- Sự cần thiết của truyền hình số 3 1.2. - Giới thiệu chung về truyền hình số 3 1.3. - Phân tích, đánh giá các tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất 5 1.3.1. - Can nhiễu của truyền hình tương tự cùng kênh 7 1.3.3. - Điều chế có phân cấp 10 1.3.9. - Tính tương thích với các loại hình dịch vụ truyền hình khác 10 1.4. - Tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T 11 1.5. - Ưu điểm của truyền hình số 14 Chương 2: Nguyên lý cơ bản của OFDM 17 2.1. - Thu phát tín hiệu OFDM 26 2.2.1. - Điều chế sóng mang phụ 28 2.2.3. - Điều chế tần số vô tuyến (RF Modulation) 30 2.3. - Mào đầu và phân cách sóng mang 36 2.4. - Hạn dải và tạo cửa sổ cho tín hiệu OFDM 36 2.4.1. - Vấn đề thiết lập mạng đơn tần ở Việt Nam 84 Kết luận và kiến nghị 86 Tài liệu tham khảo 88 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1: Cấu hình cơ bản của hệ thống truyền hình số mặt đất 4 Hình 1.2: Sơ đồ khối tiêu chuẩn của hệ thống DVB-T 14 Hình 1.3: Phổ của tín hiệu tương tự và tín hiệu số 15 Hình 1.4 : Phát hình số DVB-T 16 Hình 2.1: Hệ thống OFDM ban đầu 18 Hình 2.2: Hệ thống OFDM sử dụng FFT 19 Hình 2.3: Chồng phổ trong OFDM 19 Hình 2.4: Hệ thống OFDM dùng trong các ứng dụng vô tuyến 21 Hình 2.5: Cấu trúc trong miền thời gian của một tín hiệu OFDM 23 Hình 2.6: Phổ của họ sóng mang trực giao 24 Hình 2.7: Phổ của 1 tín hiệu OFDM có 5 sóng mang con 26 Hình 2.8: Sơ đồ khối thu phát OFDM 26 Hình 2.9: Tạo tín hiệu OFDM, giai đoạn IFFT 29 Hình 2.10: Điều chế tần số vô tuyến tín hiệu OFDM băng cơ sở sử dụng kỹ thuật tương tự 30 Hình 2.11: Điều chế tần số vô tuyến tín hiệu OFDM băng cơ sở sử dụng kỹ thuật số (DDS - Tổng hợp số trực tiếp) 31 Hình 2.12: Hiệu quả loại bỏ ISI của dải bảo vệ 34 Hình 2.13: Dạng sóng trong miền thời gian của sóng mang con 36 Hình 2.14. - Phổ của tín hiệu OFDM với 52 sóng mang con 37 Hình 2.15: Phổ của tín hiệu OFDM với 1536 sóng mang con 37 Hình 2.16: Đáp ứng tần số của tín hiệu OFDM không qua lọc 38 Hình 2.17: Đáp ứng tần số của tín hiệu OFDM sử dụng bộ lọc FIR với chiều dài cửa sổ bằng 3 39 Hình 2.18: Cấu trúc của symbol sử dụng dải bảo vệ dạng cos nâng 40 Hình 3.1: Các bước đồng bộ trong OFDM 44 Hình 3.2: Đồng bộ khung 46 Hình 3.3: Ước lượng dịch thời gian 46 Hình 3.4: Ước lượng dịch tần số 47 Hình 3.5: Cấu trúc bộ cân bằng trong Training mode 49 Hình 3.6: Hệ thống OFDM với bộ cân bằng trong miền tần số Hình 3.7: Bộ nhân dùng thuật toán LMS 51 53 Hình 3.8: Hệ thống sử dụng kỹ thuật echo cancel 54 Hình 3.9: Bộ khử tiếng vọng echo canceller 55 Hình 3.10: Bộ khử tiếng vọng trong miền tần số 56 Hình 3.11: Bộ khử tiếng vọng cho hệ thống đối xứng 57 Hình 3.12: Bộ khử tiếng vọng khi tốc độ phát nhỏ hơn tốc độ thu 58 Hình 3.13: Bộ khử tiếng vọng khi tốc độ phát lớn hơn tốc độ thu 58 Hình 4.1: Cấu trúc bộ lập mã khối 61 Hình 4.2: Đặc tính của mã hóa khối trong kênh Gaussian 62 Hình 4.3: Bộ mã hóa vòng xoắn tổng quát 65 Hình 4.4: Bộ mã hóa [3, 1, 3] và giản đồ trạng thái 66 Hình 4.5: Chuỗi mã hóa và cài xen 68 Hình 4.6: Bộ mã hóa mắt lưới 69 Hình 4.7: Sơ đồ trạng thái của mã hóa mắt lưới 70 Hình 4.8: Metric sử dụng cho giải mã Viterbi 70 Hình 4.9: Bộ lập mã Turbo 72 Luận văn tốt nghiệp - 1 - Mở đầu Trong những năm gần đây, các dịch vụ viễn thông phát triển hết sức nhanh chóng đã tạo ra nhu cầu to lớn cho các hệ thống truyền dẫn thông tin. - OFDM là nằm trong lớp các kỹ thuật điều chế đa sóng mang. - Kỹ thuật này phân chia dải tần cho phép thành rất nhiều dải tần con với các sóng mang khác nhau, mỗi sóng mang này được điều chế để truyền một dòng dữ liệu tốc độ thấp. - Các sóng mang trong kỹ thuật điều chế đa sóng mang là họ sóng mang trực giao. - Điều này cho phép ghép chồng phổ giữa các sóng mang do đó sử dụng dải thông một cách có hiệu quả. - Ngoài ra sử dụng họ sóng mang trực giao còn mang lại nhiều lợi thế kỹ thuật khác, do đó các hệ thống điều chế đa sóng mang đều sử dụng họ sóng mang trực giao và được gọi chung là ghép kênh theo tần số trực giao OFDM. - Kỹ thuật OFDM lần đầu tiên được giới thiệu trong bài báo của R.W.Chang năm 1966 về vấn đề tổng hợp các tín hiệu có dải tần hạn chế khi thực hiện truyền tín hiệu qua nhiều kênh con. - Tuy nhiên, cho Luận văn tốt nghiệp - 2 - tới gần đây, kỹ thuật OFDM mới được ứng dụng trong thực tế nhờ có những tiến bộ vượt bậc trong lĩnh vực xử lý tín hiệu số và kỹ thuật vi xử lý. - Ở Việt Nam hiện nay đang triển khai một số ứng dụng sử dụng kỹ thuật điều chế đa sóng mang OFDM như truyền hình số DVB-T, đường dây thuê bao không đối xứng ADSL và truyền thông qua đường dây tải điện PLC. - Tổng quan về truyền hình số. - Nguyên lý cơ bản của điều chế đa sóng mang OFDM. - Điều chế đa sóng mang là một kỹ thuật tương đối mới mẻ và phức tạp. - Luận văn tốt nghiệp - 3 - Chương 1: Tổng quan về truyền hình số 1.1. - Luận văn tốt nghiệp - 4 - Trải qua nhiều năm nghiên cứu, thử nghiệm, phát sóng truyền hình số trên mặt đất đã trở thành hiện thực. - Hình 1.1: Cấu hình cơ bản của hệ thống truyền hình số mặt đất Hệ thống truyền hình số mặt đất bao gồm các thành phần. - Khối mã hoá nguồn (Source Coding): Đây là khối nén tín hiệu Video và Audio nhằm loại bỏ các thông tin dư thừa. - Khối mã hoá nguồn chính là khối mã hoá tín hiệu vào theo tiêu chuẩn MPEG-2. - Khối ghép kênh (Multiplex): Có nhiệm vụ ghép kênh tín hiệu Video nén, Audio nén, data, các thông tin đặc tả của một hay nhiều chương trình truyền hình để tạo thành dòng truyền tải MPEG-2. - Sau đó, tín hiệu sẽ được đưa đến bộ đổi tần để chuyển tín hiệu từ trung tần IF lên RF và được khuếch đại công suất đưa ra anten. - Phân tích, đánh giá các tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T sử dụng phương thức điều chế OFDM, ATSC điều chế theo phương thức 8-VSB và DiBEG theo phương thức BST-OFDM. - Can nhiễu của truyền hình tương tự cùng kênh 3. - Điều chế có phân cấp 9. - Tỷ lệ công suất đỉnh/ công suất trung bình Các kết quả nghiên cứu đã khẳng định, trong 99,99% thời gian, tỷ số công suất đỉnh/ công suất trung bình của tín hiệu DVB-T cao hơn tín hiệu ATSC 2.5dB. - Can nhiễu của truyền hình tương tự cùng kênh OFDM có khả năng chống lại can nhiễu cùng kênh của tín hiệu PAL, dải hẹp ở bất kỳ tần số nào với công suất gần bằng công suất tín hiệu có ích. - Tuy nhiên các bộ lọc này lại làm giảm tỷ số tín hiệu trên tạp âm 3dB và chỉ có thể chống được can nhiễu cùng kênh của tín hiệu NTSC. - Đối với các loại tín hiệu tương tự khác (PAL, SECAM), các bộ lọc này không phát huy được tác dụng, hoặc phải thiết kế các bộ lọc khác. - Tại một số địa phương rất dễ xảy ra tình trạng máy thu tương tự (hoặc số) nhận được cả tín hiệu số và tương tự phát trên cùng một kênh tần số. - Hơn nữa với phản xạ lớn hơn - 3dB, hệ thống ATSC không còn khả năng nhận được tín hiệu bất kể C/N có giá trị bằng bao nhiêu. - DVB-T có tín hiệu tương đối bằng phẳng trong toàn bộ dải tần kênh truyền dẫn. - Khả năng chống lại phản xạ nhiều đường OFDM với phương thức điều chế 2k có thể xử lý được tín hiệu phản xạ lớn hơn 30µs với công suất đúng bằng công suất của tín hiệu trực tiếp (0dB). - VSB không có khả năng chống lại phản xạ ở mức 0dB mà chỉ có thể xử lý được tín hiệu phản xạ yếu và nhỏ hơn 20µs. - Do thời gian truyền tín hiệu cao tần từ hai điểm phát xạ khác nhau tới một điểm thu nào đó luôn khác nhau nên thường xảy ra hiện tượng tương tự như phản xạ mạnh trong một thời gian dài. - Luận văn tốt nghiệp - 10 - DVB-T có thể xử lý tín hiệu phản xạ có công suất đúng bằng tín hiệu có ích (0dB) điều mà ATSC không thể thực hiện được. - Ở tiêu chuẩn DVB-T, điều chế phân cấp là phân cấp ưu tiên, nhằm giảm khả năng lỗi bit giữa các cụm bit trong các góc phần tư với nhau, còn điều chế có phân cấp trong tiêu chuẩn ISDB-T cho phép phát sóng đồng thời tín hiệu truyền hình có độ phân giải cao HDTV và độ phân giải tiêu chuẩn. - Điều này, còn làm giảm thiểu hiệu ứng "vách đá", khi tín hiệu yếu, thay vì không thu được gì, ta vẫn có thể thu được hình ảnh tuy cấp chất lượng có thấp hơn. - Tính tương thích với các loại hình dịch vụ truyền hình khác ATSC với phương thức điều chế 8-VSB, trên thực tế chỉ là một tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất. - Máy thu số tích hợp (IRD-Integrated Receiving Device) tiêu chuẩn DVB, hoàn toàn có khả năng nhận tín hiệu từ mọi phương tiện truyền thông. - Các nước sử dụng tiêu chuẩn truyền hình tương tự B/G, D/K hầu như đều lựa chọn tiêu chuẩn DVB-T. - Tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T Năm 1995, các nước Châu Âu đã nghiên cứu và thử nghiệm truyền hình số mặt đất DVB-T. - DVB-T sử dụng kỹ thuật COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing). - Mapping và điều chế. - Tín hiệu đầu vào máy phát là dòng truyền tải MPEG-2 và đầu ra là tín hiệu RF đi tới anten. - Xét về mặt phổ ta thấy ở tín hiệu tương tự phổ chỉ tập trung năng lượng vào các sóng mang hình, tiếng và burst màu. - Trong khi tín hiệu số bao gồm hàng ngàn sóng mang tập trung dày đặc vào trong một dải phổ có độ rộng tương đương. - Đây là ưu điểm đáng kể so với truyền hình tương tự (xem hình 1.3). - Luận văn tốt nghiệp - 15 - Hình 1.3: Phổ của tín hiệu tương tự và tín hiệu số - Công suất phát không cần qúa lớn vì cường độ điện trường cho thu số thấp hơn cho thu analog (độ nhậy máy thu số thấp hơn 20 đến 30dB so với máy thu analog. - Hình TiếngPhổ tín hiệu số Phổ tín hiệu tương tự HìnhHìnhTiếngTiếngTiếngHình Luận văn tốt nghiệp - 16 - Hình 1.4 : Phát hình số DVB-T - Cho khả năng thiết lập mạng đơn kênh (đơn tần - Single Frequency Network), nghĩa là nhiều máy phát trên cùng một kênh sóng. - Vốn dĩ thì tín hiệu số đã có tính chống nhiễu cao. - Tín hiệu số dễ xử lý, môi trường quản lý điều khiển và xử lý rất thân thiện với máy tính. - Distant transmitter Nearest transmitter Luận văn tốt nghiệp - 17 - Chương 2: Nguyên lý cơ bản của OFDM Kỹ thuật ghép kênh theo tần số FDM (Frequency Division Multiplexing) đã được sử dụng từ hơn một thế kỷ nay để truyền nhiều tín hiệu tốc độ chậm, ví dụ như điện báo, qua một kênh có băng thông rộng bằng cách sử dụng các sóng mang có tần số khác nhau cho mỗi tín hiệu. - Để phía thu có thể tách được các tín hiệu bằng cách sử dụng các bộ lọc thì phải có khoảng cách giữa phổ của các sóng mang. - Phổ của các tín hiệu không sát nhau gây nên lãng phí băng thông và do đó hiệu suất sử dụng băng thông của FDM là khá thấp. - Điều chế đa sóng mang tương tự như FDM, song thay vì truyền các bản tin riêng rẽ, các sóng mang sẽ được điều chế bởi các bit khác nhau của một bản tin tốc độ cao. - Có thể so sánh điều chế đa sóng mang với điều chế đơn sóng mang sử dung cùng một kênh như sau: Điều chế đa sóng mang nếu sử dụng nhiều bộ thu phát thì sẽ phức tạp và giá thành cao. - Trước khi phát triển kỹ thuật cân bằng, điều chế đa sóng mang được sử dụng để truyền dẫn tốc độ cao mặc dù giá thành cao và hiệu suất sử dụng băng thông thấp. - Trong hệ thống này, cứ 20 tones được điều chế 4-PSK vi sai vào một sóng mang. - Phổ của các sóng mang này có dạng sin(kf)/f và do đó có thể ghép chồng phổ. - Giống như OFDM hiện nay, các tones được để cách nhau tại những khoảng tần số gần như bằng với tốc độ tín hiệu và có khả năng phân tách ra ở máy thu. - Hệ thống đa sóng mang này được gọi tên là Multi-tone. - Hệ thống multi-tone tiếp theo sử dụng điều chế 9-QAM cho mỗi sóng mang và phát hiện tương quan ở phía thu. - Khoảng cách giữa các sóng mang bằng với tốc độ symbol cho hiệu suất sử dụng dải thông tối ưu. - Addmodmodmodmodfilterfilterfilterfilter`cosw1tsinw1tcosw2tsinw2t`data OFDM signalS/P Hình 2.1: Hệ thống OFDM ban đầu Đóng góp cơ bản cho sự phát triển của OFDM đó là việc ứng dụng biến đổi Fourier (FT) vào điều chế và giải điều chế tín hiệu. - Kỹ thuật này phân chia tín hiệu ra thành từng khối N số phức. - Tại Luận văn tốt nghiệp - 19 - phía thu, bản tin gửi đi được phục hồi lại nhờ biến đổi Fourier FFT (Fast Fourier Transform) các khối tín hiệu lấy mẫu thu được. - Phổ của tín hiệu DMT trên đường truyền giống hệt phổ của N tín hiệu điều chế QAM với khoảng cách của N tần số sóng mang bằng tốc độ tín hiệu như đã đề cập ở trên. - Trong đó mỗi sóng mang được điều chế QAM với một số phức. - Phổ của mỗi tín hiệu QAM có dạng sin(kf)/f như của hệ thống OFDM ban đầu. - Bởi vì sử dụng biến đổi FFT nên hệ thống DMT yêu cầu ít phép tính trên một đơn vị thời gian hơn hệ thống điều chế đơn sóng mang tương đương có sử dụng bộ cân bằng. - Luận văn tốt nghiệp - 21 - InformationsourceOuterDecodingInnercodingModulationCyclic extPulse shapingZero paddingSymbol levelFreqInterleaverBit levelInterleaverIFFTFrequency/Time Selective fadingChannel, AWGNChannelEstimationFFTDeModulationBit levelDeInterleaverSoft decisionInner DecodingSymbol levelFreqDeInterleaverOutercodingInformationloadAGC/CoarseSynchronization Hình 2.4: Hệ thống OFDM dùng trong các ứng dụng vô tuyến Kỹ thuật OFDM cho phép thiết lập mạng đơn tần SFN (Single Frequency Network) dùng trong phát thanh và truyền hình số. - Trong mạng đơn tần nhiều trạm phát khác nhau sẽ phát cùng một tín hiệu một cách đồng bộ để phủ sóng một vùng rộng lớn trên cùng một tần số. - Ở phía thu tín hiệu nhận được từ nhiều trạm phát tương đương với nhiễu do phản xạ nhiều đường và không gây ảnh hưởng tới hệ thống sử dụng kỹ thuật OFDM. - Trong trường hợp này, kỹ thuật điều chế đa sóng mang OFDM được sử dụng. - Trực giao trong OFDM Tín hiệu được gọi là trực giao với nhau nếu chúng độc lập với nhau. - Trực giao là một đặc tính cho phép nhiều tín hiệu mang tin được truyền đi trên kênh truyền thông thường mà không có nhiễu giữa chúng. - Mất tính trực giao giữa các tín hiệu sẽ gây ra sự rối loạn giữa các tín hiệu, làm giảm chất lượng thông tin. - Kỹ thuật FDM đạt tới sự trực giao giữa các tín hiệu trong miền tần số bằng cách cấp cho mỗi tín hiệu một tần số khác nhau và có một khoảng trống tần số giữa dải thông của 2 tín hiệu. - OFDM đạt được sự trực giao bằng cách điều chế tín hiệu vào một tập các sóng mang trực giao.Tần số góc của từng sóng mang con sẽ bằng một số nguyên lần nghịch đảo thời gian tồn tại symbol. - Như vậy, trong thời gian tồn tại symbol, mỗi sóng mang sẽ có một số nguyên lần chu kỳ khác nhau. - Như vậy mỗi sóng mang con sẽ có một tần số khác nhau, mặc dù phổ của chúng chồng lấn lên nhau nhưng chúng vẫn không gây nhiễu cho nhau Hình sau sẽ cho thấy cấu trúc của một tín hiệu OFDM với 4 sóng mang con. - Luận văn tốt nghiệp - 23 - Hình 2.5: Cấu trúc trong miền thời gian của một tín hiệu OFDM Trong đó, hình (1a), (2a), (3a) và (4a) là các sóng mang con thành phần, với số chu kỳ tương ứng là 1, 2, 3, và 4. - Pha ban đầu các sóng mang con này đều bằng 0. - Hình (1b), (2b), (3b), (4b) tương ứng là FFT của các sóng mang con trong miền thời gian. - Hình (4a) và (4b) cuối cùng là tổng của 4 sóng mang con và kết quả FFT của nó. - Về mặt toán học, các sóng mang con trong một nhóm gọi là trực giao với nhau nếu chúng thoả mãn : ∫⎩⎨⎧≠==TjijijiCdttsts00. - Điều này có nghĩa là ở máy thu các sóng mang con không gây nhiễu lên nhau. - Nếu các sóng mang con này có dạng hình sin thì biểu thức toán học của nó sẽ có dạng : Luận văn tốt nghiệp
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt