Xem mẫu
- Kênh truyền sóng trong truyền hình số mặt đất
và tác động đến chất lượng truyền dẫn
Nguyễn Trung Hiền1,2, Nguyễn Ngọc San2, Nguyễn Đình Thu1, Lê Nhật Thăng2
VNPT Bắc Ninh, Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam.
1
Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông, Bộ Thông tin và Truyền thông
2
Email: hiennt.bnh@vnpt.vn, sannn@ptit.edu.vn, thund.bnh@vnpt.vn, thangln@ptit.edu.vn,
Tóm tắt — Trong hơn hai thập niên qua, hệ thống quảng bá truyền Các yếu tố chính là hạn chế của hệ thống thông tin vô tuyến
hình số mặt đất (DTTB – Digital Television Terrestrial bắt nguồn từ môi trường vô tuyến. Các yếu tố này là:
Broadcasting) đã phát triển mạnh trên khắp thế giới. Thời gian
gần đây, với sự phát triển mạnh mẽ của các công nghệ xử lý tín + Suy hao theo khoảng cách, che tối bởi các vật cản trên
hiệu số tiên tiến, hệ thống DTTB thế hệ tiếp theo được nghiên cứu đường truyền
để cung cấp nhiều loại dịch vụ với chất lượng tốt hơn và hiệu suất + Pha đinh đa đường và phân tán thời gian: Phản xạ, nhiễu
phổ tần cao hơn. Đối với truyền hình số mặt đất, kênh truyền dẫn
xạ và tán xạ làm méo tín hiệu thu bằng cách trải rộng chúng theo
có nhiều nhược điểm như: Giảm chất lượng do truyền sóng đa
đường từ phản xạ trên bề mặt, nhiễu xạ với các vật cản nhọn, tán
thời gian. Phụ thuộc vào băng thông của hệ thống, yếu tố này
xạ khi qua môi trường không đồng nhất. Nhằm mục đích tìm giải dẫn đến thay đổi nhanh cường độ tín hiệu và gây ra nhiễu giao
pháp nâng cao chất lượng truyền dẫn trong truyền hình số mặt thoa giữa các ký hiệu (ISI: Inter Symbol Interference).
đất, bài báo này tập trung nghiên cứu kênh truyền sóng vô tuyến + Nhiễu cùng tần số hay các tần số lân cận gây méo cho tín
trong truyền hình số mặt đất, các ảnh hưởng của kênh truyền lên hiệu mong muốn.
chất lượng truyền dẫn.
Để làm rõ ảnh hưởng của kênh truyền sóng vô tuyến trong
Từ khóa – Truyền hình số mặt đất, kênh truyền sóng, chất lượng
truyền dẫn.
truyền hình số mặt đất lên chất lượng truyền dẫn, sau phần giới
thiệu bài báo tập trung trình bày với phần 2: Hệ thống DTTB;
I. GIỚI THIỆU phần 3: Mô hình kênh truyền sóng của DTTB; phần 4: Các yếu
Truyền hình số được giới thiệu từ năm 1994 ở Mỹ và 1996 tố ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn và phần cuối cùng là
ở châu Âu và Nhật Bản, đầu tiên là qua hệ thống qua vệ tinh và Kết luận.
sau đó là mạng mặt đất. Kỳ vọng được đặt nhiều vào hệ thống II. HỆ THỐNG DTTB
truyền hình số nói chung và hệ thống truyền hình số mặt đất
(DTTB) nói riêng. Điểm quan trọng nhất là hệ thống DTTB phải Kiến trúc cơ bản của hệ thống DTTB như hình 1. Mặc dù cả
đáp ứng truyền hình HDTV với yêu cầu cao về chất lượng đường bốn chuẩn ATSC, DVB-T, ISDB-T và DTMB đều được ITU
truyền [1] [3]. Sau khi ITU chấp nhận tiêu chuẩn DTTB thứ tư: chấp nhận cho hệ thống DTTB thế hệ thứ nhất nhưng chúng có
Quảng bá đa phương tiện truyền hình số mặt đất – DTMB, vào những đặc tính kỹ thuật khá khác biệt [1] [2].
tháng 12/2011, hiện tại có 4 chuẩn DTTB được sử dụng rộng rãi
Video
ở nhiều nước: ATSC (Hệ thống truyền hình tiên tiến) của Mỹ, Video
DVB-T (Truyền hình số mặt đất) của Viện tiêu chuẩn viễn thông coding
Lớp Điều chế và mã
châu Âu -ETSI, ISDB-T (Quảng bá số tích hợp dịch vụ mặt đất) Audio Audio truyền hóa kênh
của Nhật và DTMB (Quảng bá đa phương tiện truyền hình số coding tải
mặt đất) của Trung Quốc [5][6]. Nhìn chung các chuẩn này đều Số liệu
Tháp truyền hình
hỗ trợ tốt HDTV, tuy nhiên do sự bùng nổ của thông tin và nhu Luồng chương
trình
Luồng truyền tải
cầu dịch vụ đa dạng về tốc độ và chất lượng, điều này đòi hỏi MÁY PHÁT
Máy chủ
cần có hệ thống DTTB với hiệu năng mạnh hơn và nhờ sự phát ứng dụng Kênh quảng bá
triển nhanh của các công nghệ xử lý tín hiệu tiên tiến mà hệ vô tuyến
thống DTTB thế hệ thứ hai đã ra đời. Dữ liệu và hướng dẫn
Chương trình
Trong truyền dẫn vô tuyến, các đặc tính kênh vô tuyến có trung gian
tầm quan trọng đặc biệt vì chúng ảnh hưởng trực tiếp lên chất Video Video
Lớp
truyền Giải điều chế và
lượng truyền dẫn và dung lượng. Trong các hệ thống vô tuyến decoding tải giải mã kênh
thông thường (không phải các hệ thống vô tuyến thích ứng), các Audio
Audio
tính chất thống kê dài hạn của kênh được đo và đánh giá trước decoding
Luồng chương Luồng truyền tải
Anten người
dùng
khi thiết kế hệ thống. Nhưng trong các hệ thống vô tuyến tiên trình MÁY THU
tiến thường sử dụng điều chế thích ứng, vấn đề này phức tạp
hơn. Để đảm bảo hoạt động thích ứng đúng, cần phải liên tục Hình 1. Kiến trúc hệ thống DTTB điển hình
nhận được thông tin về các tính chất thông kê ngắn hạn thậm chí
tức thời của kênh.
ATSC
49
- Đây là chuẩn DTTB đầu tiên được đề xuất ở Mỹ năm 1995. đạt được hiệu suất phổ tần cao hơn, đồng bộ nhanh hơn. DTMB
ATSC cho phép sử dụng truyền dẫn đơn sóng mang. Mục đích cũng sử dụng mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp hiệu năng cao
ban đầu khi thiết kế ATSC là thu HDTV cố định ngoài trời trên (LDPC) phía sau mã BCH (Bose-Chaudhuri-Hocquengham) để
kênh 6MHz với tốc độ dữ liệu 19,39Mb/s. Dù có công suất phát cải thiện tốt hơn hiệu năng hệ thống. DTMB có thể hỗ trợ tốc độ
thấp nhưng do độ phức tạp cao, lan truyền lỗi trong quá trình cân dữ liệu lên đến 32,49Mb/s trong độ rộng kênh 8MHz.
bằng hồi tiếp quyết định nên ATSC nhạy cảm với kênh pha đinh
đa đường và khó hỗ trợ máy thu di động. Tổng kết các hệ thống cơ bản của bốn chuẩn DTTB được
trình bày trong bảng 1 [3] [4].
DVB-T
III. MÔ HÌNH KÊNH TRUYỀN SÓNG
Được ETSI công bố vào năm 1997, đây là chuẩn DTTB được
sử dụng rộng rãi nhất với trên 60 quốc gia. Công nghệ nền tảng Trong thông tin vô tuyến, sóng vô tuyến được truyền qua môi
của DVB-T là truyền dẫn đa sóng mang ghép kênh phân chia trường vật lý có nhiều cầu trúc và vật thể như tòa nhà, đồi núi,
theo tần số trực giao (OFDM), mã hóa với khả năng chống pha cây cối, xe cộ chuyển động… Nói chung quá trình truyền sóng
đinh đa đường khá tốt. DVB-T có thể hỗ trợ máy thu cố định trong thông tin vô tuyến rất phức tạp. Quá trình này có thể chỉ
trong và ngoài nhà, máy thu di động trên kênh 8MHz và tốc độ có một đường truyền thẳng (LOS: Line Of Sight), hay nhiều
dữ liệu trong dải 4,98Mb/s đến 31,67Mb/s. đường mà không có LOS hoặc đồng thời cả hai. Truyền sóng
nhiều đường xẩy ra khi có phản xạ, nhiễu xạ và tán xạ.
ISDB-T
Phản xạ xẩy ra khi sóng vô tuyến đập vào các vật cản có kích
Chuẩn này được Nhật phát triển năm 1999. Về công nghệ thước lớn hơn nhiều so với bước sóng. Nói chung phản xạ gây
ISDB-T khá giống với DVB-T, tuy nhiên so với DVB-T, ISDB- ra do bề mặt của Trái đất, núi và tường của tòa nhà…
T có hai cải tiến cơ bản: Thứ nhất, bộ ghép xen dài hơn giúp cải
Nhiễu xạ xẩy ra do sóng điện từ gặp phải các bề mặt sắc cạnh
thiện chất lượng thu di động. Thứ hai, với công nghệ OFDM
và các thành gờ của các cấu trúc rộng. Tán xạ xẩy ra khi kích
truyền dẫn phân đoạn băng tần (BST-OFDM) giúp ISDB-T hỗ
thước của các vật thể trong môi trường truyền sóng nhỏ hơn
trợ đa dịch vụ.
bước sóng. Thực tế tán xạ thường xuất hiện khi sóng vô tuyến
Bảng 1. Thông số hệ thống cơ bản của các chuẩn DTTB gặp phải các biển hiệu giao thông, cột đèn đường…
ATSC DVB-T ISDB-T DTMB
Ngoài phản xạ, nhiễu xạ và tán xạ, sóng vô tuyến còn bị suy
hao đường truyền. Cường độ tín hiệu cũng bị thay đổi theo thời
Chuẩn
ARIB STD- gian do sự chuyển động của máy thu hoặc máy phát. Để phân
ứng A.52/A.53 EN 300 744 GB 20600-2006
B31 tích, ta có thể đặc trưng ảnh hưởng truyền sóng vô tuyến thành
dụng
Băng
hai loại: Suy hao tín hiệu phạm vi rộng và méo tín hiệu phạm vi
tần
6MHz 6, 7, 8MHz hẹp. Suy hao tín hiệu phạm vi rộng gây ra do suy hao đường
Mã hóa truyền và sự che tối máy phát và máy thu, còn méo tín hiệu phạm
Luồng truyền tải MPEG-2 vi hẹp xẩy ra do truyền sóng nhiều đường.
nguồn
Coded-
Sơ đồ OFDM
BST-OFDM
TDS-OFDM Đối với truyền hình số mặt đất, mô hình truyền sóng cần phải
Đơn sóng với kích được xác định để tính toán tổn hao đường truyền từ đó xác định
truyền với kích với kích thước
mang thước FFT:
dẫn thước FFT: FFT: 3780 vùng phủ sóng, và tính toán các thông số khác của kênh vô tuyến
2k 4k và 8k
2k và 8k có ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu truyền qua kênh. Một số
Thời mô hình phổ biến được sử dụng trong nghiên cứu đối với kênh
gian bảo --- 1/32, 1/16, 1/8 và 1/4 1/4, 1/7, 1/9
vệ
truyền sóng truyền hình số mặt đất bao gồm [7]:
Mã lưới tỷ lệ 1/2, 2/3, 3/4, 1. Mô hình NTIA-ITS Longley-Rice, còn được gọi là mô
LDPC(7488,300
Mã hóa 2/3 Mã xoắn 5/6, 7/8 +
kênh +RS(207,187, đục lỗ RS(204,188,
8/4512/6016) + hình ITM (Irregular Terrain Model).
BCH(762,752)
t=10) t=8)
Mô hình này khá phổ biến và được FCC (Federal
DQPSK,
Sơ đồ
QPSK,
QPSK,
QPSK, 4QAM- Communication Commission) – Mỹ chấp nhận là tiêu chuẩn cho
điều chế
8-VSB 16QAM và
16QAM và
NR, 16, 32 và dự đoán vùng phủ sóng với dải tần rộng từ 20MHz – 20GHz, độ
64QAM 64QAM
64QAM cao anten từ 0,5m – 3.000m, khoảng cách máy thu từ 200m –
Đan xen bit
Đan xen bit 500km. Mô hình này được phát triển cho giải pháp truyền dẫn
Đan xen lưới + đan xen điểm – vùng. Kết hợp với bản đồ SRTM, mô hình cho kết quả
Đan xen + đan xen Đan xen xoắn
12/1 thời gian–
ký hiệu
tần số
tính toán tổn hao đường truyền khá chính xác.
Tốc độ 4,98– 3,65 – 4,81 – 2. Mô hình Hata-Davidson
19,39Mb/s
số liệu 31,67Mb/s 23,23Mb/s 32,49Mb/s
Mô hình này là phiên bản thay đổi của mô hình Hata, được
DTMB khuyến nghị bởi TIA (The Telecommunications Industry
DTMB được triển khai ở Trung Quốc từ năm 2006. Công Association) để cho phép mở rộng tham số đầu vào và khoảng
nghệ chìa khóa của DTMB là sơ đồ truyền dẫn đa sóng mang cách để phù hợp với hệ thống DTTB. Mô hình sử dụng HAAT
mới với tên gọi OFDM đồng bộ thời gian (TDS-OFDM), trong (Height Average Above Terrain) trong tính toán.
đó sử dụng chuỗi tạp âm giả ngẫu nhiên (PN) thay cho tiền tố 3. Mô hình theo khuyến nghị ITU-R P.1546
chu kỳ (CP) làm khoảng bảo vệ giữa các khối dữ liệu liền kề để
50
- Là mô hình do ITU-R đề xuất để dự đoán vùng phủ sóng Nguồn thứ
điểm – vùng cho các dịch vụ mặt đất ở dải tần 30MHz – 3GHz. cấp Huygens
4. Mô hình dựa trên lý thuyết nhiễu xạ cạnh sắc đơn
Mô hình được phát triển để tính toán tổn hao đường truyền
trong trường hợp hai vật cản sắc cạnh DKE (Double-Knife Edge
Diffraction) hoặc nhiều vật cản tách biệt.
Các mô hình tương tự cho các vật cản đầu tù và các cạnh
cách biệt kép được giới thiệu trong khuyến nghị ITU-R P.526-
13 của ITU.
Ở đây, ta khảo sát trường hợp xác định ảnh hưởng của vật
cản đơn nằm trong đường truyền giữa máy phát và máy thu, xem
xét vật cản như một màn chắn rộng, năng lượng không đi qua Vật cản
được, màn chắn hấp thụ, bán vô hạn. Cạnh trên của vật cản gọi cạnh sắc
là cạnh sắc
Mặt sóng
Hình 3. Minh họa nhiễu xạ cạnh sắc
Mặt sóng Trong đó Ed là trường nhiễu xạ, Ei là trường tới (thường Ei =
phẳng E0, với E0 là cường độ trường trong không gian tự do) và 𝐹(𝜈)
không đổi
là tích phân Fresnel:
Sóng
đến Nguồn
1 j j 2
F
2
thứ cấp
exp d (2)
2
Một dạng khác là:
Vùng
11
Cạnh sắc Nhiễu che tối F C 2 C S 2 S (3)
xạ 2 2
Màn chắn
hấp thụ Trong đó 𝐶(𝜈), 𝑆(𝜈) tích phân sin và cos Fresnel, chúng có
thể được ước lượng toán học.
Hình 2. Nguyên lý Huygens đối với nhiễu xạ cạnh sắc
Nguyên lý Huygens được sử dụng để dự đoán sự nhiễu xạ Tham số Fresnel vô hướng được tính toán theo công thức:
của sóng phẳng trên cạnh sắc. Theo nguyên lý Huygens, mọi 1
điểm trên mặt sóng là là một nguồn sóng thứ cấp, nó lan truyền 2 1 1 2
tiếp với cùng tốc độ. Nói cách khác, nhiễu xạ là sự bẻ cong sóng h (4)
quanh cạnh vật cản, và nó phụ thuộc vào kiểu địa hình và cây d1 d 2
cối. Nguyên lý Huygens và hiện tượng nhiễu xạ được trình bày 1
trong hình 2. 2
Hoặc (5)
Mô tả hình học nhiễu xạ cạnh sắc theo nguyên lý Huygens 2
trình bày trong hình 3. 1 1
Áp dụng nguyên lý Huygens dạng toán học, cường độ trường d1 d 2
nhiễu xạ có thể dự đoán được. Đóng góp của tất cả các nguồn Trong đó:
thứ cấp trong vùng phía trên cạnh vật cản là tổng các trường
thành phần theo biên độ và pha. Kết quả cho thấy sự giảm cường h là độ cao giữa cạnh sắc (đỉnh của vật cản) và đường nhìn
độ trường do nhiễu xạ cạnh sắc theo dB. Đó là tham số tổn hao thẳng, LOS.
truyền sóng và có thể được tính toán bằng việc sử dụng tham số
Fresnel . là góc nhiễu xạ (rad)
Hệ số nhiễu xạ do nhiễu xạ cạnh sắc được cho bởi: d1 là khoảng cách giữa máy phát và vật cản theo LOS
d2 là khoảng cách giữa máy thu và vật cản theo LOS
E
Gd dB 20.lg d 20.lg F (1) là bước sóng
Ei
Các xấp xỉ sau được thực hiện để lý thuyết có giá trị:
d1, d2 ≫ h; d1, d2 ≫
51
- Phương trình (1) có thể được ước tính sử dụng giải pháp số. Như vậy, vùng giới hạn 0,6 miền Fresnel thứ nhất (0,6F1)
Kết quả gần đúng được tính bởi phương trình (6). được coi là vùng không được cản trở, đôi khi gọi là vùng cấm,
và nếu vùng này thoáng khi đó tổng tổn hao đường truyền thực
Gd dB 0 1 tế giống như trường hợp không có vật cản.
Gd dB 20 lg 0,5 0,62 1 0 (6) Vùng không được cản trở này được minh họa đơn giản trong
Gd dB 20 lg 0,5e 0 ,95
0 1 hình 5.
Gd dB 20 lg 0, 4 0,1184 0,38 0 ,1
2
1 2,4
0, 225
Gd dB 20 lg 2, 4
Với 𝜈 > −0,7 xấp xỉ sau đây có thể được dùng:
Gd dB 6 ,9 20 lg 0,1
2
1 0,1 (7) Hình 5. Khoảng trống 0,6 miền Fresnel nhứ nhất
Việc sử dụng miền Fresnel cũng là một cách hữu ích để khảo
Trong thực tế, mặt cắt đứng giữa máy phát và máy thu,
sát nhiễu xạ cạnh sắc. Miền Fresnel là các hình elip tròn xoay
đường nhìn thẳng (LOS), miền Fresnel thứ nhất và vùng 0,6
đồng trục nằm giữa máy phát và máy thu. Chúng được định
miền này được trình bày trong hình 6. Vùng cấm nơi không cho
nghĩa bởi quỹ tích các điểm mà khoảng cách (a+b) bằng với
phép vật cản nào được tô đậm trong hình.
khoảng cách (d1+d2) giữa máy phát và máy thu (đường LOS)
cộng với n lần nửa bước sóng. Mặt cắt đường truyền từ máy phát (Tx) đến máy thu (Rx)
Khoảng hở miền Fresnel được định nghĩa là (ℎ⁄𝑟𝑛 ) và có thể
biểu diễn theo hàm của tham số Fresnel vô hướng :
2 d1 d 2 h
h 2n (8)
Độ cao (m)
d1d 2 rn
Mặt cắt đứng
Cong trái đất
Khoảng cách giữa hai trạm (m)
Hình 6. Vùng cấm thực tế: 0,6F1
Các cơ chế vật lý của quá trình truyền lan sóng điện từ là
truyền lan trong không gian tự do, phản xạ, nhiễu xạ và tán xạ.
Các cơ chế này xác định quá trình truyền lan của tín hiệu điện
Tham số nhiễu xạ Fresnel, từ. Các phương pháp và mô hình đã được phát triển để dự đoán
sự lan truyền của sóng vô tuyến. Một điều cần nhớ là kênh vô
Hình 4. Suy hao nhiễu xạ vật cản cạnh sắc tuyến thay đổi theo thời gian. Các mô hình truyền lan được chia
thành hai loại là mô hình thống kê – thực nghiệm và mô hình
Nếu cạnh sắc cản trở miền Fresnel, khi đó cường độ trường hình học – tất định. Các mô hình thực nghiệm thích nghi tốt hơn
có thể được tính toán ở bất kỳ vị trí nào, bởi vì chúng mang năng với việc tính toán vùng phủ sóng gần đúng và nhanh. Mô hình
lượng lan truyền chính của sóng điện từ. thực nghiệm tính toán cường độ trường mà không yêu cầu hiểu
Hệ số nhiễu xạ cạnh sắc Gd(dB) là hàm của tham số nhiễu xạ biết chi tiết về địa hình. Các mô hình này sử dụng dữ liệu đo
Fresnel như cho trong hình 4. Quan sát hình này, ta thấy rằng lường rộng rãi ở các môi trường truyền dẫn khác nhau và sử dụng
các phương trình đơn giản, ít phụ thuộc dữ liệu bản đồ.
tham số Fresnel có giá trị -0,8 khi vật cản chiếm 0,6 miền
Fresnel thứ nhất và tổn hao vật cản lúc đó là 0dB. Khoảng hở Các mô hình hình học tất định có thể yêu cầu tính toán nhiều,
này là đặc tính chính quyết định vật cản đó có có gây cản trở mất thời gian, nhưng chúng cho kết quả tính toán vùng phủ sóng
đáng kể hay không. vô tuyến theo địa lý chính xác hơn rất nhiều. Các mô hình này
52
- yêu cầu hiểu biết chi tiết về địa hình và đưa vào trong tính toán hiệu DTTB. Khi có nhiều tiêu chuẩn hình ảnh như HD, 4K hay
độ cong trái đất. UHD, 8K và 3DTV với yêu cầu băng tần ngày càng rộng thì vấn
đề hạn chế băng tần càng ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất
Các mô hình thống kê – thực nghiệm điển hình được sử dụng lượng truyền dẫn của DTTB.
cho hệ thống DTTB là mô hình Hata-Davidson, mô hình ITU-R
P.1546. Bên cạnh đó là các mô hình hình học – tất định phổ biến Bên cạnh đó, nhiễu vô tuyến của các kênh lân cận, băng tần
cho DTTB là mô hình nhiễu xạ cạnh sắc đơn và đặc biệt là mô lân cận cũng cần phải được loại trừ tránh ảnh hưởng đến chất
hình Longley Rice. lượng tín hiệu DTTB.
IV. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG V. CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG
TRUYỀN DẪN Giải pháp nâng cao chất lượng truyền dẫn trong hệ thống
Đối với đường truyền dẫn tín hiệu từ trạm phát DTTB đến DTTB đã được nghiên cứu kỹ càng và triển khai trong chuẩn
máy thu đầu cuối sử dụng sóng vô tuyến, các yếu tố ảnh hưởng DTTB-2 mới nhất, các giải pháp đó là [9] [10]:
tới chất lượng truyền dẫn bao gồm [8]: + Truyền dẫn đa sóng mang sử dụng OFDM. Các vấn đề tồn
tại của OFDM như ISI, ICI, PAPR được khắc phục triệt để bởi
1. Pha đinh
các giải pháp kỹ thuật cụ thể.
Cũng giống như các hệ thống vô tuyến nói chung, truyền dẫn
+ Mã hóa kênh mạnh để kiểm soát tốt lỗi bit. Bên cạnh mã
DTTB chịu ảnh hưởng mạnh từ hiện tượng pha đinh bắt nguồn
Reed Solomon thì mã LDPC cũng được triển khai trong hệ thống
từ môi trường truyền. Trước hết là pha đinh che tối do các vật
DTTB-2.
cản trên đường truyền. Điều này thường hay xảy ra do DTTB
thường phát ở những nơi đông dân cư, có nhiều vật kiến trúc gây + Nâng cao hiệu suất sử dụng phổ tần nhờ điều chế bậc cao,
cản trở sóng điện từ lan truyền. Bên cạnh đó, một số trường hợp lên đến 256QAM ở chuẩn DTTB-2.
thiết kế máy thu DTTB sử dụng anten trong nhà, khi đó tổn hao
khi sóng thâm nhập tòa nhà cũng ảnh hưởng nghiêm trọng đến + Truyền dẫn thích ứng với các sơ đồ điều chế, mã hóa được
chất lượng tín hiệu. kết hợp với nhau đa dạng đảm bảo chất lượng đường truyền yêu
cầu.
Loại thứ hai là pha đinh do đa đường. Mặc dù các máy thu
DTTB là cố định, ngoài ra để tránh các vật cản trên đường truyền + Thiết kế anten tốt hơn, vừa đảm bảo tính hướng, vừa hỗ trợ
thì cột anten phát DTTB thường khá cao, tuy nhiên trong vùng phân tập giúp cải thiện tốt chất lượng truyền dẫn của DTTB.
đô thị tín hiệu thu được tại anten chủ yếu do đường không trực Giải pháp nâng cao chất lượng truyền dẫn trong hệ thống
tiếp và khi đó phải tính đến ảnh hưởng của truyền đa đường, đặc DTTB đã được nghiên cứu kỹ càng và triển khai trong chuẩn
biệt khi DTTB sử dụng điều chế OFDM thì ảnh hưởng của nhiễu DTTB-2 mới nhất, các giải pháp đó là:
liên ký hiệu, ISI do đa đường càng nghiêm trọng.
Truyền dẫn dựa trên OFDM
Các yếu tố về thời tiết cũng cần phải đưa vào trong tính toán
dự trữ đường truyền cho hệ thống DTTB, đặc biệt với nước ta Do đặc tính chịu đựng kênh pha đinh chọn lọc tần số tốt và
khí hậu nhiệt đới, thời tiết thường xuyên thay đổi, mưa nhiều ảnh khả năng cung cấp tốc độ số liệu cao nên OFDM là thành phần
hưởng nghiêm trọng đến chất lượng truyền dẫn. không thể thiếu cho hệ thống DTTB tương lai cũng như các hệ
thống thông tin vô tuyến. Trong DTTB-2, công nghệ CP-OFDM
2. Can nhiễu hệ thống truyền thống cũng được sử dụng với tiền tố chu trình (CP) đóng
Can nhiễu trong hệ thống DTTB trước tiên phải kể đến nhiễu vai trò khoảng bảo vệ chống nhiễu giữa các ký hiệu (ISI), cũng
ISI do hệ thống sử dụng kỹ thuật OFDM và ảnh hưởng của như nhiễu giữa các sóng mang (ICI). Một số tần số hoa tiêu trong
truyền sóng đa đường. Về bản chất khi thiết kế hệ thống, tiền tố ký hiệu OFDM được sử dụng cho đồng bộ và ước tính kênh qua
chu trình - CP, đã được tính toán đưa vào để loại trừ ảnh hưởng đó đạt được việc truyền dẫn tin cậy. Công nghệ mới có tính then
chồng lấn ký hiệu. Tuy nhiên để đảm bảo hiệu năng dung lượng chốt của DTTB thế hệ hai là TDS-OFDM, nó khác so với CP-
tốt hơn thì ISI vẫn tồn tại ở mức độ nào đó và cần có kỹ thuật xử OFDM bằng việc sử dụng chuỗi giả ngẫu nhiên (PN) thay thế
lý triệt để nhằm tránh ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn. cho CP làm khoảng bảo vệ. Bên cạnh đó chuỗi PN cũng có thể
được sử dụng làm chuỗi hướng dẫn (TS) cho đồng bộ và ước
Nhiễu liên sóng mang, ICI, cũng là loại nhiễu đặc trưng cho tính kênh. Như vậy TDS-OFDM ưu việt hơn CP-OFDM về hiệu
truyền dẫn đa sóng mang OFDM. ICI trở nên nghiêm trọng với suất phổ tần vì không cần tín hiệu dẫn đường.
ảnh hưởng của đường truyền làm mất tính trực giao của các sóng
mang con. Để đảm bảo chất lượng tín hiệu DTTB thì nhiễu ICI Nhược điểm của TDS-OFDM là không hoạt động tốt trên
phải được xử lý trước khi thực hiện giải điều chế OFDM. kênh đa đường chọn lọc tần số, đặc biệt khi kênh thay đổi nhanh
là điều kiện gây nhiễu giữa TS và khối dữ liệu OFDM. Giải pháp
3. Hạn chế băng tần đưa ra là sử dụng OFDM từ duy nhất (UW-OFDM), khi đó TS
không độc lập với khối OFDM như trong TDS-OFDM mà nó
DTTB với kỹ thuật truyền dẫn tín hiệu hình số về bản chất
được tạo ra từ các tần số hoa tiêu kết hợp dư bên trong khối dữ
khi ghép các kênh truyền hình số lên sóng mang vô tuyến dùng
liệu OFDM. Khi đó sẽ tránh được ISI giữa khối OFDM và TS
chung đã mang lại hiệu quả sử dụng phổ tần tốt hơn nhiều so với
kế tiếp.
truyền hình tương tự trước đây. Tuy nhiên với băng tần UHF sử
dụng cho DTTB rất chật chội thì việc mã hóa tín hiệu hình, nén Một số giải pháp khác khắc phục nhược điểm của TDS-
và ghép kênh lên sóng mang cũng ảnh hưởng tới chất lượng tín OFDM như OFDM PN kép (DPN-OFDM), và mới gần đây là
53
- OFDM hướng dẫn thời gian tần số (TFT-OFDM). DPN-OFDM với tốc độ di chuyển 500km/h, điều chế 64QAM trong điều kiện
sử dụng chuỗi PN lặp để tránh nhiễu ISI lên TS thứ hai, tuy nhiên ngưỡng SNR tại máy thu giảm 6dB.
khi đó hiệu suất phổ tần sẽ giảm do có thêm TS đặc biệt khi TS
có độ dài lớn trong trường hợp mạng đơn tần (SFN) là mạng Với đặc trưng của hệ thống quảng bá thì việc thực hiện phân
được sử dụng phổ biến cho DTTB-2. Giải pháp cân bằng tốt giữa tập phát tỏ ra khả thi hơn, khi đó anten thu của người sử dụng
hiệu suất phổ tần và chất lượng hệ thống là TFT-OFDM, khi đó không cần phải thay đổi. DTTB-2 khuyến cáo sử dụng phân tập
mỗi ký hiệu TFT-OFDM đều có thông tin hướng dẫn thời gian phát với sơ đồ mã hóa khối không gian thời gian Alamouti
– tần số gồm TS miền thời gian và một số lượng rất nhỏ hoa tiêu (STBC) để mở rộng vùng phủ sóng khảng 30%.
nhóm miền tần số. Với việc ước tính kênh kết hợp miền thời gian VI. KẾT LUẬN
và tần số, TS thu được sử dụng trực tiếp cho việc xác định trễ
của kênh truyền, trong khi các thông số của đường truyền được Với môi trường truyền dẫn hở, kênh vô tuyến có đặc tính
xác định bằng các hoa tiêu miền tần số. Trong tương lai, TFT- ngẫu nhiên thay đổi theo thời gian. Đặc tính của kênh vô tuyến
OFDM sẽ dần được hoàn thiện và là giải pháp then chốt để khắc thể hiện ở miền thời gian với tham số thời gian nhất quán, tán
phục đặc tính phức tạp của kênh vô tuyến khi truyền dẫn đa thời; miền tần số với tham số băng thông nhất quán, tán tần; miền
phương tiện trên hệ thống DTTB-2. không gian với tham số tổn hao đường truyền, chọn lọc không
gian. Để nâng cao hiệu năng cho các hệ thống thông tin vô tuyến
Điều chế và mã hóa kênh thì việc sử dụng các kỹ thuật vô tuyến mới có vai trò hết sức
Sơ đồ điều chế bậc cao nhất sử dụng cho các hệ thống DTTB quan trọng trong việc khai thác tốt kênh.
thế hệ đầu là 64-QAM. Với DTTB-2, để nâng cao hiệu suất phổ Hệ thống DTTB có đặc trưng truyền dẫn rất khác biệt, đó là
tần cần sử dụng sơ đồ điều chế bậc cao hơn như 256-QAM. Với truyền dẫn điểm – vùng phù hợp cho dịch vụ quảng bá. Bên cạnh
sự hỗ trợ của TFT-OFDM thì số trạng thái điều chế có thể còn đó đặc điểm địa hình ảnh hưởng nhiều tới quá trình phủ sóng của
cao hơn như 512-QAM, 1024-QAM. Đây là những hướng hệ thống DTTB với yêu cầu vùng phủ rộng, khu dân cư đông.
nghiên cứu trong tương lai cho DTTB-2. Việc nghiên cứu về kênh truyền sóng của hệ thống DTTB là hết
Một kỹ thuật thu hút nhiều sự quan tâm trong lĩnh vực điều sức cần thiết để nắm rõ được đặc trưng của kênh từ đó có thể
chế là quay chùm tín hiệu. Khi đó chùm tín hiệu tiêu chuẩn sẽ đưa ra các giải pháp phù hợp để nâng cao chất lượng truyền dẫn
được quay một góc nhất định so với hai thành phần I, Q ban đầu cho hệ thống này./.
giúp hai thành phần này độc lập với pha đinh. Giải pháp này còn TÀI LIỆU THAM KHẢO
được gọi là phân tập không gian tín hiệu (SSD), đem lại độ lợi
[1] Error-Correction, Data Framing, Modulation and Emission Methods for
phân tập mà không phải tăng công suất hoặc độ rộng băng tần. Digital Terrestrial Television Broadcasting, Recommendation ITU-R BT.
Với hệ thống DTTB, mã hóa kênh là giải pháp quan trọng 1306-6, Dec. 2011.
[2] Error-Correction, Data Framing, Modulation and Emission Methods for
giúp cải thiện tốt độ tin cậy của thông tin khi truyền qua kênh vô Second Generation of Digital Terrestrial Television Broadcasting
tuyến. Các nghiên cứu mới đây đã đưa ra nhiều sơ đồ mã hóa Systems, Recommendation ITU-R BT.1877, May 2010.
chất lượng cao. Trong số đó mã LDPC hứa hẹn sẽ được sử dụng [3] Transition from analogue to digital terrestrial broadcasting, Report ITU-
phổ biến trong các hệ thống DTTB-2 và các hệ thống thông tin R BT.2140-4 Oct.2011.
vô tuyến do có hiệu năng cao và tính phức tạp thấp. Để có đường [4] Digital Video Broadcasting (DVB); Frame Structure, Channel Coding and
Modulation for a Second Generation Digital Terrestrial Television
truyền với tỉ số lỗi bít thấp (khoảng 10-12) cho dịch vụ HDTV, Broadcasting System (DVB-T2). ETSI Standard, EN 302 755, V1.3.1,
mã BCH thường được sử dụng cùng với LDPC. Apr. 2012.
[5] Technical Review, No 25 July-September 2012, Asia-pacific
Kỹ thuật điều chế và mã hóa kênh thường được kết hợp với Broadcasting Union – ABU
nhau trong xử lý truyền dẫn trên kênh pha đinh. BICM-ID là sơ [6] DVB: Developing Global Television Standards for Today and Tomorrow,
đồ điều chế mã hóa mạnh đã được sử dụng nhiều trong các hệ Peter Siebert. DVB Project Office, Geneva Switzerland, 2011.
thống DTTB-1. Với DTTB-2, giải pháp kết hợp BICM-ID và [7] Kasampalis Stylianos, Modelling and Coverage Improvement of DVB-T
SSD (BICM-ID-SSD) giúp cải thiện đáng kể hiệu năng hệ thống Networks, Brunel University London Uxbridge, UK March 2018.
trên kênh pha đinh nhanh. Sơ đồ điều chế mã hóa được khuyến [8] Marcin Dąbrowski, Investigation of Digital Terrestrial Television
Receiver Architectures for DVB-T2 Standard, Warsaw University of
cáo sử dụng là BICM-ID-SSD dựa trên LDPC. Technology, 2013.
[9] Md. Sarwar Morshed, Synchronization Performance in DVB-T2 System,
Truyền dẫn MIMO Tampere University of Technology, September 2009.
MIMO là giải pháp hiệu quả trong việc tăng dung lượng hệ [10] Cristina Regueiro Senderos, Reception Performance Studies for the
Evaluation and Improvement of the New Generation Terrestrial
thống và cải thiện chất lượng truyền dẫn. Hiện nay, MIMO và Television Systems, Bilbao, May 2017.
OFDM trở thành hai công nghệ không thể thiếu ở lớp vật lý của
các hệ thống truyền dẫn vô tuyến.
Trong khi hầu hết các hệ thống DTTB-1 chưa sử dụng
MIMO vì ở thời kỳ những năm 90 của thế kỷ trước công nghệ
này mới sơ khai. Tuy nhiên với sự phát triển nhanh của công
nghệ MIMO, nhiều nghiên cứu đã được tiến hành để xây dựng
hệ thống DTTB-2 trên nền MIMO nhằm cải thiện hiệu năng hệ
thống. Thử nghiệm cho thấy, với bốn anten thu được sử dụng thì
hệ thống DTTB có thể hỗ trợ HDTV trong môi trường di động
54
nguon tai.lieu . vn
