mức công suất sóng mang DVB-S2 8PSK với FEC tỷ lệ mã 2/3 hình Hình 3.17: Độ lợi công suất DVB-S2 với DVB-S Độ dự phòng cho phép dùng anten thu có đường kính nhỏ điều kiện thời tiết xấu Đồng thời DVB-S2 cho phép dùng phổ hiệu xét thông số hiệu suất băng thông (bit/s/Hz) Việc dùng hệ số rolloff thấp cho phép dùng sóng mang hẹp Ví dụ: Sóng mang 20 Msym/s với roll-off 0,35 DVB-S sử dụng băng tần 27 MHz so với 24 MHz DVB-S2 với hệ số roll-off 0,2 Hình cho thấy so sánh hiệu suất băng thông DVB-S DVB-S2 Hình 3.18: Độ lợi băng thông DVB-S2 41 Những ưu điểm DVB-S2 so với DVB-S: • Tăng dung lượng truyền dẫn băng thông: So sánh với tiêu chuẩn DVB-S với điều kiện truyền dẫn: DVBS2 có khả truyền liệu tới 30% dải băng thông Nói cách khác, tín hiệu truyền dẫn theo tiêu chuẩn DVB-S2 yêu cầu băng thông 30% so với sử dụng DVB-S Đặc biệt ứng dụng điều chế, mã hóa VCM ACM hiệu suất sử dụng băng thông tăng tương ứng 66% 131% • Tăng hiệu công suất truyền dẫn: Trong vùng phủ sóng, yêu cầu thu tín hiệu DVB-S2 thấp khoảng 2,5 dB so với môt tín hiệu DVB-S với điều kiện bảo vệ lỗi Ngoài ra, DVB-S2 tương thích với nhiều phát đáp vệ tinh có khác hiệu suất sử dụng phổ (từ 0,5 đến 4,5 bit/sHz) yêu cầu tỷ số C/N kết hợp (từ -2 đến +16 dB) Chức điều chế mã hóa thay đổi (VCM) cho phép thực điều chế sử dụng mức bảo vệ lỗi khác để sử dụng thay đổi sở khung (frame) Chức kết hợp với việc sử dụng kênh phản hồi (return channel) tạo thành vòng điều khiển kín Vì thông số truyền dẫn tối ưu cho kênh thông tin riêng biệt tùy thuộc vào điều kiện đường truyền • DVB-S2 thiết kế phù hợp với nhiều loại dịch vụ: DVB-S2 tối ưu cho ứng dụng vệ tinh băng rộng như: − Các dịch vụ quảng bá: Truyền dẫn chương trình SDTV HDTV − Các dịch vụ tương tác bao gồm truy nhập internet 42 − Các ứng dụng chuyên nghiệp: Phân phối tín hiệu truyền hình số tới trạm phát hình mặt đất (TV Contribution), truyền hình lưu động DSNG, truyền hình số liệu ứng dụng khác • DVB-S2 không bị hạn chế với kiểu mã hóa video MPEG-2: Đầu vào DVB-S2 tương thích với kiểu mã hóa MPEG-2, MPEG-4 HDTV DVB-S2 chấp nhận nhiều dạng đầu vào khác nhau: dòng bit liên tục, dòng truyền tải đơn chương trình đa chương trình, IP hay ATM Đặc tính cho phép dòng liệu khác cấu hình liệu tương lai sử dụng với DVB-S2 mà không cần tới tiêu chuẩn Tổng kết Trên sở lý thuyết, báo cáo tìm hiểu giới thiệu tổng quan hệ thống truyền hình số vệ tinh phần 1; chuẩn truyền hình số vệ tinh DVB-S vài thông số kỹ thuật phần 2; chuẩn truyền hình số vệ tinh DVB-S2, đặc điểm, thông số kỹ thuật tiêu chuẩn DVB-S2 so sánh với tiêu chuẩn DVB-S 43 Bảng phân công công việc Tên Công việc thực Nguyễn Văn Hòa Làm word Nguyễn Văn Minh Làm slide Nguyễn Tiến Huy Thuyết trình Bùi Đăng Duy Thuyết trình 44