Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật nâng cao chất lượng hệ thống DVB-T2

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu nghiên cứu một số giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao chất lượng hệ thống dvb t2, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải pháp

• Tác giả: Vũ Huy Du
• Người hướng dẫn: TS. Ngô Thái Trị
• Trường học: Đại học Công nghệ - ĐHQGHN
• Chuyên ngành: Công nghệ điện tử - viễn thông
• Đề tài: Giải Pháp Nâng Cao Chất Lượng Hệ Thống DVB-T2
• Loại tài liệu: luận văn thạc sỹ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT DVB-T2
• 1.1. Tổng quan về truyền hình số
• 1.2. Đặc điểm hệ thống truyền hình số
• 1.3. Một số tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất
• 1.4. Giới thiệu truyền hình số mặt đất theo chuẩn DVB-T
• 1.5. Giới thiệu truyền hình số mặt đất theo chuẩn DVB-T2
• 1.6. Những tiêu chí cơ bản của DVB-T2
• 1.7. Mô hình cấu trúc DVB-T2
• 2. CHƯƠNG 2: CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG DVB-T2
• 3. CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT MISO-OFDM DỰA TRÊN ALAMOUTI TRONG DVB-T2
• 4. CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG, ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống DVB T2

Hệ thống DVB-T2 là một bước tiến quan trọng trong công nghệ truyền hình số mặt đất. So với các chuẩn trước đó như DVB-T, DVB-T2 cung cấp nhiều ưu điểm vượt trội, bao gồm khả năng ghép nhiều kênh chương trình trên một tần số, hiệu quả sử dụng tài nguyên tần số cao hơn và khả năng hỗ trợ các dịch vụ truyền hình chất lượng cao như HDTV và 3DTV. Các tiêu chuẩn kỹ thuật của DVB-T2 được thiết kế để cải thiện chất lượng tín hiệu và khả năng chống nhiễu, từ đó nâng cao trải nghiệm người dùng. Theo nghiên cứu, DVB-T2 có thể tăng dung lượng tối thiểu 30% so với DVB-T trong cùng điều kiện thu. Điều này cho thấy sự cần thiết phải áp dụng công nghệ này trong bối cảnh số hóa truyền hình tại Việt Nam.

1.1. Đặc điểm kỹ thuật của DVB T2

Tiêu chuẩn DVB-T2 được phát triển với nhiều cải tiến kỹ thuật, bao gồm mã hóa sửa lỗi, phương thức điều chế và cấu trúc khung. Các kỹ thuật như MISO (Multiple Input Multiple Output) và OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) được áp dụng để tối ưu hóa khả năng truyền tải và giảm thiểu tỷ lệ lỗi. Hệ thống này cũng cho phép sử dụng các anten thu hiện có, giúp tiết kiệm chi phí và thời gian triển khai. Việc áp dụng các công nghệ mới này không chỉ nâng cao chất lượng tín hiệu mà còn mở ra cơ hội cho các dịch vụ truyền hình mới, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng.

II. Các giải pháp kỹ thuật nâng cao chất lượng hệ thống DVB T2

Để nâng cao chất lượng hệ thống DVB-T2, nhiều giải pháp kỹ thuật đã được nghiên cứu và áp dụng. Một trong những giải pháp quan trọng là việc sử dụng MISO để cải thiện độ phủ sóng và giảm thiểu nhiễu. Kỹ thuật này cho phép sử dụng nhiều anten phát, từ đó tăng cường khả năng thu tín hiệu ở các khu vực có địa hình phức tạp. Ngoài ra, việc áp dụng các phương pháp mã hóa tiên tiến như LDPC (Low-Density Parity-Check) cũng giúp cải thiện khả năng chống nhiễu và tăng cường độ tin cậy của tín hiệu. Các giải pháp này không chỉ giúp nâng cao chất lượng truyền hình mà còn tạo điều kiện cho việc phát triển các dịch vụ truyền hình mới trong tương lai.

2.1. Kỹ thuật MISO trong DVB T2

Kỹ thuật MISO trong hệ thống DVB-T2 cho phép phát tín hiệu từ nhiều anten, giúp cải thiện đáng kể độ ổn định và chất lượng tín hiệu. Việc sử dụng MISO không chỉ giúp tăng cường khả năng thu tín hiệu mà còn giảm thiểu hiện tượng nhiễu và mất tín hiệu trong quá trình truyền tải. Theo nghiên cứu, việc áp dụng MISO có thể làm giảm tỷ lệ lỗi bit (BER) xuống mức tối thiểu, từ đó nâng cao trải nghiệm người dùng. Kỹ thuật này đặc biệt hữu ích trong các khu vực có địa hình phức tạp, nơi mà tín hiệu thường bị suy giảm do các yếu tố môi trường.

III. Mô phỏng và đánh giá chất lượng hệ thống DVB T2

Mô phỏng hệ thống DVB-T2 được thực hiện trên nền tảng Matlab-Simulink, cho phép đánh giá hiệu quả của các giải pháp kỹ thuật đã áp dụng. Qua các mô phỏng, các thông số như tỷ lệ lỗi bit, độ ổn định tín hiệu và khả năng phủ sóng được phân tích chi tiết. Kết quả cho thấy rằng việc áp dụng các giải pháp kỹ thuật như MISO và mã hóa LDPC đã mang lại những cải thiện rõ rệt về chất lượng tín hiệu. Điều này không chỉ khẳng định tính khả thi của các giải pháp mà còn mở ra hướng đi mới cho việc phát triển hệ thống truyền hình số tại Việt Nam.

3.1. Kết quả mô phỏng hệ thống DVB T2

Kết quả mô phỏng cho thấy rằng hệ thống DVB-T2 có khả năng duy trì chất lượng tín hiệu ổn định ngay cả trong điều kiện thu kém. Các thông số như tỷ lệ lỗi bit (BER) và độ tin cậy của tín hiệu được cải thiện đáng kể khi áp dụng các giải pháp kỹ thuật mới. Điều này chứng tỏ rằng DVB-T2 không chỉ là một công nghệ tiên tiến mà còn là một giải pháp hiệu quả cho việc phát triển truyền hình số tại Việt Nam. Việc đánh giá chất lượng hệ thống thông qua mô phỏng cũng giúp các nhà nghiên cứu và kỹ sư có cái nhìn rõ hơn về hiệu quả của các giải pháp đã áp dụng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Truyền hình số mặt đất thế hệ thứ hai DVB-T2 đã trở thành xu hướng phát triển mạnh mẽ trên toàn cầu, trong đó Việt Nam cũng không nằm ngoài cuộc đua công nghệ này. Theo kế hoạch số hóa truyền hình của Bộ Thông tin và Truyền thông, đến năm 2020, việc phát sóng truyền hình tương tự mặt đất sẽ chấm dứt hoàn toàn, thay thế bằng phát sóng truyền hình số theo chuẩn DVB-T2 với công nghệ nén MPEG-4. DVB-T2 được đánh giá có khả năng tăng dung lượng truyền tải tối thiểu 30%, thậm chí lên đến 67% so với chuẩn DVB-T trước đó, đồng thời cải thiện hiệu quả sử dụng băng tần, tăng phạm vi phủ sóng và giảm chi phí triển khai mạng đơn tần SFN.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là khảo sát và đề xuất một số giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao chất lượng hệ thống DVB-T2, tập trung vào các kỹ thuật lớp vật lý như Multiple Physical Layer Pipes (PLPs), kỹ thuật MISO dựa trên mã hóa Alamouti, điều chế 256-QAM, chòm sao xoay, và các phương pháp giảm tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình (PAPR). Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hệ thống DVB-T2 triển khai tại Việt Nam trong giai đoạn từ năm 2011 đến 2014, với các mô phỏng và đánh giá chất lượng hệ thống thực hiện trên nền tảng Matlab-Simulink.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ các nhà cung cấp dịch vụ truyền hình số nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên tần số, cải thiện chất lượng tín hiệu và mở rộng vùng phủ sóng, đồng thời góp phần thúc đẩy quá trình chuyển đổi số hóa truyền hình tại Việt Nam theo đúng lộ trình đề ra.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu sau:

• Chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T2: Là phần mở rộng của chuẩn DVB-T, được tiêu chuẩn hóa bởi ETSI, với các đặc điểm kỹ thuật nâng cao như mã hóa LDPC/BCH, điều chế 256-QAM, và hỗ trợ mạng đơn tần SFN.
• Kỹ thuật OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing): Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao, giúp giảm nhiễu xuyên ký tự (ISI) và nhiễu liên sóng mang (ICI), tăng hiệu quả sử dụng phổ.
• Mô hình MISO (Multiple Input Single Output) dựa trên mã hóa Alamouti: Tăng lợi ích phân tập và vùng phủ sóng bằng cách sử dụng nhiều anten phát và một anten thu, giảm thiểu tổn hao do kênh đa đường.
• Các kỹ thuật giảm PAPR (Peak-to-average Power Ratio): Bao gồm kỹ thuật Active Constellation Extension (ACE) và Tone Reservation (TR), nhằm giảm tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình của tín hiệu OFDM, nâng cao hiệu suất bộ khuếch đại công suất.

Các khái niệm chính được sử dụng gồm: Physical Layer Pipes (PLPs), chòm sao xoay (Rotated Constellation), mã hóa LDPC/BCH, khoảng bảo vệ (Guard Interval), và kỹ thuật xen thời gian, bit, tế bào và tần số.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các tài liệu tiêu chuẩn ETSI EN 302 755, các báo cáo kỹ thuật và tài liệu tham khảo trong lĩnh vực truyền hình số DVB-T2, cùng với dữ liệu thực tế về triển khai mạng DVB-T2 tại Việt Nam từ năm 2011 đến 2014.

Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

• Phân tích lý thuyết: Tổng hợp và phân tích các giải pháp kỹ thuật hiện có trong chuẩn DVB-T2.
• Mô phỏng hệ thống: Sử dụng Matlab-Simulink để mô phỏng các kỹ thuật như MISO-OFDM, điều chế 256-QAM, chòm sao xoay, và các phương pháp giảm PAPR.
• Đánh giá hiệu quả: So sánh tỷ lệ lỗi bit (BER), tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR), và dung lượng dữ liệu giữa các cấu hình kỹ thuật khác nhau.

Cỡ mẫu mô phỏng được lựa chọn phù hợp với các tham số kỹ thuật của hệ thống DVB-T2, sử dụng các chế độ FFT 8K, 16K, 32K và các tỷ lệ khoảng bảo vệ khác nhau. Phương pháp chọn mẫu dựa trên các kịch bản thu sóng thực tế tại Việt Nam, nhằm phản ánh chính xác điều kiện kênh truyền.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong năm 2014, bao gồm giai đoạn thu thập tài liệu, phân tích lý thuyết, mô phỏng và tổng hợp kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tăng dung lượng dữ liệu tối thiểu 30-67% so với DVB-T: Qua mô phỏng và phân tích, DVB-T2 cho phép tăng dung lượng truyền tải lên đến 67% trong mạng đơn tần SFN, nhờ vào các kỹ thuật như điều chế 256-QAM, mã hóa LDPC/BCH và mở rộng kích thước FFT (lên đến 32K). Ví dụ, tại UK, dung lượng dữ liệu tăng từ 24,1 Mbit/s (DVB-T) lên 36,1 Mbit/s (DVB-T2) trong điều kiện tương đương.

2. Hiệu quả của kỹ thuật MISO dựa trên Alamouti: MISO giúp tăng tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) thu được tương đương với công suất tổng của hai tín hiệu phát, giảm tỷ lệ lỗi bit (BER) đáng kể. Mô phỏng cho thấy tỷ lệ lỗi BER giảm khoảng 20-30% khi sử dụng MISO so với SISO trong điều kiện kênh đa đường.

3. Giảm tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình (PAPR): Kỹ thuật Tone Reservation và Active Constellation Extension giúp giảm PAPR từ 1,2 dB xuống còn khoảng 0,5 dB với số lần lặp tối ưu và mức clipping phù hợp (Vclip ~3,0 V). Điều này giúp tăng hiệu suất bộ khuếch đại công suất và giảm méo tín hiệu.

4. Chòm sao xoay cải thiện độ bền tín hiệu: Sử dụng chòm sao xoay với điều chế 16-QAM và tỷ lệ mã cao (CR=4/5, 5/6) giúp tăng độ lợi khoảng 0,7 dB trên kênh fading, đặc biệt hiệu quả trong môi trường có nhiễu đột biến và phản xạ đa đường.

Thảo luận kết quả

Các kết quả mô phỏng cho thấy sự kết hợp các giải pháp kỹ thuật trong DVB-T2 mang lại hiệu quả vượt trội so với chuẩn DVB-T truyền thống. Việc tăng dung lượng dữ liệu không chỉ nhờ vào điều chế cao cấp 256-QAM mà còn do cải tiến trong mã hóa LDPC/BCH và mở rộng kích thước FFT, giúp giảm overhead và tăng hiệu quả sử dụng phổ.

Kỹ thuật MISO dựa trên mã hóa Alamouti được chứng minh là giải pháp hiệu quả để tăng cường vùng phủ sóng và giảm tỷ lệ lỗi trong mạng đơn tần SFN, phù hợp với điều kiện địa hình phức tạp tại Việt Nam. So với các nghiên cứu trong ngành, kết quả này tương đồng với các báo cáo quốc tế về lợi ích của MISO trong truyền hình số mặt đất.

Giảm PAPR là một trong những thách thức lớn của hệ thống OFDM. Việc áp dụng đồng thời kỹ thuật ACE và Tone Reservation giúp giảm đáng kể PAPR, từ đó nâng cao hiệu suất bộ khuếch đại công suất và giảm chi phí thiết bị phát sóng. Các biểu đồ hàm phân bố tích lũy bù (CCDF) minh họa rõ ràng sự cải thiện này qua các tham số lặp và mức clipping khác nhau.

Chòm sao xoay là một kỹ thuật mới trong DVB-T2, giúp tăng độ ổn định của tín hiệu trong môi trường kênh có fading và nhiễu đột biến, điều này đặc biệt quan trọng trong mạng SFN và các khu vực có điều kiện thu phức tạp.

Tổng thể, các giải pháp kỹ thuật được nghiên cứu không chỉ nâng cao chất lượng truyền dẫn mà còn góp phần giảm chi phí triển khai và vận hành hệ thống DVB-T2 tại Việt Nam.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai kỹ thuật MISO dựa trên mã hóa Alamouti trong mạng DVB-T2 SFN

   • Mục tiêu: Tăng cường vùng phủ sóng và giảm tỷ lệ lỗi bit (BER)
   • Thời gian: Triển khai trong vòng 1-2 năm
   • Chủ thể thực hiện: Các nhà cung cấp dịch vụ truyền hình số và đơn vị vận hành mạng phát sóng

2. Áp dụng kỹ thuật giảm PAPR kết hợp Tone Reservation và Active Constellation Extension

   • Mục tiêu: Giảm tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình xuống dưới 1 dB, nâng cao hiệu suất bộ khuếch đại công suất
   • Thời gian: Nghiên cứu và thử nghiệm trong 6-12 tháng
   • Chủ thể thực hiện: Các nhà sản xuất thiết bị phát sóng và nhóm nghiên cứu kỹ thuật

3. Sử dụng điều chế 256-QAM kết hợp chòm sao xoay cho các dịch vụ có yêu cầu băng thông cao

   • Mục tiêu: Tăng dung lượng dữ liệu lên 33% so với 64-QAM, cải thiện độ bền tín hiệu trong môi trường đa đường
   • Thời gian: Triển khai thử nghiệm trong 1 năm, mở rộng sau đánh giá
   • Chủ thể thực hiện: Nhà cung cấp dịch vụ truyền hình và các đơn vị nghiên cứu phát triển

4. Mở rộng kích thước FFT lên 16K hoặc 32K với tỷ lệ khoảng bảo vệ 1/128

   • Mục tiêu: Giảm overhead, tăng dung lượng và mở rộng vùng phủ sóng trong mạng SFN
   • Thời gian: Lập kế hoạch và triển khai trong 2 năm
   • Chủ thể thực hiện: Đơn vị vận hành mạng phát sóng và các nhà cung cấp thiết bị

5. Đào tạo và nâng cao năng lực kỹ thuật cho đội ngũ vận hành và bảo trì hệ thống DVB-T2

   • Mục tiêu: Đảm bảo vận hành hiệu quả các giải pháp kỹ thuật mới, giảm thiểu sự cố và tối ưu hóa chất lượng dịch vụ
   • Thời gian: Liên tục trong quá trình triển khai và vận hành
   • Chủ thể thực hiện: Các cơ sở đào tạo, nhà cung cấp dịch vụ và đơn vị vận hành

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà cung cấp dịch vụ truyền hình số

   • Lợi ích: Hiểu rõ các giải pháp kỹ thuật nâng cao chất lượng và hiệu quả mạng DVB-T2, từ đó tối ưu hóa dịch vụ và mở rộng vùng phủ sóng.
   • Use case: Lập kế hoạch nâng cấp hệ thống phát sóng, lựa chọn công nghệ phù hợp.

2. Các kỹ sư và chuyên gia kỹ thuật trong lĩnh vực viễn thông và truyền hình

   • Lợi ích: Nắm bắt kiến thức chuyên sâu về kỹ thuật OFDM, MISO, mã hóa LDPC/BCH và các phương pháp giảm PAPR trong DVB-T2.
   • Use case: Phát triển, thiết kế và vận hành hệ thống truyền hình số mặt đất.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ điện tử viễn thông

   • Lợi ích: Cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết về các kỹ thuật truyền hình số hiện đại, phục vụ cho nghiên cứu và học tập.
   • Use case: Tham khảo để thực hiện các đề tài nghiên cứu, luận văn thạc sĩ, tiến sĩ.

4. Các nhà hoạch định chính sách và quản lý trong lĩnh vực truyền thông

   • Lợi ích: Hiểu rõ tiềm năng và thách thức của công nghệ DVB-T2, hỗ trợ xây dựng chính sách phát triển truyền hình số phù hợp.
   • Use case: Lập kế hoạch số hóa truyền hình, quản lý tài nguyên tần số hiệu quả.

Câu hỏi thường gặp

1. DVB-T2 khác gì so với DVB-T truyền thống?
   DVB-T2 là chuẩn truyền hình số mặt đất thế hệ thứ hai, cải tiến từ DVB-T với khả năng tăng dung lượng dữ liệu tối thiểu 30%, hỗ trợ điều chế 256-QAM, mã hóa LDPC/BCH và mở rộng kích thước FFT lên đến 32K, giúp tăng hiệu quả sử dụng băng tần và cải thiện chất lượng tín hiệu.

2. Kỹ thuật MISO dựa trên mã hóa Alamouti có lợi ích gì trong DVB-T2?
   MISO giúp tăng tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) và giảm tỷ lệ lỗi bit (BER) bằng cách sử dụng hai anten phát và một anten thu, tăng vùng phủ sóng và giảm tổn hao do kênh đa đường, đặc biệt hiệu quả trong mạng đơn tần SFN.

3. Tại sao cần giảm tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình (PAPR) trong hệ thống OFDM?
   PAPR cao làm giảm hiệu suất bộ khuếch đại công suất, gây méo tín hiệu và tăng chi phí thiết bị. Giảm PAPR giúp nâng cao hiệu suất truyền dẫn, giảm méo và tiết kiệm năng lượng.

4. Chòm sao xoay (Rotated Constellation) có tác dụng gì?
   Chòm sao xoay giúp tăng độ bền tín hiệu trong môi trường có fading và nhiễu đột biến bằng cách phân tách các thành phần I và Q trên các tần số và thời điểm khác nhau, giảm thiểu mất mát dữ liệu và tăng độ tin cậy.

5. Việc mở rộng kích thước FFT lên 16K hoặc 32K có ảnh hưởng gì đến hệ thống?
   Mở rộng FFT giúp giảm overhead và tăng dung lượng dữ liệu, đồng thời mở rộng vùng phủ sóng trong mạng SFN. Tuy nhiên, kích thước FFT lớn cũng làm tăng độ trễ và yêu cầu xử lý phức tạp hơn, cần cân nhắc phù hợp với điều kiện thu di động.

Kết luận

• DVB-T2 là chuẩn truyền hình số mặt đất tiên tiến, tăng dung lượng dữ liệu tối thiểu 30-67% so với DVB-T, phù hợp với xu hướng số hóa truyền hình tại Việt Nam.
• Các giải pháp kỹ thuật như MISO dựa trên mã hóa Alamouti, điều chế 256-QAM, chòm sao xoay và kỹ thuật giảm PAPR góp phần nâng cao chất lượng và hiệu quả hệ thống.
• Mô phỏng trên Matlab-Simulink cho thấy các kỹ thuật này giúp giảm tỷ lệ lỗi bit, tăng vùng phủ sóng và cải thiện hiệu suất sử dụng phổ tần.
• Đề xuất triển khai các giải pháp kỹ thuật này trong mạng DVB-T2 tại Việt Nam nhằm đáp ứng nhu cầu truyền hình số chất lượng cao và tiết kiệm chi phí.
• Các bước tiếp theo bao gồm thử nghiệm thực tế, đào tạo nhân lực và hoàn thiện chính sách hỗ trợ phát triển truyền hình số mặt đất.

Các nhà cung cấp dịch vụ và đơn vị vận hành cần nhanh chóng áp dụng các giải pháp kỹ thuật tiên tiến trong DVB-T2 để nâng cao chất lượng dịch vụ, đồng thời phối hợp với các cơ quan quản lý để thúc đẩy quá trình số hóa truyền hình tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

LỜI MỞ ĐẦU Công nghệ Truyền hình số DVB-T2 đang phát triển rất mạnh mẽ trên thế giới và tại Việt Nam cũng không nằm ngoài xu thế đó. Hiện tại Bộ Thông tin và Truyền thông cũng đưa ra đề án số hóa truyền dẫn, phát sóng truyền hình mặt đất với kế hoạch dự kiến đến năm 2020 chấm dứt việc phát sóng truyền hình tương tự mặt đất, chuyển hoàn toàn sang phát sóng truyền hình số. Chuẩn DVB-T2, và chuẩn nén MPEG-4 được lựa chọn là tiêu chuẩn, công nghệ cho Đề án. Việc sử dụng công nghệ DVB-T2 cho khả năng ghép nhiều kênh chương trình trên một kênh tần số hơn so với DVB-T; Hiệu quả sử dụng tài nguyên tần số cao hơn; Đáp ứng được với các dịch vụ truyền hình chất lượng cao HDTV, 3DTV… Trong thế hệ truyền hình số mặt đất thứ hai (DVB-T2), các nhà khoa học đã nâng cao một bước hiệu quả ứng dụng công nghệ này bằng một loạt các thay đổi kỹ thuật then chốt như mã hóa sửa lỗi, phương thức điều chế, khoảng bảo vệ, thông tin báo hiệu, mô hình truyền sóng… Luận văn tập trung vào nghiên cứu một số giải pháp kỹ thuật được áp dụng trong hệ thống DVB-T2 nhằm mục đích nâng cao chất lượng hệ thống mang lại ưu thế về hiệu quả sử dụng băng tần, tăng phạm vi phủ sóng, giảm chi phí triển khai, giảm can nhiễu, tăng dung lượng… của DVB-T2 so với thế hệ truyền hình trước.

Trong chương cuối của luận văn, sẽ thực hiện mô phỏng và đánh giá chất lượng hệ thống DVB-T2 trên Matlab- Simulink khi áp dụng các giải pháp kỹ thuật mới. Luận văn gồm các nội dung sau: Chƣơng 1: Tổng quan về hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T2 Chƣơng 2: Các giải pháp kỹ thuật sử dụng trong hệ thống DVB-T2 Chƣơng 3: Kỹ thuật MISO-OFDM dựa trên Alamouti trong DVB-T2 Chƣơng 4: Mô phỏng, đánh giá hệ thống Luận văn tốt nghiệp Thạc Sỹ -1- Vũ Huy Du z Đại Học Công Nghệ - ĐHQGHN Chƣơng 1 Tổng quan về hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T2 1. Tổng quan về truyền hình số Truyền hình số có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với truyền hình tương tự về khả năng sử dụng hiệu quả phổ tần , truyền dẫn phát sóng được nhiều chương trình trên một kênh , có khả năng phát hiện và sửa lỗi , khắc phục được những ưu điểm thường thấ y trong truyền hình tương tự, có khả năng tương thích với nhiều loại hình dịch vụ khác nhau cũng như khả năng phát sóng các chương trình truyền hình độ phân giải cao HDTV… Việc truyền dẫn tín hiệu truyền hình số được thực hiện thông qua cáp đồng trục , cáp quang, vệ tinh hay truyền hình số mă ̣t đấ t. Đặc điểm hệ thống truyền hình số Thiết bị truyền hình số dùng trong truyền dẫn chương trình truyền hình là hệ thống nhiều kênh.

Tín hiệu truyền hình số yêu cầu băng tần rộng hơn , ngoài tín hiệu truyền hình còn kèm theo âm thanh và các thông tin khác như : thời gian chuẩn, các thông tin phụ… được ghép vào các khoảng trống của đường truyền. Ít bị tác động của nhiễu , khả năng chống nhiễu và sửa lỗi tốt hơn , có thể khắc phục được hiện tượng chồng phổ tín hiệu, hiện tượng bóng ma (Ghosts) so với truyền hình tương tự. Việc truyền tín hiệu số được thực hiện khi đảm bảo sự tương quan giữa các kênh truyền tín hiệu. Do đó, các thông tin đồng bộ được đưa vào để đồng bộ các tín hiệu và có thể khóa mã dễ dàng.

Quá trình xử lý tín hiệu số đơn giản hơn nhiều so với tín hiệu tương tự như: sửa đổi thời gian gốc, chuyển đổi tiêu chuẩn, dựng hậu kỳ, giảm độ rộng băng tần… 1. Một số tiêu chuẩ n truyền hình số mặt đất Hiện tại trên thế giới chủ yếu sử dụng 3 tiêu chuẩn phát sóng truyền hình số là : - DVB-T/DVB-T2 (Digital Video Broadcasting-Terrestrial ) Tiêu chuẩn Châu Âu. - ATSC (Advanced Television System Committee) Tiêu chuẩn của Mỹ. Luận văn tốt nghiệp Thạc Sỹ -2- Vũ Huy Du z Đại Học Công Nghệ - ĐHQGHN - ISDB-T (Intergrated Services Digital Broadcasting-Terrestrial) Tiêu chuẩn của Nhật.

Hiện nay, tại Việt Nam, các nhà cung cấp dịch vụ truyền hình số đang áp dụng hai tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất thuộc họ chuẩn DVB: DVB-T (VTC) và DVB-T2 (AVG, VTV). Xu hướng lựa chọn công nghệ đều hướng tới DVB-T2 do những ưu điểm về khả năng ghép nhiều chương trình trên một kênh tần số hơn; hiệu quả sử dụng tài nguyên tần số cao hơn; đáp ứng được với các dịch vụ truyền hình chất lượng cao HDTV, 3DTV… và khả năng triển khai mạng đơn tần diện rộng hiệu quả hơn. Ngoài ra, giá thành thiết bị theo chuẩn DVB-T2 giảm đáng kể và hiện nay tương đương với thiết bị theo chuẩn DVB-T. Giới thiệu truyền hình số mặt đất theo chuẩn DVB-T DVB-T là tiêu chuẩn truyền hình số mă ̣t đấ t chính thức được tổ chức ETSI công nhận (European Telecommunications Standards Institute) vào tháng 2 năm 1997.

DVB-T sử dụng kỹ thuật COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing). COFDM là kỹ thuật có nhiều đă ̣c 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 – Single Frequency Network) và có khả năng thu di động, phù hợp với các chương trình có độ nét cao 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, mă ̣t đấ t, cáp. Luồng Phân Mã hóa Ghép Mã hóa Ghép MPEG tán Định vị ngoài xen trong xen năng (Mapper) (RS) ngoài (CC) trong lƣợng Thích Chèn Khuếch Lọc TX ứng IFFT khoảng Lọc FIR IF=>RF đại Bandpass khung bảo vệ Hình 1.1: Sơ đồ khối hệ thống DVB-T Luận văn tốt nghiệp Thạc Sỹ -3- Vũ Huy Du z Đại Học Công Nghệ - ĐHQGHN  Đặc tính kỹ thuật của DVB-T - Bộ điều chế DVB-T.

- Mã hóa COFDM trong DVB-T. - Mã sửa sai trước FEC: Mã RS và CC - Khoảng thời gian bảo vệ. Giới thiệu truyền hình số mặt đất theo chuẩn DVB-T2 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. Tiêu chuẩn truyền hình số mă ̣t đấ t 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 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% [11]. Ngoài ra, DVB-T2 còn 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 quá trình điều chế được mô tả trong tiêu chuẩn ETSI EN 302 755. Hiện nay, DVB-T2 là hệ thống kỹ thuật số mặt đất tiên tiến nhất thế giới, có các thông số về độ bền, sự linh hoạt và hiệu quả cao hơn các hệ thống truyền hình số mặt đất khác ít nhất 50%. Đồng thời, hệ thống hỗ trợ các chuẩn truyền hình SD, HD, Ultra HD, truyền hình di động… Tại Việt Nam, kể từ ngày 11 tháng 11 năm 2011, công ty cổ phần Nghe Nhìn Toàn cầu AVG đã bắt đầu triển khai mạng đơn tần SFN phát sóng chuẩn DVB- T2 trên toàn quốc với ba kênh tần số là 57, 58, 59. Luận văn tốt nghiệp Thạc Sỹ -4- Vũ Huy Du z Đại Học Công Nghệ - ĐHQGHN PLP 0 Tạo tế Xen tế Xen thời FEC Mapper bào bào gian Thích ứng Tạo Xen luồng/ khung tần PLP 1 mode Tạo tế Xen tế Xen thời FEC Mapper bào bào gian Chèn Chèn Giảm công Chèn ký TX1 IFFT khoảng D-A pilot suất PAPR tự P1 bảo vệ Xử lý MISO Chèn Chèn Giảm công Chèn ký TX2 IFFT khoảng D-A pilot suất PAPR tự P1 (tùy chọn) bảo vệ Hình 1.2: Sơ đồ khối hệ thống phát DVB-T2  Các kỹ thuật mới sử dụng trong DVB-T2 - Lớp vật lý: Mã hoá dịch vụ cụ thể dựa trên cơ chế Multiple Physical Layer Pipes – Multi-PLP (Đa ống lớn vật lý) cho phép điều chỉnh độc lập từng dịch vụ cung cấp trên kênh truyền để đáp ứng các điều kiện tiếp nhận đối với điện thoại di động, anten thu trong nhà/trên mái nhà trong cùng một kênh truyền.

Đồng thời, cho phép các máy thu tiết kiệm năng lượng giải mã chỉ một dịch vụ duy nhất, chứ không nhất thiết phải giải mã toàn bộ các dịch vụ trong luồng ghép kênh. - Mã hoá Alamouti là phương pháp phân tập phát nâng cao vùng phủ trong mạng đơn tần quy mô nhỏ. - Chòm sao xoay giúp tăng độ ổn định của chòm sao xếp chặt. - Tăng cường đan xen về bit, tế bào, thời gian và tần số.

- Cuối cùng, DVB-T2 định nghĩa một phương thức gọi là Future Extension Frames (FEF) – Khung mở rộng trong tương lai. Phương thức này cho phép áp dụng trên mạng DVB–T2 hiện tại. Luận văn tốt nghiệp Thạc Sỹ -5- Vũ Huy Du z Đại Học Công Nghệ - ĐHQGHN 1. Những tiêu chí cơ bản của DVB-T2 DVB-T2 phải tuân thủ tiêu chí đầu tiên có tính nguyên tắc là tính tương quan giữa các chuẩn trong họ DVB.

Điều đó có nghĩa là sự chuyển đổi giữa các tiêu chuẩn DVB phải thuận tiện ở mức có thể cao nhất. Tổ chức DVB đã định nghĩa một bộ các yêu cầu thương mại đóng vai trò nền tảng cho việc phát triển T2. Các yêu cầu này bao gồm [1]: - Việc truyền dẫn T2 phải có khả năng sử dụng các anten thu gia đình hiện có và phải có khả năng tái sử dụng các hạ tầng máy phát đang tồn tại. - T2 phải hướng dịch vụ tới các máy thu cố định và di động trước tiên.

- T2 phải cung cấp khả năng tăng dung lượng tối thiểu 30% so với DVB-T khi hoạt động trong cùng điều kiện và ràng buộc. - T2 phải nâng cao được hiệu suất của mạng đơn tần SFN so với DVB-T.