Báo cáo khoa học: "Mạng đơn tần SFN và ứng dụng"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:11

Thêm vào BST

Báo xấu

216
lượt xem 62
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tóm tắt: Bài báo giới thiệu một số -u việt của việc áp dụng mạng đơn tần trong việc phát các ch-ơng trình truyền hình số DTV, cụ thể là hệ truyền hình theo tiêu chuẩn DVB-T. Đây là hệ truyền hình số đ-ợc ứng dụng phổ biến tại các quốc gia châu Âu, châu á… Việc áp dụng mạng đơn tần trong môi tr-ờng thành phố và những khu vực có địa hình phức tạp đã làm giảm đáng kể kinh phí đầu t-, nâng cao chất l-ợng phủ sóng, phát huy hiệu quả sử dụng tần số cũng...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo khoa học: "Mạng đơn tần SFN và ứng dụng"

M¹ng ®¬n tÇn SFN vµ øng dông NCS. nguyÔn quang tuÊn Tr−êng §¹i häc Giao th«ng T©y nam – Trung Quèc PhD. Candidate . nguyÔn quang tuÊn South West Jiaotong University - China Tãm t¾t: Bμi b¸o giíi thiÖu mét sè −u viÖt cña viÖc ¸p dông m¹ng ®¬n tÇn trong viÖc ph¸t c¸c ch−¬ng tr×nh truyÒn h×nh sè DTV, cô thÓ lμ hÖ truyÒn h×nh theo tiªu chuÈn DVB-T. §©y lμ hÖ truyÒn h×nh sè ®−îc øng dông phæ biÕn t¹i c¸c quèc gia ch©u ¢u, ch©u ¸… ViÖc ¸p dông m¹ng ®¬n tÇn trong m«i tr−êng thμnh phè vμ nh÷ng khu vùc cã ®Þa h×nh phøc t¹p ®· lμm gi¶m ®¸ng kÓ kinh phÝ ®Çu t−, n©ng cao chÊt l−îng phñ sãng, ph¸t huy hiÖu qu¶ sö dông tÇn sè còng nh− t¨ng kh¶ n¨ng øng dông tÝn hiÖu truyÒn h×nh sè cho c¸c môc ®Ých kh¸c nh− kü thuËt ®iÒu khiÓn tõ xa, ®Þnh vÞ ®èi t−îng… §ång thêi bμi b¸o còng giíi thiÖu mét sè nguyªn t¾c thiÕt kÕ m¹ng ®¬n tÇn sao cho ®¹t hiÖu qu¶ tèi −u. Summary: The article focuses on introducing the advantages of applying single frequency network in broadcasting digital television (DTV), especially the television network based on standard DVB-T. This is the popular digital television network used in European and Asian countries… The application of SFN in the city environment and areas with complex geography has greatly reduced the investment cost, improved signal quality and produced efficient frequency usage as well as enhancing the applicability of digital television signal for other purposes such as distant remote control techniques, object positioning… At the same CT 2 time, the article also introduces a few rules in designing SFN to get the maximum result. i. Giíi thiÖu chung Theo thiÕt kÕ truyÒn thèng, ®Ó ®¶m b¶o mét vïng phñ sãng ch¾c ch¾n, ng¨n ngõa hiÖn t−îng giao thoa gi÷a c¸c tÝn hiÖu truyÒn h×nh sè ®−îc ph¸t… ng−êi ta thùc hiÖn ph−¬ng ¸n m¹ng ®a tÇn (MFN: Multi Frequence Network), cã nghÜa tÇn sè ph¸t cña hai ®µi ph¸t l©n cËn nhau ph¶i kh¸c nhau. Tuy nhiªn viÖc nµy g©y ¶nh h−ëng tíi quÜ tÇn sè vµ kh«ng mang l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ. Do tÝnh chÊt c¸c ch−¬ng tr×nh truyÒn h×nh trong mét hÖ thèng lµ gièng nhau, l¹i cÇn phñ sãng trong mét vïng réng lín, c¸c nhµ nghiªn cøu ph¸t triÓn truyÒn h×nh sè ®· ®Ò xuÊt x©y dùng hÖ thèng m¹ng ®¬n tÇn (SFN: Single Frequence Network), víi ®Æc tr−ng tËp hîp m¸y ph¸t ®ång bé trong hÖ thèng, cïng mét lóc ph¸t trªn mét tÇn sè, víi cïng mét tÝn hiÖu, nh− vËy chóng ta ®· gi¶i quyÕt ®−îc vÊn ®Ò sö dông hiÖu qu¶ nhÊt quÜ tÇn sè ®ång thêi cã thÓ t¨ng sè tr¹m ph¸t sãng lªn linh ho¹t, ®¶m b¶o chÊt l−îng phñ sãng tèt nhÊt mµ kh«ng cÇn t¨ng c«ng suÊt ph¸t còng nh− ®é cao cña anten ph¸t. Ngoµi nh÷ng −u ®iÓm c¬ b¶n trªn m¹ng SFN cßn cho thÊy nhiÒu ®iÓm næi tréi so víi m¹ng MFN nh−: c«ng suÊt tiªu thô nguån toµn hÖ thèng Ýt h¬n; gi¶m thiÓu lçi dÞch tÇn do hiÖu øng Doppler; lçi truyÒn ph¸t d÷ liÖu còng ®−îc gi¶m nhá; trÔ vµ sai sè theo thêi gian Ýt h¬n do gi¶m ®−îc cù ly tõ ®µi ph¸t tíi c¸c m¸y thu; giao thoa trong hÖ thèng gi¶m… T¹i mét vÞ trÝ nµo ®ã trong vïng phñ sãng cña mét hÖ thèng SFN, m¸y thu nhËn
®−îc tÝn hiÖu ®Õn lµ tËp hîp c¸c tÝn hiÖu truyÒn h×nh (ë ®©y ta xÐt víi m« h×nh DVB-T) cïng tÇn sè vµ néi dung tÝn hiÖu, víi trÔ thêi gian kh¸c nhau phô thuéc vµo cù li tõ m¸y thu tíi tõng ®µi ph¸t. Nh− vËy m¸y thu sÏ kh«ng thÓ lµm viÖc nÕu kh«ng cã bé phËn xö lý trÔ thêi gian trong mét kho¶ng trÔ nµo ®ã. Mét kü thuËt ®−îc sö dông phæ biÕn hiÖn nay lµ dïng c¸c gi·n c¸ch b¶o vÖ. §èi víi hÖ DVB-T, c¸c gi·n c¸ch b¶o vÖ cã thÓ kiÓm so¸t møc trÔ thêi gian lªn tíi 224μs. §©y lµ mét trong nh÷ng −u ®iÓm cña hÖ thèng DVB-T do ph−¬ng ph¸p ®iÒu chÕ tÝn hiÖu theo kiÓu sãng mang ®a tÇn trùc giao (OFDM) vµ cã chÌn gi·n c¸ch b¶o vÖ gi÷a c¸c biÓu t−îng cña trang OFDM. Nh− vËy vïng phñ sãng cña mét « (Cell) trong hÖ thèng SFN sÏ phô thuéc nhiÒu vµo ®é dµi trÔ thêi gian cña tÝn hiÖu thu ®−îc vµ tØ sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m SNR (Signal Noise Ratio). §©y sÏ lµ mét trong nh÷ng tiªu chuÈn ®Ó x¸c ®Þnh b¸n kÝnh vïng phñ sãng. D−íi ®©y chóng ta sÏ ph©n tÝch cô thÓ h¬n c¸c −u ®iÓm c¬ b¶n, mét sè nguyªn t¾c tæ chøc m¹ng SFN vµ øng dông c¸c −u ®iÓm cña SFN trong viÖc ®Þnh vÞ ®èi t−îng. ii. C¸c −u ®iÓm c¬ b¶n cña SFN vμ mét sè nguyªn t¾c thiÕt kÕ m¹ng 2.1. DÞch tÇn sè VÒ nguyªn t¾c bÊt kú sù tr«i tÇn sè gi÷a c¸c ®µi ph¸t sÏ dÉn tíi dÞch tÇn sè Doppler (Doppler shift) trªn tÝn hiÖu thu. Trªn thùc tÕ, c¸c bé san b»ng yªu cÇu møc dÞch tÇn “tù nhiªn” cì 1Hz, do ®ã c¸c m¸y ph¸t trong mét SFN ph¶i ®−îc ®ång bé trong kho¶ng 1Hz. §©y lµ yªu cÇu b¾t buéc vµ chØ cã thÓ thùc hiÖn th«ng qua viÖc dïng mét m¸y thu GPS hoÆc ®ång hå tham chiÕu cã ®é chÝnh x¸c cao (§ång hå Cesium). Th«ng th−êng chóng ta chän ph−¬ng ¸n ghÐp thªm t¹i mçi tr¹m ph¸t mét m¸y thu GPS võa tiÖn øng dông võa gi¶m gi¸ thµnh. Lóc nµy chóng ta cã thÓ kh¼ng ®Þnh lçi di tÇn trong SFN sÏ nhá h¬n viÖc chØ dïng mét ®µi ph¸t c«ng suÊt lín, CT 2 tÝn hiÖu ph¶i truyÒn ph¸t trªn mét diÖn réng vµ bÞ ¶nh h−ëng qu¸ nhiÒu bëi m«i tr−êng truyÒn. 2.2. Lçi d÷ liÖu VÒ lý t−ëng th× c¸c m¸y ph¸t ph¶i truyÒn ®i mét c¸ch chÝnh x¸c c¸c tÝn hiÖu gièng nhau. §Ó gi¶i quyÕt viÖc nµy, chóng ta cã thÓ thùc hiÖn ®¬n gi¶n nhÊt lµ ph©n bæ tÝn hiÖu cao tÇn (RF). Thùc tÕ, ®©y chÝnh lµ vÊn ®Ò ph¶i gi¶i quyÕt trong hÖ thèng SFN khi sö dông ph−¬ng thøc ph¸t lÆp chung kªnh (on-chanel repeaters). NÕu kh«ng dïng c¸c bé ph¸t lÆp l¹i th× c¸c m¸y ph¸t ph¶i cã bé ®iÒu chÕ gièng hÖt nh− nhau, c¸c tÝn hiÖu sau ®iÒu chÕ mµ kh«ng gièng nhau ch¾c ch¾n c¸c m¸y thu kh«ng thÓ lµm viÖc. VÊn ®Ò nµy hoµn toµn kh«ng gÆp ph¶i trong hiÖn t−îng ®a ®−êng truyÒn thèng, víi tr×nh ®é c«ng nghÖ hiÖn nay cã thÓ coi ®©y lµ vÊn ®Ò ®· gi¶i quyÕt th«ng qua viÖc ®ång bé tÇn sè vµ thêi gian gi÷a c¸c m¸y ph¸t trong SFN. MÆt kh¸c víi c¸c m¸y ph¸t kh¸c nhau, ®Æt t¹i c¸c khu vùc kh¸c nhau yªu cÇu bé läc c«ng suÊt vµ phÇn tö anten kh«ng gièng nhau, do vËy mÐo tuyÕn tÝnh kh¸c nhau, nh−ng trong SFN kh«ng ph¶i lµ vÊn ®Ò ®¸ng quan t©m v× c¸c m¸y thu ®Òu tù tiÕn hµnh s÷a lçi mµ kh«ng cÇn biÕt lçi tuyÕn tÝnh ®ã tõ nguån gèc nµo do ®ã viÖc dïng c¸c bé khÕch ®¹i gièng hÖt nhau còng kh«ng cÇn thiÕt ph¶i ®Æt ra vµ còng kh«ng cÇn ph¶i ®Æt vÊn ®Ò ph¸t lÆp l¹i. 2.3. Tr«i vµ trÔ thêi gian ®èi víi tÝn hiÖu ph¸t TrÔ thêi gian trong ph¹m vi cho phÐp vµ tr«i thêi gian xuÊt hiÖn do sù kh«ng ®ång bé vÒ thêi gian gi÷a c¸c n¸y ph¸t ®−îc DVB - T xö lý th«ng qua gi·n c¸ch b¶o vÖ. §èi víi m¸y thu tr«i vµ trÔ thêi gian víi tÝn hiÖu thu ®−îc cã thÓ coi nh− mét vµ phô thuéc vµo cù li cña m¸y thu tíi
m¸y ph¸t. §Ó ®¬n gi¶n ta xÐt ¶nh h−ëng giíi h¹n bëi hai m¸y ph¸t cã to¹ ®é gi¶ ®Þnh lµ ( ± c,0), cã nghÜa hai m¸y ph¸t ®Æt c¸ch nhau 2c km, m¸y thu cã ®−êng cong tham sè thu víi h»ng sè trÔ thêi gian ( x = a cosh( t ); y = c 2 − a 2 sinh( t )), lµ tõ hÖ ph−¬ng tr×nh nµy cã thÓ thÊy h»ng sè thêi gian víi m¸y thu tíi hai m¸y ph¸t kh¸c nhau lµ 2a . §−êng cong( x = a cosh( t ); y = c 2 − a 2 sinh( t )) lµ ®−êng Hyperbol víi t©m t¹i hai ®µi ph¸t, ta cã thÓ biÕn ®æi H×nh 1. §−êng cong m« t¶ h»ng sè trÔ mét chót nh− sau: ⎧x = a cosh( t) x2 y2 ⎪ =1 ⇔ − -∞
( x − c) 2 + y 2 ) α ( x − c) 2 + y 2 PTX1 = q = pα ⇒ p2 = = ( x + c) 2 + y 2 ( x + c) 2 + y 2 ) α PTX2 1+ p 2 4p ⇒ (x − c ) + y 2 = c2 (4) 1− p (1 − p) 2 §©y chÝnh lµ ph−¬ng tr×nh ®−êng trßn cã (1 + p) p t©m ®Æt t¹i: ( c , ,0); b¸n kÝnh: 2 c . (1 − p) 1− p D¹ng ®−êng trßn kh«ng phô thuéc vµo hÖ sè suy gi¶m α , trªn thùc tÕ tØ lÖ tÝn hiÖu trªn ®−êng trßn vÉn Ýt nhiÒu bÞ ¶nh h−ëng bëi hÖ sè suy gi¶m nµy. Víi hÖ sè suy gi¶m cao h¬n th× cÇn tØ lÖ tÝn hiÖu cao h¬n, nh− m« t¶ ë h×nh 2. Tõ ®©y ta cã thÓ kÕt luËn: Kh«ng thÓ t¹o ra mét khu vùc ®¸nh dÊu s½n tØ lÖ tÝn hiÖu víi H×nh 2. §−êng trßn m« t¶ h»ng sè tØ lÖ tÝn hiÖu vμ hyperbol m« t¶ h»ng sè trÔ cïng mét h»ng sè trÔ thêi gian. H¬n n÷a nÕu kho¶ng c¸ch gi÷a hai m¸y ph¸t qu¸ xa sÏ cã khu vùc trÔ qu¸ nhiÒu, kh«ng thÓ xö lý ®−îc tÝn hiÖu thu, víi hÖ DVB - T gi·n c¸ch b¶o vÖ cho hai mode ®iÒu chÕ ®−îc cho theo b¶ng 1. B¶ng 1. BiÓu t−îng vμ gi·n c¸ch b¶o vÖ ë mode 8K vμ 2K CT 2 Quan s¸t gi·n c¸ch b¶o vÖ cña hai mode chóng ta thÊy ë mode 8K cho kho¶ng c¸ch tèi ®a (224μs t−¬ng øng 67km) gi÷a hai m¸y ph¸t lín h¬n mode 2K (56μs t−¬ng øng 17km). 2.4. Vïng phñ sãng ch¾c ch¾n §©y lµ vÊn ®Ò quan träng nhÊt vµ phô thuéc nhiÒu vµo gi·n c¸ch b¶o vÖ, ®Ó ph©n tÝch cô thÓ, chóng ta l¹i chän vÝ dô nh− ®· dïng ë trªn, coi kho¶ng c¸ch gi÷a hai m¸y ph¸t lµ 2c, hÖ sè suy gi¶m tÝn hiÖu ph¸t lµ α . M¸y thu ë gi÷a hai m¸y ph¸t sau ®ã dÞch chuyÓn vÒ h−íng cña mét m¸y ph¸t vÒ phÝa mét m¸y víi kho¶ng c¸ch pc , víi -1 < p < 1. Lóc nµy tØ lÖ cña hai tÝn hiÖu ®Õn lµ: c(1 + p) α 1+ p α S1 = 10log ( ) = 10log ( ) =x (5) c(1 − p) 1− p S2 dB NÕu bé san b»ng vÉn lµm viÖc khi tÝn hiÖu cña m¸y ph¸t thø hai gi¶m xuèng x dB th×:
x x (10 α ) 1+ p −1 10 (10 α) ⇔ p= 10 = (6) 1− p x 10 (10α) + 1 Cù li tíi hai m¸y ph¸t kh¸c nhau lµ 2 pc, t−¬ng øng víi ®é lÖch thêi gian lµ 2 pc / v, ë ®©y v lµ tèc ®é ¸nh s¸ng. NÕu DVB - T cã thÓ kiÓm so¸t ®−îc kho¶ng thêi gian trÔ lµ y th× chóng ta cã thÓ tÝnh kho¶ng c¸ch nh− mét hµm cña x vµ y : x (10 α ) −1 2 2pc 2pc 10 y= = =c . (s) 5 5 x v 3.10 3.10 10 (10α) + 1 x (10 α ) −1 1 10 ⇔ ( μs ) y= . c. x 0.15 10 (10α) + 1 (7) VËy ta cã thÓ rót ra kho¶ng c¸ch lín nhÊt gi÷a hai m¸y ph¸t: x (10 α ) +1 10 c = y.15.10 −2 . (km) (8) x (10 α ) −1 10 CT 2 x (10 α ) +1 10 y.30 . 10 −2 . d= 2c = (km) x (10 α ) −1 10 (9) NÕu chän tØ lÖ tÝn hiÖu trªn t¹p ©m x = 15dB, hÖ sè suy gi¶m truyÒn ph¸t α = 3 vµ trÔ cho phÐp 56μs, th× kho¶ng c¸ch lín nhÊt gi÷a hai m¸y ph¸t sÏ lµ : 1 10 2 + 1 d = 56.30. 10 −2 . = 32.35km 1 −1 2 10 Trªn thùc tÕ cã thÓ dïng gi¸ trÞ y.30 . 10 −2 ®Ó tÝnh gÇn ®óng ph¹m vi vïng phñ sãng tèi ®a. 2.5. C«ng suÊt tiªu thô cña hÖ thèng M¹ng SFN ®· sö dông mét sè l−îng lín c¸c m¸y ph¸t c«ng suÊt nhá thay cho viÖc chØ dïng mét m¸y ph¸t c«ng suÊt lín trong viÖc phñ sãng DVB - T trªn mét khu vùc réng, ë ®©y chóng ta xem xÐt vÒ khÝa c¹nh tæng c«ng suÊt tiªu thô cña hai kiÓu ph¸t xem kiÓu nµo yªu cÇu tiªu thô c«ng suÊt nhiÒu h¬n.
Coi c«ng suÊt ph¸t chÊp nhËn ®−îc lµ r α ; tØ lÖ c−êng ®é tÝn hiÖu/ c«ng suÊt nhá nhÊt yªu cÇu lµ β ; vïng phñ sãng yªu cÇu lµ ®−êng trßn cã b¸n kÝnh R; suy hao cña c¸p dÉn sãng lµ C r . Lóc nµy c«ng suÊt ph¸t cÇn thiÕt víi mét anten lµ: PSingle = C r . β . R α (10) §iÒu nµy cã nghÜa m¸y thu cÇn ph¶i nhËn ®−îc mét tÝn hiÖu cã c«ng suÊt nhá nhÊt ®ñ tin cËy t¹i biªn vïng phñ sãng. NÕu vïng nµy ®−îc t¸ch thµnh N vïng nhá (N Cell), mçi « gÇn gièng mét ®−êng trßn, b¸n kÝnh mçi « ®−îc tÝnh: R N , diÖn tÝch vïng ®−îc tÝnh: R2 Dtkhuvuc = 2 πR 2 = N.2π( (11) ) N Rα P2 = C r . β . ( C«ng suÊt ph¸t cña mçi m¸y lµ: (12) ) N Rα Tæng c«ng suÊt ph¸t toµn hÖ thèng lµ: PSFN = N . C r . β . ( (13) ) N Coi suy hao c¸p, ®é t¨ng Ých anten… trong hÖ thèng ph¸t ®¬n vµ SFN nh− nhau vµ yªu cÇu c−êng ®é tÝn hiÖu t¹i biªn vïng phñ sãng nh− nhau, tØ sè tæng c«ng suÊt cña hai hÖ thèng lµ: α α α −1 β.R N2 PSingle = N2 = = (14) Rα N PSFN CT 2 N.β.( ) N Víi tr−êng hîp kh«ng gian ph¸t tù do, α = 2 th× c«ng suÊt tæng cña hai hÖ thèng b»ng α −1 nhau. α < 2 th× N 2 < 1 vËy c«ng suÊt cña SFN lín h¬n hÖ thèng ®¬n, ®©y lµ tr−êng hîp kh«ng α −1 bao giê x¶y ra. Víi α > 2 chóng ta cã N 2 > 1 ®©y lµ tr−êng hîp ph¶i x¶y ra víi m«i tr−êng ph¸t sãng th«ng qua khÝ quyÓn. Tíi ®©y hoµn toµn cã thÓ kÕt luËn: Tæng c«ng suÊt tiªu thô yªu cÇu cña SFN nhá h¬n ph¸t ®¬n. Trªn thùc tÕ do c«ng thªm c¶ yÕu tè ®Þa h×nh m¹ng SFN cßn tiÕt kiÖm c«ng suÊt ph¸t h¬n n÷a do lîi dông tèt h¬n vÞ trÝ ®Æt m¸y ph¸t, ®iÒu mµ hÖ thèng ®¬n kh«ng thÓ thùc hiÖn ®−îc. ViÖc gi¶m ®−îc møc ph¸t cßn h¹n chÕ ®−îc sù giao thoa gi÷a c¸c hÖ thèng nhiÒu. 2.6. Giao thoa trong hÖ thèng SFN Do m¹ng SFN lµ tæ hîp cña c¸c m¸y ph¸t truyÒn h×nh sè DVB - T, chóng ph¸t trªn cïng mét tÇn sè víi néi dung tÝn hiÖu nh− nhau, vËy chóng ta ph¶i x¸c ®Þnh giao thoa gi÷a c¸c m¸y ph¸t cã v× thÕ mµ t¨ng lªn hay kh«ng vµ so s¸nh víi hÖ ph¸t ®¬n kiÓu cò sù giao thoa gi÷a c¸c ®µi lµ cã ¶nh h−ëng tíi chÊt l−îng ®−êng truyÒn nhiÒu h¬n hay kh«ng. §Ó tr¶ lêi c©u hái nµy, chóng ta cã thÓ ph©n tÝch th«ng qua m« h×nh truyÒn ph¸t ®¬n gi¶n, víi bÊt kú lo¹i nhiÔu nµo gi÷a hai m¸y ph¸t, tØ sè tÝn hiÖu trªn giao thoa (S/I) tíi m¸y thu sÏ phô thuéc vµo møc tÝn hiÖu truyÒn vµ kho¶ng c¸ch tõ m¸y ph¸t tíi m¸y thu thÓ hiÖn qua c«ng thøc:
R S = ( i )α (15) I RS ë ®©y: R S lµ kho¶ng c¸ch tõ m¸y thu tíi m¸y ph¸t R i lµ kho¶ng c¸ch tõ m¸y thu tíi vïng cã nguån giao thoa α lµ h»ng sè truyÒn §Ó ®¬n gi¶n ho¸ ta coi suy hao tÝn hiÖu víi c¸c nguån lµ nh− nhau vµ kh«ng chÞu ¶nh h−ëng bëi yÕu tè ®Þa h×nh, hai m¸y ph¸t cã c«ng suÊt ph¸t nh− nhau. ViÖc tiÕn hµnh so s¸nh kh¸i qu¸t kh«ng ¶nh h−ëng tíi kÕt luËn, dÔ dµng hiÖu chØnh khi dïng c¸c phÇn tö anten vµ c«ng suÊt ph¸t c¸c ®µi kh¸c nhau. Víi møc giao thoa nµo ®ã lín nhÊt cã thÓ chÊp nhËn ®−îc c R ta cã quan hÖ: R i = c R . R S , vµ t¹i ®iÓm nµy møc giao thoa coi nh− lµ ng−ìng giao thoa. Gi¶ thiÕt cã hai ®µi ph¸t ®¬n riªng lÎ c¸ch nhau R km, chóng ph¸t trªn cïng mét kªnh, sù giao thoa ®−îc giíi h¹n trong vïng phñ sãng thÓ hiÖn th«ng qua ph−¬ng tr×nh: R ⇒ R1 = c R . R1 = R - R1 cR + 1 (16) CT 2 H×nh 3. Minh ho¹ giao thoa víi hai ®μi ph¸t ®¬n vμ giao thoa trong hÖ SFN Trªn h×nh 3 biÓu diÔn quan hÖ nµy. NÕu thay hai ®µi ph¸t ®¬n b»ng m¹ng 5 ®µi ph¸t trong SFN th× ph−¬ng tr×nh cã thÓ viÕt: R2 = R 1 /5 ; R 3 = c R . R 1 - 4 R 1 /5 4R 1 c R R1 − R3 ⇒ 5 = 5c - 4 = (17) R R1 R2 5
NÕu c R > 1 (®iÒu nµy ch¾c ch¾n x¶y ra) th× chóng ta ®· cã giao thoa nhá h¬n t¹i biªn vïng phñ sãng. Cã thÓ thÊy râ h¬n th«ng qua vÝ dô cô thÓ: NÕu suy gi¶m tÝn hiÖu trong tr−êng hîp lý t−ëng lµ b×nh ph−¬ng kho¶ng c¸ch, α = 2 vµ tØ lÖ tÝn hiÖu trªn giao thoa 15dB th×: Ri 2 101.5 = ( 2 ) = cR (18) RS c R ≈ 5.6 NÕu trong m¹ng SFN th× tØ sè S/I t¹i biªn vïng phñ sãng lµ: R3 2 2 2 ) = 10log( 5 c R - 4) ≈ 10log(24 ) ≈ 27dB 10log ( (19) R2 Víi tØ sè tÝn hiÖu trªn giao thoa ®· t¨ng thªm ®−îc 12dB (víi hÖ ®¬n lµ 15dB). Trong vÝ dô nµy chóng ta tÝnh víi c¸c m¸y ph¸t trong SFN ®Æt th¼ng hµng, trªn thùc tÕ Ýt x¶y ra. Ta xÐt víi m¹ng d¹ng tæ ong th× thÊy tr−êng hîp b¸n kÝnh quanh mçi m¸y ph¸t gi¶m ®i xÊp xØ N , víi N lµ sè m¸y ph¸t trong SFN. Lóc nµy kho¶ng c¸ch R2 thay ®æi thµnh: R 1 / N vµ R 3 = R 1 (1+ c R ) - 2 R 1 + R 1 / N ; do vËy tØ sè S/I lóc nµy ®−îc tÝnh: R1 R1(1 + c R ) − 2R1 + R S ) α = 10log( N ( c R - 1) + 1) α N = 10log ( 3 ) α = 10log ( (20) R1 R2 I SFN N CT 2 Liªn hÖ víi tr−êng hîp ph¸t ®¬n ta cã : S = α 10log c R dB (21) I Single S I Single S = α 10log( N (10 (10α) -1) + 1) dB (22) I SFN Thay c¸c sè liÖu nh− vÝ dô trªn ta cã: 1 .5 S -1) + 1) ≈ 21dB 2 = 20log( 5 (10 I SFN VËy SFN ®· c¶i thiÖn ®−îc 7dB. Trong thùc tÕ møc ®é c¶i thiÖn cßn cao h¬n hai vÝ dô trªn. Khi bè trÝ c¸c m¸y ph¸t trong SFN, chóng ta sÏ ®Æt m¸y ph¸t t¹i nh÷ng n¬i biÕt cã vÊn ®Ò giao thoa, ®©y lµ −u thÕ ®Ó gi¶m sè l−îng m¸y ph¸t, ®ång thêi gi¶m ®−îc ®é cao anten, t¨ng hÖ sè truyÒn, do ®ã gi¶m giao thoa râ rÖt. iii. øng dông më réng cña SFN Víi c¸c −u ®iÓm næi tréi cña m×nh, viÖc sö dông SFN trong ph¸t qu¶ng b¸ truyÒn h×nh sè (DTV) lµ ®iÒu tÊt yÕu trong t−¬ng lai, ®Æc biÖt lµ c¸c n−íc ®ang øng dông tiªu chuÈn DVB-T.
Ngoµi −u ®iÓm trong tæ chøc ph¸t c¸c tÝn hiÖu truyÒn h×nh, SFN cßn cho kh¶ n¨ng më réng øng dông sang c¸c lÜnh vùc kh¸c, ®Æc biÖt lµ kh¶ n¨ng cung cÊp th«ng tin ®Þnh vÞ ®èi t−îng khi hÖ thèng GPS v× mét lý do nµo ®ã kh«ng ®ñ ®é tin cËy. M« h×nh cña hÖ thèng ®Þnh vÞ sö dông tÝn hiÖu DVB - T cã thÓ tham kh¶o trong tµi liÖu tham kh¶o [1] vµ [2], ë ®©y chóng ta chØ quan t©m tíi mét sè vÊn ®Ò thuËn lîi cña SFN trong ®inh vÞ ®èi t−îng. Nh− ®· tr×nh bµy ë trªn, c¸c m¸y ph¸t trong SFN thùc hiÖn ph¸t trªn cïng mét tÇn sè vµ ®ång thêi cïng mét néi dung tÝn hiÖu. VËy ®Ó ®¶m b¶o m¸y thu cã thÓ thu gi¶i m· ®−îc tÝn hiÖu th× yªu cÇu qu¸ tr×nh xö lý tÝn hiÖu trong c¸c m¸y ph¸t ph¶i ®−îc ®ång bé vÒ tÇn sè vµ thêi gian, viÖc nµy cã thÓ thùc hiªn th«ng qua tham chiÕu ®ång hå chuÈn cña GPS. Trªn h×nh 4 vµ h×nh 5 minh ho¹ qu¸ tr×nh tham chiÕu. H×nh 4. §ång bé thêi gian vμ tÇn sè trong SFN CT 2 H×nh 5. S¬ ®å khèi thiÕt bÞ ®ång bé ë ®©y tÇn sè 10MHz vµ xung 1pps tõ ®ång hå chuÈn GPS ®−îc ®−a vµo bé chuyÓn ®æi SFN cña ®µi ph¸t chÝnh (hay cô thÓ h¬n lµ thiÕt bÞ trén kªnh ph¸t MUX) vµ bé ®ång bé hÖ thèng cña c¸c m¸y ph¸t trong SFN (cô thÓ lµ thiÕt bÞ m· ho¸ kªnh ph¸t), c¸c bé ®Õm trong c¶ thiÕt bÞ trén kªnh vµ m· ho¸ kªnh lµ c¸c bé ®Õm 24bit, tÝn hiÖu ®ång bé vµ khëi t¹o tõ ®©y ®−îc ®−a tíi ®ång bé ho¹t ®éng cña hÖ thèng. Sö dông GPS lµ mét trong c¸c gi¶i ph¸p cã kh¶ n¨ng thùc hiÖn ®ång bé hÖ thèng tæng thÓ, chÝnh x¸c vµ kinh tÕ nhÊt. 1pps sÏ thùc hiªn chia tÇn sè 10MHz thµnh c¸c b−íc 100ns, ®ång thêi lËp l¹i tr¹ng th¸i khëi ®éng cña c¸c Mega - frame sau mçi mét gi©y. Nhê c¸ch tæ chøc nµy tÝn hiÖu DVB - T cã thÓ coi nh− hoµn toµn ®−îc ®ång bé víi nhau trong mét hÖ thèng SFN. §èi víi mçi m¸y ph¸t trong SFN, ngoµi viÖc ho¹t ®éng ®ång bé vÒ thêi gian còng nh− tÇn sè, trong khung tÝn hiÖu DVB - T cßn sö dông thªm tham sè b¸o hiÖu TPS (Transmission Parameter Signalling) víi môc ®Ých phèi hîp, ®ång bé ho¹t ®éng gi÷a ph¸t vµ thu. Trong c¸c chøc n¨ng cña TPS cßn cã chøc n¨ng ph¸t th«ng tin nhËn d¹ng m¸y ph¸t, th«ng qua sö dông 8 bit tõ S40 ®Õn S47 , nhê th«ng tin nµy m¸y thu cã thÓ biÕt hiÖn ®ang thu tÝn hiÖu tõ m¸y ph¸t nµo.
Nhê c¸ch tæ chøc hÖ thèng còng nh− néi dung b¸o hiÖu cña SFN nh− trªn ®· më ra kh¶ n¨ng rÊt thuËn lîi cho viÖc øng dông hÖ thèng nµy trong viÖc ®Þnh vÞ chñ ®éng c¸c ®èi t−îng khi GPS kh«ng ®ñ ®iÒu kiÖn tin cËy. Lóc nµy m¸y thu nhËn tÝn hiÖu hoµn toµn ®ång bé thêi gian thùc tõ c¸c m¸y ph¸t trong SFN, hÖ ph−¬ng tr×nh x¸c ®Þnh to¹ ®é cã d¹ng: R1 = ( x − k1 ) 2 + ( y − v1 ) 2 + ( z − c1 ) 2 + C.Δt R 2 = ( x − k 2 ) 2 + ( y − v 2 ) 2 + (z − c 2 ) 2 + C.Δt (23) R 3 = ( x − k 3 ) 2 + ( y − v 3 ) 2 + ( z − c 3 ) 2 + C.Δt trong ®ã: R1, R2, R3 lµ kho¶ng c¸ch tõ m¸y thu (MT) tíi ®µi ph¸t cã sai sè do kh«ng ®ång bé ®ång hå, ®−îc x¸c ®Þnh b»ng kho¶ng thêi gian xung truyÒn tõ ®µi ph¸t tíi MT vµ phÐp ®o gi¶ cù ly; x, y, z lµ to¹ ®é MT; k, v, c lµ kinh ®é, vÜ ®é, cao ®é cña c¸c ®µi ph¸t (®· ®−îc biÕt tr−íc th«ng qua m· nhËn d¹ng m¸y ph¸t trong TPS vµ b¶n ®å GIS); Δt lµ sai sè ®ång bé ®ång hå cña MT víi c¸c ®µi ph¸t, ®−îc x¸c ®Þnh th«ng qua tÝn hiÖu chuÈn tõ tr¹m hiÖu chØnh. Lóc nµy c«ng viÖc cßn l¹i chØ lµ lo¹i bá sai sè do m¸y thu kh«ng ®−îc ®ång bé víi c¸c ®µi ph¸t, do c¸c ®µi ph¸t ®· ®−îc chuÈn thêi gian nªn chØ cÇn thªm tÝn hiÖu tõ ®µi ph¸t thø t− lµ cã thÓ lo¹i bá Δt , hoÆc cã thÓ dïng mét ®µi hiÖu chØnh ®Ó cung cÊp thªm c¸c ®iÖn v¨n ®¹o hµng vµ khö sai sè. VËy ph−¬ng tr×nh thø t− lo¹i bá Δt sÏ lµ: ( x − k hc ) 2 + ( y − v hc ) 2 + (z − c hc ) 2 + C.Δt Rhc = (24) Hîp hÖ ph−¬ng tr×nh (23) vµ (24), chóng ta ®· hoµn toµn ®ñ ®iÒu kiÖn ®Ó gi¶i hÖ 4 ph−¬ng tr×nh víi 4 Èn sè th«ng qua c¸c ph−¬ng ph¸p b×nh ph−¬ng tèi thiÓu hoÆc läc Kalman. CT 2 iv. KÕt luËn Nh− bµi b¸o ®· ph©n tÝch, ¸p dông SFN trªn lý thuyÕt vµ thùc tÕ sÏ t¨ng kh¶ n¨ng më réng hÖ thèng truyÒn h×nh sè DVB - T víi sù linh ho¹t cao, chÊt l−îng phñ sãng ®ång ®Òu, tiÕt kiÖm n¨ng l−îng, gi¶m chi phÝ ®Çu t−… Ngoµi ra cßn t¹o tiÒn ®Ò thuËn lîi ®Ó øng dông hÖ thèng SFN cho viÖc ®Þnh vÞ c¸c ®èi t−îng (®©y lµ ®iÒu mµ c¸c hÖ thèng ph¸t ®¬n thùc hiÖn rÊt phøc t¹p) do tÝnh chÊt ho¹t ®éng ®iÒu chÕ ®ång bé trªn toµn hÖ thèng cña SFN. Bªn c¹nh ®ã bµi b¸o cßn cung cÊp mét sè nguyªn t¾c vµ ph−¬ng ph¸p bè trÝ m¸y ph¸t khi ¸p dông mét hÖ SFN sao cho hîp lý nhÊt. Tµi liÖu tham kh¶o [1]. N.Q.TuÊn. "CÊu tróc tÝn hiÖu DVB-T vµ kh¶ n¨ng øng dông trong kü thuËt ®Þnh vÞ". T¹p chÝ Khoa häc Giao th«ng vËn t¶i, sè 14- 05/2006. [2]. N.Q.TuÊn. “ Kü thuËt thu tÝn hiÖu DVB-T trong m«I tr−êng di ®éng vµ mét sè øng dông trong ®iÒu khiÓn”. T¹p chÝ Khoa häc Giao th«ng vËn t¶i, sè 15- 08/2006. [3]. "Digital Video Broadcasting(DVB), Framing Structure, Channel Coding and Modulation for Digital Terrestrial Television" European Broadcasting Union, ETSI EN 300 744 v1.3.1,Jan.2001. [4]. J.G. Proakis. "Digital Communications", 3rd ed, McGraw-Hill,1995. [5]. A.J.van Dierendonk. "GPS Receivers" Global Positioning System: Theory and Applications,1995. [6]. T.G. Manickam, R.J. Vaccaro, and D.W. Tufts. "A least-squares algorithm for multipath time-delay estimation", IEEE Trans.Signal Processing, vol 42, Nov.1994.
[7]. G.Yan. "Jiaotong kongzhi gongcheng gaiyao" xinan jiaotong daxue, 2003. [8]. J.T.Wang, J.Song, J.Wang, C.Y.Pan. “A General SFN With Transmit Diversity for TDS - OFDM System” IEEE Transactions on broadcasting, vol 52, no 2, june 2006. [9]. A.Mattsson. “ Single Frequency Network in DTV” ” IEEE Transactions on broadcasting, vol 51, no 4, Decsember 2005. [10]. Matthew Rabinovitz, Jame. J.Spilker. "A New Positioning System Using TV Synchronization Signals" IEEE Transactions on broadcasting, Vol.51, No.1, March 2005. [11]. Y.Sun, R.Love, K. Stewart. ”Cellular SFN Broadcast Network Modelling and Performance Analysis” 0-7803-9152-7/05/$20.00@2005 IEEE. [12]. M. Oziewicz “The Phasor Representation of the OFDM Signal in the SFN Network” IEEE Transactions on broadcasting, Vol.50, No.1, March 2004 CT 2