Tiểu luận môn học phát thanh và truyền hình (4)

Tổng quan về truyền hình số qua vệ tinh

Với đặc điểm địa hình đa dạng và mật độ dân cư không đồng đều, việc truyền tín hiệu truyền hình qua vệ tinh là phương thức hiệu quả nhất để phủ sóng toàn quốc tại Việt Nam Từ tháng 4 năm 1998, truyền hình Việt Nam đã áp dụng công nghệ truyền hình số qua vệ tinh với chương trình VTV3 phát sóng trên băng tần Ku qua vệ tinh Thaicom 2 Hiện nay, tất cả các chương trình của truyền hình Việt Nam đều sử dụng công nghệ này để truyền dẫn tín hiệu.

Việc chuyển đổi sang phát truyền hình số qua vệ tinh sẽ mở ra nhiều dịch vụ mới, kết hợp với việc truyền dẫn tín hiệu truyền hình qua vệ tinh trong tương lai.

Tiểu luận Đề tài: Chuẩn truyền hình số qua vệ tinh

Truyền hình trực tiếp từ vệ tinh tới các hộ gia đình (DTH) cho phép người xem thu nhận các kênh truyền hình trực tiếp từ vệ tinh thông qua anten có đường kính từ 60cm đến 90cm.

Hình 1: Một số ứng dụng của truyền hình số qua vệ tinh

Đài THVN đã áp dụng phương thức truyền dẫn tín hiệu hiệu quả đến các trạm phát lại mặt đất, giúp đưa các chương trình VTV1, VTV2, VTV3, VTV5 đến hơn 100 trạm phát lại tại các tỉnh thành phố và hàng ngàn máy phát lại công suất nhỏ tại các huyện, xã trên toàn quốc.

Truyền hình độ phân giải cao (HDTV) mang đến cho người xem các kênh truyền hình với chất lượng hình ảnh sắc nét, vượt trội hơn hẳn so với hệ thống truyền hình tương tự, nhờ vào khả năng sử dụng băng thông rộng của một bộ phát đáp.

Truyền dẫn tín hiệu truyền hình lưu động (SNG) cho phép truyền tin nhanh chóng từ hiện trường về studio, phục vụ cho việc phát sóng trực tiếp các chương trình ca nhạc, thể thao và các sự kiện quan trọng.

Truyền hình lưu động Đầu cuối CATV

Máy phát mặt đất SMATV

Kiến trúc truyền hình số qua vệ tinh

Sau đây là Sơ đồ khối truyền hình số qua vệ tinh:

Hình 2: Sơ đồ khối truyền hình số qua vệ tinh

Khối mã hóa tín hiệu và ghép kênh

Dòng truyền tải TS có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu truyền hình tương tự thành tín hiệu số, sau đó nén theo tiêu chuẩn MPEG-2 Các dòng bit thu được sẽ được phân vào các gói dòng truyền tải TS, có thể là đơn chương trình hoặc đa chương trình tùy thuộc vào hệ thống Để nâng cao tính bảo mật, các biện pháp khóa mã cũng có thể được áp dụng trong hệ thống.

Sau khi tín hiệu MPEG-2 được tạo thành, nó sẽ được chuyển đến khối điều chế tín hiệu số Khối điều chế này có chức năng chuyển đổi tín hiệu truyền hình số MPEG-2 thành tín hiệu trung tần IF (Intermediate Frequency) với tần số 70/140 MHz Các kiểu điều chế được sử dụng sẽ khác nhau tùy thuộc vào các tiêu chuẩn cụ thể.

9 nhau Các kiểu điều chế được áp dụng trong tiêu chuẩn DVB-

S là QPSK, BPSK, 8PSK hay 16PSK; trong DVB-S2 là QPSK, 8PSK, 16APSK, 32APSK

Khối cao tần RF phát

Tín hiệu IF được biến đổi và nâng tần lên tần số vô tuyến RF Sau đó, tín hiệu RF được gửi đến bộ khuếch đại công suất để tăng cường công suất đủ lớn Tiếp theo, tín hiệu đi qua bộ lọc thông dải (Duplexer) để lọc tín hiệu trong băng tần sử dụng mà không ảnh hưởng đến các băng tần khác, trước khi được truyền tới anten phát vệ tinh.

Khối cao tần RF thu

Hệ thống thu tín hiệu hoạt động ngược lại với hệ thống phát Tín hiệu sau khi được thu qua anten sẽ được gửi đến khối LNB (Low Noise Block) hoặc bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA (Low Noise Amplifier), sau đó được chuyển đổi xuống trung tần IF.

Khối giải điều chế Tín hiệu trung tần sẽ được giải điều chế tương ứng với phương pháp điều chế bên phát tạo thành dòng truyền tải

Khối giải mã tín hiệu và giải ghép kênh

Dòng truyền tải được giải nén, giải ghép kênh để thu được hình ảnh truyền hình

Bảng 1: Chức năng các khối trong sơ đồ khối truyền hình số qua vệ tinh

Tiêu chuẩn DVB -S

Tiêu chuẩn DVB-S, ra đời vào năm 1994, đã trở thành phương pháp phổ biến để truyền tín hiệu truyền hình qua vệ tinh Mặc dù có nhiều ưu điểm, nhưng đường truyền vệ tinh cũng gặp phải nhược điểm lớn như khoảng cách thông tin xa và dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu và tạp âm Hơn nữa, dòng truyền tải MPEG-2 không tích hợp chức năng sửa lỗi, khiến cho việc truyền trực tiếp trở nên khó khăn.

Tiêu chuẩn DVB-S được thiết kế trên cơ sở gia tăng khả năng chống nhiễu cho dòng truyền tải MPEG-2

Theo DVB-S, quá trình xử lý tín hiệu truyền hình vệ tinh gồm các bước như sau:

1) Thích nghi đầu vào và phân tán năng lượng

2) Mã hóa ngoài sử dụng mã Reed-Solomon RS (204,188)

3) Xáo trộn bit nhằm tăng khả năng chống lỗi cụm

4) Mã hóa trong sử dụng mã xoắn với các tỷ lệ mã khác nhau

5) Lọc băng gốc và điều chế QPSK

Hình 3: Sơ đồ khối hệ thống truyền hình vệ tinh DVB – S

Mã hóa và ghép kênh MPEG - 2

Mã hóa trong [Mã chập]

Lọc băng gốc Điều chế QPSK

Thích nghi đầu vào và phân tán năng lượng

1.1 Thích nghi đầu vào và phân tán năng lượng (MUX Adaptation and Energy

Quá trình phân tán năng lượng của dòng bit đầu vào là cần thiết để xáo trộn các bit, nhằm ngăn chặn hiện tượng tập trung các bit giống nhau với số lượng lớn Việc này giúp tránh tình trạng tập trung năng lượng trong phổ, hay còn gọi là phổ vạch, điều mà cần phải được hạn chế.

 Sự tập trung năng lượng cao tần sẽ tăng khả năng tạo ra giao thoa trong các kênh có tần số cạnh nhau

Các vạch phổ cố định có thể gây ra vấn đề nghiêm trọng trong quá trình thu tín hiệu Điều này xảy ra do bộ dao động nội có khả năng điều chỉnh đến các vạch phổ thay vì sóng mang, dẫn đến việc mất mát thông tin quan trọng.

Các vạch phổ, thực chất là thành phần một chiều DC, gặp khó khăn trong việc truyền dẫn và có thể gây mất mát thông tin Để khắc phục tình trạng này, quá trình phân tán năng lượng cần được thực hiện thông qua việc ngẫu nhiên hóa Ngẫu nhiên hóa được tiến hành theo nguyên lý tương tự như kỹ thuật trải phổ, trong đó dãy bit đầu vào sẽ được cộng modul 2 với một dãy bit giả ngẫu nhiên (PRBS).

Chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên (Pseudo Random Binary Sequence) được sinh ra từ các thanh ghi dịch, biến đổi tín hiệu đầu vào có phổ bất kỳ thành tín hiệu có phổ tương tự như phổ của tín hiệu giả ngẫu nhiên.

Tại phía thu, dãy bit thu được sẽ được cộng với dãy bit giả ngẫu nhiên để khôi phục dữ liệu giống như trước khi xáo trộn Để đảm bảo tín hiệu sau khi khôi phục hoàn toàn giống với tín hiệu đã truyền, tín hiệu giả ngẫu nhiên tại phần thu cần phải hoàn toàn giống và đồng bộ với phần phát.

1.2 Mã hóa ngoài (Outer coding) Đường truyền vệ tinh chịu ảnh hưởng lớn của nhiễu và tạp âm nên việc áp dụng các phương pháp sửa lỗi là rất cần thiết Thông tin truyền hình là dạng thông tin một chiều do vậy phương pháp sửa lỗi được sử dụng là phương pháp sửa lỗi trước (FEC-Forward Error Correction) Theo phương pháp này, phía thu khi nhận được tín hiệu sẽ có khả năng phát

12 hiện và tự sửa chữa lỗi bit nếu có

Sau khi dòng bit được xử lý qua khối thích nghi dòng truyền tải và phân tán năng lượng, nó sẽ được chuyển đến khối mã hóa ngoài Trong tiêu chuẩn DVB, mã ngoài sử dụng là mã Reed-Solomon (204,188), một loại mã khối xử lý các khối mã có kích thước cố định Đối với mã RS, kích thước khối mã là 188 byte, tương thích với kích thước gói truyền tải MPEG-2 Mỗi gói này còn được bổ sung thêm 16 byte thông tin phục vụ cho việc xác định và sửa lỗi tại phía thu, do đó kích thước từ mã sau bộ mã hóa ngoài đạt 204 byte.

Hình 4: Gói dòng truyền tải TS của MPEG-2

Mã RS (204, 188) trong lý thuyết mã khối có khả năng sửa tối đa 8 byte lỗi trong một gói Khả năng sửa lỗi của mã khối đối với lỗi ngẫu nhiên phụ thuộc vào khoảng cách, hay số vị trí khác nhau tối thiểu giữa các cặp mã khác nhau.

Mã RS (204, 188) có khả năng sửa lỗi ngẫu nhiên và lỗi chùm, nhưng hiệu quả chỉ với các lỗi đơn Khi lỗi chùm ảnh hưởng đến hơn 8 byte, mã RS (204, 188) không đủ khả năng khắc phục và cần kết hợp với các phương pháp sửa lỗi khác.

1.3 Khổi xáo trộn bit (Forney Convolutional Interleaver)

Phương pháp xáo trộn bit kết hợp với mã sửa lỗi RS (204, 188) giúp cải thiện khả năng sửa lỗi chùm Khi lỗi chùm xảy ra, chất lượng tín hiệu thu được sẽ giảm đột ngột Nếu lỗi chùm vượt quá 8 byte, phương pháp mã sửa sai RS sẽ không đủ hiệu quả.

(204, 188) không thể khắc phục được và dẫn tới sự sai lệch trong quá trình giải mã

187 byte thông tin Byte đồng bộ

Nguyên lý xáo trộn bit trong truyền tín hiệu liên quan đến việc xáo trộn các byte trong các gói khác nhau theo một quy luật nhất định, đảm bảo rằng các byte liền nhau thuộc về các gói khác nhau Tại phía thu, quá trình xáo trộn được thực hiện ngược lại với phía phát Khi xảy ra lỗi chùm trên đường truyền, các lỗi này sẽ phân tán đều giữa các gói, thay vì tập trung vào một gói duy nhất, giúp khắc phục lỗi trong một giới hạn nhất định.

Hình 6: Minh họa tác dụng của việc xáo trộn bit: lỗi chùm được phân tán thành nhiều lỗi đơn

1.4 Mã hóa trong (mã chập)

Mã hóa trong là lớp mã thứ hai trong truyền hình số vệ tinh và mặt đất, nhằm nâng cao khả năng sửa lỗi đường truyền Theo tiêu chuẩn DVB-S, mã hóa trong sử dụng mã chập (convolutional code), khác với mã khối ở chỗ không xử lý các khối bit cố định Dòng bit đầu vào được đưa vào một thanh ghi dịch có kích thước K, gọi là chiều dài ràng buộc của bộ mã hóa Tín hiệu đầu vào sẽ được cộng modul 2 với nội dung trong thanh ghi dịch, tạo ra tín hiệu mã hóa bằng cách cộng với chính nó đã được làm trễ về thời gian.

Mã chập được sử dụng trong tiêu chuẩn DVB-S có số tầng của thanh ghi dịch là 6

Như vậy số trạng thái có thể có là 2 6 = 64 trạng thái

Hình 7: Sơ đồ bộ tạo mã chập trong tiêu chuẩn DVB-S

Tỷ lệ mã 1/2 trong hệ thống truyền dẫn tương ứng với việc dòng bit đầu ra gấp đôi dòng bit đầu vào, mang lại khả năng sửa lỗi cao nhưng cũng dẫn đến lãng phí thông tin vì chỉ 50% dữ liệu là hữu ích Để cải thiện hiệu suất, các bit sửa lỗi có thể được loại bỏ thông qua phương pháp puncturing Nhờ vào biện pháp này, mã trong tiêu chuẩn DVB-S có thể đạt được các tỷ lệ mã như 1/2.

2/3, 3/4, 5/6, 7/8 Đây là tỷ lệ giữa thông tin có ích và thông tin được truyền Tỷ lệ

Tỷ lệ 1/2 phản ánh việc không sử dụng loại bỏ bit, tối đa hóa khả năng sửa lỗi, trong khi tỷ lệ 7/8 mang lại hiệu suất cao với số lượng bit thông tin lớn nhất Việc lựa chọn tỷ lệ mã phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng, có thể là khả năng sửa lỗi hoặc tốc độ bit.

1.5 Lọc băng gốc và điều chế tín hiệu (Baseband Shaping & Modultation)

Các thông số kĩ thuật đường truyền của tiêu chuẩn DVB-S

 Dung lượng tốc độ phát và băng thông bộ phát đáp

Hệ thống vệ tinh DVB nổi bật với tính linh hoạt, cho phép người dùng tùy chọn điều chế, tốc độ ký hiệu và tốc độ mã hóa nhằm tối ưu hóa hiệu suất liên kết vệ tinh Điều này giúp tối ưu hóa việc sử dụng phổ trên bộ phát đáp vệ tinh và giảm thiểu yêu cầu về nguồn điện trong từng trường hợp cụ thể.

Trong các cấu hình đơn sóng mang của bộ chuyển tiếp tín hiệu, tốc độ ký hiệu truyền RS cần được điều chỉnh phù hợp với băng thông của bộ chuyển tiếp tín hiệu (BW) để tối ưu hóa công suất truyền Băng thông này thường được xác định ở mức -3 dB, kết hợp với bộ lọc IMUX và OMUX, nhằm đảm bảo rằng sự suy giảm tín hiệu nằm trong giới hạn chấp nhận được Hiện tại, các băng thông của bộ chuyển tiếp tín hiệu trên vệ tinh hoạt động tại Châu Âu trong các băng tần BSS và FSS dao động từ 26 đến 72 MHz, trong đó 33 MHz là giá trị điển hình cho các ứng dụng DTH.

Hình 1 (dựa trên mô phỏng RAI) minh họa sự suy giảm 𝐸 𝑏 /𝑁 0 tại BER=2 × 10 −4 trên kênh vệ tinh do giới hạn băng thông (IMUX và OMUX) Giá trị BER=2 × 10 −4 (sau khi giải mã Viterbi) được sử dụng làm tham chiếu cho các hệ thống DVB, thường được coi là mục tiêu gần như không có lỗi (QEF), tương ứng với ít hơn một lỗi chưa được sửa mỗi giờ truyền sau khi giải mã Reed-Solomon Suy giảm 0 dB tham chiếu đến trường hợp bộ chuyển tiếp tín hiệu vệ tinh không có giới hạn băng thông (BW =∞) và với TWTA bão hòa (OBO=0 dB) Tỷ lệ mã hóa bên trong 2/3 và 7/8, liên quan đến điều chế QPSK không được mã hóa, đã được phân tích, đồng thời cần xem xét các biên phù hợp để đảm bảo tính ổn định về nhiệt và lão hóa của bộ chuyển tiếp tín hiệu.

Trong cấu hình FDM đa sóng mang, RS có thể được kết nối với BS qua khe tần số đã được phân bổ theo kế hoạch tần số, nhằm tối ưu hóa khả năng truyền dẫn.

18 cho sự giao thoa lẫn nhau giữa các sóng mang lân cận ở mức có thể chấp nhận được

Hình 11: Suy hao 𝐸 𝑏 /𝑁 0 do giới hạn băng thông bộ chuyển tiếp

Hình 12: Dung lượng tốc độ bit so với băng thông khả dụng

Hình 12 minh họa dung lượng tốc độ bit hữu ích tối đa 𝑅 𝑢 mà hệ thống DVB-S và DVB-DSNG có thể đạt được so với băng thông phân bổ BW hoặc BS 𝑅 𝑢 đại diện cho tốc độ bit hữu ích (định dạng 188 byte) sau khi thực hiện MPEG-2 MUX Tốc độ ký hiệu 𝑅 𝑠 tương ứng với băng thông -3 dB của tín hiệu điều chế, trong khi 𝑅 𝑠 (1 + 𝛼) phản ánh tổng băng thông tín hiệu lý thuyết sau bộ điều biến Cần lưu ý rằng các số liệu về tốc độ bit rất thấp và rất cao có thể không phù hợp với các ứng dụng cụ thể, và tỷ lệ 𝐵𝑊/𝑅 𝑠 cũng cần được xem xét.

Hệ số triển khai của điều chế được chấp nhận là 𝜂 = 1 + 𝛼 = 1.35, trong đó 𝛼 là hệ số triển khai Lựa chọn này giúp giảm thiểu hệ số suy giảm 𝐸 𝑏 / 𝑁 0 do giới hạn băng thông của bộ chuyển tiếp tín hiệu và nhiễu từ các kênh lân cận Để đạt được tốc độ bit cao hơn, có thể sử dụng hệ số 𝛼 = 0.25 cho 8-PSK và 16-QAM, dẫn đến 𝐵𝑊/𝑅 𝑠 hay 𝐵𝑆/𝑅 𝑠 với 𝜂 = 1 + 𝛼 = 1.25.

Tỷ lệ 𝐵𝑊/𝑅 𝑠 hay 𝐵𝑆/𝑅 𝑠 có thể được chấp nhận cho các yêu cầu của dịch vụ khác nếu khác với 1 + 𝛼 Việc áp dụng các số liệu thấp hơn đáng kể so với 1 + 𝛼, chẳng hạn như 𝐵𝑆/𝑅 𝑠 = 1.20, cần được xem xét cẩn thận.

Để nâng cao hiệu quả khai thác phổ, việc chồng lấn nhẹ giữa các tín hiệu đã được điều chế trong miền tần số cần được nghiên cứu kỹ lưỡng theo từng trường hợp Điều này là cần thiết vì có thể xảy ra sự suy giảm hiệu suất nghiêm trọng do giới hạn băng thông và nhiễu từ các kênh lân cận, đặc biệt là trong các phương pháp điều chế như 8PSK và 16QAM với tốc độ mã hóa cao, chẳng hạn như 5/6 hoặc 7/8.

Độ nhạy với nhiễu truyền được biểu thị qua tỷ lệ 𝐸 𝑏 /𝑁 0 cần thiết để đạt được BER mục tiêu trong hệ thống DVB 𝐸 𝑏 đại diện cho năng lượng trên mỗi bit hữu ích, trong khi N 0 là mật độ phổ của AWGN Hệ thống DVB được thiết kế để đạt chất lượng gần như không có lỗi, với mục tiêu khoảng dưới một sự kiện lỗi không chính xác mỗi giờ truyền ở đầu vào bộ phân kênh MPEG-2 Để đạt được mục tiêu này, cần sử dụng xen kẽ và sửa lỗi RS, tương ứng với tỷ lệ lỗi bit (BER) khoảng 2 × 10 −4 ở đầu ra bộ giải mã TCM/Viterbi Tuy nhiên, các đánh giá này chỉ xem xét nhiễu tĩnh và giải điều chế lý tưởng, trong khi nhiễu pha và sự không ổn định khôi phục sóng mang có thể gây ra lỗi không thể sửa được Do đó, cần thận trọng khi thiết kế bộ chuyển đổi tần số và hệ thống khôi phục sóng mang trong các sơ đồ mã hóa DVB-DSNG để tránh gián đoạn dịch vụ.

Bảng 1 trình bày các yêu cầu về hiệu suất của hệ thống vòng lặp IF cho các chế độ khác nhau, liên quan đến tỷ số 𝐸 𝑏 /𝑁 0 cần thiết để đạt được tỷ lệ lỗi bit (BER) mục tiêu là 2 × 10 −4, điều này cho thấy chất lượng gần như không có lỗi Các giá trị của 𝐸 𝑏 /𝑁 0 được tính toán dựa trên tốc độ bit hữu ích 𝑅 𝑢 với định dạng 188 byte trước khi thực hiện mã hóa RS, đồng thời có tính đến hệ số 10log 188.

Biên độ triển khai của modem được báo cáo trong cột thứ năm, với giá trị 204 ≈ 0,36 dB cho mã bên ngoài Reed Solomon Đối với các sơ đồ 8PSK và 16QAM, biên độ triển khai tăng lên để cải thiện hiệu suất phổ, nhằm đối phó với độ nhạy lớn hơn Sơ đồ 8PSK 8/9 phù hợp với bộ phát đáp vệ tinh gần bão hòa nhờ vào đường bao gần như không đổi, trong khi 16QAM 3/4 cung cấp hiệu quả phổ tốt hơn cho bộ chuyển tiếp bán tuyến tính trong cấu hình FDMA.

Hiệu suất vòng lặp IF của hệ thống vệ tinh DVB cho thấy độ bền chống nhiễu của TV kỹ thuật số (QPSK -3/4) so với PAL/FM tương tự trên kênh vệ tinh Sự suy giảm chất lượng được đo bằng tỷ lệ công suất tín hiệu trên nhiễu C/N, với băng thông máy thu tương tự BRX là 36 MHz, phản ánh quá trình truyền FM/TV qua vệ tinh với độ lệch tần số 25 MHz/V Để đảm bảo tính công bằng trong so sánh, hệ thống kỹ thuật số được vận hành đồng thời.

Mỗi bộ chuyển tiếp tín hiệu đều có một tín hiệu riêng và tỷ lệ C/N được đo trong cùng băng tần BRX 36MHz, với tín hiệu tương tự được xem xét giảm 1dB trên bộ chuyển tiếp.

Từ Hình 13, một tín hiệu DSNG ở tốc độ 17 Mbit / s, cung cấp chất lượng gần như đóng

Để hoạt động gần như không có lỗi, hệ thống 21 góp yêu cầu khoảng 3 dB C/N trong băng tần 36 MHz, trong khi đó, hệ thống FM/PAL tương tự cần tới 12-13 dB để đảm bảo chất lượng hình ảnh chấp nhận được Nếu tốc độ truyền giảm xuống 8,5 Mbit/s, phù hợp với các ứng dụng DSNG có chất lượng PAL, tỷ lệ C/N yêu cầu sẽ giảm xuống còn 0 dB.

Hình 13: Suy giảm hình ảnh so với C / N: TV kỹ thuật số (QPSK-3/4) và FM /

TV analog trên kênh vệ tinh

Giải pháp kỹ thuật số này mang lại hiệu suất vượt trội, cho phép cung cấp chất lượng hình ảnh và âm thanh gần như không khác biệt so với nguồn nén Điều này đạt được nhờ vào việc thiết kế danh sách liên kết cẩn thận, giúp duy trì biên độ phù hợp để chống lại sự suy giảm do mưa, đảm bảo dịch vụ hoạt động hiệu quả.

Giới thiệu về tiêu chuẩn DVB-S2

DVB-S2 là tiêu chuẩn truyền hình số vệ tinh thế hệ thứ hai, được phát triển từ năm 2003, với phiên bản mới nhất là V1.2.1 ra mắt vào tháng 8 năm 2009 Tiêu chuẩn này kết hợp các chức năng của truyền hình quảng bá DVB-S và ứng dụng chuyên nghiệp DVB-DSNG, mang lại hiệu quả sử dụng băng tần cao hơn và tính linh hoạt tốt hơn Trong tương lai, DVB-S2 dự kiến sẽ thay thế hoàn toàn hai tiêu chuẩn trước đó nhờ những ưu điểm vượt trội của nó.

Hình 14: Sơ đồ khối hệ thống DVB-S2 Trong sơ đồ hệ thống DVB-S2 bao gồm các khối chính sau:

1) Khối thích nghi kiểu truyền dẫn (Mode Adaptation)

2) Khối thích nghi dòng truyền tải (Stream Adaptation)

3) Khối mã hóa sửa lỗi trước FEC

4) Khối ánh xạ bit lên chòm sao điều chế (Bit Mapping Into Constellation)

5) Tạo khung lớp vật lý (PL Framing)

6) Lọc băng gốc và điều chế cầu phương (Baseband Shaping & Quadrature Modultation)

3.1 Khối thích nghi kiểu truyền dẫn

Khối thích nghi kiểu truyền dẫn thực hiện việc thích nghi giao diện đầu vào, mã hóa CRC-

Để phát hiện lỗi và đồng bộ hóa trong trường hợp đầu vào đa chương trình, dòng bit được chia thành các DATA FIELD Cuối cùng, một tín hiệu báo hiệu được thêm vào để cung cấp thông tin cơ bản về dữ liệu và cấu trúc khung Định dạng chuỗi bit đầu ra của khối thích nghi kiểu truyền dẫn sẽ bao gồm trường BBHEADER (80 bit) và trường dữ liệu DATA FIELD có kích thước không cố định.

 Khối giao diện đầu vào

Theo định nghĩa, đầu vào của hệ thống DVB-S2 có thể là:

 Một hoặc nhiều dòng truyền tải (TS) MPEG

 Một hoặc nhiều dòng dữ liệu chung, có thể là dòng bit liên tục hoặc dạng gói

DVB-S2 hỗ trợ nhiều loại đầu vào khác nhau, yêu cầu các dạng đầu vào này phải được nhận diện và chuyển đổi về một định dạng chung Hệ thống DVB-S2 phân loại đầu vào dựa trên độ dài của dòng bit và gán các giá trị độ dài gói UPL (User Packets Length) tương ứng.

 Dòng truyền tải TS: Giá trị UPL cố định và bằng (188 x 8) bit (độ dài một gói MPEG) Byte đầu tiên luôn là byte đồng bộ (47 𝐻𝐸𝑋 )

Dòng dữ liệu chung có thể là dòng bit liên tục (UPL = 𝑂 𝐷) hoặc dạng gói dữ liệu Nếu gói dữ liệu có độ dài không đổi và nhỏ hơn 64K, UPL sẽ được gán bằng độ dài của gói Ngược lại, nếu không thỏa mãn hai điều kiện này, đầu vào sẽ được xem như dòng liên tục (UPL = 𝑂 𝐷) Đối với các gói dữ liệu không thuộc dòng truyền tải, nếu byte đồng bộ là byte đầu tiên, nó sẽ không bị thay đổi Nếu không, byte đồng bộ bằng 𝑂 𝐷 sẽ được thêm vào phía trước gói và giá trị UPL sẽ tăng thêm 8 bit.

Tín hiệu điều khiển ACM (ACM Command) cho phép điều chỉnh tỷ lệ đầu vào trong chế độ mã hóa điều chế thích nghi Việc sử dụng tín hiệu này giúp hệ thống thích ứng tốt hơn với các điều kiện truyền dẫn hiện có.

Mã hóa CRC chỉ được sử dụng cho dạng dữ liệu gói Nếu UPL = 0D thì khối này được bỏ qua không xử lý

Trường hợp UPL ≠ 0, dòng bit đầu vào sẽ có dạng một chuỗi các gói dữ liệu người dùng

UP (User Packet) với độ dài UPL, bắt đầu bằng byte đồng bộ (byte đồng bộ được hệ thống gán bằng 0 nếu không có)

Nếu như vậy, phần mang thông tin có ích của gói UP (ngoại trừ byte đồng bộ) sẽ được đưa vào bộ mã hóa CRC, với đa thức sinh: g(X) = (𝑋 5 + 𝑋 4 + 𝑋 3 + 𝑋 2 + 1)(𝑋 2 + X + 1)(X +

Đầu ra của bộ mã hóa CRC được xác định bởi phần dư của phép tính [𝑋⁸ u(X): g(X)], trong đó u(X) là gói đầu vào sau khi đã loại bỏ 8 bit của byte đồng bộ Giá trị phần dư này sẽ được sử dụng để thay thế cho byte đồng bộ của gói UP tiếp theo, trong khi byte đồng bộ cũ sẽ được sao chép vào trường SYNC của BBHEADER.

Hình 15: Hoạt động của bộ mã hóa CRC-8

Khối Merger/Slicer nhận đầu vào từ dòng bit liên tục hoặc gói UP và bao gồm hai thành phần thực hiện hai nhiệm vụ khác nhau.

Slicer là công cụ dùng để đọc dữ liệu từ các dòng đầu vào, trong trường hợp có nhiều đầu vào, nó chỉ chọn một dòng để xử lý Sau đó, Slicer sẽ phân chia dữ liệu thành các khối DATA FIELD với kích thước DFL (Data Field).

Length) Giá trị DFL phải thỏa mãn:

Độ dài khối bit trước khi mã hóa BCH, ký hiệu là 𝐾 𝑏𝑐ℎ, có thể nhận các giá trị khác nhau tùy thuộc vào tỷ lệ mã được áp dụng, trong khi kích thước của trường BBHEADER là 80 bit.

Merger là quá trình kết hợp các khối DATA FIELD trong cùng một dòng dữ liệu đầu vào Nếu chỉ có một dòng dữ liệu, khối Merger sẽ không cần thiết và sẽ bị bỏ qua Tùy thuộc vào ứng dụng, việc phân chia các bit vào trường DATA FIELD có thể được thực hiện theo hai cách khác nhau.

Lấp đầy kích thước tối đa của DATA FIELD theo độ dài bit yêu cầu trước khi mã hóa BCH, trừ đi 80 bit BBHEADER (𝐾 𝑏𝑐ℎ -80) Do đó, một gói UP có thể được chia thành nhiều DATA FIELD khác nhau.

 Ngược lại, có thể phân chia sao cho mỗi DATA FIELD chỉ chứa một số nguyên các

Các gói UP có thể được phân chia vào các trường DATA FIELD khác nhau, và các byte đồng bộ sẽ được thay thế bằng trường sửa lỗi CRC-8 Để thực hiện đồng bộ ở phía phát, cần xác định số bit từ đầu một DATA FIELD đến bit đầu tiên của trường CRC-8 Khoảng cách này sẽ được lưu trữ trong trường SYNCD trong BBHEADER.

Hình 16: Định dạng đầu ra sau khối thích nghi kiểu truyền dẫn

Một trường BBHEADER có độ dài cố định 10 byte được thêm vào đầu DATA FIELD để xác định cấu trúc của nó BBHEADER bao gồm nhiều thành phần quan trọng.

MATYPE (2 byte) mô tả định dạng dòng dữ liệu đầu vào, phương pháp thích nghi kiểu truyền dẫn, chế độ làm việc CCM hoặc ACM, và hệ số roll-off α Byte đầu tiên (MATYPE-1) bao gồm các thành phần cần thiết cho việc xác định các thông số này.

 TS/GS-Transport Stream/Generic Stream: Đầu vào là dòng truyền tải hay dòng dữ liệu chung (2 bit)

 SIS/MIS-Single Input Stream/Multiple Input Stream: Một hay nhiều dòng dữ liệu đầu vào (1bit)

 CCM/ACM: Mã hóa và điều chế không đổi CCM hay mã hóa và điều chế thích nghi ACM (1bit)

 ISSYI-Input Stream Synchronization Indicator: Chỉ thị cơ chế định thời ở phía thu có hoạt động hay không (1bit)

 NPD-Null Packet Deletion: Chỉ thị cơ chế xóa các gói rỗng có hoạt động hay

 RO: Hệ số roll-off α (2bit)

Bảng 4 trình bày giá trị các trường trong MATYPE-1, trong đó byte thứ 2 (MATYPE-2) có vai trò quan trọng Nếu trường SIS/MIS chỉ thị nhiều dòng dữ liệu đầu vào, byte thứ 2 sẽ chứa nội dung xác định các dòng dữ liệu này thông qua ISI (Input Stream Identifier) Ngược lại, nếu không có nhiều dòng dữ liệu, byte này sẽ được dự phòng.

 UPL-User Packet Length (2 byte): Chiều dài của gói người dùng UP [bit] UPL nhận các giá trị trong khoảng [0, 65535]

 DFL-Data Field Length (2 byte): chiều dài của DATA FIELD, [bit] DFL nhận các giá trị trong khoảng [0, 58112]

 SYNC (1byte): bản sao của byte đồng bộ gói UP

 SYNCD (2 byte): khoảng cách từ bit đầu tiên của DATA FIELD và bit bắt đầu của trường CRC-8 đầu tiên thuộc DATA FIELD đó

 CRC-8: byte chỉ thị lỗi áp dụng cho 9 byte đầu tiên của BBHEADER

3.2 Khối thích nghi dòng truyền tải

Hình 17 : Khối thích nghi dòng truyền tải

Điểm khác biệt giữa DVB-S và DVB-S2

DVB-S2 (Digital Video Broadcasting-Satellite-Second Generation) là tiêu chuẩn phát sóng truyền hình kỹ thuật số tiên tiến, được phát triển dựa trên hệ thống DVB-S Tiêu chuẩn này bổ sung hai tính năng chính mới so với DVB-S, nâng cao hiệu suất và chất lượng truyền tải tín hiệu.

Một sơ đồ mã hóa mạnh mẽ sử dụng mã LDPC hiện đại, với độ phức tạp mã hóa thấp Các mã LDPC được lựa chọn có cấu trúc đặc biệt, được gọi là mã tích lũy không thường xuyên.

Các chế độ VCM (Mã hóa và điều chế) và ACM (Mã hóa thích ứng và điều chế) giúp tối ưu hóa băng thông bằng cách điều chỉnh linh hoạt các tham số truyền Chuẩn DVB-S2 có nhiều ưu điểm nhưng cũng tồn tại một số nhược điểm cần lưu ý.

 Ưu điểm: Đặc điểm DVB-S DVB-S2

Dung lượng truyền dẫn yêu cầu băng thông cao có thể giảm xuống dưới 30% so với yêu cầu băng thông ít hơn, đồng thời khả năng truyền dữ liệu cũng thấp hơn Tuy nhiên, hiệu quả truyền dẫn có thể tăng hơn 30% trong cùng dải băng tần.

Công suất truyền dẫn Yêu cầu thu của 1 tín hiệu cao

Yêu cầu thu của một tín hiệu thấp hơn hơn khoảng 2,5 dB Đầu vào bộ điều chế Bị hạn chế với kiểu mã hóa video MPEG-2

Không bị hạn chế với kiểu mã hóa video MPEG-2

Chức năng điều chế và mã hóa

Các thông số truyền dẫn chưa được tối ưu

Các thông số truyền dẫn được tối ưu cho mỗi kênh thông tin riêng biệt tùy thuộc vào điều kiện đường truyền

Dịch vụ Các dịch vụ cung cấp còn nghèo nàn

Cung cấp nhiều loại dịch vụ trong đó bao gồm cả internet

Bảng 9: ưu điểm DVB-S2 so với DVB-S

Bên cạnh một số ưu điểm vượt trội như trên, truyền hình kỹ thuật số vệ tinh DVB -

S2 cũng có một vài nhược điểm như sau:

1) Quá trình lắp đặt khó khăn hơn những hình thức phát sóng khác, cần phải lắp chảo parabol quay theo hướng nhất định

2) Chất lượng bị ảnh hưởng nhiều bởi thời tiết, khi mưa quá lớn sẽ không xem được hình ảnh trên tivi vì mất tín hiệu do mây đen che khuất

3) Chi phí đắt hơn so với việc lắp đặt truyền hình mặt đất DVB - T2.

Ứng dụng của truyền hình số qua vệ tinh theo chuẩn DVB-S

Truyền hình trực tiếp từ vệ tinh tới các hộ gia đình (DTH) là một hình thức cung cấp các kênh truyền hình cho phép người xem thu trực tiếp chương trình truyền hình từ vệ tinh bằng anten thu có đường kính từ 60cm đến 90cm.

Phương thức truyền dẫn tín hiệu đến các trạm phát lại mặt đất đang được Đài THVN áp dụng hiệu quả, giúp phát sóng các chương trình VTV1, VTV2, VTV3, VTV5 đến hơn 100 trạm phát lại tại các tỉnh thành phố và hàng ngàn máy phát lại công suất nhỏ ở các huyện, xã trên toàn quốc.

Truyền hình độ phân giải cao (HDTV) cung cấp các kênh truyền hình với chất lượng hình ảnh sắc nét, vượt trội so với hệ thống tương tự Điều này được thực hiện nhờ vào khả năng truyền tải trên băng tần rộng của một bộ phát đáp, cho phép người xem trải nghiệm nội dung với độ phân giải cao mà các công nghệ truyền hình trước đây không thể đạt được.

Truyền dẫn tín hiệu truyền hình lưu động (SNG) cho phép truyền tin nhanh chóng từ hiện trường về studio, phục vụ việc phát sóng trực tiếp các chương trình ca nhạc, thể thao, cũng như các sự kiện chính trị và văn hóa.

- Internet: Cung cấp đường truyền số liệu tốc độ cao từ nhà cung cấp dịch vụ đến các thuê bao dịch vụ…

- Cung cấp dịch vụ truyền hình đến các tòa nhà lớn, khu chung cư (SMATV-Satellite Master Antenna Television)

- Cung cấp tín hiệu truyền hình đến các đầu cuối dịch vụ truyền hình cáp (CATV-Cable Television) để đưa đến các thuê bao truyền hình cáp.

DVB-S2 là chuẩn nâng cấp của DVB-S dành cho ứng dụng vệ tinh, mang lại hiệu suất băng thông cao hơn từ 30% đến 131% so với DVB-S Công nghệ này cung cấp công cụ hiệu quả cho các dịch vụ tương tác vệ tinh Nghiên cứu về DVB-S2 giúp chúng ta hiểu rõ hơn về công nghệ truyền hình số qua vệ tinh, cũng như sự vượt trội của DVB-S2 nhờ vào việc áp dụng các kỹ thuật mới như mã hóa tiên tiến và mã ngoài.

BCH trong mã LDPC sử dụng nhiều hệ số roll-off, góp phần cải tiến và mở rộng ứng dụng của phát thanh số qua vệ tinh.

Công nghệ này mang lại nhiều ưu điểm nổi bật, là nền tảng cho việc phát sóng truyền hình số độ phân giải cao (HDTV) và mở rộng cung cấp các dịch vụ đa dạng hơn cho người sử dụng.

Tiêu đề	Chuẩn Phát Sóng Truyền Hình DVB-S
Tác giả	Lê Tiến Dũng, Phạm Đức Duy, Lê Công Tiến
Người hướng dẫn	Nguyễn Thị Thu Nga
Trường học	Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Chuyên ngành	Kỹ thuật phát thanh và truyền hình
Thể loại	tiểu luận
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	45
Dung lượng	1,88 MB