Chương I: Tổng quan về truyền hình số 1.1 Yêu cầu tích hợp ứng dụng Ứng dụng dịch vụ Internet trờn hạ tầng truyền hỡnh số về mặt lý thuyết hoàn toàn cú thể triển khai trờn tất cả cỏc phương thức truyền dẫn DVB bao gồm mặt đất(DVB-T), cáp(DVB-C) và vệ tinh(DVB-S). Tuy nhiên, trên thực tế mỗi phương thức truyền dẫn có điểm mạnh, điểm yếu riêng ảnh hưởng đến quyết định triển khai dịch vụ. Đối với truyền hỡnh số mặt đất DVB-T, dịch vụ Internet trên đường truyền DVB-T có thể triển khai trên diện rộng và phục vụ cho các thiết bị di động(trên ô tô, tàu hỏa…) với điều kiện tiên quyết là phải xây dựng được một mạng đơn tần(Single Frequency Network, SFN) trên toàn phạm vi cung cấp dịch vụ. Việc xây dựng mạng SFN như vậy đũi hỏi chi phớ lớn cho việc thiết kế, quy hoạch mạng.
Thời gian triển khai dịch vụ chậm. Một yếu tố cần phải tính đến đối với dịch vụ di động sử dụng kênh truyền số mặt đất là nguồn tiêu tốn của DVB-T quá lớn không thích hợp với các thiết bị di động cầm tay. Do vậy hiện nay tổ chức DVB đang phát triển một chuẩn DVB mới cho các dịch vụ di động trên các thiết bị cầm tay như PDA và mobiphone là DVB-H. Đối với truyền hỡnh cỏp số DVB-C, dịch vụ Internet trờn cỏp dễ dàng triển khai với đường truyền ngược sử dụng chính mạng cáp số.
Trên thực tế đây là mô hỡnh dịch vụ đó được triển khai nhanh nhất trong số các dịch vụ Internet sử dụng đường truyền DVB, tuy nhiên hạn chế của hệ thống cáp là vùng phục vụ hẹp, tỉ xuất đầu tư cao chỉ thích hợp cho các thành phố hay vùng đông dân cư, không có tính di động. Đối với truyền hỡnh số vệ tinh DVB-S(DTH), dịch vụ dễ dàng triển khai trờn diện rộng, số lượng băng thông có thể mở rộng tương đối rễ ràng. Nhược LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - 14 - điểm của hệ thống này là phải lai ghép với mạng PSTN để dùng làm đường truyền ngược.(Hiện nay DVB cú 2 chuẩn cho kênh truyền ngược vệ tinh là RC-PSTN và RC-S, trờn thực tế giải phỏp sử dụng kênh vệ tinh cho cả chiều ngược, RC-S cũng đó được triển khai dịch vụ. Tuy nhiên với giá thành rất cao, giải pháp này hiện vẫn chưa được coi là khả thi).2 Tiêu chuẩn truyền hỡnh số: Để làm cơ sở cho việc nghiên cứu mô hỡnh tớch hợp dịch vụ Internet vào hạ tầng truyền dẫn số DTH, các chuẩn truyền dẫn và chuẩn dữ liệu của DVB và ISO/IEC sau đây cần phải được khảo sát: 1.1 Cấu trúc khung, mã hóa kênh, điều chế dịch vụ vệ tinh 11/12 GHz(ETS 300 421): 1.
Định nghĩa hệ thống: Hệ thống được định nghĩa là một khối chức năng thực hiện việc thích ứng các tín hiệu video băng tần cơ sở, từ đầu ra của bộ ghép kênh dũng truyền MPEG- 2(Xem ISO/IEC 13818-1)[4] tới cỏc thuộc tớnh kờnh vệ tinh. Tiến trỡnh sau được thực hiện trờn dũng dữ liệu(xem hỡnh 1): - thớch ứng và ngẫu nhiờn húa dũng truyền vận để phân tán năng lượng. - mó húa ngoài(Reed-Solomon); - quột xen xoắn. - mó húa trong(mó xoắn đục lỗ) - tạo dạng băng tần cơ sở cho điều chế.
Dịch vụ DTH qua vệ tinh đặc biệt bị ảnh hưởng bởi giới hạn công suất, do vậy mục tiêu chính của thiết kế là đạt được tín hiệu đủ khỏe để chống nhiễu và can nhiễu chứ không phải là hiệu suất băng thông. Để đạt được hiệu suất công suất cao mà không hi sinh nhiều hiệu suất băng thông, Hệ thống sử dụng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - 15 - điều chế QPSK, mó xoắn và RS rỳt gọn. Mó xoắn cú khả năng được đặt cấu hỡnh mềm dẻo, cho phộp tối ưu hóa hiệu suất hệ thống cho một băng thông phát đáp cho trước. Dù hệ thống được thiết kế tối ưu cho đơn sóng mang trên một phát đáp TDM(Time Division Multiplex), nú cũng có thể sử dụng cho các ứng dụng kiểu đa sóng mang FDM(Frequency Division Multiplex).
Hỡnh 1: Sơ đồ khối chức năng Hệ thống tương thích trực tiếp với tín hiệu TV được mó húa MPEG-2(Xem ISO/IEC 13818-1)[4]. Khung truyền dẫn điều chế/giải điều chế đồng bộ với các gói dũng truyền hợp kờnh MPEG-2. Nếu tớn hiệu thu cú C/N và C/I cao hơn mức ngưỡng, kỹ thuật sửa lỗi tiến áp dụng trên hệ thống được thiết kế để đạt tới chất lượng gần như không lỗi(Quasi Error Free,QEF). QEF có nghĩa là ít hơn một sự kiện lỗi không sửa được trong một giờ, tương ứng với mức BER = 10 -10 tới 10 -11 ở đầu vào của giải điều chế MPEG-2.2 Thích ứng với các đặc tính phát đáp vệ tinh: Việc truyền các dịch vụ TV số đa chương trỡnh sẽ sử dụng vệ tinh trờn cả hai băng tần FSS và BSS.
Việc chọn băng thông phát đáp là chức năng của vệ tinh và tốc độ dữ liệu được yêu cầu bởi dịch vụ. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - 16 - Tốc độ tín hiệu phải phù hợp với các đặc tính phát đáp. Cỏc vớ dụ dựa trờn mụ phỏng mỏy tớnh cho cỏc vệ tinh giả định, khụng cú cỏc hiệu ứng can nhiễu, được cho trong bảng dưới đây. Bảng 1: Hiệu suất hệ thống trên phát đáp 33 MHz 1.3 Giao diện Hệ thống, như được định nghĩa ở trên, sẽ được giới hạn bởi các giao diện đưa ra trong bảng 2: Bảng 2: Giao diện hệ thống 1.1 Thích ứng, ngẫu nhiên hóa hợp kênh truyền vận cho việc phân tán năng lượng Dũng truyền đầu vào của hệ thống được tổ chức thành những gói có độ dài cố định(xem hỡnh 3), theo bộ hợp kờnh truyền vận MPEG-2(Xem ISO/IEC DIS 13818-1)[4].
Tổng chiều dài của gói MUX truyền vận MPEG-2 là 188 byte. Nó bao gồm 1 byte từ đồng bộ(47H). Trật tự xử lý ở phía truyền luôn bắt đầu từ MSB của byte từ đồng bộ(01000111). LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - 17 - Để tuân theo các quy định về Radio của ITU và đảm bảo việc truyền nhị phân, dữ liệu của đầu vào hợp kênh MPEG-2 phải được ngẫu nhiờn húa theo cấu hỡnh được mụ tả ở hỡnh 2.
Đa thức cho sinh chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên sẽ là 1 + X 14 + X 15 Khi nạp chuỗi “100101010000000” vào cỏc thanh ghi PRBS, như trong hỡnh 2, sẽ được khởi tạo ở đầu của mỗi 8 gói truyền vận. Để cung cấp khởi tạo tín hiệu cho bộ giải mó, byte đồng bộ MPEG-2 của gói truyền vận trong nhóm 8 gói được đảo hướng bit từ 47HEX thành B8HEX. Tiến trỡnh này được gọi là “Thích ứng hợp kờnh truyền vận”. Bít đầu tiên ở đầu ra của bộ sinh PRBS sẽ được dùng là bít đầu(MSB) của byte đầu tiên tiếp sau byte đồng bộ MPEG-2(B8 HEX).
Để cho các chức năng đồng bộ khác, trong khi các byte đồng bộ MPEG-2 của 7 gói truyền vận tiếp theo, việc sinh PRBS vẫn được tiếp tục, nhưng lối ra của nó bị tắt, để cho các byte này không ngẫu nhiên hóa. Như vậy, chu kỳ của chuỗi PRBS sẽ là 1503 byte. Tiến trỡnh ngẫu nhiờn húa cũng sẽ được kích hoạt khi bộ điều chế nạp vào chuỗi bit không tồn tại hay không tương thớch với khuụn dạng dũng truyền MPEG-2(1 byte đồng bộ + 187 byte gói). Điều này để tránh việc phát một tải không điều chế từ bộ điều chế.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - 18 - Hỡnh 2: Sơ đồ ngẫu nhiên, giải ngẫu nhiên 1. Mó Reed-Solomon RS rỳt gọn (204,188,T=8) từ mó RS nguyờn thủy (255,233, T=8) sẽ được áp dụng cho mỗi gói truyền vận ngẫu nhiên hóa của hỡnh 3b để sinh gói được bảo vệ khỏi lỗi(hỡnh 3c). Mó Reed-Solomon cũng sẽ được dùng cho byte đồng bộ dù là không đảo(47HEX) hay đảo(B8HEX). Đa thức sinh mó: g(x) = (x+ ở0) (x+ ở1) (x+ ở2)… (x+ ở15), với ở = 02 HEX.
Đa thức sinh trường: p(x) = x8 + x4 + x3 + x2 + 1 Mó RS rỳt gọn cú thể được cài đặt bằng cách cộng 51 byte, tất cả đặt bằng 0, trước các byte thông tin của đầu vào của mó húa(255,239). Sau quỏ trỡnh mó RS, cỏc byte rỗng được loại bỏ. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - 19 - Tiếp theo trong lược đồ ở hỡnh 4, việc chốn xen xoắn với độ sâu I = 12 được dùng cho các gói được bảo vệ lỗi(hỡnh 3c). Kết quả là tạo ra một khung được chèn xen(hỡnh 3d).
Tiến trỡnh chốn xen xoắn dựa trờn phương pháp Forney[2] tương thích với phương pháp Ramsey kiểu III với I =12. Khung đó chốn sẽ được tổng hợp các gói đó bảo vệ lỗi chồng lấp và sẽ được giới hạn bởi các byte đồng bộ MPEG- 2 đảo hoặc không đảo(bảo toàn chu kỳ 204 byte). Các bộ chèn xen có thể được tổ hợp của I=12 nhánh, được nối vũng đến đầu vào dũng byte bằng chuyển mạch đầu vào. Mỗi nhánh là một thanh ghi dịch FIFO, với độ sâu(Mj) tế bào(M=17=N/I, N=204=độ dài khung được bảo vệ lỗi, I=12=độ sâu chèn xen, j=chỉ số nhỏnh).
Cỏc tế bào của FIFO chứa 1 byte và các chuyển mạch vào/ra được đồng bộ hóa. Để đồng bộ, các byte đồng bộ và byte đồng bộ đảo luôn được định tuyến trong nhánh “0” của bộ chèn(tương ứng với độ trễ rỗng). Chỳ ý: Bộ giải chốn xen là tương tự về nguyên lý với bộ xen, với các chỉ số nhánh được đảo ngược(j=0 tương ứng với độ trễ lớn nhất). Việc đồng bộ giải chèn xen có thể đợc tạo ra bằng định tuyến byte đồng bộ xuất hiện đầu tiên trong nhỏnh “0”.
Hỡnh 3a: Gúi MUX truyền vận MPEG2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - 20 - Hỡnh 3b: Cỏc gúi truyền vận ngẫu nhiờn húa Hỡnh 3c: Gúi bảo vệ lỗi RS(204,188,T=8) Hỡnh 3d: Khung chèn xen, độ sâu I=12 Hỡnh 3: Cấu trỳc khung 1.3 Mó trong(mó xoắn) Hệ thống cho phộp một miền cỏc mó xoắn đục lỗ, dựa trên mó xoắn ẵ với độ dài K=7. Điều này cho phép chọn mức thích hợp nhất của việc sửa lỗi cho từng dịch vụ và tốc độ dữ liệu. Hệ thống cho phép mó xoắn với mức mó ẵ,2/3,3/4,5/6,7/8. Mó xoắn đục thủng được đưa ra trong bảng 3.
Chú ý: Ở đầu thu, mỗi mức mó và cấu hỡnh đục thủng được đặt để thử cho tới khi thu được tín hiệu. Sự đa nghĩa của pha ð trong bộ điều chế có thể được giải quyết bằng byte đồng bộ MPEG-2 giới hạn khung đó chốn xen(xem ISO/IEC DIS 13818-1)[4]. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - 21 - Bảng 3: Mó đục lỗ 1.4 Điều chế và tạo dạng băng cơ sở: Hệ thống cài đặt điều chế QPSK mó Gray với ỏnh xạ tuyệt đối(không mó húa sai phõn). Ánh xạ bit trong khụng gian tớn hiệu được sử dụng như đưa ra trong hỡnh 4.