TỔ NG QUAN CÔNG NGH Ệ DVB-T2 VÀ K Ỹ THU Ậ T M Ạ NG ĐƠN TẦ N
Gi ớ i thi ệ u công ngh ệ truy ề n hình s ố m ặt đấ t
Truyền hình số mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với truyền hình tương tự, bao gồm khả năng chống nhiễu tốt hơn, hiệu quả sử dụng phổ tần số cao hơn, cho phép truyền tải nhiều kênh chương trình trên cùng một tần số Bên cạnh đó, chất lượng chương trình truyền hình cũng được cải thiện đáng kể, với khả năng truyền tải hình ảnh độ nét cao (HDTV).
M ộ t s ố tiêu chu ẩ n truy ề n hình s ố m ặt đấ t hi ệ n nay
Hiện nay trên thế giới chủ yếu sử dụng 3 tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất: ATSC, ISDB-T, DVB (DVB-T/T2) ngoài ra còn có tiêu chuẩn DMB-T của Trung
1.2.1 ATSC (Advanced Television System Committee)
Từ đầu những năm 1990, Mỹ đã phát triển 4 tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất có độ phân giải cao (HDTV) do các tổ chức và nhóm nghiên cứu khác nhau đề xuất Đến năm 1993, sau nhiều thử nghiệm, Uỷ ban Tư vấn về dịch vụ truyền hình tiên tiến (ACATS) đã thuyết phục các nhóm nghiên cứu kết hợp những ưu điểm của từng tiêu chuẩn để tạo ra một chuẩn duy nhất, đó là chuẩn ATSC.
ATSC, được phát triển từ tiêu chuẩn truyền hình tương tự NTSC (National Television Standards Committee) của Mỹ, hiện đang được áp dụng tại các quốc gia như Mỹ, Canada và Hàn Quốc.
ATSC cho phép truyền tải nhiều định dạng video, từ HDTV (Truyền hình độ nét cao) đến SDTV (Truyền hình độ nét tiêu chuẩn), với các phương thức quét xen kẽ và liên tục, cùng với nhiều tỉ lệ khung hình khác nhau Hệ thống này được thiết kế để truyền tín hiệu video, âm thanh và dữ liệu bổ sung.
13 trên một kênh truyền Tốc độ truyền tải có thểlên đến 19 Mbit/s trên kênh truyền 6 MHz
Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống ATSC 1.2.2 ISDB-T (Integrated Services Digital Broadcasting)
ISDB-T, hay còn gọi là DiBEG (Digital Broadcasting Expert Group), là tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất của Nhật Bản Tiêu chuẩn này hiện đang được áp dụng rộng rãi tại Nhật và hầu hết các quốc gia ở Nam Mỹ.
ISDB-T áp dụng kỹ thuật ghép kênh BST-OFDM (Band Segmented OFDM), cho phép sử dụng nhiều phương thức điều chế khác nhau như QPSK, 16-QAM và 64-QAM trên từng đoạn dữ liệu Tín hiệu truyền được chia thành 13 đoạn OFDM, mỗi đoạn có băng thông 432 KHz kèm theo các tín hiệu chỉ thị.
14 và các thông số truyền dẫn như : loại điều chế, các loại mã hiệu chỉnh lỗi được sử dụng trong từng đoạn…
Hình 1.2 Ghép kênh phân đoạn theo dải tần 1.2.3 DVB-T (Digital Video Broadcasting-Terrestrial)
DVB-T là tiêu chuẩn kỹ thuật được phát triển bởi dự án DVB, quy định cấu trúc khung, mã hóa kênh và điều chế cho việc phát sóng truyền hình số mặt đất.
Tiêu chuẩn DVB-T, lần đầu tiên được công bố vào tháng 3 năm 1997, đã trở thành tiêu chuẩn phổ biến nhất cho các hệ thống truyền hình số mặt đất trên toàn cầu sau 12 năm phát triển.
Hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T là một giải pháp linh hoạt, cho phép thiết lập mạng truyền tải đa dạng dịch vụ từ HDTV đến nhiều kênh SDTV và các dữ liệu khác, tất cả được truyền tải trong một luồng MPEG TS (Moving Picture Experts Group Transport Stream).
DVB-T sử dụng kỹ thuật điều chế đa sóng mang trực giao phân chia theo tần số với mã hóa COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Các phương thức điều chế bao gồm QPSK, 16 QAM và 64 QAM, giúp DVB-T có khả năng triệt nhiễu hiệu quả.
Hiện tượng trễ trong truyền dẫn và phản xạ đa đường có thể ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu Tuy nhiên, khi các tín hiệu phản xạ nằm trong khoảng bảo vệ, chúng sẽ được đồng bộ mà không gây ra can nhiễu Điều này cho phép DVB-T cung cấp dịch vụ cố định và di động mặt đất, đồng thời hỗ trợ thu tín hiệu bằng thiết bị cầm tay.
DVB-T2 (Digital Video Broadcasting-Terrestrial 2)
DVB-T2 là phiên bản nâng cấp của DVB-T, được giới thiệu lần đầu vào năm 2009 và nhanh chóng được thử nghiệm tại nhiều quốc gia Tại Việt Nam, công ty Cổ Phần Nghe Nhìn Toàn Cầu AVG đã tiến hành thử nghiệm và chính thức thương mại hóa DVB-T2 vào năm 2012.
Kỹ thuật DVB-T2, được phát triển dựa trên thành công của DVB-T, mang lại nhiều cải tiến đáng kể trong điều chế và mã sửa lỗi, giúp tăng dung lượng kênh truyền lên tới 50% trong cùng một điều kiện thu Những cải tiến này không chỉ nâng cao khả năng truyền tải mà còn cải thiện độ chắc chắn của tín hiệu, nhờ vào các thay đổi cụ thể trong các đặc tính lớp vật.
16 lý, cấu hình mạng và tối ưu trong vận hành phù hợp với đặc tính truyền sóng của kênh tần số a Các đặc tính lớp vật lý
DVB-T2, giống như phiên bản trước, sử dụng kỹ thuật COFDM và cung cấp nhiều phương thức điều chế linh hoạt để đáp ứng các ứng dụng khác nhau như thu cố định và thu di động Đặc biệt, DVB-T2 bổ sung phương thức 256 QAM, giúp tăng số bit truyền tải trên mỗi ô dữ liệu Hơn nữa, mã sửa lỗi FEC (forward error correction) được cải tiến so với DVB-T, góp phần quan trọng vào việc tăng dung lượng truyền tải.
DVB-T2 employs Low-Density Parity Check (LDPC) coding alongside Bose-Chaudhuri-Hocquengham (BCH) coding to enhance noise resistance In contrast to DVB-T, which utilizes Reed-Solomon coding, DVB-T2 introduces two additional coding rates of 3/5 and 4/5 for improved performance.
Cũng giống như DVB-T, DVB-T2 sử dụng các dạng pilot phân tán để bù đắp sự biến đổi của kênh truyền trong cả miền thời gian và tần số DVB-T2 cho phép lựa chọn linh hoạt 8 loại pilot phân tán, tùy thuộc vào kích thước FFT (Biến đổi Fourier nhanh) và khoảng bảo vệ, nhằm tối ưu hóa lượng dữ liệu có ích.
DVB-T2 cung cấp nhiều mức độ bảo vệ cho từng dịch vụ trong cùng một luồng truyền tải, cho phép mỗi dịch vụ có phương thức điều chế riêng biệt dựa trên yêu cầu độ vững chắc của tín hiệu thông qua các ống lớp vật lý (PLP) Đặc tính kỹ thuật của DVB-T2 tối ưu hóa hoạt động trong mạng đơn tần, với việc bổ sung các phương thức sóng mang mới nhằm cải thiện hiệu suất mạng và tăng chiều dài ký tự.
17 dài của một ký tự có ý nghĩa rất quan trọng, điều này giúp giảm kích thước khoảng bảo vệ trong khi vẫn đối phó tốt với phản xạđa đường
Việc áp dụng mã Alamouti trong mạng SFN cho phép các máy thu nhận đồng thời nhiều tín hiệu hữu ích từ hai hoặc nhiều máy phát khác nhau.
Công nghệ tone reservation và ACE (Active Constellation Extension) trong DVB-T2 giúp giảm 25% công suất đỉnh của bộ khuếch đại so với DVB-T, từ đó giảm đáng kể tổng công suất cần thiết cho các trạm phát lớn Bên cạnh đó, DVB-T2 tối ưu hóa hoạt động truyền sóng, nâng cao độ chắc chắn của tín hiệu trước các tác động bên ngoài như địa lý, thời tiết và công trình xây dựng Điều này được thực hiện nhờ vào công nghệ chòm sao xoay (Rotated Constellations) và kỹ thuật đan xen thời gian và tần số (Time and Frequency Interleaving).
Công nghệ chòm sao xoay giúp giảm thiểu mất mát dữ liệu hiệu quả bằng cách khôi phục thông tin bị thất thoát từ kênh truyền này sang kênh truyền khác Quá trình này thực hiện thông qua việc ánh xạ dữ liệu trên mặt phẳng IQ với trục x và y (điều chế biên độ cầu phương QAM), sau đó xoay mặt phẳng IQ để mỗi trục mang đủ dữ liệu Các thành phần I và Q được gửi đi ở các thời điểm và ô dữ liệu khác nhau, đảm bảo rằng thông tin có thể được khôi phục khi cần thiết.
Kỹ thuật phân tán thời gian giúp tín hiệu chống lại nhiễu loạn, bao gồm nhiễu xung trong một khoảng thời gian xác định và nhiễu loạn trong một dải tần số nhất định.
18 d Gia tăng hiệu suất sử dụng phổ
Khả năng tối ưu hóa dung lượng truyền tải của DVB-T2 so với DVB-T vẫn chưa được xác định rõ ràng Theo yêu cầu thương mại, DVB-T2 được kỳ vọng tăng cường dung lượng lên 30% so với DVB-T trong cùng điều kiện thu Tuy nhiên, thực tế cho thấy phương thức truyền tải DVB-T2 hiện tại tại Anh cho thấy sự gia tăng dung lượng có thể đạt tới 66% Bảng 1-1 dưới đây minh họa bộ thông số mạng đa tần đang được áp dụng tại Anh.
Mã sửa lỗi (FEC) 2/3 CC + RS 2/3 LDPC + BCH
Bảng 1.1 Bộ thông số DVB-T và DVB-T2 tại Anh
1.3.2 Sơ đồ khối phía phát hệ thống DVB-T2
Thực tế sơ đồ khối hệ thống DVB-T2 khá tương đồng với sơ đồ khối hệ thống DVB-T, chỉ có sự khác biệt ở sự xuất hiện của T2 Gateway
Hình 1.4 Sơ đồ khối hệ thống DVB-T2 phía phát
- Khối mã hóa ghép kênh Audio/Video có chức năng mã hóa tín hiệu
Âm thanh và video, cùng với các tín hiệu phụ trợ như PSI/SI, được điều khiển bằng công cụ chung để đảm bảo tốc độ bit ổn định cho tất cả các dòng bit Khối này thực hiện chức năng tương tự cho tất cả các tiêu chuẩn DVB, và đầu ra của nó là dòng truyền tải MPEG-TS.
Khối Gateway T2 nhận đầu vào từ MPEG-TS và xuất ra dòng T2-MI Chức năng của khối T2 Gateway là đóng gói luồng MPEG-TS để phù hợp với truyền tải DVB-T2, đồng thời chèn nhãn đồng bộ cho SFN và báo hiệu trong băng bộ điều chế.
- Khối Distribution Network phân chia tín hiệu đến các trạm phát sóng Phương thức truyền tải có thể thông qua mạng cáp quang, vệ tinh…
- Bộ điều chếT2 có đầu vào là T2-MI, đầu ra là tín hiệu RF, tín hiệu RF tiếp tục được khuếch đại rồi được đưa lên anten phát đi.
1.3.3 Sơ đồ khối phía thu hệ thống DVB-T2
Hình 1.5 Sơ đồ khối hệ thống DVB-T2 phía thu
- Anten thu thu được tín hiệu RF đưa vào bộ giải điều chế T2
- Bộ giải điều chếT2 có đầu vào là RF, đầu ra là MPEG-TS
- Bộ giải mã có đầu vào là MPEG-TS đầu ra là tín hiệu (giống gốc)
M ạng đơn tầ n
1.4.1 Tổng quan mạng đa tần số (MFN)
Trong truyền hình số hiện nay, mạng đa tần là một loại mạng phát sóng cho phép các chương trình khác nhau hoặc giống nhau được phát đi từ các máy phát đơn lẻ hoạt động ở các tần số khác nhau Các máy phát trong mạng đa tần hoạt động độc lập và có vùng phủ sóng riêng, với khả năng tách biệt hoặc chồng lấn lên nhau.
1.4.1.2 Nguyên lý m ạng đa tầ n
Các mạng đa tần được thiết kế dựa trên yêu cầu về diện tích phủ sóng và dung lượng chương trình cần truyền tải Nhà mạng sẽ căn cứ vào số lượng tần số được cấp phát để quy hoạch số lượng máy phát, công suất và khoảng cách giữa các máy phát nhằm đảm bảo tái sử dụng tần số hiệu quả Người quy hoạch cần xác định bộ thông số phát để đáp ứng yêu cầu phủ sóng rộng, trong nhà và ngoài trời, đồng thời đảm bảo khả năng chống nhiễu từ các mạng khác và can nhiễu nội mạng khi tái sử dụng tần số.
Hình 1.6 Mạng đơn tần và đa tần số
Các máy phát trong mạng đa tần hoạt động độc lập mà không cần thông tin đồng bộ Khi mạng đa tần tái sử dụng tần số, các máy phát cùng tần số cần được đặt ở khoảng cách an toàn hoặc ở những khu vực địa lý phù hợp, như được che chắn bởi đồi núi, để tránh can nhiễu nội mạng Mạng đa tần rất lý tưởng cho việc thiết lập dịch vụ vùng và truyền tải các kênh địa phương.
1.4.2 Giới thiệu mạng đơn tần (SFN)
Mạng đơn tần (SFN) là một hệ thống phát sóng đặc biệt, trong đó nhiều máy phát phát cùng một tín hiệu trên cùng một tần số và thời điểm Việc sử dụng tần số chung có thể dẫn đến hiện tượng can nhiễu nội mạng Để hoạt động hiệu quả, các máy phát trong mạng đơn tần cần phải được đồng bộ hóa với nhau.
Hình 1.7 Sơ đồ tổng quan hệ thống mạng đơn tần
Hệ thống mạng đơn tần sử dụng sơ đồ tổng quan để quản lý dòng dữ liệu MPEG Dữ liệu MPEG được ghép kênh qua MPEG-2 và sau đó được chuyển đến bộ tiếp hợp mạng đơn tần (SFN adapter), nơi được đồng bộ hóa bằng tín hiệu 1pps và 10MHz từ vệ tinh thông qua bộ GPS Tại đầu ra của bộ tiếp hợp mạng đơn tần, dòng truyền tải MPEG TS được gửi tới bộ tiếp hợp mạng và máy phát (Tx Network adapter) trước khi được truyền qua mạng Mạng truyền dẫn tín hiệu có thể sử dụng cáp.
Mạng truyền dẫn thường sử dụng cáp quang để đảm bảo thời gian và băng thông truyền ổn định Tại các máy phát thuộc SFN, dữ liệu được thu qua bộ thu tiếp hợp mạng (Rx).
Bộ tiếp hợp mạng nhận dòng dữ liệu MPEG TS và chuyển qua bộ xử lý đồng bộ, nơi thực hiện hiệu chỉnh thời gian trễ cho các máy phát Bộ GPS thu tín hiệu đồng bộ 1pps và 10 MHz từ vệ tinh giúp quá trình này Dữ liệu đã được hiệu chỉnh sẽ được đưa qua bộ điều chế DVB, sau đó tín hiệu RF đầu ra sẽ được khuếch đại bởi bộ khuếch đại công suất lớn trước khi phát qua anten.
Chức năng của các khối như sau:
- SFN Adapter: thiết lập Mega-Frame, tạo ra các gói MIP và chèn vào Mega-Frame
TX Adapter : chuyển đổi luồng vận chuyển MPEG-2 sang dạng phù hợp để truyền qua mạng truyền dẫn
RX Adapter : chuyển đổi luồng dữ liệu nhận được từ mạng truyền dẫn sang luồng vận chuyển MPEG-2
- SYNC System: tính toán và thực hiện gây trễ để bù thời gian hỗ trợ việc đồng bộ giữa các trạm phát
- DVB – T2 Modulator: bộđiều chế DVB-T2 phải đảm bảo yêu cầu
Thời gian trễ từ lúc nhận tín hiệu đến lúc bức xạ ra ngoài phải cốđịnh
Nội dung luồng MPEG-2 vào các bộđiều chế phải giống hệt nhau
Xung nhịp của các bộđiều chế tại các trạm phát phải đồng bộ với nhau
- GPS: cung cấp 2 xung nhịp tần số 1Hz (PPS) và 10MHz với mục đích hỗ trợ việc đồng bộ thời gian giữa các nút trong mạng đơn tần
1.4.2.2 Nguyên lý m ạng đơn tầ n
Mạng đơn tần được thiết lập dựa trên yêu cầu về diện tích vùng phủ sóng và dung lượng chương trình cần truyền tải, tương tự như mạng đa tần.
Để tối đa hóa tốc độ bit truyền tải và khoảng cách giữa hai máy phát trong mạng đơn, cần lựa chọn một bộ thông số phù hợp Các máy phát trong mạng này phải có thông tin đồng bộ để hoạt động hiệu quả.
Mạng phát sóng đơn tần (SFN) yêu cầu ba điều kiện quan trọng: các máy phát phát cùng một tần số, cùng thời điểm và cùng nội dung Điều kiện đầu tiên dễ dàng đạt được qua việc điều chỉnh bộ điều chế Tuy nhiên, để đồng bộ hóa thời gian và nội dung giữa các máy phát, cần có bộ thích ứng mạng đơn tần (SFN adaptor) Thiết bị này sẽ bổ sung thông tin cần thiết vào luồng truyền tải, giúp các máy phát hoạt động hiệu quả trong mạng đơn tần Sau khi qua bộ thích ứng, luồng MPEG được đóng gói thành các gói MIP, chứa thông tin báo hiệu như khoảng bảo vệ, băng thông, chế độ điều chế và thông tin đồng bộ như nhãn thời gian và thời gian trễ tối đa Để đảm bảo đồng bộ hóa thời gian, bộ thích ứng và các máy phát nhận tín hiệu từ hệ thống GPS với tần số 10 MHz và 1pps.
Trong mạng đơn tần sử dụng công nghệ DVB-T2, bộ thích ứng mạng đơn tần được gọi là T2-Gateway, có nhiệm vụ đóng gói luồng MPEG-TS vào các gói DVB-T2 đa thành phần T2-Gateway không chỉ chèn thêm thông tin đồng bộ cho mạng đơn tần mà còn phân phối dữ liệu vào các đường ống lớp vật lý khác nhau (PLPs) và tạo ra các gói T2-MI (Modulator Interface) Mỗi mạng SFN cần duy nhất một T2-Gateway để đảm bảo hoạt động hiệu quả.
1.4.2.3 Ưu nhược điể m c ủ a m ạng đơn tầ n a Ưu điểm
Truyền hình tương tự, một ví dụ điển hình của mạng đa tần (MFN), đã tồn tại lâu dài nhưng tiêu tốn nhiều tài nguyên tần số Để khắc phục những nhược điểm của mạng đa tần, mạng đơn tần (SFN) đã ra đời, cung cấp dịch vụ truyền thông hiệu quả hơn.
Sử dụng băng tần hiệu quả và tiết kiệm năng lượng, các tín hiệu từ anten phát đến máy thu thường gặp phải hiện tượng can nhiễu do thời gian trễ khác nhau giữa các đường truyền (trực tiếp và phản xạ), dẫn đến suy giảm tín hiệu và hiện tượng bóng mờ trong máy thu truyền hình tương tự Tuy nhiên, máy thu OFDM trong mạng đơn tần (SFN) có khả năng khắc phục những điều kiện bất lợi này nhờ vào khoảng bảo vệ, kéo dài chu kỳ symbol của tín hiệu có ích và thực hiện kết hợp có tính cấu trúc để tăng cường tín hiệu Đặc biệt, độ lợi mạng (Network Gain) do tính dung sai multipath cho phép cộng công suất tín hiệu từ nhiều máy phát khi tới máy thu mà không cần điều chỉnh thiết bị khi di chuyển trong miền phủ sóng, giúp phủ sóng các vùng lõm bằng trạm phát công suất nhỏ.
- Không thểcài chương trình địa phương vào luồng truyền tải
- Các máy phát chuyển tiếp (Relay transmitters) phức tạp hơn.
- Tự can nhiễu (self – interference hay internal network interference)
1.4.2.4 Can nhi ễ u trong m ạng đơn tầ n
Trong thực tế, hiện tượng phản xạ đa đường ảnh hưởng đến chất lượng thu tín hiệu truyền hình Đối với công nghệ analog, nhiều sóng đến anten thu, gây ra hiện tượng hình ảnh mờ nhòe và bóng ma trên TV, thậm chí làm cho hình ảnh bị biến dạng không thể xem được.
Sóng của máy phát hình số tuân theo quy luật phản xạ, cho phép máy thu nhận tín hiệu từ nhiều hướng khác nhau Các sóng đến từ các hướng khác nhau sẽ có thời gian di chuyển khác nhau đến anten thu, dẫn đến sự khác biệt về tốc độ Trong điều kiện phản xạ đa đường, các sóng tới sẽ tạo ra hiện tượng phức tạp trong quá trình truyền tải tín hiệu.
GIỚ I THI ỆU PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG C Ụ QUY HO Ạ CH
Phương pháp quy hoạ ch m ạng đơn tầ n trong DVB-T2
2.1.1 Yếu tố kỹ thuật và kinh tế trong quy hoạch mạng đơn tần
Trong mạng SFN, tất cả các máy phát sử dụng cùng một kênh tần số, tạo ra vùng phủ sóng chung và không thể hoạt động độc lập Điều này yêu cầu mức độ đồng bộ cao, với tín hiệu phát xạ từ các máy phát khác nhau phải đồng nhất về nội dung Các phát xạ tín hiệu cần diễn ra đồng thời hoặc với độ trễ được kiểm soát chính xác, và các sóng mang cao tần phải tuân theo các yêu cầu tần số nghiêm ngặt.
Việc sử dụng tần số, thiết kế mạng và kích thước vùng phủ sóng có mối liên hệ chặt chẽ Quy hoạch một mạng SFN diện rộng để phủ sóng toàn quốc khác biệt hoàn toàn so với việc sử dụng nhiều mạng SFN nhỏ hơn cho cùng một phạm vi Nhìn chung, mạng SFN có thể được phân loại thành ba loại kích thước khác nhau.
Mạng SFN toàn quốc là một hệ thống phủ sóng rộng khắp, với tất cả các máy phát phát sóng trên cùng một tần số duy nhất Tuy nhiên, mô hình này gặp khó khăn trong việc quy hoạch và phối hợp tần số trên toàn quốc.
Mạng có diện tích lớn cần nhiều máy phát công suất cao, dẫn đến khoảng cách vật lý giữa các máy phát tăng, từ đó gia tăng nguy cơ can nhiễu nội mạng Do đó, việc tận dụng yếu tố địa hình trong thiết kế mạng là rất quan trọng để giảm thiểu rủi ro này.
Một thách thức lớn của mạng SFN là việc truyền tải kênh địa phương, do yêu cầu phải đồng nhất về nội dung trong luồng truyền tải.
Mạng SFN khu vực là những mạng nhỏ được sử dụng để phủ sóng trên toàn quốc, phân theo các khu vực địa lý khác nhau Mỗi mạng SFN khu vực đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tín hiệu phủ sóng đồng đều và hiệu quả.
Mạng SFN có khả năng truyền tải các chương trình giống hoặc khác nhau, điều này rất phù hợp cho việc phát sóng các kênh địa phương Tuy nhiên, một trong những thách thức của loại mạng này là yêu cầu nguồn tài nguyên tần số cao hơn so với mạng SFN toàn quốc.
Mạng SFN tiểu khu vực là loại mạng SFN nhỏ nhất, bao gồm một hoặc vài trạm phát chính có công suất lớn và các trạm lặp với công suất nhỏ Loại mạng này rất phù hợp cho việc phủ sóng trong các khu vực đô thị, đặc biệt là trong môi trường trong nhà.
Yếu tố kinh tế là một trong những yếu tố quan trọng trong thiết kế và quy hoạch mạng đơn tần Trong bối cảnh số hóa hiện nay, cơ sở hạ tầng của mạng lưới phát sóng tương tự trước đây, như cột anten và nhà trạm, có thể được tái sử dụng Những cơ sở hạ tầng này thường được xây dựng tại các khu vực trung tâm với dân số đông, rất phù hợp cho việc thiết lập trạm phát sóng SFN Tuy nhiên, để đáp ứng yêu cầu kỹ thuật về phủ sóng trong nhà và thu di động, các nhà mạng cần bổ sung mạng lưới trạm lặp công suất nhỏ, phân bố đều trong các khu dân cư Việc này đòi hỏi phải có sự tính toán kỹ lưỡng để tối ưu hóa chi phí đầu tư.
Trong quy hoạch mạng SFN, yếu tố kinh tế và kỹ thuật có mối liên hệ chặt chẽ Đôi khi, yếu tố kinh tế được ưu tiên hàng đầu, nhưng cũng có lúc yêu cầu kỹ thuật cần phải được đặt lên trước, bất chấp chi phí Do đó, việc quy hoạch mạng SFN cần phải cân nhắc và phối hợp hài hòa giữa hai yếu tố này để đạt được hiệu quả tối ưu.
2.1.2 Quy trình thiết kế, quy hoạch mạng SFN
Quy trình thiết kế quy hoạch mạng SFN được thực hiện như lưu đồ bên dưới:
Để đảm bảo yêu cầu phủ sóng, cần xác định khu vực cụ thể cần được phủ sóng, diện tích cần đạt được, và dung lượng truyền tải của mạng, bao gồm số lượng kênh chương trình cần phục vụ.
Để xác định số lượng trạm phát sóng cần thiết, trước tiên cần xác định loại mạng SFN, bao gồm ba loại: SFN toàn quốc, SFN khu vực và SFN tiểu khu vực Việc phân loại này sẽ giúp đưa ra dự đoán sơ bộ về số lượng trạm phát sóng cần thiết cho từng loại mạng SFN.
Khi lựa chọn phương thức điều chế và công suất phát sóng cho mạng phát sóng, cần xem xét loại mạng và yêu cầu phủ sóng Điều này bao gồm việc xác định phương thức điều chế, khoảng thời gian bảo vệ và các thông số kỹ thuật khác Đồng thời, dựa vào số lượng trạm phát sóng và diện tích cần phủ sóng, nhà quy hoạch cần phân loại trạm phát theo công suất phù hợp.
Mô phỏng mạng là quá trình nhập các thông số dự kiến vào phần mềm chuyên dụng để xác định vị trí tối ưu cho các trạm Phần mềm sẽ tính toán và cung cấp thông tin về vùng phủ sóng cũng như các khu vực có thể bị nhiễu, giúp tối ưu hóa hiệu suất mạng.
Dựa trên kết quả khảo sát về mức độ phủ sóng và tình trạng can nhiễu trong khu vực, các nhà quy hoạch sẽ thực hiện những điều chỉnh cần thiết đối với các thông số giả thiết ban đầu, nếu có.
Gi ớ i thi ệ u công c ụ mô ph ỏ ng quy ho ạ ch ph ủ sóng truy ề n hình
Hiện nay, nhiều hãng phần mềm nổi tiếng phát triển công cụ quy hoạch phủ sóng trong lĩnh vực viễn thông và truyền hình Hầu hết các phần mềm này hỗ trợ quy hoạch mạng đơn tần DVB-T2, mỗi phần mềm có những đặc điểm và mô hình truyền sóng riêng nhưng đều tuân theo quy chuẩn của ITU Nổi bật trong số đó là phần mềm Giraplan của Progira (Thụy Điển), CHIRplus_BC của LStelcom (Đức) và ICS designer của ATDI (Pháp), với tính năng vượt trội, giao diện thân thiện và độ chính xác cao Bài viết này sẽ giới thiệu chi tiết về phần mềm CHIRplus của LStelcom và Giraplan của Progira.
Kết quả mô phỏng đưa ra trong chương tiếp theo được thực hiện bằng phần mềm Giraplan
2.2.1 Giới thiệu phần mềm CHIRplus_BC của LStelcom
Phần mềm CHIRplus_BC, ra mắt vào năm 1992, được coi là một trong những phần mềm chuyên dụng đầu tiên trong ngành viễn thông và truyền hình Phần mềm này hỗ trợ nhiều công nghệ như T-DAB, DAB+, DVB-T/T2, ISDB-T, ATSC và DTMB, mang lại giải pháp hiệu quả cho người dùng trong lĩnh vực truyền thông.
Hình 2.13 Mô hình phân lớp của phần mềm
Phần mềm được cấu thành từ 7 thành phần Các bước thực hiện mô phỏng tuần tự và liên kết chặt chẽ với nhau
Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một công cụ lưu trữ và quản lý dữ liệu bản đồ số, bao gồm các loại bản đồ như bản đồ địa hình, bản đồ mật độ dân số và bản đồ cắt lớp Độ chính xác của các phép mô phỏng trong GIS phụ thuộc chủ yếu vào độ phân giải của bản đồ số; độ phân giải càng cao thì độ chính xác của phần mềm mô phỏng càng lớn.
Quản lý và xử lý dữ liệu là bước quan trọng trong quá trình mô phỏng phần mềm Dữ liệu tối thiểu cần thiết cho mô phỏng bao gồm tọa độ của máy phát sóng, công suất phát xạ, tần số hoạt động của máy phát, và giản đồ bức xạ của anten Những thông tin này đảm bảo mô phỏng diễn ra chính xác và hiệu quả.
Hình 2.14 Dữ liệu tối thiểu để thực hiện phép mô phỏng
Ngoài các dữ liệu tối thiểu cần thiết cho phép mô phỏng “Data Management” và quản lý thêm các dữ liệu
Thông tin máy phát: Dải công suất, dải tần số, …
Thông tin mạng: Các trạm phát, khu vực, quy hoạch tần số, …
Quản trị công cụ: bố trí hệ thống, người dùng, mật khẩu…
Dữ liệu kết quả mô phỏng: bản đồ phủ sóng, phân tích mạng,…
Thư viện: giản đồ bức xạ anten, thiết bị máy thu,…
Hình 2.15 Mô hình quản lý dữ liệu
- Phần 3: Giao diện người dùng (Graphic User Interface) khá thân thiện và dễ thao tác
Hình 2.16 Giao diện làm việc chính của phần mềm
- Thanh tùy chọn: cung cấp bảng tùy chọn hiển thị, nhập xuất dữ liệu, thêm công cụ,…
- Thanh công cụ: có chứa sẵn các công cụ phục vụ trực tiếp mô phỏng, hiển thị
Bản đồ làm việc là công cụ quan trọng, bao gồm bản đồ nền tương ứng với dữ liệu bản đồ số để phục vụ cho việc mô phỏng Các loại bản đồ nền có thể là bản đồ hành chính, bản đồ địa hình, Google Map, hoặc Bing Map, giúp người dùng dễ dàng hình dung và phân tích thông tin địa lý.
Thanh trạng thái hiển thị vị trí và giá trị của con trỏ, với giá trị phụ thuộc vào thuộc tính được chọn như độ cao địa hình hay cường độ trường Để bắt đầu mô phỏng, người dùng cần khởi tạo một máy phát sóng, có thể thực hiện bằng cách nhấp chuột trên bản đồ hoặc nhập chính xác tọa độ địa lý của máy phát trong giao diện bảng.
Hình 2.17 Các cách thao tác khởi tạo trạm phát trên CHIRplus_BC
Phần 4: Dự đoán truyền sóng là hoạt động của phần mềm dựa trên các mô hình truyền sóng đã có sẵn hoặc được phát triển riêng Việc dự đoán này được thực hiện dựa trên dải tần số của ứng dụng, nhằm tối ưu hóa hiệu quả truyền tải thông tin.
57 một mô hình thích hợp được lựa chọn một số mô hình truyền sóng hay sử dụng trong truyền hình : CRC predict, ITU-R P.1546, CEPT…
Hình 2.18 Một số mô hình truyền sóng và dải tần ứng dụng
- Phần 5: Phân tích nhiễu: tỉ số tín hiệu trên nhiễu C/N, can nhiễu giữa các tín hiệu với nhau
Kết quả của phép dự đoán phủ sóng tạo ra bản đồ phân bố cường độ trường từ máy phát đến máy thu Để máy thu hoạt động hiệu quả, nó cần nhận được cường độ trường tối thiểu Vùng phủ sóng là khu vực mà tất cả các điểm thu có cường độ tín hiệu từ trạm phát lớn hơn giá trị cường độ trường tối thiểu Sự xuất hiện của can nhiễu, cả nội mạng và ngoại mạng, có thể làm thay đổi tỉ số tín hiệu trên nhiễu, từ đó ảnh hưởng đến cường độ trường tối thiểu cần thiết.
Hình dưới đây mô tả trường hợp phủ sóng của một trạm phát khi có can nhiễu từ trạm phát khác:
Hình 2.19 Quan hệ phủ sóng và can nhiễu
Hình ảnh minh họa mối quan hệ phủ sóng giữa máy phát Tx1 và nguồn nhiễu Tx2 Khi các máy phát được phân bố cường độ như trong hình, vùng phủ sóng của máy phát Tx1 (màu xanh) bị thu hẹp do sự xuất hiện của nguồn nhiễu Tx2, so với tình huống chỉ có nhiễu nền (màu xám).
Các máy phát thường hoạt động trong một mạng phát sóng, có thể là mạng đơn tần hoặc đa tần số Sau khi dự đoán phân bố cường độ trường của từng trạm phát, kết quả sẽ được sử dụng để vẽ ra vùng phủ sóng toàn mạng.
- Phần 7: Truy xuất kết quả/dữ liệu
Các kết quả mô phỏng được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu của phần mềm, cho phép người sử dụng dễ dàng truy cập, hiển thị và xuất dữ liệu để phục vụ cho các tính toán khác khi cần thiết.
Phần mềm cho phép hiển thị các kết quả mô phỏng trên bản đồ nền và xuất ra hình ảnh với nhiều định dạng khác nhau
2.2.2 Giới thiệu phần mềm Giraplan của ProGira
2.2.2.1 D ữ li ệ u vào và hi ể n th ị k ế t qu ả c ủ a ph ầ n m ề m
Giraplan là phần mềm mô phỏng vùng phủ sóng cho các trạm phát sóng truyền hình và viễn thông, sử dụng bản đồ địa hình số DEM (Digital Elevation Model) cùng với các dữ liệu phân lớp về sông ngòi, thực vật và đất đai.
Hình 2.20 Bản đồ phân lớp sử dụng trong Giraplan
Hình 2.21 Bản đồ địa hình sử dụng trong Giraplan
Giraplan được tích hợp trực tiếp vào phần mềm ArcGis, cho phép phân tích và hiển thị kết quả tính toán một cách hiệu quả Nhờ vào sự liên kết này, Giraplan tận dụng sức mạnh của ArcGis để hiển thị bản đồ phủ sóng trên nhiều nền bản đồ khác nhau Ngoài ra, Giraplan còn hỗ trợ hiển thị kết quả trên các nền tảng bản đồ trực tuyến như Bingmap và Googlemap.
Hình 2.22 Hiển thị kết quả mô phỏng trên Bingmap
2.2.2.2 Liên k ế t d ữ li ệ u và tính toán trong Giraplan
Phần mềm Giraplan cho phép mô phỏng vùng phủ sóng cho một trạm phát riêng lẻ hoặc một mạng phát sóng đơn tần và đa tần số với nhiều trạm phát Kết quả tín toán vùng phủ sóng của trạm đơn lẻ được sử dụng làm đầu vào cho mô phỏng vùng phủ sóng của toàn mạng Dữ liệu và quy trình mô phỏng của Giraplan được minh họa rõ ràng trong hình dưới đây.
Hình 2.23 Dữ liệu và quá trình mô phỏng của phần mềm Giraplan
Để bắt đầu quá trình mô phỏng người dùng, cần nhập dữ liệu của từng trạm phát, bao gồm tọa độ, công suất và tần số hoạt động của máy phát Ngoài ra, người dùng cũng có thể xuất dữ liệu từ các trạm đã có sẵn để sử dụng.
Lựa chọn và tính toán vùng phủ sóng của trạm phát ( có thể bao gồm nhiều máy phát)
Kết quả tính toán vùng phủ sóng của m ộ t tr ạ m
Lựa chọn trạm và tính toán vùng phủ sóng của mạng ( gồm nhiều trạm – một kênh tần s ố )