III. Cấu trúc -nguyên lý của của DVBS2

Tiêu chu n DVB-S2 có s thay đ i không nhi u trong c u trúc so v iẩ ự ổ ề ấ ớ DVB-S: trên hình 2, ta có th th y mã s a sai trong Viterbi và mã s a saiể ấ ử ử ngoài Reed-Solomon đ c thay th b ng mã s a sai LDPC (Low Densityượ ế ằ ử Parity Check) và BCH (Bose-Chaudhuri-Hocquenghem) t ng ng.ươ ứ

Ngoài ra, tiêu chu n m i cũng cung c p các ki u đi u chẩ ớ ấ ể ề ế QPSK(2bit/Hz), 8PSK (3bit/Hz), 16APSK(4bit/Hz) và th m chí là 32APSKậ (5 bit/Hz). So sánh v i ki u đi u ch QAM, các c u hình đi u ch APSKớ ể ề ế ấ ề ế (Amplitude and Phase-Shift Keying) cho phép vi c bù d dàng v i b bùệ ễ ớ ộ phát đáp Transponder phi tuy n.ế

2.1. Đi u ch và mã s a sai cao c p.ề ế ử ấ

a.     Đi u ch : Có 4 ki u đi u ch QPSK, 8PSK, 16APSK và 32APSK (Hìnhề ế ể ề ế 2). T t c đã đ c t i u đ ho t đ ng v i các transponder phi tuy n. Bấ ả ượ ố ư ể ạ ộ ớ ế ộ đi u ch s d ng b l c băng g c (B.B filter) và đi u ch vuông gócề ế ử ụ ộ ọ ố ề ế (Quadrature Modulation) t o ra các d ng ph tín hi u và tín hi u cao t nạ ạ ổ ệ ệ ầ RF. Đây là b l c d ng cosin tăng có 3 d ng ph ng v i 3 h s roll-offộ ọ ạ ạ ổ ứ ớ ệ ố ( ): 0,20; 0,25 và 0,35. Gi m h s sẽ làm tăng đ suy gi m bên ngoàiα ả ệ ố α ộ ả kênh phi tuy n (do nhi u ISI tăng lên), ph tín hi u ra sẽ “vuông” h n.ế ễ ổ ệ ơ

b.     Mã s a sai cao c p:ử ấ  DVB-S2 s d ng ph ng pháp mã hoá kh i BCH vàử ụ ươ ố LDPC.–    Kích th c kh i mã hoá: 64800 bit (ho c 16200).–ướ ố ặ     T l mã s a sai:ỷ ệ ử 1/4, 1/3, 2/5, 1/2, 3/5, 2/3, 3/4, 4/5, 5/6, 8/9, 9/10.

c.     Quá trình t o khung (Frame):ạ

Truy n d n tín hi u đ c t ch c thành các khung n i ti p nhau. Cóề ẫ ệ ượ ổ ứ ố ế th hình dung các khung này nh nh ng toa t u ch hàng n i đuôi nhau,ể ư ữ ầ ở ố Trên m i khung (toa t u) g m ph n mào đ u-Header (H), trong m iỗ ầ ồ ầ ầ ỗ Header ch a các bit đ ng b và báo hi u (đi u ch , mã hoá…) và kh i mãứ ồ ộ ệ ề ế ố hoá mang thông tin (Code block). V i ACM quá trình b o v có th thay đ iớ ả ệ ể ổ t ng khung m t (16APSK, 8PSK, QPSK2/3…) tuỳ theo đi u ki n truy nừ ộ ề ệ ề d n (tr i n ng, có mây mù hay m a…).ẫ ờ ắ ư

2.2. DVB-S2 truy n t i b t c đ nh d ng d li u nào.ề ả ấ ứ ị ạ ữ ệ

– DVB-S2 có th ti p nh n dòng truy n t i đ n ch ng trình ho c đaể ế ậ ề ả ơ ươ ặ ch ng trình, d ng MPEG-TS hay d ng generic (ví d nh IP…).ươ ạ ạ ụ ư

– DVB-S2 t ng thích t t v i các lo i mã hoá MPEG-2, HDTV cũng nh cácươ ố ớ ạ ư h th ng mã hoá m i (nh H.264AVC, VC1…).ệ ố ớ ư

–  M i dòng tín hi u đ u vào có th đ c b o v b ng các cách khác nhau.ỗ ệ ầ ể ượ ả ệ ằ Khi qua h th ng truy n d n DVB-S2, tín hi u sau gi i mã đúng nh banệ ố ề ẫ ệ ả ư đ u.ầ

3. T i sao nên s d ng DVB-S2?ạ ử ụ

S d ng tiêu chu n DVB-S2 hi n là h ng đi hoàn thi n trong th c t .ử ụ ẩ ệ ướ ệ ự ế Hoàn thi n đây mu n nói đ n s ti t ki m đáng k v d i thông, tăngệ ở ố ế ự ế ệ ể ề ả hi u qu công su t c a quá trình truy n d n, đ c thi t k v i các tínhệ ả ấ ủ ề ẫ ượ ế ế ớ năng t i u và yêu c u t s C/N th p khi thu.ố ư ầ ỷ ố ấ

3.1. Tăng dung l ng truy n d n trên cùng m t băng thông.ượ ề ẫ ộ

So sánh v i tiêu chu n DVB-S tr c đây v i cùng đi u ki n truy nớ ẩ ướ ớ ề ệ ề d n: DVB-S2 có kh năng truy n d li u l n h n t i 30% so v i DVB-Sẫ ả ề ữ ệ ớ ơ ớ ớ

trong cùng đi u ki n băng thông [1]. Hay nói cách khác m t tín hi uề ệ ộ ệ truy n d n theo tiêu chu n DVB-S2 yêu c u băng thông ít h n 30% so v iề ẫ ẩ ầ ơ ớ khi s d ng tiêu chu n DVB-S. Đ c bi t khi ng d ng đi u ch , mã hoáử ụ ẩ ặ ệ ứ ụ ề ế VCM và ACM hi u su t s d ng băng thông tăng t ng ng 66% và 131%ệ ấ ử ụ ươ ứ [4]. Đi u này có nghĩa là giá thành thuê transponder sẽ th p h n.ề ấ ơ

3.2. Tăng hi u qu công su t c a quá trình truy n d n.ệ ả ấ ủ ề ẫ

S d ng DVB-S2 còn làm tăng hi u qu công su t c a quá trình truy nử ụ ệ ả ấ ủ ề d n. Trong vùng ph sóng, m t tín hi u DVB-S2ẫ ủ ộ ệ   yêu c u thu đ c m cầ ượ ở ứ th p h n kho ng 2.5 dB so v i m t tín hi u DVB-S trong cùng đi u ki nấ ơ ả ớ ộ ệ ề ệ b o v l i. Ngoài ra, DVB-S2 còn có th t ng thích đ c b t kì đ c tínhả ệ ỗ ể ươ ượ ấ ặ transponder v tinh v i s khác nhau l n c a các t n s ph (t 0.5 đ nệ ớ ự ớ ủ ầ ố ổ ừ ế 4.5 bit/s trên m t đ n v băng thông) và yêu c u v t s C/N k t h p (t -ộ ơ ị ầ ề ỷ ố ế ợ ừ2dB đ n +16dB).ế

Khi DVB-S2 đ c ng d ng v i các ng d ng đi m-đi m nh IPượ ứ ụ ớ ứ ụ ể ể ư unicasting, gain c a tín hi u DVB-S2 còn l n h n DVB-S. Ch c năng đi uủ ệ ớ ơ ứ ề ch và mã hoá thay đ i (VCM) cho phép th c hi n đi u ch và m c b o vế ổ ự ệ ề ế ứ ả ệ l i khác nhau đ s d ng ho c thay đ i trên c s t ng frame m t. Ch cỗ ể ử ụ ặ ổ ơ ở ừ ộ ứ năng này còn có th k t h p v i vi c s d ng kênh đ ng v (returnể ế ợ ớ ệ ử ụ ườ ề channel) đ đ t đ c đi u ch mã hoá t ng thích khoá vòng (closed-ể ạ ượ ề ế ươloop).

Vì v y các thông s truy n d n đ c t i u cho m i thuê bao riêng bi tậ ố ề ẫ ượ ố ư ỗ ệ ph thu c vào đi u ki n đ ng truy n.ụ ộ ề ệ ườ ề

ACM cho phép s d ng l i t 4 đ n 8 dB ph n công su t th ng dùngử ụ ạ ừ ế ầ ấ ườ đ d phòng cho suy hao do m a (clear sky margins) trong các truy n d nể ự ư ề ẫ thông tin v tinh thông th ng DVB-S. Do đó vùng ph sóng v tinh tăngệ ườ ủ ệ g p 2 ho c 3 l n d n t i giá thành d ch v gi m đ t ng t.ấ ặ ầ ẫ ớ ị ụ ả ộ ộ

3.3. DVB-S2 đ c thi t k v i các tính năng t i u.ượ ế ế ớ ố ư

DVB-S2 đã đ c t i u cho các ng d ng v tinh băng r ng nh :ượ ố ư ứ ụ ệ ộ ư

–  Các d ch v qu ng bá: Truy n d n các ch ng trình SDTV ho c HDTV.ị ụ ả ề ẫ ươ ặ– Các d ch v t ng tác bao g m c truy nh p internet.ị ụ ươ ồ ả ậ

– Các ng d ng chuyên nghi p: phân ph i tín hi u truy n hình s t i cácứ ụ ệ ố ệ ề ố ớ tr m phát hình s m t đ t, truy n s li u và các ng d ng chuyên nghi pạ ố ặ ấ ề ố ệ ứ ụ ệ khác (DSNG, Internet Truncking, Cable Feeds…).

DVB-S2 không b h n ch v i ki u mã hoá video và audio MPEG-2 màị ạ ế ớ ể có th t ng thích v i các ki u mã hoá MPEG-2, MPEG-4 và HDTV. Tiêuể ươ ớ ể chu n này cũng m m d o h n khi ch p nh n b t kì d ng đ u vào, baoẩ ề ẻ ơ ấ ậ ấ ạ ầ g m dòng bit liên t c, dòng truy n t i MPEG đ n ho c đa ch ng trình, IPồ ụ ề ả ơ ặ ươ hay ATM. Đ c tính này cho phép các dòng d li u khác và các c u hình dặ ữ ệ ấ ữ li u trong t ng lai có th s d ng đ c v i DVB-S2 mà không c n t iệ ươ ể ử ụ ượ ớ ầ ớ m t tiêu chu n m i.ộ ẩ ớ

3.4. Yêu c u v t s C/N th p.ầ ề ỷ ố ấ

Các mode truy n d n c a DVB-S2 đòi h i t s C/N khi thu th p. K t quề ẫ ủ ỏ ỷ ố ấ ế ả đ t đ c b i mô ph ng máy tính trên kênh nhi u tr ng (Hình 4).ạ ượ ở ỏ ễ ắ

M i liên h gi a dung l ng kênh và băng thông c a các kênh nhi uố ệ ữ ượ ủ ễ tr ng đ c xác đ nh b i công th c n i ti ng do Shannon tìm ra, đó là:ắ ượ ị ở ứ ổ ế

C  = W log2(1 + P/N)Se = C/WTrong đó:Se : Hi u qu ph (bit/s/Hz).ệ ả ổC : là dung l ng kênh (bit/giây).ượW: là băng thông c a kênh (Hz).ủP : là công su t máy phátấ  (w).N: là công su t nhi uấ ễ  (w).

So sánh DVB-S2 v i DVB-S chúng ta có th th y đ l i (gain) dungớ ể ấ ộ ợ l ng t c đ bit c a tín hi u DVB-S2 đ t t i 25-35 % so v i DVB-S (cùngượ ố ộ ủ ệ ạ ớ ớ t s C/N và t c đ symbol) tuỳ thu c vào mode truy n d n và ng d ng.ỷ ố ố ộ ộ ề ẫ ứ ụ DVB-S2 có tính linh ho t r t l n, nó có th t ng thích v i b t kì đ c tínhạ ấ ớ ể ươ ớ ấ ặ c a transponder nào:ủ   Hi u su t ph có th đ t t 0.5 đ n 4.5 bit/s/Hz,ệ ấ ổ ể ạ ừ ế C/N trong kho ng t -2 đ n +16 dB trong môi tr ng có nhi u tr ngả ừ ế ườ ễ ắ

Nhìn trên hình 4, chúng ta th y DVB-S2 ch còn cách đ ng gi i h nấ ỉ ườ ớ ạ Shannon t 0.7 đên 1 dB, đi u này có nghĩa r ng v i DVB-S2“T nay vừ ề ằ ớ ừ ề sau, chúng ta sẽ không bao gi ph i thi t k m t h th ng khác cho phátờ ả ế ế ộ ệ ố qu ng bá v tinh” [2].ả ệ

4. Mã s a sai BCH & LDPC.ử

Mã s a sai ki m tra đ u tiên c ng đ th p LDPC (low-densityử ể ộ ư ườ ộ ấ parity check code) là m t l p các mã kh i tuy n tính t ng ng là m t maộ ớ ố ế ươ ứ ộ tr n ki m tra đ u tiên H. Ma tr n H ch g m các s 0 và 1 n m r i rác.ậ ể ộ ư ậ ỉ ồ ố ằ ả Đi u đó có nghĩa r ng c ng đ c a các s 1 trong ma tr n này r t th p.ề ằ ườ ộ ủ ố ậ ấ ấ Vi c mã hoá đ c th c hi n b ng các ph ng trình bi n đ i t ma tr n Hệ ượ ự ệ ằ ươ ế ổ ừ ậ đ t o ra các bit ki m tra đ u tiên. Vi c gi i mã đ c thi t l p b ngể ạ ể ộ ư ệ ả ượ ế ậ ằ cách s d ng “các đ u vào m m” (soft-inputs) k t h p v i các ph ngử ụ ầ ề ế ợ ớ ươ trình này đ t o ra các c l ng m i cho các giá tr thông tin đã đ c g i.ể ạ ướ ượ ớ ị ượ ử Mã LDPC có th lo i tr đ c các t ng l i. Đ xác đ nh đ c t ng l i, m tể ạ ừ ượ ầ ỗ ể ị ượ ầ ỗ ộ mã phía ngoài (mã ngo i) đ c thêm vào trong công ngh LDPC, đó là mãạ ượ ệ BCH. Mã ngo i BCH có hi u qu v i t ng l i th p. Vì v y, t ch c DVB đãạ ệ ả ớ ầ ỗ ấ ậ ổ ứ ch n ph ng pháp mã ngo i BCH và mã n i LDPC làọ ươ ạ ộ   mã s a sai c a tiêuử ủ chu n DVB-S2.ẩ

5. Đi u ch và mã hoá thay đ i VCM.ề ế ổ

M t đ c tính n i b t c a công ngh DVB-S2ộ ặ ổ ậ ủ ệ   là các d ch v khác nhauị ụ có th phát trên cùng m t sóng mang. M i d ch v v n gi c u hình đi uể ộ ỗ ị ụ ẫ ữ ấ ề ch và t l mã s a sai riêng. Đây là m t ki u ghép kênh trên l p v t lýế ỷ ệ ử ộ ể ớ ậ đ c g i là đi u ch và mã hoá thay đ i – VCM (Variable Coding andượ ọ ề ế ổ Modulation). VCM th c s phát huy hi u qu khi các d ch v khác nhauự ự ệ ả ị ụ không c n t l mã s a sai gi ng nhau (ch ng h n có th ch p nh n m tầ ỷ ệ ử ố ẳ ạ ể ấ ậ ấ m t kênh th hai trong tr ng h p fading do m a) ho c các d ch v khácộ ứ ườ ợ ư ặ ị ụ nhau đ c ch đ nh cho các tr m khác nhau trong nh ng đi u ki n thuượ ỉ ị ạ ữ ề ệ thông th ng khác nhau.ườ

6. Đi u ch và mã hoá t ng thích ACM.ề ế ươ

Hi n nay các d ch v DVB IP/Unicast cung c p b i v tinh s d ngệ ị ụ ấ ở ệ ử ụ tiêu chu n DVB-S cho đ ng truy n d n. DVB-S đ c phát tri n cho cácẩ ườ ề ẫ ượ ể

ng d ng qu ng bá đó quá trình b o v tín hi u khi xuyên qua các l pứ ụ ả ở ả ệ ệ ớ v t lý c a b u khí quy n đ i v i t t c các d ch v là h ng s và nó khôngậ ủ ầ ể ố ớ ấ ả ị ụ ằ ố đ i su t th i gian truy n d n (quá trình t i u đ ng truy n d n ch th cổ ố ờ ề ẫ ố ư ườ ề ẫ ỉ ự

hi n cho tr ng h p x u nh t: d ch v t i nh t, phút t i nh t và v trí t iệ ườ ợ ấ ấ ị ụ ồ ấ ồ ấ ị ồ nh t).ấ

DVB-S2 s d ng công ngh ACM (Adaptive Coding and Modulation)ử ụ ệ cho phép đi u ch và mã hoá s a l i thích nghi tuỳ thu c vào các đi u ki nề ế ử ỗ ộ ề ệ truy n d n: b u tr i trong xanh hay m a, ch o thu n m trung tâm hay ề ẫ ầ ờ ư ả ằ ở ở mép c a búp sóng (beam) phát t v tinh…ủ ừ ệ

M i đ u cu i DVB-S2 có th ho t đ ng v i m t ng ng (margin) C/Nỗ ầ ố ể ạ ộ ớ ộ ưỡ r t th p vì v y làm tăng s l ng ch ng trình trên cùng m t băng thôngấ ấ ậ ố ượ ươ ộ c a v tinh.ủ ệ

H s khu ch đ i (gain) c a các b phát đáp trên v tinh ng d ngệ ố ế ạ ủ ộ ệ ứ ụ ACM sẽ tăng lên khi t n s tăng (băng C, Ku và Ka). Do đó băng t n Ku vàầ ố ầ Ka thích h p h n c v i ACM. Băng Ka ít ch t tr i h n vì th nên s d ngợ ơ ả ớ ậ ộ ơ ế ử ụ ACM.DVB-S2 th c hi n quá trình truy n d n thích nghi này v i t ng ng iự ệ ề ẫ ớ ừ ườ s d ng đ c l p và ch v i các d ch v đi m-đi m (hình 8). Tín hi u đ cử ụ ộ ậ ỉ ớ ị ụ ể ể ệ ượ đ a vào đi u ch ACM phía phát, truy n d n qua v tinh b ng DVB-S2.ư ề ế ở ề ẫ ệ ằ

T i phía thu, sauạ   gi i đi u ch có máy đo t s C/N+I và truy n tínả ề ế ỷ ố ề hi u đo này v trung tâm đi u khi n t c đ bit đ chuy n đ i ki u truy nệ ề ề ể ố ộ ể ể ổ ể ề d n đ ng xu ng v i m c b o v th p (8PSK, FEC 5/6) khi tr i n ngẫ ườ ố ớ ứ ả ệ ấ ờ ắ không có mây ho c m c b o v cao (QPSK, FEC 1/2) khi tr i nhi u mây cóặ ứ ả ệ ờ ề m a.ư

7. Hi u qu c a công ngh DVB-S2 so v i DVB-S.ệ ả ủ ệ ớ

Đ th y đ c hi u qu c a công ngh DVB-S2 so v i DVB-S, ta xét ví dể ấ ượ ệ ả ủ ệ ớ ụ so sánh v s l ng các ch ng trình SDTV và HDTV đ c truy n d nề ố ượ ươ ượ ề ẫ b ng 2 công ngh DVB-S và DVB-S2 trong cùng đi u ki n công su t vàằ ệ ề ệ ấ băng thông v tinh (transponder 36 MHz): Ch o thu 60 cm; tr ng h pệ ả ườ ợ th nh t s d ng nén MPEG-2, t c đ nén video là 4.4 Mbit/s v i ch ngứ ấ ử ụ ố ộ ớ ươ trình SDTV và 18 Mbit/s v i ch ng trình HDTV; tr ng h p th hai sớ ươ ườ ợ ứ ử d ng nén video cao c p Advanced Video Coding (AVC), t c đ nén v iụ ấ ố ộ ớ ch ng trình SDTV là 2.2 Mbit/s và 9 Mbit/s v i ch ng trình HDTV.ươ ớ ươ

Yêu c u v t s C/N c a hai h th ng DVB-S và DVB-S2 là b ng nhauầ ề ỷ ố ủ ệ ố ằ trong vi c khai thác các mode truy n d n khác nhau và trong quá trình việ ề ẫ ch nh h s roll-off, t c đ symbol c a h th ng DVB-S2. K t qu ki mỉ ệ ố ố ộ ủ ệ ố ế ả ể ch ng cho th y đ l i v dung l ng c a h th ng DVB-S2 so v i DVB-S làứ ấ ộ ợ ề ượ ủ ệ ố ớ kho ng 30 %. H n n a b ng vi c k t h p h th ng DVB-S2 v i mã hoáả ơ ữ ằ ệ ế ợ ệ ố ớ AVC (H.264/AVC ho c VC1…), m i transponder 36Mhz c a v tinh có thặ ỗ ủ ệ ể truy n d n 21-26 kênh SDTV, ho c 5-6 ch ng trình HDTV trên m tề ẫ ặ ươ ộ Transponder. đi u này sẽ làm gi m giá thành thuê trên m t kênh c a về ả ộ ủ ệ tinh.