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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 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.