Giáo trình điện tử - Tổng quan tín hiệu DIGITAL

------ Giáo trình điện tử Tổng quan tín hiệu DIGITAL TỔNG QUAN TÍN HIỆU DIGITAL -------------------- I/ Giới thiệu về truyền hình số: Truyền hình số (Digital Television) là một phương pháp truyền hình hoàn toàn mới, Trên thế giới, các nhà điều hành cáp, vệ tinh, trên mặt đất đều đang chuyển động đến môi trường số, Ở Châu Âu, truyền hình số đã được sử dụng ở Anh (phát sóng truyền hình số 1999, Đức, Pháp, Ireland, Tây Ban Nha, Hà Lan, Thụy Điển, Hầu hết các nhà phân tích công nhgiệp đều dự báo việc chuyển dịch lên truyền hình số là một sự tiến hóa (evolution) hơn là một cuộc cách mạng (revolution), nó làm thay đổi cách sống của hàng trăm triệu gia đình trên thế giới, Các công ty cho rằng sự hội tụ giữa máy tính cá nhân, máy thu hình (TV sets) và Internet đã bắt đầu và điều đó sẽ dẫn đến sự chuyển hóa cực đại về máy tính, Đối với người tiêu dùng, kỷ nguyên mới về số sẽ nâng cao việc xem truyền hình ngang với chất lượng chiếu phim, âm thanh ngang với chất lượng CD cùng với hàng trăm kênh truyền hình mới và nhiều dịch vụ mới, Truyền hình số cho thuê bao xem được nhiều chương trình truyền hình với chất lượng cao nhất, Đối với các nhà phát sóng truyền hình, việc chuyển dịch lên môi trường số sẽ làm giảm việc sử dụng băng tần/kênh, làm tăng khả năng cung cấp các ứng dụng Internet cho thuê bao và mở ra một lĩnh vực mới, các cơ hội mới về thương mại, Nhiều dịch vụ mới trên cơ sở truyền hình số sẽ được hình thành: Truy cập Internet tại các tốc độ Chơi Game trên mạng với nhiều người Video theo yêu cầu VOD (video – on - demand) Cung cấp các dòng video và audio Dịch vụ thanh toán tiền từ nhà (home banking) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Các dịch vụ thương mại điện tử Cập nhật phần mềm máy tính Truyền thanh, truyền hình đa phương tiện (Multimedia) Đọc báo điện tử Trên năm mươi năm qua, truyền hình sử dụng tín hiệu tương tự như là một phương tiện truyền dẫn phát sóng, Việc chấm dứt truyền hình tương tự và phát triển truyền hình số đòi hỏi phải đầu tư mới máy thu hình số, máy phát hình số, các thiết bị sản xuất và hậu kỳ số cho chương trình truyền hình, Điều đó dẫn đến phải sử dụng một mặt bằng số chung, mở ra các cơ hội cho thị trường dân dụng, Truyền hình số có tốc độ truyền dữ liệu cao, cho phép cung cấp nội dung đa phương tiện phong phú và người xem truyền hình có thể lướt qua Internet bằng máy thu hình, Nhờ có kỹ thuật nén, có thể phát sóng nhiều chương trình truyền hình trên một kênh sóng (truyền hình tương tự phát sóng 1 chương trình /1 kênh sóng) . 1/tiêu chuẩn truyền hình số: Các tổ chức về tiêu chuẩn quốc tế là các cơ sở nghiên cứu và đề xuất cáctiêu chuẩn truyền hình số, ví dụ một vài tổ chức quốc tế như: ETSI (the European Telecommunications Standards Institute) DVB (Digital Video Broadcasting) ATSC (the Advanced Television Systems Committee) DAVIC (the Digital Audio Visual Council) ECCA (the European Cable Communications Association) CableLabs W3C (W3 Consortium) FCC (the Federal Communications Commission) ETSI là một tổ chức phi lợi nhuận, xác định và cung cấp các tiêu chuẩn viễn thông, ETSI bao gồm một hội đồng chung GA (General Assembly) , 1 uỷ ban (Broard), một tổ chức kỹ thuật TO (Technical Organization) và một ban thư ký, Tổ chức TO đề xuất và quảng bá các tiêu chuẩn kỹ thuật, Trên 3500 chuyên gia làm việc cho ETSI trong 200 nhóm . 2/Đặc điểm truyền hình cáp Digital : Sự tiến bộ của công nghệ truyền hình cáp số trong việc mã hóa hình ảnh và âm thanh, sản xuất chương trình, lưu trữ và phát sóng đang làm thay đổi một cách nhanh chóng những quan niệm truyền thống về phát thanh và truyền hình, Trong kỹ thuật truyền hình cáp số, tín hiệu video và audio được truyền chung trên một kênh, Thuê bao có thể lựa chọn và xem các chương trình theo ý muốn, Ngày nay, mạng cáp phân phối thường là mạng đa dịch vụ phức tạp điển hình là mạng HFC (Hybrid Fiber Coax) . Mạng HFC là sự kết hợp tối ưu giữa cáp đồng trục và cáp quang, Mạng HFC là mạng băng rộng tuyến tính cho phép truyền đồng thời nhiều tín hiệu cao tần RF (radio frequency) , mỗi tín hiệu có băng tần khác nhau được ghép kênh theo tần số FDM (Frequency Division Multiplexing) . Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của khách hàng, việc cải tiến khả năng truyền và cung cấp các dịch vụ trên cáp là quan trọng, Đã có nhiều đề án cải tiến tập trung quan tâm đến việc truyền các kênh truyền hình số trên cáp: Ở Châu Á và Nhật Bản có tiêu chuẩn ISDB (Integrated Services Digital Broadcasting: phát số các dịch vụ tổng hợp) , Tiêu chuẩn này cho phép truyền nhiều dịch vụ số như truyền hình nhiều kênh, Fax, Teletex, hình ảnh tĩnh và các dữ liệu khác qua một kênh giống kênh của một chương trình truyền hình tương tự, Ở Châu Âu nhóm nghiên cứu DVB (Digital Video Broadcasting) đã đưa ra các tiêu chuẩn mô tả việc cung cấp các dịch vụ truyền hình số trên cáp, Tiêu chuẩn do nhóm DVB rất được quan tâm và được ứng dụng ở Châu Âu cũng như nhiều nơi trên thế giới, Thành công có ý nghĩa của dự án DVB là độ phân giải cao của hệ thống truyền hình trực tiếp đến tận nhà, Dự án DVB là sự kết hợp hài hòa giữa các chuẩn của ETSI cho truyền dẫn các dịch vụ đa phương tiện và đa chương trình qua các phương tiện quảng bá như các vệ tinh, mạng truyền hình cáp CATV, hệ thống phân phối video từ một điểm đến nhiều điểm MVDS (Multipoint Video Distribution) và các kênh UHF các trạm mặt đất, Sự ra đời của các chuẩn truyền hình số có các ưu điểm vượt trội so với các chuẩn truyền dẫn và phát tín hiệu truyền hình tương tự như: Khả năng chống nhiễu cao Có khả năng phát hiện và sửa lỗi Chất lượng chương trình trung thực do tại phía thu tín hiệu truyền hình số có khả năng phát hiện và tự sửa lỗi nên tín hiệu được khôi phục hoàn tòan giống khi phát, Tiết kiệm phổ tần số và kinh phí đầu tư bằng cách sử dụng công nghệ nén MPEG – 2 và phương thức điều chế tín hiệu số có mức điều chế cao: QBSK, QAM, 16QAM, nhờ đó dải tần 8Mhz có thể tải được 4 – 8 kênh chương trình truyền hình số chất lượng cao, Khả năng thực hiện truyền hình tương tác, truyền số liệu và có khả năng truy cập Internet II Tín hiệu : 1/ Tín hiệu số : Tín hiệu số là dạng tín hiệu đặc trưng bởi 2 mức giá “0” hay “1” và các mạch số chỉ làm việc với hai mức giá trị này .tuy nhiên đối tựơng điều khiển là các mạch số trong nhiều trường hợp có rất nhiều ,thậm chí có vô số các trạng thái khác nhau và các tín hiệu mà mạch số nhận được do phản hồi cũng có tính chất như vậy. Có 2 phương pháp biến đổi là ADC và DAC, để thấy được quá trình có được tín hiệu số từ tín hiệu tương tự hay ngược lai. + Chuyển đổi DAC (digital to ananlog converter). Đây là quá trình lấy tín hiệu số (ở dạng nhị phân) chuyển thành tín hiệu analog với mức điện áp hay dòng điện tỉ lệ với giá trị số ở ngõ vào. + Chuyển đổi ADC (analog to digital converter). Là quá trình chuyển đổi tín hiệu từ tương tự sang số gọi tắt là A\D là quá trình ngược của D\A ,nhưng phức tạp hơn D\A và thời gian chuyển đổi cũng nhiều ,dài hơn. 2/Các phương pháp xử lý tín hiệu : Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - a/ Nén Video: Tín hiệu video sau khi được số hóa 8bit có tốc độ 216Mbit/s Để có thể truyền được trong một kênh truyền hình thông thường tín hiệu video số cần phải được “nén” trong khi đó vẫn đảm bảo chất lượng hình ảnh . Mặc dù tín hiệu video đã từng được nén từ những năm 1950 ,cùng với sự ra đời của truyền hình màu ,ba tín hiệu thành phần màu R,G,B với bề rộng dải thông 15Mhz, đã được nén trong một tín hiệu video màu hỗn hợp với bề rộng dải thông là 5Mhz .dải thông được giảm 3 lần hay nói cách khác thì hệ số nén là 3:1 Hình 1.2a. : Nén Video tương tự Tín hiệu video như chúng ta đã biết có dải phổ từ 0Mhz đến 6Mhz , trong nhiều trường hợp thì năng lượng phổ chủ yếu tập trung ở miền tần số thấp ,bởi lẽ thành phần tần số cao chỉ xuất hiện ở tại đường viền của hình ảnh . như vậy đa số thông tin về hình ảnh tập trung ở miền tần số thấp chỉ có rất ít thông tin dư thừa trong tín hiệu video. Công đoạn đầu tiên của quá trình nén là xác định thông tin dư thừa trong miền không gian của một ảnh của tín hiệu video. Nén không gian được thực hiện bởi phép biến cosin rời rạc DCT (discrete cosin transform)được biểu thị bằng công thức: F(u,v) Và phép biến đổi ngược được biễu diển bằng: f(x,y) Do bản chất của tín hiệu video, phép biến đổi DCT cho ta những hệ số ứng với các thành phần tần số cao với giá trị rất nhỏ. Blốc ảnh 8 x8 phần tử ảnh Giá trị các phần tử ảnh 0 12,5 25,0 37,5 50,0 62,5 75,0 87,5 0 12,5 25,0 37,5 50,0 62,5 75,0 87,5 0 12,5 25,0 37,5 50,0 62,5 75,0 87,5 0 12,5 25,0 37,5 50,0 62,5 75,0 87,5 0 12,5 25,0 37,5 50,0 62,5 75,0 87,5 0 12,5 25,0 37,5 50,0 62,5 75,0 87,5 0 12,5 25,0 37,5 50,0 62,5 75,0 87,5 0 12,5 25,0 37,5 50,0 62,5 75,0 87,5 Camera Matrix Điều Chế + R(0÷5 MHz) G(0÷5 MHz) B(0÷5 MHz) R(0÷5 MHz) R-Y(0÷1,5 MHz) B-Y(0÷1,5 MHz) Tín hiệu Video màu tổng hợp (0÷5 MHz) R 5MHz f G 5MHz f B 5MHz f Video Y C 5MHz f Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Hệ Số DCT Hình 1.2b : Biến đổi Cosin rời rạc (DCT} + Chuẫn nén MPEG Công nghệ nén MPEG là sự kết hợp giữa nén trong ảnh và nén liên ảnh Tiêu chuẩn đầu tiên là MPEG-1 , mục tiêu là mã hóa tín hiệu audio và video với tốc độ bit là 1,5Mbit/s. Tiêu chuẫn thứ hai là MPEG-2 với những công cụ mã hóa khác nhau , nhằm lưu trữ ảnh động vào đĩa với dung lượng bit thấp. Dòng bit MPEG có dạng như sau : Seq Seq …. Seq  Seq(sequence) :Thông tin về chuỗi bit Trong mỗi chuổi bit Seq gồm : Seq SC Video Params Bitstream Params QTs, Misc GOP …. GOP Video Params:chiều cao độ rộng ,tỷ lệ khuôn hình các phần tử ảnh Bit Streams Params: tốc độ bit và các thông số khác Qts: có 2 loại là Nén trong ảnh và nén liên ảnh(I-Iframe and P-Pfame) GOP: Thông tin về nhóm ảnh Trong mỗi GOP thông tin về nhóm ảnh lại gồm: GOP SC Time Code GOP Params PICT …. PICT - Time Code: Giờ phút giây ảnh - GOP Params: Miêu tả cấu trúc GOP - PIC: Thông tin về ảnh Trong thành phần (PICT) thông tin về ảnh lại bao gồm: PSC Type Buffer Params Encode Params Slice …. Slice Ảnh thuộc loại I,P hay B. Buffer params: thông tin về buffer Encode params : thông tin về các vectơ chuyển động Slice: thông tin về slice ảnh Trong thành phần Slice gồm các thông tin: 43,8 -40 0 -4,1 0 -1,1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - o Vert pos : slice bắt đầu từ dòng nào o Qscale: thông tin về bảng lượng tử o MB: thông tin về macroblock Trong thành phần MB gồm các thông tin sau: A ddr Incr: số lượng MB được bỏ qua Type: loại vectơ chuyển động dùng cho MB Qscale : bảng lượng tử dùng cho MB CBP:chỉ rõ block nào được mã hóa Hình 1.2c : Cấu trúc ảnh Mpeg B/ Nén Audio Trong phần này được giới thiệu về hệ thống âm thanh Stereo 3\2 SSC Vert Pos Qscale MB …. MB Addr Incr Type Motion Vector Qscale CBP b0 …. b5 I B B P B B I 0 1 2 3 4 5 0 Ảnh Chuẩn Dự đoán hai chiều Nhóm ảnh (GOP) N= khoảng cách giữa hai ảnh I Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Hình 1.2d : Mô hình âm thanh Stereo 3/2 + Với hệ thống âm thanh trên gồm C,L,R 3kênh này cũng đủ tạo nên độ rõ , ổn định tuy nhiên hai kênh sau L(s), R(s) cũng góp phần tạo ra một âm thanh hoàn hảo + Cặp tín hiệu trái và phải lấy mẩu theo tiêu chuẩn AES/EBU với tần số lấy mẫu là 48Khz,16 đến 20 bit trên một mẫu cho tốc độ 1536 --> 1920Kbit/s.dịch vụ âm thanh vòng với 6 kênh Audio (5.1 kênh) cho tốc độ bit lớn hơn(4,6 Mbit/s) + Nén audio theo chuẩn audio ISO/MPEG-1 Đây là tiêu chuẩn mã hóa audio với tần số lấy mẫu 32,441và 48Khz, tốc độ bit khoảng 32 --> 192 Kbit/s cho âm thanh Mono và 64 --> 384Kbit/s cho âm thanh Stereo. Hình 1.2e: Hệ thống audio trong truyền hình số Có hai phương pháp để giảm tốc độ bit của tín hiệu Audio: Phương pháp 1: Chủ yếu là loại bỏ tín hiệu dư thừa audio bằng phép tương quan thống kê Phương pháp 2: Sử dụng che mặt nạ thời gian và phổ tần số C Hiển Thị Thính Giả R Rs Ls L Mã hóa Audio Đóng gói Inner Interleaver Giải mã Audio Mở gói PES Giải điều chế RF Đóng gói Audio vào Audio ra Dòng ES Dòng PES RF Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Sử dụng 2 phương pháp trên thì tốc độ bit cần truyền giảm xuống 200Kbit/s và thậm chí thấp hơn đối với âm thanh Stereo. Sau đây ta đi vào sơ đồ khối mạch mã hóa audio lớp 1 và 2, sơ đồ khối mạch giải mã audio lớp 1 và 2 , sơ đồ khối mạch mã hóa và giải mã Audio lớp 3. Hình 1.2f : Sơ đồ khối mạch mã hóa audio lớp 1 và 2 theo chuẩn ISO/IEC 11172-3 (ISO/MPEG) Tùy thuộc vào từng ứng dụng khác nhau, hệ thống mã hóa tín hiệu Audio có ba lớp với mức độ phức tạp tăng dần. Đối với cả 3 lớp tín hiệu Audio đều được biến đổi từ miền thời gian sang miền tần số bằng 32 băng lọc phụ. Hình 1.2g : Sơ đồ khối mạch giải mã Audio lớp 1 và 2 Theo chuẩn ISO/IEC 11172-3 (ISO/MPEG) Lớp 1,2 biểu thị tín hiệu audio đầu vào bằng 32 băng lọc phụ .những thông số này được lượng tử hóa và mã hóa dưới sự khống chế của mô hình âm thanh. Lớp 1 chỉ biến thể giản ước của phương pháp mã hóa MPEG-1 và được sử dụng chủ yếu trong các ứng dụng dân dụng. Băng lọc (32 băng phụ) Lượng tử hóa Tuyến tính Định dạng dòng bit và mã sữa sai Biểu số FFT (1024 điểm) Mô hình “Tâm lý âm thanh” Điều khiển từ xa Mã hóa các Thông tin phụ Dữ liệu Audio vào 31 0 Dữ liệu đã mã hóa Dữ liệu phụ Dữ liệu Đã mã hóa Tách kênh và phát hiện lỗi, sửa sai Giải lượng tử Quá trình ngược của băng lọc (32 băng phụ) Giải mã Thông tin phụ 31 0 Tín hiệu Audio Stereo Dữ liệu phụ Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Lớp 2 thực hiện việc nén tín hiệu và thực hiện việc lượng tử hóa tinh hơn,ứng dụng nhiều kể cả dân dụng lẩn chuyên dụng. Hình 1.2h : Sơ đồ khối mạch giải mã audio lớp 3 Theo chuẩn ISO/IEC 11172-3 (ISO/MPEG) Hình 1.2i : Sơ đồ khối mạch giải mã audio lớp 3 Theo chuẩn ISO/IEC 11172-3 (ISO/MPEG) Lớp 3 là sự mã hóa các môđun hiệu quả nhất của hai loại mã ASPEC và MUSICAM. Mỗi băng lọc phụ lại được chia nhỏ nhiều đường có độ phân giải cao hơn. Ở lớp này nếu muốn hiệu quả nén cao phải dùng phương pháp lượng tử hóa phi tuyến. Trung tâm của mạng phát sóng video số bao gồm hệ thống nén , nó cung cấp chương trình Video, Audio chất lượng cao cho người xem bằng cách chỉ sử dụng một phần nhỏ độ rộng băng tần mạng, mục đích của nén dữ liệu là tối thiểu hóa khả năng lưu trữ và truyền dẫn phát sóng thông tin (ghép nhiều tín hiệu thông tin vào một dòng truyền). Hệ thống nén tín hiệu bao gồm các bộ mã hóa số và các bộ ghép kênh, các bộ giãi mã có nhiệm vụ chuyển tín hệu tương tự sang số có nén và xáo trộn thành 1 dòng Audio và Video và dữ liệu khác dứơi dạng số có nén. Mã hóa số cho phép truyền dẫn phát sóng nhiều chương trình Video/ Audio chất lượng cao qua cùng độ rộng băng tần như một kênh sóng Video/Audio tương tự (8Mhz ở việt nam). Băng lọc (32 băng phụ) DCT Định dạng dòng bit và mã sữa sai Biểu số FFT (1024 điểm) Mô hình Điều khiển từ xa Mã hóa các Thông tin phụ Dữ liệu Audio 31 0 Dữ liệu audio đã mã hóa Dữ liệu phụ -Vòng kiểm soát méo -Lượng tử hóa phi tuyến tính -Vòng kiểm soát tốc độ bit 575 0 Mã hóa Huffman 575 0 575 0 Tăng kênh và phát hiện lỗi, sữa sai DCT Quá trình ngược của băng lọc (32 băng phụ) Giải mã Thông tin phụ Tín hiệu Audio Stereo 31 0 Dữ liệu audio đã mã hóa Dữ liệu phụ Giải lượng tử 575 0 DCT 575 0 31 0 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - C/ Ghép kênh nhiều chương trình: Để có thể phát nhiều chương trình trong một dãy tần nhất định người ta sử dụng phương thức ghép kênh theo tần số. Phương pháp ghép kênh bằng cách ghép các gói dữ liệu PES thuộc các chương trình hoặc nội dung thông tin khác để truyền trên một kênh thông tin được gọi là ghép kênh gói. Ghép kênh gói được dùng trong truyền hình số mặt đất để truyền vài chương trình truyền hình trên một kênh cao tần và kết hợp với các phương pháp ghép kênh (TDMA) theo thời gian và (FDMA) theo tần số để truyền nhiều chương trình qua bộ phát. Trước tiên ta xét từng dòng dữ liệu sau khi được nén Audio, Video sẽ được truyền và xử lý tín hiệu Audio/ Video ra sao. Dòng cơ sở Tín hiệu Audio, Video sau khi được nén MPEG có dạng một dòng cơ sở dữ liệu với chiều dài tùy ý và chỉ chứa những thông tin cần thiết để có thể khôi phục lại âm thanh và hình ảnh ban đầu. Hình 1.2j : Dòng cơ sở (ES) Các bộ mã hóa đòi hỏi tín hiệu đầu vào theo chuẩn REC601 đối với Video, tuy nhiên thiết bị mã hóa MPEG-2 trên thực tế thường bao gồm cả mạch số hóa tín hiệu Video tương tự (biến đổi A/D). Tín hiệu Audio đầu vào phải theo chuẩn ES/EBU hoặc mạch mã hóa phải bao gồm các bộ biến đổi A/D. Dòng cơ sở về cơ bản là tín hiệu gốc tại đầu racủa một bộ chuyển đổi ,mã hóa và chứa những thông tin cần thiết để giúp bộ giải mã tái tạo lại hình ảnh và âm thanh ban đầu Dòng cơ sở đóng gói Có thể truyền với tốc độ tin cậy cao, dòng dữ liệu cơ sở được chia thành các gói nhỏ có kích thước phù hợp tạo nên dòng dữ liệu cơ sở đóng gói. Hình 1.2k : Dòng cơ sở (PES) Mã hóa Video Dữ liệu Video (REC.601) Dòng cơ sở Mã hóa Video Dữ liệu Audio (AES/BEU)_ Dòng cơ sở Mã hóa Video PES Video Dòng cơ sở Video Mã hóa Video PES Audio Dòng cơ sở Audio Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Dòng cơ sở đóng gói được mang thông tin audio,video từ mạch nén được chia thành nhiều gói Dòng chương trình Được thiết kế trong môi trường không có tạp nhiễu và nhầm một dòng chương trình là kết quả của ghép kênh một vài dòng cơ sở dùng chung một xung nhịp, dòng dữ liệu sao ghép kênh vẫn chứa dòng bit điều khiển bởi miêu tả chương trình: Hình 1.2m : Ghép kênh dòng chương trình + Ghép kênh hệ thống Là quá trình ghép nhiều dòng chương trình khác nhau. Dòng bit điều khiển ở mức điều khiển có PID=0. Dòng dữ liệu còn chứa bản kết hợp chương trình. Hình 1.2n : Ghép kênh dòng chương trình Một dòng chương trình được biểu thị bằng 1 số liệu trong bảng kết hợp chương trình, như vậy nhận diện một chương trình cũng như nội dung chương trình được tiến hành theo hai bước sau: a/ Sử dụng bảng kết hợp trong dòng dữ liệu PID=0 để nhận diện PID của một dòng dữ liệu có chứa bảng chương trình cần tìm. b/ Xáx định PID của các dòng cơ sở và cấu thành chương trình. Tại bộ tách kênh, các dòng dữ liệu tương ứng với chương trình cần tìm được tách khỏi dòng dữ liệu chungf và đưa tới bộ giải mã. 3/ Tín hiệu Video số : a/ Tín hiệu Video số tổng hợp : Tín hiệu Video số tổng hợp thực chất là sự chuyển đổi tín hiệu video tương tự tổng hợp sang video số. Ghép kênh PID 1 PID 2 PID 3 PID (n -1) PID 2 n PID 3 (n+1) Dòng cơ sở Video Dòng cơ sở Audio 1 Dòng cơ sở Audio 2 Dòng dữ liệu cơ sở Dòng cơ sở dữ liệu Bản đồ dòng cơ sở Dòng chương trình Ghép kênh PID = 0 Dòng chương trình 1 Dòng chương trình 2 Dòng chương trình 3 Dòng chương trình n Ghép kênh mức hệ thống Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Tín hiệu video tương tự được lấy mẫu (rời rạc hóa) với tần số lấy mẫu bằng 4 lần tần số sóng mang màu (4fsc ) vào khoảng 17,72 MHz đối với tín hiệu PAL. Mỗi mẫu tín hiệu được lượng tử hóa bởi 10 bit, cho ta một chuỗi số liệu 177 Mbit/s (trong trường hợp 8 bit, chuỗi số liệu có tốc độ 142 Mbit/s). Hình : Biến đổi A/D tín hiệu màu tổng hợp Tín hiệu video số tổng hợp có ưu điểm về dãi tần. Nhưng tín hiệu video tổng hợp số có những nhược điểm của tín hiệu tổng hợp tương tự như hiện tượng can nhiễu chói màu. Tín hiệu tổng hợp cũng gây khó khăn trong việc xử lý, tạo kỹ xảo truyền hình..vv.. b/ Tín hiệu Video số thành phần : Tín hiệu video số thành phần là sự chuyển đổi từ tín hiệu video tương tự thành phần sang số, và được quy định theo tiêu chuẩn quốc tế CCIR 601 (hoặc ITU (R)–601). Hình dưới đây sẽ minh họa quá trình chuyển đổi tương tự sang số tín hiệu video thành phần. Đối với tiệu chuẩn này, tín hiệu chói được lấy mẫu với tần số 13,5 MHz, hai tín hiệu màu được lấy mẫu với tần số 6,75 MHz. Mỗi mẫu được lượng tử hóa bởi 8/10 bit, cho ta tốc độ bit bằng 216/270 Mbps. Lượng tử hóa bởi 8 bit cho ta 256 mức và 10 bit cho ta 1024 mức với tỉ số tín hiệu tạp âm (S/N) cao hơn. Biến đổi tín hiệu video thành phần cho ta dòng số có tốc độ bit cao hơn tín hiệu số tổng hợp. Tuy nhiên, dòng tín hiệu thành phần số cho phép xử lý dễ dàng các chức năng. Ghi dòng, tạo kỹ xảo v.v…Hơn nữa, chất lượng ảnh không chịu các ảnh hưởng can nhiễu chói, màu như đối với tín hiệu tổng hợp. Với sự phát triển của công nghệ điện tử, các chip có tốc độ cao ra đời, cho phép truyền toàn bộ chuỗi số liệu video số thành phần nối tiếp nhau trên một dây dẫn duy nhất. Video số nối tiếp có những ưu điểm cơ bản: Không bị nhiễu ký sinh, không méo, tỉ số tín hiệu/ tạp âm cao/ Chuyển đổi tín hiệu đơn giản. Có thể cài tín hiệu Audio trong chuỗi số liệu Video số. Lọc thông thấp Lấy mẫu Đồng bộ Lượng tử Mã hóa Tín hiệu Video tổng hợp analog Tín hiệu Video tổng hợp digital Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Như vậy chỉ cần một sợi cáp có thể truyền cả tín hiệu audio và video. Khâu thiết kế, lắp đặt và khai thác thiết bị, nhờ đó đơn giản và thuận tiện hơn nhiều. Hình : Biến đổi A/D tín hiệu màu thành phần Mặc dù cả hai phương pháp số hóa tín hiệu tổng hợp và thành phần đều được nghiên cứu và áp dụng trong kỹ thuật truyền hình số. Tuy nhiên, nhờ những tính chất ưu việt nên phương pháp biến đổi tín hiệu thành phần đuợc khuyến khích sử dụng. Các kỹ thuật của phương này được sử dụng rộng rãi và hình thành nên các tiêu chuẩn thống nhất cho truyền hình số. 4/ Tín hiệu audio digital : Đầu năm 1980 các thiết bị audio số đã dần chiếm lĩnh và thay thế các thiết bị audio tương tự trong phát sóng và sản xuất. Với những ưu điểm của tín hiệu audio số như : Độ méo tín hiệu nhỏ một cách lý tưởng (0,01%) Dải động âm thanh lớn gần ở mức tự nhiên (>90 dB) Đáp tuyến tần số bằng phẳng (± 0,5 dB) Việc tìm kiếm dữ liệu nhanh chóng, dễ dàng. Độ bền ổn định lâu dài .v.v… --> Kết quả là cải thiện chất lượng ghi vàxử lý tín hiệu âm thanh, đồng thời nó đáp ứng được nhu cầu lưu trữ và các hệ thống sản xuất chương trình bằng máy tính. Một tiêu chuẩn audio số ra đời với sự liên kết giữa hai Hiệp hội kỹ thuật audio AES (Audio Engineering Society) và Hiệp hội truyền thanh truyền hình châu Âu EBU (European Broadcasting Union) đã xây dựng nền tảng cho sự phát triển của thiết bị ghi âm và các thiết tại studio, nơi tín hiệu được xử lý và phân phối hoàn toàn số. Ngoài ra, nó hạn chế hiện tượng méo tín hiệu âm thanh trong hai quá trình biến đổi tương tự – số và ngược lại, từ đó chất lượng của tín hiệu âm thanh được nâng cao rõ rệt. Lọc thông thấp Lấy mẫu Đồng bộ Lượng tử Mã hóa Tín hiệu Video thành phần analog Tín hiệu Video thành phần digital Lọc thông thấp Lấy mẫu Lượng tử Mã hóa Lọc thông thấp Lấy mẫu Lượng tử Mã hóa EB – EY ER – EY EY EB – EY ER – EY EY Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Thiết bị Audio số này, có đặc điểm tín hiệu vào và ra là tương tự, dùng thay thế trực tiếp các thiết bị số và hoạt động trong môi trường tương tự. Tuy nhiên trong kỹ thuật sản xuất và truyền dẫn có xu hướng sẽ tiến tới số hóa toàn phần, đó là toàn bộ quá trình ghi, xử lý và truyền dẫn đều làm việc trong môi trường số. Cuối cùng, một giao thức cho toàn bộ quá trình truyền dẫn, được chỉ rõ trong các tài liệu về tiêu chuẩn AES/EBU, đã phát triển và được thừa nhận trong các thiết bị audio số từ phía phát đến phía thu. Hai lý do chính cho thấy xử lý tín hiệu âm thanh theo công nghệ số là thực sự cần thiết: Chất lượng tái tạo của hệ thống audio số không phụ thuộc vào phương tiện mà chỉ phụ thuộc vào chất lượng của quá trình chuyển đổi A/D và ngược lại. Việc chuyển đổi audio sang số mở ra rất nhiều cơ hội mà tín hiệu analog không đáp ứng được.  Các thông số kỹ thuật đặc trưng ảnh hưởng tới chất lượng tín hiệu  Tỉ số tín hiệu trên tạp âm (S/N) là tỉ số giữa mức điện áp hữu ích trên mức điện áp tạp âm đo bằng dB Dải động của kênh truyền dẫn cho biết tỉ lệ giữa mức điện áp ra cực đại và cực tiểu mà không bị ảnh hưởng của tạp âm, biểu thi bằng dB. Giá trị cực đại phụ thuộc vào khả năng điều chế hệ thống, còn giá trị cực tiểu phụ thuộc vào tạp âm của toàn kênh. Tín hiệu truyền đi thường bị giới hạn trong một dải tần số, tùy thuộc vào chất lượng của kênh. Trên một kênh truyền lý tưởng, tín hiệu đầu ra phải biến đổi tuyến tính với tín hiệu đầu vào. Nếu không sẽ méo tín hiệu, thường có hai loại méo : méo tuyến tính và méo phi tuyến. Tín hiệu Audio tương tự khi truyền qua một số thiết bị như máy ghi băng từ tính hoặc máy quay đĩa có thể phải chịu sự biến đổi tần số do sự chuyển động cơ học không đồng nhất của băng và đĩa. Hiện nay, các mạng thông tin phát triển có thể audio số một cách dễ dàng trên nhựng khoảng cách không xác định mà không gây tổn hao. Phát thanh số (DAB) tận dụng những kỹ thuật này để loại bỏ can nhiễu, giảm âm, vấn đề thu nhiều đường truyền của phát audio tương tự. Đồng thời, sẽ tận dụng dải thông một cách có hiệu quả hơn. Thiết bị số có chương trình tự tìm lỗi được thiết lập sẵn. Khi đó, máy chỉ ra lỗi của bản thân nó và sẽ không còn cần sử dụng máy tạo dao động để tìm kiếm tín hiệu. Do đó thiết bị số rẻ hơn thiết bị tương tự rất nhiều. Tóm lại, để các thiết bị số có thể hòa nhập vào môi trường tương tự, thì các tín hiệu tương tự cần phải được chuyển đổi sang số và ngược lại. Tín hiệu Audio số thực sự trở nên hấp dẫn khi tín hiệu Audio tương tự qua bộ biến đổi (A/D) để tạo thành tín hiệu số có sai lệch không đáng kể, sự phức tạp trong quá trình số hóa được giải quyết, và định dạng số phù hợp cho từng ứng dụng như truyền dẫn và ghi Audio. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Trang 1 HỆ THỐNG THU PHÁT DIGITAL I/ TRUYỀN HÌNH SỐ THEO TIÊU CHUẨN ATSC Từ đầu năm 1990, ở Mỹ đã xuất hiện 4 tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất có độ phân giải cao (HDTV) được các tổ chức, các nhóm nghiên cứu khác nhau đề xuất. Năm 1993, sau nhiều cuộc thử nghiệm, Uỷ ban Tư vấn về dịch vụ truyền hình tiên tiến (ACATS – Advisory Committee on Advance Television Service ) đã thuyết phục các nhóm nghiên cứu chọn lọc những điểm mạnh của mỗi tiêu chuẩn, kết hợp lại để tạo nên một tiệu chuẩn duy nhất. Năm 1995, Ủy ban Tư vấn ACATS đã chính thức trình lên tổ chức Fcc khuyến cáo về tiêu chuẩn truyền hình độ phân giải cao số hóa (Digital HDTV) của Mỹ với tên “The Grand Alliance”. Đó làkết quả của sự cạnh tranh và sau đó là sự tập trung trí tuệ của 7 tổ chức, công ty lớn. Năm 1996 FCC đã chấp nhận tiêu chuẩn truyền hình số DTV của Mỹ dực trên tiêu chuẩn gói dữ liệu quốc tế 188 byte Mpeg-2. Các chỉ tiêu kỹ thuật cụ thể được quy định bởi Ủy ban các dịch vụ truyền hình tiên tiến (ATSC – Advanced Television System Committee). ATSC cho phép 36 chuẩn Video từ HDTV (High Definition Television ) đến các dạng thức Video tiêu chuẩn SDTV khác (Standard Definition Television) với các phương thức quét (xen kẽ, liên tục) và các tỷ lệ khuôn hình khác nhau. Tiêu chuẩn ATSC DTV được biết đến là một hệ thống dự định dùng để truyền các tín hiệu video, audio, chất lượng cao và các dữ liệu khác trên một kênh đơn 6MHz. Hệ thống này có thể chia sẻ một cách đáng tin cậy khoảng 19Mbit/s trong một kênh truyền hình mặt đất 6MHz và khoảng 38Mbit/s trong một kênh truyền hình cáp 6MHz. Để thực hiện điều đó, tín hiệu video nguồn có thể mã hoá tới 5 lần để tốc độ dòng bit tín hiệu truyền hình quy ước (NTSC) giảm xuống tới 50 lần hoặc cao hơn. Nhằm thu nhỏ tốc độ dòng bit, kỹ thuật nén Video và Audio được sử dụng trong hệ thống. Sơ đồ khối của hệ thống DTV được minh họa hình dưới. Hệ thống gồm các khối: Mã hoá và nén tín hiệu nguồn: Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Trang 2 Cho phép hạn chế tốc độ bit (nén dữ liệu) phù hợp cho từng ứng dụng như các dòng dữ liệu video số, audio số và dữ liệu phụ ( dữ liệu điều kiện và điều khiển truy nhập, dữ liệu phục vụ) Ghép kênh và truyền tải: Các thông tin được chia nhỏ thành các gói dữ liệu, tương ứng sẽ có một phần tiêu đề để nhận biết cho mỗi gói hay mỗi loại gói, và tương ứng với thứ tự thích hợp các gói dữ liệu video, audio và dữ liệu phụ được ghép vào một dòng dữ liệu đơn. Hệ thống DTV sử dụng dòng truyền tải Mpeg-2 để ghép và truyền dẫn tín hiệu video, audio và dữ liệu trong hệ thống phát sóng quảng bá. Dòng tuyền tải này còn được ứng dụng khi độ rộng băng truyền trên một kênh thông tin hay dung lượng lưu trữ là có hạn, hoặc trong đường truyền với các mode truyền không đồng bộ (ATM). Thu/Phát : gồm quá trình mã hoá và điều chế kênh truyền.  Mã hoá kênh truyền có nhiệm vụ cộng thêm các thông tin vào dòng bit dữ liệu, các thông tin được sử dụng trong quá trình tái tạo dữ liệu tại bên thu như các mã truyền dẫn bởi vì sự suy hao trong qua trình truyền dẫn sẽ gây lỗi tín hiệu truyền dẫn.  Điều chế là đem các thông tin trong dòng dữ liệu số điều chế lên thành tín hiệu truyền dẫn, gồm hai loại điều chế: + Chế độ phát quảng bá mặt đất (8-VSB) + Chế độ truyền dữ liệu qua cáp tốc độ cao(16-VSB) Video Audio Dữ liệu phụ Dữ liệu điều khiển Máy thu Hình 2-1: Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số Hệ thống Video Hệ thống Audio Nén và mã hoá nguồn tín hiệu Video Nén và mã hoá nguồn tín hiệu Audio Ghép kênh và truyền tải Ghép Kênh Truyền Tải Hệ thống thu-phát Mã hoá kênh Điều chế Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Trang 3 II/ TRUYỀN HÌNH SỐ THEO TIÊU CHUẨN DIBEG Tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DiBEG (Digital Broadcasting Expert Group – Nhóm chuyên gia truyền hình số) của Nhật còn được gọi là tiêu chuẩn ISDB-T (Integrated Service Didital Broadcasting – Terrestrial – Truyền hình số tích hợp dịch vụ mặt đất ) hoặc ARIB ( Association of Radio Industries and Business – Hiệp hội các doanh nghiệp và ngành công nghiệp vô tuyến ). DiBEG sử dụng kỹ thuật ghép kênh đoạn dải tần BST-OFDM (Band Segmented OFDM) và cho phép sử dụng các phương thức điều chế tín hiệu số khác nhau đối với từng đoạn (Segment) dữ liệu như : QPSK, DQPSK, 16-QAM và 64-QAM. Tín hiệu truyền đi được tổ chức thành 13 khối (OFDM), mỗi khối có dải phổ 432 KHz với các tín hiệu chỉ thị và các thông số truyền dẫn như : loại điều chế, các loại mã hiệu chỉnh lỗi được sử dụng trong từng khối… Hình 2-2 : OFDM phân chia dải tần (Band Segmented OFDM) ISDB-T cho phép hệ thống có dải phổ 5,6 MHz và 432 KHz. Trong môi trường một kênh truyền hình 6 MHz có thể sử dụng ba loại máy thu : + 5,6 MHz với bộ giải điều chế OFDM và màn hình HDTV để thu loại mọi hình dịch vụ. + 5,6 MHz với bộ giải điều chế OFDM để thu di động với màn hình tiêu chuẩn (SDTV). + 432 KHz với bộ giải điều chế OFDM để thu âm thanh và dữ liệu. DiBEG còn có khả năng có thể đuợc sử dụng trong khu vực dải tần công tác 7/8 MHz ISDB-T trên thực tế là một biến thể của tiêu chuẩn DVB-T. III/ TRUYỀN HÌNH SỐ THEO TIÊU CHUẨN DVB-T Hệ thống trạm mặt đất DVB-T: các kênh VHF/UHF của trạm mặt đất là những phương tiện quan trọng nhất với việc truyền dẫn tín hiệu số ở tốc độ cao vì các thủ tục HDTV SDTV thu di động Âm thanh và dữ liệu SDTV thu di động Âm thanh và dữ liệu Máy thu HDTV tích hợp Máy thu di động Máy thu thanh Đoạn 5,6 MHz 432 KHz 5,6 MHz Đoạn 432 MHz Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Trang 4 truyền lại đa đường tạo ra sự dội vang và sự giảm âm thanh của tần số lựa chọn. Trễ của việc mở rộng các tín hiệu trong việc truyền lặp là do sự phản xạ của núi, đồi hay dãy nhà có thể lên tới vài chục µs. Trong trường hợp phía thu có thể di chuyển, tín hiệu trực tiếp từ phía phát có thể bị mất (kênh Rayleigh) do đó phía thu bắt buộc phải khai thác những đám mây tín hiệu phản hồi xung quanh vật thể. Trong mạng đơn tần số (SFN), sự lựa chọn tần số kênh cố thể rất quan trọng khi tất cả các máy phát phát các tín hiệu giống nhau ở cùng thời điểm và có thể phát các tín hiệu lặp lại “nhân tạo” trong khu vực dịch vụ (trễ lên đến vài trăm µs). Để khắc phục vấn đề này, các bộ tương thích kênh DVB-T được thiết kế dựa trên việc điều chế đa sóng mang trực giao COFDM (Code Orthogonal Frequency Division Multiplexing – Ghép kênh phân chia theo tần số đã được mã hoá). Hình 2-3 : Tiêu chuẩn DVB-T Có thể chia dòng bit truyền tới thành hàng ngàn sóng mang phụ tốc độ thấp, trong ghép kênh FDM. Hệ thống có thể hoạt động ở hai mode chính : mode 2K cho các mạng chuyển đổi ( tương ứng với 1705 sóng mang phụ trong dải thông 7,61 MHz và khoảng thời gian symbol hiệu dụng Tu = 224 µs) và mode 8K cho SFNs ( tương ứng với 6817 sóng mang phụ trong dải thông 7,61 MHz và khoảng thời gian symbol hiệu dụng Tu = 86 µs). Mỗi sóng mang được điều chế theo lược đồ am-QAM (4, 16 hay 32 QAM). Điều chế COFDM bản chất làfading tần số chọn, khi mỗi sóng mang được điều chế ở tốc độ bit trung bình ( tốc độ symbol vào khoảng 1 Kbaud hay 4 Kbaud tương ứng với mode 2K hay 8K) và khoảng thời gian rất dài so với thời gian đáp ứng thay đổi kênh. Do đó mỗi sóng mang phụ chiếm một dải tần hẹp trong đó đáp ứng tần số kênh là phẳng cục bộ không mã viterbi với cụm lỗi tới từ các sóng mangkhông tin cậy gần kề, làm suy giảm do nhiễu băng hẹp. Mô tả Hệ thống phát sóng truyền hình số mặt đất : Điều chế OFDM Hình 2-4 : Cấu trúc hệ thống truyền hình số mặt đất Phân bố năng lượng Reed- Solomon Chèn mã Viterbi OFDM 2k , 8k Tín hiệu số ( Audio+Video) Mã hoá nguồn Mã hoá truyền dẫn (kênh) Đa hợp/Sửa lỗi Điều Chế Phát TX Sóng D/A Giải mã nguồn Mã hoá truyền dẫn (kênh) Giải Đa hợp/Sửa lỗi Giải Điều chế Máy RX Thu Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Trang 5 Quá trình phát sóng truyền hình trên mặt đất bao gồm những thành phần sau: Tín hiệu Video/ Audio nguồn: - Tín hiệu nguồn là tín hiệu số hay tương tự được biến đổi thành các dữ liệu số. Các chuẩn tín hiệu số được định dạng sao cho tương thích với hệ thống mã hoá - Tín hiệu Video có tốc độ bit rất lớn, chẳng hạn chuẩn CCIR 601 thì tốc độ bit lên đến 270Mbps. Để các kênh truyền hình quảng bá có độ rộng 8MHz có thể đáp ứng cho vie0c truyền tín hiệu số, cần phải giảm tốc độ bit bằng cách nén tín hiệu Video. Mã hoá nguồn dữ liệu số (source coding): Mã hoá nguồn dữ liệu thực hiện nén số ở các tín số nén khác nhau. Việc nén được thực hiện bằng bộ mã hoá MPEG-2 (Moving Picture Experts Group). Việc mã hoá dựa trên cơ sở nhiều khung hình ảnh chứa nhiều thông tin với sự sai khác rất nhỏ. Do đó Mpeg làm việc bằng cách chỉ gửi đi những sự thay đổi này và dữ liệu lúc này có thể giảm từ 100 đến 200 lần. Với audio cũng như vậy, việc nén dựa trên nguyên lý tai người khó phân biệt âm thanh trầm nhỏ so với âm thanh lớn khi chúng có tần số lân can nhau và những bit thông tin trầm nhỏ này có thể bỏ đi và không được sử dụng. Mã hoá nguồn chỉ liên quan đến các đặc tính của nguồn. Phương tiện truyền phát không ảnh hưởng gì đến mã hoá nguồn. Mã hoá kênh : Gói và đa hợp video, audio và các dữ liệu phụ vào một dòng dữ liệu, ở đây là dòng truyền tải Mpeg -2. Nhiệm vụ của mã hoá kênh là làm cho tín hiệu truyền dẫn phát sóng phù hợp với kênh truyền. Trong truyền hình số mặt đất mã được sử dụng là mã Reed-Solomon. Mã Reed-Solomon được sử dụng rộng rãi trong hệ thống thông tin ngày nay, do có khả năng sửa lỗi rất cao. Điều chế : Điều chế tín hiệu phát sóng bằng dòng dữ liệu. Quá trình này bao gồm cả mã hóa truyền dẫn, mã hóa kênh và các kỹ thuật hạ thấp xác suất lỗi, chống lại các suy giảm chất lượng do fadinh, tạp nhiễu v.v… Bên Thu : Bên phía thu sẽ mở gói, giải mã, hiển thị hình và đưa ra máy thu. IV. Sơ đồ khối phát tín hiệu : Phát sóng truyền hình số mặt đất có hiệu quả sử dụng tần phổ cao hơn và chất lượng tốt hơn so với phát sóng tương tự hiện tại. Trên dải tần của một kênh truyền hình có thể phát một kênh chương trình truyền hình độ phân giải cao HDTV hoặc nhiều chương trình truyền hình có độ phân giải thấp hơn. Có dung lượng lớn chứa âm thanh ( như âm thanh nhiều đường, lập thể, bình luận..) và các dữ liệu. Có thể linh hoạt chuyển đổi từ các chương trình có hình ảnh và âm thanh chất lượng cao sang phát nhiều chương trình chất lượng thấp hơn và ngược lại. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Trang 6 Như vậy để thực hiện điều này thì bên phát phải điều chế một tín hiệu rõ nét và chuẩn nhất, để bên thu có thể dễ dàng thu được tín hiệu ở các vị trí trong nhà hay di động ngoài trời. Dưới đây là sơ đồ khối của một máy phát DVB-T : Hinh: Sơ đồ khối tổng quát của một máy phát DVB-T Nhiệm vụ của các khối trên đã được trình bày trên hình 2-4 .Sau đây là sơ đồ khối bên trong của một máy phát DVB-T thể hiện quá trình kiểm soát lỗi dòng truyền Mpeg-2 cho truyền hình số mặt đất thông qua quá trình mã kênh (channel coding). Hình 4.2.2.a : Sơ đồ khối máy phát DVB-T Trong sơ đồ khối máy phát DVB-T được trình bày trên hình, các thành phần tham gia vào quá trình mã kênh bao gồm: 1/ Energy Dispersal : Khối phân tán năng lượng. Trong bộ phân tán năng lượng, dòng truyền tải (payload stream) sẽ bị xáo trộn. Quá trình này là cận thiết bởi vì dòng truyền tải có thể chứa các nhóm ‘0’ và ‘1’ mà điều này thường gây bất lợi cho việc khôi phục clock trong máy thu và công suất của máy phát không được phân phối đều theo thời gian. 2/ Outer Coder : Bộ mã hóa ngoài. Trong bộ mã hóa ngoài, mã Reed-Solomon được sử dụng. Mã này có ưu điểm đặc biệt trong các kênh có xác xuất đa sai số (multiple error) cao và trong các ứng dụng sử Mpeg-2 Source coding Splitter MUX Adaptation Energy Dispersal Outer Coder Outer Interleaver Inner Coder Inner Interleaver MUX Adaptation Energy Dispersal Outer Coder Outer Interleaver Inner Coder Mapper Frame Adapt ation OFDM D/A Front End Guard Interval Insertion Tín hiệu số ( Audio+Video) Mã hoá nguồn Mã hoá truyền dẫn (kênh) Đa hợp/Sửa lỗi Điều Chế Phát TX Sóng Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Trang 7 dụng phương pháp sửa lỗi liên tiếp. Bộ này theo sau là quá trình chèn ngoài, mục đích là để phân tán các chùm lỗi (bursts error) thành các lỗi nhỏ dễ dàng sửa lỗi. 3/ Outer Interleaver : Bộ hoán vị ngoài. Bộ hoán vị ngoài này có chức năng có chức năng hoán vị byte cho các gói đã được chống lỗi. Điều này tạo ra một cấu trúc dữ liệu hoán vi& 4/ Inner Coder : Bộ mã hóa trong. Bộ mã hóa này thực hiện việc mã hóa tích chập (convolutonal code) tại mức bit cung cấp các tỉ lệ mã từ 1/2 đến 7/8. 5/ Inner Interleaver : Bộ hoán vị trong. Bộ hoán vị trong có chức năng xáo trộn dữ liệu trong tín hiệu đa sóng mang trong miền tần số. Và theo sau quá trình mã hóa kênh là quá trình ánh xạ bit cho điều chế OFDM và dữ liệu sẽ được mang đi. Đây là máy phát hình NV 7250 có công suất trung bình (RMS) 2,5 KW (tương đương khoảng 12 kw đỉnh), dùng 2 bộ điều chế số (Exciter A/B) với chuyển mạch tự động (1 Exciter dự phòng, 1 Exciter hoạt động). + Phần khuếch đại công suất gồm 6 module khuếch đại giống nhau đấu song song (VH 602), có thể thay đổi lẫn nhau. Module khuếch đại VH602 có cấu tạo phức tạp, gồm nhiều lớp khuếch đại( mỗi lớp sử dụng nhiều bộ khuếch đại cơ bản giống nhau dùng LDMOS và đấu song song. Cách đấu song song 6 bộ module khuếch đại công suất này cho phép máy phát vẫn hoạt động liên tục khi có một hoặc vài module sự cố ( lưu ý là máy phát hình số thì không có phần trung tần và phần khuếch đại tiếng riêng như máy phát hình tương tự). + Ngõ ra của khối khuếch đại công suất nối với khối lọc hài (harmonics filter), khối lọc kênh (channel filter) và khối chống sét (lightning protection) trước khi đến đầu vào cáp để lên anten phát. Máy phát VN7250 là thế hệ máy phát mới, sử dụng làm mát máy Mã hóa DV B-T Tiền Sửa Kỹ thuật số Điều chế I/Q HP1 HP2 LP1 LP2 Đầu vào ASI Exciter A Mã hóa DV B-T Tiền Sửa Kỹ thuật số Điều chế I/Q HP1 HP2 LP1 LP2 Đầu vào ASI Exciter B Lọc hài Lọc kênh Bảo vệ sét 2,5Kw Khuếch Đại VH602 Nguồn điện bên trong  = RF RF 6xVH602 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Trang 8 bằng chất lỏng cho từng module khuếch đại công suất ( mỗi module dùng nguồn điện riêng). Bộ Exciter bao gồm nhiều module khác nhau: Encoder cho DVB-T đối với tín hiệu video số đầu vào hoặc encoder cho tín hiệu video tương tự đầu vào. Bộ sửa lỗi tiến kỹ thuật số (Precorrector). Bộ điều chế (Modulator) Bộ điều khiển ( Controller) Đơn vị điều khiển (Control unit), Motherboard (mạch chinh). Phần nguồn điện. V. Sơ đồ khối thu tín hiệu : a/ Sơ đồ khối máy thu : Hình 5-1 : Sơ đồ khối máy thu b/ Sơ đồ khối thu kênh truyền hình kỹ thuật số mặt đất trong thực tế : Anten Yagi : thường dùng anten có nhiều chấn tử dẫn xạ, 1 chấn tử chủ động, một số chấn tử phản xạ. Bộ Splitter : bộ chia tín hiệu từ một ngõ vào sẽ cho ra nhiều ngõ ra. Receiver : là đầu thu kỹ thuật số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T có chức năng giải điều chế, giải mã truyền dẫn (kênh), giải đa hợp/ sửa lỗi, giải mã nguồn, biến đổi số sang tương tự. Encoder : bộ mã hóa. Modulation : Bộ điều chế. Chỉnh kênh Giải điều chế Nyp Nyp Bộ cân bằng kênh Bộ giải mã trong Bộ giải xáo trộn Giải mã ngoài Reed-Solomon Bộ chèn ngoài RF Receiver Encoder Modulation Video Audio Video Audio RF Receiver Encoder Modulation Video Audio Video Audio RF Receiver Encoder Modulation Video Audio Video Audio RF UHF Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Trang 9 + Tín hiệu truyền hình kỹ thuật số thu được từ Anten Yagi sẽ đưa qua bộ chia Sliptter thành nhiều đường tín hiệu, mỗi đường ra được đưa vào đầu kỹ thuật số sẽ cho ra tín hiệu hình và tín hiệu tiếng như ban đầu. Hai tín hiệu này được đưa vào bộ mã hóa để thực hiện mã hóa các kênh truyền hình, tín hiệu sau đó sẽ được điều chế lại với sóng mang được chọn lựa theo sự sắp xếp các kênh truyền hình hữu tuyến trong cáp đồng trục. + Máy thu hình số DVB-T EFA (của hãng Rohde & Schwarz, Đức) thỏa mãn tiêu chuẩn ETS300744 có thể thu, giải điều chế, giải mã và phân tích tín hiệu OFDM. Máy thu EFA có các khả năng sau đây: Độ rộng băng tần kênh: 6/7/8 MHz Mode điều chế : 2K/8K. Đồ thị chòm sao : QPSK, 16-QAM, 64-QAM. Tỉ lệ mã hóa : 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8. Khoảng bảo vệ : 1/4, 1/8, 1/16, 1/32. Giải điều chế phân lớp:  = 2, 4. Sửa lỗi Reed-Solomon : RS(204/188). Độ rộng băng tần mạch lọc SAW: 6/7/8 MHz. + Tín hiệu đi vào máy thu hình từ anten là tín hiệu OFDM. Sauk hi biến đổi xuống (downconverter), ta có tín hiệu trung tần IF 36MHz. Tín hiệu này được lọc bằng các mạch lọc Saw khác nhau ( phụ thuộc vào độ rộng băng tần kênh) và cộng nhiễi Gauss bên trong. Tiếp theo, tín hiệu IF được biến đổi thành băng tần cơ bản bằng cách sử dụng bộ tạo dao động điều khiển số. Phép biến đổi FFT (2K/8K) biến đổi tín hiệu từ miền thời gian vào miền tần số. Sau đó xấp xỉ kênh được dùng để sửa biên độ/ pha/ độ trễ của tín hiệu làm cho hầu hết các xung bị suy giảm trong khi truyền dẫn RF. Tiếp theo, các gói dữ liệu được dùng cho bộ giải mã chập Viterbi, bộ giải chèn dữ liệu, bộ giải mã Reed- Solomon và bộ giải ngẫu nhiên hóa dữ liệu (phân tán năng lượng). Cuối cùng, giao diện Mpeg-2 đưa dòng truyền Mpeg-2 đã giải điều chế đến đầu ra phần cứng (TSSPi, TSASi). + Máy thu hình số EFA là máy thu chuyên dùng, ngoài chức năng trên, nó còn cho phép thực hiện nhiều phép đo và hiển thị các thông số sau: đồ thị chòm sao, các thông số OFDM, hiển thị tỉ số lỗi điều chế MER, đồ thị I/Q, xấp xỉ kênh, phân tích phổ, hàm phân bố biên độ, chức năng phân bố tích lũy CCDF, đáp ứng xung… Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Trang 10 VI. Các thông số đo kiểm tra : Có nhiều phép đo để đánh giá chất lượng hệ thống truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T. Các thông số cần thiết để đo và kiểm tra như: Hình : Sơ đồ khối một máy phát DVB-T. Độ chính xác tần số RF Mục đích: nhằm xác định độ chính xác của tần số cao tần (RF) trong quá trình xử lý tín hiệu trong hệ thống OFDM. Giao diện: ngõ ra hai khối nâng tần và khuếch đại công suất. Phương pháp: các sóng mang ngoài cùng trong tín hiệu DVB-T là các sóng mang hoa tiêu liên tục. Các tần số này được đo (nếu cần thiết thì sử dụng nguồn tham chiếu có độ chính xác cao) và tính trung bình của hai giá trị. Độ chọn lọc Mục đích : nhằm nhận biết khả năng loại bỏ can nhiễu ngoài kênh máy thu. Giao diện : việc đo – kiểm tra mức tín hiệu đầu vào và can nhiễu được thực hiện tại ngõ vào máy thu và sử dụng ngõ ra hai khối giải mã trong và giải mã tráo ngoài cho bộ kiểm tra BER. Phương pháp : Công suất đầu vào được điều chỉnh đến 10db trên mức công suất tối thiểu. Ngưỡng C/I cần thiết để đảm bảo “hầu như không có lỗi” (QEF) sau bộ giải mã RS (BER < 10-4 trước bộ giải mã RS) được đo như một hàm số của tần số can nhiễu CW (continuous wave). Phạm vi điều khiển tự động tần số Mục đích : nhằm xác định dải tần số trong khoảng đó máy thu có thể đồng bộ được. Giao diện : kiểm tra tín hiệu ngõ vào máy thu (test), và kiểm tra đồng bộ dòng truyền tải TS ở ngõ ra máy thu. Phương pháp : cho một tín hiệu vào đầu vào máy thu với mức 10db trên mức công suất tối thiểu. Tín hiệu được dịch tần số theo từng bước tới giá trị danh định, lỗi byte đồng bộ (Sync byte error) được thiết lập ngay khi byte đồng bộ đúng (0x47) không xuất hiện sau 188 hoặc 204 byte. Điều này rất cần thiết bởi cấu trúc đồng bộ được sử dụng trong toàn bộ d6ay chuyền từ bộ mã hóa đến bộ giải mã. Hơn nữa việc kiểm tra phải được thực hiện đối với từng byte vì điều này có thể không nhất thiết phải được thực hiện ở bộ mã hóa. Công suất RF/IF Mục đích : để đo công suất tín hiệu hoặc công suất mong muốn. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Trang 11 Giao diện : từ ngõ ra khối D/A máy phát đến ngõ vào khối A/D máy thu. Phương pháp : Công suất tín hiệu được định nghĩa bằng công suất trung bình của tín hiệu và được đo bởi bộ cảm ứng công suất nhiệt. Khi sử dụng máy phân tích phổ hoặc máy thu chuẩn cần tích hợp công suất tín hiệu bên trong dải thông của tín hiệu (n x fSPACING). Hình : Sơ đồ khối máy thu DVB-T Công suất tạp nhiễu Mục đích : để đo công suất tạp nhiễu, nhân tố suy giảm chất lượng đáng kể trong mạng truyền dẫn. Giao diện : từ ngõ vào máy thu đến khối A/D. Phương pháp : công suất tạp nhiễu (công suất trung bình), hoặc công suất không mong muốn có thể đo bằng máy phân tích phổ (ngoài dịch vụ). Công suất tạp nhiễu được xác định trong dải thông của tín hiệu OFDM (n x fSPACING). Độ nhạy máy thu/ dải động đối với kênh Gaussian Mục đích : nhằm xác định công suất đầu vào tối đa và tối thiểu đối với hoạt động bình thường của máy thu để phục vụ công tác quy hoạch Giao diện : kiểm tra tín hiệu đầu vào máy thu và kiểm tra BER trước RS ở ngõ vào và ngõ ra của khối Giải mã tráo ngoài. Phương pháp : đo công suất đầu vào tối đa và tối thiểu ứng với sau bộ giải điều chế RS (tức là BER <10-4 trước giải mã RS). Dải động là hiệu của hai giá trị. Hiệu suất công suất Mục đích : để so sánh hiệu suất tổng thể của các máy phát số DVB. Giao diện : ngõ ra khối Khuếch đại công suất bên máy phát. Phương pháp : hiệu suất công suất là tỉ số giữa công suất ra của tín hiệu truyền hình số DVB trên tổng công suất tiêu thụ của toàn bộ dây chuyền từ đầu vào dòng truyền tải (TS) đến đầu ra tín hiệu cao tần RF bao gồm tất cả thiết bị cần thiết để hoạt động như quạt, biến áp.v.v…Kênh công tác và điều kiện môi trường cần được xác định rõ. Can nhiễu liên kết Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Trang 12 Mục đích : để xác định bất kỳ can nhiễu liên kết nào có thể ảnh hưởng đến độ tin cậy của việc phân tích I/Q hoặc đo, kiểm tra BER. Giao diện : từ ngõ vào máy thu đến ngõ vào khối A/D. Phương pháp : phép đo được thực hiện bằng máy phân tích phổ. Độ phân giải của dải thông được suy giảm theo từng bậc (stepwise) sao cho mức hiển thị của sóng mang đã điều chế (và tín hiệu hoa tiêu không điều chế do ảnh hưởng của khoảng bảo vệ) bị giảm. Can nhiễu CW không bị ảnh hưởng bởi quá trình này và có thể nhận biết bằng cách tính trung bình tích hợp. # Quan hệ giữa Ber và tỉ số C/N khi thay đổi công suất máy phát: Mục đích : để đánh giá Ber của một máy phát khi tỉ số sóng mang trên nhiễu (C/N) thay đổi, phép đo được lập lại với các giá trị công suất phát rat rung bình khác nhau. Phép đo này có thể được sử dụng để so sánh chất lượng kỹ thuật một máy phát so với lý thuyết hoặc so với các máy phát khác. Giao diện : từ ngõ ra Mã trong bên máy phát đến bộ Giải mã trong bên máy thu. Phương pháp : một chuổi nhị phân giả ngẫu nhiên (PRBS) từ ngõ ra khối Mã trong máy thu được đưa đến khối Tráo trong thì giá trị của tỉ số C/N được thiết lập tại đầu vào máy thu kiểm tra (test receiver) bằng cách cộng thêm nhiễu Gaussian và Ber của chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên được đo tại điểm vào của khối Giải mã trong bằng máy đo Ber. Phép đo được lặp lại với các giá trị công suất phát ra trung bình khác nhau. Một máy phát thử nghiệm sẽ tạo ra 223-1 PRBS như được định nghĩa bởi ITU-T Rec.O.151[12] --> Để đo công suất nhiễu và công suất sóng mang, bề rộng dải thông được xác định bằng n x fSPACING, với n là số sóng mang tích cực (6817 hoặc 1705 sóng mang trên kênh 8MHz và fSPACING là khoảng cách giữa các tần số sóng mang OFDM. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - THU THẬP DỮ LIỆU QUAVỆ TINH ( Digital Satellite News Gathering) I. Trạm mặt đất (Earth Station) : I.1 Kinh tuyến và Vĩ tuyến Trái đất được chia ra thành các kinh tuyến và các vĩ tuyến để xác định vị trí địa lý của các quốc gia, lãnh thổ hay một vị trí địa lý cụ thể nào đó… Các đường kinh tuyến đều quy về hai cực Bắc – Nam và được chia thành 3600. Kinh độ gốc được chọn là đường đi qua Greenwich (Anh), nơi đặt đài thiên văn đầu tiên lớn nhất. Từ kinh độ (00) về hướng đông bao gồm 1800 Đông và về hướng tây bao gồm 1800 Tây. Các đường vĩ tuyến đều cắt và ngang qua các đường kinh tuyến. Vĩ độ là đường xích đạo chia trái đất làm hai phần: bán cầu Bắc và bán cầu Nam. Vĩ độ 900 N lấy ở Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - địa cực Bắc (Bắc cực) và 900S lấy ở địa cực Nam (Nam cực). Các đường kinh tuyến và vĩ tuyến được mô tả như hình vẽ sau: Hình 1.1 Kinh tuyến và Vĩ tuyến Việt Nam nằm ở tọa độ 80 240 vĩ Bắc và 10001100 kinh đông. Hà Nội là 21004 vĩ bắc và 105084 kinh đông. TP Hồ Chí Minh 10046 vĩ bắc và 10604 kinh đông. I.2 Địa cực và địa từ: Các đường kinh tuyến đều tập trung về hai địa cực nên gọi là Bắc và Nam địa lý. Còn la bàn sẽ chỉ hướng Bắc từ trường của quả đất nên gọi là Bắc địa từ. Do các trạm thu đều nằm trên các kinh tuyến và vĩ tuyến địa lý nên có sự khác biệt với hướng địa từ một góc, gọi là góc lệch. Góc lệch thay đổi theo vĩ tuyến và kinh tuyến, hay cụ thể hơn là nó tăng tỷ lệ với vĩ độ. Ví dụ với vĩ độ 50 750 thì góc lệch 0,770 8,330. Góc lệch của Hà Nội 3017 và TP HCM 1066. I.3 Góc ngẩng (Elevation), Góc phương vị (Azimuth) và Góc phân cực (Angle of polavisation) Đối với vị trí anten tại mặt đất để xác định toạ độ vệ tinh cần ba thông số sau: là góc ngẩng, góc phân cực và góc phương vị. Thiết bị có liên quan tới 3 thông số này là Anten parabol và phần thu sóng. I.3.1 Góc ngẩng (e) Góc ngẩng là góc tạo thành giữa tiếp tuyến tại diểm thu ở mặt đất và đường nối điểm thu đến vệ tinh. Được mô tả như hình vẽ Góc ngẩng tại xích đạo lớn nhất bằng 900 và càng đi về hai cực thì nó càng giảm. O 1600 1400 1200 1000 80 60 40 2020 40 60 80 1000 1200 1400 1600 A 20 60 40 OVĩ tuyến 200 Kinh tuyến 1000 Xích đạo Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Trong phạm vi hẹp ta có thể tạm coi mặt đất nơi đặt Anten là đường tiếp tuyến. Cách tìm hay dựng góc ngẩng rất khó. Bởi vậy ta có thể tìm góc nghiêng của nó để lắp đặt dễ dàng hơn. Ta tính được góc ngẩng như sau: e = 900 – góc nghiêng (i) Góc ngẩng được tính: Hình 1.2 Góc ngẩng và góc nghiêng Giá trị góc lệch và góc nghiêng được cho ở bảng sau : Vĩ độ Góc nghiêng (i) Góc lệch (d) 10 0 46 - TP.HCM 11,5 1,66 210 04 – TP.HÀ NỘI 21,48 3,17 Khi biết vĩ độ nơi thu ta có thể tìm ra góc ngẩng. cos(Lon)xcos(Lat) – 0.151263 e = arctg [1 –cos2(Lon)xcos2(Lat)]1/2 (I.1.3.1) Lat : Vĩ độ nơi thu ; Lon : sai biệt kinh độ giữa nơi thu và vệ tinh. I.3.2 Góc phương vị :(Azimuth) [a] Các vệ tinh ở trên quỹ đạo địa tĩnh nằm trong mặt phẳng xích đạo. Mỗi một trạm thu ở mặt đất chỉ có thể nhìn thấy vệ tinh ở nửa phần quả đất, từ kinh tuyến 00 1800. e = 900 – [ góc lệch (d) + góc nghiêng (i)] Đường ngang song song với mặt đất Góc ngẩng e E ( 90- e) Góc nghiêng: ( 90- e) o Mặt phẳng đất  Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Trong các biểu đồ được lấy chuẩn ở kinh tuyến 00, rẽ về hướng Tây và hướng Đông . Thực tế do sự che khuất của bề mặt trái đất, chỉ còn 700 về hướng Tây- Đông. Góc phương vị là góc dẫn hướng cho anten quay tìm vệ tinh trên quỹ đạo địa tĩnh theo hướng từ Đông sang Tây. Góc phương vị được xác định bởi đường thẳng hướng tới vệ tinh. Góc được tính theo chiều kim đồng hồ, theo công thức: a = 1800 + kinh độ Tây Hoặc a = 1800 - kinh độ Đông Góc phương vị phụ thuộc vào kinh độ của điểm thu và kinh độ của vệ tinh. tg(Lon) a = 180o + arctg sin(Lat) (I.1.3.2) cos (a ) - 0.151263 tg(e) = sin(a) (I.1.3.3) I.3.3 Góc phân cực : Khi đường trục tâm chảo parabol thu hướng thẳng đến tâm búp sóng chính của anten phát (Downlink) của vệ tinh thì mặt chảo anten thu sẽ nhận được gần như toàn bộ năng lượng của chùm sóng chính trong mặt phẳng phân cực. Nếu như Anten thu nằm lệch tâm với chùm sóng chính của tín hiệu vệ tinh, hiệu suất thu năng lượng giảm và còn gây ra các tác hại khác như làm méo dạng tín hiệu, tăng tạp nhiễu. Vì vậy cần phải hiệu chỉnh lại góc phân cực bằng đầu dò phân cực ở đầu thu. Góc phân cực cũng thay đổi theo vĩ tuyến và kinh tuyến giữa tâm chùm sóng bức xạ với điểm thu. Thông thường giá trị của nó được tính sẵn theo vĩ độ và kinh độ. Khi dùng cơ cấu đồng bộ để dò tìm tín hiệu các vệ tinh trên quỹ đạo địa tĩnh nếu đặt các góc không đúng thì anten sẽ không bám theo đúng quỹ đạo địa tĩnh. Trường hợp này sẽ không thu được tín hiệu của tất cả vệ tinh trên quỹ đạo. Sự phân cực sóng điện từ mô tả sự định hướng của vector điện trường trong không gian. Sự phân cực được quyết định bởi cách mà tín hiệu RF được bức xạ từ anten vào không gian. Chức năng này được thực hiện bởi một bộ phân cực nó là một phần của hệ thống anten. Một anten có khả năng phát và nhận tín hiệu nếu nó được phân cực. Một sóng phân cực tuyến tính có hướng của vector điện trường hợp với trục đứng hoặc ngang một góc không đổi khi nó lan truyền trong không gian. Vì vậy, khi vector điện trường song song với chiều ngang thì sóng được phân cực ngang, và khi vector điện trường thẳng đứng thì nó là phân cực đứng. Hình vẽ sau cho ta thấy sự phân cực ngang và phân cực đứng của một sóng đi vào mặt phẳng tờ giấy. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Hình1.3 (a) phân cực đứng (b) phân cực ngang (c) phân cực dạng elip Vector điện trường của các sóng phân cực dạng tròn vẽ trên các vòng tròn khi sóng lan truyền. Chiều quay của nó theo chiều kim đồng hồ nếu các sóng được phân cực tròn tay phải( Right Hand Circularly Polarized Wave) và ngược lại. Sự méo dạng của sóng được phân cực dạng ellip đi vào mặt phẳng tờ giấy. Sự méo dạng được đo bởi tỉ số dọc trục Ar được cho bởi Ar = EMax / EMin Trong đó: EMax và EMin là hai trục lớn và nhỏ của elip. Một thông số quan trọng khác của sóng là góc độ nghiêng của ellip với trục tham chiếu. Sự phân cực dạng ellip có thể xem là một trường hợp tổng quát bởi vì loại phân cực này sẽ đạt phân cực thẳng khi Ar đến  và phân cực tròn khi Ar =1. Một cách lý thuyết, một Anten được phân cực đôi có thể ngăn cách các sóng được truyền trong phân cực trực giao, cho phép mỗi phân cực được nhận một kênh riêng biệt. Một hệ thống sử dụng tính chất này của Anten được xem là hệ thống phân cực đôi. I.4 Định vị vệ tinh : a) Cân chỉnh hướng Bắc – Nam của Anten : Trước tiên sử dụng la bàn để chỉnh cho trục xuyên tâm của Anten nằm ngang hướng Bắc – Nam. Ở Việt Nam ta phải cộng thêm 62E để có được hướng Bắc – Nam thực. Để có thể xác định được tọa độ Vệ Tinh, phải điều chỉnh Anten Parabol theo các thông số góc ngẩng, góc phương vị và góc phân cực . b) Cân chỉnh góc ngẩng chảo - El (Elevation): là góc tạo thành giữa tiếp tuyến thu ở mặt đất và đường nối điểm thu đến vệ tinh. (b)(a) i Emin Emax (c) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Cách 1: Hình 1.5 Góc ngẩng và góc nghiêng Trong phạm vi hẹp có thể tạm coi mặt đất nơi đặt Anten là đường tiếp tuyến. Ta tìm góc ngiêng của Antenna Parabol để lắp đặt. Góc nghiêng tạo bởi mặt phẳng miệng chảo và mặt đất như hình vẽ. Do các trạm thu đều nằm trên kinh tuyến địa lý (tập trung về 2 cực) nên có sự khác biệt với hướng địa từ (được xác định bằng la bàn) một góc, gọi là góc lệch biểu thị sự sai lệch về kinh độ. Góc lệch thay đổi theo kinh tuyến và vĩ tuyến, hay cụ thể hơn là nó tăng tỉ lệ với vĩ độ. Ví dụ vĩ độ 575 thì góc lệch 0,77  8,33 ; góc lệch của Hà Nội 317 và Tp HCM 166 . Lúc này góc ngẩng được tính bằng : El = 90 - (góc lệch + góc nghiêng) Tại xích đạo, góc lệch bằng 0, góc nghiêng = vĩ độ. Khi ấy đường tâm trục Parabol sẽ song song mặt phằng xích đạo, và góc ngẩng = 90 .  Xích đạo Tiếp tuyến ngang Góc ngẩng  Góc ngẩng Góc nghiêng Góc lệch Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Hình 1.6 Góc lệch Cách 2 : áp dụng công thức toán học để tính góc ngẩng. Trong đó: cos(Lon)xcos(Lat) – 0.151263 e = arctg [1 – cos2(Lon)xcos2(Lat)]1/2 Lon là sai biệt kinh độ giữa nơi thu và vệ tinh Lat là vĩ độ nơi thu (nơi đặt Anten) Ví dụ: Vệ tinh AsiaSat 1, 1055 E Nơi thu tại Tp HCM (1064 E; 1046 N) Lon = 1064 - 1055 = 09 Lat = 1046 Thay vào công thức ta được : cos(0o9)cos(10o46) – 0.151263 e = arctg [1 – cos2(0o9)cos2(10o46)]1/2  Góc ngẩng e = 77,7 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - c) Cân chỉnh gốc phương vị Az (Azimuth) : Góc phương vị là góc dẫn hướng cho Anten quay tìm vệ tinh trên quĩ đạo địa tĩnh theo hướng từ Đông sang Tây. Góc phương vị được xác định bởi đường thẳng hướng tới vệ tinh . Vệ tinh 1 Vệ tinh 2 Hình 1.7 Định vị góc phương vị tg(0o9) a = 180o + arctg sin(10o46) a = 1850 II.1 Số lượng chương trình truyền hình qua một kênh : Một kênh truyền có dải thông cố định cho phép truyền được các chương trình truyền hình .Vấn đề này phụ thuộc vào :  Độ rộng kênh  Dạng điều chế  Tốc độ mã sửa lỗi FEC  Dịch vụ truyền hình  Độ lớn khoảng bảo vệ (đối với phát sóng trên mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T COFDM)  Sự dung hòa gói dữ liệu số * Độ rộng kênh : Để xác định độ rộng kênh có thể truyền được tín hiệu số có tốc độ lớn nhất là bao nhiêu cần dựa vào định lý Shannon. Định lý này xác định sự phụ thuộc của tốc   Cực Bắc Nam Góc Az của vệ tinh 2 180 - 30 = 150 Góc Az của vệ tinh 1 180 + 45 = 225 45W 30E Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - độ bit cực đại vào độ rộng kênh truyền tỉ số S/N chuẩn, để truyền tín hiệu số có tốc độ bit C (Mbps) yêu cầu độ rộng kênh bằng W  3/4 C (Hz) . Từ đó với độ rộng W đã cho thì có thể truyền được tín hiệu số có tốc độ bit lớn nhất bằng 4/3 W. Ví dụ với kênh có độ rộng 8MHz thì tín hiệu số có tốc độ bit lớn nhất là 8  4/3  10,7 Mbps có thể truyền qua nó . * Dạng điều chế số : Khi dùng điều chế số ta thường gặp khái niệm dải thông hiệu dụng. Với các dạng điều chế số ta có các dải thông hiệu dụng thực tế như sau : 2-PSK   0,75Mbps/Hz 4-PSK   1,5 Mbps/Hz 8-PSK   2,25 Mbps/Hz 16-PSK   3,0 Mbps/Hz 64-QAM   3,36 Mbps/Hz 256-QAM   6,0 Mbps/Hz Ví dụ với kênh có độ rộng 8MHz khi dùng điều chế 64-QAM thì có thể truyền được dòng bit có tốc độ cực đại là 36 Mbps . * Tốc độ sửa lỗi FEC : Tín hiệu điều chế số thường được xử lý bằng các mã đặc biệt để cho các máy thu (IRD hoặc Set-Top-Box) có thể kiểm tra các bit thông tin được gửi đi có được thu đúng không. Kỹ thuật sửa lỗi tiến (gửi thông tin sửa lỗi trước đến máy thu cùng với các dữ liệu gốc) tạo tín hiệu có khả năng chống nhiễu tốt hơn hẳn so với truyền số không có mã đặc biệt . Các thực nghiệm mã hóa trước đây đã so sánh chỉ tiêu của tin tức được mã so với không mã và thấy rằng sự cải thiện tín hiệu này là khoảng 3,3 dB. Ngoài ra, một bộ mã hóa sử dụng cả hai kỹ thuật mã khác nhau sẽ tạo ra độ lợi bổ sung. Trong kỹ thuật FEC người ta dùng các symbols dư bổ sung vào tin tức gốc. Mặc dù điều này tăng tốc độ truyền toàn bộ và các yêu cầu dải thông, các symbols dư tăng cường tính thống nhất của tin tức, ngăn ngừa không cho tạp kênh che khuất các symbols để phá bỏ sự thống nhất của tín hiệu có ích. Các bộ giải mã dùng các symbols FEC để phục hồi dữ liệu sau khi tin tức đã được thu . Một dạng mã FEC, được gọi là mã Viterbi, được biểu thị bằng tỉ số, ví dụ1/2, 3/4, hoặc 7/8. Tử số biểu thị số symbols gốc ở đầu vào bộ mã hóa, còn mẫu số biểu thị số symbols có sửa lỗi ở đầu ra bộ mã hóa. Do vậy, FEC 7/8 có nghĩa rằng có 7 symbols truyền dữ liệu đi vào bộ mã hóa và 1symbols để sửa lỗi trong 8 symbols đi ra . Một dạng mã FEC khác là Reed-Solomon. Mã này bổ sung các symbols dư vào các chuỗi hoặc các khối số nhị phân. Reed-Solomon dùng 188 bytes trong mỗi khối 204 bytes để truyền thông tin gốc. Số còn lại được dùng để gửi các bit kiểm tra đến IRD để trợ giúp việc sửa lỗi truyền . Bộ giải mã Reed-Solomon dùng thuật toán để giải quyết đồng thời một tập hợp các chương trình đại số dựa trên biểu hiện kiểm tra chẵn từ khối thu được . * Dịch vụ truyền : Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Một dòng MPEG-2 có thể chứa nhiều chương trình truyền hình cùng với Audio, các audio phụ, dữ liệu truy cập có điều kiện, các dữ liệu phụ như teletext, kết nối Internet. Yêu cầu tốc độ đối với từng loại là khác nhau. Ví dụ phim chất lượng VHS có thể được truyền ở tốc độ bit 1,5 Mbps; tin tức và chương trình TV ở 3,4 - 4 Mbps; quảng bá chất lượng cao (studio) ở tốc độ hơn 8 Mbps. Tốc độ mã cần thiết cho quảng bá MPEG-2 bất kỳ thay đổi phù hợp với các quyết định phân phối bit được làm bởi mỗi nhà cung cấp chương trình . Bảng các tốc độ dữ liệu MPEG-2 cho các thể loại chương trình : Các dịch vụ Video Tốc độ dữ liệu Truyền hình có độ phân giải cao (HDTV) 14  20 Mbps Truyền hình có chất lượng Studio (CCIR 601) 8,064 Mbps Truyền hình có tỉ lệ khuôn hình 16 : 9 5,760 Mbps Chương trình thể thao trực tiếp 4,608 Mbps Chương trình phim/quảng bá 3,456 Mbps Chương trình phim pay-per-view 3,152 Mbps Audio musicam Mono 128 Kbps Stereo 256 Kbps Một cặp stereo 512 Kbps Dữ liệu số 96 Kbps Dữ liệu điều khiển dịch vụ 30,72 Kbps * Khoảng bảo vệ : Trong phát sóng trên mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T COFDM, để khắc phục hiện tượng phản xạ nhiều đường khoảng bảo vệ sẽ được dùng ở đầu mỗi chu kỳ symbols. Do vậy dải thông có ích sẽ bị giảm tương ứng với độ dài khoảng bảo vệ. * Vấn đề dung hòa gói tín hiệu số : Tốc độ symbols thường thay đổi từ một gói số này tới gói số tiếp theo. Tốc độ symbols cực đại có thể đạt được là một hàm của dải thông kênh. Thông thường có thể tính : Tốc độ symbols cực đại = độ rộng dải thông / 1,2 Con số 1,2 (hoặc 1,3 ...) để chỉ ra rằng trong thực tế dải thông truyền là bé hơn dải thông kênh do các bộ lọc truyền không lý tưởng . Ví dụ đối với đường truyền vệ tinh có dải thông transponder 36 MHz thì tốc độ symbols cực đại = 48 Msym /s . Giả sử dùng tốc độ FEC 3/4 thì tốc dộ bit cho phép kênh sẽ là : 48 Msym /s  2 ( 2 bit cho một symbol, điều chế QPSK) = 96 Mb/s 96 Mb/s  3/4 (tốc độ FEC inner code) = 72 Mb/s 72Mb/s  188/204 (tốc độ FEC Reed-Solomon outer code)= 66,3 Mb/s Nếu chỉ thay đổi tốc độFEC của inner codetừ 3/4 xuống 1/2 thì tốc độ bit có ích có giá trị: 48 Msym /s  2 = 96 Mb/s 96 Mb/s  1/2 = 48 Mb/s 48 Mb/s  188/204 = 44,2 Mb/s Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Ta thấy mặc dù tốc độ FEC 1/2 sẽ làm tăng khả năng chống nhiễu, nó cũng làm giảm rất nhiều tốc độ bit có ích, có nghĩa là giảm số dịch vụ chương trình có thể gửi qua transponder . Do vậy tùy theo tình hình cụ thể mà có sự dung hòa giữa tham số FEC và tốc độ bit có ích . * Tốc độ bit lỗi (BER) và Eb/No : Tốc độ bit lỗi (BER) xác định chỉ tiêu của đường truyền số. BER 1 10-3 biểu thị xác suất một lỗi xảy ra trong một khối 1000 bits. BER 5  10-5 là tốt hơn BER 9,0  10-4 vì đó là xác suất lỗi xảy ra sẽ thấp hơn. BER cũng có thể được hiển thị như 5E-4 hoặc 3E-3, tương đương với BER 5  10-4 hoặc 3 10-3 Đo định lượng về đường truyền số bằng Eb/No (tỉ số năng lượng bit trên mật độ tạp). Eb/No (dB) biểu diễn tỉ số bit trên tạp của hệ thống thu. Khi Eb/No tăng số bit lỗi sẽ giảm. BER 10-3 10-4 typical QPSK viterbi 10-5 FEC rate 1/2 10-6 IDEAL 10-7 10-8 10-9 3 4 5 6 7 8 Eb/No Hình 1.14 Điều chế QPSK có khả năng thực hiện BER ở Eb/No tương. đối thấp cho các ứng dụng dải rộng như thông tin vệ tinh . Số chương trình có thể truyền trên một kênh (dải thông cố định) thay đổi trong một phạm vi rất lớn, từ một chương trình đến hàng chục chương trình (phương pháp thống kê tốc độ mã thay đổi ). Ví dụ Band C trên một vệ tinh (uplink 5927MHz – 6403MHZ ,downlink 3702MHZ – 4178MHZ) có 12 Transponders mỗi transponders cách 4MHZ lúc truyền tín hiệu analog có thể truyền được 24 chương trình truyền hình (mỗi chương trình truyền trên một kênh có độ rộng khoảng 36 MHz), khi truyền tín Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - hiệu số có nén bằng phương pháp ghép kênh số chương trình truyền hình có thể truyền lên tới hàng trăm . Hình 1.15 Ghép kênh Tách kênh thực hiện qui trình ngược lại của bộ ghép kênh . Khôi phục tín hiệu ban đầu mà thường có những đích đến với nhau tại nơi thu của kết nối truyền dẫn . d. Sơ đồ khối trạm thu hình vệ tinh (TVRO-Television Receiver Only) Trạm thu hình cá nhân TVRO có nhiệm vụ thu tín hiệu từ các vệ tinh địa tĩnh, qua xử lý tín hiệu giải điều chế và hoàn trả lại dạng nguyên thể. Một trạm thu TVRO gồm các bộ phận chính sau đây: Thiết bị bên ngoài (Outdoor) gồm: * Chảo anten parabol, đường kính chảo từ 0,6 6m, tùy thuộc vào băng tần thu và cường độ trường tại điểm thu. * Phễu thu sóng, ống dẫn sóng và que phân cực. * Bộ khuyếch đại dịch tần nhiễu thấp, LNA hay LNB. * Cơ cấu điều khiển chảo (Positioner) quay theo góc ngẩng và phương vị. * Cơ cấu điều khiển góc quay phân cực (Polarotor) Thiết bị bên trong (Indoor) gồm: * Máy thu TVRO * Mạch điện điều khiển góc quay của Polarotor và Positioner * Bộ điều khiển từ xa và bộ nhớ. Multiplexer In fo rm at io n sig na ls Multiplexer signal Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Sơ đồ khối của trạm thu TVRO biểu thị dải tần số và chức năng của từng khối. 10.95 to 11.7 GHz | 0.95 to 1.7GHz | 134MHz | (11.7 to 12.1 GHz) Outdoor Unit | IndoorUnit Hình 1.29 Sơ đồ khối trạm thu TVRO Khối bên ngoài gồm anten parabol và bộ dịch tần LNB. Trong đó: (2a) Là mạch đổi phân cực trực giao (2b) Là mạch chuyển tần sốband C, Ku về UHF Dải tần làm việc của khối này ở băng tần C (3,7 4 GHz) và băng tần Ku (10,95 12GHz), dịch tần xuống trung tần 1, IF1=0,95 1,7GHz. (3) Giữa khối bên ngoài và khối bên trong là mạch khuyếch đại cáp tuyến tính , làm việc ở giải tần số 0,95 1,7GHz. (4) Khối trong nhà gồm bộ khuyếch đại trung tần (IF2 distributor) có từ 45 đầu phân nhánh ngõ ra , cho tín hiệu RF Video và Audio. Khối (5) là bộ khuyếch đại trung tần máy thu (IF receiver). Nó bao gồm: (5a) Chuyển tần UHF xuống VHF = 134MHz, gọi là trung tần 2 (IF2) (5b) Bộ giải điều chế FM. SHF Ind oor UHF VHF 2a ư UHF VHF SHF UHF 2b 3 4 5 5a 5b 5c Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - (5c) Mạch khuyếch đại tín hiệu ra Video + FM sound Gain (dB) : 50 | Approx 50 | - 20 Level(dBm):-80 | -30 | -55 to –30 | -50 | -50 |1V PP | Hình 1.30 Mức tín hiệu của trạm thu TVRO Sơ đồ khối mô tả mức tín hiệu cung tại điểm thu mặt đất cho phép với trạm thu cá nhân TVRO vào khoảng –130dBw/m2. Sau khi anten khuyếch đại 50dB, nâng mức tín hiệu đến ngõ vào LNB là –80dB. Độ lợi của bộ khuyếch đại dịch tần khoảng 50dB, nâng mức tín hiệu ở ngõ ra là –30dB. Đường dây cáp truyền tín hiệu 0,951,7GHz từ khối bên ngoài đến khối bên trong, suy giảm tín hiệu đến – 20dB (mức cho phép). Nếu đường cáp truyền dài quá 100m thì cần phải có mạch khuyếch đại cáp tuyến tính. Tùy theo độ dài cáp mà bộ khuyếch đại cáp phải bù tổn hao, thông thường độ lợi cho phép từ 1520dB. Do vậy mức tín hiệu sau bộ khuyếch đại cáp có giá trị từ -55 -30dB. Ở đây lấy mức chuẩn –50dB. Tín hiệu qua mạch trung tần phân nhánh (distributor) không bị suy giảm, nên mức đưa đến ngõ vào máy thu từ -55 -30dB, lấy chuẩn ở –50dB. Mức tín hiệu ở ngõ ra được tiêu chuẩn hóa ở mức đỉnh 1Vp-p. Đây là mức tín hiệu tổng hợp Video + Sound của băng tần gốc Baseband. II. Công suất tín hiệu : II.1 Đặc trưng : Công suất tín hiệu thu được tại bề mặt hiệu dụng của anten thu cách xa anten phát một khoảng cách R được tính bằng mật độ thông lượng nhân với bề mặt của anten và được tính như sau: I. C o n Cable Ampl ifier IF distributor Receiver unit Video,Sound (Base band) - 130 dB Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - (II.2.1.1) Trong đó: Pt : công suất phát Gt: : độ lợi hay hệ số khuếch đại của anten Aref: : bề mặthiệu dụng của anten Bề mặt của anten được tính như sau: (II.2.1.2) Công suất tín hiệu thu là: Trong đó: Gr: độ lợi anten thu Lfree : suy hao truyền sóng trong truyền tự do Gr A ref Công suất thu được tại máy thu được tính bằng công thức : Pr = L G).G.P( rTT (II.2.1.3) Trong đó : PT là công suất của máy phát . GT là đô lợi của Anten phát . Gr là độ lợi của Anten thu . L là độ suy hao tổng trên đường truyền P = 4 2 l t ref G A Pt R Pr Gt O Hình 2.4 biểu diễn công suất tín hiệu thu ) (.Pr 2 W AR G P A ref t t ref ÷ ưç ỉ = F = p 2PR ( ) ( ) [ ] W L GG P G G P Gr R G P P free t t r t t t t r .. 4 2 2 2 = ÷ ưç ỉ = ÷÷ ư çç ỉ P ÷ ưç ỉ P = l l 2 2 ÷ ưç ỉ P = l R L free Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Hình 2.5 Khoảng cách đường truyền  Độ suy hao tổng trên đường truyền gồm có : độ suy hao bởi tầng điện ly, suy hao do mưa, suy hao trên đường truyền, độ suy hao do mất công suất . L=LAG . Lrain .LFS .LT . Trong đó : LAG độ suy hao bởi tầng điện ly . Lrain độ suy hao do mưa . LFS suy hao đường truyền . LT suy hao do mất công suất . II.2 Tỉ số sóng mang trên nhiễu C/N (Carrier/Noise). Đó là tỉ số giữa công suất của tín hiệu nhận được với công suất N của tiếng ồn : C/N = E + G - L - 10 lgT-10 lgB - 10 lgK . hay tính cách khác C/NU = G/T S   C/ND = EIRPSG/T SLD (II.2.2.1) Trong đó: E = EIRP (dBW): công suất đẳng hướng bức xạ tương đương EIRP được tính theo công suất của máy phát sóng và độ lợi của anten: EIRP = 10log( )GPt Với mật độ công suất trên diện tích phía bên trong hình cầu là: 2 t R4/P  (W/ )m 2 . G: độ lợi anten (dB). L: sự suy giảm chung (dB). T. nhiệt độ tiếng ồn của anten và đầu thu LNB( )K . B: độ rộng dải tần F của máy thu (MHz). với 10logK = 226.6 dB (hằng số Bolzman). Tỉ số C/N = 6 : quá ồn chất lượng xấu. 8 :mức giới hạn, một vài vệt nhiễu. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 10 : thu tốt, màu sắc đẹp. 12 : thu rất tốt, chất lượng truyền hình bằng cáp Để đảm bảo tỉ số tín hiệu trên nhiễu tại điểm thu cần đảm bảo các thông số sau: - Độ tăng ích của anten: khoảng 48.5dB (đối với anten thu 3m). - Nhiệt độ nhiễu của anten: khoảng 23 K . - Mật độ công suất tại ngõ vào máy thu: khoảng –110dBw/ 2m . II.3. Hệ số nhiễu nhiệt G/T của trạm thu: Hệ số này biểu thị ảnh hưởng của nhiệt độ lên độ lợi của vệ tinh. Nhiệt độ càng tăng thì nhiễu càng lớn, thường tại giá trị nhiệt độ là 0 K thì không bị ảnh hưởng của nhiễu. Giá trị này cho phép chọn anten thu thích hợp tùy theo C/N. Chúng ta có: G/T = C/N - E+L+10logB+10logK hay G/T = ( G/L) .(1/T) .(1/K) II.2.3.1 Tùy theo EIRP của vệ tinh, chúng ta sẽ khẳng định chất lượng hình ảnh C/N. Sau đó chọn giá trị tiếng ồn của đầu LNB thêm vào, sự suy giảm chung L, độ rộng dải tần B và 10logK sẽ cho ra giá trị của độ lợi anten tính bằng dB. III. Tính toán đường truyền tuyến lên : III.1. Tính toán tuyến lên (Uplink) : Cho một trạm mặt đất với số liệu ban đầu như sau: - Anten có đường kính DES = 4 m , DS =2m - Công suất phát Pt = 500 W = 10lg500 = 27 dBw - Tần số tuyến lên : fu = 14 GHz - Độ rộng búp sóng Anten mặt đất : 3dB = 2 - Khoảng cách giữa Anten mặt đất và vệ tinh : R = 36000 Km - Hiệu suất Anten mặt đất :  = 0,6 - Hiệu suất Anten vệ tinh :  = 0,55 , - Giả sử mặt đất ở vùng trung tâm của chùm tia vệ tinh bao phủ . Các thông số cần tính toán trên đường truyền Uplink :  Mật độ thông lượng công suất tại đầu vào vệ tinh :  = PtGt [W/m2] ( II.3.1.1) 4R2  Hệ số khuếch đại của Anten trạm mặt đất : Gmax =   D 2 =   D fu 2 u c (II.3.1.2) Thay các thông số vào, ta được : Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Gmax = 0.6 3.14414109 2 = 206131 3108 Tính theo Decibel : Gmax = 10lg206131 = 53,1 [dB] Công suất bức xạ đẳng hướng hiệu dụng của Anten trạm mặt đất là : PtGmax = 53,1 + 27 = 80,1 [dBw] Mật độ thông lượng công suất tại đầu vào vệ tinh :  = PtGt [W/m2] 4R2 thay vào ta được :  = 80,1 - 10lg[43,14(36106)2] = 80,1 –10lg 16.277 .1012 = 80,1 - 10[lg 16.277 + 12lg10] = 80,1-10[4,21 +12] = - 82 [dBw/m2] Hệ số khuếch đại Anten thu tại vệ tinh : Gmax = 10lg  D 2 = 10lg 47238 = 46,7 [dB] u Suy hao do khoảng cách : LFS = 10 lg 4R 2 = 10lg 4361061410 9 2 u 3108 = 10lg 44524 .1014 =10[lg 44524 + 14lg10] = 10[6,64 + 14] = 206,4 [dB] Công suất tín hiệu thu tại đầu vào vệ tinh : Pr = EIRP – LFS + Gmax Thay vào ta được : Pr = 80,1 – 206,4 + 46,7 = - 79,6 [dBw] III.2. Tính toán đường lên trong điều kiện trời trong : Số liệu trạm mặt đất : - Công suất phát : Pt = 500 W = 10lg500 = 27 dBw - Suy hao feeder giữa Anten và máy phát : LFTX = 0,5 dB - Tần số công tác tuyến lên : fu = 14 GHz - Đường kính Anten : DES = 4 m , DS = 2m - Hiệu suất Anten :  = 0,6 - Lỗi bám vệ tinh : t = 0,1 - Khoảng cách giữa trạm mặt đất và vệ tinh : R = 36000km - Suy hao khí quyển : La = 0,3 dB Số liệu lên quan đến vệ tinh : Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - - Độ rộng búp sóng Anten vệ tinh : 3dB = 2 - Hiệu suất Anten vệ tinh :  = 0,55 - Hệ số tạp âm máy thu : F = 3 dB - Nhiệt độ tạp âm feeder : T0 = 290 K - Nhiệt độ tạp âm Anten : Ta = 290 K -1/K = 228,6 dB  EIRP của trạm mặt đất : EIRP = PT GMAX LT LFTX ( II.3.2.1) Với : GRMAX =  D 2 u 3,14 . 4. 14 .10 9 2 10lg 0,6 = 53,1 dB 3 .10 8 Pt = 500 W = 27 dBw  Suy hao do Anten trạm mặt đất và anten vệ tinh lệch nhau ở tuyến phát : LT [dB] =12 T 2 = 12 T .D.fu 2 3dB 70 C (II.3.2.2) {3dB = 70 (/D) = 70 (c. /f .D)] = 12 0,1 .4.14.10 9 2 70 . 3.10 8 LT (dB) = 0,85dB  Suy hao feeder tuyến phát : LFTX = 0,5 dB Từ đó ta được : EIRPES = 27dB + 53,1dB – 0,85dB – 0,5dB = 78,7 [dBw]  Suy hao truyền sóng hướng lên : Lu = LF S + La (suy hao do khi quyển) Trong đó suy hao do khoảng cách : LF S = 10lg 4R 2 = 10lg 4.3,14 .36.10 6 .14 .10 9 2 = 206, 4dB Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - u 3 .10 8  Lu = 206,4 + 0,3 = 206,7 dB  Hệ số phẩm chất trạm thu vệ tinh tính theo công thức : Suy hao lệch hướng Anten thu trên vệ tinh về phía Anten trạm mặt đất LR [dB] = 12 (r/3dB)2 Trong trường hợp trạm mặt đất ở trên mép 3dB của vùng vệ tinh bao phủ ta có các tham số sau : LR = 3 dB LFRX = 3 dB LPOL = 0 dB TA = 290 K ( nhiệt độ tạp âm tại anten) TF = 290 K (nhiệt độ tạp âm tại feeder ) TR = (F – 1) TF = (10 0,3 – 1 ).290 = 288 K Thay các giá trị vào ta được hệ số phẩm chất của trạm thu trên vệ tinh: (G/T)sat = 46,7 – 3 – 3 -10 [lg(290/100,3+ 290 (1- 1/10 0,3) + 288)] = 46,7 – 3 – 3 – 27,6 = 13,1 dB/K * Công suất tín hiệu thu tại đầu vào vệ tinh : Pr = EIRP – LU + Gmax Thay vào ta được : Pr = 78,7 – 206,7 + 46,7 = - 81,3 [dBw]  Tỉ số công suất sóng mang trên mật độ công suất phổ tạp âm : (C/N)u = EIRP  (1/Lu)  (G/T)sat  (1/k)  (C/N)u = 78,7 – 206,7 +13,1 + 228,6 = 113,7 dB ( K = 1,38.10-23) : hằng số Bolzman Eb /N0 U = (C /N) U - 10lg( 12.1024.1024) =113,7 – 73 = 40,7 dB (Với bit rate = 12Mbps) III.3. Trường hợp đường lên bị mưa : Khi đường truyền tuyến lên bị mưa thì sóng điện từ bị hấp thụ năng lượng, bị biến đổi phân cực do sự biến dạng của hạt mưa, bản thân mưa cũng sinh ra bức xạ siêu cao tần làm nhiễu tín hiệu hữu ích và nhiệt độ nước mưa làm cộng thêm nhiệt độ tạp âm cho đường truyền . (G/T)sat = G Rmax LR LFRX LPOL Ta LFRX + TF 1 _ 1 LFRX + TR (II.3.2.3): (II.3.2.4) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Suy hao do mưa tại Việt Nam ở băng Ku trong điều kiện góc ngẩng dưới 50 theo kết quả tính trên cơ sở số liệu mưa của Việt Nam là 9 dB cộng với 0,3 dB do sai hướng Anten phát, như vậy suy hao đường truyền sẽ là : Lu = 206,4 + 0,3 + 9 = 215,7 dB * Công suất tín hiệu thu tại đầu vào vệ tinh : Pr = EIRP – LU + Gmax Thay vào ta được : Pr = 78,7 – 215,7 + 53,1 = - 83,2 [dBw] (C/N)u = 78,7 – 215,7 + 13,1 + 228,6 = 104,7dB Eb /N0 U = 104,7 – 73 = 31,7 dB IV. Tính toán đường truyền tuyến xuống: IV.1. Tính toán tuyến xuống Downlink : Cho một đường xuống với số liệu ban đầu như sau: - Đường kính Anten trạm mặt đất : D ES = 2 m , DS = 2m - Công suất phát của vệ tinh : Pt = 100 W = 10lg100 = 20 dBw - Tần số tuyến xuống : FD = 12 GHz - Độ rộng búp sóng Anten vệ tinh : 3dB = 2 - Khoảng cách giữa Anten mặt đất và vệ tinh : R = 36000 Km - Hiệu suất Anten mặt đất :  = 0,6 - Hiệu suất Anten vệ tinh :  = 0,55 - Giả sử mặt đất ở vùng trung tâm của chùm tia vệ tinh bao phủ . Các thông số cần tính toán trên đường truyền Downlink : Hình 2.6 Các thông số tính toán suy hao  Mật độ thông lượng công suất tại đầu vào trạm mặt đất :  = PtGt [W/m2] 4R2 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -  Hệ số khuếch đại của Anten tại vệ tinh : Gmax =  D 2 =  DfD 2 D c 3,14 . 2. 12 .10 9 2 10lg 0,55 = 10 lg 34705 = 45,4 dB 3 .10 8  Gmax = 45,4 dB EIRPsat = 45,4 +20 = 65,4 dBw   = 65,4 - 10lg(43,14(3610 6)2 = 65,4 –10 (lg 16277+12 lg10) = 65,4 – 10(4,21 +12) = 65,4 – 162,1 = - 96,7 dBW/m2  Suy hao tự do không gian tuyến xuống : LFS = 10lg 4R 2 = 10lg 43,14 361061210 9 2 d 3108 = 10(lg 3.271178 + 14lg 10) = 10 (6,51 + 14) = 205,1 dB Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -  Hệ số khuếch đại Anten thu tại mặt đất : Gmax = 10lg  D 2 = 10lg 0,6 3,14 21210 9 2 d 3108 = 10 lg 37860 = 45,78 dB  Công suất tín hiệu thu tại đầu vào anten trạm mặt đất : Pr = EIRPSAT – LFS + Gmax  Thay vào ta được : Pr = 65,4 – 205,1 + 45,78 = - 93,92 [dBw] IV.2. Tính toán đường truyền xuống trong điều kiện trời trong: Số liệu lên quan đến vệ tinh : - Công suất phát : Pt = 100 W = 10lg100 = 20 dBw , DS =2m - Suy hao giữa Anten và máy phát : LFTX = 1 dB - Suy hao do lệch hướng phát : LT = 3 dB - Tần số công tác tuyến xuống : fD = 12 GHz - Hiệu suất Anten :  = 0,55 - Độ rộng búp sóng Anten vệ tinh : 3dB = 2 - Khoảng cách giữa trạm mặt đất và vệ tinh : R = 36000 km - Suy hao khí quyển : La = 0,3 dB Số liệu trạm mặt đất : - Đường kính Anten trạm mặt đất : D = 2 m - Hiệu suất Anten mặt đất :  = 0,6 - Suy hao đấu nối giữa anten và máy thu : LFRX = 0,5 dB - Hệ số tạp âm máy thu : F = 2,2 dB - Nhiệt độ tạp âm feeder : TFEED = 290 K - Nhiệt độ tạp âm mặt đất : TGROUND = 45 K - Lệch hướng Anten :T = 0,1 - Suy hao khí quyển : La = 0,3 dB , Khi mưa LR = 0,6 dB Các thông số cần tính toán :  EIRP của trạm vệ tinh : Gmax =  D 2 = 10lg 0,55 3,14 21210 9 2 d 3108 = 10 lg 34.705 = 45,4 dB Suy hao do lệch hướng anten phát : LT = 3dB Suy hao anten và máy phát : LFTX = 1dB Tính EIRP của trạm vệ tinh : (II.4.1.1) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - EIRPsat = PtGmax (W)  EIRPsat = 45,4dB + 20dB – 3 – 1 = 61,4dBw LT LFTX :Suy hao truyền sóng tuyến xuống trong không gian là : LD = LFS + La trong đó : LFS = 10lg 4R 2 d 10lg 43,14 36.10 61210 9 2 3108 =10 (lg3.271178 + 14 lg 10) = 10 (6,51 + 14) = 205,1  LD = 205,1 + 0,3 = 205,4 dB La = 0,3 dB  Hệ số phẩm chất trạm thu mặt đất : Hệ số khuếch đại Anten thu trạm mặt đất : Gmax = 10lg  D 2 =  Dfd 2 d c 10lg 0,6 3,14 21210 9 2 3108 = 10 lg 37860 = 45,7 dB  Suy hao lệch hướng Anten thu trạm mặt đất về phía Anten vệ tinh : LR [dB] = 12 (R /3dB)2 LR(dB) = 12 RD fD 70 . C = 12 0,1. 2. 12 .10 9 2 70 .3.10 8 (G/T)sat = G Rmax LR LFRX LPOL Ta LFRX + TF 1 _ 1 LFRX + TR Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - LR(dB) = 0,15 dB Trong trường hợp trạm mặt đất ở trên mép 3 dB của vùng vệ tinh bao phủ ta có các tham số : LFRX = 0,5 dB LPOL = 0 dB Nhiệt độ tạp âm anten : TA = TSKY + TGOUND với TSKY = 20K -> TA = 20 + 450 K = 65 0 K TF = 290 K TR = (F – 1) TF = (10 0,22 – 1 ).290 = 191,3 K Thay các giá trị vào ta được hệ số phẩm chất : (G/T) = 45,7 – 0,15- 0,5 – 10 lg[ 65/100,05 +290(1-1/10 0,05) + 191,3 ] = 45,7 – 0,15 – 0,5 – 24,2 = 20,8 dB/K  Công suất tín hiệu thu tại đầu vào anten trạm mặt đất : Pr = EIRPSAT – LD + Gmax  Thay vào ta được : Pr = 61,4 – 205,4 + 45,7 = - 98,3 [dBw]  Tỉ số công suất sóng mang trên mật độ công suất phổ tạp âm : (C/N )D = EIRPsat  (1/LD)  (G/T)ES  (1/k) -> (C/N )D = 61,4 –205,4 +20,8 + 228,6 = 105,4 dB -> Eb /N0 D = (C/N )D – 10lg (12.1024.1024) = 105,4 – 73 = 32,4 dB IV.3. Trường hợp đường truyền xuống bị mưa : Khi đường truyền tuyến lên bị mưa thì sóng điện từ bị hấp thụ năng lượng, bị biến đổi phân cực do sự biến dạng của hạt mưa, bản thân mưa cũng sinh ra bức xạ siêu cao tần làm nhiễu tín hiệu hữu ích và nhiệt độ nước mưa làm cộng thêm nhiệt độ tạp âm cho đường truyền . Suy hao do mưa ở băng Ku trong điều kiện chuẩn là 7 dB cộng với 0,3dB do sai hướng anten phát như vậy suy hao đường truyền xuống sẽ là : LD = 205,4 + 7,3 = 212,7 dB Nhiệt độ tạp âm anten là: Lấy Tm = 2750K thay vào ta được : Tỷ số công suất sóng mang tên mật độ công suất phổ tạp âm tuyến xuống là : (C/N )D=EIRP.(1/LD).(G/T).(1/K) ground rain m rain sky A T A T A T T + ÷ ÷ ư ç ç ỉ - + = 1 1 ][183.191 10 11290 10 265log105,06,07,45)/( 26545 10 11275 10 20 05.005.0 7.07.0 dBKdBTG KT SES A                     (II.4.3.1) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -  Công suất tín hiệu thu tại đầu vào anten trạm mặt đất : Pr = EIRPSAT – LD + Gmax  Thay vào ta được : Pr = 61,4 – 212,7 + 45,4 = - 105,9 [dBw] suy ra : (C/N )D = 61,4 – 212 ,7 +18 + 228,6 = 95,3 dB (Eb /N0 ) D = 95,3 - 73 = 22,3 dB Giá trị C/N toàn hệ thống : (C/N UP). (C/N DOWN) C/N = (C/N UP)+(C/N DOWN) 113,7  105,4 C/N = = 54 ,6 dB 113,7 + 105,4 Đối với đường truyền bị mưa : 104,7  95,3 C/N = = 49 ,8 dB 104,7 + 95,3 Giá trị Eb / N0 toàn hệ thống là : ( Eb /N0 U ) (Eb /N0 D) Eb / N0 = ( Eb /N0 U ) (Eb /N0 D) 40,7 . 32,4 Eb / N0 = = 18 ,04 dB 40,7 + 32,4 Khi đường truyền bị mưa 31,7 . 22,3 Eb / N0 = = 13,1 dB 31,7 + 22,3 V. Các suy hao trong thực tế : Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Khi thiết kế đường truyền vệ tinh người ta phải chú ý đến ảnh hưởng của các loại suy hao sau : 1/ Suy hao do truyền sóng trong môi trường khí quyển có tính đến ảnh hưởng của hơi nước. Các loại khí, sương mù, mây mưa ... gọi tắt là suy hao đường truyền . L = LF S + LA LF S : suy hao Free space ; LA : suy hao khí quyển 2/ Suy hao trong bản thân các thiết bị thu phát tín hiệu như đầu nối dây, dây dẫn sóng .... + Suy hao giữa máy phát và Anten (LFTX) được tính bởi quan hệ: PTX = PT . LFTX PTX : công suất đầu ra bộ khuếch đại của máy phát PT : công suất phát của Anten + Từ đây có thể suy ra công suất bức xạ đẳng hướng hiệu dụng: EIRP = PT GT = (PTX . GT )/ LFTX [W] + Suy hao LFRX giữa máy thu và Anten là suy hao tạo nên bởi các feeder dẫn sóng và các đầu nối, để công suất thu là PR thì tại đầu vào máy thu có công suất : PRX =PR / LFRX 3/ Suy hao do Anten thu và phát lệch nhau . Khi Anten thu và phát lệch nhau sẽ tạo ra suy hao vì búp sóng chính của Anten thu không hướng đúng chùm tia Phát xạ của Anten phát. LT[dB] = 12 (T/3dB)2 LR[dB] = 12 (R/3dB)2 4/ Suy hao do không đúng phân cực . Loại suy hao này cũng không thể bỏ qua khi Anten thu không hướng đúng hướng phát cùng với phân cực của sóng mang thu, ví dụ đối với sóng điện từ phát đi được phân cực tròn thì chỉ trên trục bức xạ phân cực bị bức xạ của Anten sóng mới có phân cực tròn, ngoài trục bức xạ phân cực bị biến dạng thành Elip, ngoài ra khi truyền trong môi trường phân cực bị biến đổi do môi trường ... + Nếu gọi  là góc giữa hai mặt sóng thì suy hao do lệch phân cực được biểu diễn : L POL = 20lg(cos) và thường lấy bằng 3 dB trong trường hợp phân cực tròn . Tính đến 4 loại suy hao kể trên ta có thể biểu diễn công suất tín hiệu thu như sau: PRX = PTx Gmax 1 1 [W] LT LFTX LA LFS LR LFRX LPOL Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Kết luận : Chất lượng tín hiệu trên đường truyền giữa máy phát và máy thu được đánh giá bằng tỉ số giữa công suất tín hiệu so với công suất phổ tạp âm C/N. Đây hàm số của đặc tính thiết bị sử dụng trên đường truyền, EIRP của máy phát, hệ số phẩm chất trạm thu và đặc tính môi trường truyền sóng. Chất lượng đường lên được đánh giá bằng (C/N)u, còn chất lượng đường xuống được đánh giá bằng tỉ số (C/N)D , ảnh hưởng của môi trường truyền sóng đến đường lên và đường xuống rất khác nhau, ví dụ mưa lảm giảm tỉ số (C/N)u bằng cách làm giảm công suất tín hiệu thu tuyến lên tại đầu vào Anten vệ tinh, với tuyến xuống nó lại giảm tỉ số (C/N)D theo cách giảm công suất tín hiệu thu tuyến xuống và tăng nhiệt độ tạp âm tuyến xuống . Qua chương tính toán đường truyền và được kiểm nghiệm qua thực tế trong kỳ Seagames , và cuộc đua xe đạp xuyên việt vừa qua tại Đài Truyền Hình Thành Phố Hồ Chí Minh với công suất phát và thu vẫn hợp lý và ở ngưỡng cho phép để ta có thể điều chỉnh mức năng lượng hợp lý trên vệ tinh để thu tín hiệu trong ngưỡng cho phép -65dBw → - 25dBw, đối với thời tiết tốt hay trới có mưa, để đảm bảo tín hiệu không bị dừng hình để điều chỉnh BER (Bit Error Rate) cho hợp lý ,ứng với đường kính anten và công suất phát để điều chỉnh bộ phận HPA cho tối ưu. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - GHÉP KÊNH TRUYỀN HÌNH SỐ I: GHÉP KÊNH TÍN HIỆU DIGITAL Các gói audio Các gói video Dòng ghép kênh MPEG-2 Các gói số liệu khác Các gói số liệu hệ thống Hình 3.12: Ghép kênh gói. Có hai phương pháp thường được sử dụng để ghép kênh số từ nhiều vùng khác nhau thành 1 dòng như sau:  Ghép kênh phân chia theo thời gian TDM (Time Division Multiplexing Method). Về nguyên lý TDM gán các khe thời gian một cách tuần hoàn cho các dòng sơ cấp audio, video và số liệu. Bộ mã hóa audio Bộ mã hóa video Số liệu khác Số liệu hệ thống Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -  Ghép kênh gói (Packet Multiplexing method). Trong cách ghép kênh gói, các gói số liệu từ các dòng sơ cấp audio, video, số liệu được đan xen vào nhau một cách tuần hoàn hoặc không tuần hoàn, gói này tiếp theo gói kia để hình thành một dòng ghép kênh. Hệ thống ghép kênh MPEG-2 thuộc loại ghép kênh gói với sơ đồ nguyên lý như ở hình 3.12. 1. GHÉP KÊNH GÓI (PACKET MULTIPLEXING) MPEG: Các dòng sơ cấp của 1 hay nhiều chương trình Dòng ghép kênh MPEG-2  Hình 3.13: Bộ ghép kênh MPEG-2. Phần hệ thống của MPEG mô tả cách thức của dòng số video nén, audio nén và các dòng số liệu khác được ghép chung lại với nhau để tạo ra dòng ghép kênh MPEG. Một số thuật ngữ và các nguyên lý cơ bản của lớp hệ thống MPEG được trình bày dưới đây (như ở hình 3.13):  Chương trình (program): Theo ngôn ngữ phát thanh truyền hình, chương trình thường có nghĩa là các tiết mục thông tin, giáo dục, giải trí… được các đài phát lên sóng hàng ngày. Trong ngữ nghĩa của MPEG, thuật ngữ chương trình có nghĩa là một kênh (channel) hay một dịch vụ phát sóng Số liệu riêng Thông tin dịch vụ Điều khiển truy cập có điều kiện BỘ GHÉP KÊNH MPEG-2 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - (broadcast service) đơn. Theo định nghĩa này thì VTV1, VTV3, … là các chương trình.  Dòng sơ cấp ES (Elementary Stream): Một chương trình gồm một hay nhiều dòng sơ cấp. Chương trình truyền hình thông thường ở phương Tây bao gồm ba dòng sơ cấp: dòng video, dòng audio và dòng số liệu teletext.  Dòng ghép kênh: Lớp hệ thống MPEG-2 mô tả cách thức các dòng sơ cấp của một chương trình hay của nhiều chương trình được ghép chung với nhau tạo ra một dòng số liệu thích hợp cho lưu trữ số hay truyền dẫn số. Các thông tin cần thiết khác:  Hệ thống các nhãn thời gian (Time - Stamp TS): Sử dụng để đảm bảo các dòng sơ cấp liên hệ được phát lại một cách đồng bộ tại bộ giải mã.  Các bảng thông tin dịch vụ (Service Information): Mô tả các chi tiết về thông số mạng, về các chương trình đang được ghép kênh và về bản chất của các dòng sơ cấp khác nhau.  Các thông tin điều khiển việc xáo trộn (Scrambling) số liệu, các thông tin dùng để truy cập có điều kiện CA (Conditional Access).  Các kênh số liệu riêng (private data): Số liệu riêng là dòng số liệu mà nội dung của nó không được quy định bởi tiêu chuẩn MPEG. Ở MPEG đạt được sự đồng bộ thông qua việc sử dụng nhãn thời gian tần số và chuẩn đồng hồ (Clock system CS). TS là mẫu data 33 bit chỉ báo thời gian theo đồng hồ thời gian hệ thống (system time clock STC) của một đơn vị trình diễn (presentation unit PU: là ảnh video.audio v.v.) nào đó. 2. TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG GHÉP KÊNH MPEG-2: Các hệ thống ghép kênh MPEG-2 được trình bày trên hình 3.14. Có thể phân biệt 2 loại hệ thống: hệ thống ghép kênh dòng chương trình và hệ thống ghép kênh dòng truyền tải. Bộ mã hóa video mã hóa tín hiệu video số định dạng CCIR - 601 thành dòng sơ cấp video (video ES) có chiều dài gần như vô tận và chỉ chứa những thông tin tối cần thiết để có thể khôi phục lại hình ảnh ban đầu. Bộ mã hóa audio mã hóa tín hiệu audio số định dạng AES/EBU thành dòng sơ cấp audio có chiều dài tùy ý (tần số lấy mẫu 48KHz, số bit mẫy 24 bit và tốc độ bit là 1152 Kbit/s) Để có thể truyền được với tốc độ cao, các dòng video, audio được đóng gói lại thành các dòng sơ cấp PES (Packetized Elementary Stream) tương ứng với các gói có độ dài thay đổi. Mỗi gói PES bao gồm một header và một số liệu trích ra từ dòng sơ cấp. Các gói PES lại được ghép với nhau tạo ra dòng chương trình PS (Program Stream) hay dòng truyền tải TS (Transport Stream).  Các lớp trong hệ thống MPEG – 2 (như hình 3.15) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -  Lớp nén: mô tả cú pháp của dòng video và audio dựa trên cấu trúc dòng data video và audio đã được trình bày ở các phần trước. Các chuỗi data hay video, audio độc lập được mã hóa MPEG – 2 để tạo ra các dòng độc lập gọi là dòng cơ bản (elementary stream ES).  Lớp hệ thống: định nghĩa tổ hợp của các dòng bit audio và video riêng biệt thành một dòng đơn để lưu trữ (dòng chương trình PS) hay truyền tải (dòng truyền tải TS), như mô tả ở hình 3.14. Hệ còn gồm cả thông tin định thời và thông tin khác cần cho giải đa hợp dòng audio, video và để đồng bộ audio – video ở phía giải mã; thông tin chuẩn đồng hồ hệ thống (system clock reference SCR) và nhãn thời gian trình diễn (presentation time stamp PTS) được chèn vào dòng bit MPEG. H.3.14: Hệ thống ghép kênh MPEG–2. Chuẩn MPEG định nghĩa một hệ thống ba dòng data có thứ bậc: dòng sơ cấp đã đóng gói, dòng chương trình và dòng truyền tải.  Dòng sơ cấp đã đóng gói PES: Qua bộ đóng gói, dòng sơ cấp được chia thành các gói có độ dài tùy ý. Nội dung gói có nguồn gốc từ dòng data hay dòng audio hay dòng video đã được mã hóa MPEG – 2, như hình 3.16.  Dòng chương trình: Các gói PES có nguồn gốc từ 1 hay nhiều dòng sơ cấp dùng chung gốc thời gian như là dòng audio, video, data, được ghép thành một dòng chương trình PS như các lô (pack) có tính lặp lại, như ở hình 3.27. Trong phần header của lô, SCR đảm bảo các gói audio và video được định thời. Đó là tín hiệu thời gian thực chỉ báo thời gian truyền lô đó. Cá lô PS có độ dài tùy ý. Số lượng và trình tự các gói trong lô không được định nghĩa, nhưng các gói Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - được gửi theo trình tự thời gian. Một PS có thể mang tới 32 dòng audio, 16 dòng video, 16 dòng data; tất cả đều có chung gốc thời gian. PS nhạy với lỗi và được dùng trong ghi hình đa phương tiện và phân phối nội bộ, trong các ứng dụng có sai số truyền có thể bỏ qua được. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -  Dòng truyền tải TS: có thể được tạo thành từ một tổ hợp 1 hay nhiều dòng PS có gốc thời gian độc lập nhau hoặc từ một tổ hợp các PES, như ở hình 3.17. Tuy nhiên, PS không phải là một bộ con của TS, do TS không chứa tẩt cả thông tin bán ảnh chương trình. Khi trích PS từ TS phải thu được vài thông tin trên thì các gói PES có nguồn gốc từ một hay nhiều dòng sơ cấp ES dùng chung gốc thời gian hay gôc thời gian khác nhau như dòng audio, video và data được ghép hợp thành một dòng truyền tải TS gồm các gói truyền tải có kích cỡ nhỏ mang tính lặp lại, như ở hình 3.19. Một hay nhiều PS có clock chuẩn khác nhau cũng có thể được ghép hợp thành một TS qua sự chuyển đổi trong gói PES. Các gói TS có chiều dài cố định 188 byte và nội dung data của chúng như mô tả ở hình 3.18. Chúng mang thông tin định thời, thông tin đồng bộ và cơ chế sửa jitter để bảo đảm truyền tải khoảng cách xa tin cậy được. Hơn nữa, kích cỡ gói data cố định cho phép chuyển đổi TS thành các tế bào mạng ATM (asynchronous tranfer mode). Dòng này có sức đề kháng với lỗi nên được chỉ định cho các ứng dụng có sai số không thể bỏ qua được. Gói dài 188 byte 4 byte Phần payload data thực tế (dài 184 byte) Từ đồng bộ 47H Các bit chỉ báo sai số truyền; chỉ báo bắt đầu gói;ưu tiên truyền tải; nhận dạng gói; điều khiển xóa trộn v.v. H 3.18:Cấu trúc gói dòng truyền tải TS Header gói TS Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 3. GHÉP KÊNH DÒNG CHƯƠNG TRÌNH (PROGRGAM STREAM MUX) Chuỗi audio#n-1 Chuỗi audio#n+1 Chuỗi audeo #n ......... Chuỗi video#n-1 Chuỗi video#n+1 Chuỗi video#n ......... V A A D A V A V V A V A PS # 1 ES- Video PES - Video Gói truyền tải video ES- Audio Gói truyền tải audio PES - audio Dòng TS PS # 2 PS # 3 188 Byte V : video A : audio D : data H 3.19: định dạng dòng truyền tải MPEG - 2 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Gói PES Mô hình hệ thống ghép kênh chỉ ra trong hình 3.20. Một dòng chương trình là kết quả ghép kênh một vài dòng cơ sở đóng gói sử dụng cùng một hệ thống xung nhịp thời gian. Chương trình có thể là một dòng video có kèm audio hoặc một chương trình nhiều kênh audio. Video PES Program Stream (PS) Audio PES Hình 3.20: Ghép kênh dòng chương trình Dòng video cơ sở được chia thành các đơn vị truy cập (AU – Access Units). Mỗi AU chứa dữ liệu đã được nén của một ảnh. Các anh này phân biệt bởi ảnh I, P hoặc B. Mỗi video AU là một gói chương trình (Program Stream Packet), các gói này thay đổi về kích thước. Ví dụ gói ảnh I lớn hơn nhiều gói ảnh B. tuy nhiên đối với các đơn vị truy cập audio số (DAA – Digital Audio Access) thường có cùng kích thước và vài DAA tạo thành một gói dòng chương trình. PES Header Audio Hình 3.21: Dòng chương trình. Dòng chương trình được thiết kế để truyền trong môi trường không có tạp nhiễu và sai nhầm, ví dụ như trong các ứng dụng CD – ROM vì hai nguyên nhân sau:  Dòng chương trình bao gồm các gói tương đối dài nối tiếp nhau và độ dài này lại luôn thay đổi. Mỗi gói bắt đầu bằng một tiêu đề (header). Mỗi lỗi xảy ra trong phần tiêu đề có thể làm mất thông tin của toàn gói. Vì các gói của chương trình có thể chứa vài chục Kbyte số liệu nên sự mất mát thông tin của một gói có thể làm mất hoặc gián đoạn cả một khung ảnh. Program Stream MUX Audio Video Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -  Độ dài gói không cố định khiến cho bộ giải mã không dự đoán được khi nào gói chấm dứt và khi nào gói mới bắt đầu. Thay vào đó, bộ giải mã đọc và dịch lại bộ thông tin về độ dài gói chứa trong mỗi tiêu đề, nếu thông tin về độ dài gói này bị lỗi, bộ giải mã sẽ mất đồng bộ và như vậy sẽ làm mất thông tin ít nhất là một gói. Vì môi trường truyền dẫn phát sóng mà chúng ta quan tâm luôn có tạp nhiễu và sai nhầm, do đó không thể dùng dòng chương trình được mà phải dùng dòng truyền tải. 4. GHÉP KÊNH DÒNG TRUYỀN TẢI (TRANSPORT STREAM MUX) Mô hình hệ thống ghép kênh dòng truyền tải TS chỉ ra trong hình 3.22. Nếu chia các gói PES có độ dài khác nhau thành các gói TS có độ dài không đổi (mỗi gói TS được bắt đầu bằng TS header và thường có chiều dài 188 byte) v