Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả
nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công
trình nào khác.
Tôi xin cam đoan các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ
nguồn gốc.
Ngày 10 tháng 9 năm 2015
Học viên

Nguyễn Đức Thư

i


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình làm luận văn em nhận được rất nhiều sự giúp đỡ thầy cô, bạn
bè. Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn đồ án PGS.
TS. Lê Quốc Vượng cùng các thầy cô trong Khoa Điện-Điện tử - Trường Đại học

Hàng Hải Việt Nam. Vì thời gian có hạn và kiến thức còn hạn chế nên luận văn của
em không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý chân thành
của thầy cô và bạn bè.
Em xin chân thành cảm ơn!

ii



ASK
AWGN
BER
Bps
BPSK
BS
BSC
BTS
CDMA

Access Point Repeater
Amplitude Shift Keying
Additive White Gaussian Noise
Bit Error Rate
Bits per second
Binary Phase Shift Keying
Base Station
Base Station Controller
Base Transmission Station
Code Division Multiple Access

Bộ lặp điểm truy nhập
Khóa dịch biên
Nhiễu tạp âm trắng
Tỷ lệ bít lỗi
Bit trên giây
Khóa dịch pha nhị phân
Trạm gốc
Bộ điều khiển trạm gốc
Trạm phát gốc

Multiple Access
Digital Signal Processing
Direct Sequence Spread Spectrum
Digital Video Broadcasting
Digital Video Broadcasting – Cable
Digital Video Broadcasting – Satellite

mã dãy trực tiếp
Xử lý tín hiệu số
Trải phổ chuỗi trực tiếp
Truyền hình số quảng bá
Truyền hình số quảng bá cáp
Truyền hình số quảng bá vệ

DVB-T

Digital Video Broadcasting -Terrestrial

tinh
Truyền hình số quảng bá mặt

ETSI

European Telecommunications

đất
Viện tiêu chuẩn viễn thông

EBNR


phát triển toàn cầu

iv


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
FDD

Frequency Division Duplexing

Song công phân chia theo tần

FDM A

Frequency Division Multiplexing

số
Đa truy nhập phân chia theo

FEC
FFT
FIR
FM
Fs
FSK
GI
GPRS
GSM

Access

HLR
ICI

Network type 2
High Definition Television
Home Location Rigister
Inter-Carrier Interference

dây
Truyền hình phân giải cao
Bộ ghi định vị thường trú
Nhiễu liên kênh

IDM
IF
IFFT

Inter-Modulation Distortion
Intermediate Frequency
Inverse Fast Fourier Transform

Méo điều chế tương hỗ
Trung tần
Thuật toán biến đổi nhanh
ngược Fourier

ISI
LOS
MAC



Bắc Âu
Division Ghép kênh phân chia theo

OFDM

Orthogonal

Frequency

COFDM

Multiplexing
Coded Orthogonal Frequency Division

tần số trực giao
Ghép kênh phân chia theo

Multiplexing

tần số trực giao có mã số sửa
sai
v


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
PAPR

Peak to Average Power Ratio


SIR
SISO
SNR
SSB
TDD

Phase Shift Keying
Quadrature Amplitude Modulation
Quality Of Service
Quadrature Phase Shift Keying
Symbol Error Rate
Single Frequency Network
Signal to Interference Ratio
Single Input Single Output
Signal to Noise Ratio
Single Side Band
Time Division Duplexing

Khóa dịch pha
Điều chế biên vuông góc
Chất lượng phục vụ
Khóa dịch pha vuông góc
Tỷ lệ lỗi mẫu tín hiệu
Mạng đơn tần
Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu
Hệ thống một anten phát/thu
Tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm
Điều chế đơn biên
Song công phân chia theo


Bộ ghi định vị tạm trú
Wide-band Code Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo

WiMax

Access
Worldwide

TDMA
TRAU

WLAN

Interoperability

mã băng rộng
for Khả năng tương tác toàn cầu

Microwave Access

với truy nhập vi ba

Wireless Local Area Network

Mạng nội hạt không dây

vi


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí


vii


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

DANH MỤC HÌNH VẼ
Số hình
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8

Tên hình
Sóng mang OFDM (N=8)
Đáp ứng tần số của các subcarrier
Bộ điều chế OFDM
Mô tả truyền tín hiệu đa đường tới máy thu
Chèn thời khoảng bảo vệ vào tín hiệu OFDM
Phổ của bốn sóng mang trực giao
Phổ của bốn sóng mang không trực giao
Ảnh hưởng của bộ lọc đến chỉ tiêu kỹ thuật OFDM

Trang
3
7

Error:

khi dùng khoảng bảo vệ là 40 mẫu

Refere
nce
source
not

2.11

Mô tả ảnh hưởng của lỗi tần số SNR hiệu dụng của OFDM

found
Error:

khi dùng điều chế QAM kết hợp

Refere
nce
source
not
found

viii


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

2.12

not

2.15

found
Error:

Phổ công suất Doppler

Refere
nce
source
not

2.16

Các quá trình đồng bộ trong OFDM

found
Error:
Refere
nce
source
not

2.17

found
Error:


source
not

2.20

Sơ đồ khối bộ điều chế số DVB-T

found
Error:
Refere
nce
source
not

2.21

Sơ đồ khối phần biến đổi số sang tương tự

found
Error:
Refere
nce
source
not

2.22

Phổ của tín hiệu OFDM với số sóng mang N=16 và phổ tín

found


found
Error:

=4

Refere
nce
source
not

2.25

Phân bố sóng mang của DVB-T (chưa chèn khoảng bảo vệ)

found
Error:
Refere
nce
source
not

2.26

Phân bố các pilot của DVB-T

found
Error:
Refere
nce

2.29

Các tia sóng đến trong thời khoảng bảo vệ

found
Error:
Refere
nce
source
not

2.30
3.1

Sơ đồ hệ thống DVB-T2 bên phát
Sơ đồ mô phỏng hệ thống DVB-T trong Simulink

xii

found
68
71


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

MỞ ĐẦU
1. Lý do lựa chọn đề tài
Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ thì các chương
trình truyền hình trên thế giới được truyền tải đến khán thính giả trên nền tảng các

điện và lãng phí về công suất phát sóng, gây can nhiễu lẫn nhau giữa các đài truyền
hình trên phạm vi cả nước.
Thực hiện Lộ trình số hóa truyền hình mặt đất của Chính phủ, kết thúc năm
2015, thành phố Hải Phòng là một trong năm thành phố trực thuộc trung ương phải
kết thúc truyền hình tương tự, chuyển sang truyền hình số mặt đất theo chuẩn
DVB-T2 mà phương thức điều chế cơ bản là OFDM, vì vậy việc nghiên cứu, ứng
dụng kỹ thuật Điều chế đa tần trực giao (OFDM) trong truyền hình số mặt đất là
yêu cầu bức thiết đặt ra.
2. Mục đích nghiên cứu đề tài

Phân tích nguyên lý hoạt động hệ thống OFDM (Phần phát-Phần thu) thực
hiện trên các phần tử DFT, FFT ứng dụng trong kỹ thuật phát sóng truyền hình số
mặt đất DVB-T và các phiên bản tiếp theo.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu đè tài

- Nghiên cứu tống quan về kỹ thuật truyền hình số mặt đất và thông số cơ
bản của nó theo chuẩn DVB-T; DVB-T2.
- Đi sâu phân tích đặc điểm Kỹ thuật OFDM ứng dụng trong DVB-T.
- Xây dựng chương trình Mô phỏng Hệ thống OFDM thực hiện trên các
phần tử DFT, FFT và từ mô hình đó đánh giá hiệu quả hoạt động hệ thống
OFDM.
4. Phương pháp nghiên cưu

Phân tích lý thuyết kết hợp mô phỏng máy tính.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Kỹ thuật Điều chế đa tần trực giao (OFDM) được ứng dụng rất mạnh trong
truyền dẫn tín hiệu số, đặc biệt trong truyền hình số, vì nó có nhiều ưu thế nổi bật
hơn so với nhiều phương thức kỹ thuật khác. Nhưng về nguyên lý hoạt động, kỹ
thuật này có nhiều vấn đề khá phức tạp vì nó dựa trên các cơ sở lý thuyết điều chế

1.1. Tính tất yếu thực hiện lộ trình số hóa truyền hình quảng bá ở Việt Nam
Quá trình số hóa truyền hình đã và đang là một xu thế tất yếu trên thế giới.
Hiện nay nhiều nước trên thế giới đã hoàn thành việc chuyển đổi từ công nghệ
towng tự sang công nghệ số đối với hệ thống truyền dẫn, phát sóng truyền hình
mặt đất. Trong khu vực châu Á- Thái Bình Dương hầu hết các nước cam kết hoàn
thành thực hiện việc chuyển đổi này trước năm 2015. Nằm trong xu thế trên, Việt
Nam cũng phải thực hiện việc số hóa hệ thống truyền dẫn, phát sóng truyền hình
mặt đất để đảm bảo sự phát triển hiệu quả và hội nhập thành công của lĩnh vực
truyền hình với thế giới.
Về công nghệ việc số hóa hệ thống truyền dẫn, phát sóng truyền hình mặt
đất mang lại nhiều lợi ích cụ thể như: nâng cao chất lượng dịch vụ truyền hình với
chất lượng hình ảnh, âm thanh tốt hơn so với công nghệ tương tự; tăng số lượng
kênh chương trình truyền hình, giảm đầu tư phát triển hạ tầng truyền hình do số
lượng máy phát giảm, cho phép phát các kênh truyền hình có độ phân giải
cao(HDTV), truyền hình 3 chiều(3D), các dịch vụ truyền hình tương tác; cho phép
sử dụng anten nhỏ hơn, tiêu thụ ít năng lượng hơn góp phần cải thiện mỹ quan đô
thị, giảm hiệu ứng nhà kính và thân thiện với môi trường.
Về tài nguyên tần số, việc số hóa hệ thống truyền dẫn, phát sóng truyền hình
mặt đấ giúp giải phóng một phần băng tần đang sử dụng cho truyền hình để chuyển
sang sử dụng cho các dịch vụ vô tuyến băng rộng khác, nhằm phát triển hạ tầng
băng rộng đáp ứng nhu cầu thông tin phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa-hiện đại
hóa đất nước.
Về thị trường, việc số hóa hệ thống truyền dẫn, phát sóng truyền hình mặt
đất cho phép hình thành và phát triển thị trường truyền dẫn, phát sóng nhằm thu

4


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí



phát thanh, truyền hình, phục vụ phát triển kinh tế - xã hội và đảm bảo sự quản lý
thống nhất, có hiệu quả của Nhà nước.

6


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

1.2.1. Mục tiêu chung
Chuyển đổi hạ tầng truyền dẫn, phát sóng truyền hình mặt đất từ công nghệ
tương tự sang công nghệ số (sau đây gọi là số hóa truyền dẫn, phát sóng truyền
hình mặt đất) theo hướng hiện đại, hiệu quả, thống nhất về tiêu chuẩn và công nghệ
nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ, tăng số lượng kênh chương trình, nâng cao hiệu
quả sử dụng tần số truyền hình, đồng thời giải phóng một phần tài nguyên tần số để
phát triển các dịch vụ thông tin di động và vô tuyến băng rộng.
Từng bước mở rộng vùng phủ sóng truyền hình số mặt đất nhằm phục vụ
phát triển kinh tế, văn hóa, xã hội, cung cấp các dịch vụ truyền hình đa dạng,
phong phú, chất lượng cao, phù hợp với nhu cầu và thu nhập của người dân và đảm
bảo thực hiện tốt nhiệm vụ chính trị, quốc phòng, an ninh của Đảng và Nhà nước.
Hình thành và phát triển thị trường truyền dẫn, phát sóng truyền hình số mặt
đất nhằm thu hút các nguồn lực của xã hội để phát triển hạ tầng kỹ thuật truyền
hình, trên cơ sở đảm bảo sự quản lý thống nhất, có hiệu quả của Nhà nước.
Tạo điều kiện để tổ chức và sắp xếp lại hệ thống các đài phát thanh, truyền
hình trên phạm vi cả nước theo hướng chuyên môn hóa, chuyên nghiệp hóa, hoạt
động hiệu quả và phân định rõ hoạt động về nội dung thông tin với hoạt động về
truyền dẫn, phát sóng.
1.2.2. Mục tiêu cụ thể
Đến năm 2015
Đảm bảo 80% hộ gia đình có máy thu hình trên cả nước xem được truyền

đất trên cơ sở trình độ phát triển kinh tế - xã hội, điều kiện truyền sóng vô tuyến
điện và khả năng phân bổ tần số tại địa phương:
Nhóm I: Hà Nội (cũ), thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng, Cần
Thơ;
Nhóm II: Hà Nội (mở rộng), Vĩnh Phúc, Bắc Ninh, Hải Dương, Hưng Yên,
Quảng Ninh, Thái Nguyên, Thái Bình, Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình, Bắc Giang,
8


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

Phú Thọ, Khánh Hòa, Bình Thuận, Ninh Thuận, Bình Dương, Đồng Nai, Bà Rịa Vũng Tàu, Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Vĩnh Long, Đồng Tháp, An Giang, Hậu
Giang;
Nhóm III: Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa
Thiên - Huế, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định, Phú Yên, Lâm Đồng, Bình
Phước, Tây Ninh, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau, Kiên Giang;
Nhóm IV: Hà Giang, Cao Bằng, Bắc Kạn, Tuyên Quang, Lào Cai, Yên Bái,
Lạng Sơn, Điện Biên, Lai Châu, Sơn La, Hòa Bình, Kon Tum, Gia Lai, Đắk Lắk,
Đắk Nông.
Hiện nay, cả nước có 66 Đài truyền hình trong đó có 63 Đài truyền hình địa
phương (mỗi tỉnh có một Đài) đang phát sóng truyền hình mặt đất công nghệ tương
tự trong phạm vi địa phương và Đài Truyền hình Việt nam VTV phát sóng toàn
quốc truyền hình mặt đất công nghệ tương tự bằng các trạm phát lại đặt tại các
tỉnh, thành phố.
Hệ thống truyền dẫn, phát sóng của mỗi Đài được đầu tư riêng biệt, theo nhu
cầu của từng đài phủ sóng trên địa bàn và không có cơ chế chia sẻ hạ tầng truyền
dẫn phát sóng, không sử dụng hết năng lực của hệ thống truyền dẫn phát sóng, hiệu
quả khai thác thấp, dẫn đến lãng phí trong việc phân bổ, sử dụng tần số vô tuyến
điện và lãng phí về công suất phát sóng, gây can nhiễu lẫn nhau giữa các đài truyền
hình trên phạm vi cả nước.

thế hiện đại hóa của Kỹ thuật truyền hình ở nước ta, ở thành phố ta sử dụng theo
tiêu chuẩn DVB-T2 mà phương thức điều chế cơ bản là OFDM. Vì vậy việc
“Nghiên cứu phân tích nguyên lý hoạt động hệ thống Điều chế đa tần trực giao ứng
dụng trong Truyền hình số mặt đất” thật sự có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao.

10


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

CHƯƠNG 2: KĨ THUẬT OFDM TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ
2.1. GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT OFDM
2.1.1 Giới thiệu
Phương thức truyền dữ liệu bằng cách chia nhỏ ra thành nhiều luồng bit và sử
dụng chúng để điều chế nhiều sóng mang đã được sử dụng cách đây hơn 30 năm.
Ghép kênh phân chia theo tấn số trực giao – OFDM (Orthogonal Frequency
Division Multiplexing) là một trường hợp đặc biệt của truyền dẫn đa sóng mang,
tức là chia nhỏ một luồng dữ liệu tốc độ cao thành nhiều luồng dữ liệu tốc độ thấp
hơn được truyền đồng thời trên cùng một kênh truyền. OFDM là một phương thức
điều chế hấp dẫn cho các kênh có đáp tuyến tần số không phẳng, lịch sử của
OFDM được bắt đầu từ 1960.
Trong OFDM, băng thông khả dụng được chia thành một số lượng lớn các
kênh con, mỗi kênh con nhỏ đến nỗi đáp ứng tần số có thể giả sử như là không đổi
trong kênh con. Luồng thông tin tổng quát được chia thành những luồng thông tin
con, mỗi luồng thông tin con được truyền trên một kênh con khác nhau. Những
kênh con này trực giao với nhau và dễ dàng khôi phục lại ở đầu thu. Chính điều
quan trọng này làm giảm xuyên nhiễu giữa các symbol (ISI) và làm hệ thống
OFDM hoạt động tốt trong các kênh fading nhiều tia. Dựa vào các lợi ích của sự
tiến bộ trong kỹ thuật RF và DSP, hệ thống OFDM có thể đạt được tốc độ cao
trong truy xuất vô tuyến với chi phí thấp và hiệu quả sử dụng phổ cao.

thể đáp ứng cho mục đích thương mại và làm giảm chi phí bổ sung của những hệ
thống OFDM một cách đáng kể.
Hiện nay, OFDM được sử dụng trong nhiều hệ thống như ADSL, các hệ thống
không dây như IEEE802.11 (Wi-Fi) và IEEE 802.16 (WiMAX), phát quảng bá âm
thanh số (DAB), và phát quảng bá truyền hình số mặt đất chất lượng cao(HDTV).
2.1.2. Khái niệm OFDM
OFDM là kĩ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao. OFDM phân
toàn bộ băng tần thành nhiều kênh băng hẹp, mỗi kênh có một sóng mang. Các
sóng mang này trực giao với các sóng mang khác có nghĩa là có một số nguyên lần
lặp trên một chu kỳ kí tự.Vì vậy, phổ của mỗi sóng mang bằng “không” tại tần số
trung tâm của tần số sóng mang khác trong hệ thống. Kết quả là không có nhiễu
giữa các sóng mang phụ.

12


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

Hình 2.1 Sóng mang OFDM (N=8)

2.1.3. Nguyên lý cơ bản của OFDM
Ghép kênh theo tần số trực giao Orthogonal Frequency Division Multiplexing
(OFDM) rất giống với ghép kênh theo tần số Frequency Division Multiplexing
(FDM) truyền thống. OFDM sử dụng những nguyên lý của FDM để cho phép
nhiều tin tức sẽ được gửi qua một kênh Radio đơn. Tuy nhiên, nó cho phép hiệu
quả phổ tốt hơn. OFDM khác với FDM nhiều điểm. Trong phát thanh thông
thường mỗi đài phát thanh truyền trên một tần số khác nhau, sử dụng hiệu quả
FDM để duy trì sự ngăn cách giữa những đài. Tuy nhiên không có sự kết hợp đồng
bộ giữa mỗi trạm với các trạm khác. Với cách truyền OFDM như là DAB hoặc
DVB-T, những tín hiệu thông tin từ nhiều trạm được kết hợp trong một dòng dữ