1 Lời nói đầu Trong năm gần đây, ngành công nghiệp truyền hình có thành tựu to lớn với tiến vợt bậc: trình chuyển đổi từ công nghệ analog sang công nghệ digital từ khâu công đoạn sản xuất chơng trình, truyền dẫn tín hiệu (bằng hệ thống vi ba, vệ tinh), công đoạn phát sóng quảng bá Cùng với xu phát triển ngành công nghiệp truyền hình giới, năm 1997 đến năm 1998, Đài truyền hình Việt Nam sâu nghiên cứu ứng dụng công đoạn sản xuất chơng trình, phát sóng công nghệ số qua vệ tinh (chơng trình VTV3) Cùng thời gian hệ thống truyền hình số mặt đất giai đoạn nghiên cứu, thử nghiệm để chọn tiêu chuẩn phù hợp với hệ thống truyền hình Việt Nam Đến năm 2001, Đài truyền hình Việt Nam thức chọn tiêu chuẩn phát sóng số mặt đất theo tiêu chuẩn Châu Âu (DVB-T), từ thời điểm Đài truyền hình Việt Nam có trình chuyển đổi từ máy phát hình tuơng tự sang máy phát hình số, thay dần máy phát hình số Tiêu chuẩn DVB-T với kỹ thuật điều chế OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) có tính kỹ thuật u việt (tăng hiệu suất phổ: cho phép phát sóng nhiều chơng trình có độ phân giải tiêu chuẩn SDTV kênh RF có độ rộng băng tần MHz, cho phép thiết lập mạng phát sóng đơn tần) Tuy nhiên bên cạnh mặt u việt so với công nghệ tơng tự, tiêu chuẩn DVB-T với kỹ thuật điều chế OFDM gặp phải vấn đề tỷ số công suất đỉnh công suất trung bình lớn, điều dẫn tới ảnh hởng chất lợng hệ thống dới tác động méo phi tuyến lớn gây khuếch đại công suất Do gây khó khăn đến trình chuyển đổi máy phát hình tuơng tự sang số, có khó khăn việc sản xuất, khai thác, bảo dỡng hệ thống máy phát số Với lý trên, việc nghiên cứu tỷ số công suất đỉnh công suất trung bình hệ thống thông tin sử dụng kỹ thuật điều chế OFDM, nh tiêu chuẩn DVB-T cần thiết để qua đa biện pháp khắc phục Nội dung của luận văn nghiên cứu: "Tỷ số công suất đỉnh công suất trung bình truyền hình số mặt đất DVB-T" đợc trình bày trong: Chơng I: Tổng quan hệ thống truyền hình số Trong chơng trình bày tổng quan hệ thống truyền hình số qua vệ tinh, cáp, hệ thống truyền hình số mặt đất Chơng II: Truyền hình số mặt đất tiêu chuẩn DVB-T vấn đề tỷ số công suất đỉnh công suất trung bình Trong chơng trình bày tiêu chuẩn phát sóng truyền hình số mặt đất DVB-T , với kỹ thuật điều chế OFDM tìm hiểu sâu vấn đề tỷ số công suất đỉnh công suất trung bình hệ thống thông tin sử dụng kỹ thuật điều chế OFDM, nh tiêu chuẩn DVB-T Chơng III: Các biện pháp khắc phục Trong chơng trình bày phơng pháp kỹ thuật để làm giảm tỷ số công suất đỉnh công suất trung bình hệ thống thông tin sử dụng kỹ thuật điều chế OFDM, nh tiêu chuẩn DVB-T đa biện pháp có tính khả thi cao trình chuyển đổi máy phát hình tuơng tự sang số, trình sản xuất, khai thác, bảo dỡng hệ thống máy phát số mới, nh thiết kế, xây dựng trạm phát hình số Việt Nam Chơng I Tổng quan hệ thống truyền hình số 1.1 Truyền hình số qua vệ tinh 1.1.1 Hệ thống phát truyền hình số qua vệ tinh Sơ đồ khối hệ thống phát theo khuyến nghị ITU-R đợc thể hiển hình 1.1 Xử lý tín hiệuVideo Video Ghép kênh truyền tải Mã hoá nén tín hiệuVideo Truyền tải Xử lý tín hiệu Audio Audio Hệ thống phát RF Mã hoá nén tín hiệu Audio Dữ liệu phụ Mã hoá kênh truyền Ghép kênh Điều chế Lên vệ tinh Dữ liệu điều khiển Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống phát truyền hình số qua vệ tinh theo khuyến nghị ITU-R Tín hiệu audio video tơng tự đợc đa vào khối xử lý hình tiếng Tại tín hiệu audio video tơng tự đợc lấy mẫu chuyển đổi thành tín hiệu video audio số, sau tín hiệu audio video số đợc tiến hành nén dung lợng thông tin Cuối tín hiệu video, audio số đợc nén đợc ghép kênh với liệu phụ liệu điều khiển Dữ liệu đầu khối ghép kênh dịch vụ dòng liệu chơng trình, dòng liệu đợc định dạng thành dòng liệu truyền tải đợc đa tới khối mã hoá kênh truyền Tại khối liệu dòng truyền tải đợc tiến hành mã hoá chống lỗi Cuối cùng, dòng liệu đợc mã hoá đợc đa tới điều chế QPSK, chuyển đổi tín hiệu thành tín hiệu RF cho kênh truyền vệ tinh khuếch đại tín hiệu RF trớc phát sóng Mặc dù có nhiều tiêu chuẩn truyền hình số qua vệ tinh (truyền hình số qua vệ tinh theo tiêu chuẩn ATSC, DVB-S), nhng Đài truyền hình Việt Nam chọn tiêu chuẩn phát sóng truyền hình số qua vệ tinh theo tiêu chuẩn DVB -S, nên tiêu chuẩn truyền hình số qua vệ tinh DVB -S đợc giới thiệu 1.1.2 Hệ thống phát truyền hình số qua vệ tinh theo tiêu chuẩn DVB - S Ghép dòng truyền tải cGhép kênh chơng trình Hệ thống đợc mô tả hình 1.2: Mã hoá Video Mã hoá Audio Mã hoá liệu Đáp ứng ghép kênh trải phổ liệu Mã (R S ) Mã xáo trộn mã chập Mã Lọc sửa tín hiệu băng gốc Điều chế QPSK Tín hiệu RF Các trình xử lý dòng liệu: n hiệu Video, audio liệu sau đợc mã hoá MPEG-2 Thành phầnCác nghiệp tín vụ đựoc ghép lạivà ghép thành Mã hoá MPEG-2 kênh chơng trình, nhờ ghép kênh chơng trình Các dòng chơng trình đợc ghép lại thành dòng truyền tải MPEG-2, nhờ ghép dòng truyền tải Hình Sau liệu sẽphát theo qua tiêu chuẩn đáp ứng ghép kênh 1.2luồng : Sơ đồdữ khối hệ thống DVB-S dòng truyền tải ngẫu nhiên hoá liệu, khối mã (RS), khối mã xáo r trộn mã chập, khối mã trong, khối lọc sửa tín hiệu băng gốc, khối điều chế QPSK để tạo tín hiệu RF (radio frequency) Truyền hình số qua vệ tinh chịu ảnh hởng hạn chế công suất, trình thiết kế ngời ta trọng vào yếu tố chống nhiễu can nhiễu vấn đề sử dụng hiệu dải tần Để đạt đợc hiệu công suất cao mà không làm ảnh hởng đến hiệu sử dụng dải tần, hệ thống sử dụng kiểu điều chế QPSK, kết hợp kiểu mã RS mã chập Hệ thống sử dụng ghép kênh theo thời gian (TDM) với ghép kênh theo tần số (FDM), để thực ghép kênh chơng trình ghép kênh truyền dẫn cách tối u Thích ứng ghép kênh truyền tải ngẫu nhiên hoá liệu: Dòng liệu đầu vào hệ thống gói có độ dài cố định Tổng độ dài gói ghép kênh truyền tải MPEG-2 (MUX) 188 bytes Trong có byte đồng bộ, thứ tự phát byte đồng bít có nghĩa (MSB) Theo qui định phát sóng ITU, liệu đầu vào ghép kênh MPEG-2 phải đợc xử lý theo cấu hình đợc mô tả hình 1.2 Đa thức sinh chuỗi giả ngẫu nhiên (PRBS) có dạng sau: 1+ X14 + X15 Nếu nạp chuỗi bít ban đầu có dạng "100101010000000" cho ghi dịch tạo chuỗi PRBS, đợc nạp vào điểm khởi đầu trớc nhóm tám gói dòng truyền tải Để cung cấp đồng cho giải ngẫu nhiên hoá, byte đồng MPEG-2 gói nhóm tám gói dòng truyền tải đợc đổi từ 47HEX sang B8HEX Quá trình đợc gọi "thích ứng ghép kênh dòng truyền tải" (Transport Multiplex Adaptation) Để hỗ0 trợ chức 0năng1đồng bộ,1 0thời 0điểm0 xuất0 các0 byte đồng MPEG-2 chuỗi gói dòng truyền tải, tạo chuỗi PRBS tiếp tục 10 11 12 13 14 15 hoạt động nhng đầu chuỗi bít PRBS bị khoá lại, nhờ byte đồng không bị ngẫu nhiên hoá Do đó, chu kỳ chuỗi PRBS 1503 byte Quá trình ngẫu nhiên0 0hoá 0sẽ tiếp 1tục liệu đầu EX-OR vào, hay liệu đầu vào không tơng thích với định dạng dòng truyền tải MPG-2, mục đích để tránh tình trạng sóng mang không đợc điều chế AND EX-OR Xung điều khiển Đầu vào liệu ngẫu nhiên hoá/Xoá Hình1.3: Sơ đồ mô hình ngẫu nhiên hoá Đầu liệu đ ợc ngẫu mhiên hoá/giải ngẫu nhiên Mã (RS), xáo trộn cấu trúc khung: Quá trình đóng khung đợc thực dựa cấu trúc dòng truyền tải đầu vào (hình 1.4) Bộ mã hoá (Reed-Solomon) (204,188,T=8), đợc sử dụng cho gói dòng truyền tải 188 bytes đợc ngẫu nhiên hoá Hình 1.4a gói dòng truyền tải đợcghép kênh Mã RS đợc thực byte đồng gói liệu Đa thức sinh mã : g(x) = (x+0)(x+1) (x+15), = 02HEX Có thể thực mã hoá Reed-Solomon ngắn cách thêm 51 byte (tất có giá trị "0"), trớc xuất byte thông tin đầu vào mã hoá Sau trình mã hoá, byte trống không mang thông tin bị loại bỏ Hình 1.5 mô tả xáo trộn (interleaver) với độ sâu I=12, đợc sử dụng để giải tơng quan lỗi gói (xem hình 1.4c) Kết trình khung liệu đợc xáo trộn (xem hình 1.4d) Bộ xáo trộn (interleaver) gồm 12 nhánh, đợc kết nối tuần hoàn quay vòng với dòng byte đầu vào nhờ chuyển mạch đầu vào Mỗi nhánh ghi dịch FIFO (first in-first out), với độ sâu nhánh M j (trong M = 17 = N/I, với N=204 độ dài khung đợc mã hoá chống lỗi, I =12 là: độ sâu xáo trộn, j: số thứ tự nhánh) Các phần tử ghi dịch lu 1byte, chuyển mạch đầu vào đợc thực đồng Để thực đồng bộ, byte đồng byte đồng đợc đảo đợc định tuyến vào nhánh thứ "0" xáo trộn (không bị trễ) Tất byte đồng (SYNC) không bị ngẫu nhiên hoá Sync Byte 187 Bytes Hình a) Gói dòng truyền tải MPEG-2 đợc ghép kênh Chu kỳ PRBS = 1503 Bytes R 187 Bytes SYNC1 R 187 Bytes SYNC2 SYNC8 R 187 Bytes R 187 Bytes SYNC1 Hình 1.4 b) Các gói dòng truyền tải: byte đồng byte liệu đợc ngẫu nhiên 204 bytes R 187 Bytes SYNC1 or SYNCn RS (204,188,8) Hình 1.4 c) Gói liệu đợc mã hoá RS (204,188,T=8) 203 Bytes SYNC1 or SYNCn 203 Bytes SYNC1 or SYNCn SYNC1 or SYNCn Mã chập (convolutional code): 1.4lựa d) Các khung ợc xáo; sâumã củachập xáocho trộnquá I = 12 Bytes Hệ thống choHình phép chọn cácđcấp độ độ tỉ lệ trình chống lỗi với tỉ lệ mã: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8 Tuyến sử dụng cho từ mã đồng Mỗi 1byte vị trí 17 x2 Mỗi 1byte vị trí1byte per position 17 x3 10 11 Thanh ghi dịch FIFO 17 x11 17 = M 17 x11 Interleaver I=12 11 17 x3 17 x2 17 = M 11 10 11 = I -1 De-interleaver I=12 Hình 1.5: Sơ đồ xáo trộn giải xáo trộn Định dạng dòng liệu gốc điều chế: Hệ thống sử dụng kiểu điều chế QPSK có giản đồ chòm (constellation) nh vẽ hình số 1.6 Q 10 00 I 11 01 Hình 1.6 : Constellation tín hiệu điều chế QPSK 1.2 Truyền hình số qua mạng cáp Xử lý tín hiệuVideo Video Ghép kênh truyền tải Hệ thống phát RF Mã hoá nén tín hiệuVideo Mã hoá kênh truyền Truyền tải Xử lý tín hiệu Audio Audio Ghép kênh Điều chế Mã hoá nén tín hiệu Audio Giao diện vật lý Dữ liệu phụ Dữ liệu điều khiển Hệ thống cáp Qua hình 1.7, ta thấy giống nh hệ thống phát truyền hình số 1.7 Sơquá đồ hệ thống truyền quathống cáp theo khuyến nghịhình ITU-R quaHình vệ tinh, trình xửphát lý tín hiệuhình củasốhệ phát truyền số qua cáp đợc xử lý qua giai đoạn: tín hiệu video audio đợc đa qua khối xử lý số hoá, nén, ghép kênh dịch vụ, định dạng dòng truyền tải, mã hoá kênh truyền chống lỗi biến đổi thành tín hiệu dạng sóng, khuếch đại đa tới giao diện ghép kênh vật lý với kênh cáp Cũng giống nh hệ thống truyền hình số qua vệ tinh, tín hiệu video truyền hình cáp đợc số hoá nén thành dòng truyền tải MPEG-2, dòng truyền tải MPEG-2 gồm gói liệu chứa 188 byte (hình1.8a), có byte đồng bộ, ba byte đầu chứa thông tin dịch vụ, thông tin điều khiển ngẫu nhiên hoá, 184 byte liệu Cấu trúc khung dòng truyền tải: Sync Byte 187 Bytes Hình 1.8 a: Gói dòng truyền tải MPEG-2 đợc ghép kênh SYNC1 R 187 Bytes SYNC2 R 187 Bytes SYNC8 R 187 Bytes SYNC1 R 187 Bytes Hình 1.8b: Các gói dòng truyền tải: byte đồng byte liệu đợc ngẫu nhiên hoá R 204 Bytes R 187 Bytes RS(204,188,8) Hình 1.8 c: Gói liệu đợc mã hoá chống lỗi mã RS (204,188,T=8) SYNC1 OR SYNCn SYNC1 OR SYNCn 203 Bytes SYNC1 OR SYNCn 203 Bytes SYNC1 OR SYNCn Hình 1.8 d: Các khung liệu đợc xáo trộn; độ sâu xáo trộn I=12 byte Cấu trúc khung SYNC1 : byte đồng không bịHình ngẫu1.8: nhiên hoàn toàn SYNCn : byte đồng không bị ngẫu nhiên hoá, n= Quá trình mã hoá kênh truyền Để đạt đợc khả chống lỗi cao cho đờng truyền liệu số cáp, ngời ta sử dụng mã chống lỗi mã (RS) Hệ thống truyền hình số qua cáp không sử dụng mã chập (convolutional code), để tránh lỗi cụm ngời ta sử dụng trình xáo trộn (interleaving) byte liệu Ngời ta sử dụng mã hoá vi sai thay cho mã chập Ngẫu nhiên hoá liệu Dòng liệu đầu vào đợc xếp lại thành gói liệu có độ dài cố định (nh hình số 1.8), trình ghép kênh dòng truyền tải MPEG-2 Tổng độ dài gói gói dòng truyền tải MPEG-2 đợc ghép kênh 188 byte, kể byte đồng Quá trình xử lý mã hoá hệ thống phát bít có nghĩa từ mã đồng Để tơng thích với hệ thống truyền hình qua vệ tinh để đảm bảo khôi phục lại đợc xung nhịp, liệu đầu ghép kênh dòng truyền tải đợc ngẫu nhiên hoá giống nh hình 1.3: Mã (RS): Tiếp sau trình ngẫu nhiên hoá liệu trình mã hoá sửa lỗi dựa kiểu mã hoá RS cho gói dòng truyền tải MPEG-2 bị ngẫu nhiên hoá, với T=8, điều có nghĩa sửa đợc bytes lỗi gói 10 dòng truyền tải Quá trình đợc thực cách thêm 16 byte vào gói dòng truyền tải để tạo từ mã (204,188) Chú ý: Quá trình mã hoá đợc thực byte đồng không chuyển đổi hay chuyển đổi Đa thức sinh mã : g(x) = (x+0)(x+1)(x+2) (x+15)., =02HEX Mã hoá RS ngắn đợc thực cách thêm vào 51 byte "rỗng" trớc byte thông tin đầu vào mã hoá (255, 239), sau trình mã hoá byte bị loại bỏ Mã xáo trộn (interleaver convolution) Tuyến sử dụng cho từ mã đồng 17 x3 17 x3 11 11 17 x11 17 x2 10 Thanh ghi dịch FIFO 17 x11 Mỗi 1byte vị trí 17 x2 17 = M Mỗi 1byte vị trí 10 17 = M 11 11 = I -1 De-interleaver I=12 Interleaver I=12 Mô hình xáo trộn giải xáo trộn đợc thể hình 1.9: Hình 1.9: Sơ đồ xáo trộn giải xáo trộn Quá trình xáo trộn: Nh hình 1.9, trình xáo trộn (covolutional interleaving) với độ sâu xáo trộn I=12 đợc sử dụng để chống lỗi cho gói liệu Quá trình xáo trộn đợc thực giống nh trình xáo trộn phần vệ tinh Quá trình ánh xạ byte vào symbol Sau thực xáo trộn, trình định vị byte lên symbol đợc thực Trong trờng hợp, bít có nghĩa MSB symbol Z đợc lấy từ MSB byte V Tơng ứng nh vậy, bít có nghĩa symbol đợc lấy từ bít có nghĩa byte Trong trờng hợp kiểu điều chế 2mQAM, trình định vị k byte vào n symbols, nh sau: 8k =n x m Byte Vđiều chế 64-QAM Byte V+1 Ví dụ nh kiểu (trong m=6, Byte k=3V+2 n=4) hình 1.10: Từ đầu xáo trộn byte Tới mã hoá vi sai (6-bít symbol) b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1b0 b5 b4 b3 b2 b1 b0 Symbol Z b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 b5 b4 b3 b2 b1 b0 Symbol Z+1 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 b5 b4 b3 b2 b1 b0 b5 b4 b3 b2 b1 b0 Symbol Z+2 Symbol Z+3 Hình 1.10: Quá trình nhóm byte lên symbol cho điều chế 64 QAM 58 Hình 3.15 (a) đờng bao biên độ symbol OFDM, (b) tín hiệu dùng để khử đỉnh Hình 3.16 (a) đờng bao biên độ symbol OFDM, (b) tín hiệu sau sử dụng kỹ thuật khử đỉnh Hình 3.15 giới thiệu ví dụ đờng bao tín hiệu symbol OFDM tuỳ ý tín hiệu khử đỉnh tơng ứng Trong trờng hợp đặc biệt tín hiệu khử đỉnh bao gồm hai hàm sinc riêng biệt, hàm sinc không đủ rộng để giảm biên độ đỉnh Sau trừ biên độ đỉnh đợc giảm khoảng dB so với giá trị r.m.s (giống nh hình 3.16) Một ví dụ khác giới thiệu kỹ thuật khử đỉnh, nh hình 3.17 cho thấy kết mô phổ công suất hệ thống thông tin OFDM có 32 sóng mang phụ Khi không áp dụng kỹ thuật xén khử đỉnh phổ tín hiệu có tỷ số PAR 15 dB, nhng phổ lại không bị méo (đờng a) Khi áp dụng kỹ thuật xén tỷ số PAR giảm xuống dB nhng phổ tín hiệu lại bị méo rõ rệt (c) Khi áp dụng kỹ thuật khử đỉnh đợc áp dụng tỷ số PAR dB nhng phổ lại gần nh không bị méo (b) 59 Hình 3.17 Phổ tín hiệu OFDM: (a) phổ không bị méo PAR=15 dB, (b) sử dụng kỹ thuật khử đỉnh có PAR=4 dB, (c) sử dụng kỹ thuật xén có PAR=4 dB Kết kỹ thuật khử đỉnh thông số PER đợc giới thiệu (hình 3.18) Mã mã chập có tỷ lệ mã 1/2, độ dài từ mã đợc sử dụng mã hoá luồng bít vào Luồng bít đợc mã hoá lại đuợc điều chế 16 QAM lên 48 sóng mang phụ OFDM Những đờng cong đồ thị cho thấy rõ thông số SNR bị suy giảm khoảng 0,6dB AWGN, mà kỹ thuật khử đỉnh đợc áp dụng để giảm tỷ số PAR xuống dB Có thể thấy, kỹ thuật khử đỉnh nh giải pháp khác với kỹ thuật xén kỹ thuật cửa sổ Tuy nhiên, thấy thực kỹ thuật khử đỉnh giống với kỹ thuật xén đỉnh mà có ghép tiếp thêm vào khối lọc 60 Hình 3.18 Quan hệ PER Eb/Nb tín hiệu OFDM sử dụng kỹ thuật khử đỉnh Có tỷ số PAR là: 16 dB (a), dB (b), dB (c), dB (d) Nếu mẫu tín hiệu tín hiệu OFDM đợc lấy mẫu x (n), qua xén đỉnh để giảm tỷ số PAR ta có mẫu tín hiệu r(n) đ ợc viết nh sau: r(n) = x(n) - e j i (n i ) i (3.9) Trong ai: biên độ i : pha i : độ trễ việc sửa với việc sửa nhằm để mẫu tín hiệu thứ i có biên độ tơng ứng với mức xén đỉnh đợc đặt sẵn Do mô tả kỹ thuật xén đỉnh nh trình tuyến tính, chí điều cách mà kỹ thuật xén đỉnh đợc thực thực tế Giả sử tín hiệu sau xén đỉnh, đợc lọc lọc thông thấp lý tởng có đáp ứng xung là: sin(TnT), T đợc chọn cho băng tần lọc lớn độ rộng băng tần tín hiệu OFDM Và đầu lọc tín hiệu có dạng 61 r ' (n) = x ' (n) e j i sin c(T (n i )) i (3.10) phơng trình (3.9) biểu thị nguyên lý hoạt động giống nh thuật toán kỹ thuật khử đỉnh Chỉ có khác kỹ thuật khử đỉnh tổng hàm sin đợc trừ từ tín hiệu OFDM cha qua lọc x(n) Trong phơng trình (3.9) thấy tín hiệu qua lọc x'(n) Trong thực tế, kỹ thuật khử đỉnh tín hiệu OFDM cần phải đợc lọc loại bỏ gập phổ sau biến đổi số sang tơng tự Tuy nhiên, để ứng dụng thực tế, kết luận kỹ thuật khử đỉnh có kết tác động giống nh kỹ thuật xén mà có kèm theo khối lọc Hình 3.19 giới thiệu đờng đồ thị thể so sánh ba kỹ thuật giảm tỷ số PAR hệ thống OFDM có 48 sóng phụ có tỷ số PAR giảm xuống dB Hệ thống đợc sử dụng với khuếch đại công suất không tuyến tính (đợc giới thiệu mục 3.2.1) có lợng backoff dB Chúng ta thấy hình vẽ: kỹ thuật xén (không có khối lọc), cho kết tốt chút so với kỹ thuật khử đỉnh kết kỹ thuật cửa sổ lại tồi chút so với kỹ thuật khử đỉnh Hình 3.19 Quan hệ PER Eb/Nb tín hiệu OFDM có tỷ số PAR dB: (a) sử dụng kỹ thuật xén, (b) kỹ thuật khử đỉnh), (c) kỹ thuật cửa sổ 3.4 Kỹ thuật mã hoá để giảm PAR Nh mục 3.2.2 giới thiệu có phần nhỏ symbol OFDM có tỷ số PAR cao Điều gợi ý có giải pháp khác vấn đề PAR mà dựa vào kỹ thuật mã hoá Kỹ thuật mã hoá thực giảm tỷ số PAR mã mà sinh symbol có tỷ số PAR thấp mức ngỡng Tất nhiên, mức ngỡng PAR nhỏ tốc độ mã hoá đạt đợc nhỏ Tuy nhiên mục 3.2.2 số lợng sóng mang phụ lớn tỷ lệ mã hoá hợp lý lớn 3/4 làm cho tỷ số PAR dB Bằng kết nghiên cứu cho thấy rằng: với hệ thống có sóng mang phụ, sử dụng mã có tỷ lệ 3/4 PAR lớn dB Kết dựa vào nghiên cứu toàn diện tất từ mã QPSK có Nhng 62 thật không may kết nói lên rằng: diện số lợng lớn từ mã không nói lên liệu có tồn cách cấu trúc mã hoá giải mã để tạo phần lớn từ mã này, không nói lên thuộc tính khoảng cách tối thiểu mã nh Tuy nhiên ngời ta nói đến kiện lý thú phần lớn loại mã đợc tìm thấy chuỗi bù Golay Chuỗi bù Golay cặp chuỗi có tổng hàm tự tơng quan tất lợng dịch trễ không 0, ngời ta tìm đợc tính chất tơng quan chuỗi bù tạo PAR nhỏ, khoảng dB mã hoá đợc sử dụng để điều chế tín hiệu OFDM Dựa vào gợi ý chuỗi bù Golay số tài liệu tập đặc biệt mã Golay với kỹ thuật giải mã vừa giảm tỷ số PAR vừa kết hợp có khả sửa lỗi hớng (FEC) Dựa tính này, mã Golay đợc thực ứng dụng vào modem OFDM có tốc độ 20Mb/s dự án European Magic WAND Một chuỗi x có độ dài N đợc coi bù với chuỗi y khác, có điều kiện tổng tất hàm tự tơng quan là: N x K =0 K xK + i + yi yK + i = N , i=0 (3.11) = 0, i0 Bằng cách biến đổi Fourier hai vế (3.11) điều kiện đợc viết thành: |X(f)|2 +|Y(f)|2 = 2N (3.12) Trong |X(f)|2 phổ công suất x, biến đổi Fourier tất hàm tự tơng quan 63 Biến đổi Fourier rời rạc X(f) đợc thực nh sau: X(f) = xK e j 2Kf s (3.13) Trong Ts thời gian lẫy mẫu chuỗi x Từ điều kiện phổ nh phơng trình (3.12) suy giá trị lớn phổ công suất đợc giới hạn khoảng 2N |X(f)|2 = 2N (3.14) Bởi công suất trung bình X(f) N; giả sử công suất chuỗi x 1, PAR X (f) đợc giới hạn là: PAR = 2N =2 N (3.15) Trong đờng truyền OFDM, thông thờng IFFT đợc áp dụng với chuỗi đầu vào x Tuy nhiên, biến đổiIFFT tơng ứng với biến đổi FFT liên hợp đợc đổi thang tỷ lệ 1/N, kết luận PAR nhỏ mà X(f) đợc thay biến đổi Fourier ngợc chuỗi x Do cách sử dụng chuỗi bù làm tín hiệu vào để tạo nên tín hiệu OFDM điều đảm bảo PAR không vợt dB Hình (3.20) giới thiệu ví dụ điển hình đờng bao tín hiệu OFDM có sử dụng mã chuỗi bù Trong trờng hợp có 16 sóng mang phụ, PAR giảm đợc dB so với trờng hợp không dùng chuỗi bù nh (hình 2.13) Hình 3.20 Tỷ số PAR tín hiệu OFDM sử dụng mã bù 3.5 Kỹ thuật xáo trộn symbol 64 Kỹ thuật xáo trộn symbol nhằm để giảm PAR tín hiệu OFDM đợc xem trờng hợp đặc biệt kỹ thuật mã hoá để giảm PAR Sự khác chỗ: kỹ thuật xáo trộn symbol không đồng thời kết hợp khả sửa lỗi hớng (FEC) giảm PAR với nh chuỗi bù làm đợc, mà đợc thực cách: symbol OFDM vào đợc xáo trộn số lợng chuỗi xáo định, chuỗi tín hiệu đầu có PAR nhỏ đợc chọn để phát Với chuỗi xáo trộn không tơng quan, tín hiệu OFDM có đợc PAR tơng ứng không tơng quan với Do vậy, xác suất PAR symbol OFDM vợt mức ngỡng P (khi cha sử dụng kỹ thuật xáo trộn), xác suất đợc giảm xuống PK lần, nhờ có K chuỗi xáo trộn đợc sử dụng Do kỹ thuật xáo trộn symbol không đảm bảo tỷ số PAR dới mức đó; mà giảm xác suất xuất PAR có giá trị lớn Kỹ thuật xáo trộn có tên gọi khác là: ánh xạ có lựa chọn (selected mapping) chuỗi truyền phần (partial transmit sequences) Sự khác biệt hai kỹ thuật là: kỹ thuật định vị có lựa chọn áp dụng xoay xáo trộn độc lập cho tất sóng mang phụ, chuỗi truyền phần áp dụng xoay xáo trộn với nhóm sóng mang phụ Hình 3.21 Phổ tín hiệu OFDM: (a) không sủ dụng phơng pháp xáo trộn với backoff 5,0 dB, (b) sử dụng mã xáo trộn backoff 4,7 dB, (c) sử dụng mời mã xáo trộn backoff 4,25 dB 65 Hình 3.21 giới thiệu phổ tín hiệu OFDM có 64 sóng mang phụ: có lợng backoff đợc điều chỉnh đảm bảo độ rộng băng tần mức -30dB lần độ rộng băng tần mức -3dB Một mô hình khuếch đại công suất tuyến tính đợc sử dụng, việc xén tín hiệu đợc thực mà công suất vợt qua mức công suất bão hoà Kết kỹ thuật xáo trộn symbol đợc mô cách xáo trộn liệu trớc vào khối IFFT, symbol OFDM đợc xáo trộn với số lợng chuỗi bù độc lập lựa chọn symbol đầu có PAR nhỏ Ta thấy hình 3.21, với việc sử dụng mã 10 mã để xáo trộn symbol lợng backoff cần thiết đợc cải thiện nhỏ: (b) 0,3dB (c) 0,75dB so với trờng hợp không sử dụng xáo trộn (a) Hình 3.22 Phổ tín hiệu OFDM: (a) không sủ dụng phơng pháp xáo trộn với backoff 8,5 dB, (b) sử dụng mã xáo trộn backoff 7,2 dB, (c) sử dụng mời mã xáo trộn backoff 6,5 dB Trên hình 3.22 giới thiệu hình dạng phổ giống nh hình 3.21 nhng lợng backoff để điều chỉnh cho dạng phổ cần có yêu cầu khắt khe hơn; là: độ rộng băng tần mức -50dB phải lần độ rộng băng tần -3dB, có nghĩa để có yêu cầu khắt khe lợng backoff lớn dB sử dụng kỹ thuật xáo trộn có 10 mã Điều với kỹ thuật xáo trộn 66 symbol, xác suất PAR lớn PAR0(=7dB) thấp so với xác suất PAR lớn PAR0(=4dB) (xác suất PAR0=4dB gần 1) Kết với lợng backoff từ đến 5dB, mức nhiễu kỹ thuật xén không khác nhiều so với không sử dụng kỹ thuật xáo trộn symbol Trên hình 3.21 3.22 trờng hợp sử dụng khuếch đại công suất tuyến tính Nhng thực tế, khuếch đại lại có hàm phi tuyến định Hình 3.23 Phổ tín hiệu OFDM qua HPA có P=2: (a) không sủ dụng phơng pháp xáo trộn với backoff 5,8 dB, (b) sử dụng mã xáo trộn backoff 5,3 dB, (c) sử dụng mời mã xáo trộn backoff 5,2 dB Trong hình 3.23 giới thiệu dạng phổ đợc mô sử dụng khuếch đại công suất Rapp với tham số phi tuyến tính p = 2, khuếch đại giống khuếch đại công suất RF thực tế Chúng ta thấy với việc sử dụng khuếch đại dạng phổ bị thay đổi, nhng lợng backoff tơng ứng không thay đổi nhiều, hay nói cách khác: lợi ích tơng đối việc xáo trộn không đáng kể Bởi hệ thống thông tin vô tuyến mức độ yêu cầu độ rộng băng tần mức: -30 dB (trong hình 3.21 3.23 ) có thực so với độ rộng băng tần mức: -50 dB (hình 3.22) Do kết luận lợi ích kỹ thuật xáo trộn hạn chế 3.6 Nhận xét 67 Tiêu chuẩn truyền hình số DVB-T có nhiều u điểm, tơng lai đợc triển khai rộng khắp lãnh thổ Việt Nam Do việc tìm hiểu khắc phục thông số PAR quan trọng Qua phần trình bày chơng nhận xét nh sau: - Đối với kỹ thuật khắc phục PAR, có sử dụng phơng pháp mã hoá hiệu khả thi hệ thống thông tin OFDM có số sóng mang phụ, N nhỏ 32 (dự án Magic WAND) Vì N lớn tạo đủ số lợng mã bù có độ dài tơng ứng với số lợng N Ngoài ra, sử dụng phơng pháp mã hoá thiết bị phần phát thu phức tạp Nên phơng pháp mã hoá để khắc phục PAR, không khả thi với tiêu chuẩn DVB-T - Đối với kỹ thuật khắc phục PAR dựa vào phơng pháp xáo trộn, với kết đợc minh hoạ hình 3.21, 3.22, 3.23 ta nhận thấy: phơng pháp không cho kết khả quan khối khuếch đại công suất thực tế - Đối với kỹ thuật khắc phục PAR thuộc nhóm phơng pháp thứ nhất: phơng pháp gây méo tín hiệu, nhng chúng lại có tính khả thi cao kỹ thuật không làm cho thiết bị phát phức tạp, thiết bị thu thay đổi cấu hình Qua hình 3.19 nhận thấy kỹ thuật xén đỉnh kỹ thuật khả quan phơng pháp kỹ thuật gây méo tín hiệu (kỹ thuật xén đỉnh, cửa sổ, khử đỉnh ) Đối với tiêu chuẩn DVB-T, kỹ thuật xén đỉnh kỹ thuật tốt để giảm PAR Dới kết nghiên cứu hãng Harris: Bộ điều chế OFDM đợc giảm PAR nhờ phơng pháp xén đỉnh để có đợc PAR khác Qua kết bảng 3.1 hình 3.24 ngời ta thấy với mức PAR nhỏ độ méo tín hiệu lớn (thông số Shouder MER nhỏ) Bảng 3.1: Kết đo tín hiệu hệ thống DVB-T PAR 12 (dB) d 11 (dB) MER Shoulder >37 (dB) > 50 (dB) > 37 (dB) > 50 (dB) Dạng phổ e C 10 (dB) b (dB) a (dB) 35 (dB) 44 (dB) 31 (dB) 37 (dB) 26 (dB) 33 (dB) 68 Hình 3.24: Phổ tín hiệu OFDM với mức PAR khác Nhng ghép điều chế OFDM nh (có sử dụng kỹ thuật xén đỉnh) với khối khuếch đại công suất để phát tín hiệu, tín hiệu sau khối khuếch đại công suất lại đợc cải thiện rõ rệt (hình 3.26) Hình 25: Kết đo tín hiệu hệ thống DVB-T, không sử dụng kỹ thuật xén đỉnh 69 Hình 26 Kết đo tín hiệu hệ thống DVB-T, sử dụng kỹ thuật xén đỉnh (PAR=10 dB) Qua nhận xét trên, kết nghiên cứu hệ thống truyền hình có Việt Nam, triển khai hệ thống phát hình số mặt đất, có số lợng máy phát hình tợng tự mặt đất có công suất lớn đợc chuyển đổi sang máy phát hình số (lợi ích mặt kinh tế) Nhằm thực đợc việc chuyển đổi mà đảm bảo mặt chất lợng kỹ thuật kỹ thuật xén đỉnh kết hợp với chế độ lùi công suất (backoff) tỷ lệ mã sửa lỗi thích hợp kỹ thuật tốt để khắc phục vấn đề PAR 70 Kết luận log (CDF) Mặc dù gặp nhiều khó khăn (nh thiếu thiết bị để thử nghiệm thực tế), nhng với giúp đỡ nhiệt tình thầy giáo PGS-TS Nguyễn Quốc Bình, nên thực đợc luận văn với mục tiêu sau: + Tìm hiểu hệ thống truyền hình số + Tìm hiểu tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T + Tìm hiểu vấn đề PAR hệ thống thông tin OFDM, nh DVB-T + Tìm hiểu biện pháp khắc phục PAR, qua đa đợc phơng pháp khắc phục PAR truyền hình số DVB-T, nh phơng pháp khắc phục Tín hiệu PAR có tính khả thi cao đối việc triển khai hệ thống phát truyền hình gốc số mặt 10 đất Việt Nam 10-1 thuật Do vấn đề PAR rộng lớn trình độ chuyên môn hạn chế,Kỹnên xén đỉnh -2 thời gian tới có điều kiện, tôi10sẽ nghiên cứu tiếp phơng pháp xén đỉnh mới, với phơng pháp chất -3lợng tín hiệu đợc cải thiện tốt Kỹ thuật mới: xén 10 Đó "Kỹ thuật giảm PAR hệ thống thông tin OFDM" tác đỉnh giảsau nội suy 10-4 đợc minh hoạ hình vẽ dới Jean Armstrong Kết kỹ thuật PAR (dB) 10 12 71 LI CM N Trc tiờn em xin gi li cm n n cỏc thy cụ giỏo trng i Hc Cụng Ngh Thụng Tin v Truyn Thụng núi chung v cỏc thy cụ giỏo b mụn in T Vin Thụng núi riờng ó tn tỡnh ging dy, truyn t cho em nhng kin thc v kinh nghim quý bỏu sut thi gian hc ti trng c bit em xin gi li cm n sõu sc n cụ giỏo on Ngc Phng, cụ ó tn tỡnh giỳp , trc tip ch bo, hng dn cho em sut quỏ trỡnh lm ỏn tt nghip Trong thi gian lm vic vi cụ, em ó khụng ngng tip thu thờm nhiu kin thc b ớch m cũn hc c tinh thn lm vic, thỏi nghiờn cu nghiờm tỳc, hiu qu õy l nhng iu rt cn thit cho em quỏ trỡnh hc v cụng tỏc sau ny Sau cựng em xin gi li cm n n gia ỡnh, bn bố ó ng viờn, úng gúp ý kin, giỳp em quỏ trỡnh hc tp, nghiờn cu v hon thnh ỏn tt nghip Hi Phũng, thỏng 12 nm 2012 Sinh viờn thc hin ỏn Hong Th Ngõn 72 LI CAM OAN Em xin cam oan: Nhng ni dung ỏn tt nghip ny l em thc hin di s hng dn trc tip ca cụ giỏo Mi tham kho dựng ỏn tt nghip u c trớch dn rừ rng tờn tỏc gi, tờn cụng trỡnh, thi gian, a im cụng b Mi chộp hp l, khụng vi phm bn quyn Nu nhng li cam oan trờn khụng ỳng, em xin chu hon ton trỏch nhim trc phỏp lut [...]... quy t định hệ số T x ai và 2Eo T x bi tuỳ thuộc vào vị trí của điểm thông tin, trong đó (a i,bi) là các phần t của ma trận vuông LxL đã trình bày ở trên Tiêu chuẩn truyền hình số m t đ t DVB- T của Châu Âu với kỹ thu t ghép kênh trực giao theo t n số (OFDM) sẽ đợc trình bày trong chơng 2 Chơng II Tiêu chuẩn truyền hình số m t đ t DVB- T và vấn đề t số công su t đỉnh trên công su t trung bình 2.1 Tiêu... chuẩn truyền hình số m t đ t DVB- T 2.1.1 Ưu điểm của TH số m t đ t DVB- T Năm 1995 các nớc Châu ÂU đã nghiên cứu và thử nghiệm truyền hình số m t đ t DVB- T Đến tháng 2 năm 1997, tiêu chuẩn truyền hình số m t đ t DVB- T chính thức đợc công nhận bởi Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu ETSI 20 DVB- T sử dụng phơng pháp điều chế ghép trực giao theo t n số có mã hoá, đó là kỹ thu t điều chế OFDM đợc k t hợp... hoá: Trong truyền hình số, t t cả các tiêu chuẩn truyền hình số khác nhau đều sử dụng hai loại mã: mã Reed-Solomon cho mã hoá ngoài và mã convolution code cho mã trong Mã ngoài sử dụng mã Reed-Solomon để sửa lỗi b t cụm, nó có thể ph t hiện và sửa nhiều b t lỗi nhờ m t thu t toán t o ra m t bản "Digital Thumbnail Sketch" (bản t m t t số) của dữ liệu cần truyền bản t m t t này gồm m t số byte tuỳ thuộc... hệ thống ph t TH số m t đ t Khối mãđồhoá MPEG: Hình 1.15: Sơ hệ thống thu truyền hình số m t đ t theo khuyến nghị của ITU-R T t cả các hệ thống truyền hình số m t đ t theo các tiêu chuẩn khác nhau đều phải sử dụng các bộ mã hoá MPEG-2 này, khối này có chức năng chuyển đổi t n hiệu video và audio t ng t sang số, thực hiện lấy mẫu, lợng t hoá, số hoá và mã hoá MPEG-2 dòng dữ liệu video, audio số này... ch t lợng chơng trình (có thể ph t đồng thời chơng trình truyền hình có độ phân giải cao cùng với chơng trình truyền hình có độ phân giải tiêu chuẩn nhờ t nh phân cấp trong truyền dẫn) 1.3.1 Sơ đồ khối hệ thống thu-ph t TH số m t đ t Sơ đồ khối chung của hệ thống bao gồm phần ph t và phần Ghép kênh và truyền t i Hệ thống ph t RF Xử lý t n hiệu video thu: Video Mã hoá và nén t n hiệuVideo Truyền t i... xảy ra trên đờng truyền t bị t c động của nhiễu so với truyền hình t ng t Có khả năng ph t hiện lỗi và sửa sai T nh linh ho t, đa dạng trong quá trình xử lý t n hiệu với hệ số nén r t lớn so với truyền hình t ng t Có thể cung cấp nhiều loại hình dịch vụ khác nhau, nhiều chơng trình trong m t loại hình dịch vụ đến khán giả Khoá mã dễ dàng đối với m t số kênh truyền hình trả tiền Dễ dàng thích... thu cấp di động, trong hệ thống DVB- T hiệu t máy ph t tới máy thu và không thực hiện ngời ta đã sử dụng kiểu điều chế COFDM Trong kiểu điều chế này ngời ta k t hợp mã hoá với phân kênh theo t n số trực giao Thực ch t của COFDM nh thế nào: ngời ta tiến hành phân chia kênh truyền theo t n số trực giao và theo thời gian nh sau: Trục t n số đợc chia thành các băng t n con (frequency sub-band) Trục thời... bớc chuyển tiếp sang loại hình dịch vụ ch t lợng cao hơn T nh t ng t c hai chiều (khán giả có thể chủ động về chơng trình) Ti t kiệm năng lợng, với cùng m t công su t, cùng kênh ph t diện t ch phủ sóng rộng hơn so với công nghệ truyền hình t ng t Hoàn toàn có khả năng hoà nhập vào mạng truyền dẫn t c độ cao Ngoài ra m t số tiêu chuẩn truyền hình số m t đ t còn cho phép thu di động và thực hiện... sử dụng để thể hiện thông tin dữ liệu có u tiên t hơn (các b t trong t mã đợc sắp xếp theo thứ t Y0Y1Y2Y3 trong đó Y0 là b t có trọng số nhỏ nh t, Y3 là b t có trọng số lớn nh t) 31 T ng t trong kiểu điều chế 64QAM có phân cấp, các b t đợc sử dụng thể hiện thông tin dữ liệu có u tiên nhiều hơn là Y0,Y1 các b t còn lại Y2,Y3,Y4, Y5 đợc sử dụng thể hiện thông tin dữ liệu có thông tin t hơn Nguyên... ph t theo tiêu chuẩn DVB- T mã trong, đợc hỗ trợ bằng quá trình xáo trộn, ngẫu nhiên hoá dữ liệu Việc mã ngoài (RS) đợc thực hiện bằng cách thêm m t số b t vào các gói dữ liệu, nh vậy đầu ra bộ mã RS là các khối dữ liệu có kích cỡ N + 2T, trong đó N là số byte thông tin có trong m t gói, 2T là các byte thêm vào để sửa T byte lỗi Trong hệ thống DVB- T ngời ta sử dụng bộ mã ngoài RS (204,188, T= 8), kết