Chủ Nhật, 24 tháng 6, 2012

KẾT HỢP DỊCH VỤ TRUYỀN HÌNH SỐ VÀ TƯƠNG TỰ.

 Với sự các ưu điểm vượt trội và sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của truyền hình số, các phương pháp ứng dụng dịch vụ truyền hình số theo cách ít tốn thời gian nhất, hiệu quả nhất và không làm ảnh hưởng tới các dịch vụ truyền hình tương tự đang tồn tại đang được các công ty cung cấp dịch vụ truyền hình trên thế giới đầu tư nghiên cứu.

Một phương pháp để kết hợp phát sóng truyền hình tương tự và số là lắp đặt thêm một anten phát sóng số lên tháp truyền hình đã có sẵn hiện đang treo các hệ thống anten tương tự. Tuy nhiên, phương pháp này chỉ nên sử dụng sau khi phân tích kỹ lưỡng, và không có lựa chọn nào khác. Việc treo thêm một hệ thống anten mới trên cột có thể tạo ra một loạt các vấn đề phức tạp phát sinh. Hệ thống anten thứ hai sẽ tạo ra một tải trọng phụ đối với tháp anten đang tồn tại, do vậy có thể dẫn tới việc thay đổi cấu trúc tháp anten. Ngoài ra, việc treo thêm hệ thống anten mới với các thông số mới còn có thể làm cho vùng phủ sóng của cả hệ thống cũ và  mới không đều, gây ra sự xuyên nhiễu giữa các dịch vụ tương tự và số.

Phương pháp tốt hơn để kết hợp các dịch vụ truyền hình tương tự và số là sử dụng công nghệ cộng kênh RF, cho phép nhiều kênh RF được phát đi từ một anten chung nhờ các bộ combiner RF đóng vai trò kết hợp các kênh số và tương tự. Phương pháp này là tối ưu khi kết hợp các kênh tương tự đang tồn tại với các kênh số mới, trong khi vẫn đảm bảo vùng phủ sóng đồng nhất và giảm thiểu xuyên nhiễu giữa các dịch vụ số và tương tự.

Khó khăn trong việc kết hợp các kênh lân cận (adjacent channel).

Việc kết hợp các kênh truyền hình số và tương tự UHF có nhiều khó khăn nảy sinh từ việc kết hợp “các kênh lân cận”. Các tổ chức phân định phổ trên thế giới sử dụng kỹ thuật này cho truyền hình tương tự/ DTV để sử dụng tối ưu phổ. Trong truyền hình tương tự truyền thống, vấn đề xuyên nhiễu tạo ra các “khoảng trống” kênh không sử dụng được giữa các kênh gần lân cận (semi-adjacent channel). Sự phát triển của truyền hình số giúp loại bỏ các khoảng trống này, cho phép sử dụng được các kênh lân cận. Nhưng, để kết hợp các kênh liền kề nhau cần phải có các bộ lọc bậc cao hơn, phức tạp hơn. 

Việc kết hợp các dịch vụ tương tự đang tồn tại với các dịch vụ truyền hình số phải đảm bảo khả năng cộng được nhiều ứng dụng đa dạng. Một công ty phát sóng có thể thêm một kênh truyền hình số cùng với một kênh tương tự, trong khi người khác có thể muốn kết hợp 10 hay hơn các kênh liền kề hay các kênh gần liền kề (semi-contiguos channels) theo cấu hình số/ tương tự hoặc là số/ số.

Tuỳ yêu cầu thực tế, mỗi công ty phát sóng sẽ phải xem xét tới các khó khăn nảy sinh trong các hệ thống ghép các kênh lân cận. Các vấn đề này bao gồm khắc phục các khó khăn do băng tần bảo vệ hẹp, tối ưu hoá các đặc tính suy hao khi cộng  kênh (insertion-loss) và điều chỉnh trễ nhóm. Các vấn đề khác, như hiệu suất bộ lọc và các yêu cầu che mặt nạ phát xạ, là chung cho cả việc kết hợp kênh lân cận và kênh gần lân cận.


Có 4 loại combiner chính: điểm sao (starpoint), ống góp (manifold), đảo mạch (commutating line) và cân bằng (balanced). Trong số này, bộ combiner cân bằng được ứng dụng rộng rãi do nó có cấu trúc theo khối và sự tương tác giữa các đầu vào là cực tiểu. Bộ combiner dạng này có thể kết hợp nhiều tín hiệu đầu ra của các máy phát vào một hệ thống anten, đảm bảo sự độc lập của các máy phát.

Một khối combiner theo dạng cấu trúc cân bằng bao gồm một cặp bộ lọc cân bằng, hai bộ ghép 3dB và một tải cân bằng. Tín hiệu từ máy phát tới đầu vào băng hẹp, trong khi tín hiệu chứa các kênh được kết hợp trước đó -  hay một kênh đơn khác – tới đầu vào băng rộng. Đầu ra kết hợp được đưa tới anten hay tới đầu vào băng rộng của khối combiner kế tiếp trong hệ thống combiner đa kênh ghép nối tiếp (hình 1).

Khắc phục khó khăn do băng tần bảo vệ hẹp.

Khó khăn cơ bản khi sử dụng các kênh liền kề là nén nhiều tín hiệu vào một dải phổ hạn chế. Để khắc phục khoảng trống băng tần rất nhỏ giữa các kênh, cần phải kết hợp các kênh liền kề với tần số trung tâm theo lý thuyết các tín hiệu có băng tần bị giới hạn từng phần và sau đó áp dụng phương pháp sửa tín hiệu trước ở máy phát để bù.

Đây là khó khăn lớn khi kênh thấp hơn là kênh tương tự. Độ rộng của băng tần bảo vệ phụ thuộc vào loại hệ thống, điển hình là cỡ vài trăm kHz. Ví dụ, với hai tín hiệu COFDM (kênh N) và tín hiệu PAL ngay sau nó (kênh N -1); khi đó khoảng cách giữa sóng mang âm thanh stereo B của tín hiệu PAL và phần dưới của phổ COFDM chỉ là 170kHz. Để khắc phục sự giảm chất lượng hệ thống do băng tần bảo vệ hẹp này, giải pháp thực tế được ứng dụng rộng rãi với các hệ thống COFDM là nâng tần số của kênh số lên 100 tới 150kHz. Các thử nghiệm chỉ ra rằng, việc lấn vào băng tần của kênh tương tự bên trên (N+1) ít ảnh hưởng tới chất lượng hệ thống hơn và có thể được hiệu chỉnh bởi các phương pháp sửa tín hiệu khác.

Tối ưu hoá suy hao do chèn tín hiệu.

Suy hao do chèn tín hiệu là sự suy giảm của đáp tuyến biên độ của tín hiệu RF qua một khối của bộ cộng, trường hợp lý tưởng thì đáp tuyến suy giảm có biên không đổi hoặc bằng không; trong thực tế, tín hiệu bị méo không đều khi đi qua một kênh truyền dẫn. Với các kênh lân cận, méo là đặc biệt nghiêm trọng do khoảng cách kênh yêu cầu rất chặt chẽ và khoảng bảo vệ nhỏ. Do vậy, việc kết hợp các kênh RF lân cận đòi hỏi phải hiệu chỉnh chính xác từng bộ combiner để đảm bảo toàn bộ hệ thống mắc nối tiếp hoạt động với hiệu suất tối ưu.

Trong trường hợp tối ưu khi kết hợp các kênh lân cận với giả định là bộ lọc không suy hao, nếu kênh vào cổng băng hẹp được điều chỉnh để có suy hao 3dB ở các biên tần số dưới và trên, suy giảm ở cổng băng rộng cũng sẽ bằng 3dB. 

Hình 2A mô tả đáp tuyến của kênh N qua một bộ lọc lý tưởng như vậy. Nếu một tín hiệu kênh lân cận (N-1) đi vào cổng băng rộng của bộ combiner dành cho kênh N, biên trên của kênh N -1 sẽ bị suy hao thêm 3dB, tạo ra suy hao tổng cộng là 6dB (xem hình 2B). Có thể tránh suy hao phụ thêm này bằng cách cân chỉnh bộ combiner để tạo ra điểm suy hao 3dB phía trên của mỗi cổng băng hẹp ở tần số cao hơn so với biên trên của kênh nó có thể sử dụng. Hình 2C mô tả đáp tuyến mở rộng của tín hiệu kênh N -1 trong bộ combiner riêng của nó. Khi đó đưa kênh N vào bộ combiner đạt được đáp tuyến tối ưu (xem hình 2D).

Khắc phục méo trễ nhóm.

Đi đôi với méo biên độ là đáp tuyến phase tín hiệu không tuyến tính - thường được gọi là trễ nhóm – mà để khắc phục vấn đề này đòi hỏi phải hiệu chỉnh tất cả các thành phần của hệ thống. Trễ nhóm có trong cả hai hệ thống DTV (8VSB và COFDM), nhưng ảnh hưởng theo cách khác nhau. Với hệ thống COFDM, bản thân bộ lọc làm suy hao một vài sóng mang cuối cùng và do đó phải tăng công suất máy phát một chút để bù lại. Với chuẩn 8-VSB, việc sửa méo do trễ nhóm là rất quan trọng, do tín hiệu rất nhạy cảm với loại méo này. Do vậy, tất cả các hệ thống kênh liền kề 8-VSB đòi hỏi phải cân bằng thích nghi bên trong máy phát.

Phương pháp chung nhất để sửa trễ nhóm cho hai hệ thống tương tự  (PAL và NTSC) là tạo ra một tín hiệu được làm méo trước khi đưa vào máy phát. Phương pháp này gọi là sửa IF. Việc sửa tín hiệu là rất nghiêm ngặt với hệ NTSC khi kênh lân cận bên trên là số (thường là 8-VSB) do sóng mang tiếng của kênh tương tự rất gần với kênh số mới.

Tối ưu hoá hiệu suất bộ lọc.

Trái tim của bộ combiner cân bằng là một cặp bộ lọc với vai trò chính là để kết hợp các tín hiệu từ nhiều máy phát và lọc bỏ bất cứ phát xạ giả (spurious emission) nào. Để đáp ứng yêu cầu kết hợp kênh số/ tương tự, cần phải có các bộ lọc bậc cao cho cả hai hệ thống combiner dùng ống dẫn sóng và đồng trục.

Ghép chéo (cross coupling) trong thực tế cũng là một phương pháp thiết kế quan trọng trong các bộ combiner băng rộng cổ điển và các bộ combiner kênh liền kề. Phương pháp này dùng một hay nhiều đường tín hiệu để kết nối các bộ cộng hưởng không liền kề, do đó tạo ra các tần số truyền dẫn cộng hưởng (zero transmission) cũng như các đặc tính thông băng thông thường. Các bộ lọc ghép chéo có đặc tính tốt nhất với một số bộ cộng hưởng nhất định. 

Tăng độ chọn lọc của bộ lọc bằng cách tăng bậc của nó cũng làm tăng suy hao ở các biên của băng tần, nên lựa chọn bộ lọc cung cấp có sự kết hợp tối ưu giữa khả năng chọn lọc và suy hao là một thách thức lớn. (Hình 2 mô tả đáp tuyến tốt nhất của bộ lọc lý thuyết để kết hợp kênh lân cận là đáp tuyến –3dB ở biên kênh). Một tiêu chuẩn khác cần quan tâm là mức độ trễ nhóm, đặc biệt là với các bộ lọc có đặc tính roll -off chặt chẽ, băng thông rộng và độ chọn lọc bậc cao. 

Hình 3 so sánh hiệu suất của các bộ lọc đồng trục ghép chéo, 6 cực với các bộ lọc đồng trục 8 cực chuẩn. Hình 3A mô tả hai bộ lọc có các đặc tính lựa chọn tương tự trong vùng chuẩn ở các biên kênh, hình 3B và 3C chỉ ra rằng bộ lọc đồng trục 6 cực, ghép chéo có suy hao và đặc tính trễ nhóm thấp hơn. Nói cách khác, bộ lọc đồng trục ghép chéo, 6 cực là phù hợp với các yêu cầu kết hợp kênh liền kề trong hầu hết các hệ thống, mà không cần phải dùng tới các bộ lọc 8 cực lớn hơn và đắt hơn.

Che mặt nạ phát xạ.

Ngoài việc kết hợp các tín hiệu kênh lân cận từ nhiều máy phát, các bộ lọc bậc cao có thể cũng loại trừ các phát xạ giả của máy phát. Các tổ chức quản lý truyền dẫn xác định mức năng lượng cho phép máy phát bức xạ ngoài băng tần được phân định. Tổng của đáp ứng của máy phát cộng với đáp ứng của bộ lọc phải nằm trong mặt nạ này.

Mặc dù yêu cầu che mặt nạ này có thể đã được thực hiện bên trong máy phát, nhưng bản thân hệ thống combiner phải cung cấp khả năng lọc để đáp ứng được yêu cầu này. Khi đó, không cần phải lắp đặt thêm thiết bị lọc phụ vào máy phát.

Để đạt được đáp tuyến che mặt nạ phù hợp chính xác cho các kênh lân cận và gần lân cận trong việc kết hợp các kênh số/ tương tự, có thể cân chỉnh cẩn thận các đường ghép chéo để tạo ra các điểm không ghép chéo hay “các notch” trong đặc tính bộ lọc. Trong khi có thể cân chỉnh các bộ lọc tương tự cổ điển bằng cách sử dụng các kỹ thuật lặp (recursive) đơn giản, bộ lọc DTV yêu cầu các phương pháp có hệ thống, phức tạp hơn, có thể phải thực hiện bằng mô phỏng máy tính. Phương pháp này cho phép các thiết kế có nhiều thay đổi phức tạp, tinh vi hơn.



0 nhận xét:

Đăng nhận xét