Đồ án Nghiên cứu về kỹ thuật DVB-H áp dụng cho Mobile TV

X 110 X 111 X • Phân cấp: Bảng I.8: Báo hiệu phân cấp • Tốc độ mã: s30, s31, s32 (dòng HP) s33, s34, s35 (dòng LP) Tốc độ mã 000 1/2 001 2/3 010 3/4 011 5/6 100 7/8 101 X 110 X 111 X Bảng I.9: Báo hiệu tốc độ mã •Khoảng bảo vệ: s36, s37 Khoảng bảo vệ 00 1/32 01 1/16 10 1/8 11 1/4 Bảng I.10: Báo hiệu khoảng bảo vệ • Mẫu truyền dẫn: s38, s39 Mẫu truyền dẫn 00 2K 01 8K 10 4K (hệ thống DVB-H ) 11 X Bảng I.11: Báo hiệu mẫu truyền dẫn PHẦN II: HỆ THỐNG DVB-H CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG DVB-H II.1.1 Giới thiệu hệ thống Vào năm 1998 truyền hình kĩ thuật số mặt đất (DVB-T _Digital Video Broadcast Terrestrial) được triển khai ở châu Âu, các nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu một dự án truyền hình kĩ thuật số cho các máy thu di động dựa trên truyền hình kĩ thuật số mặt đất. Năm 2000 dự án Phát triển truyền hình châu Âu (về Tivi di động và Dịch vụ mới) chỉ ra có thể chế tạo máy thu di động cho truyền hình kĩ thuật số DVB-T, hoạt động thu phát di động này thông qua một mạng quảng bá chuyên dụng riêng. Các dịch vụ di động có yêu cầu cao hơn (ví dụ: tốc độ mã hoá, phương thức điều chế …) so với dịch vụ của máy thu cố định DVB-T . Sau 5 năm nghiên cứu dịch vụ truyền hình di động được thử nghiệm đầu tiên tại các thành phố của Singapore và Đức. Đồng thời các nhà khoa học đưa ra một kĩ thuật cho phép sử dụng tài nguyên mạng cho thiết bị cầm tay, từ đó chiếc tivi nhỏ cầm tay giống điện thoại di động ra đời. Yêu cầu đối với hệ thống này: 1.Hệ thống truyền dẫn cung cấp khả năng hoạt động luân phiên: thu sau đó ngừng thu trong quá trình thu liên tiếp. Cách thức này giúp tiết kiệm công suất tiêu thụ. 2.Hệ thống truyền dẫn đảm bảo các máy thu chuyển từ tế bào truyền dẫn này sang tế bào một cách dễ dàng mà vẫn duy trì hoạt động của các dịch vụ DVB-H . 3. Máy thu có khả năng thích ứng được với các điều kiện thay đổi như: trong nhà, ngoài trời, khi người dùng đi bộ hay tham gia vào các phương tiện giao thông có tốc độ thay đổi. 4.Các dịch vụ cùng nhau chia sẻ môi trường truyền dẫn, mức độ nhiễu do con người gây ra rất lớn phải giảm bớt ảnh hưởng nhiễu đến hoạt động của máy thu. 5.Hệ thống hoạt động linh hoạt trong điều kiện băng thông truyền dẫn và băng tần của kênh thay đổi. Mọi yêu cầu trên có thể đáp ứng dựa trên hệ thống truyền hình kĩ thuật số mặt đất DVB-T , với thuận lợi về mạng cũng như thiết bị . Năm 2002 kĩ thuật truyền hình số cho thiết bị cầm tay dựa trên kĩ thuật DVB-T ra đời, kĩ thuật DVB-H ( Digital Video Broadcasting-Handheld). Nó được uỷ ban phát thanh truyền hình châu Âu thông qua theo tiêu chuẩn EN302-304 tháng 10 năm2004. Hệ thống DVB-H là sự kết hợp thành phần lớp vật lí và lớp liên kết, kĩ thuật áp dụng dành riêng cho các lớp này là: Lớp liên kết: Kĩ thuật chia lát thời gian ( Time slicing) làm giảm công suất tiêu thụ trung bình của máy thu và hỗ trợ chuyển giao tần số. Đây là kĩ thuật bắt buộc đối với DVB-H . Sửa lỗi truyền dẫn cho dữ liệu kết hợp đa giao thức MPE-FEC (Multiprotocol encapsulated – Forward error correction) để cải tiến ảnh hưởng hiệu ứng Doopler, tỉ số C/N trong kênh truyền giảm nhiễu xung toàn phần. Đây là kĩ thuật không bắt buộc đối với DVB-H Lớp vật lí: DVB-H sử dụng báo hiệu thông qua các bít TPS (Transmission Parameter Signalling) làm tăng tốc độ tìm kiếm dịch vụ. Việc nhận dạng tế bào thông qua TPS cũng giúp cho quét tín hiệu và chuyển giao tần số của máy thu nhanh hơn. Báo hiệu cho DVB-H là kĩ thuật bắt buộc . Sử dụng mẫu 4K tạo ra sự phù hợp giữa tốc độ di chuyển của máy thu và kích thước tế bào truyền dẫn. Tức là máy thu với anten đơn trong mạng SFN (Single Frequency Network) có thể di chuyển với tốc độ cao mà đảm bảo kích thước tế bào đủ lớn. Đây là kĩ thuật không bắt buộc. Chèn hoàn toàn đối với mẫu 2K và mẫu 4K làm giảm ảnh hưởng nhiễu xung, kĩ thuật này không bắt buộc. • Mô hình hệ thống DVB-H Hình II.1.1: Hệ thống DVB-H Phía phát: 1.Đầu vào của bộ trộn là dòng dữ liệu đã được đóng gói theo IP (Internet Protocol) chứa thông tin đầy đủ về MPE, MPE-FEC, Time slicing và các thông tin cần thiết khác. Đầu ra là dòng truyền tải TS (Transport Stream), ngoài dòng IP của hệ thống DVB-H đầu vào của MUX còn có thể có thêm các dòng MPEG2 thông thường của DVB-T . 2.Dòng truyền tải qua bộ điều chế của DVB-T sử dụng thêm kĩ thuật báo hiệu TPS và thêm mẫu 4K cho ra dòng RF (Radio Frequency) phù hợp với dịch vụ DVB-H sau đó được đưa đến kênh truyền dẫn. Phía thu: Ngược lại quá trình phía phát Những phần bôi đen trên hình II.1.1 là phần kĩ thuật của DVB-H thêm vào so với DVB-T. • Mô hình một máy thu DVB-H Điều khiển công suất Giải điều chế DVB-T 8K,2K Time slicing MPE-FEC 4K TPS Tín hiệu DVBT Đầu vào RF IP datagram Gói TS Thiết bị DVB-H Bộ giải điều chế DVB-H Hình II.1.2: Mô hình máy thu DVB-H Hoạt động của máy thu DVB-H: Bộ giải điều chế DVB-T tái tạo lại các gói dữ liệu của dòng truyền tải MPEG2 từ tín hiệu RF thu được. Các mẫu thu được có thể là 2K, 4K, 8K được báo hiệu bằng TPS ( Transmitter Parameter Signalling). Khối Time slicing của DVB-H có nhiệm vụ giảm công suất tiêu thụ, hỗ trợ chuyển giao. Khối MPE-FEC chức năng sửa lỗi sai, thích ứng với vị trí thu khó khăn. II.1.2. Kĩ thuật chia lát thời gian (Time slicing) Mục đích của kĩ thuật chia lát thời gian là giảm công suất tiêu thụ trung bình và chuyển giao dịch vụ liên tục. Time slicing truyền dữ liệu trong các burst với tốc độ cao hơn tốc độ yêu cầu Time slicing báo hiệu cho máy thu, thu các burst tiếp theo thông qua khoảng thời gian ∆t lưu trong burt hiện tại. Giữa các burst dữ liệu của dịch vụ hiện tại sẽ không được truyền đi, nhưng dữ liệu của dịch vụ khác sẽ được truyền đi. Máy thu chỉ hoạt động tích cực trong khoảng thời gian rất nhỏ (khoảng thời gian thu burst dịch vụ).Trong khi đó máy phát vẫn tiếp tục phát đi các dữ liệu khác. Time slicing hỗ trợ máy thu khi dịch chuyển sang tế bào bên cạnh trong khoảng thời gian off-time (khoảng thời gian giữa các burst). Khả năng chuyển mạch của máy thu tốt nên khi chuyển từ dòng truyền tải này sang dòng truyền tải khác tín hiệu không bị ngắt quãng. II.1.3 Kĩ thuật MPE-FEC Kĩ thuật MPE-FEC cải thiện tỉ số C/N, ảnh hưởng của hiệu ứng Doppler nên kênh truyền di động, giảm nhiễu xung. Tại lớp MPE sẽ thêm kĩ thuật sửa lỗi bằng cách đưa thêm thông tin mã chẵn lẻ tương ứng với gói dữ liệu vào các đoạn MPE-FEC. Mã sửa lỗi phần mào đầu là một phần dung lượng truyền dẫn. Dung lượng này có thể thay đổi, thông thường nó chiếm 25% dung lượng thông số truyền dẫn. So với DVB-T thì mào đầu của DVB-H còn có thêm thông tin mã sửa lỗi, ảnh hưởng đến tỉ số C/N. Máy thu sử dụng kĩ thuật MPE-FEC phải có cùng tỉ số C/N với máy thu anten vô hướng không sử dụng MPE-FEC. Để bù cho phần mào đầu MPE-FEC thì tốc độ mã hoá truyền dẫn giảm.Tuy nhiên với cùng một đầu vào DVB-H hoạt động tốt hơn DVB-T. II.1.4 Mẫu 4K & ghép hoàn toàn. Mẫu 4K giúp qui hoạch mạng dễ dàng hơn vì mẫu này tạo ra sự phù hợp giữa yêu cầu về kích thước mạng đơn tần (SFN) và tốc độ di chuyển của máy thu. Sử dụng mẫu 2K & 4K cùng với kĩ thuật ghép xen nội hoàn toàn trong hệ thống DVB-T làm giảm nhiễu xung. Mẫu 4K là mẫu trung gian giữa 2K & 8K thêm mẫu 4K vào hệ thống có thêm nhiều sự lựa chọn cho qui hoạch mạng: • Mẫu 8K: Dùng cho máy phát đơn (một máy phát) và mạng SFN nhỏ, trung bình , lớn. Máy thu có tốc độ dịch chuyển cao. • Mẫu 4K: Dùng cho cả máy phát đơn và mạng SFN nhỏ, trung bình. Tốc độ di chuyển của máy thu là rất lớn. • Mẫu 2K: Phù hợp với hoạt động một máy phát và cả mạng SFN nhỏ. Máy thu có tốc độ di chuyển vô cùng lớn. Ghép xen nội hoàn toàn mẫu 2K & 4K tăng thêm lựa chọn khi ghép các biểu trưng. Phương pháp ghép xen nội hoàn toàn mẫu 2K và 4K tăng hiệu quả sử dụng bộ nhớ so với mẫu 8K. Với mẫu 2K là 4 lần còn với mẫu 4K là 2 lần. Mẫu 4K và ghép xen nội hoàn toàn tác động trực tiếp đến lớp vật lí, tuy nhiên thành phần của lớp vật lí không tăng thêm ( ví dụ: bộ nhớ, cổng logic). II.1.5 Báo hiệu DVB-H Báo hiệu DVB-H giúp cho báo hiệu truy nhập vào các dịch vụ nhanh, dễ dàng hơn so với việu giải điều chế và giải mã hoá các thông tin dịch vụ (SI) hay các thông tin header của đoạn MPE-FEC . Báo hiệu thông số truyền dẫn (TPS) của DVB-H sử dụng hai bít để báo hiệu cho time slicing và MPE-FEC. Đồng thời nó cũng báo hiệu khi nào dùng mẫu 4K và ghép xen nội hoàn toàn. CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT DVB-H II.2.1 Lớp liên kết II.2.1.1 Time slicing II.2.1.1.1 Nguyên lí Đối với hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T dòng MPEC-2 và dòng truyền tải dữ liệu khác của các dịch vụ khác nhau được kết hợp với nhau cùng với tần số cao. Tức là các dịch vụ được truyền song song riêng rẽ. Máy thu chỉ thu được duy nhất các gói dòng truyền tải mong muốn do tốc độ ghép kênh rất cao. Ngay cả khi trên đường truyền không phải là dịch vụ của mình thì máy thu vẫn hoạt động, để thu được hết tất cả dữ liệu công suất tiêu thụ lớn. Dịch vụ 1 Dịch vụ 2 Dịch vụ 3 Dịch vụ 4 Thời gian Dung lượng kênh truyền Hình II.2.1: Các dịch vụ trong hệ thống DVB-T Time slicing là kĩ thuật DVB-H sử dụng kết hợp đa giao thức MPE để chèn IP datagram vào dòng truyền tải MPE. Dữ liệu của các dịch vụ sẽ được chia ra thành các burst, trong mỗi burst chứa thông tin báo hiệu thời gian ∆t để thu burst tiếp theo (cụ thể phần 2.1.1.3), thay vì phải truyền liên tục. Nếu tốc độ bit trung bình của dòng truyền tải sơ cấp ES (tốc độ tối thiểu cho audio và video thông thường) là 500Kb/s, tốc độ bít đỉnh ( tốc độ bit tối đa do DVB-H cung cấp) là 10Mb/s và kích thứơc burst cực đại là 2Mb thì thời gian truyền một burst là 200ms, chu kì burst là 4s. Khi đó burst của dịch vụ này được truyền đi trong khoảng 200ms sau đó là burst của dịch vụ khác, quá trình này tiếp tục cho đến khi vòng quay ngược lại dịch vụ ban đầu là 4s. Dịch vụ giống MPEG-2TV 4S 200ms Dung lượng DVB-H Dung lượng dịch vụ hệ thống khác Dịch vụ 1 Các dịch vụ khác Hình II.2.2 Phân chia dịch vụ của DVB-H II.2.1.1.2 Ưu điểm II.2.1.1.2.1 Tiết kiệm công suất. • Yêu cầu công suất tiêu thụ: Các thiết bị cầm tay di động có kích thước nhỏ cho nên bị giới hạn về nguồn cung cấp năng lượng cho thiết bị, khi nguồn năng lượng hết thì khả năng liên lạc bị mất. Yêu cầu đặt ra các thiết bị này tiêu tốn công suất ở mức càng thấp càng tốt mà vẫn đảm bảo chất lượng dịch vụ. Để thu các băng thông cơ bản hay các tín hiệu RF theo các nhà khoa học dự đoán công suất thiết bị cầm tay giảm xuống còn 600mW vào năm 2007. Tuy nhiên khi tích hợp thêm một số dịch vụ cho thiết bị cầm tay ( xem tivi, nối mạng…) công suất tiêu thụ yêu cầu giảm thấp hơn nữa chỉ còn 100mW. Tổn hao nhiệt trong môi trường và giới hạn dung lượng pin chính là hai nguyên nhân chính hạn chế công suất. • Cách thức giải quyết. Các dịch vụ dùng trong thiết bị cầm tay có tốc độ bit thấp. Tốc độ bit tối đa của dòng video dùng kĩ thuật nén MPEG-4 là vài trăm kb/s trên thực tế tối đa là 384 kb/s ( hệ thống 3G).Ngoài ra một số các dịch vụ khác như download file cần tốc độ cao hơn. Tuỳ theo dịch vụ khác nhau mà có tốc độ bit khác nhau, máy thu hoạt động với công suất khác nhau. Hệ thống DVB có tốc độ bít nên đến 10mb/s hoặc cao hơn. Sử dụng kĩ thuật time slicing tiết kiệm công suất tiêu thụ trung bình. Cơ sở của time slicing là gửi liệu trong các burst với tốc độ lớn hơn tốc độ dịch vụ yêu cầu. Trên hình II.2.2 Để thu dịch vụ 1 thì máy thu chỉ hoạt động tích cực trong một burst sau đó nó ngừng thu, nó sẽ chờ bao giờ đến đúng burst của dịch vụ thì quá trình thu tiếp tục trở lại. Thời gian thu một burst nhỏ hơn rất nhiều so với thời gian chờ đợi thu burst tiếp theo hay thời gian máy thu hoạt động nhỏ hơn thời gian máy thu nghỉ, công suất tiêu thụ được tiết kiệm.Khi máy thu ngừng thu thì nó giải điều chế burst thu được ở thời điểm trước, do đó người xem sẽ thấy hình ảnh liên tụ. Yêu cầu tốc độ burst lớn hơn 10 lần tốc độ bit cố định ( là tốc độ bit trung bình của dòng truyền tải sơ cấp khi không sử dụng kĩ thuật time slicing).Ví dụ tốc độ dòng dịch vụ là 350kb/s thì tốc độ burst là 4Mb/s. Tốc độ burst gấp hai lần tốc độ bít cố định công suất tiêu thụ giảm 50%. Áp dụng kĩ thuật time slicing tiết kiệm 90% đến 95% công suất tiêu thụ. Tốc độ bit Thời gian on-off Dịch vụ 1 Dịch vụ 2 Dịch vụ 3 Dịch vụ 4 Hình II.2.3: Thời gian hoạt động tích cực của máy thu • Ước lượng công suất. Công suất tiêu thụ phụ thuộc vào chu kì làm việc time slicing. Chu kì làm việc là 10% tiết kiệm 90% công suất. Hệ thống DVB-H sử dụng cả kĩ thuật MPE-FEC cần cung cấp một lượng công suất cho MPE-FEC. Công suất tiêu thụ là 0.13µm thêm 2mW, 0.18µm thêm 1mW. II.2.1.1.2.2 Hỗ trợ chuyển giao • Yêu cầu: Máy thu di động ở trong mạng đa tần số MNF của hệ thống DVB-T ở tần số hiện tại mà có chất lượng tín hiệu thấp muốn chuyển sang một tần số khác để chất lượng tín hiệu tốt hơn cần phải có hỗ trợ chuyển giao. Hệ thống DVB-T không có hỗ trợ chuyển giao nên tín hiệu thu sẽ bị ngắt quãng. Trong thời gian quét tìm tần số sẽ không thu được tín hiệu trừ khi máy thu được trang bị thêm RF hỗ trợ cho mục đích này. Thêm RF làm tăng giá thành máy thu. Yêu cầu đặt ra hỗ trợ chuyển giao tần số mà không cần phải thêm RF. • Giải pháp: Time slicing hỗ trợ khả năng máy thu dịch chuyển sang tế bào bên cạnh trong khoảng thời gian ngừng thu. Do sự chuyển mạch giữa các dòng truyền tải thực hiện trong khoảng thời gian ngừng thu, mà bên ngoài ta tưởng rằng máy thu ngừng hoạt động. Trong khoảng thời gian giữa hai burst máy thu sẽ quét và tìm ra tần số thích hợp nhất, máy thu vẫn duy trì công suất . Thời gian kiểm tra chất lượng tín hiệu tại các tần số nhỏ hơn 200ms. Áp dụng phương pháp quét “thông minh” kiểm tra tế bào lân cận trước thì số lượng tần số kiểm tra giảm xuống, thời gian kiểm tra cũng như công suất duy trì máy thu cũng giảm xuống. Tăng thời gian ngắt có nhiều thời gian hơn để quét tìm tần số nhưng nó làm tăng thời gian truy nhập vào hệ thống. Hình II.2.4: Hỗ trợ chuyển giao Dòng IP được đồng bộ giữa các tế bào lân cận nhau do đó máy thu có thể dịch chuyển sang tế bào bên cạnh mà vẫn thu được dòng IP mà không làm mất dữ liệu. Chú ý đối với mạng đơn tần số thì sự chuyển giao chỉ áp dụng khi thiết bị chuyển sang mạng khác, do tất cả các máy phát trong mạng SFN đều nằm trong một tế bào. II.2.1.1.3 Phương pháp delta-t Mục đích của phương pháp này là báo hiệu thời gian bắt đầu của một đoạn MPE (hoặc MPE-FEC ) mà máy thu sẽ thu, nó chính là thời điểm thu burst tiếp theo. Đối với trễ cố định yêu cầu ∆t không thay đổi (ví dụ burst tiếp theo của dòng truyền tải hiện tại sẽ được thu sau 5 500ms tính từ thời điểm hiện tại). Thông tin ∆t chứa trong MPE (MPE-FEC) bên phía phát và phía thu được đồng bộ với nhau. Khi thông số về: kích thước burst, khoảng thời gian của một burst, tốc độ bit của burst, thời gian ngừng thu time-off của các dòng sơ cấp khác nhau hay của các burst khác nhau trong cùng một dịch vụ thay đổi kéo theo ∆t thay đổi. Sau khi thu mỗi burst máy thu sẽ restart lại đồng hồ để đảm bảo thông tin ∆t được chính xác. Đường truyền bị lỗi một phần burst bị mất, thông tin ∆t bị mất lúc đó máy thu không có thông tin thời gian để thu burst tiếp theo. Nó sẽ phải chờ thêm một khoảng thời gian nữa mới thu được. Tránh hiện tượng trên, thông tin ∆t được lưu trong phần header của mỗi đoạn MPE (MPE-FEC ). Khi đó cho dù đường truyền xấu chỉ cần thu được một đoạn MPE (MPE-FEC) thì sẽ có thông tin ∆t. Giá trị ∆t ở mỗi header của mỗi đoạn MPE (MPE-FEC ) khác nhau. Các đoạn ∆t Hình II 2.5: Header của mỗi đoạn MPE chứa thông tin ∆t báo hiệu cho burst tiếp theo Burst n Burst n +1 ∆t không nhạy với trễ cố định của đường truyền nhưng nó chịu sự ảnh hưởng của hiện tượng jitter. Jitter là một hình thức của trễ biến đổi, trễ do jitter tạo ra gọi là delta-t jitter. ∆t báo hiệu thời gian sớm nhất burst kế tiếp bắt đầu, ∆t jitter có thể điều chỉnh đựơc bằng cách giảm bớt ∆t, ∆t không còn chính xác ảnh hưởng đến công suất tiêu thụ. ∆t nhỏ hơn thời gian thực mà burst tiếp theo đến thì máy thu sẽ hoạt động trước một khoảng thời gian mà không thu được tín hiệu, công suất hoạt động này là vô ích. Ngược lại ∆t lớn hơn thì máy thu bỏ qua một phần tín hiệu đầu, dữ liệu thu bị mất. ∆t jitter hiệu chỉnh được, tín hiệu thu không bị ảnh hưởng do trễ. Delta-t jitter Delta-t Hình II.2.6: Delta-t Jitter Delta-t jitter bằng 10ms là tiêu chuẩn cho phép, vì 10ms chính là thời gian để báo hiệu delta-t. Giả sử burst truyền đi chỉ có thông tin ∆t ngoài ra không có thông tin khác (trên thực tế không có burst như thế) thì thời gian nhỏ nhất để thu burst tiếp theo là 10m. Delta-t jitter không được vượt quá giá trị này, nếu delta-t jitter lớn hơn thì máy thu bỏ qua burst kế tiếp mà thu sang burst khác. Tuy nhiên nếu giảm delta-t jitter nhỏ hơn 10ms cũng không thu được hiệu quả hơn vì bản thân nó đã nhỏ hơn giá trị jitter của thời gian đồng bộ. Thời gian thu burst kế tiếp chậm hơn thời gian báo hiệu delta-t là 1/2x Delta-t jitter max. Muốn tín hiệu thu đảm bảo hơn thời gian trễ được tính bằng 4/3x Delta-t jitter max. II.2.1.1.4 Kích thước Burst và thời gian ngắt. Kích thước burst phải nhỏ hơn bộ nhớ máy thu. Khi một burst được thu máy thu lưu nó vào trong bộ nhớ, khi giải mã RS burst được đưa vào bộ nhớ tạm thời (bộ nhớ đệm –buffer). Khoảng thời gian lưu bằng khoảng thời gian giữa hai burst. Bộ nhớ đệm có kích thước tối đa là 2 Mb. Khi không áp dụng kĩ thuật time slicing bộ đệm lớn hơn 2 Mb. •Kích thước burst: Kích thước burst là số lượng bit trong một burst tại lớp mạng, nó chỉ gồm các bit của tải mà không kèm bit mào đầu. IP datagram gồm header và tải, kích thước IP datagram thay đổi trong khoảng 40…4080 byte. Đoạn MPE gồm header và tải là IP datagram đã gắn thêm chuỗi CRC. Kích thước đoạn MPE thay đổi trong khoảng 16 … 4095 byte. Một đoạn MPE và MPE-FEC có 16 byte mào đầu trong đó 12 byte header, 4 byte CRC-32. Một IP datagram kích thước trung bình 1kB thì mào đầu chiếm 1,5%. Kích thước một đoạn là một 1kB phần mào đầu chiếm khoảng 2,2%. Khi đóng gói vào gói truyền tải TS (188 byte) thì phần mào đầu tăng lên do có thêm header của gói TS. Gói truyền tải mào đầu chiếm 4%. Tốc độ bit burst là tốc độ bít khi truyền đi một burst của dòng sơ cấp có áp dụng kĩ thuật time slicịng .Tốc độ bit cố định là tốc độ bít trung bình của dòng sơ cấp khi không áp dụng kĩ thuật time slicing. Khoảng burst là khoảng thời gian từ khi bắt đầu cho đến khi hết một burst. Kích thước burst 1Mb, tốc độ bit burst Mb/s thì khoảng burst là 1.04s ( do 4% là mào đầu). •Thời gian ngắt Thời gian ngắt là thời gian giữa hai burst. Trong khoảng thời gian ngắt thì không một gói dữ liệu nào của dịch vụ đựơc truyền đi trong khi đó các gói dữ liệu của dòng sơ cấp khác vẫn được truyền đi. Do đó tốc độ bít của burst nhỏ hơn tốc độ của dòng tải. Kích thước burst Tốc độ bit cố định Khoảng burst Thời gian ngắt Tốc độ bit của burst Hình II.2.7: Thông số burst Một số công thức tính toán: Kích thước burst 2 Mb (tải đoạn MPE-FEC , MPE), tốc độ bit của burst 15 Mb/s thì khoảng tối đa của một burst là 140ms. Tốc độ bit cố định của dòng sơ cấp 350 Kb/s, không hỗ trợ MPE-FEC thì thời gian ngắt là 6,10s. Thời gian đồng bộ 250s, delta-t jitter 10ms thì công suất tiết kiệm được 93%. Hình II.2.8: Mối quan hệ giữa tốc độ burst và công suất tiết kiệm II.2.1.2 MPE-FEC II.2.1.2.1 Khung MPE-FEC II.2.1.2.1.1 Định nghĩa khung MPE-FEC Khung MPE-FEC là một ma trận 255 cột và số hàng thay đổi từ 1 cho đến 1024. Thông tin về số hàng được báo hiệu trong thông tin dịch vụ SI (Service information). Số hàng của MPE-FEC thường là 256, 512, 768 hoặc 1024. Kích thước lớn nhất của khung là 2Mb, mỗi vị trí trong ma trận là một byte thông tin. 191 cột phía bên trái khung lưu IP datagram và dữ liệu đệm gọi là bảng dữ liệu ghép ( Application data table). Phía bên phải khung gồm 64 cột lưu mã FEC gọi là bảng dữ liệu RS (RS data table) hay còn gọi là bảng FEC. Mỗi vị trí byte trong bảng dữ liệu ứng dụng có địa chỉ từ 1 đến 191x số của hàng. Mỗi vị trí byte trong bảng dữ liệu RS có địa chỉ từ 1 đến 64 x số của hàng. IP datagram Cột dữ liệu đệm Bảng dữ liệu RS Cột RS trống Đệm Bảng dữ liệu ghép Bảng dữ liệu RS Số hàng 1 64 1 191 1 Hình II.2.9: Cấu trúc khung MPE-FEC II.2.1.2.1.2 Bảng dữ liệu ghép Bảng dữ liệu ứng dụng lưu trữ các IP datagram. Các IP datagram được truyền từ cột đầu tiên bên trái từ trên xuống dưới, hết datagram này đến datagram khác.Chiều dài của các IP datagram có thể thay đổi, nếu một IP datagram không kết thúc tại vị trí cuối cùng của cột thì nó sẽ tiếp tục được truyền ở cột tiếp theo. Khi mà tất cả các IP datagram đã đặt vào bảng dữ liệu ứng dụng mà một số vị byte không được điền đầy thì nó sẽ được lấp đầy bằng byte đệm (byte zero). Số lượng cột đệm thay đổi từ 0 đến 190, trong đoạn MPE-FEC nó được báo hiệu bằng 8 bit. Một IP datagram được truyền trong một đoạn MPE và một đoạn MPE chỉ chứa một IP datagram. Mỗi đoạn chứa địa chỉ bắt đầu (địa chỉ byte đầu tiên) của IP datagram. Điạ chỉ bắt đầu nằm trong header của MPE. Máy thu đặt IP datagram vào đúng vị trí trong bảng. Đoạn cuối cùng chứa cờ báo hiệu ranh giới bảng (vị trí IP datagram cuối cùng). Nếu các đoạn của bảng thu được đều đúng thì máy thu ngừng thu và giải mã dữ liệu RS. Số lượng cột đệm trong bảng lưu ở các đoạn MPE là không đổi. Bảng dữ liệu ghép 1 Cột 1 - 191 191 Cột đệm cuối cùng Cột đệm đầu tiên Cột đệm đầu tiên IP datagram cuối cùng Byte đệm IP datagram số 3 IP datagram số 2 IP datagram số 1 IP datagram số 2 IP datagram số 1 S ố h àng Hình II.2.10: Bảng dữ liệu ghép II.2.1.2.1.3 Bảng dữ liệu RS Sau khi 191 của bảng dữ liệu ứng dụng được điền đầy thì đến bảng dữ liệu RS. Mỗi hàng gồm 64 byte mã parity, mã sử dụng là mã Reed Solomon RS(255,191) . Mỗi một hàng tương ứng với một từ mã RS. Mỗi cột chứa các byte parity của một đoạn MPE-FEC. Đa thức tạo mã RS (255.191): g(x) = (x+λ0)(x+λ1)(x +λ2)…(x+ λ63), trong đó λ=02 (HEX ). Cột RS trống cuối cùng Byte parity ở đoạn FEC cuối cùng Mã parity đoạn 1 Mã parity đoạn 2 Cột RS trống cuối cùng Số cột Bảng dữ liệu RS Hình II.2.11:Bảng dữ liệu RS 1 Cột 1-64 64 Dữ liệu trong bảng RS cũng được truyền lần lượt theo cột. Một số cột bên phải của bảng RS có thể bị loại bỏ không thể truyền đi được do đó bảng sẽ bị trống. Số lượng cột bị trống không được báo hiệu do nó có thể thay đổi động từ 0 đến 63 tuỳ thuộc vào các khung. Các byte mã parity được truyền đi riêng rẽ trong đoạn MPE-FEC. Chiều dài đoạn MPE-FEC thay đổi, mỗi cột chỉ có một đoạn MPE-FEC. II.2.1.2.2 Giải mã trong khung MPE-FEC Một IP datagram được truyền đi trong một đoạn MPE, một cột dữ liệu RS được truyền đi trong một đoạn MPE-FEC. Hai loại MPE-FEC và MPE cùng được truyền đi trên một dòng sơ cấp, để phân biệt được chúng dựa trên thông tin nhận dạng bảng. MPE-FEC và MPE được bảo vệ bằng mã CRC-32. CRC-32 kiểm tra các đoạn MPE-FEC và MPE thu được từ dòng ES, với các đoạn lỗi nó bị loại khỏi máy thu. Vị trí của đoạn lỗi sẽ được đánh dấu ở trong các bảng tương ứng. Với các đoạn không bị lỗi máy thu tiếp tục kiểm tra phần header của mỗi đoạn để lấy thông tin địa chỉ bắt đầu của các tải sau đó đặt nó vào đúng vị trí tương ứng trong bảng. MPE-FEC bắt buộc dùng CRC để kiểm tra còn MPE có thể sử dụng thêm một số cách kiểm tra khác. Trong bảng dữ liệu ghép và bảng dữ liệu RS vị trí đoạn đúng, đoạn lỗi, cột đệm ( bảng dữ liệu ghép), cột trống( bảng dữ liệu RS) đã được đánh dấu. Máy thu giải mã thông tin RS và sửa lỗi sai. Mã RS sửa được 64 byte trên 255 byte từ mã (ứng với một hàng của khung). Một từ mã RS (một hàng của bảng RS) giải mã cho một hàng ở bảng dữ liệu ghép. Trên một hàng có nhiều hơn 64 byte lỗi giải RS không sửa được tất cả, đầu ra có byte lỗi mà chưa được sửa. Máy thu đánh dấu byte lỗi chưa được sửa. IP datagram mà có byte lỗi chưa được sửa thì sẽ bị loại bỏ.Tỉ lệ các lỗi không sửa được trên một khung rất thấp 10-12 vì vậy thông tin thu được có độ chính xác cao. Hình II.2.12: Quá trình sửa lỗi của khung MPE-FEC Trong bảng dữ liệu ghép các cột đệm không được truyền đi nhưng tại phía thu nó được tạo ra do giải mã RS. Số lượng cột đệm ảnh hưởng tới tốc độ mã hoá, giúp cho chất lượng mã hoá tốt hơn. Do số IP datagram ít thì thông tin phải mã hoá là ít. Tuy nhiên nếu mà cột trống quá nhiều sẽ gây hao phí dung lượng khung. Ví dụ trong 255 cột có 127 cột đệm, 64 cột là IP datagram tốc độ mã tăng 1/2, chiều dài từ mã giảm 50%. Cột trống trong bảng dữ liệu RS làm yếu đi quá trình mã hoá, cột trống nhiều dữ liệu RS sẽ ít, thông tin dùng để mã hoá ít đi. II.2.1.3 Kết hợp Time slicing và MPE-FEC II.2.1.3.1 Truyền dẫn Time slicing và MPE-FEC cùng được sử dụng, mỗi burst dữ liệu được gửi đi trong một khung MPE-FEC. Phần đầu của burst là đoạn MPE mang IP datagram dọc theo khung, kết thúc đoạn MPE cuối cùng tiếp theo là đoạn MPE-FEC mang mã parity. Các đoạn có cờ báo hiệu chỉ ra đoạn MPE cuối cùng, khi MPE thu được không bị lỗi máy thu bỏ qua đoạn MPE-FEC để thu burst tiếp theo. Các đoạn có cờ báo hiệu đoạn MPE-FEC cuối cùng, hay là báo hiệu kết thúc một khung. Các dịch vụ khác nhau trong hệ thống DVB-H (ứng dụng kĩ thuật Time slicing & MPE-FEC) truyền các burst dữ liệu theo phương pháp OFDM. Hình II.2.12 mô tả quá trình truyền dẫn của DVB-H . Hình II.2.13 Quá trình truyền dẫn sử dụng kĩ thuật Time slicing II.2.1.3.2 Giao thức ngăn xếp Khi áp dụng kĩ thuật time slicing, các burst dữ liệu truyền đi với tốc độ bit rất cao. Nó cao hơn tốc độ của đường truyền dẫn thông thường do đó phải sử dụng giao thức mạng (IP) để truyền. IP tương ứng với lớp 3 trong mô hình mạng OSI. DVB-T MPEG-2 TS MPE MPE-FEC Khung MPE-FEC IP Lớp mạng Lớp liên kết Lớp vật lí Hình II.2.14: Ngăn xếp giao thức DVB-H II.2.1.4 Bộ nhớ II.2.1.4.1 Cách sử dụng bộ nhớ Khi thu các gói IP MPE máy thu lưu nó vào trong bộ nhớ (memory). Giải mã RS khung MPE-FEC trong bộ nhớ, dữ liệu qua giải mã lưu trong bộ nhớ đệm. Các gói IP đã sửa sai được chuyển đến lớp mạng cao hơn trong mô hình OSI. Gói IP chuyển đi bộ nhớ đệm sẽ được giải phóng sẵn sàng cho khung tiếp theo. Tốc độ dữ liệu đầu ra đủ nhanh để đưa các gói IP bên ngoài thu được vào trong bộ nhớ. 0 1 0 0 0 Dịch vụ: Bộ nhớ: Giải mã RS: Đầu ra IP: Hình II.2.15: Xử lí dịch vụ trong máy thu Thông thường DVB-H truyền vài dịch vụ liên tiếp nhau, ví dụ ở hình vẽ II.2.14 có ba dịch vụ. Máy thu đang xử lí dịch vụ số 0, dịch vụ số 0 được lưu trong bộ nhớ và được giải mã RS. Máy thu cần có thời gian để đưa dữ liệu ra khỏi bộ nhớ, không thể thu tiếp dịch vụ khác ngay sau đó được. Giả sử có ba dịch vụ 0, 1 và 2 được truyền đi liên tiếp nhau. Máy thu đã thu xong dịch vụ số 0 nhưng nó chưa thể thu dịch vụ số 1 ngay vì còn đang giải mã và đưa dịch vụ số 0 ra. Không thể mở rộng bộ nhớ để thu dịch vụ số 1 được nhưng ta vẫn có thể thu được dịch vụ số 2 vì quá trình xử lí dịch vụ 1 kết thúc trước khi thu được dịch vụ 2. Quá trình thu và xử lí mô tả trong hình II.2.15 0 1 2 0 0 0 Dịch vụ: Bộ nhớ: Giải mã RS: Đầu ra IP: 2 2 2 Hình II.2.16: Ví dụ xử lí hai dịch vụ trong máy thu Như vậy để thu hai dịch vụ tại cùng một thời điểm thì không được đặt chúng cạnh nhau mà cách nhau qua một dịch vụ khác. Để thu đồng thời dịch vụ 0 và dịch vụ 2 thì phải đặt dịch vụ 2 cách dịch vụ 0 (sau dịch vụ 1).Giải pháp này trên thực tế là rất khó khi phải sắp xếp dịch vụ, mà yêu cầu đầu ra các dịch vụ thay đổi. Hơn nữa nếu thời gian đưa gói IP ra mà lớn thì cũng không thu được dịch vụ 2. II.2.1.4.2 Kích thước bộ nhớ tối thiểu. Giới hạn hoạt động thu là lúc phải thu đồng thời nhiều hơn một dịch vụ, máy thu không đủ bộ nhớ.Yêu cầu đặt ra với bộ nhớ: •Máy thu DVB-H có bộ nhớ để thu tối thiểu được một dịch vụ, mẫu khung MPE-FEC có kích thước max là 2Mb (1024 hàng) nên bộ nhớ tối thiểu là 2Mb. •Máy thu có thể hay không thể thu nhiều dịch vụ cùng một thời điểm phụ thuộc vào khoảng thời gian giữa các dịch vụ đó. Khắc phục hạn chế trên có 3 giải pháp: •Giới hạn kích thước khung MPE-FEC chỉ còn 512 hàng, bộ nhớ cần thiết cho mỗi dịch vụ giảm đi 1/2. Dịch vụ: Bộ nhớ MPE-FEC 1/2: Bộ nhớ MPE-FEC 2/2: Giải mã RS: Đầu ra IP: Hình II.2.17: Giải mã dịch vụ mà MPE-FEC có 512 hàng II.2.2 Lớp vật lý II.2.2.1 Mẫu 4K II.2.2.1.1 Định nghĩa Mẫu 4K là mẫu truyền dẫn sử dụng 3409 sóng mang mang dữ liệu trong phương pháp truyền dẫn ghép đa tần trực giao. Thông thường DVB-T chỉ sử dụng mẫu 2K & 8K, sử dụng thêm mẫu 4K sự mâu thuẫn giữa tốc độ dịch chuyển máy thu và kích thước mạng SFN được giải quyết, máy thu di chuyển tốc độ cao trong mạng SFN trung bình. Mẫu 4K hoàn toàn phù hợp với các phương thức điều chế: QPSK, 16QAM, 64QAM, phân cấp hoặc không phân cấp cũng như cấu trúc mạng DVB-T vốn có nếu có thay đổi chỉ có một sự thay đổi nhỏ trong bộ điều chế, giải điều chế. Sơ đồ hệ thống DVB-H so với DVB-T khi sử dụng thêm mẫu 4K: Hình II.2.18: Hệ thống DVB-H có sử dụng thêm mẫu 4K II.2.2.1.2 Nguyên nhân chọn mẫu 4K Xét về số lượng sóng mang trên cùng một dải băng tần, mẫu 2K có số lượng sóng mang ít hơn 4K, mẫu 4K ít hơn 8K vì thế khoảng cách giữa các sóng mang của mẫu 2K lớn hơn 4K, 4K lớn hơn 8K. Khoảng cách sóng mang càng lớn thì nhiễu giữa các sóng mang càng nhỏ. Vậy mẫu 2K ít bị nhiễu so với 4K, 4K ít bị nhiễu so với 8K. Thông số Mẫu 2K Mẫu 4K Mẫu 8K Số lượng sóng mang hoạt động K 1705 3409 6 817 Số lượng sóng mang mang dữ liệu 1512 3024 6048 Chu kì sơ cấp T 7/64µs 7/64µs 7/64µs Thời gian truyền một symbol Tu 224µs 448µs 896µs Khoảng cách sóng mang 1/Tu 4 464Hz 2 232Hz 1 116Hz Khoảng cách giữa các sóng mang Kmin và Kmax = (K-1)/Tu 7,61MHz 7,61MHz 7,61MHz BảngII. 1: Thông số của các mẫu truyền dẫn đối với kênh truyền 8MHz Xét khoảng thời gian sử dụng cho các symbol (chu kì của nhóm sóng mang) thì chu kì nhóm sóng mang (Tu) của mẫu 8K lớn hơn 4K, 4K lớn hơn 2K. Thời gian chèn bảo vệ ∆ nhận các giá trị: 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 Tu . Do dó khoảng bảo vệ của mẫu 8K lớn hơn 4K, 4K lớn hơn 2K. 8K ít bị nhiễu giữa các symbol so với 4K, 4K ít bị nhiễu symbol so với 2K. Thông số Mẫu 2K Mẫu 4K Mẫu 8K Tu 2048T 4096T 8192T Khoảng chèn ∆/Tu 1/4 1/8 1/16 1/32 1/4 1/8 1/16 1/32 1/4 1/8 1/16 1/32 Khoảng chèn bảo vệ Tg 512T 256T 128T 64T 56µs 28µs 14µs 7µs 1024T 512T 256T 128T 112µs 56µs 28µs 14µs 2048T 1024T 512T 256T 224µs 112µs 56µs 28µs Tổng thời gian symbol 2560T 2034T 2176T 2112T 280µs 252µs 238µs 231µs 5120T 4068T 4352T 4224T 560µs 504µs 476µs 462µs 10240T 9216T 8704T 8448T 1120µs 1008µs 952µs 924µs BảngII. 2: Thông số miền thời gian của các mẫu (kênh truyền 8MHz) Do đó để dung hoà nhiễu giữa các sóng mang và nhiễu giữa các symbol thì chọn mẫu 4K là phù hợp nhất. Khoảng cách sóng mang ảnh hưởng đến tốc độ dịch chuyển máy thu, khoảng cách chèn bảo vệ liên quan đến kích thước tế bào mạng SFN. Giải quyết vấn đề nhiễu giữa các sóng mang và nhiễu giữa các symbol tức là đã giải quyết vấn đề kích thước mạng, tốc độ máy thu. Ví dụ khi sử dụng mẫu 4K có khoảng thời gian chèn bảo vệ lớn nhất ta có thể xây dựng mạng SFN mà khoảng cách giữa các máy phát lên đến 33-35km. Khoảng cách giữa các máy phát phụ thuộc vào trễ giữa hai máy phát. Độ trễ này phải nhỏ hơn khoảng bảo vệ. Tóm lại: •Mẫu 8K: dùng trong mạng đa tần số MFN (Multi frequency network)và mạng đơn tần SFN có kích thước nhỏ,trung bình và lớn.Tốc độ máy thu cao. •Mẫu 4K: dùng cho mạng đa tần số MFN và mạng SFN kích thước nhỏ và trung bình. Tốc độ máy thu rất cao. •Mẫu 2K: dùng cho mạng đa tần số MFN và mạng SFN kích thước nhỏ. Tốc độ máy thu vô cùng lớn. II.2.2.2 Ghép xen nội hoàn toàn II.2.2.2.1 Nguyên nhân ghép Mẫu 8K có 8 192 sóng mang, 4K có 4 096 sóng mang, 2K có 2 048 sóng mang. Cùng một lượng công suất nhiễu như nhau nếu ta sử dụng các mẫu khác nhau thì công suất nhiễu trung bình trên mỗi sóng mang của các mẫu khác nhau là khác nhau. Công suất nhiễu trên sóng mang của mẫu 4K gấp đôi mẫu 8K do số sóng mang 4K bằng một nửa 8K. Công suất nhiễu trên sóng mang 2K gấp 4 lần 8K do số sóng mang 2K bằng 1/4 mẫu 8K. Để công suất nhiễu trên 2K&4K nhỏ như trên 8K thì trong quá trình ghép kí tự của ghép xen nội ta ghép hai symbol (4K) và bốn symbol (2K) cho một lần ghép. Đầu ra của ghép xen nội đối với 2K là 4 symbol, và 2 symbol đối với 4K do đó công suất nhiễu tác động lên một sóng mang sẽ nhỏ như mẫu 8K. Mẫu 2K Mẫu 4K Mẫu 8K 48 x 126 bits 24 x 126 bits 12 x 126 bits Ghép xen nội dương 4K Ghép xen nội dương 2K Ghép xen nội dương 8K 24 x 126 bits 24 x 126 bits 12 x 126 bits 12 x 126 bits 12 x 126 bits 12 x 126 bits Ghép xen nội hoàn toàn 4K Ghép xen nội hoàn toàn 2K Hình II.2.19: Ghép xen nội hoàn toàn mẫu 2K &4K II.2.2.2.2 Cách ghép II.2.2.2.2.1 Ghép xen bit Cách ghép xen bit vẫn áp dụng kĩ thuật như dùng trong DVB-T. Nó chỉ khác khi mà ta ghép xen nội hoàn toàn thì thay cho 24 nhóm (4K), 12 nhóm (2K) 126 bít cho một lần ghép bằng 48 nhóm 126 bit. Áp dụng cho trường hợp phân cấp cũng như không phân cấp. II.2.2.2.2.2 Ghép xen ký tự • Ghép xen ký tự thông thường: Đặt những ký tự có v lên 3 024 sóng mang. Bộ ghép ký tự được thực hiện trên các khối có 3 024 ký tự dữ liệu. Vậy trong mẫu 4K có 24 nhóm- mỗi nhóm có 126 ký tự dữ liệu lấy từ bộ ghép bít sẽ được đọc tuần tự vào vectơ: Y’ = (y0’, y’1, y’2, …y’3023) Vectơ thu được sau khi ghép là: Y = (y0, y1, y2, …yNmax -1) Trong đó: yH(q) = y’q với những ký tự có chỉ số chẵn q = 0, …Nmax -1 yq = y’H(q) với nhứng ký tự có chỉ số lẻ q = 0, …Nmax -1 Nmax = 3024 • Ghép xen ký tự hoàn toàn: Đặt ký tự v bit lên trên 6 048 sóng mang đối với cả 2K&4K. Bộ ghép ký tự thực hiện trên các khối có 6048 khối. Trong cả hai mẫu đều là 48 nhóm mỗi nhóm 126 ký tự dữ liệu lấy từ bộ ghép xen bit sẽ được đọc tuần tự vào véc tơ: Y’ = (y0’, y’1, y’2, …y’6047) Vectơ thu được sau khi ghép là: Y = (y0, y1, y2, …yNmax -1) Trong đó: yH(q) = y’q với những vectơ có chỉ số chẵn q = 0,…Nmax -1 yq = y’H(q) với nhứng vectơ có chỉ số lẻ q = 0, …Nmax -1 Nmax = 6 048 đối với cả hai mẫu 2K&4K. Mẫu 2K ánh xạ vectơ ghép Y lên 4 symbol OFDM liên tiếp được vectơ tương ứng (vectơ ánh xạ), với vectơ ánh xạ chỉ số chẵn thì nó bắt đầu bằng symbol: 0, 8, 16, 24…với vectơ ánh xạ chỉ số lẻ thì nó bắt đầu bằng symbol: 4, 12, 20, 28… Mẫu 4K ánh xạ vectơ ghép Y lên 2 symbol OFDM liên tiếp được vectơ tương ứng (vectơ ánh xạ), với vectơ ánh xạ chỉ số chẵn thì nó bắt đầu bằng symbol: 0, 4, 8, 12…với vectơ ánh xạ chỉ số lẻ thì nó bắt đầu bằng symbol: 2, 6, 10, 14… Hàm hoán vị H(q) được tính như sau: Ri’ là từ bit nhị phân có (Nr – 1) bit, Trong đó Nr = log2Mmax. Mmax = 4096 trong mẫu 4K. Ri’ được xác định như sau: i = 0,1 Ri’ [Nr-2, Nr -3, …,1,0] = 0,0…,0 i = 2 Ri’ [Nr-2, Nr -3, …,1,0] = 0,0…,1 2<i<Mmax Ri’ [Nr-3, Nr -4, …,1,0] = Ri’ [Nr-2, Nr -3, …,2,1] Trong mẫu 4K thì Ri’ [10] = Ri-1’ [0] + Ri-1’ [2] Ch ỉ số các bit của Ri’ 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Ch ỉ số các bit của R’i 7 10 5 8 1 2 4 9 0 3 6 Bảng II.3: Hoán vị bit theo mẫu 4K Hàm hoán vị H(q) xác định theo thuật toán như trong mục I.2.1.5.2 II.2.2.3 Báo hiệu thông số truyền dẫn Báo hiệu thông số truyền dẫn TPS (Transmission Parameter Signalling) đối với mẫu 4K được truyền đi song song trên 34 sóng mang TPS tại các vị trí sóng mang cho trong bảng II.4. Chỉ số sóng mang TPS của mẫu 4K 34 50 209 346 413 569 595 688 790 901 1073 1219 1262 1286 1464 1594 1687 1738 1754 1913 2050 2117 2273 2299 2392 2494 2605 2777 2923 2966 2990 3173 3298 3391 Bảng II.4: Các sóng mang mang TPS của mẫu 4 Báo hiệu cho hệ thống DVB-H gồm 37 bit thông tin trong đó 33 bit được dùng còn lại 4 bit MPE-FECặc định bằng 0.Thông tin báo hiệu của các bit biểu diễn trong bảng II.5. Chỉ số bit Thông tin báo hiệu s17-s22 Chiều dài TPS s27, s28, s29 Phân cấp s38, s39 Mẫu truyền dẫn s48, s49 Báo hiệu DVB-H s50, s53 Không sử dụng (mặc định là 0) Bảng II.5: Thông tin báo hiệu của các bit •Khi báo hiệu DVB-H được dùng thì chiều dài của TPS thay đổi, giá trị chiều dài thiết lập là 100001 (dùng 33 bit TPS), báo hiệu chiều dài chỉ a số bít được dùng của TPS. •Thông tin phân cấp và ghép xen nội: Bit s27 báo hiệu thông tin ghép xen nội cho mẫu 2K&4K, khi dùng mẫu 8K chắc chắn là ghép xen nội thông thường: s27 = 0 : ghép xen nội thông thường. s27 = 1: ghép xen nội hoàn toàn. Bít s28, s29 báo hiệu phân cấp: Bit s28, s29 Thông tin phân cấp 00 Không phân cấp 01 α = 1 10 α = 2 11 α = 4 Bảng II.6: Thông tin phân cấp Trong đó α là giá trị biểu diễn khoảng cách giữa các symbol trên chòm sao mã hoá. •Thông tin mẫu truyền dẫn: Bit s38, s39 Mẫu truyền dẫn 00 2K 01 8K 10 4K 11 X Bảng II.7: Thông tin mẫu truyền dẫn •Báo hiệu DVB-H : Bít s48, s49 dùng để báo hiệu khi mà hệ thống DVB-H được dùng kèm theo kĩ thuật tương ứng của nó. Hai bít này chỉ dùng cho hệ thống DVB-H mà không có trong DVB-T. s48 s49 Báo hiệu DVB-H 0 x Không dùng Time slicing 1 x Dùng Time slicing x 0 Không dùng MPE-FEC x 1 Sử dụng MPE-FEC Bảng II.8: Thông tin báo hiệu DVB-H II.2.2.4 Lựa chọn dải tần cho DVB-H - DVB-H là hệ thống truyền hình dựa trên DVB nên có dải tần số là dải băng thông quảng bá: VHF-III (174…230 MHz), UHF-IV (470…598 MHz), UHF-V (598…862MHz). Tần số của các kênh là: 5, 6, 7 hoặc 8 MHz. Tuy nhiên không phải dải tần nào cũng phù hợp với DVB-H : - Dải VHF- III: Có bước sóng lớn hơn 1m dẫn đến kích thước anten lớn không thể tổ hợp trên thiết bị cầm tay, ngoại trừ gắn anten trên phương tiện đi lại. Vậy dải VHF-III không phù hợp. - Dải UHF- IV&V: Máy thu hoạt động trong hai dải này có tốc độ dịch chuyển lên đến 250- 500km/h. Kích thước anten đủ nhỏ để tích hợp trên thiết bị cầm tay. Tuy nhiên dải này đã dùng rất nhiều trong truyền hình số mặt đất cũng như trong hệ thống phát thanh truyền hình số tương tự. Một phần dải tần phía trên của dải UHF-V dùng cho hệ thống GSM 900. Yêu cầu đặt ra cho DVB-H dải tần hoạt động nằm ngoài dải băng thông quảng bá thông thường. Hiện nay tại Mĩ đang sử dụng băng L cho DVB-H , với băng thông của kênh là 5MHz (1670- 1675 MHz). Băng L (1452- 1492 MHz) có thể cung cấp 8 kênh truyền 5 MHz. Kênh truyền dẫn 5MHz: Hệ thống DVB-T thông thường chỉ sử dụng các kênh truyền 6,7 hoặc 8 MHz, đối với DVB-H nó sử dụng thêm kênh truyền 5MHz. Thông số kênh truyền dẫn 5 MHz đối với các mẫu truyền dẫn được cho trong hai bảng II.9 &II.10. Thông số Mẫu 8K Mẫu 4K Mẫu 2K Số sóng mang K 6 817 3 409 1 705 Số sóng mang Kmin 0 0 0 Số sóng mang Kmax 6 816 3 408 1 704 T 7/40 7/40 7/40 TU 1433,60 µs 716,80µs 358,40µs Khoảng cách sóng mang 1/TU 697,545HZ 1395,089Hz 2790,179Hz Khoảng cách giữa sóng mang Kmin&Kmax 4,75MHz 4,75MHz 4,75MHz Bảng II.9 : Thông số các mẫu truyền trong kênh 5MHz Băng thông (MHz) 5, 6, 7, 8 FFT (mẫu truyền dẫn) 2K, 4K, 8K Khoảng chèn bảo vệ (µs) 224, 112, 56, 28, 14, 7 Điều chế QPSK, 16QAM, 64QAM Bảo vệ lỗi Mã xoắn, Reed Slomon, MPE-FEC Tốc độ mã hóa xoắn ½, 2/3, ¾, 5/6, 7/8 Tốc độ mã hoá MPE-FEC từ ½ đến 7/8 Tốc độ dữ liệu 2.49 đến 31.67 Mb/s Tốc độ dịch chuyển máy thu 200km/h Số lượng kênh 11 kênh thoại 25 kênh truyền hình 3 kênh dữ liệu Bảng II.10: Tổng kết thông số hệ thống DVB-H Chương 3: So sánh hai hệ thống DVB-H và DVB-T II.3.1 Giống nhau • Sơ đồ khối chức năng hai hệ thống là tương tự nhau, bao gồm các khối chức năng sau: - Khối ghép kênh và mã hoá nguồn dữ liệu. - Khối mã hoá phân tán năng lượng và phối hợp ghép kênh. - Khối mã ngoại & ghép xen ngoại. - Khối mã nội & ghép xen nội. - Các khối điều chế tín hiệu (Mapper, Frame, Adaptation, OFDM…). - Khối A/D. Tín hiệu âm thanh, hình ảnh, dữ liệu đầu tiên được số hoá và mã hoá nén tiếp đến được mã hoá sửa lỗi. Sau mã hoá sửa lỗi sẽ được ánh xạ lên chòm sao điều chế. Thêm các pilot đồng bộ cho dữ liệu này và đưa dữ liệu lên sóng mang. Các sóng mang thông qua điều chế ( QPSK, 16-QAM, 64QAM) sẽ truyền đi theo phương thức OFDM. • Hai hệ thống cùng sử dụng mẫu truyền dẫn 2K & 8K. • Cấu trúc khung OFDM giống nhau • Bít thông tin báo hiệu TPS giống nhau ( trừ s48, s49). II.3.2 Khác nhau • Dòng truyền tải của DVB-H ngoài MPEG-2 còn sử dụng dòng MPEG-4, H.264/AVC. • Tại lớp liên kết DVB-H dùng thêm kĩ thuật Time slicing & MPE-FEC. • Tại lớp vật lí DVB-H : - Sử dụng thêm mẫu 4K do đó khối chức năng có sự thay đổi nhỏ để tích hợp thêm mẫu 4K này. - Ngoài kĩ thuật ghép xen nội thông thường DVB-H có ghép xen nội hoàn toàn. Báo hiệu cho hệ thống DVB-H là hai bit s48, s49. • Dải tần hoạt động, DVB-H lựa chọn thêm dải L ngoài các dải đã có, kênh truyền dùng là kênh 5MHz ( DVB-T dùng băng VHF, UHF, kênh truyền 6,7,8 MHz). • Về ứng dụng: DVB-H dùng cho máy thu di động kích thước nhỏ, anten nằm trong máy thu, nguồn năng lượng là pin, số kênh truyền từ 10 đến 55 kênh. DVB-T dùng cho máy thu cố định hoặc dịch chuyển trong phạm vi hẹp trong nhà, anten đặt trên mái nhà trên bàn, nguồn công suất cung cấp liên tục cố định, số kênh truyền từ 3 đến 5 kênh. DVB-H phù hợp dùng cho Mobile TV. PHẦN III: GIỚI THIỆU MỘT SỐ THIẾT BỊ & MỘT SỐ THỬ NGHIỆM CHƯƠNG 1: MỘT SỐ THIẾT BỊ THIẾT YẾU TRONG HỆ THỐNG DVB-H III.1.1. Bộ mã hoá MPEG-4/ H.264 Chức năng: Mã hoá âm thanh, hình ảnh dữ liệu thành các dòng MPEG-4& H.264. Có thể mã hoá đáp ứng thời gian thực cho các hình ảnh, âm thanh trực tiếp. Video: Đầu vào: 8 kênh video Loại truyền hình: PAL/ NTSC. Tốc độ khung: 25 đến 30 khung hình/s. Tốc độ bít đầu ra: 128kb/s đến 10 000kb/s. Audio: Đầu vào có thể 1 hoặc 2 kênh truyền audio tương tự. Tốc độ lấy mẫu: 8, 11, 10, 12, 22, 24, 32, 34, 48 KHz. Tốc độ bit: 8 đến 256 kb/s. Kênh âm thanh: mono hoặc stereo. Đầu ra đấu nối với Ethernet 10/100 Base T thông qua kết nối RJ45. III.1.2 Bộ kết hợp IP –DVE 6000 Chức năng: Chuyển dữ liệu đầu vào thành các gói IP vận chuyển theo giao thức mạng. Bộ kết hợp IP sử dụng kỹ thuật timeslicing và MPE-FEC: MPE-FEC dùng mã Reed Solomon (0 - 64 cột RS; 0 – 190 cột đệm), thời gian điều khiển timeslicing ≤ 10 ms. Nó phù hợp với mạng SFN có thông số sau: Mẫu FFT: 2K, 4K, 8K. Khoảng chèn: ¼, 1/8, 1/16, 1/32. Tốc độ mã hoá: ½, 2/3, ¾, 5/6, 7/8. Độ trễ 10ns. Băng thông kênh: 5, 6, 7,8 MHz. Hỗ trợ phân cấp: Có hai dòng bít HP &LP. Kết nối đầu vào Ethernet 10/100 Base T loại kết nối RJ45. Đầu ra nối với ASI thông qua kết nối 75Ω BNC. Nguồn : - Hiệu điện thế: 90-250 V(AC). - Tần số: 47- 63 Hz. - Công suất tiêu thụ max: 100VA. Có khả năng hoạt động trong môi trường 5oC - 50oC. III.1.3 Bộ điều chế DVM 5000 Chức năng: mã hoá và điều chế dòng tín hiệu đầu vào MPEG-4/H.264 (hoặc dòng MPEG-2) thành tín hiệu RF thông qua các tiêu chuẩn mã hoá và điều chế dành cho DVB-H / DVB-T. Thông số tín hiệu được xử lý: Mẫu truyền dẫn: FFT 2K, 4K, 8K Khoảng chèn : ¼, 1/8, 1/16, 1/32. Tốc độ bit: ½, 2/3, ¾, 5/6, 7/8. Phương thức điều chế:QPSK, 16-QAM, 64-QAM. Mạng hoạt động: SFN, MFN. Băng thông: 5, 6,7,8MHz Nguồn: Hiệu điện thế: 90-264v (AC). Tần số: 47-63 Hz. Công suất tiêu thụ max: 45VA. Hoạt động trong môi trường có nhiệt độ từ 0oC - 30oC. Kích thước máy: 483mm x 44mm x 483mm, nặng 6kg. III.1.4 Bộ giải điều chế DBI 7070H Yêu cầu đối với bộ giải điều chế DVB-H là kích thước nhỏ, các thiết bị chỉ tích hợp trên một con chip để có thể gắn vào chiếc điện thoại di động. Chức năng giải điều chế tín hiệu thu được biến thành âm thanh, hình ảnh, dữ liệu trên màn hình của Mobile TV. Đặc điểm mạch tổ hợp (chip): Thích ứng với tốc độ di chuyển máy thu • 185km/h tại tần số 750 MHz, 8MHz, 8k. • 130m/h tại tần số 1,67GHz, 5MHz, 2k. • 370 km/h tại tần số 750 MHz, 8MHz, 4k. Hoạt động với nhiều dải tần số: UHF, VHF, băng L. Phù hợp với nhiều kênh truyền: 8MHz, 7MHz, 6MHz, 5MHz, 4,5MHz, 4MHz… Kích thước nhỏ 12mm x 12mm. Công suất tiêu thụ thấp trong vài giờ chỉ tiêu hao một lượng < 40mW. CHƯƠNG 2: MỘT SỐ THỬ NGHIỆM III.2.1 Thử nghiệm tại Đức • Thông tin chung: Địa điểm thử nghiệm Berlin - Đức Công ty tham gia thử nghiệm Nokia, Philips, Universal Studios Networks Deutschland, Vodafone Pilotentwicklung. Thời gian thử nghiệm tháng 7 đến tháng 8 năm 2004 Mục đích thử nghiệm Là thử nghiệm đầu tiên kiểm tra trên tất cả mạng truyền thông quảng bá để tìm ra thị trường. Số người tham gia thử nghiệm 20 người Số kênh thử nghiệm 4 kênh tv ( 13th STEET, Eurosport, N24, RTL-shop) • Thông tin kỹ thuật: Máy phát 2 máy phát 10kW và 5kW Thông số DVB-H Mẫu truyền dẫn 8k Điều chế 16QAM Khoảng chèn 1/8 Tốc độ bít 2/3 Không sử dụng MPE-FEC Sử dụng time slicing. Băng tần hoạt động 778Mhz. Dạng video H.263 (H.264). Máy thu Nokia 7700 II.2.2 Thử nghiệm tại Canada • Thông tin chung: Địa điểm thử Milton và Ontario Canada Công ty tham gia Look TV, Unique Broađban System Thời gian bắt đẩu từ 01/04/2006 cho đến nay Mục đích Loock TV giới thiệu mobile tốc có tốc độ dịch chuyển cao dùng DVB-H. Một vùng đặt máy thu DVB-H vùng còn lại đặt máy thu DVB-T, so sánh khả năng của hai kỹ thuật này. Số người tham gia Tất cả dân cư 2 vùng Số kênh thử nghiệm 5 kênh video, 5 kênh audio • Thông tin kỹ thuật: Máy phát 2 máy phát 200W UBS- TX 2000 Băng thông 2,5 đến 2,7 GHz Thông số DVB-H Mẫu truyền dẫn 2k Điều chế QPSK Khoảng chèn ¼ Tốc độ mã ½ Sưr dụng MPE-FEC có 16 cột RS Các thiết bị dùng trong hệ thống Thiết bị mã hoá DVEN 2000 Bộ kết hợp IP DVE 6000 Bộ điều chế DVM 5000 Máy phát DVB-H _TX200 Máy thu và các thiết bị Máy thu DVB-H của DiBiCom, máy thu DVB-T Kết quả đánh giá chung: - Trung bình thời gian xem là 20 phút/ ngày. - 50% xem tại nhà, 14% xem khi đi trên đường, 12% xem tại nơi làm việc. - Thành phần người xem gồm : 53% nam, 47% nữ, trẻ nhỏ 39%. - Độ tuổi: 12% trên 50 tuổi, 17% từ 15 đến 24 tuổi, 32% từ 35 đến 49 tuổi, còn lại là những người từ 25 đến 34 tuổi. - Khoảng thời gian mọi người xem nhiều nhất là : buổi sáng (9/10H) buổi trưa (13/14H), buổi tối (20/22H). - 73% đánh giá chương trình rất tốt, tiện ích, 68% đồng ý chi trả cước phí để dùng dịch vụ. Ngoài hai quốc gia trên còn một số quốc gia khác cũng triển khai thử nghiệm như: Mĩ, Nhật, Hàn Quốc, Pháp, Phần Lan, Ý.. Kết quả thu được tốt. KẾT LUẬN Giai đoạn hiện nay đang là thời kỳ phát triển của thiết bị di động. Việc định hướng và triển khai dịch vụ Mobile Tv là một nhu cầu tất yếu tại Việt Nam ta. Dựa trên những thử nghiệm của một số quốc gia Việt Nam có thể lựa chọn lấy một tiêu chuẩn phù hợp với điều kiện trong nước. Điều khó khăn đó là xem TV trên di động có cước phí tính như cước phí di động thông thường nên giá cước đó còn đắt đây là một vấn đề đáng quan tâm đối với người có thu nhập không cao. Hơn nữa khi xem TV trên màn hình kích thước nhỏ quá lâu làm người xem khó chịu. Bên cạnh đó nếu nhiều người xem đồng thời dễ gây ra nghẽn mạch. Dẫu vậy với nhiều ưu điểm riêng dịch vụ Mobile TV áp dụng kỹ thuật DVB-H vẫn có nhiều động lực để phát triển. NHỮNG TỪ VIẾT TẮT C/N Carrier to Noise ratio Tỉ số sóng mang trên nhiễu COFDM Code Orthogonal Frequency Division Mutiplexing Ghép đa tần trực giao có mã D/A Digital to Analogue converter Chuyển đổi số tương tự DVB Digital Video Broadcasting Phát sóng truyền hình số DVB-H DVB Hanđhel Truyền hình cho thiết bị cầm tay DVB-T DVB- Terrestrial Truyền hình số mặt đất EBU Enhanced Broadcasting Union Uỷ ban phát thanh truyền hình Châu âu ETSI European Telecommunicatison Standards Institute Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu âu FDM Frequency Division Multiplex Ghép kênh phân chia tần số FEC Forward Error Corection Hiệu chỉnh lỗi trước FFT Fast Fourier Transform Chuyển đổi Fourier nhanh FIFO Fisrt in- Fisrt out shift register Thanh ghi dịch chuyển vào trước ra trước GI Guard Interval Khoảng chèn bảo vệ HDTV High Definition Televison Truyền hình phân giải cao HP High Priority bit stream Dòng bit ưu tiên cao IFFT Inverser Fast Fourier Transform Chuyển đổi Fourier nhanh IP Internet Protocol Giao thức mạng IPE IP Encapsulator Kết hợp giao thức mạng ISDB-T Intergretd Services Digital Broadcasting- Terrestrial Hệ thống truyền hình số sử dụng mạng đa dịch vụ ISO Internation Standard Organization Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ITU Internation Telecommunication Union Liên minh viễn thông quốc tế LP Low Priority stream Dòng bit ưu tiên thấp MFN Multi Fequency Network Mạng đa tần số MPE Multprotocol Encapsulator Kết hợp đa giao thức MPEG Motion Picture Expert Group Nhóm ảnh động MUX Multilex Ghép kênh NRZ Non Return to Zezro Không trở về 0 ( một loại mã) OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép đa tần trực giao OSI Open Sysem Interonnection Phương thức liên kết hệ thống mở rộng PRBS Pseudo- Random Binary Sequence Chuỗi giả ngẫu nhiên nhị phân. PL Physical Layer Lớp vật lý PSK Phase Shiff Keying Khoá dịch pha QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ vuông góc QPSK Quadrature Phase Shiff Keying Khoá dịch pha vuông góc QoS Quality of Restitution Tiêu chuẩn chất lượng RF Radio Frequency Cao tần RS Reed Solomon SFN Single Frequency Network Mạng đơn tần TDM Time Division Multiplex Ghép phân chia thời gian TPS Transmission Parameter Signalling Báo hiệu thông số truyền dẫn TS Transport Stream Dòng truyền tải UHF Ultra- High Frequency (300MHz đến 3 000MHz) VHF Very- High Frequency (30 MHz đến 300 MHz) [1] ETSI EN 300 744 V1.5.1(2004-11): “Digital Video Broadcasting (DVB); Faming structure, channel coding and modulation for digital terrestrial television”. (DVBT) [2] ETSI EN TR 102 377 V1.1.1 (2005-02): “Digital Video Broadcasting (DVB); DVB-H implementation guidelines. [3] ETSI TR 102 401 V1.1.1 (2005-05): “Digital Video Broadcasting (DVB); Transmission to Handheld Terminals (DVB-H); Validation Task Force Report. [4] DVB Document A084 Rev.1 (2005-10): “ Digital Video Broadcasting (DVB); specification for the use of Video and Audio Coding in DVB services delivered directly over IP Protocols. [5] ETSI EN 302 304 V1.1.1 (2004-11): “Digital Video Broadcasting (DVB); Transmission System for Handheld Terminals (DVB-H ). TÀI LIỆU THAM KHẢO Các trang web: 1.www.nokia.com/mobiletv. 2.www.freescale.com/mobilets. 3.www.ensigma.com. 4.www.rfdesign.com 5.www.DVB-H-ONLINE.org. 6.www.etsi.org.