Nghiên cứu truyền hình số vệ tinh theo tiêu chuẩn châu âu thế hệ thứ hai (dvb s2) và khả năng ứng dụng tại việt nam

TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ QUA VỆ TINH

Tổng quan về truyền hình số qua vệ tinh

Truyền hình số qua vệ tinh bắt đầu phát triển từ năm 1995, nhưng thời điểm đó chỉ chiếm thị phần nhỏ với 0.3% hộ gia đình sử dụng vào cuối năm 1998 Tuy nhiên, đến nay, truyền hình số qua vệ tinh đã trở nên phổ biến tại hầu hết các quốc gia trên thế giới Chỉ riêng khu vực Châu Á, đến cuối năm 2004 đã có hơn 25 triệu hộ gia đình sử dụng dịch vụ này.

Dịch vụ DTH sử dụng công nghệ truyền dẫn số, đảm bảo chất lượng tín hiệu hình ảnh và âm thanh tốt Hệ thống này có khả năng truyền nhiều chương trình truyền hình, bao gồm cả độ phân giải cao HDTV và độ phân giải tiêu chuẩn SDTV, trên một bộ phát đáp Đồng thời, dịch vụ còn hỗ trợ hệ thống âm thanh Stereo và âm thanh lập thể AC-3 Ngoài ra, truyền hình số còn tương thích với nhiều dịch vụ khác như truyền dữ liệu, internet và truyền hình tương tác.

Với địa hình đồi núi 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 Truyền hình Việt Nam đã bắt đầu áp dụng công nghệ truyền hình số qua vệ tinh từ tháng 4-1998, 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.

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.

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

DTH Máy phát mặt đất SMATV Đầu cuối CATV

Hình 1.1 Một số ứng dụng của truyền hình số qua vệ tinh

Phương thức truyền dẫn tín hiệu đến các trạm phát lại mặt đất đang được Đài THVN áp dụng hiệu quả, giúp đưa tín hiệu 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 Điều này được thực hiện nhờ vào việc sử dụng băng tần rộng của một bộ phát đáp, cho phép truyền tải tín hiệu hình ảnh và âm thanh với độ phân giải cao.

Truyền dẫn tín hiệu truyền hình lưu động (SNG) cho phép truyền tải thông tin nhanh chóng từ hiện trường về studio, phục vụ cho 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 …

 SMATV: Cung cấp dịch vụ truyền hình đến các tòa nhà lớn, khu chung cư

 Đầu cuối CATV: Cung cấp tín hiệu truyền hình đến các đầu cuối dịch vụ truyền hình cáp để đưa đến các thuê bao truyền hình cáp

Phương pháp truyền dẫn tín hiệu qua vệ tinh có những đặc điểm riêng biệt, khác với truyền hình mặt đất và truyền hình cáp, chủ yếu do tính chất truyền dẫn trong tầm nhìn thẳng và hệ số định hướng lớn của anten Mặc dù tín hiệu ít bị ảnh hưởng bởi phản xạ nhiều đường, nhưng công suất trên vệ tinh hạn chế và khoảng cách truyền dẫn lớn dẫn đến suy giảm tín hiệu, đặc biệt là trong điều kiện mưa, làm cho tỷ số C/N không cao so với các phương pháp khác như truyền hình cáp hay truyền hình số mặt đất Kết quả là, hiệu suất sử dụng băng thông của truyền dẫn vệ tinh không đạt được mức cao như các phương pháp truyền dẫn khác.

Dữ liệu nguồn Điều chế Đổi tần lên HPA

LNB Đổi tần LNA xuống

Giải mã/Giải ghép kênh

Hình 1.2 Sơ đồ khối truyền hình số qua vệ tinh

1/ Khối mã hóa tín hiệu và ghép kênh: Có nhiệm vụ tạo ra dòng truyền tải

Tín hiệu truyền hình tương tự được chuyển đổi sang tín hiệu số và nén theo tiêu chuẩn MPEG-2, tạo ra dòng bit cơ sở ES được phân vào các gói dòng truyền tải TS Dòng truyền tải có thể là đơn chương trình hoặc đa chương trình, tùy thuộc vào hệ thống Để tăng cường tính bảo mật, các biện pháp khóa mã cũng có thể được áp dụng.

2/ Khối điều chế: Sau khi tạo thành dòng truyền tải MPEG-2, tín hiệu được đưa đến khối điều chế tín hiệu số Khối điều chế có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu truyền hình số MPEG-2 thành tín hiệu trung tần IF (Intermediate Frequency 70/140 MHz) Tùy thuộc vào các tiêu chuẩn khác nhau mà các kiểu điều chế được sử dụng khác 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

3/ Phần RF: Sau khi điều chế dòng truyền tải thành tín hiệu trung tần IF, tín hiệu trung tần IF sẽ được đưa tới khối đổi tần lên (Upconverter) để biến đổi tín hiệu trung tần từ 70 MHz lên thành tín hiệu RF Tùy thuộc vào băng tần hoạt động của hệ thống mà tần số RF có thể thay đổi từ 5,9 GHz đến 6,7 GHz đối với băng tần C hay từ 13,75 GHz đến 14,5 GHz đối với băng tần Ku Sau khi đi qua khối đổi tần tín hiệu RF được đưa vào khối khuếch đại công suất (HPA – High Power Amplifier) để đạt được công suất cần thiết phát lên vệ tinh Khối đổi tần này và khối khuếch đại công suất tương tự như các khối khuếch đại công suất hay đổi tần trong các trạm phát truyền hình tương tự qua vệ tinh

Hệ thống thu tín hiệu RF hoạt động ngược lại với hệ thống phát, trong đó tín hiệu sau khi được khuếch đại bởi bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA) sẽ được chuyển đổi xuống tần số trung tần.

L Tại các máy thu tín hiệu trung tần band L sẽ được khuếch đại, giải điều chế thành dòng truyền tải TS sau đó được giải mã thành tín hiệu tương tự đưa đến monitor qua đường dây AV

Hệ thống truyền hình số qua vệ tinh sử dụng tín hiệu MPEG-2 theo tiêu chuẩn ISO/IEC 13818 Cấu trúc của hệ thống này thay đổi tùy thuộc vào mục đích truyền tín hiệu qua vệ tinh Truyền hình số qua vệ tinh có ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm truyền dẫn tín hiệu cho các trạm phát lại tương tự, cũng như cung cấp chương trình truyền hình trực tiếp từ vệ tinh đến các hộ gia đình (DTH - Direct to Home).

Tiêu chuẩn DVB -S

Tiêu chuẩn DVB-S (EN 300 421), ra đời năm 1994, được sử dụng rộng rãi trong việc truyền tín hiệu truyền hình quảng bá qua vệ tinh Mặc dù đường truyền vệ tinh mang lại nhiều ưu điểm, nhưng cũng gặp phải nhược điểm lớn như cự ly thông tin xa và dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu và tạp âm Đặc biệt, dòng truyền tải MPEG-2 không có chức năng sửa lỗi, khiến cho việc truyền trực tiếp gặp nhiều 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:

- Thích nghi đầu vào và phân tán năng lượng

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

- Xáo trộn bit nhằm tăng khả năng chống lỗi cụm

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

- Lọc băng gốc và điều chế QPSK

Thích nghi đầu vào và phân tán năng lượng

Mã hóa ngoài RS(204,188) Xáo trộn bit Điều chế QPSK Lọc băng gốc

Mã hóa trong [Mã chập]

Mã hóa và ghép kênh MPEG - 2

Hình 1.3 Sơ đồ khối hệ thống truyền hình vệ tinh DVB – S

1.2.1 Thích nghi đầu vào và phân tán năng lượng [2]

1.2.1.1 Sự cần thiết phải phân tán năng lượng

Quá trình phân tán năng lượng của dòng bit đầu vào nhằm xáo trộn các bit để tránh hiện tượng tập trung các bit giống nhau với số lượng lớn Nếu không thực hiện, sẽ xảy ra hiện tượng tập trung năng lượng trong phổ, được gọi là phổ vạch, và điều này cần phải được tránh.

- 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 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 rất khó để truyền dẫn, gây mất mát thông tin được truyền đi

1.2.1.2 Nguyên lý của ngẫu nhiên hóa nhằm phân tán năng lượng

Ngẫu nhiên hóa tín hiệu được thực hiện bằng cách cộng modul 2 giữa dãy bit đầu vào và một dãy bit giả ngẫu nhiên (PRBS) được tạo ra từ các thanh ghi dịch Quá trình này giúp 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.

Trong quá trình thu thập dữ liệu, dãy bit thu được sẽ được cộng thêm với dãy bit giả ngẫu nhiên, giúp khôi phục dữ liệu hoàn toàn giống như trạng thái ban đầu trước khi bị xáo trộn.

- Bộ cộng modul 2 là cổng logic XOR có bảng chân lý:

- Giả sử tín hiệu muốn truyền đi là X

- Tín hiệu giả ngẫu nhiên PRBS là Y

- Tín hiệu được truyền đi sau khi qua bộ ngẫu nhiên hóa là X ⊕Y

- Tín hiệu thu được sau khi cộng với chuỗi giả ngẫu nhiên tương tự phía phát:

Để tín hiệu sau khi khôi phục hoàn toàn giống với tín hiệu đã truyền đi, tín hiệu giả ngẫu nhiên tại phần thu cần phải hoàn toàn giống với phần phát và phải đồng bộ với phần phát Công thức (X ⊕ Y) ⊕ Y’ = X ⊕ (Y ⊕ Y’) thể hiện mối quan hệ này.

1.2.1.3 Điều kiện của chuỗi giả ngẫu nhiên

Các chuỗi giả ngẫu nhiên PRBS được tạo ra từ các thanh ghi dịch và mạch hồi tiếp Đối với thanh ghi dịch có độ dài n, độ dài N của chuỗi sẽ phụ thuộc vào cấu trúc của thanh ghi.

PRBS được tạo ra là: N = 2n-1

Chuỗi PRBS trước khi xáo trộn với luồng bit vào MPEG-2 phải thỏa mãn các điều kiện như:

- Tính cân đối (balance property): số bit 1 và 0 lệch nhau tối đa 1 bit

The run property indicates that the number of steps of length 1 accounts for half of the total steps, while steps of length 2 represent one-quarter of the total Additionally, steps of length 3 make up one-eighth of the overall steps, demonstrating a clear pattern in the distribution of step lengths.

Tính tương quan (correlation property) đề cập đến sự so sánh giữa chuỗi ban đầu và chuỗi đó khi được dịch chuyển, trong đó tổng các số hợp (a - agreement) và tổng các số không hợp (d - disagreement) không được lệch nhau quá 1 Ví dụ minh họa có thể thấy ở chuỗi PRSB đơn giản với 4 bộ ghi dịch như hình vẽ sau.

Mạch tạo chuỗi giả ngẫu nhiên đơn giản sử dụng đa thức sinh là 1 + X3 + X4 Với bộ ghi dịch có n = 4 thanh ghi, độ dài chuỗi PRSB đạt 24-1.

= 15 Giả sử trạng thái ban đầu là 1000, chuỗi giả ngẫu nhiên sẽ được tạo ra như trong bảng:

Bảng 1.1 Ví dụ các trạng thái và đầu ra của mạch tạo chuỗi giả ngẫu nhiên

Số TT Trạng thái Bit ra Số TT Trạng thái Bit ra

Xét chuỗi bit được tạo ra, chuỗi bit này thỏa mãn các tính chất của chuỗi PRBS như sau:

- Tính cân đối: tổng số bit 0 là 7, tổng số bit 1 là 8

- Tính chạy: số bước chạy có độ dài 1 bằng 4, số bước chạy có độ dài 2 bằng 2, độ dài 3 bằng 1, độ dài 4 bằng 1

- Tính tương quan: xét công thức tổng quát hàm tự tương quan của chuỗi f(t) (có chu kỳ T) và bản sao của nó khi dịch chuyển f(t + τ)

(1 ≤ τ < N) Trong đó τ là số bước dịch chuyển:

Khi τ = 0, f(t) và f(t + τ) tương quan tốt nhất: K(τ) = 1

Khi chuỗi f(t) được dịch đi 1 nhịp, tương quan giữa f(t) và f(t + τ) như sau:

Tổng số bit d nhiều hơn tổng số bit a là 1 Khi dịch số bước bất kỳ (1 ≤ τ < N), hiệu số giữa các bit hợp lệ và không hợp lệ luôn bằng 1, do đó điều kiện về tính tương hợp được đảm bảo.

1.2.1.4 Áp dụng ngẫu nhiên hóa trong DVB-S

Theo tiêu chuẩn DVB-S, dữ liệu đầu vào hệ thống là dòng truyền tải MPEG-2 với độ dài gói là 188 byte, bao gồm một byte đồng bộ có giá trị 47HEX (01000111) Năng lượng được phân tán từ bit đầu tiên của byte đồng bộ, cụ thể là bit 0 của byte 01000111.

Chuỗi bit được nạp ban đầu Điều khiển

Dòng bit cần xáo trộn/

Dòng bit cần giải xáo trộn

Dòng bit đã xáo trộn/

Dòng bit đã xáo trộn

Nguyên lý ngẫu nhiên hóa trong DVB-S sử dụng chuỗi PRSB được tạo ra từ thanh ghi dịch dài 15 Công thức toán học cho mạch tạo chuỗi giả ngẫu nhiên là G(x) = 1 + X14 + X15, giúp phân tán năng lượng hiệu quả.

Khi nhận tín hiệu byte đồng bộ, thanh ghi dịch sẽ được nạp giá trị "100101010000000", và quá trình tạo tín hiệu ngẫu nhiên diễn ra với chu kỳ xác định.

Sau khi xáo trộn 8 gói dòng truyền tải MPEG-2, các thanh ghi dịch sẽ được nạp giá trị và bắt đầu chu kỳ mới.

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

Bảng so sánh băng thông tín hiệu truyền và tỷ lệ mã chập cho thấy rằng lượng thông tin hữu ích thu được sau khi giải mã chống nhiễu tăng lên theo tỷ lệ mã chập và băng thông được cấp phát cho kênh truyền.

Bảng 1.3 Sự phụ thuộc của tốc độ bit vào băng thông và tỷ lệ mã trong DVB-S

BW (Bandwidth): Băng thông tín hiệu

RS: Tốc độ symbol Coi kênh truyền có hiệu suất sử dụng băng thông BW/RS = 1,28

RU: Tốc độ dòng bit sau giải mã FEC

Đối với kênh có băng thông 36 MHz, tốc độ symbol đạt 28,125 Mbaud khi sử dụng điều chế QPSK, với mỗi symbol chứa 2 bit thông tin Sau bộ mã hóa chập, tốc độ bit đạt 56,25 Mbit/s Với tỷ lệ mã chập 3/4, tốc độ bit trước khi vào bộ mã chập giảm xuống còn 42,1875 Mbit/s Khi áp dụng mã Reed-Solomon (204, 188), tốc độ bit hữu ích trước khi thêm các bit sửa lỗi là 38,8786 Mbit/s.

Mặc dù các tỷ lệ mã cao mang lại hiệu suất dòng bit lớn hơn, nhưng khả năng chống nhiễu của chúng lại thấp, khiến chúng không phù hợp với các đường truyền kém Mối quan hệ giữa tỷ lệ mã và tỷ số năng lượng bit trên mật độ phổ công suất tạp âm (Eb/No) được thể hiện rõ trong bảng dưới đây Tỷ số Eb/No được chọn để đáp ứng tiêu chí QEF sau khi qua bộ giải mã Reed-Solomon Do đó, việc lựa chọn tỷ lệ mã cần dựa vào ứng dụng cụ thể và chất lượng của đường truyền.

Bảng 1.4 Tỷ lệ mã trong và Eb/ No yêu cầu tại phía thu

Tỷ lệ mã trong E b /N 0 yêu cầu (dB) (*)

(*) Eb/ No yêu cầu được tính với BER = 2.10-4 sau giải mã chập, QEF sau giải mã RS (204,188)

QEF được định nghĩa là có xấp xỉ nhỏ hơn 1 lỗi trong 1 giờ ở đầu vào của bộ giải nén MPEG-2 tương ứng với BER 10-10 đến 10-11.

Tiêu chuẩn truyền hình vệ tinh lưu động DVB-DSNG

Hiện nay, truyền hình lưu động là một ứng dụng quan trọng của kỹ thuật truyền hình, thu hút khán giả qua các chương trình trực tiếp như thể thao, ca nhạc và phỏng vấn Để thực hiện, các xe truyền hình lưu động SNG được sử dụng để phát sóng trực tiếp từ địa điểm sự kiện, truyền tín hiệu về studio qua vệ tinh Trong khi truyền hình lưu động analog như PAL, SECAM, NTSC đã trở nên lỗi thời do thiết bị cồng kềnh, hệ thống SNG kỹ thuật số (DSNG) hiện nay đang trở nên phổ biến nhờ những ưu điểm vượt trội.

- Giảm bớt kích thước của trạm phát lên (anten, bộ khuếch đại )

- Yêu cầu EIRP vệ tinh thấp hơn

- Nâng cao hiệu suất sử dụng phổ

Vào năm 1997, tiêu chuẩn DVB-DSNG được phát triển dựa trên tiêu chuẩn DVB-S, bổ sung các kỹ thuật điều chế 8PSK và 16QAM bên cạnh QPSK Sự cải tiến này mang lại cho hệ thống khả năng linh hoạt trong việc điều chỉnh phương pháp mã hóa kênh và điều chế, nhằm tối ưu hóa chất lượng tín hiệu trong các điều kiện cụ thể.

1.4.1 Sơ lược về điều chế mã lưới Điều chế mã lưới TCM được Ungerboeck phát minh vào năm 1971 Thông thường trong xử lý tín hiệu, mã hóa và điều chế là 2 quá trình riêng biệt Tuy nhiên với phương pháp TCM, điều chế và mã hóa được kết hợp với nhau để nâng cao hiệu suất của hệ thống Hệ thống TCM gồm 2 thành phần chính: Bộ mã hóa lưới (mã chập) và bộ ánh xạ bit lên chòm sao điều chế

Symbol sau điều chế Ánh xạ bit (k+1)bit Điều chế k bit

Việc sử dụng điều chế mã lưới TCM giúp tăng hiệu suất sử dụng phổ tín hiệu mà không thay đổi băng thông cần thiết Mặc dù số bit trên mỗi symbol tăng lên, dẫn đến tốc độ bit cao hơn, nhưng khoảng cách giữa các symbol lại giảm, gây khó khăn cho quá trình giải điều chế do yêu cầu tỷ số tín hiệu trên tạp âm S/N phải đủ lớn Kỹ thuật TCM giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng mã chập trước khi điều chế, tăng khả năng chống lỗi mà vẫn giữ băng thông và công suất phát không đổi Trong tiêu chuẩn DVB-DSNG, phương pháp “pragmatic” TCM do Viterbi đề xuất được áp dụng, mặc dù không hiệu quả bằng phương pháp TCM tối ưu, nhưng sử dụng bộ mã chập tỷ lệ 1/2 với 64 trạng thái Nguyên lý của “pragmatic” TCM là chỉ mã hóa một số bit đầu vào, trong khi các bit còn lại không được mã sửa lỗi, giúp ánh xạ lên các symbol cách xa nhau, từ đó tăng tốc độ bit truyền qua hệ thống so với DVB-S nhưng vẫn đảm bảo khả năng giải mã chống lỗi ở phía thu.

NE Nhánh không mã hóa

P/S Loại bỏ bit Nhánh được mã hóa

1/2 bit được mã hóa cho mỗi symbol

Các byte từ bộ xáo trộn

Hình 1.21 Sơ đồ nguyên lý điều chế TCM”pragmatic”dùng trong DVB

1.4.2 Tiêu chuẩn DVB-DSNG (EN 301 210)

Trong DVB–DSNG, quá trình xử lý dòng dữ liệu tương tự như tiêu chuẩn DVB-S, với một số khác biệt:

 Thích nghi ghép kênh dòng truyền tải và phân tán năng lượng (theo DVB-S)

 Mã hóa ngoài Reed-Solomon (204, 188) (theo DVB-S)

 Xáo trộn bit (theo DVB-S)

▪ Mã chập có loại bỏ bit (theo DVB-S)

▪ Mã lưới”pragmatic”liên kết với 8PSK và 16QAM

 Ánh xạ bit lên chòm sao điều chế:

 Lọc băng gốc dùng bộ lọc cos nâng:

▪ Hệ số cuốn α = 0,35 cho QPSK, 8PSK, 16QAM

▪ Tùy chọn α = 0,25 cho 8PSK, 16QAM

 Điều chế cầu phương (quadrature modulation) (theo DVB-S):

Khi áp dụng điều chế QPSK, tiêu chuẩn DVB-DSNG hoàn toàn giống với DVB-S Tuy nhiên, trong hai trường hợp còn lại, hai tiêu chuẩn này khác nhau ở phần mã hóa và điều chế Chẳng hạn, đối với trường hợp 8PSK 2/3, sự khác biệt này rõ rệt hơn.

Với mã sửa sai 2/3, mỗi 2 bit đầu vào sẽ tạo ra 3 bit đầu ra Khối chuyển đổi song song biến đổi 8 tín hiệu đầu vào thành 2 tín hiệu đầu ra song song Hai luồng bit này được truyền qua khối mã chập với tỷ lệ 1/2 trên đường E1, tạo ra 2 bit trên 1 nhịp và 1 bit trên đường NE, tổng cộng là 3 bit trên 1 nhịp, phù hợp với một symbol điều chế 8PSK Cuối cùng, 3 bit này được đưa đến khối điều chế 8PSK.

Mã chập 8PSK tỷ lệ 1/2 P/P

NE 1 Nhánh không mã hóa

C1 Nhánh được mã hóa 2 bit mã trong symbol Hình 1.22 Sơ đồ khối điều chế 8PSK tỷ lệ 2/3 trong DVB-DSNG

Khối mã chập tương tự như trong điều chế QPSK Giản đồ định vị bit điều chế 8PSK, TCM với tỷ lệ trên 2/3 như trong hình vẽ sau:

Hình 1.23 Giản đồ định vị bit điều chế 8PSK tỷ lệ 2/3 trong DVB –DSNG

Trong DVB-DSNG, các phương pháp điều chế và mã hóa tương tự như 8PSK 2/3 cho phép sử dụng nhiều tỷ lệ mã khác nhau Điều này giúp hệ thống DVB-DSNG có khả năng lựa chọn phương án tối ưu dựa trên điều kiện cụ thể.

Bảng 1.5 Các lựa chọn điều chế và mã hóa trong DVB –DSNG

Kiểu điều chế Tỷ lệ mã trong

Hiệu suất phổ (số bit/symbol)

(*): Eb/N0 yêu cầu được tính với BER=2x10-4 trước giải mã RS và QEF sau giải mã RS

QEF được định nghĩa là có xấp xỉ nhỏ hơn 1 lỗi trong 1 giờ ở đầu vào của bộ giải nén MPEG-2 tương ứng với BER 10-10 đến 10-11.

Kết luận chương 1

Tiêu chuẩn DVB-S và DVB-DSNG được phát triển nhằm nâng cao khả năng chống nhiễu cho dòng truyền tải MPEG-2, hiện đang được ứng dụng phổ biến trong lĩnh vực truyền hình.

1 Tín hiệu đầu vào là dòng truyền tải MPEG-2 TS

2 Kiểu điều chế là QPSK đối với DVB-S và QPSK, 8PSK, 16QAM đối với DVB-DSNG

3 Mã hóa chống nhiễu: Mã ngoài là mã RS(204,188) và mã trong là mã chập

4 Hiện chỉ sử dụng hai hệ số rool-off là 0,35 và 0,25

5 Mã hóa và điều chế là cố định không thay đổi được khi đang trong quá trình truyền tin.

TIÊU CHUẨN DVB-S2 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG

Giới thiệu về tiêu chuẩn DVB-S2

DVB-S2 là thế hệ thứ hai của truyền hình số vệ tinh, 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 chức năng của truyền hình quảng bá DVB-S và các ứng dụng chuyên nghiệp DVB-DSNG, mang lại hiệu quả sử dụng băng tần vượt trội và độ linh hoạt cao Trong tương lai, DVB-S2 dự kiến sẽ thay thế hoàn toàn hai tiêu chuẩn trước đó.

Sơ đồ khối hệ thống DVB-S2 như sau:

Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống DVB-S2

2.1.1 Khối thích nghi kiểu truyền dẫn

Khối thích nghi kiểu truyền dẫn thực hiện việc tối ưu hóa giao diện đầu vào thông qua mã hóa CRC-8 để phát hiện lỗi, đồng bộ và kết hợp dòng bit, đặc biệt trong trường hợp đầu vào đa chương trình Nó chia nhỏ dòng bit thành các trường dữ liệu (DATA FIELD) và bổ sung tín hiệu báo hiệu để cung cấp thông tin cơ bản về dữ liệu và cấu trúc khung Định dạng chuỗi bit đầu ra của khối này bao gồm trường BBHEADER dài 80 bit và trường dữ liệu có kích thước không cố định.

2.1.1.1 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 dạng đầu vào khác nhau, yêu cầu nhận diện và chuyển đổi về một định dạng chung Hệ thống này phân loại đầu vào dựa trên độ dài 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 (47HEX)

Dòng dữ liệu chung có thể xuất hiện dưới dạng dòng bit liên tục (UPL = 0D) hoặc gói dữ liệu Nếu gói dữ liệu có độ dài không đổi và nhỏ hơn 64K, UPL sẽ được gán bằng độ dài gói; nếu không, nó sẽ được coi là dòng liên tục (UPL = 0D) Đối với các gói dữ liệu không phải dòng truyền tải, nếu byte đồng bộ là byte đầu tiên, nó sẽ không bị thay đổi Ngược lại, byte đồng bộ 0D sẽ được thêm vào đầu gói và 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, nhằm tối ưu hóa điều kiện truyền dẫn của hệ thống.

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

Khi UPL khác 0, dòng bit đầu vào sẽ bao gồm một chuỗi các gói dữ liệu người dùng (User Packet) có độ dài UPL, bắt đầu bằng byte đồng bộ, mà hệ thống gán giá trị 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) = (X5 + X4 +

Kết quả của phép toán (X3 + X2 + 1)(X2 + X + 1)(X + 1) = X8 + X7 + X6 + X4 + X2 + 1 là đầu ra của bộ mã hóa CRC, được xác định là phần dư của phép tính [X8u(X): g(X)], trong đó u(X) là gói đầu vào sau khi loại bỏ 8 bit của byte đồng bộ Giá trị này sẽ được sử dụng để thay thế byte đồng bộ của gói UP tiếp theo, trong khi byte đồng bộ đã bị thay thế sẽ được sao chép vào trường SYNC của BBHEADER.

Thay thế cho byte đồng bộ tiếp theo

Hình 2.2 Hoạt động của bộ mã hóa CRC-8

2.1.1.3 Khối Merger/Slicer Đầu vào của bộ Merger/Slicer có thể là dòng bit liên tục hoặc gói UP Khối Merger/Slicer gồm 2 thành phần, thực hiện 2 nhiệm vụ khác nhau:

Slicer là công cụ dùng để đọc dữ liệu từ một trong nhiều dòng đầu vào và chia chúng thành các khối DATA FIELD với kích thước DFL (Data Field Length) Giá trị DFL cần phải đáp ứng các yêu cầu nhất định.

Độ dài khối bit trước khi mã hóa BCH (KBCH) phải lớn hơn hoặc bằng DFL và không nhỏ hơn 0 Giá trị của KBCH có thể khác nhau tùy thuộc vào tỷ lệ mã được áp dụng, trong khi 80 bit là kích thước cố định của trường BBHEADER.

Liên kết các khối DATA FIELD trong cùng một dòng đầu vào Nếu chỉ có một dòng dữ liệu, khối Merger sẽ không cần thiết và sẽ được loại bỏ.

Tùy thuộc vào ứng dụng, việc phân chia các bit vào trường DATA FIELD có thể được thực hiện theo 2 cách:

Lấp đầy kích thước tối đa của trường dữ liệu (DATA FIELD) bằng cách trừ đi 80 bit từ độ dài bit yêu cầu trước khi mã hóa BCH, tức là Kbch-80 Do đó, một gói dữ liệu sẽ được tối ưu hóa cho việc mã hóa hiệu quả.

UP có thể bị chia vào nhiều DATA FIELD khác nhau

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

Các gói UP có thể được phân chia vào các DATA FIELD khác nhau, và 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 bắt đầu của trường CRC-8 đầu tiên Khoảng cách này sẽ được lưu trữ trong trường SYNCD của BBHEADER.

CRC8 UP CRC8 UP CRC8 UP CRC8 UP CRC8 UP

Hình 2.3 Định dạng đầu ra sau khối thích nghi kiểu truyền dẫn

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

1) MATYPE (2 byte): mô tả định dạng dòng dữ liệu đầu vào, phương pháp thích nghi kiểu truyền dẫn, chế độ làm việc CCM hay ACM, hệ số roll-off α

 Byte đầu tiên (MATYPE-1) gồm các thành phần:

- 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 không (1bit)

- RO: Hệ số roll-off α (2bit)

Bảng 2.1 Giá trị các trường trong MATYPE-1

TS/GS SIS/MIS CCM/ACM ISSYI NPD R0

11: Dòng gói truyền tải 1= một dòng 1: Có 1: Có 1: Có 00=0,35 00: Dữ liệu chung, gói 0=nhiều dòng 0: ACM 0: Không 0: Không 01=0,25

01: Dữ liệu chung,liên tục 10=0,20

Byte thứ 2 (MATYPE-2) chứa thông tin xác định các dòng dữ liệu đầu vào (ISI-Input Stream Identifier) khi trường SIS/MIS chỉ thị nhiều dòng dữ liệu Nếu không có chỉ thị này, byte thứ 2 sẽ được dự phòng.

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

Ví dụ: 0000HEX = dòng dữ liệu liên tục

000AHEX = chiều dài gói UP bằng 10

UPL = 188x8D: gói truyền tải MPEG

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

Ví dụ: 000AHEX = Data Field có độ dài 10 bit

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

Ví dụ: SYNC = 47HEX: gói dòng truyền tải MPEG

SYNC = 00HEX: khi đầu vào là dòng gói dữ liệu chung không có byte đồng bộ

SYNC = không có nếu đầu vào là dòng dữ liệu liên tục

5) 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

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

2.1.2 Khối thích nghi dòng truyền tải [7]

BBHEADER và DATA FIELD Bộ đệm

Hình 2.4 Các thành phần trong khối thích nghi dòng truyền tải

Đặc điểm của tiêu chuẩn DVB-S2

 Các mode điều chế DVB-S2:

DVB-S2 bao gồm bốn chế độ điều chế, trong đó có hai chế độ QPSK và 8PSK được khuyến cáo cho ứng dụng phát sóng trên bộ phát đáp vệ tinh phi tuyến ở điểm làm việc bão hòa hoặc gần bão hòa Hai chế độ điều chế cao hơn là 16APSK và 32APSK thay thế cho các sơ đồ 16QAM và 32QAM của tiêu chuẩn DVB-S DSNG, với khả năng co dãn tốt hơn và độ nhạy giảm đối với trạm mặt đất, cũng như cải thiện đáp tuyến AM/AM và AM/PM của bộ phát đáp Độ nhạy giảm giúp APSK trở nên phù hợp hơn cho các hoạt động chuyên dụng trên vệ tinh trong các cấu hình "back-off" nhằm tránh can nhiễu giữa các sóng mang Các chòm sao hiệu suất băng thông và công suất của chúng phù hợp hơn cho các bộ phát đáp phi tuyến và đạt tiêu chí bằng hoặc tốt hơn trên các kênh tuyến tính so với chế độ QAM với hỗn hợp điều chế pha và biên độ Mặc dù các sơ đồ APSK không hiệu quả về công suất do yêu cầu tỷ số.

Mặc dù C/N cao hơn, nhưng các chòm sao APSK vẫn mang lại hiệu quả phổ lớn hơn đáng kể Các vòng tròn đồng tâm trong chòm sao APSK có các điểm được phân bố đều hơn so với lưới hình vuông của các sơ đồ 16QAM thông thường Thiết kế này giúp giảm thiểu ảnh hưởng của méo do các bộ khuếch đại công suất cao gây ra.

Việc sử dụng các chế độ điều chế cao hơn có thể nâng cao hiệu suất băng thông bằng cách tăng số bit ánh xạ cho các chòm sao, tuy nhiên điều này đồng nghĩa với việc cần có tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (C/N) cao hơn.

Tiêu chuẩn DVB-S2 có ba hệ số roll-off là 0,35, 0,25 và 0,2, trong khi DVB-S chỉ sử dụng hai hệ số 0,35 và 0,25 Hệ số roll-off nhỏ hơn của DVB-S2 giúp tăng hiệu quả sử dụng bộ phát đáp, cho phép các sóng mang đặt gần nhau hơn, từ đó tăng số lượng sóng mang trong cùng một băng thông Điều này dẫn đến việc cải thiện đáng kể hiệu suất của bộ phát đáp trong hệ thống DVB-S2.

 Tiểu hệ thống sửa lỗi tiến (FEC) trong DVB-S2:

Hệ thống FEC (Forward Error Correction) đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng kết nối vệ tinh khi gặp nhiễu Việc áp dụng các thuật toán mã hoá tiên tiến cùng với chip giá rẻ là cần thiết Nhóm thiết kế tiêu chuẩn DVB-S2 đã xem xét bảy đề xuất sửa lỗi tiến sử dụng mã Turbo và chọn mã LDCP (Low Density Parity Checking) kết hợp với mã BCH (Bose-Chaudhuri-Hocquenghem) Sơ đồ FEC mới này thay thế mã hoá của DVB-S, sử dụng mã xoắn kết hợp với mã Reed-Solomon Mã LDCP, do nhà toán học Gallager phát triển từ năm 1963, có hiệu suất cao với tỷ lệ mã hoá lớn và độ dài khối dài, nhưng chỉ mới được ứng dụng thực tế gần đây do công nghệ thời đó hạn chế Mã Turbo và mã LDCP hiện nay gần đạt giới hạn Shannon, lý thuyết tối đa về tốc độ truyền thông tin trong kênh nhiễu.

Một số điểm đáng chú ý về thông số kỹ thuật của tiêu chuẩn DVB-S2

DVB-S2 kết hợp với chuẩn nén MPEG-4 H.264/AVC là nền tảng quan trọng cho việc phát triển dịch vụ truyền hình số HDTV và các dịch vụ khác như internet tốc độ cao Công nghệ này không chỉ nâng cao băng thông kênh truyền mà còn cải thiện độ tin cậy và tính linh hoạt trong quá trình truyền dẫn.

 Hiệu quả truyền dẫn tăng:

DVB-S2 có khả năng tăng dung lượng bộ phát đáp vệ tinh lên 30%, từ 38 Mb/s lên 50 Mb/s với tốc độ biểu tượng 27,5 Msymbols/s và FEC 3/4 Khi kết hợp với MPEG-4, DVB-S2 có thể truyền tới 6 kênh HDTV 8 Mb/s/kênh trên một bộ phát đáp, so với chỉ 2 kênh HDTV 16 Mb/s/kênh khi sử dụng DVB-S MPEG-2 Sự cải tiến này đến từ việc thay thế mã xoắn nội Viterbi bằng mã LDPC hiệu quả hơn và mã Reed-Solomon bằng mã BCH trong DVB-S2 Kết hợp mã sửa lỗi tiến LDPC/BCH giúp DVB-S2 tiến gần tới giới hạn Shannon, chỉ cách khoảng 1,2 dB, so với khoảng 3 dB của DVB-S.

 Các giải pháp kết hợp mạnh:

DVB-S2 tích hợp hiệu quả các chế độ điều chế, hệ số roll-off và tỷ lệ mã FEC, với việc bổ sung ba sơ đồ điều chế cao hơn là 8PSK, 16APSK và 32APSK, giúp tăng dung lượng cho bộ phát vệ tinh Trước đây, tiêu chuẩn truyền dẫn cho ứng dụng quảng bá và thu tin vệ tinh số (DSNG) là khác nhau, nhưng hiện nay DVB-S2 đã tổng hợp tất cả các tiêu chuẩn này Tỷ lệ mã FEC cũng được mở rộng, từ các tỷ lệ 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8 trong DVB-S sang thêm các tỷ lệ 1/4, 1/3, 2/5, 3/5, 4/5, 8/9, 9/10 trong DVB-S2 Đặc biệt, ba tỷ lệ mã 1/4, 1/3 và 2/5 có khả năng bảo hiểm lỗi cao hơn, cho phép giải mã tín hiệu ở mức nhiễu -2,35dB, tức là tỷ số S/N = -2,35 dB, phù hợp với điều kiện truyền dẫn kém thường gặp trong ứng dụng DSNG Nhờ đó, tính linh hoạt của DVB-S2 đã được cải thiện đáng kể so với DVB-S và DVB-DSNG.

 Lựa chọn mode điều chế:

Các chế độ điều chế như QPSK và 8PSK với đường bao không đổi cho phép bộ khuếch đại công suất đầu ra của đèn sóng trên bộ phát đáp vệ tinh hoạt động ở chế độ bão hòa Điều này rất quan trọng cho dịch vụ quảng bá, vì nó cho phép điều khiển độ lợi tự động nhằm duy trì công suất đầu ra tối đa của bộ phát đáp, không bị ảnh hưởng bởi suy giảm uplink Nhờ đó, mức công suất phát xạ đẳng hướng từ vệ tinh được đảm bảo ổn định.

QPSK cung cấp 2 bit/symbol, trong khi 8PSK cung cấp 3 bit/symbol, cho phép 8PSK truyền tải lượng thông tin lớn hơn QPSK 50% trong cùng một băng thông Tuy nhiên, điều này yêu cầu công suất phát xạ cao hơn từ vệ tinh hoặc kích thước anten thu vệ tinh lớn hơn Các vệ tinh công suất cao và khối thu vệ tinh với hệ số nhiễu thấp khiến 8PSK trở nên phổ biến trong các ứng dụng quảng bá Các chế độ điều chế với đường bao không đổi, như 16QAM, 16APSK và 32APSK, cần hoạt động trong các bộ phát đáp với chế độ hoạt động tuyến tính để tránh can nhiễu điều chế tương hỗ, nhưng các bộ phát đáp này hoạt động ở mức back-off đáng kể và không đạt công suất đầu ra tối đa.

 Các frame lớp vật lý:

Lớp cao tần (RF layer) của tín hiệu DVB-S2 được cấu trúc thành các khung vật lý mà không cần mã hóa hay điều chế đồng nhất Chế độ điều chế và tỷ lệ mã có thể thay đổi theo từng khung, cho phép các khung được chỉ định cho các luồng truyền tải khác nhau Mỗi khung kết thúc bằng một dãy symbol BPSK 90 bits, với header mã khối 7/64 được bảo vệ Header này chứa tín hiệu đồng bộ và thông tin báo hiệu, kèm theo 16.200 bit hoặc 64.800 bit được bảo vệ bởi mã LDPC/BCH FEC Các khung FEC dài hơn cung cấp bảo vệ lỗi tốt hơn nhưng có độ trễ cao hơn, trong khi khung FEC ngắn thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ trễ thấp Việc sử dụng điều chế và mã hóa khác nhau cho các khung khác nhau tạo ra nhiều khả năng mới, tuy nhiên cần bổ sung các pilot vào tín hiệu để hỗ trợ khôi phục sóng mang.

 Mã hoá điều chế không đổi

DVB-S2 hoạt động theo cách tương tự như DVB-S, với mã hóa và điều chế không đổi Trong chế độ CCM, cùng một phương pháp điều chế và FEC được áp dụng cho tất cả các frame lớp vật lý, mang lại lợi thế lớn về khả năng bảo hiểm lỗi nhờ vào việc sử dụng mã nội và mã ngoại mới, giúp tăng dung lượng lên 30% Cải tiến này đặc biệt có giá trị cho các hệ thống truyền hình HDTV Tuy nhiên, chế độ CCM chưa khai thác hết tiềm năng của cấu trúc frame lớp vật lý của DVB-S2.

 Mã và điều chế thay đổi

Trong quảng bá DVB-S, QPSK và tỷ lệ mã FEC là cố định, nhưng với DVB-S2, nhiều luồng truyền tải có thể kết hợp trên một bộ phát đáp hoạt động ở chế độ bão hòa, cho phép sử dụng các chế độ điều chế khác nhau như QPSK và 8PSK Các luồng truyền tải có thể được gán cho các frame vật lý khác nhau, cho phép áp dụng các tỷ lệ mã khác nhau Sự kết hợp này phụ thuộc vào ứng dụng, tạo ra sự cân bằng giữa dung lượng và tính mạnh mẽ của truyền dẫn.

Một bộ phát đáp có khả năng truyền cả tín hiệu truyền hình SDTV và HDTV, tuy nhiên mức bảo vệ cho tín hiệu HD thấp hơn nhằm tăng tốc độ bit Điều này có thể dẫn đến yêu cầu lớn hơn về kích thước anten của đầu thu HDTV, nhưng vẫn nằm trong mức chấp nhận đối với ứng dụng.

Các dịch vụ chuyên dụng cho phép sử dụng anten lớn, giúp cải thiện tốc độ bit với tỷ lệ mã thấp hơn Điều này có thể tích hợp với các bộ phát đáp quảng bá đang hoạt động ở chế độ bão hòa, hỗ trợ nhiều loại lưu lượng dữ liệu khác nhau, như internet backbone Trước đây, việc này yêu cầu sử dụng sóng mang tách biệt để linh hoạt trong việc chọn tỷ lệ mã và điều chế, nhờ vào công nghệ mã hóa và điều chế thích nghi (ACM - Adaptive Coding and Modulation).

ACM là chế độ hoạt động tinh vi nhất của DVB-S2, cho phép tối ưu hóa các ứng dụng điểm - điểm nhờ vào kênh ngược từ máy thu tới máy phát uplink Kênh này cung cấp thông tin tức thời về hệ số Eb/N0 tại máy thu, giúp điều chỉnh tỷ lệ mã hóa và chế độ điều chế nhằm tối đa hóa tốc độ bit Khi thời tiết tốt, có thể sử dụng tỷ lệ mã kém hơn và chế độ điều chế cao hơn để tăng thông lượng bit, từ đó cải thiện hiệu suất toàn hệ thống Ngược lại, trong điều kiện thời tiết xấu, các thiết lập sẽ được điều chỉnh để duy trì kết nối ổn định Điều này giúp nâng cao đáng kể thông số thông lượng, đặc biệt trong các kết nối backbone internet và các loại lưu lượng dữ liệu khác.

Trong các ứng dụng DSNG, việc sử dụng kênh ngược băng thông hẹp đến xe uplink có thể tối ưu hóa thông lượng trong điều kiện khó khăn thông qua việc điều chỉnh mã hóa và điều chế Cụ thể, nếu cần phải áp dụng chế độ với tốc độ bit thấp hơn bình thường, có thể bù đắp bằng cách giảm tốc độ bit của bộ mã hóa.

Tiêu chuẩn DVB-S2 (ETSI EN 302 307 V1.1.2 06/2006) đã nhận thấy rằng mặc dù có nhiều ưu điểm, việc chuyển đổi từ DVB-S sang DVB-S2 gặp khó khăn do số lượng lớn máy thu DVB-S hiện có (hàng trăm triệu chiếc) Do đó, để bảo vệ quyền lợi người tiêu dùng, tiêu chuẩn này bao gồm một phụ lục tùy chọn về "các mode tương thích ngược", giúp cân bằng giữa việc áp dụng công nghệ truyền dẫn mới và nhu cầu của khách hàng.

Các mode tương thích ngược (BC mode) cho phép gửi tín hiệu qua một kênh vệ tinh hai luồng truyền tải Dòng thứ nhất (ưu tiên cao - HP) tương thích với cả máy thu DVB-S và DVB-S2, trong khi dòng thứ hai (ưu tiên thấp - LP) chỉ tương thích với máy thu DVB-S2 Sự tương thích ngược có thể được thực hiện bằng hai phương pháp khác nhau.

Điều chế theo lớp cho phép các tín hiệu DVB-S và DVB-S2 được ghép kênh không đồng bộ trên cùng một tần số vô tuyến, do đó không cần công cụ đặc biệt nào theo tiêu chuẩn kỹ thuật DVB-S2.

So sánh một số thông số kỹ thuật với DVB-S

Việc áp dụng sơ đồ FEC mới trong DVB-S2 giúp tăng cường thông lượng kênh mà không cần tăng công suất sóng mang, đồng thời cho phép sử dụng các chế độ điều chế bậc cao hơn so với QPSK trong DVB-S DVB-S2 cũng cho thấy độ dự phòng từ 1,4 đến 1,8 dB so với DVB-S tại cùng một tỷ lệ lỗi bit (BER).

Ví dụ: DVB-S QPSK với FEC tỷ lệ mã 3/4 yêu cầu cùng một mức công suất sóng mang như DVB-S2 8PSK với FEC tỷ lệ mã 2/3 như hình 2.17

DVB-S2 mang lại độ lợi công suất vượt trội so với DVB-S, cho phép sử dụng anten thu có đường kính nhỏ hơn ngay cả trong điều kiện thời tiết xấu Hệ thống DVB-S2 tối ưu hóa hiệu suất băng thông (bit/s/Hz) nhờ vào việc áp dụng các hệ số roll-off thấp hơn, cho phép sử dụng các sóng mang hẹp hơn Cụ thể, sóng mang 20 Msym/s với roll-off 0,35 của DVB-S chiếm băng tần 27 MHz, trong khi đó DVB-S2 chỉ cần 24 MHz với hệ số roll-off 0,2 So sánh hiệu suất băng thông giữa DVB-S và DVB-S2 được thể hiện rõ trong hình 2.18.

QEF E / NS 0Hình 2.18 Độ lợi băng thông của DVB-S2

Bảng 2.6 so sánh các thông số của DVB-S và DVB-S2 ở một số chế độ làm việc điển hình, cho thấy rằng mặc dù tỷ số C/N tương tự, nhưng thông lượng kênh của DVB-S2 tăng khoảng 30% so với DVB-S Hình 2.18 minh họa hiệu suất băng thông của DVB-S2, gần đạt giới hạn Shannon, điều này khiến các nhà sáng tạo lạc quan cho rằng việc phát triển tiêu chuẩn DVB-S3 sẽ gặp nhiều khó khăn.

Bảng 2.6 So sánh DVB-S2 với DVB-S ở một vài chế độ làm việc khác nhau điển hình

Hệ thống DVB-S DVB-S2 DVB-S DVB-S2

Băng thông kênh BW [MHz] 36 36 36 36 Điều chế & mã hóa QPSK

Tốc độ ký tự (Mbaud) 1,

Useful bit-rate (Mbit/s) 33,8 46 44 4 58,8 Độ lợi công suất 34% 32%

Hình 2.19 Hiệu suất băng thông và C/N yêu cầu trên kênh nhiễu Gausse trắng cộng (AWGN)

Những ưu điểm của DVB-S2 so với DVB-S:

 Tăng dung lượng truyền dẫn trên cùng một băng thông:

So với tiêu chuẩn DVB-S, DVB-S2 cho phép truyền dữ liệu hiệu quả hơn tới 30% trong cùng một dải băng thông Điều này có nghĩa là tín hiệu theo tiêu chuẩn DVB-S2 cần ít băng thông hơn 30% so với DVB-S Đặc biệt, khi áp dụng điều chế và mã hóa VCM cũng như ACM, hiệu suất sử dụng băng thông có thể tăng lên tới 66% và 131%.

 Tăng hiệu quả công suất truyền dẫn:

Trong khu vực phủ sóng, tín hiệu DVB-S2 yêu cầu thu thấp hơn khoảng 2,5 dB so với tín hiệu DVB-S khi cùng điều kiện bảo vệ lỗi Hơn nữa, DVB-S2 tương thích với nhiều bộ phát đáp vệ tinh khác nhau về hiệu suất sử dụng phổ (từ 0,5 đến 4,5 bit/sHz) và tỷ số C/N kết hợp (từ -2 dB đến +16 dB).

Chức năng điều chế và mã hóa thay đổi (VCM) cho phép điều chế và áp dụng các mức bảo vệ lỗi khác nhau cho từng khung (frame) một Chức năng này có thể kết hợp với kênh phản hồi (return channel), tạo thành một vòng điều khiển kín (closed loop) Nhờ đó, các thông số truyền dẫn được tối ưu hóa cho từng kênh thông tin riêng biệt, tùy thuộc vào điều kiện đường truyền.

 DVB-S2 được thiết kế phù hợp với nhiều loại dịch vụ:

DVB-S2 đã đượcc tối ưu cho các ứng dụng vệ tinh băng rộng như:

- Các dịch vụ quảng bá: Truyền dẫn các chương trình SDTV hoặc HDTV

- Các dịch vụ tương tác bao gồm cả truy nhập internet

Các ứng dụng chuyên nghiệp bao gồm phân phối tín hiệu truyền hình số tới các trạm phát hình mặt đất (TV Contribution), truyền hình lưu động DSNG, truyền số liệu và nhiều ứng dụng khác.

 DVB-S2 không bị hạn chế với kiểu mã hóa video MPEG-2: Đầu vào DVB-

DVB-S2 tương thích với các định dạng mã hóa MPEG-2, MPEG-4 và HDTV, cho phép tiếp nhận nhiều loại đầu vào như dòng bit liên tục, dòng truyền tải đơn và đa chương trình, cũng như IP và ATM Đặc điểm này giúp DVB-S2 có khả năng hỗ trợ các dòng dữ liệu và cấu hình dữ liệu trong tương lai mà không cần thiết lập một tiêu chuẩn mới.

Kết luận chương 2

DVB-S2 là tiêu chuẩn mới nhất trong hệ thống DVB dành cho ứng dụng vệ tinh băng rộng, mang lại hiệu suất sử dụng băng thông tăng từ 30% đến 131% so với công nghệ DVB-S hiện tại Công nghệ này cung cấp công cụ hiệu quả cho các dịch vụ tương tác vệ tinh Tổ chức DVB tin rằng với sự ra đời của chuẩn DVB-S2, sẽ không cần phát triển thêm bất kỳ chuẩn nào khác.

Tiêu chuẩn DVB-S2 mang lại cái nhìn tổng quan về công nghệ truyền hình vệ tinh tiên tiến, vượt trội so với DVB-S nhờ vào việc áp dụng các kỹ thuật mới như mã hóa tiên tiến, mã ngoài BCH, mã trong LDPC và nhiều hệ số roll-off Những cải tiến này giúp DVB-S2 đạt hiệu quả phổ đáng kể và tăng cường khả năng bảo vệ lỗi trong quá trình truyền tín hiệu Nhờ vào những ưu điểm này, công nghệ DVB-S2 trở thành nền tảng cho việc phát sóng truyền hình số độ phân giải cao (HDTV) và cung cấp nhiều dịch vụ phong phú hơn cho người sử dụng.

MỘT SỐ ĐỀ XUẤT VỀ DỊCH VỤ VÀ THÔNG SỐ TRẠM THU PHÁT