i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NÔNG NGỌC KHÁNH

CÔNG NGHỆ TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT DVB-T2
VÀ ỨNG DỤNG TẠI TỈNH TUYÊN QUANG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH
KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS-TS NGUYỄN THANH HÀ

Thái Nguyên, tháng 12-2015
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




ii

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LỜI CAM ĐOAN
NÔNG NGỌC KHÁNH
Tên tôi là: Nông Ngọc Khánh

KHOA CHUYÊN MÔN
TRƢỞNG KHOA

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nông Ngọc Khánh

Nguyễn Duy Cƣơng

Nguyễn Thanh Hà
PHÒNG ĐÀO TẠO

Thái Nguyên, tháng 12-2015
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




iii
LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học và làm đề tài thạc sỹ, em đã nhận được sự truyền đạt
về kiến thức, phương pháp tư duy, phương pháp luận của các giảng viên trong
trường. Sự quan tâm rất lớn của nhà trường, các thầy cô giáo trường Đại học Kỹ
thuật Công nghiệp Thái Nguyên và các bạn cùng lớp.
Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Khoa đào tạo Sau đại học, các
thầy cô giáo tham gia giảng dạy đã tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện để em
hoàn thành luận văn này.
Em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy P.GS-.TS. Nguyễn Thanh
Hà và tập thể cán bộ giảng viên bộ môn. Hội đồng bảo vệ đề cương thạc sỹ đã cho

2.2 Đặc tính kỹ thuật của DVB-T ............................................................................16
2.2.1 Bộ điều chế DVB-T ........................................................................................16
2.2.4 Tổ chức kênh trong OFDM ..............................................................................25
2.2.5. Phƣơng thức mang dữ liệu trong COFDM .....................................................28
2.3. Mã hóa kênh trong DVB-T ................................................................................29
2.3.1.Mã hóa phân tán năng lƣợng ............................................................................30
2.3.2.Mã ngoại (outer coding) ...................................................................................31
2.3.3.Ghép xen ngoại (outer interleaving) ................................................................32
2.3.4.Mã hoá nội (inner coding) ................................................................................33
2.3.5.Ghép xen nội ....................................................................................................35
2.4 Một số khả năng ƣu việt của DVB-T ..................................................................40
2.4.1 Điều chế phân cấp ............................................................................................40
2.4.2. Mạng đơn tần SFN ..........................................................................................45
Chƣơng III: TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN DVB-T2 .....49
3.1. Giới thiệu chung về tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T2. .....................49

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




v
3.2 Những ƣu điểm cơ bản của tiêu chuẩn DVB-T2: ...............................................49
Mô hình cấu trúc hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T2 ....................................51
3.3 Các đặc tính kỹ thuật của truyền hình số mặt đất DVB- T2 ...............................51
3.3.1 Mô hình cấu trúc DVB-T2: ..............................................................................51
3.3.2 Một số tính năng mở rộng của DVB-T2 ..........................................................53
3.4 Những giải pháp kỹ thuật cơ bản: .......................................................................53
3.4.1 Mô hình cấu trúc DVB-T2 ...............................................................................54
3.4.2 Mã hóa và ghép kênh. ......................................................................................54

4.1.1 Lộ trình số hóa truyền hình số mặt đất .............................................................79
4.1.2: Vùng phủ sóng DVB-T tại tỉnh Tuyên Quang ....................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO:........................................................................................84

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




vii
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Phổ của tín hiệu tƣơng tự và tín hiệu số......................................................3
Hình 1.2: Phát hình DVB-T .......................................................................................4
Hình 1.3: Bản đồ phân bố các nƣớc trên thế giới lựa chọn tiêu chuẩn DVB-T. .........5
Hình 1.4: Khung dữ liệu VSB .....................................................................................7
Hình 2.0:Sơ đồ khối chức năng hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T................11
Hình 2.1. Sơ đồ khối máy phát truyền hình số mặt đất DVB-T ............................... 12
Hình 2.2: Hiện tƣợng trễ gây xuyên nhiễu giữa các symbol..................................... 20
Hình 2.3: Chèn thêm khoảng bảo vệ ........................................................................22
Hình 2.4: Chèn thêm các scattered pilot ...................................................................24
Hình 2.5 Phân chia kênh ...........................................................................................25
Hình 2.6: Ví dụ về đáp ứng kênh thay đổi theo thời gian với hai đƣờng trễ, mỗi cái
có một độ dịch tần Doppler khác nhau, cùng với đƣờng tín hiệu chính. Trục z miêu
tả biên độ đáp ứng kênh. ...........................................................................................26
Hình2.7: Chèn các sóng mang phụ ...........................................................................26
Hình 2.8: Chèn khoảng bảo vệ ..................................................................................27
Hình 2.9: Dạng tín hiệu minh hoạ khi có khoảng bảo vệ..........................................27
Hình2.10: Các sóng mang đồng bộ ...........................................................................28
Hình 2.11: Thực hiện mapping dữ liệu lên các symbol ............................................29
Hình 2.12: Chòm sao cơ sở của DVB-T ...................................................................29

Hình 3.13: Chòm sao 10-QAM xoay ........................................................................65
Hình 3.14 Tráo tế bào................................................................................................68
Hình 3.15 ...................................................................................................................70
Hình 3.16: cấu trúc khung DVB-T2..........................................................................71
Hình 4.2: Phổ tín hiệu DVB-T2 lý thuyết với khoảng bảo vệ- GI=1/8( Kênh 8MHz
với chế độ sóng mang mở rộng 8K,16K,32K) ..........................................................74

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




ix
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
ATSC

Advanced Television System Commitee
Active Constellation Extension – mở rộng chòm sao tích cực

BPSK

Binary Phase Shift Keying – Khóa dịch pha hai mức

BCH

Bose-chaudhuri - hocquenghem
Cosultative Committee on International Telegraph and Telephon
Cosultative Committee on International Radio
Comtes Europesen de Normalisation ELECtrotechnique
Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing

DVB – Terrestrial - Truyền dẫn truyền hình số mặc đất
Eruopean Telecommunications Standards Institute

ES

dòng cơ bản (Elementary Strcam)

FEC

Forward Error Correction – hiệu chỉnh lỗi trƣớc

FFT

Fast Fourier Transform – Chuyển đổi Fourier nhanh

FSK

Fequeney Shift Keying – Khóa dịch tần

GOP

Group Of Picters – Nhóm ánh (trong Mpeg)

HDTV

Hing Definetion TeleVision – truyền hình phân giải cao

I

In-phase – Đồng pha (dùng trong QAM)

PLP

Physical Layer Pipes - ống lớp vật lý (dùng trong DVB-T2)
Low Density Check – kiểm tra cƣờng độ ƣu tiên thấp (dùng trong
DVB-T2)

MB

Macro Block – Khối macro (dùng trong MPEG – 2)

ML

Main Level (dùng trong MPEG – 2)

MP

Main Profile (dùng trong MPEG – 2)

MPEG

Moving Pictes Experts Group

MISO

(Multiple Input, Single Output) – đa anten phát, một anten thu
Ortogonal Frequeney Division Multiplexing

OOK

On – off – Key – Khóa tắt mở

UHF

Ultra – Haing Frequency

VHF

Very-High Frequency

VLC

Variable Length Coding – Mã có độ dài thay đổi

VSB

Vestigial sideband – Biên tần cụt

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




1
MỞ ĐẦU
Với sự phát triển kinh tế và khoa học kỹ thuật, các nghành công nghệ trong đó
nghành có ngành công nghệ điện tử viễn thông đã có sự phát triển vƣợt bậc trong 3
thập kỷ vừa qua đem lại nhiều thành tựu phát minh ứng dụng trong sản xuất, trong
đời sống xã hội. Công nghệ truyền hình là một bộ phận quan trọng trong lĩnh vực
điện tử viễn thông, nó có những ứng dụng rộng rãi nó có ứng dụng rộng rãi trong
đời sống xã hội đồng thời trong phát triển văn hóa tinh thần.Trong những năm gần
đây chúng ta đã chứng kiến trong truyền hình chuyển đổi từ truyền hình tƣơng tự

khả năng phát hiện lỗi và sửa lỗi, khắc phục đƣợc những ƣu điểm, có khả năng
tƣơng thích vơí nhiều loại hình dịch vụ khác nhau cũng nhƣ khả năng phát sóng các
chƣơng trình truyền hình độ phân giải cao HDTV…. Việc truền hình tín hiệu truyền
hình số thông qua cáp đồng trục, cáp quang, vệ tinh hay truyền hình số mặt đất.
1.2 Đặc điểm hệ thống truyền hình số
Thiết bị truyền hình số dùng trong truyền dẫn chƣơng trình truyềnh nhiều
kênh. Tín hiệu truyền hình số yêu cầu băng thông rộng hơn, ngoai tín hiêệu truyền
hình còn có kèm theo các kênh âm thanh và các thông tin khác nhau nhƣ: thời gian
chuẩn, các thông tin phụ….đƣợc ghép vào các khoảng trống của đƣờng truyền.
Ít bị tác động của nhiễu, khả năng chống nhiễu và sửa lỗi tốt hơn, có thể khắc
phục đƣợc hiện tƣợng chồng phổ tín hiệu, hiện tƣợng bóng ma(Ghosts) so với
truyền hình tƣơng tự
Việc truyền tín hiệu số đƣợc thực hiện khi đảm bảo sự tƣơng quan giữa các
kênh truyền tín hiệu. Do đó, các thông tin đồng bộ đƣợc đƣa vào để đồng bộ các tín
hiệu có thể khóa mã dễ dàng
Quá trình xử lý tín hiệu số đơn giản hơn nhiều so với tín hiệu tƣơng tự nhƣ:
sửa đổi thời gian gốc, chuyển đổi tiêu chuẩn, giảm độ rộng băng tần…..
1.3. Sự cần thiết và ƣu điểm của truyền hình số:
Khởi điểm chỉ là truyền hình đen trắng, kỹ thuật còn thô sơ, rồi xuất hiện
truyền hình màu. Lúc đó ngƣời xem đã cảm thấy rạng rỡ hơn nhiều rồi. Nhƣng công
nghệ thì không bao giờ dừng lại vì nhu cầu của ngƣời xem cũng không bao giờ
dừng lại. Các chƣơng trình sinh động hơn, linh hoạt hơn, thêm rất nhiều dịch vụ
mới ra đời. Nếu trƣớc kia việc mong ƣớc đƣợc chứng kiến trực tiếp một sự kiện nào
đó xảy ra ở bên kia bán cầu chỉ có ở trong mơ thì ngày nay nhu cầu của ngƣời xem
đã vƣợt xa hơn nhiều. Các chƣơng trình phải có độ nét cực cao, xem đồng thời rất
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN





tÝn
hiÖu
t-¬ng
tù

Phổ tín hiệu số

Hình 1.1: Phổ của tín hiệu tương tự và tín hiệu số
- Công suất phát không cần qúa lớn vì cƣờng độ điện trƣờng cho thu số thấp
hơn cho thu analog (độ nhậy máy thu số thấp hơn -30dB đến -20dB so với máy thu
analog).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




4
- Thu số không còn hiện tƣợng "bóng ma" do các tia sóng phản xạ từ nhiều
hƣớng đến máy thu. Đây là vấn đề mà hệ phát analog đang không khắc phục nổi.
- Thu bằng anten cố định trong nhà hay anten di chuyển (của máy thu xách
tay) đều thực hiện đƣợc.
- Thu di động tốt, ngƣời xem dù đi trên ôtô, tàu hoả vẫn xem đƣợc các chƣơng
trình truyền hình. Sở dĩ nhƣ vậy là do xử lý tốt đƣợc hiện tƣợng Doppler.

Distant
transmitter

Nearest transmitter

Hình 1.2: Phát hình DVB-T

Hình 1.3: Bản đồ phân bố các nước trên thế giới lựa chọn tiêu chuẩn DVB-T.
1.4.1 Chuẩn ATSC
Đặc điểm chung
Hệ thống ATSC có cấu trúc dạng lớp, tƣơng thích với mô hình OSI 7 lớp của
các mạng dữ liệu. Mỗi lớp ATSC có thể tƣơng thích với các ứng dụng khác cùng
lớp. ATSC sử dụng dạng thức gói MPEG-2 cho cả Video, Audio và dữ liệu phụ.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




6
Các đơn vị dữ liệu có độ dài cố định phù hợp với sửa lỗi, ghép dòng chƣơng trình,
chuyển mạch, đồng bộ, nâng cao tính linh hoạt và tƣơng thích với dạng thức ATM.
Tốc độ bít truyền tải 20 Mbps cấp cho một kênh đơn HDTV hoặc một kênh
truyền hình chuẩn đa chƣơng trình.
Chuẩn ATSC cung cấp cho cả hai mức: truyền hình phân giải cao (HDTV) và truyền
hình tiêu chuẩn (SDTV). Đặc tính truyền tải và nén dữ liệu của ATSC là theo MPEG-2.
ATSC có một số đặc điểm nhƣ sau:
Tham số

Đặc tính

Video

Nhiều dạng thức ảnh (nhiều độ phân giải khác nhau). Nén
ảnh theo MPEG-2, từ MP @ ML tới MP @ HL.

Audio

7
Mỗi đoạn dữ liệu bao gồm 4 biểu trƣng dành cho đồng bộ đoạn dữ liệu và 828
biểu trƣng dữ liệu.
Một gói truyền tải MPEG-2 chứa 188 byte dữ liệu và 20 byte tƣơng suy cho
208 byte. Với tỷ lệ mã hoá 2/3, ở đầu ra của mã sửa sai ta có:
208 x 3/2 = 312 bytes
312 bytes x 8 bit = 2496 bit
Tóm lại một đoạn dữ liệu chứa 2496 bit.
Các biểu trƣng đó sẽ đƣợc điều chế theo phƣơng thức nén sóng mang với hầu
hết dải biên dƣới. Tín hiệu pilot đƣợc sử dụng để phục hồi sóng mang tại đầu thu,
đƣợc cộng thêm tại vị trí 350 KHz phía trên giới hạn dƣới dải tần.

1

828 biÓu tr- ng
§ ång bé mµnh sè 1

312 ®o¹ n d÷ liÖu

D÷ liÖu
46,8s
§ ång bé mµnh sè 2

D÷ liÖu

77,7s

Hình 1.4: Khung dữ liệu VSB
1.4.2.Chuẩn ISDB-T
Hệ thống chuyên dụng cho phát thanh truyền hình số mặt đất đã đƣợc hiệp hội

Độ rộng băng tần

7.433

7.431

7.426

5.291

2.645

1.322

1405

2809

5617

(Mhz)
Khoảng cách sóng
mang (Khz)
Số sóng mang

Kiểu điều chế sóng QPSK, 16QAM, 64QAM, DQPSK
mang
Số biểu trƣng trong 204
một khung
Khoảng thời gian


1/32

5.90625

11.8125

23.625

tích cực trong một
biểu trƣng (S)
Khoảng
bảo
(S)

Mã hoá trong

Mã hóa cuộn (1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8)

Mã hoá ngoài

Mã Reed Solomon (204, 188)

Bảng 1.2: Các thông số truyền dẫn ISDB-T cho kênh truyền 8 Mhz
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




9

Multiplexing). COFDM là kỹ thuật có nhiều đặc điểm ƣu việt, có khả năng chống
lại phản xạ nhiều đƣờng, phù hợp với các vùng dân cƣ có địa hình phức tạp, cho
phép thiết lập mạng đơn tần (SFN- Single Frequency Network) và có khả năng thu
di động, phù hợp với các chƣơng trình có độ nét cao HDTV.
DVB-T là thành viên của một họ tiêu chuẩn DVB, trong đó bao gồm tiêu
chuẩn truyền hình số qua vệ tinh, mặt đất, cáp.
2.2.2 Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T
Hệ thống đƣợc định nghĩa là một thiết bị gồm những khối chức năng, tín
hiệu đầu vào là dòng truyền tải MPEG-2 nhận đƣợc tại đầu ra của bộ ghép
(Multiplexer), đầu ra là tín hiệu RF đi tới awngten.
Hệ thống tƣơng thích với chuẩn nén tín hiệu vide MPEG-2 ISO/IEC 13818.
Do hệ thống đƣợc thiết kế cho truyền hình số mặt đất hoạt động trong băng
tần UHF hiện có, nên đòi hỏi hệ thống phải có khả năng chống nhiễu tốt từ các máy
phát tƣơng tự hoạt động cùng kênh hoặc kênh liền kề, đòi hỏi hệ thống phải có hiệu
suất sử dụng phổ tần cao băng tần UHF, điều này có thể đảm bảo bằng việc sử dụng
mạng đơn tần (SFN).
Sơ đồ khối chức năng hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T đƣợc thể hiện
ở hình 2.0 dƣới đây

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




11

Hình 2.0:Sơ đồ khối chức năng hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T
Đây là sơ đồ khối của một hệ thống phát truyền hình số mặt đất đầy đủ. Các
tín hiệu hình ảnh, âm thanh sẽ qua một loạt quá trình xử lý để cuối cùng, tại đầu ra
angten cũng vẫn là tín hiệu cao tần phát đi.

mã ngoại và ghép xen ngoại. Sở dĩ gọi là „ngoại‟ vì việc xử lý ở đây là theo byte,
còn mã „nội‟ và ghép xen nội là xử lý theo “bit”. Bộ mã ngoại sử dụng mã ReedSolomon RS (204,188,t=8) để mã hóa dữ liệu đã đƣợc ngẫu nhiên hóa nhằm tạo ra
các gói dữ liệu đã đƣợc bảo vệ lỗi. Do đƣợc mã hóa theo mã RS (204,188, t=8) nên
mỗi gói dữ liệu sẽ đƣợc thêm 16 bytes sửa lỗi và nó có khả năng sửa tới 8 lỗi trong
một gói.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




13
Việc ghép ngoại chính là ghép các byte với một chu kỳ ghép quy định trƣớc,
thƣờng độ sâu ghép là 1=12. Đây là việc giảm tính thông kê của lỗi.
Khối mã nội (inner encoder)
Đây là quá trình mã hóa tiếp theo nhƣng việc mã sẽ chi tiết đên từng bít.
Thông số mã hóa ở đâ chính là tỷ lệ mã hóa n/m (1/2,2/3,3/4….). Nghĩa là cứ m bít
truyền đi thì chỉ có n bít mang thông tin, các bít còn lại là để sửa lỗi.
Khối ghép xen nội (inner leaver)
Dữ liệu đến đây sẽ đƣợc tráo hoàn toàn theo từng bít, thông tin sẽ rất khác so
với ban đầu. Quá trình này để giảm thiểu lỗi đến mức tối đa.
Các khối điều chế tín hiệu (Mapper, Frame Adaptation, OFDM..)
Đây là quá trình xử lý phức tạp nhất, nhƣng về nguyên lý nhƣ sau: Dữ liệu
sau khi đã hoàn thành mã sửa lỗi sẽ đƣợc ánh xạ lên chòm sao điều chế (khối
mapper), và sau khi thêm các pilot đồng bộ, các dữ liệu sẽ đƣợc đƣa lên các sóng
mang. Việc chèn thêm các khoảng bảo vệ cũng sẽ đƣợc thực hiện nhằm tối ƣu hóa
tính ƣu việt của truyền hình số.
Khối D/A:
Thực ra đây không phải là biến đổi Digital/Analog thuần túy thông thông.
Mà đó là quá trình hoàn chỉnh hàng ngàn sóng mang để đảm bảo việc phát tín hiệu
lên angten.

Để thích ứng với các tốc độ truyền dẫn khác nhau, kỹ thuật OFDM có 2 lựa
chọn về số lƣợng sóng mang, ba sơ đồ điều chế QPSK, 16 QAM, 64 QAM và
khoảng bảo vệ khác nhau cho phép làm việc với mạng đơn tần nhỏ và lớn.
Trong một điều kiện xác đinh, việc thu chƣơng trình truyền hình từ một máy
phát này đều truyền tải một chƣơng trình truyền hình đƣợc đồng bộ chặt chẽ tạo nên
mạng đơn tần.
Trong một điều kiện xác định, việc thu chƣơng trình truyền hình từ một số
máy phát hoạt động trên cùng một tần số là rất có lợi, tất nhiên các máy phát này
đều truyền tải một chƣơng trình truyền hình đƣợc đồng bộ chặt chẽ tạo nên mạng
đơn tần.
Hệ thống cho phép hai mức mã kênh và điều chế phân cấp. Trong trƣờng hợp
này sơ đồ khối của hệ thống có thêm phần các khối vẽ nét đứt nhƣ hình 2.0. Bộ chia
dòng tín hiệu đầu vào thành hai dòng tín hiệu MPEG độc lập: dòng tín hiệu có độ
ƣu tiên cao và dòng tín hiệu có độ ƣu tiên thấp. Hai dòng bít này đƣợc phân bố trên
miền đồ chòm sao bởi khối Mapper.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




15
Để đảm bảo có thể dùng máy thu đơn giản thu đƣợc tín hiệu phân cấp nà, hệ
thống chỉ sử dụng mã kênh và điều chế phân cấp mà không dùng mã nguồn phân
cấp. Theo phƣơng thức này một chƣơng trình truyền hình đƣợc truyền đồng thời
dƣới hai dạng: tốc độ bít thấp với độ phân giải thấp và dạng thứ hai là tốc độ bít
cao với độ phân giải cao hơn. Trong cả 2 trƣờng hợp, máy thu chỉ cần một bộ bao
gồm các khối với các chức năng ngƣợc lại máy phát: khối giải ghép xen trong, giải
mã hóa trong, giải mã hóa xen ngoài, giải mã hóa xen ngoài và giải ghép kênh. Máy
thu chỉ cần có thêm chức năng phân tách dòng bít đƣợc chọn từ sự phân bố trong