Hệ thống truyền hình số vệ tinh

CHÖÔNG IV HEÄ THOÁNG TRUYEÀN HÌNH SOÁ VEÄ TINH I. GIÔÙI THIEÄU : Ngaøy nay truyeàn hình soá ñaõ ñöôïc aùp duïng treân toaøn theá giôùi, phaùt trieån song song vaø thay theá daàn truyeàn hình töông töï. Truyeàn hình soá qua veä tinh laø moät dòch vuï ñôn vaø ña keânh duøng caùc buùp soùng veä tinh coâng suaát lôùn truyeàn caùc tín hieäu soá coù neùn sao cho coù theå thu ñöôïc chuùng baèng caùc anten thu daïng chaûo coù kích thöôùc nhoû, coá ñònh. Caùc dòch vuï veä tinh nhö vaäy cung caáp aâm thanh vaø hình aûnh chaát löôïng cao. Vieäc taïo ra chuaån neùn MPEG-2 cuøng vôùi söï phaùt trieån cuûa coâng ngheä ñieän töû ñaõ cho pheùp aùp duïng kyõ thuaät soá vaøo taác caû caùc khaâu truyeàn hình, keå caû phaùt vaø thu tín hieäu. II. TÍN HIEÄU TRUYEÀN DAÃN Tieâu Chuaån DVB-S (Digital Video Broadcasting – Satellite) DVB – S laø heä thoáng soùng mang ñôn (single carrier). Ñeå deã hình dung coù theå ví noù nhö moät cuû haønh taây vôùi loõi laø toác ñoä bit coù ích (bit thoâng tin). Xung quanh laø caùc lôùp laøm cho tín hieäu ích nhaïy caûm vôùi loãi. Video, Audio vaø caùc loaïi döõ lieäu khaùc ñöôïc truyeàn döôùi daïng caùc goùi döõ lieäu coù ñoä daøi coá ñònh cuûa doøng truyeàn taûi MPEG – 2. Moät Soá Giai Ñoaïn Xöû Lyù Nhö Sau: Caùc döõ lieäu ñöôïc taïo thaønh caáu truùc ñeàu ñaën baèng caùc byte ñoàng boä, cöù moãi header laø goùi thöù taùm Caùc noäi dung ñöôïc ngaãu nhieân hoùa (phaân taùn naêng löôïng, maõ hoùa Scrambling). Söõa loãi tieán (FEC) Read – Solomon ñöôïc boå sung vaøo caùc goùi döõ lieäu. Ñoù laø heä thoáng raát hieäu quaû vaø chæ laøm taêng khoaûng 8% phaàn ñaàu cuûa tín hieäu. Vaø coøn goïi laø maõ ngoaøi (outer code). Maõ ngoaøi laø chung cho taác caû caùc heä thoáng phaân phoái DVB. Tieáp theo, cheøn xoaén (Convolution Interleaving) ñöôïc caáy vaøo noäi dung goùi. Tieáp theo, heä thoáng söûa loãi ñöôïc boå sung baèng maõ xoaén (Convolution Code), coøn goïi laø maõ trong (Inner code). Noù coù theå ñöôïc ñieàu chænh ñeå thích hôïp vôùi yeâu caàu cuûa ngöôøi cung caáp dòch vuï (Provider). Cuoái cuøng, tín hieäu ñöôïc söû duïng ñeå ñieàu cheá soùng mang quaûng baù veä tinh laø MPSK, thöôøng duøng laø khoùa dòch pha vuoâng (QPSK). Tín Hieäu Truyeàn Daãn Lôùp neùn bieåu dieãn cuù phaùp (Syntax) cuûa caùc doøng audio vaø video treân cô sôû caáu truùc doøng döõ lieäu video vaø audio. Caùc chuoãi audio, video hoaëc döõ lieäu ñoäc laäp ñöôïc maõ hoùa MPEG – 2 ñeå taïo caùc doøng döõ lieäu ñoäc laäp goïi laø caùc doøng cô sôû ES (Elementary Streams), hình 4-1. Video Encoder Audio Encoder Packetizer Packetizer TS MUX TS MUX ES ES PES PES Data TS1 TS2 TSn TS Lôùp neùn Lôùp heä thoáng Video Video Hình 4 – 1 : Heä Thoáng Gheùp Doøng Tín Hieäu Truyeàn Taûi Caáu Truùc Doøng Cô Sôû : Block of Coefficient Macro Block Slice Picture Group of Picture Video of Sequency Motion Vector Sync Pattern I,P,B Time Global vector Open/Close Picture Rate Level Profile Chroma Type Progessive Interlace Aspect Radio Picture Size Block of Coefficient : Caùc heä soá khoái Macroblock : Khoái lôùn (4 khoái) Motion Vector : Vecto chuyeån ñoäng Sync Pattern : Maãu ñoàng boä Quantizing Matrices : Ma traân löôïng töû Video of Sequence : Daõy döõ lieäu video Chroma type : Caáu truùc saéc ñoä Progressive Interlace : tieán haønh troän Picture : Toác ñoä aûnh Picture size : Kích côõ aûnh Quantizing Matrices Doøng cô sôû cô baûn laø tín hieäu goác taïoi ñaàu ra cuûa boä maõ hoùa vaø chæ coù nhöõng thoâng tin caàn thieát giuùp boä giaûi maõ taùi taïo laïi hình aûnh vaø aâm thanh ban ñaàu. Cuù phaùp ôû doøng cô sôû bieåu dieãn ôû hình 4 – 2. Hình 4 – 2 : Cuù Phaùp Doøng Cô Sôû ES Ñôn vò cô sôû cuûa hình aûnh laø moät khoái DCT, moãi khoái coù 8 phaàn töû aûnh. Heä soá öùng vôùi thaønh phaàn moät chieàu ñöôïc gôûi ñi vôùi ñoä chính xaùc cao hôn caùc heä soá khaùc. Maõ End of block ñöôïc gôûi ñi sau cuøng. Caùc Block ñöôïc hôïp laïi thaønh caùc Macroblock (MB), moãi MB coù vecto chuyeån ñoäng hai chieàu. Caùc MB taäp hôïp laïi ñeå taïo thaønh Slice. Slice luoân bieåu thò caùc soïc ngang cuûa hình aûnh töø traùi sang phaûi. Slice coù theå töø baác kyø ñieåm naøo vaø kích thöôùc tuøy yù. Tuy nhieân ñoái vôùi tieâu chuaån ATSC quy ñònh Slice phaûi baét ñaàu töø meùp phía traùi cuûa hình aûnh. Nhieàu Slice taäp hôïp taïo neân moät aûnh hoaëc moät maønh tích cöïc. Döõ lieäu baét ñaàu cuûa aûnh (picture header) xaùc ñònh aûnh ñoù laø I, P hoaëcb. Moät vaøi aûnh taäp hôïp laïi thaønh moät nhoùm aûnh (GOP). Nhoùm aûnh baét ñaàu baèng moät aûnh I, giöõa hai aûnh I laø moät soá aûnh P vaø/hoaëc B. Nhoùm aûnh coù theå môû (Open) hoaëc ñoùng (Close). Nhieàu nhoùm aûnh taäp hôïp thaønh moät chuoãi döõ lieäu video. Lôùp heä thoáng xaùc ñònh vieäc keát hôïp caùc doøng audio vaø video ñoäc laäp thaønh moät doøng ñeå löu tröõ (doøng chöông trình PS-Program Stream) hoaëc doøng truyeàn taûi (doøng truyeàn TS-Tranmission Stream) a. Doøng Cô Sôû Ñoùng Goùi: Do nhu caàu thöïc teá, doøng döõ lieäu cô sôû (ES) mang thoâng tin video vaø audio töø maïch neùn ñöôïc chia thaønh nhieàu goùi. Nhöõng goùi döõ lieäu naøy ñöôïc nhaän dieän bôûi tín hieäu baét ñaàu (Header) vaø chöùa caùc nhaõn thôøi gian (Time Stamps) phuïc vuï cho vieäc ñoàng boä. Doøng cô sôû ñoùng goùi bao goàm döõ lieäu baét ñaàu vaø doøng cô sôû döõ lieäu coù ích (noäi dung). Noäi dung coù theå laø nguyeân goác töø doøng maõ hoùa MPEG-2 cuûa video, audio hoaëc laø döõ lieäu. Hình 4-3 bieãu dieãn doøng PES. Goùi cho ñeán 8KB cöïc ñaïi Taûi döõ lieäu ES 8 bytes SC SL PL 8S Bytes Muïc ñích 3 SC Maõ khôûi ñaàu 1 SI Nhaän daïng doøng 2 PL Chieàu daøi goùi 2 BS Kích thöôùc boä goùi Hình 4 -3 : Caáu truùc doøng PES (Packetized Elementary Stream) trong tieâu chuaån MPEG-2 Header Cuûa Doøng Cô Sôû Ñoùng Goùi Bao Goàm: Boán byte trong ñoù coù ba byte duøng cho maõ khôûi ñaàu goùi döõ lieäu PES (PES Packet Start) vaø moät byte nhaän dieän doøng (Stream ID). Döõ lieäu header coù theå phaân bieät ñöôïc 16 chöông trình video vaø 32 chöông trình audio. Töøng chöông trình trong 48 chöông trình (video vaø audio)ñeàu coù theå keøm theo döõ lieäu veà ngöôøi söû duïng (user). Döõ lieäu veà ngöôøi söû duïng coù theå söû duïng cho vieäc quaûn lyù theo ñòa chæ boä Set-Top hoaëc caùc chöùc naêng khaùc. PES-Packer Header data length thoâng tin veà soá byte coù trong döõ lieäu baét ñaàu tuøy choïn (Option header data) tröôùc khi doøng döõ lieäu coù ích Caùc Flag chæ roõ maønh tuøy choïn (Option field) toàn taïi hay khoâng toàn taïi, thoâng tín ñöôïc maõ hoùa hay khoâng maõ hoùa, yeâu caàu veà baûn quyeàn, söï coù maët hay khoâng coù maët cuûa Presentation time Stamp (PTS) vaø Decoding Time Stamp (DTS). Hai thoâng tin sau cuøng ñöôïc baûo ñaûm söï ñoàng boä ôû maïch giaûi maõ, DTS ñaûm baûo thöù töï aûnh khi giaûi maõ, coøn PTS ñaûm baûo hieån thò aûnh. Gheùp Keânh Doøng Truyeàn Taûi (Transport Stream MUX). Transport Stream MUX Video PES Audio PES Audio PES Video PES Data Elementary steam map (Program-map-table) Transport Stream (TS) PID1 PID2 PID(n-3) PID(n-2) PID(n-1) PID(n) - Elementary steam map : aùnh xaï doøng cô sôû - Transport Steam MUX : gheùp keânh doøng truyeàn taûi - PID : Packet Identification Hình 4-4 : Gheùp Keânh Doøng Truyeàn Taûi Moâ hình heä thoáng gheùp keânh doøng chöông trình chæ ra trong hình 4-4. Neáu chia caùc goùi PES coù ñoä daøi khaùc nhau thaønh goùi TS khoâng ñoå (moãi goùi TS ñöôïc baét ñaàu baèng TS header vaø thöôøng coù chieàu daøi 188 byte) vaø truyeàn caùc goùi naøy ñi sau khi ñaõ coäng vôùi doøng bit ñieàu khieån duøng ñeå moâ taû chöông trình (cuõng ñöôïc ñoùng goùi thaønh caùc goùi truyeàn taûi) ta seõ coù doøng truyeàn taûi hình 4-5 AUDIO VIDEO VIDEO AUDIO VIDEO AUDIO Goùi TS PES Header TS Header Hình 4-5 : Doøng Truyeàn Taûi Caáu Truùc Doøng Truyeàn Taûi 1 Sync Byte S Header Payload R-S S Header . . . 4 byte 184 byte 16 byte Stranport Stream 188 byte 3 byte Bits Muïc Ñích 1 1 1 13 2 2 4 Transport Error Indication Start indication Transport Priority PID Scambling Control Adaptation Field Control Continuity Couter Hình 4-6 : Caáu truùc doøng truyeàn taûi Doøng truyeàn taûi goàm caùc Sequence coù ñoä daøi coá ñònh laø 188 byte vaø 16 byte söûa loãi R-S (red Solomon) theâm vaøo trong truyeàn daãn cho pheùp söûa 8 bit. Hình ñöôïc bieåu dieãn ôû hình 4-6. Sync Byte : Byte ñoàng boä, byte naøy seõ nhaän bieát bôûi boä giaûi maõ. Transitor Error Indication : chæ thò naøy thoâng baùo khi tyû leä bit loãi (BER) vöôït quùa giaù trò cho pheùp. Pecket Indication : maõ 13 bit naøy ñöïôc duøng ñeå phaân bieät caùc loaïi goùi (packet) khaùc nhau. Caùc doøng bieát cô sôû ñoùng goùi PES vaø doøng bieát ñieàu khieån nhö ñaõ noùi treân – coøn goïi laø aùnh xaï doøng cô sôû – ñöôïc phaân bieät bôûi pids duy nhaát cuûa chuùng trong giaù trò ñaàu cuûa maønh. Continuty Couter: Maõ 4 bit naøy ñöôïc gia taêng tæ soá taïi maïch maõ hoùa moãi khi coù moät goùi môùi ñöôïc truyeàn ñi. Söû duïng maû naøy ñeå phaùt hieän khi coù goùi döõ lieäu bò maát hoaëc laëp laïi. Moät Ví Duï Hình 4-7 Program 0 20 Program 1 22 Program 2 33 . . . . Program k 55 . . . . Stream 1 Video 80 Stream 3 Audio 82 Stream 2 Audio 81 . . . . . . . . . Stream k Data 88 . . . . . . . . . Stream 1 Video 54 Stream 3 Audio 49 Stream 2 Audio 48 . . . . . . . . . Stream k Data 55 . . . . . . . . . Private network data Program Map Tables . . . . . . . Transport Stream Program Association Table (PID 0) Network Information Table Program1 Audio 1 … Program2 Video … Program1 MAP … Program2 Audio 2 ... Program1 Video … PAT … Program2 Video … 48 PIDs 80 0 54 82 22 80 Hình 4-7 : Lôùp Truyeàn Taûi c.Heä Thoáng Gheùp Keânh Caùc Doøng Truyeàn Taûi Heä thoáng gheùp keânh hình 4-8 ñöôïc ñònh nghóa laø moät quaù trình gheùp caùc doøng truyeàn taûi khaùc nhau. Trong quaù trình coäng caùc doøng bit truyeàn taûi (vôùi caùc pids töông öùng ) seõ töông öùng vôùi vieäc coäng chöông trình rieâng bieät vaø doøng bit ñieàu khieån caáp heä thoáng – ñöôïc ñònh PID = 0. Doøng bit naøy mang caùc thoâng tin trong moät baûn toå chöùc tröông trình, saép xeáp caùc chæ soá nhaän dieän chöông trình, töông öùng treân moãi doøng truyeàn taûi cuûa chuùng, quaù trình nhaän dieän chöông trình döïa vaøo caùc chöõ soá trong baûng nhaän dieän nhö ñaõ mieâu taû. Moät “chöông trình” theo quan nieäm truyeàn thoáng thöôøng goïi laø moät keânh . MUX TS1 TS2 TS(n-1) TS(n) Elementary stream map (Program_association_table) PID(0) System level multiplex Hình 4-8 : Gheùp keânh doøng bit truyyeàn taûi caáp heä thoáng Baûng toå chöùc chöông trình cho pheùp nhaän bit chæ soá PID cuûa doøng bit, chöùa baûng aùnh xaï chöông trình ñaëc tröng. Theo ñoù, quaù trình nhaän dieän moät chöông trình vaø noäi dung cuûa noù mang thoâng tin trong hai phaïm vi sau : Thöù nhaát : Baûng toå chöùc chöông trình trong doøng PID = 0 duøng ñeå nhaän dieän chæ soá PID cuûa doøng bit mang noäi dung baûng aùnh xaï chöông trình cho tröông trình. Thöù hai: Caùc pids cuûa doøng bit cô sôû, maø chuùng taïo ra chöông trình thu ñöôïc töø baûng aùnh xaï chöông trình thích hôïp. Thoâng Tin Ñaëc Tröng Chöông Trình PSI (Program Specific Information) Doøng truyeàn taûi TS mang thoâng tin cuï theå chöông trình nhaèm ñeå ñaàu thu coù theå maõ hoaù thoâng tin thích hôïp töø dòch vuï ña keânh . Thoâng tin PSI bao goàm 4 baûng : PAT (Program Assocatio Table). PMT (Program Map Table). NIT (Net Information Table). CAT (Conditional Access Table). PROGRAM ASSOCIATION BABLE (PID = 0) Prog. PID of associated No. Program Map aaaa 1 bbbb cccc dddd eeee ffff PROGRAM MAP ABLE FOR PROG. 1 (PID = bbbb) elementary stream PID prog. Clock ref xxxx video xxxy audio (English) xxyy audio (French) xyyy audio (German) yyyy data yxxx subtiles yyxx NETWORD INFORMATION TABLE ( if present then Pro. 0) contents not defined by MPEG xxxy: transport packets xxyy: transport packets xyyy: transport packets yyyy: transport packets yxxx: transport packets xxxx: transport packets yyxx: transport packets PIDs Hình 4-9 : Ví Duï Veà Baûng PSI – MPEG-2 PAT laø baûng möùc cao nhaát. Noù bao goàm danh saùch dòch vuï trong doøng truyeàn taûi TS vaø ñònh roõ vò trí caû hai baûng PMT vaø NIT. Moãi doøng truyeàn taûi chöùa baûng naøy luoân coù PID = 0. PMT xaùc ñònh vaø chæ thò vò trí (xaùc ñònh pids) cuûa doøng cô sôû ES taïo neân dòch vuï. Noù ñaët laïi söï moâ taû cuûa ñaëc tính audio vaø video, thoâng tin sao cheùp, chi tieát veà truy caäp coù ñieàu kieän, baûn chæ daãn chöông trình veä tinh. NIT ñöôïc MPEG-2 maõ hoaù chöông trình 0, nhöng noäi dung cuûa noù ñöôïc DVB ñònh roõ. Noù cung caáp thoâng tin quan heä vôùi maïng vaät lyù (phaàn cöùng), maïng naøy mang duøng truyeàn taûi chaúng haïn nhö bao goàm chi tieát veà transponder, ñaëc tính ñieàu cheá, taàn soá keânh vaø dòch vuï goác. Neáu baát cöù doøng cô sôû naøo ñöôïc xaùo troän (Scambler)(ñoái voái truy caäp coù ñieàu kieän CA – Conditional Access), sau ñoù laø baûng thöù tö. Ñoù laø baûng truy nhaäp coù ñieàu kieän (CAT). Baûng naøy ñöôïc MPEG-2 xaùc ñònh vaø cung caáp chi tieát ôû heä thoáng xaùo troän. Noù cuõng bao goàm caùc pids ñöôïc keát hôïp vôùi caùc goùi chöùa thoâng ñieäp quaûn lyù baûn quyeàn EMM (Entitlement Management Messages) truy nhaäp coù ñieàu kieän CA. Khaùi Quaùt Taùch Keânh Moät Chöông Trình Töø Doøng Bit Truyeàn Taûi PID = 0 PID aùnh xaï Chöông trình PID 1 PID 2 : : PID n Thu giaù trò PIDs cuûa doøng Bit cô sôû (hoaëc PES) Thu giaù trò PID aùnh xaï chöông trình (PID cuûa doøng bit chöùa baûng aùnh xaï chöông trình) Nhaän dieän chöông trình Baûng toå chöùc chöông trình Baûng aùnh xaï chöông trình Caùc goùi truyeàn taûi khaùc Caùc doøng bit cô sôû cho moät chöông trình Doøng bit heä thoáng Hình 4-10 : gheùp keânh nhieãu chöông trình Hình minh hoaï toaøn boä quaù trình trích caùc doøng bit töø moät chöông trình taïi beân thu. Trong thöïc teá, chæ caàn moät boä taùch keânh coù theå trích caû hai baûn toå chöùc chöông trình vaø baûng aùnh xaï chöông trình ñieàu khieån doøng bit. Ñieàu naøy cuõng ñöa ra moät yeâu caàu chöùc naêng toái thieåu taïi lôùp truyeàn taûi coù theå trích moïi öùng duïng trong bit Ñaëc ñieåm cuûa doøng truyeàn taûi MPEG-2. Caáp phaùt dung löôïng ñoäng : Caùc goùi TS vôùi ñoä daøi coá ñònh taïo khaû naêng linh hoaït trong vieäc caáp phaùt dung löôïng keânh giöõa caùc soá lieäu video, audio cuõng nhö caùc soá lieäu phuï. Moãi goùi TS ñöôïc nhaän bôûi soá PID coù trong TS header. Dung löôïng toaøn boä cuûa keânh cuõng coù theå caáp phaùt laïi khi phaân phoái soá lieäu. Khaû naêng naøy coù theå öùng duïng ñeå phaân phoái caùc khoaù maõ trong töøng giaây ñeán ngöôøi xem trong caùc chöông trình truyeàn hình coù thu tieàn. Khaû naêng co giaõn : moät keânh coù daûi thoâng roäng hôn coù theå ñöôïc khai thaùc toái ña baèng caùch söû duïng nhieàu doøng sô caáp ES taïi ñaàu vaøo boä gheùp keânh hoaëc gheùp keânh theâm caùc doøng cô sôû ES naøy vaøo doøng bit ban ñaàu taïi moät boä gheùp keânh thöù hai. Tính chaát naøy coù giaù trò khi phaân phoái treân maïng cuõng nhö cung caáp khaû naêng lieân vaän haønh. Taïi möùc truyeàn taûi, khaû naêng lieân vaän haønh cuûa doøng bit truyeàn hình laø moät ñaëc tính quan troïng cuûa heä thoáng truyeàn hình soá. Khaû naêng lieân vaän haønh theå hieän ôû hai ñieåm : Doøng truyeàn taûi MPEG-2 coù theå ñöôïc truyeàn treân taác caû heä thoáng thoâng tin. Heä thoáng truyeàn taûi MPEG-2 cuõng coù theå truyeàn caùc doøng bit ñaõ ñöôïc taïo ra bôûi caùc heä thoáng thoâng tin khaùc. Khaû naêng môû roäng : Caáu truùc doøng truyeàn taûi cho pheùp môû roäng ñöôïc khaû naêng phuïc vuï caùc dòch vuï töông lai. Caùc doøng bit cô sôû môùi coù theå ñöôïc gheùp theâm vaøo doøng truyeàn taûi maø khoâng caàn söûa ñoåi caáu taïo phaàn cöùng phía phaùt, maø chæ caàn gaùn theâm caùc PID môùi. Khaû naêng naøy coù theå ñöôïc öùng duïng ñeå ñöa vaøo “caùc daïng thöùc 1000 doøng queùt lieân tuïc” hay “3D – HDTV (High Definition Television)” baèng caùch göûi theâm soá lieäu theo tín hieäu cô baûn. Khaû naêng choáng loãi vaø ñoàng boä : Caùc goùi TS coù ñoä daøi khoâng ñoåi taïo neàn taûng cho vieäc kieåm soaùt loãi gaây ra bôûi ñöôøng truyeàn vaø vieäc khoâi phuïc laïi ñoàng boä. Trong doøng truyeàn taûi, caùc chöông trình khaùc nhau coù theå ñöôïc saép ñaët ôû nhöõng vò trí khaùc nhau vaø khoâng nhaát thieát phaûi ñoàng boä vôùi nhau. Keát quaû doøng truyeàn taûi phaûi coù nhöõng heä thoáng ñoàng boä rieâng bieät cho moãi chöông trình. Phöông phaùp ñoàng boä goïi laø Program Clock Reference – PCR. Thieát bò thu reû tieàn : Caùc goùi TS coù ñoä daøi khoâng ñoåi cuõng seõ cho pheùp cheá taïo boä giaûi maõ heä thoáng ñôn giaûn, reû tieàn. Tính Linh Hoaït Cuûa Doøng Truyeàn Taûi: Audio 1 Video 2 Video 1 Program 1 Program 2 PES PES 2 ES trong chöông trình 1 1 ES trong chöông trình 2 2 doøng truyeàn taûi chöông trình Moãi chöông trình coù moät ñoàng hoà ñoàng boä clock Hình 4-11 : gheùp keânh nhieàu chöông trình Doøng truyeàn taûi MPEG-2 raát linh hoaït theå hieän döôùi hai khía caïnh sau : Caùc chöông trình ñöôïc ñònh nghóa nhö laø baát kyø söï keát hôïp naøo cuûa doøng bit sô caáp coù theå xuaát hieän trong moät hoaëc nhieàu chöông trình khaùc nhau. Ví duï hai doøng bit video khaùc nhau coù theå cuøng keát hôïp vôùi doøng bit audio ñeå taïo ra hai chöông trình khaùc nhau. Caùc chöông trình cuõng coù theå söõa ñoåi phuø hôïp moät soá yeâu caàu ñaët bieät. Ví duï nhö cuõng moät chöông trình truyeàn hình nhöng phaàn naøo audio laïi ñöôïc thay ñoåi theo töøng vuøng ngoân ngöõ khaùc nhau. Nhieàu chöông trình khaùc nhau coù theå ñöôïc gheùp keânh trong cuøng moät heä thoáng truyeàn taûi. Taïi phía thu (giaûi maõ), töøng chöông trình rieâng reõ seõ ñöôïc taùch ra deã daøng. Hình 4-11 laø moät ví duï veà gheùp keânh nhieàu chöông trình. Ôû ñaây hai doøng cô sôû video trong chöông trình 1 vaø 2 keát hôïp vôùi moät doøng cô sôû audio trong chöông trình 1 ñeå taïo neân doøng truyeàn taûi hai chöông trình. III. HEÄ THOÁNG TRUYEÀN HÌNH QUA VEÄ TINH: Heä Thoáng SCPC: Ñònh daïng naøy cho pheùp uplink leân veä tinh töø caùc vò trí khaùc nhau. Thoâng thöôøng SCPC ñöôïc duøng cho caùc öùng duïng rieâng chaún haïn nhö thu veä tinh SNG (Satellite newsgathering) hoaëc truyeàn hình giaùo duïc ôû nhöõng nôi khoâng theå hoaëc khoù uplink töø veä tinh taác caû caùc chöông trình töø moät vò trí. Caùc dòch vuï döïa treân SCPC thöôøng duøng moät daûi thoâng Transponder veä tinh. Khi gheùp keânh, caùc dòch vuï SCPC chia xeû cuøng moät Transponder, moãi dòch vuï ñöôïc truyeàn treân moät soùng mang coù daûi thoâng heïp trong phaïm vi Transponder. Giöõa caùc soùng mang SCPC phaûi coù khoaûng baûo veä vaø phaûi thöïc hieän back-off coâng suaát transponder veä tinh ñeå ngaên giao thoa giöõa caùc dòch vuï. SCPC laø coù ích cho truyeàn hình tröïc tieáp nhöng vieäc taän duïng daõi thoâng Transponder veä tinh laø khoâng hieäu do phaûi coù khoaûng baûo veä giöõa caùc soùng mang khaùc nhau. FREQUENCY INTERVAL TV1 SCPC TV1 SCPC TV1 SCPC TV1 SCPC TV1 SCPC 4.8 MHz 4.8 MHz 4.8 MHz 4.8 MHz 4.8 MHz TRANSPONDER BANDVVIDTH 36 MHz Single Channel Per Carrier Hình 4-12 : Beåu dieãn söï saép caùc keânh treân moät Transponder Sô Ñoà Khoá Heä Thoáng Uplink SCPC: Coder video Coder video Coder video Coder video MULTIPLEXER Scrambling Conditional Access R-S Error Correct Digital Modulator IF RF HPA Video signal Coder Audio Data Hình 4-13 : Sô Ñoà Khoái Heä Thoáng Uplink SCPC Taát caû tín hieäu hình, tieáng, soá lieäu cuûa moãi chöông trình trong keânh ñöôïc neùn ñoäc laäp. Tín hieäu hình vaø tieáng ñöôïc neùn theo chuaån MPEG-2. Tieáp theo, taét caùc tín hieäu sau khi neùn thaønh moät doøng bit tín hieäu. Doøng döõ lieäu bao goàm chuoãi caùc goùi thoâng tin coù caùc byte tieâu ñeà vaø byte tin töùc. Tieâu ñeà cho pheùp nhaän bieát daïng tin ñöôïc truyeàn trong goùi vaø chöông trình coù lieân quan ñeán noù. Sau khoái MUX, tín hieäu chuyeån ñeán khoái maõ ngöôøi xem traû tieàn. Trong khoái maõ naøy doøng tín hieäu ñöôïc gheùp vaø xaùo troän (Scrambling) theo moät quy luaät maø chæ ngöôøi quaûn lyù môùi bieát. Ñoàng thôøi ngöôøi ta coù hình thöùc khoaù maõ. Neáu maùy thu khoâng nhaän ñöôïc “chìa khoaù” cuûa nhaø quaûn lyù göûi ñi, thì khoâng theå naøo saép xeáp laïi traät töï doøng tín hieäu ñöôïc, doøng tín hieäu seõ raát loän xoän khoâng coù hình aûnh treân TV. Vieäc khoaù maõ coù theå thöïc hieän vôùi taác caû caùc chöông trình vaø coù theå chæ khoaù moät soá chöông trình trong caùc chöông trình ñöôïc phaùt ñi. Ñieàu ñaëc bieät laø neáu caùc maùy thu khoâng hieåu ñöôïc caùch gheùp, caùch xaùo troän tín hieäu, khoâng ñöôïc thieát keá vaø trang bò maïch ñieän ñaëc chuûng thoaû maõn yeâu caàu cuûa heä quaûn lyù naøy, thì maùy thu ñoù seõ khoâng thu ñöôïc baát luaän moät tín hieäu naøo. Caùch giaûi quyeát ñoù taïo thuaän tieän cho coâng taùc quaûn lyù vieäc xem chöông trình treân bình dieän toaøn quoác. Khoái maõ naøy ñöôïc ñieàu khieån baèng maùy tính Baûo hieåm loãi truyeàn : nhieãu sinh ra trong caùc linh kieän ñieän töû vaø trong caùc can nhieãu khaùc luoân phaù tín hieäu höõu ích , caàn truyeàn vaø gaây ra sai. Trong kyõ thuaät truyeàn daãn vaø xöû lyù tín hieäu soá ñeå choáng nhieãu coù khaùi nieäm “söõa maõ sai” ngöôøi ta caøi vaøo doøng döõ lieäu moät soá loaïi maõ ñeå neáu saûy ra hieän töôïng sai, ñaàu thu coù theå phaùt hieän vaø söûa ñöôïc sai. Vieäc haïn cheá loãi baèng maõ coù theå mieâu taû khaùi quaùt nhö sau : Ñoái vôùi moãi töø maõ ngöôøi ta cho theâm vaøo caùc phaàn töû dö khoâng mang thoâng tin maø coù nhieäm vuï kieåm tra. Trong kyõ thuaät truyeàn hình thöôøng duøng maõ söûa sai Viterbi hoaëc maõ Reed-Solomon. Maõ Reed-Solomon (R-S) ñöôïc ñöa ra töø naêm 1960, nhöng chæ ñeán nhöõng naêm gaàn ñaây do coâng ngheä VLSI phaùt trieån. Noù môùi ñöôïc öùng duïng roâng raõi vaø nghieân cöùu ngaøy caøng nhieàu. Maõ R-S laø boä maõ nhò phaân vaø noù coù khaû naêng söûa sai burst, nguyeân taéc laäp maõ cuûa noù nhö sau : Muoán söûa ñöôïc Sbyte sai thì caàn phaûi coù 2S byte kieåm tra, nhö vaäy seõ coù 2m – 1 –2S byte cho soá lieäu (m laø soá bit), S byte kieåm tra naøy ñöôïc xaùc ñònh theo caù byte soá lieäu baèng caùc quan heä xaùc ñònh tröôùc. Ôû beân thu töø maõ thu ñöôïc seõ xaùx ñònh toå hoäi chöùng (syndrome) theo caùc quan heä ñöôïc duøng treân maõ hoaù. Neáu Syndrome S = 0 thì töø maõ thu ñöôïc laø ñuùng, coøn Syndrome S 0 thì töø maõ thu ñöôïc bò sai vaø ta phaûi söûa sai. Ñeå söûa sai caàn giaûi quyeát ñöôïc hai vaán ñeà laø xaùc ñònh vò trí coù sai vaø xaùc ñònh giaù trò sai. Maõ R-S ngaøy nay ñöôïc söû duïng raát roäng raõi. Moãi ñoaïn tin cuøng vôùi tieâu ñeà (ñoái vôùi doøng truyeàn taûi moãi ñoaïn tin daøi 188 byte) ñöôïc baûo veä bôûi 16 byte (maõ R-S), cho söûa sai ñöôïc 9 bit sai soá trong ñoaïn. Taát nhieân khi söû duïng nhieàu soá bit söûa sai seõ laøm cho : Daûi ñoäng caàn truyeàn taêng leân neáu nhö ta giöõ nguyeân löôïng chöông trình caàn truyeàn ñi. Maø daûi thoâng taêng leân laøm cho coâng suaát phaùt cuõng phaûi taêng. Neáu khoâng taêng daûi thoâng truyeàn (ví duï chæ thueâ moät boä phaùt ñaùp coù daûi thoâng roäng 36mhz), thì hoaëc laø ta phaûi giaûm soá löôïng chöông trình, hoaëc laø phaûi giaûm chaát löôïng cuûa moät hai chöông trình naøo ñoù (baèng caùch ñeå taêng heä soá neùn bit cuûa chöông trình). Tieáp theo tín hieäu soá seõ ñöôïc ñieàu cheá : Doøng tín hieäu phaûi coù soùng cao taàn coõng ñi baèng caùch ñieàu cheá. Chuùng ta bieát ñieàu bieân AM ñeå mang hình vaø ñieàu taàn FM ñeå mang tieáng trong caùc maùy phaùt hình töông töï maët ñaát. Ñoái vôùi tín hieäu soá coù ba phöông phaùp ñieàu cheá cô baûn laø ñieàu bieân, ñieàu taàn vaø ñieàu pha. Trong traïm phaùt leân veä tinh söû duïng ñieàu cheá pha vaø chuû yeáu ñieàu cheá QPSK. Quaù trình ñieàu cheá cuûa traïm naøy ñöôïc thöïc hieän ôû taàn soá trung taàn 70mhz. Nghóa laø pha cuûa soùng mang 70mhz bò thay ñoåi theo tín hieäu soá ñaõ neùn vaø gheùp laïi (doøng truyeàn taûi MPEG-2). Pha bieán ñoåi theo töøng nhoùm tín hieäu soá nhö [00], [01], [10], [11], nghóa laø pha cuûa tín hieäu trung taàn bò dòch chuyeån ngaãu nhieân taïi boán vò trí tuyø theo söï xuaát hieän cuûa boán nhoùm soá noùi treân, vì vaäy ñieàu cheá naøy coù chöõ Q (Quaternary hoaëc Quadrature). Ta chæ giaûi ñaùp khaû naêng truyeàn bao nhieâu keânh truyeàn hình thoâng thöôøng treân Transponder veä tinh khi ñieàu cheá QPSK. Ta coù phoå tín hieäu ñieàu cheá QPSK ñöôïc tính theo coâng thöùc sau : Trong ñoù: Eb : Naêng löôïng truyeàn moät bit tín hieäu soá. Tb : Thôøi gian cuûa bit : Tb = Hình daïng cuûa phoå tín hieäu ñieàu cheá ñöôïc moâ taû ôû hình 4-15. Nhìn vaøo hình daïng phoå ta thaáy naêng löôïng cuûa tín hieäu QPSK : Ñaït giaù trò cöïc ñaïi cuûa soùng mang cao taàn . Coù giaù trò gaàn nhö baèng 0 taïi giaù trò f.Tb = 0,5 ;1. Coù ñieåm cöïc trò töông ñoái ñaùng keå taïi 0,75. Naêng löôïng chuû yeáu taäp trung trong vuøng coù daõi thoâng baèng [0,5fb]. 1,0 0,5 0 0,5 0,75 1,0 Taàn soá ñaõ ñöôïc chuaån hoaù f.Tb Maät ñoä phoå naêng löôïng ñöôïc chuaån hoaù, (f)/4E Hình 4-14 : Phoå Cuûa Tín Hieäu Ñaõ Ñieàu Cheá QPSK Ngoaøi vuøng coù caùc thaønh phaàn cuûa tín hieäu QPSK haàu nhö raát nhoû. Coi nhö khoâng coù. Nhö vaäy, moãi chöông trình sau khi neùn MPEG-2MP@ML coù vaän toác trung bình 4Mbit/s, theâm vaøo caùc maõ söûa sai vaø caùc döõ lieäu khaùc, thì vaän toác cuûa 10 chöông trình laø 52Mbit/s. Daûi rthoâng cuûa Transponder ñeå truyeàn doøng döõ lieäu coù vaän toác 52Mbit/s baèng ñieàu cheá QPSK laø 0,65 52 = 33,8 mhz. Ta chæ thueâ moät Transponder coù daõi thoâng 36Mhz laø ñuû cho phaùt ñaùp 10 chöông trình . Sau ñoù taàn soá trung taàn 70Mhzseõ ñöôïc leân taûi Ku (14 ghz) baèng phöông phaùp trueàyn thoâng vaø phaùt leân veä tinh. Heä thoáng khuùeâch ñaïi coâng suaát : Soùng voâ tuyeán ñieän truyeàn trong khoâng gian ñieàu bò suy giaûm, vì vaäy phaûi khueách ñaïi ñeán cöôøng ñoä ñuû maïnh. Soùng coù taàn soá caøng cao thì suy giaûm trong khoâng gian vaø suy giaûm trong maây möa caøng lôùn. Vì vaäy caùc traïm phaùt Ku phaûi coù coâng suaát 2 KW (neáu duøng anten phaùt coù ñöôøng kính 10m). Trong maùy phaùt hieän nay thöôøng duøng ñeøn Klystron ñeå khueách ñaïi coâng suaát.Ñeøn Klystron khueách ñaïi khaù tuyeán tính phuø hôïp cho phaùt nhieàu chöông trình soá coù neùn, ñieàu cheá QPSK. Coâng suaát thöïc teá khi phaùt caùc chöông trình phuï thuoäc vaøo : Soá löôïng chöông trình ñang phaùt, neáu nhieàu chöông trình thì coâng suaát phaûi lôùn, ngöôïc laïi phaùt ít chöông trình thì coâng suaát giaûm ñi. Chaát löôïng chöông trình : Neáu taác caû chöông trình ñoøi hoûi chaát löôïng cao (coù vaän toác bit cao) thì coâng suaát phaùt phaûi taêng. Neáu chöông trình coù chaát löôïng vöøa phaûi (vaän toác bit thaáp), thì coâng suaát phaùt khoâng caàn phaûi cao. Neáu trôøi coù möa, nhaát laø möa raøo, soùng bò suy giaûm maïnh thì coâng suaát phaùt phaûi taêng leân ñeå buø cho löôïng soùng mang bò maát trong vuøng möa. Neáu theâm caùc dòch vuï khaùc (ví duï cung caáp theâm Internet) qua traïm phaùt naøy, coâng suaát phaûi taêng leân chuùt ít. Neáu anten phaùt coù kích thöôùc beù, ñoä lôïi thaáp, thì coâng suaát phaùt phaûi cao. Vì vaäy khi xaây döïng traïm maët ñaát nhö theá naøy thöôøng laép ñaët anten phaùt coù kích thöôùc khaù lôùn. Tuy nhieân anten lôùn laïi keùo theo nhieàu vieäc khoù khaên veà cô khí, veà ñieàu khieån, veà choáng gioù baõo. Thöôøng choïn anten Cassegrain ñöôøng kính 11m, phaûn xaï hai taàn vaø coù ñoä lôïi lôùn tôùi 62,5 db seõ coù keát quaû toát. Heä Thoáng Dowlink SCPC. Downconvert IF2Amp Digital Demodulator R-S Demod Descrambling Demultiplexer Packet Filters MPEG-2 Decoder Buffer Control Microprocessor Smart Card Reader L-Band (IF 1) 950 2150 MHz Low-Noise Block Hình 4-15 : Sô Ñoà Khoái Heä Thoáng Downlink SCPC Hình 4-15 bieåu dieãn quaù trình thu ôû traïm maët ñaát. Tín hieäu soá phaùt töø veä tinh ñöôïc thu bôûi anten parabolcho ra tín hieäu taàn soá 950 2150 mhz (trung taàn thöù nhaát IF 1) nhôø khoái LNB khueách ñaïi vaø dòch taàn töø baêng taàn C hay Ku. Tín hieäu naøy ñöôïc truyeàn baèng caùp ñeán maùy thu. Quaù trình trong maùy thu veà nguyeân lyù laø xöû lyù ngöôïc laïi quaù trình beân phaùt. Töùc laø giaûi ñieàu cheá soá, giaûi maõ tín hieäu, taùchkeânh tia vaän taûi MPEG … ta ñöôïc caùc tín hieäu video, audio töông öùng tuyø theo yeâu caàu thieát bò ñaàu cuoái. 2.Heä Thoáng MCPC. Nhöõng nhaø phaùt chöông trình TV soá veä tinh söû duïng moät daïng truyeàn ñöôïc goïi laø ña keânh treân moät taàn soá MCPC ñeå gheùp hai hoaëc nhieàu chöông trình. Vôùi MCPC goùi cuûa dòch vuï chöông trình coù theå söû duïng cuøng truy nhaäp coù ñieàu kieän vaø heä thoáng söûa loãi tieán FEC, do ñoù tieát kieäm treân toaøn boä baêng thoâng vaø toác ñoä truyeàn ñöôïc yeâu caàu. DIGITAL MPEG-2 MULTIPLEX TV Service 1 Audio Service 1 TV Service 1 Audio Service 1 TRANSPONDER BANDWIDTH 36 MHz Packer 1 Packer 2 Packer 3 Packer 4 TIME INTERVAL Multi Channel Per Carrier Hình 4-16 : Bieåu dieãn söï saép xeáp dòch vuï theo thôøi gian treân moät Transponder Hôn nöõa, ngöôøi laøm chöông trình coù theå saép xeáp dung löôïng treo chöùc naêng trong voøng doøng bit soá cuûa baát cöù söï gheùp keânh truyeàn naøo, vì theá nhieàu bit hôn cho chöông trình boùng ñaù vaø ít bit hôn cho chöông trình baûn thoâng baùo tin töùc hay laø chöông trình giôùi thieäu. Heä thoáng MCPC söû duïng kyû thuaät truyeàn laø gheùp keânh phaân chia theo thôøi gian TDM (Time Division Multilexer). Vôùi TDM nhieàu chöông trình ñöôïc saép xeáp ôû nhöõng khe thôøi gian khaùc nhau trong voøng khung thôøi gian ñaõ ñöôïc saép xeáp saún vaø ñöôïc truyeàn baèng nhöõng burst ôû toác ñoä bit cao. IRD (Integrated Reciever/Decoder) soá choïn nhöõng goùi thoâng tin veà dòch vuï ñaõ ñöôïc choïn soùng ñeå nhaän trong khi phôùt lôø vaø loaïi boû taác caû nhöõng goùi khaùc ñang ñöôïc truyeàn treân Transponder. Baèng caùch naøy, moãi chöông trình trong toå hôïp coù cô hoäi söû duïng toaøn boä baêng thoâng vaø coâng suaát Transponder. Heä Thoáng Uplink MCPC Coder video Packetizer Coder Audio Packetizer Coder Data Packetizer MUX Video Signal Audio signal Data ES ES ES PES PES PES TV-1 TV - 2 TV - 3 TV - 4 TV - 5 MULTILEXER HPA Upconverter RF IF Digital Modulator (QPSK) RS Outer Encoder Access and Multiplex Control Computer TS2 TS1 TS3 TS4 TS5 Hình 4-17 : Sô Ñoà Khoái Heä Thoáng Uplink MCPC Taác caû tín hieäu, audio vaø data cuûa moãi chöông trình trong keânh ñöôïc neùn ñoäc laäp. Tín hieäu video vaø audio ñöôïc neùn theo tieâu chuaån MPEG-2. Tieáp theo, taác caû tín hieäu sau khi neùn ñöôïc gheùp thaønh doøng tín hieäu ES, sau ñoù ñöôïc ñoùng goùi thaønh doøng chöông trình ñoùng goùi PES. Caùc tín hieäu ñöôïc gheùp thaønh doøng truyeàn taûi TS cuûa moãi chöông trình. Caùc doøng TS naøy ñöôïc gheùp vôùi nhau ôû caáp heä thoáng. Ôû ñaây duøng nguyeân taéc gheùp keânh thoáng keâ (Statistical Multiplexing hay Statmux), coù nghóa toác ñoä bit cuûa caùc chöông trình khaùc nhau phuï thuoäc vaøo noäi dung hình aûnh trong caùc chöông trình. Boä gheùp keânh öu tieân toác ñoä bit cao hôn cho caùc chöông trình phöùc taïp coù toác ñoä bit lôùn hôn (ví duï nhö chöông trình boùng ñaù) vaø giaûm toác ñoä bit cho caùc chöông trình khaùc ít phöùc taïp hôn taïi cuøng thôøi ñieåm. Vì vaäy, caùc boä maõ cuûa statmux coù moái lieân heä hieäu quaû vôùi nhau veà giaù trò daûi thoâng caàn thieát cho frame video maø chuùng ñang neùn vaø chuùng chia seõ thoâng tin naøy cho processor trung taâm. Moãi chöông trình ñöôïc chæ ñònh moät toác ñoä bit cöïc tieåu vaø moät toác ñoä cöïc ñaïi. Treân cô sôû ñoù processor seõ phaân phoái toác ñoä bit trong phaïm vi cho pheùp cho caùc dòch vuï cuï theå ôû töøng thôøi ñieåm. Ví duï vieäc duøng daûi thoâng cho moät chöông trình ôû thôøi ñieåm naøy coù theå laø 6 Mb/s nhöng ôû thôøi ñieåm khaùc chæ coøn 2 Mb/s, phuï thuoäc vaøo vieäc noù caàn toác ñoä naøo ôû thôøi ñieåm ñoù. Nhö vaäy gheùp keânh thoáng keâ hoaït ñoäng döïa treân söï phaân tích ôû moãi maønh video chia seõ toaøn boä daõi thoâng moät caùch linh hoaït Ví duï : moät heä thoáng DISH NETWORK duøng SR 20.000 MS/s, FEC ¾ treân Transponder cuûa noù. Ñieàu naøy cho toác ñoä bit coù theå laø khoaûng 28 Mb/s theo caùch tính nhö sau : 20.000 MS/s = 40.000Mb/s (Ñoái vôùi QPSK). Do FEC ¾ neân coøn laïi 30.000 Mb/s Do maõ Reed-Solomon 188 : 204 neân coøn 27.64 Mb/s. Movie Preview Channel 3Mb Cable Channel 3.5Mb Sport Channel 4.6 Mb Sport Channel 4.5 Mb Movie Channel 4.5 Mb Ppv Channel 3 Mb News Channel 128 Mb Audio Channel 128 Kb Audio Channel 128 Kb Audio Channel 128 Kb Audio Channel 64 Kb Audio Channel 64 Kb Audio Channel 64 kb Audio Channel 19.2 Kb Low-Speed Data Servive 512 Kb High-Speed Data Servive 630 Kb Firmware Update 128 Kb Toång coäng 27.993Mb Khoâng söû duïng 7 Kb b.Heä Thoáng Downlink MCPC Downconverter IF2 Amp Digital Demodulator R-S Demod Descrambling Demultiplex Packet Filters MPEG-2 Decoder Select a service from the satellite channel Select the components from the select service Choïn moät keânh f töø L-Band Multiple service on th tuned satellite channel Multiple component on the selected service Audio Video Data Low-Noise-Block LNB Multiple Satellite Channel Hình 4-18 : Sô Ñoà Khoái Heä Thoáng Downlink MCPC Tín hieäu baêng taàn töø veä tinh downlink (fd) xuoáng traïm maët ñaát, ñöôïc boä LNB bieán ñoåi thaønh IF1 coù daûi taàn töø 950 2150 mhz (L-Band). Khoái choïn moät keânh f töông öùng trong daûi L band. Khi ñoù boä taùch maõ dòch vuï gheùp cuûa keânh ñöôïc choïn, cho pheùp ta choïn moät toå hôïp naøo ñoù cuûa maõ. Cuoái cuøng taùch tín hieäu video, audio vaø data. IV. SO SAÙNH HAI HEÄ THOÁNG SCPC VAØ MCPC: Nguyeân Lyù. SCPC MCPC Caùc dòch vuï chia seû cuøng Transponder, moãi dòch vuï truyeàn rieâng treân moät soùng mang coù daûi thoâng heïp treân phaïm vi moät Transponder, giöõa caùc soùng mang phaûi coù khoaûng baûo veä vaø phaûi thöïc hieän back-off coâng suaát Transponder veä tinh ngaên giao thoa giöõa caùc dòch vuï. Caùc dòch vuï gheùp keânh nhieàu chöông trình ñöôïc saép xeáp ôû nhöõng khe thôøi gian khaùc nhau, töùc laø moät goùi dòch vuï ñöôïc truyeàn ôû moät thôøi gian nhaát ñònh naøo ñoù, sau ñoù truyeàn goùi dòch vuï khaùc ôû moät thôøi gian khaùc Hai heä thoáng ñieàu söû duïng caùc doøng video, audio soá coù neùn baèng kyõ thuaät MPEG-2 2.Veà Kyõ Thuaät Öùng Duïng: Ñaëc tính SCPC MCPC Audio, video Soá, coù neùn MPEG-2 Soá, coù neùn MPEG-2 Kyõ thuaät truyeàn Soá Soá Gheùp keânh Gheùp doøng truyeàn taûi moät chöông trình Gheùp doøng truyeàn taûi nhieàu chöông trình ôû caáp heä thoáng Ñieàu cheá M-PSK (QPSK) M-PSK (QPSK) Baêng thoâng 3 9 Mb cho moãi keânh. Tuyø thuoäc vaøo soá chöông trình vaø toác ñoä bit ôû moãi chöông trình. Kyõ thuaät maõ keânh RS (188, 204) cho maõ ngoaøi vaø 1/2, 3/4, 7/8 (thoâng thöôøng laø 3/4). RS (188, 204) cho maõ ngoaøi vaø 1/2, 3/4, 7/8 (thoâng thöôøng laø 3/4). Truy nhaäp coù ñieàu kieän Khaùc nhau cho moãi keânh Coù cuøng ñieàu kieän truy nhaäp Taàn soá uplink vaø downlink Baêng Ku vaø baêng C Baêng Ku vaø baêng C Söû duïng laïi taàn soá Phaân cöïc V, H, LHCP, RHCP Phaân cöïc V, H, LHCP,RHCP Moät ví duï minh hoaï : Caùc chöông trình phaùt quaûng baù cuûa veä tinh ASIA SAT II F - CHART Soá Vuøng Taàn soá L-Band (khz) FEC Toác ñoä symbol (khz) Soá löôïng keânh ( V= Video, A=Audio) Coâng suaát LNB (Volt) (H=Horizonatal, V=Vertical) 1 China Hubei 1296000 ¾ 4420 AV = 1 H,18V 2 Hunan 1303000 ¾ 4420 AV = 1 H,18V 3 Guang Dong 1310000 ¾ 4420 AV = 1 H,18V 4 Nei Menggu 1320500 ¾ 8420 AV = 2 H,18V 5 Guang Xi 1344000 ¾ 4420 AV = 1 V, 14V 6 Shenyang 1416000 ¾ 4420 AV = 1 H,18V 7 Jiangxi 1423000 ¾ 4420 AV = 1 H,18V 8 Fujian 1430000 ¾ 4420 AV = 1 H,18V 9 Qinghai 1437000 ¾ 4420 AV = 1 H,18V 10 Henan 1444000 ¾ 4420 AV = 1 H,18V 11 APTV 1350000 ¾ 5632 AV = 1 H,18V 12 Europe 1150000 ¾ 28125 AV = 6, A=11 H,18V 13 STAR PLUS JAPAN 1250000 ¾ 28100 AV = 5, A=1 V,14V 3.Tính Linh Hoaït: Ôû SCPC, caùc dòch vuï coù theå phaùt töø nhöõng vò trí khaùc nhau, thuaän tieän cho nhöõng nôi khoù taäp trung laïi moät choã. Ôû MCPC, caùc chöông trình taäp trung laïi moät nôi vaø gheùp thaønh moät doøng truyeàn taûi. Toác ñoä bit ñöôïc ñieàu khieån töø caùc nhaø phaùt chöông trình (uplinker). V. truyeàn TÍN HIEÄU truyeàn hình soá qua veä tinh Tín hieäu truyeàn hình coù theå truyeàn qua veä tinh baèng 2 phöông phaùp: - Töông töï, nhôø ñieàu taàn (FM) - Soá, nhôø ñieàu cheá PSK (phase shift keng – dòch pha theo khoùa). Neáu xeùt treân quan ñieåm coâng suaát phaùt, thì heä thoáng soá öu vieät hôn heä thoáng töông töï khi toác ñoä bit £ 50MB/s. Theo quy ñònh quoác teá WARC (Worl Administrative Radio Conference), thì ñoä roäng keânh veä tinh ñeå truyeàn tín hieäu truyeàn hình ôû baêng Ku (12ghz) laø 27mhz. Ñoä roäng baêng taàn 27mhz cho pheùp truyeàn tín hieäu soá coù toác ñoä khoaûng 36MB/s. Ñeå truyeàn tín hieäu truyeàn hình soá caàn söû duïng phöông phaùp maõ tieát kieäm. Coù theå duøng hai keânh ñoàng thôøi ñeå truyeàn caùc thaønh phaân tín hieäu hình, do ñoù toác ñoä bit toaøn boä tia tín hieäu coù theå naâng gaáp 2 laàn. Caùc heä thoáng truyeàn qua veä tinh thöôøng coâng taùc ôû daûi taàn centimetre (cm), taàn soá côõ ghz, ví duï baêng Ku: phaùt töø maët ñaát leân veä tinh: 14¸14,5 ghz, phaùt töø veä tinh xuoáng maët ñaát: 11,7¸12,5ghz. Bieán ñoåi tín hieäu töø baêng taàn cô baûn leân baêng taàn keânh truyeàn (cao taàn) thöôøng ñöôïc thöïc hieän qua moät vaøi laàn ñieàu cheá. Ñaàu tieân tín hieäu video ñöôïc ñieàu cheá baèng PSK (maõ tieát kieäm) vôùi vieäc söû duïng ñieàu cheá 2, 4 hoaëc 8 trò. S1(t)=A0sin (w0t + j0) S1(t)=A0sin (w0t + j0 + p) Ñieàu cheá pha (phase modulation) döïa treân nguyeân taéc bieán ñoåi pha taûi taàn theo tín hieäu soá: Ñeå maùy thu nhaän ñöôïc 2 tín hieäu treân (tín hieäu phaùt song haønh treân 2 keânh veä tinh) caàn phaûi taïo laïi pha ban ñaàu cuûa taûi taàn. Neáu khoâng taïo laïi ñöôïc pha ban ñaàu, maùy thu seõ nhaän thoâng tin sai. Ñieàu naøy coù theå xaûy ra khi ñieàu cheá pha tröïc tieáp (söï thay ñoåi pha tröïc tieáp cuûa taûi taàn töông öùng vôùi phaàn töû nhò phaân). Ñeå khaéc phuïc hieän töôïng treân (khoâng xaùc ñònh ñöôïc pha ban ñaàu trong tín hieäu thu) ngöôøi ta söû duïng DPCM (ñieàu cheá vi sai), trong ñoù tín hieäu soá ñöôïc aùnh xaï qua pha vi sai: Dji=jn- jn-1 t Pha taûi taàn khoâng phuï thuoäc pha ban ñaàu. Phöông phaùp naøy ñoøi hoûi phaûi xaùc ñònh thôøi gian moät phaàn töû tín hieäu ñieàu cheá (xaùc ñònh khoaûng caùch ñieàu cheá). Vì vaäy noù coù theå söû duïng khi truyeàn ñoàng boä, trong ñoù söï thay ñoåi pha coù theå xuaát hieän ñuùng trong caùc thôøi ñieåm nhaát ñònh. Söï thay ñoåi pha laø dòch pha, xuaát hieän trong tín hieäu ñieàu cheá giöõa ñaàu cuoái 1 phaàn töû tín hieäu vaø baét ñaàu phaàn töû tieáp theo(hình veõ). Δj=1800 Δj=00 Δj=900 Hình 4-19 : Söï Thay Ñoåi Pha Trong Tín Hieäu Ñieàu Cheá Pha Vi Sai Taûi Taàn. Söï thay ñoåi phaù coù theå xuaát hieän taïi nhieàu giaù trò töùc thôøi khaùc nhau cuûa taûi taàn (hình veõ döôùi) vaø do ñoù xuaát hieän caùc khoaûng naêng löôïng giöõa söôøn tröôùc vaø söôøn sau ñaëc tuyeán ñieàu cheá, cho neân coù theå laøm taêng ñoä meùo tín hieäu. Ñeå loaïi tröø meùo, caàn ñaûm baûo ñoàng boä giöõa ñaêïc tuyeán ñieàu cheá vaø taûi taàn. F(h) …. Ñoà thò (b) Ñoà thò (a) w0 Taàn soá goùc w0 w0 Hình 4-20 : Söï thay ñoåi pha 1800 taïi caùc trò töùc thôøi cuûa taûi taàn. a. Böôùc nhaûy taûi taàn cöïc ñaïi. b. Böôùc nhaûy taïi thôøi ñieåm taûi taàn coù giaù trò 0. t t 0 0.5 1 1.5 2 Hình 4-21 : Maät ñoä phoå cuûa böôùc nhaûy pha j=1800 Giaù trò ñieàu cheá pha W bieåu dieãn soá löôïng vi sai pha Dji. Ñeå xaùc suaát thu gioáng nhau cuûa moãi vò sai pha Dji. Ñeå xaùc ñònh xaùc suaát thu gioáng nhau cuûa moãi Dji , caàn ñaûm baûo khoaûng caùch coá ñònh d giöõa chuùng: Khi truyeàn caùc tín hieäu truyeàn hình soá qua veä tinh, thöôøng duøng ñieàu cheá pha 2, 4 vaø 8 trò (thöôøng duøng nhaát laø ñieàu cheá 4 trò). c) b) a) Ñeå thöïc hieän ñieàu cheá pha 4 trò, caàn xaùc ñònh khaû naêng 4 laàn thay ñoåi pha vôùi d=p/2. Moãi laàn thay ñoåi pha seõ saép xeáp 1 ñoâi symbol nhò phaân. Tín hieäu ñieàu cheá soá ñöôïc chia thaønh ñoâi bit ñeå thay ñoåi pha taûi taàn. Trong thöïc teá, coù theå duøng 2 loaïi saép xeáp nhö vaäy (2 bieán theå cuûa maõ ñieàu cheá). Trong tröôøng hôïp saép xeáp nhö treân, neáu xuaát hieän sai pha do nhieãu, thì chæ bò phaù boû 1 bit. Ñieàu cheá pha taûi taàn ñöôïc thöïc hieän theo 2 phaàn töû soá lieäu vôùi toác ñoä nhoû hôn ½ toác ñoä bit cuûa tín hieäu. Caùc ñaëc tuyeán tín hieäu ñieàu cheá theo caû 2 bieán theå maõ (cho tín hieäu soá) ñöôïc cho treân hình veõ sau: Hình 4-22 : Ñaêïc tuyeán caùc tín hieäu ñieàu pha vi sai 4 trò. A. Tín hieäu ñieàu cheá soá B.Tín hieäu ñieàu cheá theo loaïi A. C.Tín hieäu ñieàu cheá theo loaïi B. Tröôøng hôïp duøng maõ theo bieán theå B, tín hieäu ñieàu cheá chieám ñoä roäng baêng taàn lôùn hôn so vôùi tröôøng hôïp A. Maõ B coù ñaëc tính ñoàng boä toát hôn, vì söï thay ñoåi pha xuaát hieän ôû moãi ñoâi bit truyeàn. Trong tröôøng hôïp A, söï laëp laïi nhieàu laàn ñoâi bit 00 coù theå gaây ra maát ñoàng boä giöõa maùy phaùt vaø maùy thu. Söùc chòu ñöïng nhieãu cuûa caû hai loaïi A, B laø nhö nhau, nhöng thaáp hôn tröôøng hôïp ñieàu cheá pha 2 trò, vì khi pha vi sai (taûi tin) nhoû ñi seõ laøm thay ñoåi pha (do nhieãu coù trò nhoû hôn). Baèng caùch töông töï, coù theå taïo ra tín hieäu baèng caùch ñieàu cheá pha 2 vaø 8 trò. Ñoái vôùi ñieàu cheá pha 2 trò, söï thay ñoåi pha (d=p) duøng ñeå saép xeáp symbol 0 vaø 1, coøn vôùi ñieàu cheá pha 8 trò seõ coù 8 trò khaùc nhau veà pha (caùch nhau d=p/4) vaø ñöôïc saép xeáp cho moãi 3 bit töông öùng. Ñieàu cheá pha cuûa taûi taàn (cao taàn) vôùi tín hieäu video ñöôïc thöïc hieän baèng PSK. Ñieàu cheá vaø giaûi ñieàu cheá ñöôïc thöïc hieän trong maïch chung, goïi laø modem (modem: modulation-demodulation). Caùc boä ñieàu cheá coù theå laøm vieäc trong maïch ñieàu cheá pha töông töï (coù dòch pha 900) theo ñaëc tuyeán bình phöông vaø toång caùc ñaëc tuyeán. Noù cuõng coù theå laøm vieäc baèng chuyeån maïch coù dòch pha (ñaëc tuyeán taûi taàn vaø toång caùc ñaëc tuyeán). Coù 3 phöông phaùp giaûi ñieàu cheá caùc tín hieäu baèng PSK: (1) töï hieäp bieán (autocorrelation), (2) hieäp bieán (correlation) vaø (3) lieân keát (coherent) – phöông phaùp töï hieäp bieán xaùc ñònh pha vi sai tín hieäu taûi taàn (giöõa caùc pha sau vôùi nhau) baèng caùc phaàn töû tín hieäu ñieàu cheá lieân tieáp. Phöông phaùp hieäp bieán so saùnh pha tín hieäu thu vôùi pha cuûa 2 tín hieäu (vuoâng goùc vôùi nhau) taûi taàn chuaån (taïo töø boä dao ñoäng ñòa phöông). Phöông phaùp leân keát, coøn goïi laø taùch soùng ñoàng boä, so saùnh pha tín hieäu thu vôùi pha tín hieäu chuaån (taïo töø maùy thu). Phöông phaùp naøy coù söùc chòu ñöïng nhieãu treân ñöôøng truyeàn lôùn nhaát. Vi. CAÙC THOÂNG SOÁ ÑAËC TRÖNG CÔ BAÛN CUÛA HEÄ THOÁNG TRUYEÀN HÌNH SOÁ QUA VEÄ TINH Maõ Hoaù Keânh (Channel Encoding) Hình 6-1 minh hoaï nguyeân lyù cuûa maõ hoaù keânh. Muïc tieâu cuûa maõ hoaù keânh laø coâng theâm caùc bit söûa loãi (redundant bits) vaøo caùc bit thoâng tin ñeå maùy thu coù theå doø vaø söûa loãi. Toác ñoä maõ ñöôïc ñònh nghóa : . R laø soá bit ñöôïc theâm vaøo n bit thoâng tin Toác ñoä bit taïi ngoõ vaøo boä maõ hoaù laø Rb, taïi ngoõ ra thì toác ñoä bit lôùn hôn baèng vôùi Rc r redundancy bits CHANNEL ENCODER CODE RATE = N = 2n Information Data Symbols Input rate Rb N = 2n Encoder Data Symbols Output rate Rc Hình 4-23 : Nguyeân lyù cuûa maõ hoaù keânh Vì vaäy, Rc = Rb/ Ñieàu Cheá Soá Hình 4-24 chæ ra nguyeân lyù cuûa boä ñieàu cheá soá, noù bao goàm : Moät boä phaùt Symbol (A symbol generator) Moät boä maõ hoaù (An encoder) Moät boä phaùt tín hieäu RF (A radio frequency signal (carrier) generetor) Boä phaùt ñaùp symbol phaùt ra caùc symbol vôùi M traïng thaùi, M = 2m, m laø soá bit ngoõ vaøo. Boä maõ hoaù thaønh laäp söï töông töông xöùng giöõa M traïng thaùi cuûa caùc symbol vaø M traïng thaùi cuûa soùng mang. Coù hai loaïi maõ hoaù ñöôïc duøng trong thöïc teá : Maõ hoaù tröïc tieáp (direct encoding) – moät traïng thaùi xaùc ñònh cuûa symbol laø moät traïng thaùi cuûa soùng mang. Maõ hoaù theo söï chuyeån traïng thaùi (encoding of transitions – differential encoding) – moät traïng thaùi xaùc ñònh cuûa symbol laø moät söï chuyeån tieáp giöõa hai traïng thaùi lieân tieáp cuûa soùng mang. MODULATOR M-ARY CHANNEL SYMBOL GENERATOR ENCODER M-ARY CHANNEL SIGNAL GENERATOR M = 2m Channel signal Data in Hình 4-24 : Nguyeân Lyù Cuûa Boä Ñieàu Cheá Cho Ñöôøng Truyeàn Soá Vôùi toác ñoä Rc (bit/s) taïi ngoõ vaøo boä ñieàu cheá, toác ñoä Rs taïi ngoõ ra boä giaûi ñieàu cheá (soá traïng thaùi thay ñoåi soùng mang treân giaây) ñöôïc cho bôûi : Rs = Rc/m = Rc/log2m (baud) Ñieàu cheá pha PSK (phase shift keying) ñaëc bieät thích hôïp vôùi ñöôøng truyeàn veä tinh vì coù ñöôøng bao khoâng thay ñoåi (constant envelope) vaø cung caáp hieäu suaát söû duïng phoå taàn toát (spectral efficiency = number of bits/s transmitted per unit of radio frequency bandwidth) Hieäu suaát phoå (spectral efficiency – r) Laø tæ soá giöõa toác ñoä bit Rc(bit/s) cuûa soùng mang vaø baêng thoâng maø noù chieám B (Hz) hieäu suaát phoå (bit/s Hz) Neáu soùng mang coù toác ñoä 54 mbit/s truyeàn trong baêng thoâng 36 mhz Hieäu suaát phoå laø 54/36 = 1.5 bit/s Hz. DEMOD And DETECTION LNA Local Oscillator IF Amp & Filter BEP C/N BN IF Carier plus Noise Ñoái vôùi ñieàu cheá BPSK, hieäu suaát phoå theo lyù thuyeát laø 1 bit/s Hz vaø baèng 2 bit/s Hz vôùi ñieàu cheá QPSK. Treân thöïc teá, do söï khoâng hoaøn haûo cuûa keânh truyeàn (ví duï nhö boä loïc khoâng toái öu vaø ñoä khoâng tuyeán tính - non_optimal filtering and non_linearities), hieäu suaát phoå trong khoaûng 0.7 0.8 bit/s Hz vôùi BPSK vaø 1.4 1.6 bit/s Hz vôùi QPSK. 3.Chaát Löôïng Cuûa Boä Giaûi Ñieàu Cheá : Ñöôïc ñaùnh giaù thoâng qua tæ leä bit loãi (BER) hoaëc saùc xuaát loãi bit – BEP (Bit Error Probability). BEP = SEP/log2m vôùi M 2, SEP (Symbol Error Probability) Tæ soá naøy lieân quan maät thieát ñeán Ec/N0, trong ñoù Ec laø naêng löôïng treân bit (ñaây laø coâng suaát soùng mang nhaän ñöôïc trong thôøi gian moät bit). Ec/N0 = (C/Rc)N0 = (C/N0)Rc Thoâng thöôøng trong tuyeán thoâng tin veä itnh, C/N0 ñöôïc duøng laø (C/N0)T Baûng 6-3 ñöa ra caùc bieåu thöùc BEP cho töøng loaïi giaûi ñieàu cheá khaùc nhau. Table : Expression for binary error probability Type of modulation – demodulation Binary error probability Coherent demodulation: Direct encoding : BPSK QPSK Differential encoding: DE – BPSK DE - QPSK Differential demodulation : (Defferential encoding only) D – BPSK Hình 4-25 laø ñoà thò quan heä giöõa tæ leä bit loãi vaø möùc Ec/E0 theo lyù thuyeát. Baûng 4-26 chæ ra giaù trò EC/N0 theo lyù thuyeát caàn thieát ñeå ñaït ñöïôc giaù trò BEP tieâu bieåu cho moãi loaïi ñieàu cheá vaø giaûi ñieàu cheá. Giaù trò trong ngoaëc chæ ra trò khaùc nhau giaù trò Ec/E0 giöõa loaïi ñieàu cheá /giaûi ñieàu cheá xem xeùt vaù giaù trò ñaït ñöïoc vôùi QPSK, ñaïi löôïng naøy goïi laø “söï suy giaûm E/E0” (degradation in Ec/E ). Treân thöïc teá, giaù trò Ec/E0 yeâu caàu ñaït ñöôïc möùc BEP cho tröôùc lôùn hôn giaù trò cho ôû baûng 4-26 vaø ñöôïc xem nhö laø söï suy giaûm do söï khoâng hoaøn haûo cuûa boä giaûi ñieàu cheá thöïc teá. Ví duï, giaù trò E/N0 yeâu caàu ñeå ñaït ñöôïc möùc BEP = 10-6 duøng boä giaûi ñieàu cheá nhaát quaùn (coherent demodulator) ñeå giaûi ñieàu cheá maõ vi sai (differentially encoded modulator – DE-BPSK or DE-QPSK) coù theå cao ñeán 12.3-db, xem nhö coù 0.3 db suy giaûm theo chaát löôïng cuûa giaûi ñieàu cheá nhaát quaùn duøng maõ hoaù tröïc tieáp vaø coäng them 1.5 db do söï khoâng hoaøn haûo cuûa maïch giaûi ñieàu cheá tröïc tieáp. 10-2 4 6 8 10 12 14 16 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 D - QPSK D - BPSK DE – BPSK & DE - QPSK BPSK, QPSK ,OK-QPSK & MSK (Gray-coded) E/N0 (dB) E = energy per bit E = Eb if no coding E = Ec if coding N0 = one-sided noise spectral density (W/Hz) Hình 4-25 : Ñoà Thò Cuûa Bit Loãi Baûng 4 -26 laø gía trò lyù thuyeát cuûa Ec/N0 ñeå ñaït ñöôïc moät soá giaù trò BEP tieâu bieåu . laø ñoä suy giaûm Ec/N0 töông öùng vôùi BPSK, QPSK. BEP BPSK DE-BPSK () DE-QPSK D-BPSK () D-QPSK () 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 6.8 db 8.4 db 9.6 db 10.5 db 11.3 db 12.0 db 12.6 db 7.4 db (0.6 db) 8.8 db (0.4 db) 9.9 db (0.3 db) 10.8 db (0.3 db) 11.5 db (0.2 db) 12.2 db (0.2 db) 12.8 db (0.2 db) 7.9 db (1.1 db) 9.3 db (0.9 db) 10.3 db (0.7 db) 11.2 db (0.7 db) 11.9 db (0.6 db) 12.5 db (0.5 db) 13.0 db (0.4 db) 9.2 db (2.4 db) 10.7 db (2.3 db) 11.9 db (2.3 db) 12.8 db (2.3 db) 13.6 db (2.3 db) 14.3 db (2.3 db) 14.9 db (2.3 db) 4.Giaûi Maõ Vaø Söûa Loãi : Boä giaûi maõ duøng caùc bit theâm ñöôïc taïo ra ôû boä maõ hoaù ñeå doø vaø söûa loãi. Taïi ngoõ vaøo cuûa boä giaûi maõ, toác ñoä bit laø Rc (toác ñoä ôû ngoõ vaøo cuûa boä maõ hoaù). Bôûi vì vieäc söûa loãi ñöôïc thöïc hieän taïi boä giaûi maõ neân xaùc xuaát loãi bit ôû ngoõ ra (BEP)out thaáp hôn ôû ngoõ vaøo. Hình 6-6 laø moät ví duï moái quan heä giöõa (BEP)in vaø (BEP)out. CHANNEL DECODER Input BEP Input BEP Bit rate Rc Bit rate Rb From demodulator To Source decoder 10 1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-4 10-3 10-2 10-1 1 Hình 4-27 : Moái Quan Heä Giöõa (BEP)In Vaø (BEP)Out Gía trò (BEP)in ñöôïc xem nhö haøm cuûa Ec/N0. Tuyø thuoäc vaøo loaïi ñieàu cheá/giaûi ñieàu cheá bieãu dieãn bôûi ñöôøng cong nhö hình 4-25. Keát hôïp ñöôøng cong naøy vôùi ñöôøng cong ôû hình 4-27 cho loaïi maõ / giaûi maõ xem xeùt, ñöôøng cong hình 4-28 ñöôïc thaønh laäp. Ñöôøng cong naøy ñaùnh giaù chaát löôïng cuûa heä thoáng ñieàu cheá vaø maõ hoaù. Chuù yù laø loãi bit ñöôïc bieãu dieãn nhö haøm cuûa Eb/N0 (lieân heä vôùi Ec/N0 theo bieåu thöùc : Eb/N0 = Ec/N0 – 10log input Transmission medium and aquiprent CHANNEL ENCODER CHANNEL ENCODER . . . . output 2 2 1 1 10-4 10-3 10-2 10-1 100 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 with coding decoding goin Without coding 1 Hình 4-28 : The Performance Of A Modulation And Coding System The Definition Of Decoding Gain “Ñoä lôïi giaûi maõ” (decoding gain) ñöôïc ñònh nghóa laø söï khaùc nhau giaù trò Eb/N0 taïi giaù trò BEP cho tröôùc giöõa truyeàn coù maõ hoaù vaø khoâng coù maõ hoaù. Baûng 6-8 chæ ra moät soá giaù trò ñoä lôïi giaûi maõ tieâu bieåu. Öu ñieåm naøy ñöôïc taän duïng trong hoaïch ñònh tuyeán lieân laïc ñeå giaûm giaù tieàn thueâ baêng thoâng. Treân thöïc teá, caàn thieát ñeå truyeàn vôùi toác ñoä bit Rc lôùn hôn Rb, luùc ñoù baêng thoâng duøng seõ laø : B = Rc/= Rb/ (Hz) Coding ratio Eb/N0 required for BEP = 10-6 Decoding gain 1 7/8 3/4 2/3 1/2 10.5 db 8.0 db 6.2 db 5.7 db 5.3 db 0 db 2.5 db 4.3 db 4.8 db 5.2 Baûng 4-29 : Caùc Giaù Trò Ñoä Lôïi Giaõi Maõ Tieâu Bieåu Ví duï : xeùt moät tuyeán lieân laïc vôùi veä tinh coù tæ soá (C/N0)T = 85 db (Hz). Baêng thoâng cuûa boä laëp laø 36mhz. Yeâu caàu ñöôøng truyeàn baûo ñaûm oån ñònh ôû toác ñoä bit Rb = 36Mbps vôùi xaùc xuaát lloãi bit BEP = 10-6. Loaïi ñieàu cheá duøng laø qpskvôùi hieäu suaát phoå laø = 1.5bit/s Hz. Khoâng coù söûa loãi FEC (= 1). Toác ñoä bit ñöôïc truyeàn laø Rb = Rc = 36 Mbps. Baêng thoâng ñöôïc duøng laø : B = Vì vaäy chæ coù moät phaàn baêng thoâng cuûa boä laëp ñöôïc duøng. Giaù trò (C/N0)T yeâu caàu laø : (C/N)1 = (Eb/N0)1Rb Bôûi vì khoâng coù maõ hoaù neân Eb/N0 = Ec/N0. Ñeå ñaûm baûo BEP = 10-6, töø baûng 5-8, (Eb/N0)1 = 10.5 db. Tính ñeán suy giaûm 1.5 db do söï khoâng hoaøn haûo cuûa boä giaûi ñieàu cheá ta coù : (Eb/N0)1 = 10.5 db + 1.5 db = 12 db Vì vaäy : (C/N0)1 = (Eb/N0)1Rb = 12 db +10log 36 106 = 87.6 db (Hz) Giaù trò (C/N0)T yeâu caàu lôùn hôn giaù trò coù theå coù do coâng suaát cuûa tuyeán bò giôùi haïn. Töông phaûn vôùi ñieàu naøy, baêng thoâng ñöôïc duøng laïi ít hôn baêng thoâng cuûa boä laëp. Duøng söûa loãi FEC (=2/3). Toác ñoä truyeàn laø : Rc = Rb/= 36 Mbps3/2 = 54 Mbps. Baêng thoâng ñöôïc duøng luùc naøy laø : B = Giaù trò (C/N0) T yeâu caàu laø : (C/N0)2 = (Eb/N0)2 = Rb Ñeå ñaûm baûo BEP = 10-6, töø baûng 5-8 (Eb/N0)T = 5.7db, giaù trò maø ôû ñaây coù ñoä lôïi giaûi maõ 4.8 db, suy giaûm do thöïc hieän boä giaûi ñieàu cheá thöïc teá vaãn giöõ 1.5 db. Vì vaäy (Eb/N0)2 = 5.7 db + 1.5 db = 7.2 db Do ñoù : (C/N0)2 = (Eb/N0)2Rb = 7.2 db + 10 log 36106 = 82.8 db(Hz) Ta thaáy giaù trò naøy ít hôn 4.8 db so vôùi caâu (a) do coù theâm ñoä lôïi giaûi maõ. Luùc naøy giaù trò (C/N0)T yeâu caàu thaáp hôn giaù trò coù theå coù bôûi vieäc taän duïng toaøn boä baêng thoâng. Ngoaøi ra coøn ñaït ñöôïc moät söï tieát kieäm coâng suaát, möùc leà coâng suaát (power margin) laø 85 db(Hz) – 82.8 db(Hz) = 2.2 db. Yeâu caàu tæ soá C/N hay Eb/N0 lôùn hôn möùc ngöôõng ñeå coù theå phuïc hoài ñöôïc tín hieäu audio, Video hay data coù chaát löôïng. Hình 4-30 laø möùc ngöôõng cuûa ñaàu thu soá: Ku-band Digital Signal (Clear Sky) Blocking & freeze frame artefacts appear as the rain fded Ku-band signal approaches threshold. As the signal falls befow threshold, the IRD switches off. Signal extinction occurs because the bit error rate (BER) at the threshold point exceeds the ability of the IRD’s forward error correction (FEC) system to correct or mask the large number of bit errors that are now occurring. Rain Fade Margin (Ku-band DTH) 55 45 35 1 x 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 10-11 10-12 BER 1 E-2 E-3 E-4 E-5 E-6 E-7 E-8 E-9 E-10 E-11 E-12 (Bit Error Rate) 0 E b/N 0 (dB) Digital Threshold Point Video S/NR in dB Hình 4-30 : Ngöôõng Cuûa Maùy Thu Soá Ñöôïc Thu Soá Ñöôïc Ñaùnh Daáu Taïi Möùc BER Nhaát Ñònh Tæ soá C/N yeâu caàu cuûa ñaàu thu soá coù theå ñöôïc tính töø Eb/N0, toác ñoä thoâng tin cuûa chöông trình vaø baêng thoâng nhieãu cuûa keânh. C/N0 = Eb/N0 + 10 log10(rtrans) C/N0 = Eb/N0 + 10 log(Information Rate) – 10log(Demodulator Noise Bandwidth) Eb/N0 : Tæ soá naêng löôïng treân bit vaø maät ñoä phoå coâng suaát nhieåu treân baêng thoâng 1 Hz C : Coâng suaát soùng mang taïi ngoõ vaøo maùy thu [W] N0 : Maät ñoä phoå coâng suaát taïi ngoõ vaøo maùy thu [W/Hz] Eb : Naêng löôïng treân bit vaø ñöôïc tính töø C/rtrans Rtrans : Toác ñoä bit taïi ngoõ vaøo maùy thu (bit/s). Toác ñoä naøy bao goàm döõ lieäu truyeàn ñaõ doàn keânh + FEC. Baûng 4-31 laø toác ñoä bit (Mb/s) ñoái vôùi töøng loaïi giaûi maõ FEC ñeå ñöôïc tæ leä loãi bit 10-11 Bandwidth (mhz) No FEC 7/8 FEC 3/4 FEC 1/2 FEC 1 1.5 1.3 1.1 0.75 2 3 2.6 2.2 1.5 6 9 7.8 6.7 4.5 27 41 35 31 20 36 54 47 41 27 54 81 71 61 41 Baûng 4-31 : BIT RATES (Mbps) versus FEC(QPSK Modulation 1.5 bit/Hz and 10-11BER) 5.Tính Toaùn Toác Ñoä Soá Lieäu Coù Ích So Vôùi Daûi Thoâng Veä Tinh Xaùc ñònh toác ñoä bit thoâng tin coù theå trueàyn qua moät keânh. Thoâng tin naøy phuï thuoäc coâng suaát Transponder, baêng thoâng vaø loaïi ñieàu cheá ñöôïc söû duïng . Ví duï : Keânh truyeàn hình ôû baêng C vaø baêng Ku cuûa veä tinh PAS – 4 coù toác ñoä thoâng tin laø 41.2 Mbps vaø 43.7 Mbps vôùi möùc BER 10-10. Doøng bit naøy mang thoâng tin söûa loãi, ñoàng boä, ñònh ñòa chæ, chöông trình vaø caùc döõ lieäu khaùc. Xaùc ñònh thoâng tin maïng, goùi MPEG bao goàm 188 byte cuûa keâng thoâng tin coâng vôùi 16 byte söûa loãi (checksum) neân toång laø 204 byte, 16 byte theâm naøy goïi laø maõ ngoaøi – Reed Solomon hay thoâng tin maõ hoaù keânh. 188 byte goùi MPEG coù 4 byte header mang thoâng tin ñoàng boä, nhaän daïng chöông trình, xaùo troän vaø caùc thoâng tin khaùc. Vì vaäy chæ coù 184 byte cuûa 204 byte laø thoâng tin chöông trình Video, Audio vaø data Toác ñoä thoâng tin giaûm bôûi heä soá 184/204. Moät söï giaûm soá byte mang thoâng tin khaùc laø vieäc duøng söûa loãi Veterbi (Viterbi Forward Error Correction). Caùc chæ soá Veterbi FEC khaùc nhau bao goàm 1/2 , 2/3, 3/4 ,5/6 vaø 7/8 laø thöôøng duøng. Toác ñoä 2/3 coù nghóa laø 2/3 soá byte mang thoâng tin vaø 1/3 soá byte mang thoâng tin söûa loãi. Baûng 6-11 lieät keâ toác ñoä maõ trong hay veterbi FEC vaø Eb/N0 yeâu caàu ñeå ñaït ñöôïc möùc BER 10-11 sau khi duøng vaø söûa loãi Reed Solomon vaø Veterbi taïi ngoõ vaøo boä phaân keânh (demultiplexer) MPEG – 2 (duøng ñieàu cheá QPSK). Inner Code Rate Required Eb/N0 for 10-11 BER 1/2 4.5 2/3 5.0 3/4 5.5 5/6 6.0 7/8 6.4 Baûng 4-32 : Eb/N0 ang REQUIRED VITERBI FEC RATE Chuù yù : Heä soá Eb/N0 ñöôïc ñöa ra cho toác ñoä bit höõu ích tröôùc khi maø R-S taïi boä ñieàu cheá vaø bao goàm leà 0.8 db cho modem thöïc teá vaø baêng thoâng nhieãu taêng do maõ ngoaøi (10 log ). Ví duï : dstv Broadcasts Vì toác ñoä maõ veterbi FEC 2/3 ñöôïc choïn cho caùc chöông trình quaûng baù ôû baêng C (chieám baêng thoâng 27 mhz ), toác ñoä thoâng tin maïng chöông trình laø : 41.2 Mbps 184/204 2/3 = 24.8 Mbps Toác ñoä ôû baêng Ku tính töông töï laø 29.6 Mbps. Toång baêng thoâng nhieãu ít hôn toång baêng thoâng Transponder vì tín hieäu bò hieän töôïng “roll off”do hieäu öùng leà baêng thoâng caùc boä loïc. Tính toaùn cho keát quaû baêng thoâng nhieãu laø 22.5 vaø 23.9 mhz ôû baêng C vaø baêng Ku, töông öùng vôùi möùc Eb/N0 yeâu caàu laø 5 vaø 5.5 db. Tæ soá C/N yeâu caàu coù theå suy ra töø toác ñoä thoâng tin. Tæ soá C/N coù theå tính nhö sau : Baêng thoâng nhieãu ôû baêng Ku treân veä tinh PAS-4 laø 23.9 mhz, toác ñoä thoâng tion chöông trình laø 29.6 Mbps vaø Eb/N0 laø 5.5 db C/N = 5.5 + 10log29.6 – 10log23.9 = 6.4 db Töông töï cho baêng C C/N = 5.0 + 10log24.8 – 10log22.5 = 5.4 db C – BAND Ku – BAND Gross Information Rate (Mbit/Second) 41.2 43.7 MPEG-2 Overhead 184/204 184/204 Viterbi FEC Ratio 2/3 3/4 Net Program Information Rate (Mbit/Second) 24.8 29.6 Eb/N0 (db) 5.0 5.5 MPEG-2 DVB Noise Bandwidth (mhz) 22.5 23.9 Threshold C/N Ratio (db) 5.4 6.4 Baûng 4-33 : Multichoice dstv link Budget parameters Toùm laïi : Möùc coâng suaát ngoõ vaøo C/N0 hay möùc C/N coù aûnh höôûng quyeát ñònh ñeán chaát löôïng, hình aûnh, aâm thanh, döõ lieäu nhaän ñöôïc ôû caû hai heä thoáng töông töï laãn soá. Hình 4-34 laø caùc ñöôøng cong bieåu dieãn chaát löôïng cuûa heä thoáng töông töï (AMR – Analog Microware Radio) vaø heä thoáng (DMR – Digital Microware Radio) theo möùc coâng suaát nhaän ñöôïc. S/N dB BER 90 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 80 70 60 50 40 30 20 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90 ANALOG DIGITAL RF RECEIVED POWER (dBm) Hình 4-34 : Comparision of how performance degrades for AMR and DMR systems VII. ÖÙNG DUÏNG CUÛA TRUYEÀN HÌNH SOÁ Hình 4-35 : Heä thoáng truyeàn hình veä tinh vôùi nhieàu phöông aùn thu hình khaùc nhau. Vieäc öùng duïng truyeàn hình soá veä tinh raát ña daïng : Truyeàn hình soá veä tinh cung caáp cho ngöôøi xem nhieàu keânh hôn vôùi chaát löôïng hình aûnh vaø aâm thanh cao hôn. Chaát löôïng hình aûnh bao goàm caû ñoä phaân giaûi tieâu chuan (SDTV) vaø ñoä phaân giaûi cao (HDTV) Maùy thu hình soá ñaët treân xe buyùt, oâ toâ, taøu hoûa, taøu ñieän coù theå thu ñöôïc chöông trình truyeàn hình soá moät caùch deã daøng do möùc cöôøng ñoä tröôøng caàn thieát raát thaáp so vôùi truyeàn hình töông töï. Truyeàn hình soá coù theå cung caáp cho caù nhaân, taäp theå hay nhöõng trung taâm truyeàn hình quaûng baù maét ñaát.