C¸C §ÆC §IÓM C¥ B¶N CñA M¸Y PH¸T Sè DVB-T
TS. Ph¹m §¾c Bi
1. Më ®Çu
ThÕ hÖ m¸y ph¸t sè DVB-T ra ®êi ®· kh¾c phôc ®−îc c¸c nh−îc ®iÓm cña thÕ hÖ m¸y
ph¸t t−¬ng tù nh− kh¶ n¨ng mang nhiÒu ch−¬ng tr×nh trong mét kªnh RF, hç trî kh¶ n¨ng thu tÝn
hiÖu ®a ®−êng vµ thu di ®éng...
VÒ cÊu tróc m¸y ph¸t sè DVB-T vµ m¸y ph¸t h×nh t−¬ng tù gièng nhau nh−ng ®iÓm kh¸c
biÖt lµ phÇn ®iÒu chÕ. §· cã nhiÒu t¸c gi¶ viÕt vÒ DVB-T dùa trªn c¸c quan ®iÓm ph©n tÝch, ®¸nh
gi¸ kh¸c nhau. V× vËy bµi viÕt nµy sÏ chØ giíi thiÖu mét c¸ch tæng qu¸t vµ c¬ b¶n vÒ phÇn ®iÒu
chÕ trong m¸y ph¸t sè DVB-T vµ c¸c −u nh−îc ®iÓm cña hÖ ph¸t nµy. H×nh 1 biÓu diÔn s¬ ®å
khèi cña bé ®iÒu chÕ DVB-T
Ph©n
t¸n
n¨ng
l−¬ng
M· ho¸
ngoµi
GhÐp
xen
ngoµi
M· ho¸
trong
§Þnh vÞ
(Mapper)
ThÝch øng
khung IFF
T
ChÌn
kho¶ng
b¶o vÖ
Läc
FIR
IF ⇒
RF
KhuÕch
®¹i Läc
Band Pass
T
¸ch sãng
M
p
e
g
GhÐp
xen
trong
2. Nguyªn lý OFDM
Nh− chóng ta ®· biÕt hÖ ph¸t sè DVB-T sö dông kü thuËt COFDM (ghÐp tÇn sè trùc giao
cã m· söa sai) nh− mét ph−¬ng thøc ®iÒu chÕ d÷ liÖu. OFDM lµ mét d¹ng ®Æc biÖt cña hÖ thèng
®iÒu chÕ ®a sãng mang dùa trªn nguyªn t¾c ph©n chia luång d÷ liÖu thµnh c¸c luång d÷ liÖu con
lªn c¸c sãng mang. C¸c sãng mang ®−îc ®iÒu chÕ víi tèc ®é bit thÊp vµ víi sè l−îng sãng mang
lín sÏ mang ®−îc luång d÷ liÖu cã tèc ®é bit cao.
ý t−ëng ®Çu tiªn cña OFDM xuÊt ph¸t tõ khi xem xÐt sù suy yÕu x¶y ra trong ph¸t sãng
c¸c kªnh mÆt ®Êt. §¸p øng cña kªnh kh«ng t−¬ng ®ång víi tõng d¶i tÇn nhá do cã nhiÒu tÝn hiÖu
nhËn ®−îc (tÝn hiÖu chÝnh + tÝn hiÖu ph¶n x¹), nghÜa lµ sÏ kh«ng cßn n¨ng l−îng ®ñ ®Ó thu hoÆc
sÏ thu ®−îc nhiÒu h¬n mét tÝn hiÖu. §Ó cã thÓ lËp l¹i ®−îc nh÷ng d÷ liÖu ®· mÊt ë bªn thu cÇn m·
hãa d÷ liÖu tr−íc khi ph¸t.
H
×nh 1. S¬ ®å khèi bé ®iÒu chÕ sè DVB-T
2.1. TÝnh trùc giao cña c¸c sãng mang.
ViÖc sö dông sè l−îng lín sãng mang t−ëng nh− kh«ng cã triÓn väng l¾m trong thùc tÕ,
vµ kh«ng ch¾c ch¾n, v× sÏ cÇn rÊt nhiÒu bé ®iÒu chÕ, gi¶i ®iÒu chÕ vµ c¸c bé läc ®i kÌm theo. Vµ
còng cã vÎ nh− sÏ cÇn mét d¶i th«ng lín h¬n ®Ó chøa c¸c sãng mang nµy. Nh−ng vÊn ®Ò trªn ®·
®−îc gi¶i quyÕt khi c¸c sãng mang ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn ®−îc ®Æt ®Òu ®Æn c¸ch nhau mét kho¶ng fU
= 1/ TU, víi TU lµ kho¶ng symbol h÷u Ých (u: useful). §©y chÝnh lµ ®iÒu kiÖn trùc giao cña c¸c
sãng mang trong hÖ thèng ghÐp kªnh ph©n chia tÇn sè trùc giao. H×nh 2 biÓu diÔn h×nh ¶nh cña
phæ tÝn hiÖu OFDM víi 16 sãng mang trùc giao nhau trong d¶i th«ng kªnh truyÒn dÉn vµ phæ tÝn
Tạp chí Bưu chính Viễn thông & Công nghệ thông tin Tháng 8/2004
hiÖu RF cña m¸y ph¸t sè DVB-T cã d¶i th«ng 8MHz. C¸c thµnh phÇn phæ cña m¸y ph¸t sè DVB-
T (gåm hµng ngµn sãng mang) chiÕm hÕt d¶i th«ng 8MHz .
H×nh 2. Phæ tÝn hiÖu OFDM víi sè sãng mang N=16 vµ phæ tÝn hiÖu RF thùc tÕ
- VÒ mÆt to¸n häc, viÖc trùc giao sÏ nh− sau: sãng mang thø k ®−îc biÔu diÔn:
tjk
KU
et
ω
=
Ψ
)(
víi ωu = 2π/ TU, vµ ®iÒu kiÖn trùc giao mµ sãng mang ph¶i tho¶ m·n lµ:
lkT
Lkdttt
U
T
LK
U
==
≠=ΨΨ
∫
+
,
,0)()( *
τ
τ
- VÒ ý nghÜa vËt lý: khi gi¶i ®iÒu chÕ tÝn hiÖu cao tÇn nµy, bé gi¶i ®iÒu chÕ kh«ng nh×n
thÊy c¸c tÝn hiÖu cao tÇn kia, kÕt qu¶ lµ kh«ng bÞ c¸c tÝn hiÖu cao tÇn kh¸c g©y nhiÔu.
- VÒ ph−¬ng diÖn phæ: ®iÓm phæ cã n¨ng l−îng cao nhÊt cña mét sãng mang r¬i vµo
®iÓm b»ng kh«ng cña sãng mang kh¸c. V× c¸c sãng mang ®−îc ®Æt rÊt gÇn nhau nªn
tæng céng d¶i phæ còng chØ nh− ë ®iÒu chÕ sãng mang ®¬n - nÕu chóng ®−îc ®iÒu chÕ
víi tÊt c¶ d÷ liÖu vµ sö dông bé läc c¾t ®Ønh lý t−ëng.
Cã nhiÒu nguyªn nh©n g©y ra sù suy gi¶m tÝnh trùc giao vµ do ®ã sÏ g©y ra nhiÔu t−¬ng
hç gi÷a c¸c sãng mang (ICI). Chóng cã thÓ lµ c¸c lçi x¶y ra trong viÖc lÊy mÉu tÇn sè cña m¸y
thu hay phase-noise trong c¸c bé t¹o dao ®éng néi. Tuy nhiªn trong thùc tÕ, nh÷ng ¶nh h−ëng
nµy cã thÓ ®−îc gi÷ ë møc giíi h¹n cã thÓ chÊp nhËn ®−îc.
2.2. BiÕn ®æi IFFT vµ ®iÒu chÕ tÝn hiÖu
Kü thuËt ®iÒu chÕ ®a sãng mang ph¶i sö dông nhiÒu m¹ch ®iÒu chÕ cÇu ph−¬ng vµ c¸c bé
läc nh−ng chóng ta ®· tr¸nh ®−îc ®iÒu nµy dùa trªn phÐp biÕn ®æi FFT. B¶n chÊt cña qu¸ tr×nh
t¹o tÝn hiÖu OFDM lµ ph©n tÝch chuçi bit ®Çu vµo thµnh c¸c sãng mang ®· ®−îc ®iÒu chÕ theo
mét kiÓu nµo ®ã trong miÒn thêi gian liªn tôc. Tuú thuéc vµo kiÓu ®iÒu chÕ mçi tæ hîp bit trong
chuçi bit ®Çu vµo ®−îc g¸n cho mét tÇn sè sãng mang, v× vËy mçi sãng mang chØ t¶i sè l−îng bit
cè ®Þnh. Nhê bé ®Þnh vÞ (Mapper) vµ ®iÒu chÕ M-QAM, sãng mang sau khi ®iÒu chÕ QAM lµ mét
sè phøc vµ ®−îc xÕp vµo biÓu ®å chßm sao theo quy luËt m· Gray trªn 2 trôc Re (thùc) vµ Im(¶o).
VÞ trÝ cña mçi ®iÓm tÝn hiÖu (sè phøc) trªn biÓu ®å chßm sao ph¶n ¸nh th«ng tin vÒ biªn ®é vµ
pha cña c¸c sãng mang. Qu¸ tr×nh biÕn ®æi IFFT sÏ biÕn ®æi c¸c sè phøc biÔu diÔn c¸c sãng mang
trong miÒn tÇn sè thµnh c¸c sè phøc biÓu diÔn c¸c sãng mang trong miÒn thêi gian rêi r¹c. Trong
thùc tÕ c¸c thµnh phÇn Re vµ Im ®−îc biÓu diÔn b»ng chuçi nhÞ ph©n ®−îc bé ®iÒu chÕ IQ sö
dông ®Ó ®iÒu chÕ sãng mang còng ®−îc biÓu diÔn b»ng mét chuçi nhÞ ph©n. Chuçi nhÞ ph©n sau
®iÒu chÕ IQ ®−îc biÕn ®æi DA ®Ó nhËn ®−îc tÝn hiÖu trong b¨ng tÇn c¬ b¶n.
Tạp chí Bưu chính Viễn thông & Công nghệ thông tin Tháng 8/2004
Qu¸ tr×nh xö lý ë phÝa thu sÏ thùc hiÖn biÓn ®æi FFT ®Ó t¹o c¸c ®iÓm ®iÒu chÕ phøc cña
tõng sãng mang phô trong symbol OFDM, sau khi gi¶i ®Þnh vÞ (Demapping) x¸c ®Þnh biÓu ®å bit
t−¬ng øng c¸c tæ hîp bit ®−îc céng l¹i ®Ó kh«i phôc dßng d÷ liÖu ®· truyÒn.
2.3. Lùa chän ®iÒu chÕ c¬ së
T¹i mçi symbol, mçi sãng mang sÏ ®−îc ®iÒu chÕ bëi mét sè phøc lÊy tõ tËp chßm sao.
Tuú thuéc vµo kiÓu ®iÒu chÕ c¬ së ®−îc chän lµ QPSK, 16QAM hay 64QAM mçi sãng mang sÏ
vËn chuyÓn ®−îc sè bit d÷ liÖu lµ 2, 4 hoÆc 6 bit. Tuy nhiªn víi c«ng suÊt ph¸t cè ®Þnh, khi cã
nhiÒu bit d÷ liÖu trong mét symbol th× c¸c ®iÓm trong chßm sao cµng gÇn nhau h¬n vµ kh¶ n¨ng
chèng lçi sÏ bÞ gi¶m. Do vËy cÇn cã sù c©n ®èi gi÷a tèc ®é vµ møc ®é lçi.
Víi m« h×nh ®iÒu chÕ kh«ng ph©n cÊp luång sè liÖu ®Çu vµo ®−îc t¸ch thµnh c¸c nhãm cã
sè bit phô thuéc vµo kiÓu ®iÒu chÕ c¬ së. Mçi nhãm bit nµy mang th«ng tin vÒ pha vµ biªn ®é cña
sãng mang vµ t−¬ng øng víi mét ®iÓm trªn biÓu ®å chßm sao. H×nh 3 biÔu diÓn c¸c chßm sao cña
®iÒu chÕ QPSK(4 QAM), 16-QAM vµ 64-QAM kh«ng ph©n cÊp. Trong m« h×nh ®iÒu chÕ ph©n
cÊp, hai luång sè liÖu ®éc lËp sÏ ®−îc truyÒn trong cïng mét thêi ®iÓm. Luång d÷ liÖu cã møc −u
tiªn cao(HP) ®−îc ®iÒu chÕ QPSK vµ luång cã møc −u tiªn thÊp ®−îc ®iÒu chÕ 16-QAM hoÆc 64-
QAM.
00
0010
000010
4QAM 16QAM
64QAM
H×nh 3. BiÔu diÔn chßm sao cña ®iÒu chÕ QPSK, 16-QAM vµ 64-QAM
H×nh 4. BiÔu diÔn chßm sao cña ®iÒu chÕ ph©n cÊp 16-QAM víi
α
= 4.
3. Sè l−îng, vÞ trÝ vµ nhiÖm vô cña c¸c sãng mang
TÝn hiÖu truyÒn ®i ®−îc tæ chøc thµnh c¸c khung (Frame). Cø 4 khung liªn tiÕp t¹o thµnh
mét siªu khung. Lý do viÖc t¹o ra c¸c khung lµ ®Ó phôc vô tæ chøc mang th«ng tin tham sè bªn
ph¸t (b»ng c¸c sãng mang b¸o hiÖu tham sè bªn ph¸t - Transmission Parameter Signalling - TPS
carriers). Lý do cña viÖc h×nh thµnh c¸c siªu khung lµ ®Ó chÌn võa ®ñ mét sè nguyªn lÇn gãi m·
söa sai Reed-Solomon 204 byte trong dßng truyÒn t¶i MPEG-2 cho dï ta chän bÊt kú cÊu h×nh
tham sè ph¸t, ®iÒu nµy tr¸nh viÖc ph¶i chÌn thªm c¸c gãi ®Öm kh«ng cÇn thiÕt. Mçi khung chøa
68 symbol OFDM trong miÒn thêi gian (®−îc ®¸nh dÊu tõ 0 ®Õn 67). Mçi symbol nµy chøa hµng
ngµn sãng mang (6817 sãng mang víi chÕ ®é 8K, vµ 1705 sãng mang víi chÕ ®é 2K) n»m dµy
Tạp chí Bưu chính Viễn thông & Công nghệ thông tin Tháng 8/2004
®Æc trong d¶i th«ng 8 MHz (ViÖt Nam chän d¶i th«ng 8MHz, cã n−íc chän 7MHz). H×nh 5 biÓu
diÔn ph©n bè sãng mang cña DVB-T theo thêi gian vµ tÇn sè.
time
f
requency
Channel
Bandwidth
sub-carriers
OFDM symbol
OFDM symbol
H×nh 5: Ph©n bè sãng mang cña DVB-T (ch−a chÌn kho¶ng b¶o vÖ)
Nh− vËy trong mét symbol OFDM sÏ chøa:
- C¸c sãng mang d÷ liÖu (video, audio, ...) ®−îc ®iÒu chÕ M-QAM. Sè l−îng c¸c sãng
mang d÷ liÖu nµy chØ cã 6048 víi 8K, vµ 1512 víi 2K.
- C¸c pilot (sãng mang) liªn tôc: bao gåm 177 pilot víi 8K, vµ 45 pilot víi 2K. C¸c pilot
nµy cã vÞ trÝ cè ®Þnh trong d¶i tÇn 8MHz vµ cè ®Þnh trong biÓu ®å chßm sao ®Ó ®Çu thu
söa lçi tÇn sè, tù ®éng ®iÒu chØnh tÇn sè (AFC) söa lçi pha.
- C¸c pilot (sãng mang) rêi r¹c (ph©n t¸n): bao gåm 524 pilot víi 8K, vµ 131 pilot víi
2K cã vÞ trÝ cè ®Þnh trong biÓu ®å chßm sao. Chóng kh«ng cã vÞ trÝ cè ®Þnh trong miÒn
tÇn sè, nh−ng ®−îc tr¶i ®Òu trong d¶i th«ng 8MHz. Bªn m¸y thu khi nhËn ®−îc c¸c
th«ng tin tõ c¸c pilot nµy sÏ tù ®éng ®iÒu chØnh ®Ó ®¹t ®−îc "®¸p øng kªnh" tèt nhÊt vµ
thùc hiÖn viÖc hiÖu chØnh (nÕu cÇn).
- Kh¸c víi sãng mang c¸c ch−¬ng tr×nh, c¸c pilot kh«ng ®iÒu chÕ QAM, mµ chØ ®iÒu chÕ
BPSK víi møc c«ng suÊt lín h¬n 2,5 dB so víi c¸c sãng mang kh¸c. H×nh 6 biÓu diÔn
ph©n bè sãng mang pilot rêi r¹c vµ liªn tôc víi móc c«ng suÊt lín h¬n c¸c sãng mang
d÷ liÖu 2,5 dB.
time
f
requency
Channel
Bandwidth
DVB-T Transmission Frame
Boosted pilot
H×nh 6. Ph©n bè c¸c pilot cña DVB-T
- C¸c sãng mang th«ng sè ph¸t TPS (Transmission Parameter Signalling) chøa nhãm
th«ng sè ph¸t ®−îc ®iÒu chÕ BPSK v× thÕ trªn biÓu ®å chßm sao, chóng n»m trªn trôc
thùc. Sãng mang TPS bao gåm 68 sãng mang trong chÕ ®é 8K vµ 17 sãng mang trong
chÕ ®é 2K. C¸c sãng mang TPS nµy kh«ng nh÷ng cã vÞ trÝ cè ®Þnh trªn biÓu ®å chßm
sao, mµ cßn hoµn toµn cè ®Þnh ë c¸c vÞ trÝ x¸c ®Þnh trong d¶i tÇn 8MHz. H×nh 7 biÓu
diÔn vÞ trÝ c¸c pilot vµ sãng mang TPS ®−îc ®iÒu chÕ BPSK.
Tạp chí Bưu chính Viễn thông & Công nghệ thông tin Tháng 8/2004
H×nh 7. Ph©n bè c¸c pilot cña DVB-T trªn biÓu ®å chßm sao
Sãng mang
d÷ liÖu
4. ChÌn kho¶ng thêi gian b¶o vÖ
Trong thùc tÕ khi kho¶ng tæ hîp thu ®−îc tr¶i dµi theo 2 symbol th× kh«ng chØ cã nhiÔu
gi÷a c¸c symbol (ISI) mµ cßn c¶ nhiÔu t−¬ng hç gi÷a c¸c sãng mang (ICI). §Ó tr¸nh ®iÒu nµy
ng−êi ta chÌn thªm kho¶ng b¶o vÖ (Guard Interval duration) Tg tr−íc mçi symbol ®Ó ®¶m b¶o
c¸c th«ng tin lµ ®Õn tõ cïng mét symbol vµ xuÊt hiÖn cè ®Þnh.
time
f
requency
Channel
Bandwidth
Used
part
duration
Guard
Interval
duration
OFDM
symbol
duration
H×nh 8. Ph©n bè sãng mang khi chÌn thªm kho¶ng thêi gian b¶o vÖ
Mçi kho¶ng symbol ®−îc kÐo dµi thªm v× thÕ nã sÏ v−ît qu¸ kho¶ng tæ hîp cña m¸y thu
TU. Nh− vËy ®o¹n thªm vµo t¹i phÇn ®Çu cña symbol ®Ó t¹o nªn kho¶ng b¶o vÖ sÏ gièng víi ®o¹n
cã cïng ®é dµi t¹i cuèi symbol. MiÔn lµ trÔ kh«ng v−ît qu¸ ®o¹n b¶o vÖ, tÊt c¶ thµnh phÇn tÝn
hiÖu trong kho¶ng tæ hîp sÏ ®Õn tõ cïng mét symbol vµ tiªu chuÈn trùc giao ®−îc tho¶ m·n. ICI
vµ ISI chØ x¶y ra khi trÔ v−ît qu¸ kho¶ng b¶o vÖ.
§é dµi kho¶ng b¶o vÖ ®−îc lùa chän sao cho phï hîp víi møc ®é thu ®a ®−êng(multi
path) cña m¸y thu. ViÖc chÌn kho¶ng thêi gian b¶o vÖ ®−îc thùc hiÖn t¹i phÝa ph¸t. Kho¶ng thêi
gian b¶o vÖ Tg
cã c¸c gi¸ trÞ kh¸c nhau theo quy ®Þnh cña DVB [1]: 1/4TU, 1/8TU, 1/16TU vµ
1/32TU.
Tạp chí Bưu chính Viễn thông & Công nghệ thông tin Tháng 8/2004