Embed Size (px)
DESCRIPTION
rat hay
Citation preview
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰCKHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
BÀI TẬP LỚNMÔN:MẠNG TRUY NHẬP
ĐỀ TÀI:HFC và CABLE MODEM
Giảng viên hướng dẫn:TS LÊ NGỌC
Nhóm sinh viên thực hiện :NHÓM 4ĐẶNG VĂN HÃNH( nhóm trưởng)NGUYỄN ĐÌNH VƯƠNGLƯU VĂN HỢPNGÔ VĂN TUẤNNGUYỄN THANH NAMNGUYỄN VĂN HUY
Lớp:D7-ĐTVT-LT2
HÀ NỘI - 2014
Mụclục1.1:Tổng quan về mạng truyền hình cáp:..........................................................3
1
1.1.1:Khái niệm về truyền hình cáp:.............................................................31.2: Vị trí các mạng truyền hình cáp và xu hướng phát triển:...........................41.3: Mạng truy nhập HFC:................................................................................5
1.3.1: Khái niệm,đặc điểm của mạng HFC:..................................................51.3.2:Ưu,nhược điểm của mạng HFC:..........................................................51.3.3: Kiến trúc cơ bản của mạng HFC:........................................................61.3.4: Truyền dẫn trên mạng HFC:.............................................................8
2.1. CÁC MÔ HÌNH KIẾN TRÚC MẠNG....................................................102.1.1. Kiến trúc mạng CATV truyền thống.................................................102.1.2. Kiến trúc mạng HFC.........................................................................122.1.3. Kiến trúc mạng HFPC.......................................................................15
2.2. CÁC THÀNH PHẦN HỆ THỐNG.........................................................162.2.1. Cáp sợi quang................................................................................16
2.2.2. Cáp đồng trục....................................................................................182.2.3. Các bộ khuếch đại RF...................................................................202.2.4. Bộ chia và rẽ tín hiệu.....................................................................24
2.3. CÁC MẠNG TRUY NHẬP HFC 2 CHIỀU............................................242.3.1. Các công nghệ thúc đẩy....................................................................242.3.2. Đặc điểm của truyền dẫn đường lên trong truyền hình cáp 2 chiều..28
3.1. SỰ CẦN THIẾT PHẢI XÂY DỰNG MỘT MẠNG TRUYỀN HÌNH CÁP HỮU TUYẾN CHO HÀ NỘI................................................................29
3.1.1. Thực trạng truyền hình tại Hà Nội....................................................293.1.2. Sự cần thiết phải đầu tư.....................................................................30
3.2. PHƯƠNG PHÁP THIẾT BỊ HỆ THỐNGMẠNG TRUYỀN HÌNH CÁP..........................................................................................................................31
3.2.1. Lựa chọn cấu hình mạng...................................................................31PREMSIE....................................................................................................313.2.2. Phân bố dải tần tín hiệu trên mạng truyền hình cáp hữu tuyến,........373.2.3. Tính toán cự ly tối đa của đường truyền quang.................................38
3.2.4. Tính toán kích thước node quang theo yêu cầu.............................393.3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG MẠNG CHO HÀ NỘI.....................................41TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................44
TÓM TẮT NỘI DUNG
BÁO CÁO : CÁP MODEM và HFC 2
Chương 1: Cơ sở kỹ thuật truyền hình cáp.
Chương này trình bày các vấn đề cơ sở của kỹ thuật
truyền hình cũng như truyền hình cáp thông qua việc mô
tả chi tiết một hệ thống phát truyền hình màu và một hệ
thống phát truyền hình số qua cáp.
Chương 2: Kiến trúc mạng HFC.
Chương này tập trung nghiên cứu kiến trúc mạng truyền
hình HFC (Hibrrid Fible - Optic Coxial Network) một
chiều
Chương 3 : Giải pháp thiết kế mạng truyền hình cáp hữu tuyến cho
Thủ đô
Chương này nêu lên sự cần thiết phải xây dựng mạng
truyền hình cáp hữu tuyến cho Hà Nội và phương pháp
thiết kế một mạng truyền hình cáp hữu tuyến. Phần cuối
chương sẽ đề xuất một mô hình HFC cho Hà Nội.
3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN HÌNH CÁP.
1.1:Tổngquanvềmạngtruyềnhìnhcáp
1.1.1:Kháiniệmvềtruyền hình cáp:
Truyền hình cáp (Cable Television – CATV), thường được gọi là truyền hình cáp hữu tuyến là một mạng truyền hình trong đó tín hiệu được truyền qua những dây dẫn để đến tivi. Dây dẫn có thể là cáp quang hoặc cáp đồng trục, trong thực tế mạng CATV là một mạng lai giữa cáp đồng trục và cáp quang (Hybrid Fiber Coaxial – HFC).- Chương trình cho mạng CATV được thu từ nhiều nguồn khác nhau, tại headend tín hiệu
của mỗi chương trình sẽ được điều chế để mỗi tín hiệu được đưa vào một kênh riêng biệt.
Headend còn có nhiệm vụ tạo ra nguồn tín hiệu quang mang các chương trình để phát lên
mạng. Tại node quang, tín hiệu quang sẽ được chuyển thành tín hiệu RF. Sau node quang,
mạng cáp đồng trục có nhiệm vụ truyền tín hiệu RF đến các hộ gia đình.
1.1.2:Cấu trúc mạng truyền hình cáp:Một mạng truyền hình cáp cơ bản gồm 3 thành phần chính: + Hệ thống trung tâm Headend. + Mạng truyền dẫn và phân phối tín hiệu. +Thiết bị tại nhà thuê bao.Thông thường cấu trúc mạng còn tùy thuôc vào nhiều yếu tố như;địa lý,mật độ dân cư,...
Hình1: Cấutrúccủamạngtruyềnhìnhcáp.
a)Hệ thống trung tâm Headend:- Là nơi thu nhận tín hiệu từ nhiều nguồn khác nhau:tín hiệu quảng bá,vệ tinh,sản xuất chương trình tại chỗ,chèn tín hiệu sản xuất nội bộ…Sau khi qua các bước xử lý như điều
4
chế,phân kênh,mã hóa,trộn…,tín hiệu sẽ được đưa ra ngoài mạng truyền dẫn và phân phối tới khách hàng thuê bao.- Với các hệ thống mạng hiện đại có khả năng cung cấp các dịch vụ truyền tương tác,truyền số liệu,hệ thống trung tâm còn có các nhieemjvuj như:mã hóa tín hiệu quản lý truy nhập,tính cươc truy nnhaapjgiao tiếp với các mạng viễn thong như mạng internet…b)Mạng truyền dẫn và phân phối tín hiệu:- Là môi trường truyền dẫn tín hiệu từ Headend đến thuê bao.- Trong truyền hình cáp hữu tuyến (CATV), môi trường truyền dẫn là các hệ thống cáp quang,cáp đồng trục...-Cấu trúc mạch vòng có dự phòng 1+1 cho độ tin cậy cao hơn.( cấu trúc mạch vòng có dự phòng 1+1-xem TL).- Mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp hữu tuyến có nhiệm vụ nhận tín hiệu phát ra từ thiết bị trung tâm,điều chế,khuếch đại,cấp nguồn và phân phối tín hiệu đến thiết bị thuê bao.Hệ thống mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp là bộ phận quyết định đến đối tượng dịch vụ,khoảng cách dịch vụ,số lượng thuê bao và khả nawbg mở rộng cung cấp mạng.c)Thiết bị tại nhà thuê bao:Với một mạng truyền hình cáp sử dụng công nghệ tương tự, thiết bị tại thuê bao có thể chỉ là một máy thu hình, thu tín hiệu từ mạng phân phối tín hiệu. Với mạng truyền hình cáp sử dụng công nghệ hiện đại hơn, thiết bị thuê bao gồm các bộ chia tín hiệu, các đầu thu tín hiệu truyền hình (Set-top-box) và các cáp dẫn...Các thiết bị này có nhiệm vụ thu tín hiệu và đưa đến TV để thuê bao sử dụng cácdịch vụ của mạng: Chương trình TV, truy nhập Internet, truyền dữ liệu...
1.2: Vị trí các mạng truyền hình cáp và xu hướng phát triển:
-Các mạng CATV đã t r ả i qua các g i a i đoạn phá t t r i ển từ mạng tương tự quảng bá một chiều đồng trục tới mạng HFC tương tác 2 chiều truyền tải các kênh video tương tự/ số và dữ liệu tốc độ cao. Mạng đồng trục băng rộng kiến trúc cây và nhánh t ruyền t hống được hỗ t rợ bở i công nghệ RF phục vụ t ố t c ác d ị ch vụ quảng bá và các dịch vụ điểm-đa điểm. Dùng nhiều bộ khuếch đại (30-40), có thể làm giảm chất lượng và tính năng của kênh Video AM-VSB, làm giảm thị hiếu của khách hàng. Việc sử dụng các kết nối vi ba mặt đất đã giảm số lượng các bộ khuếch đại, cải thiện được hiệu năng truyền dẫn các kênh quảng bá tương tự.Sự tiến bộ vượt bậc trong công nghệ sợi quang từ cuối những năm 80 đã khiến cho công nghiệp truyền hình cáp phát triển mạnh mẽ. Sự ra đời của laser điều chế trực tiếp DM-DFB 550 MHz và các bộ thu quang hoạt động ở dải bước sóng 1310 nm đã làm thay đổi kiến trúc truyền thống mạng cáp đồng trục. Mạng HFC cho phép truyền dẫn tin cậy các kênh Video tương tự quảng bá qua sợi đơn mode SMF tới các node quang, do đó số lượng các bộ khuếch đại RF đã đượcgiảm đi rất nhiều. Hơn nữa các nhà điều hành còn thực hiện triển khai thiết bị headend sử dụng các Ring sợi quang để kết nối giữa headend trung tâm và các headend thứ cấp hoặc các Hub tại những vị trí quan trọng. Do vậy, các nhà điều hành cáp có thể hạ giá thành và cải thiện hơn nữa chất lượng và tính hữu dụng của các dịch vụ quảng bá truyền thống.Sự phát triển của nhiều thiết bị quan trọng như: Các bộ điều chế QAM, các bộ thu QAM giá thành hạ, các bộ mã hóa và giải mã tín hiệu Video số, cho phép các nhà điều hành cáp cung cấp thêm khoảng 10 dịch vụ Video số mới trong các kênh Video AM/VSB dùng với STB số. Việc triển khai nhanh chóng mạng HFC750 MHz và một số dịch vụ viễn
5
thông cung cấp khả năng cạnh tranh truy nhập và nhiều loại hình kinh doanh cho khách hàng tại các thị trường quan trọng.Vào giữa thập kỷ 1990, kiến trúc mạng HFC đã bắt đầu có hướng phát triển mới. Cuộc cách mạng này là do những áp lực sau của thị trường:-Bùng nổ nhu cầu truy nhập dữ liệu tốc độ cao trong các khu vực dân cư.-Nhu cầu chuyển phát các dịch vụ số tương tác.-Gia tăng cạnh tranh từ nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông và các nhà cungcấp dịch vụ DBS (Direct Broadcast Satellite).-Sự t i ến bộ t r ong công nghệ sợ i quang , đặc b i ệ t l à l a s e r và bộ t hu quang và quản lý mạng cáp. Những nhu cầu và áp lực của thị trường đã tác động tới các nhà điều hành cáp xem lại kiến trúc mạng HFC hiện tại và tiến tới mạng truy nhập CATV DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing).
1.3: Mạng truy nhập HFC:
1.3.1: Khái niệm,đặc điểm của mạng HFC:
+ Khái niệm: Mạng HFC(Hybrid Fiber Coaxial) là 1 mạng lai kết hợp giữa cáp quang và cáp đồng trục trong đó có dùng các thiết bị tích cực (các bộ khuếch đại cao tần) trên mạng đồng trục để tạo ra 1 mạng băng rộng. + Mạng HFC thuần túy có một số đặc điểm sau:-Việc truyền dẫn tín hiệu từ trung tâm đến các node quang là cáp quang,còn từ các node quang tới các thuê bao là cáp đồng trục.-Đáp ứng được các yêu cầu xây dựng theo mạng 1 chiều hay 2 chiều.-Mạng đồng trục chiếm tỉ trọng lớn hơn trong toàn bộ mạng tổng thể.-Khả năng phục vụ từ 1500-2000 thuê bao/node quang.+ Mạng HFC bao gồm 3 mạng con (segment) gồm:-Mạng truyền dẫn (Transport segment)-Mạng phân phối (Distribution segment)-Mạng truy nhập (Acess segment) Mạng truyền dẫn: bao gồm hệ thống cáp quang và các Hub sơ cấp, nhiệm vụ của nó là truyền dẫn tín hiệu từ headend đến các khu vực xa.Các Hub sơ cấp có chức năng thu/phát quang/từ đến các node quang và chuyển tiếp tín hiệu quang tới các Hub khác. Mạng phân phối tín hiệu: bao gồm hệ thống cáp quang, các Hub thứ cấp và các node quang. Tín hiệu quang từ các Hub sẽ được chuyển thành tín hiệu điện tạicác node quang để truyền đến thuê bao. Ngược lại trong trường hợp mạng 2 chiều,tín hiệu điện từ mạng truy nhập sẽ được thu tại node quang và chuyển thành tín hiệu quang để truyền đến Hub về headend. Mạng truy nhập: bao gồm hệ thống cáp đồng trục, các thiết bị thu phát cao tần có nhiệm vụ truyền tải các tín hiệu cao tần RF giữa node quang và các thiết bị thuê bao. Thông thường bán kính phục vụ của mạng con truy nhập tối đa khoảng300m.
1.3.2:Ưu,nhược điểm của mạng HFC:
+Ưu điểm: -Sử dụng cáp quang để truyền tín hiệu, mạng HFC sẽ sử dụng các ưu điểm vượt trội của cáp quang so với các phương tiện truyền dẫn khác: Dải thông cực lớn,suy hao tín hiệu rất thấp, ít bị nhiễu điện từ, chống lão hóa và ăn mòn hóa học tốt,…
6
- Tín hiệu truyền trên sợi cáp là tín hiệu quang, vì vậy không bị ảnh hưởng bởicác nhiễu điện từ từ môi trường dẫn đến đảm bảo được chất lượng tín hiệu trên đường truyền. Được chế tạo từ các chất trung tính là Plastic và thủy tinh, các sợi quang là các vật liệu không bị ăn mòn hóa học nên tuổi thọ của sợi cao.-Có khả năng dự phòng trong trường hợp sợi quang bị đứt.-Phạm vi bao phủ của 1 node quang lớn nhờ kéo dài mạng đồng trục bởi sử dụng các khuếch đại cao tần.-Chi phí ban đầu thấp nhờ sử dụng ít node quang.+Nhược điểm:-Chất lượng tín hiệu thấp hơn mạng HFPC.-Không thuận lợi khi triển khai thành mạng 2 chiều.-Yêu cầu chặt chẽ về nguồn cấp tín hiệu.Nếu điểm cấp nguồn nào mất tín hiệu thì toàn bộ tuyến phía sau cũng mất tín hiệu.-Cơ chế thi công,vận hành bảo dưỡng phức tạp.
1.3.3: Kiến trúc cơ bản của mạng HFC:
Hình 3.50: Kiến trúc cơ bản mạng HFC
-
Mạng cáp quang mở rộng từ headend chủ (master headend) đến các headend vùng
(regionalheadend), hubsite của mạng lân cận và sau cùng là nút chuyển đổi quang-điện (fiber optic node)để phục vụ từ 500 thuê bao÷2000 thuê bao ở mọi nơi.Master headend thường có các antennaparabol vệ tinh để thu các tín hiệu video trong không gian cũng như các luồng IP. Một số masterheadend còn bao gồm các thiết bị điện thoại để cung cấp các dịch vụ viễn thông đến cộng đồng.Một regional headend thu tín hiệu video từ master headend và thêm vào các kênh của chính phủ,
7
kênh giáo dục, kênh công cộng khi được phép, hoặc đưa vào chương trình quảng cáo.
-
Fiber optic node có một bộ thu phát quang băng rộng có khả năng chuyển đổi tín hiệu
điềuchế quang chiều xuống đến từ headend ra thành tín hiệu điện gởi đến thuê bao, cũng như chuyểnđổi tín hiệu điện đến từ thuê bao ra thành tín hiệu quang cho chiều ngược lại. Tín hiệu điện chiềuxuống gởi đến thuê bao là tín hiệu điều chế RF nằm trong dải tần từ 50 MHz ÷1000 MHz. Cápquang nối optical node đến headend hoặc hub theo point-to-point hoặc star topology hoặc ringtopology. Fiber optic node cũng có một reverse path transmitter để gởi thông tin từ thuê bao đếnheadend. Ở Mỹ tín hiệu theo chiều ngược lại này có điều chế RF nằm trong dải tần từ5MHz÷42MHz, ở những khu vực khác từ 5 MHz ÷ 65 MHz.
-
Phần cáp đồng trục của mạng kết nối từ 25 ÷2000 thuê bao (thông thường 500 thuê bao)theo cấu hình dạng cây và nhánh. Các bộ khuếch đại RF được sử dụng để khuếch đại tín hiệu, bùlại suy hao do cáp, và các suy hao khác có nguyên nhân từ chia cáp hoặc rẽ cáp. Các cáp đồngtrục trung kế được kết nối đến optical node và có dạng của coaxial backbone (dạng xương sống đồng trục) để phân phối các cápkết nối nhỏ hơn. Các cáp trung kế cũng tải nguồn AC từ 60V đến 90V. Nguồn AC này cung cấpcho các bộ khuếch đại. Từ các cáp trung kế, các cáp phân phối nhỏ hơn được kết nối đến một cổng của bộ khuếch đại trung kế để tải tín hiệu RF và nguồn AC xuống các nhánh mạng riêng biệt. Khi cần thiết, các bộ kéo dài dây với các bộ khuếch đại phân phối nhỏ sẽ khuếch đại tín hiệu để giữ công suất của tín hiệu TV ở mức mà TV có thể chấp nhận được. Các dây phân phối được mắc vào các bộ rẽ nhánh từ những điểm rẽ riêng biệt để dẫn đến nhà thuê bao. Các bộ rẽ nhánh dẫn tín hiệu RF và chặn lại nguồn AC. Dây rẽ nối đến nhà thuê bao, cần có nối đất để bảo vệ hệ thống từ những điện áp nhiễu. Tùy vào thiết kế mạng, tín hiệu có thể đi qua bộ chia để đến cùng lúc nhiều TV. Trường hợp có quá nhiều TV kết nối, thì chất lượng hình ảnh của tất cả TV trong nhà rất xấu.
8
1.3.4: Truyền dẫn trên mạng HFC:
Sử dụng ghép kênh phân tần số (frequency division multiplexing), nên một mạng HFC cóthể tải nhiều dịch vụ khác nhau, bao gồm truyền hình tương tự, truyền hình số (HDTV-HighDefinition Television), truyền hình theo yêu cầu (VoD-Video on Demand), video số có chuyểnmạch, điện thoại, và truyền dữ liệu tốc độ cao.
Cable Multiple System Operators (MSOs) phát triển các phương pháp để gởi các dịch vụbằng tín hiệu RF trên cáp quang và cáp đồng trục. Phương pháp nguyên thủy để truyền video trênmạng HFC mà cho đến bây giờ vẫn sử dụng rộng rãi là điều chế các kênh TV tương tự tiêu chuẩn,cũng giống như phương pháp sử dụng để truyền dẫn các kênh truyền hình quảng bá trong khônggian. Một kênh TV tương tự chiếm băng thông 6 MHz. Mỗi kênh có một tần số trung tâm làmsóng mang (ví dụ: kênh 2 có tần số trung tâm là 55,25 MHz), do đó không có va chạm giữa cáckênh liền kề . Các kênh TV số tạo ra một cách truyền video hiệu quả hơn bằng cách dùng mã hóaMPEG-2 hoặc MPEG-4 trên các kênh QAM (Quadrature amplitude modulation).
1.3.5:Khả năng băng thông:
-Phổ kênh chiều xuống 550 MHz÷750 MHz.
-Phổ kênh chiều lên 5 MHz÷42 MHz.
-Phổ 550 MHz÷750 MHz cho 33 kênh 6 MHz.
-Phổ 5 MHz÷42 MHz cho 20 kênh 1,8 MHz.
-
Có bốn kỹ thuật điều chế sử dụng 5,12 Msymbols/second cho chiều xuống và một kỹ
thuậtđiều chế sử dụng 1,28 Msymbols/second cho chiều lên.Tốc độ bit của năm kỹ thuật
điều chế này là:
+QPSK: 2 bits/symbol x 5,12 Msymbols/second = 10,24 Mbps.
+16 QAM: 4 bits/symbol x 5,12 Msymbols/second = 20,48 Mbps.
+64 QAM: 6 bits/symbol x 5,12 Msymbols/second = 30,72 Mbps.
+256 QAM: 8 bits/symbol x 5,12 Msymbols/second = 40,96 Mbps.
+QPSK: 2 bits/symbol x 1,28 Msymbols/second = 2,56 Mbps
Chiều xuống:
+QPSK: 33 kênh FDM x 10,24 Mbps/kênh = 337 Mbps.
+16 QAM: 33 kênh FDM x 20,48 Mbps/kênh = 1013 Mbps.
+64 QAM: 33 kênh FDM x 40,96 Mbps/kênh = 1351 Mbps.
9
Chiều lên:
+QPSK: 20 kênh FDM x 2,56 Mbps/kênh = 51 Mbps.
CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC MẠNG HFC
10
2.1. CÁC MÔ HÌNH KIẾN TRÚC MẠNG.
2.1.1. Kiếntrúcmạng CATV truyềnthống.
Hình 20: Kiến trúc đơn giản mạng CATV truyền thống
* Headend thực hiện các nhiệm vụ sau:
- Thu các chương trình từ các nguồn khác nhau.
- Chuyển đổi từng kênh tới kênh tần số RF mong muốn, ngẫu nhiên hoá các kênh
khi có yêu cầu.
- Kết hợp tất cả các tần số vào một kênh đơn tương tự băng rộng (Ghép FDM).
11
- Phát quảng bá kênh tương tự tổng hợp này xuống cho các thuê bao.
* Hệ thống mạng truyền dẫn bao gồm:
- Cáp chính trung kế (Trunk cable).
- Fidơ cáp: Cáp rẽ ra từ các cáp trung kế.
- Cáp thuê bao (Drop cable): Phần cáp kết nối từ cáp nhánh Fidơ đến thuê bao hộ
gia đình.
* Hoạt động của mạng.
Lưu lượng Video tổng đường xuống phát từ Headend và được đưa tới các cáp trung
kế. Để cung cấp cho toàn một vùng, các bộ chia tín hiệu (Spliter) sẽ chia lưu lượng tới các
cáp nhánh fidơ từ cáp trung kế. Tín hiệu đưa đến thuê bao được trích ra từ các cáp nhánh
(fidơ cáp) nhờ bộ trích tín hiệu Tap.
Mức tín hiệu suy hao tỷ lệ với bình phương tần số trung tâm khi truyền qua cáp trục
(cáp trung kế, cáp fidơ và cáp thuê bao). Do tín hiệu ở tần số càng cao suy hao càng nhanh
so với tần số thấp. Mức tín hiệu cũng bị suy giảm khi đi qua các bộ Spliter và Tap.
Trên đường đi của tín hiệu, các bộ khuếch đại tín hiệu được đặt ở các khoảng cách
phù hợp để khôi phục tín hiệu bị suy hao. Các bộ khuếch đại được cấp nguồn nhờ các bộ
cấp nguồn đặt rải rác trên đường đi của cáp, các bộ nguòn này được nuôi từ mạng điện sở
tại. Các bộ khuếch đại xa nguòn được cấp nguồn cũng chính bằng cáp đồng trục: dòng điện
một chiều được cộng chung với tín hiệu nhờ bộ cộng. Đến các bộ khuyếch đại, dòng một
chiều sẽ được tách riêng để cấp nguồn cho bộ khuếch đại.
Vì các kênh tần số cao tín hiệu suy hao nhanh hơn nhất là trên khoảng cách truyền
dẫn dài, các kênh tần số cao cần có mức khuếch đại cao hơn so với các kênh tần số thấp.
Do đó cần phải cân bằng công suất trong dải tần phát tại những điểm cuối để giảm méo. Để
phủ cho một vùng, một bộ khuếch đại có thể đặt ở mức cao, kết quả là cả mức tín hiệu và
méo đều lớn. Do vậy tại nhà thuê bao gần Headend cần một thiết bị thụ động làm suy giảm
bớt mức tín hiệu gọi là Pad.
* Các hệ thống cáp đồng trục đã cải thiện đáng kể chất lượng tín hiệu thu của
TV, tuy nhiên vẫn còn có một số nhược điểm sau:
- Mặc dù đạt được một số thành công về cung cấp dịch vụ truyền hình, các hệ thống
thuần túy cáp đồng trục không thể thoả mãn các dịch băng rộng tốc độ cao.
- Dung lượng kênh của hệ thống không bằng phát vệ tinh quảng bá trực tiếp DBS. Hệ
thống cáp đồng trục có thể cung cấp hơn 40 kênh nhưng các thuê bao DBS có thể thu được
gấp 2 lần số kênh trên, đủ cho họ lựa chọn chương trình. Các mạng cáp yêu cầu cần thêm
dung lượng kênh để tăng cạnh tranh.
12
- Truyền dẫn tín hiệu bằng cáp đồng trục có suy hao rất lớn, nên cần phải đặt nhiều
bộ khuếch đại tín hiệu trên đường truyền. Do vậy phải có các chi phí khác kèm theo: nguồn
cấp cho bộ khuếch đại, công suất tiêu thụ của mạng tăng lên… dẫn đến chi phí cho mạng
lớn.
- Các hệ thống cáp đồng trục thiếu độ tin cậy. Nếu một bộ khuếch đại ở gần Headend
không hoạt động (ví dụ như mất nguồn nuôi), tất cả các thuê bao do bộ khuếch đại đó cung
cấp sẽ mất các dịch vụ.
- Mức tín hiệu (chất lượng tín hiệu) sẽ không đủ đáp ứng cho số lượng lớn các thuê
bao. Do sử dụng các bộ khuếch đại để bù suy hao cáp, nhiều đường truyền tác động vào tín
hiệu và nhiễu nội bộ của bộ khuếch đại được loại bỏ không hết và tích tụ trên đường
truyền, nên càng xa trung tâm, chất lượng tín hiệu càng giảm, dẫn đến hạn chế bán kính
phục vụ của mạng.
- Các hệ thống cáp đồng trục rất phức tạp khi thiết kế và vận hành hoạt động. Việc
giữ cho công suất cân bằng cho tất cả các thuê bao là vấn đề rất khó.
Để giải quyết các nhược điểm trên, các nhà cung cấp cùng đi tới ý tưởng sử dụng cáp
quang thay cho cáp trung kế đồng trục. Toàn hệ thống sẽ có cả cáp quang và cáp đồng trục
gọi là mạng lại giữa cáp quang và đồng trục (mạng lại HFC). Yêu cầu đối với hệ thống
quang tương tự là duy trì sự tương thích với các thiết bị cáp kim loại hiện có.
2.1.2. Kiếntrúcmạng HFC.
2.1.2.1. Cácđặcđiểmcơbảnmạng HFC.* Khái niệm:
Mạng HFC (Hybrid Fiber/ Coaxial Network) là mạng lai giữa cáp quang và cáp đồng
trục, sử dụng đồng thời cáp quang và cáp đồng trục để truyền và phân phối tín hiệu. Việc
truyền tín hiệu từ trung tâm đến các node quang là cáp quang, còn từ các node quang đến
thuê bao là cáp đồng trục.
* Mạng HFC bao gồm 3 mạng con (segment): Mạng truyền dẫn (transport segment),
Mạng phân phối (Distribution segment), mạng truy nhập (Acess segment).
13
Hình 21: Kiến trúc mạng HFC
- Mạng truyền dẫn bao gồm hệ thống cáp quang và các Hub sơ cấp, nhiệm vụ của
nó là truyền dẫn tín hiệu từ Heađen đến các khu vực xa. Các Hub sơ cấp có chức năng thu/
phát quang từ/ đến các node quang và chuyển tiếp tín hiệu quang tới các Hub khác.
- Mạng phân phối tín hiệu bao gồm hệ thống cáp quang, các Hub thứ cấp và các
node quang. Tín hiệu quang từ các Hub sẽ được chuyển thành tín hiệu điện tại các node
quang để truyền thuê bao. Ngược lại trong trường hợp mạng 2 chiều, tín hiệu điện từ mạng
truy nhập sẽ được thu tại node quang và chuyển thành tín hiệu quang để truyền đến Hub về
Headend.
- Mạng truy nhập bao gồm hệ thống cáp đồng trục, các thiết bị thu phát cao tần có
nhiệm vụ truyền tải các tín hiệu cao tần RF giữa node quang và các thiết bị thuê bao.
Thông thường bán kính phục vụ của mạng con truy nhập tối đa khoảng 300m.
* Hoạt động của mạng.
Tín hiệu Video tương tự cũng như số từ các nguồn khác nhau như: Các bộ phát đáp
vệ tinh, nguồn quảng bá mặt đất, Video Server được đưa tới Headend trung tâm. Tại đây
tín hiệu được ghép kênh và truyền đi qua Ring sợi đơn Mode (SMF). Tín hiệu được truyền
từ Headend trung tâm tới thông thường là 4 hoặc 5 Hub sơ cấp. Mỗi Hub sơ cấp cung cấp
tín hiệu cho khoảng hơn 150.000 thuê bao. Có khoảng 4 hoặc 5Hub thứ cấp và Headend
nội hạt, mỗi Hub thứ cấp được sử dụng để phân phối phụ thêm các tín hiệu Video tương tự
hoặc số đã ghép kênh với mục đích giảm việc phát cùng kênh video tại các Headend sơ cấp
14
và thứ cấp khác nhau. Các kênh số và tương tự của Headend trung tâm có thể cùng được
chia sẻ sử dụng trên mạng backbone. Mạng backbone được xây dựng theo kiến trúc vòng
sử dụng công nghệ SONET/SDH hoặc một số công nghệ độc quyền.
Các đặc điểm của SONET/SDH được định nghĩa cấp tốc độ số liệu chuẩn từ tốc độ
OC-1 (51,84 Mb/s)/STM-1 (155,52 Mb/s) tới các tốc độ gấp nguyên lần tốc độ này.
Trong mạng SONET/SDH, tín hiệu Video tương tự được số hoá, điều chế, ghép
kênh TDM và được truyền ở các tốc độ khác nhau từ OC-12/STM-4 (622 Mb/s) tới OC-
48/STM-16 (2448 Mb/s). Ở đâysử dụng kỹ thuật ghép kênh thống kê TDM để tăng độ rộng
băng tần sử dụng. Ghép kênh thống kê TDM thực hiện cấp phát động các khe thời gian
theo yêu cầu để thực hiện các dịch vụ có tốc độ bit thay đổi qua mạng SONET/SDH. Để
giảm chi phí lắp đặt, phần lớn các nhà điều hành CATV lựa chọn sử dụng thiết bị tương
thích với chuẩn SONET/SDH, tuỳ theo các giao diện mạng. Dung lượng node quang được
xác định bởi số lượng thuê bao mà nó cung cấp tín hiệu. Node quang có thể là node cỡ nhỏ
với khoảng 100 thuê bao hoặc cỡ lớn với khoảng 2000 thuê bao.
2.1.2.2. Ưu và nhược điểm của mạng HFC.- Sử dụng cáp quang để truyền tín hiệu, mạng HFC sẽ sử dụng các ưu điểm vượt
trội của cáp quang so với các phương tiện truyền dẫn khác: Dải thông cực lớn, suy hao tín
hiệu rất thấp, ít bị nhiễu điện từ, chống lão hoá và ăn mòn hoá học tốt. Với các sợi quang
được sản xuất với công nghệ hiện đại ngày nay, các sợi quang cho phép truyền các tín hiệu
có tần số lên tới hàng trăm THz (10145 - 1015 Hz). Đây là dải thông tín hiệu vô cùng lớn, có
thể đáp ứng mọi yêu cầu dải thông đường truyền mà không một phương tiện truyền dẫn
nào khác có thể có được.
- Tín hiệu quang truyền sợi quang hiện nay chủ yếu nằm trong 2 cửa sổ bước sóng
quang là 1310nm và 1550nm. Đây là 2 cửa sổ có suy hao tín hiệu rất nhỏ; 0,3 dB/km với
bước sóng 1310nm và 0,2nm với bước song 1550nm. Trong khi đó với một sợi cáp đồng
trục loại suy hao thấp nhất cũng phải mất 43dB/km tại tần số 1 GHz.
- Tín hiệu truyền trên sợi cáp là tín hiệu quang, vì vạy không bị ảnh hưởng bởi các
nhiễu điện từ từ môi trường dẫn đến đảm bảo được chất lượng tín hiệu trên đường truyền.
Được chế tạo từ các trung tính là Plastic và thủy tinh, các sợi quang là các vật liệu không bị
ăn mòn hoá học dẫn đến tuỏi thọ của sợi cao.
- Có khả năng dự phòng trong trường hợp sợi quang bị đứt.
- Mặc dù mạng HFC đã cải thiện đáng kể chất lượng tín hiệu truyền hình, nhưng
các mạng con truy nhập vẫn sử dụng các thiết bị tíc cực là các bộ khuếch đại tín hiệu nhằm
15
bù suy hao cáp để truyền tín hiệu đi xa. Theo kinh nghiệm các nhà điều hành mạng cáp của
châu Âu và châu Mỹ, trục trặc của mạng truyền hình cáp phần lớn xảy ra do các bộ khuếch
đại và các thiết bị ghép nguồn cho chúng. Các thiết bị này nằm rải rác trên mạng, vì thế
việc định vị, sửa chữa thông thường không thể thực hiện nhanh được nên ảnh hưởng đến
chất lượng phục vụ khách hàng của mạng. Với các mạng truy nhập đồng trục, khi cung cấp
dịch vụ 2 chiều, các bộ khuếch đại cần tích hợp phần tử khuếch đại tín hiệu cho các tín
hiệu ngược dòng đã đến độ ổn định của mạng giảm. Do vậy xu hướng trên thế giới đang
chuyển dần sang sử dụng mạng truy nhập thụ động.
2.1.3. Kiếntrúcmạng HFPC.
* Khái niệm.
Một mạng HFC chỉ sử dụng các thiết bị cao tần thụ động được gọi là mạng HFC
thụ động HFPC (Hybrid Fiber/Pasive Coaxia).
Như vậy với kiến trúc HFPC, mạng con truy nhập không đồng bộ khuếch đại nào
nữa mà chỉ còn các bộ chia tín hiệu, các bộ ghép định hướng và các bộ trích tín hiệu thụ
động.
* Sử dụng mạng truy nhập HFPC sẽ tạo ra các ưu điểm sau:
- Chất lượng tín hiệu được nâng cao do không sử dụng các bộ khuếch đại tín hiệu
mà hoàn toàn chỉ dùng các thiết bị thụ động nên tín hiệu tới thuê bao sẽ không bị ảnh
hưởng của nhiễu tích tụ do các bộ khuếch đại.
- Sự cố của mạng sẽ giảm rất nhiều dẫn đến tăng độ ổn định và chất lượng phục vụ
mạng vì trục trặc của mạng truyền hình cáp phần lớn xảy ra do các bộ khuyếch đại và thiết
bị ghép nguồn cho chúng.
- Các thiết bị thụ động đều có khả năng truyền tín hiệu theo 2 chiều, vì thế độ ổn
định của mạng vẫn cao khi cung cấp dịch vụ 2 chiều.
- Sử dụng hoàn toàn các thiết bị thụ động sẽ giảm chi phí rất lớn cho việc cấp
nguồn bảo dưỡng, thay thế và sửa chữa csac thiết bị tích cực dẫn đến giảm chi phí điều
hành mạng.
- Nếu sử dụng mạng đồng trục thụ động, số lượng thuê bao tại một node quang sẽ
giảm đi, dẫn đến dung lượng đường truyền cho tín hiệu hướng lên sẽ tăng lên, tạo ra khả
năng cung cấp tốt các dịch vụ 2 chiều tốc độ cao cho thuê bao.
* Một số nhược điểm của mạng HFPC:
- Do không sử dụng các bộ khuếch đại tín hiệu cao tần, tín hiệu suy hao trên cáp sẽ
không được bù dẫn đến hạn chế lớn bán kinh phục vụ của mạng.
16
- Do không kéo cáp đồng trục đi xa, số lượng thuê bao có thể phục vụ bởi một node
quang có thể giảm đi. Để có thể phục vụ số lượng thuê bao lớn như khi sử dụng csac bộ
khuếch đại tín hiệu, cần kéo cáp quang đến gần thuê bao hơn và tăng số node quang dẫn
đến tăng chi phí lớn cho mạng.
2.2. CÁC THÀNH PHẦN HỆ THỐNG.
Mục này sẽ đề cập đến những thành phần đóng vai trò quyết định đến chất lượng
của một hệ thống mạng HFC, bao gồm:
- Cáp sợi quang.
- Cáp đồng trục
- Các bộ khuyếch đại tín hiệu.
- Các bộ chia tín hiệu và rẽ tín hiệu.
2.2.1. Cápsợiquang.
2.2.1.1. Cấutạo.
Hình 22: Cấu trúc sợi quang
Sợi quang là ống dẫn điện môi hình trụ. Thành phần chính gồm lõi và lớp bọc. Lõi
để dẫn ánh sáng còn lớp bọc để giữ ánh sáng tập trung trong lõi sợi nhờ sự phản xạ toàn
phần giữa lớp lõi và lớp bọc.
Để bảo vệ sợi quang tránh những tác dụng do điều kiện bên ngoài, sợi quang còn
được bọc thêm hai lớp nữa, bao gồm:
- Lớp vỏ thứ nhất: có tác dụng bảo vệ sợi quang tránh sự xâm nhập của hơi nước,
tránh sự trầy xước gây nên những vết nứt và giảm ảnh hưởng vi uốn cong.
- Lớp vỏ thứ hai: có tác dụng tăng cường sức chịu đựng của sợi quang trước tác
dụng cơ học và ảnh hưởng của nhiệt độ.
17
2.2.1.2. Cácđặctínhcủasợiquang.* Suy hao.
Công suất quang truyền lên sợi giảm theo quy luật hàm số mũ.
P(z) = P(0) x 10(-/10)z.
Trong đó:
P(0) : công suất quang đầu sợi.
P(z) : công suất quang ở cự ly z.
: hệ số suy hao.
Độ suy hao của sợi quang được tính bởi công thức:
A(dB) = -10lg (P2/P1).
Trong đó:
P1: công suất quang đầu vào.
P2: công suất quang đầu ra.
Hệ số suy hao trung bình (suy hao trên một đơn vị chiều dài).
(dB/km) = A(dB)/L (km)
Trong đó:
A: độ suy hao của sợi quang.
L: chiều dài của sợi quang.
Các nguyên nhân gây nên suy hao.
- Suy hao do hấp thụ vật liệu: Sự có mặt của các tạp chất kim loại và các ion OH
trong sợi quang là nguồn điểm hấp thụ ánh sáng. Mức độ hấp thụ tuỳ thuộc vào bước sóng
ánh sáng truyền qua nó và tuỳ thuộc vào nồng độ tạp chất của vật liệu.
- Suy hao do tán xạ Rayleigh: ánh sáng khi truyền trong sợi quang gặp những chỗ
không đồng nhất sẽ bị tán ạ. Tia xạ truyền qua chỗ không đồng nhất bị toả ra nhiều hướng.
Chỉ có một phần ánh sáng tiếp tục truyền theo hướng cũ, do đó năng lượng bị mất mát. Độ
suy hao của tán xạ Rayleigh tỉ lệ nghịch với lũy thừa bậc 4 của bước sóng (-4) nên độ suy
hao giảm rất nhanh về phía bước song dài.
Ngoài tán xạ Rayleigh, ánh sáng truyền trong sợi còn bị tán xạ khi gặp những chỗ
không hoàn hảo giữa lớp vỏ và lớp lõi. Một tia tới sẽ có nhiều tia phản xạ khác nhau.
Những tia có góc phản xạ nhỏ hơn góc tới hạn sẽ bị khúc xạ ra lớp vỏ và bị suy hao dần.
- Suy hao do sợi bị uốn cong: Với những chỗ uốn cong nhỏ (vi uốn cong), tia sáng
truyền bị lệch trục làm cho sự phân bố thường bị xáo trộn và năng lượng bị phá xạ ra ngoài
dẫn đến suy hao.
18
Còn khi sợi bị uốn cong, các tia sáng không thoả mãn điều kiện phản xạ toàn phần,
do đó tia sáng sẽ bị khúc xạ ngoài. Bán kính uốn cong càng nhỏ thì suy hao càng lớn. Các
nhà sản xuất khuyến nghị bán kính uốn cong trong khoảng từ 30mm tới 50mm thì suy hao
do uốn cong là không đáng kể.
* Tán sắc.
Một xung ánh sáng được đưa vào là truyền dẫn trong sợi quang thì ở đầu ra xung
ánh sáng sẽ bị biến dạng so với xung đầu vào. Sự biến dạng này được gọi là tán sắc.
Tán sắc làm cho biên độ tín hiệu tương tự bị giảm và bị dịch pha, còn tín hiệu số sẽ
bị mửo rộng xung và bị chồng lấn nhau. Sự tán sắc làm hạn chế dải thông của sợi quang.
Các nguyên nhân gây tán sắc:
- Tán sắc mode: với sợi đa mode, ánh sáng truyền truyền trong sợi phân thành
nhiều mode, mỗi mode có một đường truyền khác nhau, nên thời gian truyền của các tia
sáng theo các mode là khác nhau. Điều đó dẫn tới các tia sáng không ra đồng thời khỏi sợi
quang mặc dù cùng xuất phát tại cùng một thời điểm, gây nên tán sắc.
- Tán sắc nội mode: Tán sắc không những chỉ do hiệu ứng trễ giữa các mode gây ra
mà nó còn do chính nội tại của các mode riêng rẽ. Có hai loại tán sắc nội mode:
Tán sắc vật liệu: do sự thay đổi chỉ số chiết suất của vật liệu lõi theo bước sóng.
Tán sắc vật liệu là một hàm của bước sóng.
Tán sắc dẫn sóng: do sợi đơn mode chỉ giữ khoảng 80% năng lượng ở trong lõi,
còn 20% ánh sáng truyền trong vỏ nhanh hơn năng lượng ở trong lõi.
Độ tán sắc tổng:
Tán sắc tổng =
Nếu kí hiệu Dt là tán sắc tổng, Dmod là tán sắc mode, Dchr là tán sắc nội mode, Dvl là
tán sắc vật liệu, Dds là tán sắc dẫn sóng.
Ta có thể viết:
Dt =
2.2.2. Cápđồngtrục
2.2.2.1. Cấutạo.Cáp đồng trục được sử dụng rộng rãi cho việc phân phối tín hiệu các chương trình
truyền hình. Hình 23 vẽ sơ đồ cấu trúc cáp đồng trục sử dụng trong CATV.
19
Lớp vỏ nhựa
Vỏ bọc nhôm
Lớp bọt nhựa
Dây dẫn trong (Đồng bọc nhôm)
Hình 23: Cấu tạo cáp đồng trục.
Phần lõi của dây dẫn thông thường làm bằng đồng với điện trở nhỏ thuận lợi
truyền dòng điện cường độ. Lớp vỏ ngoài và vỏ phần lõi trong thường làm bằn nhôm. Vật
liệu giữa 2 lớp nhôm tbường là nhựa. Giữa lõi và phần ngoài có các túi không khí để giảm
khôi slượng và tránh thấm nước. Ngoài cùng là một lớp vỏ bọc chống các tác động cơ học.
Đường kính tiêu chuẩn của cáp là 0,5; 0,75; 0,875 và 1 inch, trở kháng đặc tính của
cáp thường là 7. Tín hiệu sẽ bị suy giảm khi truyền theo chiều dài của cáp. Lượng suy
giảm phụ thuộc vào đường kính cáp, tần số, hệ số sóng đứng và nhiệt độ.
Có 3 loại cáp đồng trục khác nhau được sử dụng trong mạng cáp phân phối.
- Cáp trung kế.
- Cáp fidơ
- Cáp thuê bao.
Cáp trung kế đường kính từ 0,5 đến 1 inch dùng truyền tín hiệu bắt đầu từ node
quang. Tổn hao truyền dẫn đối với loại cáp 1 inch là 0,89 dB ở tần số 50MHz và 3,97dB ở
750 MHz (tính với 100m cáp).
Cáp fidơ được sử dụng nối giữa các bộ khuếch đại đường dây và các bộ chia tín
hiệu còn cáp thuê bao có đường kính nhỏ hơn cáp fidơ dùng để kết nối từ các bộ chia tới
thiết bị đầu cuối thuê bao. Vị trí lắp đặt của các cáp trong mạng được chỉ trong hình.
2.2.2.2. Cácthôngsốcủacápđồngtrục.* Suy hao do phản xạ.
Suy hao do phản xạ là đại lượng được đo bằng độ khác biệt của trở kháng đặc tính
cáp so với giá trị danh định. Nó bằng tỷ số giữa công suất tới trên công suất phản xạ.
Lr(dB) = 10 log (Pt/Pr) (dB).
20
Khi trở kháng thực càng gần với giá trị danh định, công suất phản xạ càng nhỏ và
suy hao phản xạ càng nhiều. Khi phối hợp lý tưởng ta có Pr = 0. Tuy nhiên trong thực tế
giá trị Lr vào khoảng 28 - 32 dB. Nếu suy hao phản xạ quá nhỏ, phản hồi sẽ xuất hiện trên
đường dây và sẽ tạo nên tín hiệu có tiếng ù.
* Trở kháng vòng.
Công suát từ các bộ khuếch đại để bù lại suy giảm trên đường truyền thường được
cung cấp bởi dòng một chiều xoay chiều điện áp thấp truyền trong cáp theo tần số RF. Do
mức điện áp thấp, thông thường khoảng 45V, trở kháng vòng (trở kháng phối hợp của dây
dẫn trong và ngoài của cáp) là một đặc tính quan trọng. Dòng điện này chảy qua trong toàn
bộ tiết diện của cáp, và vì vậy trở kháng của dây dẫn trong đối với nó sẽ cao.
2.2.3. Cácbộkhuếchđại RF.
2.2.3.1. Đặcđiểmcácbộkhuếchđại.Các bộ khuếch đại đường truyền bù lại suy giảm tín hiệu, chúng đóng vai trò quan
trọng khi thiết kế hệ thống. Mỗi bộ khuếch đại có chứa một bộ ổn định để bù lại suy giảm
ở các tần số khác nhau. Trong hệ thống truyền hình cáp thường sử dụng bộ khuếch đại cầu.
Với trở kháng vào lớn, tín hiệu từ đường trung chuyển có thể được lấy ra mà không ảnh
hưởng đến chất lượng của toàn bộ kênh truyền. Yêu cầu đối với bộ khuếch đại là độ ổn
định phải cao do có sự tích luỹ độ suy hao của nhiều thành phần mắc nối tiếp:
- Chúng phải làm việc được trên một phạm vi dải tần rộng, hệ số khuếch đại phải
đạt được giá trị phù hợp tại các miền tần số cao.
- Bộ ổn định có khả năng bù lại suy giảm theo tần số một cách thích hợp.
- Bộ khuếch đại có đặc tuyến tuyến tính cao, để tránh xuyên nhiễu.
- Tự động điều chỉnh hệ số khuyếch đại và đặc tuyến tần số để bù lại sự thay đổi do
nhiệt độ.
- Tỷ số C/N của riêng một bộ khuếch đại phải đủ lớn để chống được mức nhiễu
tầng của các bộ khuếch đại.
Có 3 loại bộ khuếch đại được sử dụng trong mạng CATV HFC tuỳ thuộc vào vị trí
của chúng.
- Bộ khuếch đại trung kế.
- Bộ khuếch đại cầu.
- Bộ khuếch đại đường dây dải rộng.
Vị trí từng loại trong mạng được chỉ ra trong hình 21.
Đặc điểm từng loại.
21
* Bộ khuếch đại trung kế.
Hình 24: Sơ đồ khối đơn giản bộ khuếch đại trung kế.
Được đặt tại điểm khi suy hao lên tới 20-22 dB tính từ bộ khuếch đại trước đó, mức
đầu ra thông thường khoảng 30 - 36 dBmV.
Ưu điểm:
Mức CNR cao (< 80 dBc) đặc biệt là với các kênh truyền hình tần số cao
(>300MHz). Vì cáp đồng trục khi truyền dẫn tổn hao phụ thuộc nhiều vào tần số nên biên
độ tín hiệu Video phát đi cần phải được giữ cân bằng nhằm duy trì sự đồng đều trong toàn
vùng phổ tín hiệu RF đã phát. Các bộ giữ cân bằng đường xuống được thiết kế để bù cho
các đoạn cáp đồng trục độ dài cố định. Bằng cách tưang suy hao ở tần số thấp, bộ cân bằng
cho phép các bộ khuếch đại trung kế duy trì mức khuếch đại phù hợp với từng khoảng tần
số trong phổ tín hiệu truyền dẫn. Ngoài ra, một số bộ khuếch đại trung kế còn được trang
bị bộ cân bằng dự đoán trước (Bode Equalizer) để bù tổn hao cáp gây ra do sự thay đổi của
nhiệt độ.
Các bộ khuếch đại trung kế thường dùng mạch tự điều chỉnh hệ số khuếch đại
(AGC). Khoảng điều khiển chênh lệch mức khuếch đại thường trong khoảng 6-10 dB. Các
khối AGC trong bộ khuếch đại trung kế tách tín hiệu mẫu của các kênh hoa tiêu tại đầu ra
bộ khuếch đại, tín hiệu mẫu này thường được dùng để tạo ra mức điện áp phù hợp để điều
khiển mức khuếch đại (Gain) và độ dốc (Slope) đặc tuyến của bộ khuếch đại. Các tần số
hoa tiêu chuẩn khác nhau với từng nhà sản xuất. Tất cả các loại bộ khuếch đại trong truyền
hình cáp đều dùng một số mạch khuếch đại đẩy kéo để giảm thiểu hài méo bậc hai.
Bộ khuếch đại Fidơ:
22
Được sử dụng không chỉ để phát xuống những kênh tín hiệu Video tới các bộ
khuếch đại trung kế mà còn chia tín hiệu tới các fidơ cáp khác nhau (thường là 4 cáp fidơ).
Mức tín hiệu ra thường trong khoảng 40 - 50 dBmV (cao hơn 12dB so với bộ khuếch đại
trung kế.
Bộ khuếch đại đường dây.
Khoảng cách giữa các bộ khuếch đại này khoảng 120 - 130 (m), đặt ở phía gần thuê
bao. Để giảm hiệu ứng méo phi tuyến ở tín hiệu Video phát đi cũng như duy trì sự đồng đều
trong toàn dải tần tín hiệu, tối đa chỉ sử dụng 2-4 bộ khuếch đại đường dây, tuỳ thuộc vào số
lượng Tạp giữa các bộ khuếch đại đường dây dải rộng. Trong các hệ thống CATV 2 chiều có
sử dụng một thiết bị lọc đặc biệt là bộ lọc diplexer (hình 2.14) cho phép tách riêng tín hiệu
đường lên và đường xuống. Tại các hệ thống truyền cáp hình cáp tại Bắc Mỹ, các kênh tín
hiệu đường lên được đặt ở dải tần số 5042 MHz. Dải tần tín hiệu đường xuống là 52-860
MHz. Diplexer có độ cách ly giữa các dải tần khoảng 60dB.
Hình 25: Minh hoạ đơn giản một diplexer
Diplexer là thiết bị có 3 cổng: Cổng H, cổng L, cổng chung C. Đường từ cổng
chung C tới cổng thấp L là một bộ lọc thông thấp cho phép tín hiệu đường lên ở băng tần
thấp hơn được phát đi. Đường từ cổng chung C tới cổng cao H là một bộ lọc thông cao cho
phép phát các kênh tín hiệu đường xuống. Trong một bộ khuếch đại đường dây (khuếch đại
trung kế và khuếch đại cầu) các tín hiệu đường xuống chuyển qua cổng H, tín hiệu đường
lên chuyển qua cổng L.
2.2.3.2. CNR củabộkhuếchđạiđơnvànhiềubộkhuếchđạinốitiếp.Một trong những thông số quan trọng nhất đánh giá hiệu năng truyền dẫn của hệ
thống CATV là tỷ lệ sóng mang - trên - nhiễu (CNR). CNR của một bộ khuếch đại đơn
được tính theo công thức:
23
G1 G2 GN
F1 F2 FN
CNRNF
CNR (dB) = Pra/kB TB + 59,16 - F - G.
Trong đó:
- Pra là công suất ra của bộ khuếch đại.
- KB là hằng số Boltzmann (1,38 . 10-23 J/K)
- T là nhiệt độ Kenvil của bộ khuếch đại
- G(dB) là hệ số khuếch đại
- Giá trị - 59, 16 dBmV là nhiễu nhiệt trong dải tần 4 MHz
- F(dB) là tạp âm nhiệt của bộ khuếch đại.
Tạp âm nhiệt thông thường đối với các bộ khuếch đại trung kế thường trong
khoảng 7 - 10 dB với mức tín hiệu vào là +10 dBmV và hệ số khuếch đại 20dB.
Trong trường hợp N bộ khuếch đại khác nhau liên tiếp.
Giả sử bộ khuếch đại thứ N có tạp âm nhiệt FN và hệ số khuếch đại GN như trong
hình 26.
Hình 26. Sơ đồ N bộ khuếch đại nối tiếp
Tạpâmnhiệtcủatoànhệthốngđượctính:
Trường hợp đơn giản nhất là tất cả các bộ khuếch đại RF là giống nhau thì CNR
của toàn hệ thống tính theo công thức:
CNRN = CNR - 10log (N)
Ví dụ: Nếu một hệ thống CATV có 4 bộ khuếch đại nối tiếp với CNR của một bộ
khuếch đại là 56 dB thì CNR của toàn hệ thống sau bộ khuếch đại thứ 4 sẽ là 50 dB.
Trường hợp tổng quát CNRN của toàn hệ thống gồm các bộ khuếch đại khác nhau
được tính theo công thức:
24
Đường nguồnACKhối ghép định hướng
Đường vào
Đường ra
Đường RF-12dB Chia tín
hiệu
-4dB
2.2.4. Bộ chia vàrẽ tínhiệu
Hình 27. Sơ đồ khối đơn giản Tap 4 đường suy hao 20dB
Tap được sử dụng để đưa tín hiệu tới cáp thuê bao. Một Tap điển hình bao gồm một
khối gép định hướng RF và các khối chia công suất.
Khối ghép định hướng rẽ ra một phần năng lượng tín hiệu đầu vào, còn các khối
chia công suất (Spliter) chia tín hiệu tới thường là 2, 4, 8 cổng ra. Công suất tổn hao giữa
cổng vào so với cổng ra được gọi là suy hao xen (Insertion loss), còn với cổng ra khác
(cổng rẽ) gọi là suy hao cách ly (lsolation loss).
Suy hao xen của Tap thường độc lập với tần số và nhiệt độ
Suy hao cách ly lớn nhất quan trọng đối với các hệ thống CATV 2 chiều để ngăn
tín hiệu đường lên của một thuê bao này lọt vào tín hiệu đường xuống của thuê bao khác.
Thông thường suy hao cách ly vào khoảng 20 dB giữa dải tần đường lên và đường xuống.
Tap được đặc trưng với giá trị rẽ, được đánh giá bằng tỷ lệ giữa công suất ra tại
cổng rẽ và công suất tín hiệu vào. Giá trị rẽ thường trong khoảng 4 - 35dB.
2.3. CÁC MẠNG TRUY NHẬP HFC 2 CHIỀU.
2.3.1. Các công nghệ thúc đẩy.
Sự phát triển từ các mạng cáchi phí HFC một chiều sang các mạng truy nhập HFC
băng rộng hai chiều được thúc đẩy bởi sự ra đời của ba hệ thống thiết bị mới:
- Đầu thu tín hiệu truyền hình số cao cấp: STB cao cấp (Advance STB)
25
- Modem cáp: Cable Modem
- Các hệ thống thoại lP hoạt động qua mạng HFC.
Vị trí các thiết bị trên trong mạng HFC 2 chiều như trong hình 28.
Hình 28. Thiết bị đầu cuối thuê bao trong mạng HFC 2 chiều
Mỗi công nghệ trên cho phép ra đời nhiều loại hình dịch vụ mới mà trước đó không
thể thực hiện được. Phần tiếp theo sẽ xem xét các chức năng của các hệ thống này cùng các
loại hình dịch vụ.
2.3.1.1. Set- Top - Box (STB)STB bao gồm các loại số và tương tự, là thành phần rất quan trọng trong mạng HFC.
STB số là kết nối cho sự phát triển từ các TV tương tự hiện nay tới các TV số cao cấp
trong tương lai.
Với sự ra đời của STB tương tự trong thập niên 70,80, các thuê bao thu được các
kênh TV tương tự qua mạng HFC thay cho các kênh quảng bá mặt đất. Các nhà điều hành
cáchi phí cung cấp cho thuê bao các dịch vụ xem phim IPPV (Impulse - Pay - Per - View
Servise: dịch vụ xem phim thanh toán ngay), cũng như các dịch vụ đặc biệt khác sử dụng
điện thoại làm đường lên cho các hoạt động tương tác. Thuê bao IPPV có thể yêu cầu một
chương trình đặc biệt hoặc các dịch vụ trực tiếp qua các thiết bị đầu cuối cáp tại nhà bất kỳ
lúc nào. Để thanh toán ngay, các dịch vụ trực tiếp qua các thiết bị đầu cuối của thuê bao
26
được nhà điều hành cáp cung cấp một thẻ thanh toán mở rộng. Hệ thống tính cước sẽ tính
giới hạn token cho mỗi thê bao. Mức giới hạn của thẻ này nói cách khác gái trị của thẻ sẽ
giảm đi sau mỗi lần sử dụng dịch vụ. Khi thẻ hết giá trị thì tuy theo yêu cầu của thuê bao
nhà điều hành cáp sẽ gia hạn lại thẻ.
Năm 1996, General Instrument và Scientific Atlânt giới thiệu STB số, đã mở ra cho
các nhà điều hành cáp đưa ra một loạt các dịch vụ mới. STB số có các chức năng cơ bản
sau:
- Dò tìm kênh số (MFEG - 2) và các dịch vụ Video tương tự trong dải tần đường
xuống.
- Giải điều chế kênh tín hiệu số thu được.
- Điều chế tín hiệu số đường lên.
- Mã hoá/giải mã các dịch vụ lựa chọn.
- Quản lý báo hiệu thuê bao từ CATV Headend.
- Cung cấp giao điện thuê bao người sử dụng.
Sự triển khai STB số cao cấp của Motorola/General lnstrument, chứa Dual Cable
TV Tuner và tích hợp modem cáp cho phép thuê bao đòng thời xem TV va “lướt” trên
Web qua mạng HFC. Thuê bao còn được cung cấp các dịch vụ như: PPV số, IPPV số,
NVOD, VOD. Ngoài ra STB cao cấp còn cung cấp truy nhập Internet hai chiều tốc độ cao
sử dụng giao thức DOCSIS. Các dịch vụ mới như thoại IP, thoại thấy hình IP, các chò chơi
(Games) tương tác sẽ được hỗ trợ trong tương lai gần. STB cáp cấp đóng vai trò là thiết bị
giao phát các gói IP tới các thiết bị bên ngoài.
STB cao cấp cũng truyền tải, xử lý và mã hoá tín hiệu truyền hình có độ phân giải
cao (HDTV). Tất cả các ứng dụng đều sử dụng khả năng đồ hoạ 2D/3D của STB khi các
ứng dụng đó được chuyển tới bộ thu của TV ở tín hiệu Video băng tần gốc hoặc tín hiệu
Video được điều chế RF.
Các STB cao cấp có một số giao diện vào và ra gồm cổng USB, giao diện Firewall
IEEE 1394 và kết nối Ethernet. Giao diện IEEE 1394 là chuẩn bus nối tiếp hiệu năng rất
mạnh, nó được phát triển cho truyền tải các ứng dụng đa phương tiện thời gian thực với
các tốc độ 100Mb/s, 200Mb/s, 400Mb/s qua mạng cáp.
2.3.1.2. Thoại IP (VolP)Thuật ngữ thoại lP có nghĩa là sử dụng giao thức lP để truyền tín hiệu thoại qua
mạng viễn thông. Thuật ngữ này được viết tắt là VOlP. Do sự bùng nổ của Internet, giao
thức lP trở thành giao thức chuẩn cho lớp chuyển mạch gói trong mạng LAN và WAN. Sự
27
thích hợp các dịch vụ thoại vào trong mạng HFC băng rộng truyền tải cả tín hiệu Video và
dữ liệu có những ưu điểm lớn để thực hiện xa lộ thông tin. Thoại lP có thể được thực hiện
bằng một lP phone hoặc một máy điện thoại truyền thống kết nối với một Modem cáp hoặc
bằng STB số.
LP Telephone là một thiết bị mới, thay cho kết nối tới một cổng PABX nó kết nối
với cổng Ethemet chuẩn cho modem cáp/STV số/máy tính cá nhân (PC). lP phone có thể
hoạt động như một thiết bị lP chuẩn có địa chỉ lP riêng, có các chức năng tích hợp nén tín
hiệu thoại. Để kết nối một máy điện thoại truyền thống với Modem các khối giao diện mới
(Module) được phát triển cắm thêm vào modem cáp /STB và cung cấp các chức năng này.
Các gói lP này sẽ được gửi đi qua mạng HFC sử dụng giao thức DOCSIS.
2.3.1.3. Modem cáp (Cable modem)Modem cáp là công nghệ hấp dẫn nhất, cung cấp truy nhập Internet hai chiều tốc độ
cao qua các mạng HFC. Kể từ sự phát triển của dịch vụ World Wide Web (www) và sự
phát hành năm 1993 của trình duyệt Web (Web Browser), số lượng Wwbsite gia tăng một
cách bùng nổ trên khắp thế giới, tăng gấp đôi cứ sau 3 tháng.
Để truy nhập Internet, hiện nay đang sử dụng các Modem thoại đạt tốc độ chỉ được
28,8 tới 56 Kbps. Các mạng điện thoại tồn tại hiện nay không được thiết kế để xử lý dữ
liệu lớn đã trở nên tắc ngẽn. Chính vì vậy việc truy nhập vào vác Web đồ sộ có sử dụng tối
đa phương tiện mất rất nhiều thời gian.
Công nghệ modem cáp hoạt động qua mạng HFC hai chiều có thể cung cấp tốc độ dữ
liệu đường xuống lớn hơn 30Mb/s, tốc độ này gấp khoảng 1000 lần so với tốc độ modem
thoại thông thường và tốc độ đường lên cũng rất cao, khoảng 10Mb/s.
Hầu hết các modem cáp được thiết kế cho lưu lượng không đối xứng. Điều này là bởi
vì phần lớn người sử dụng Web để tải về (download) các ứng dụng chứa nhiều đa phương
tiện (rich multimedia) trong khi đường lên chỉ dùng cho các ứng dụng tốc độ thấp như:
Email, truyền file…
Các modem cáp hoạt động tốc độ đối xứng thường được dùng trong các mạng nội bộ
Intranet, ở đó modem cáp bị chia xẻ giữa các mạng máy tính khác nhau.
Có ba loại modem cáp: + Loại khối cắm ngoài : kết nối với máy tính thông qua kết nối Ethernet ( có thể có nhiều máy tính cùng kết nối vào mạng Ethernet, lúc này modem cáp còn có chức năng của một bộ định tuyến ) hoặc giao diện kết nốiUSB. + Loại card cắm nằm trong: thường là dạng cắm trên PCI cho máy tính. Loại này có giá thành rẻ nhất song chỉ dùng được cho máy tính để bàn còn sẽ phải có sự thiết kế khác cho dạng máy tính MAC và máy tính xách tay.
28
+ Loại thứ ba của modem cáp là dạng được tích hợp bên trong các STB cải tiến tương tác
Hệ thống kết nối modem cáp – CMTS
Hệ thống này nằm trong Headend, thuộc về bên kia của mạng so với modem cáp. Là thiết bị kết nối cho đường từ phía thuê baođến đích là các Headend của các công ty cáp, do đó CMTS cũng được coi là giao diện giữa các modem cáp và mạng Internet IP. + CMTS có nhiều chức năng giống như một DSLAM tronghệ thống DSL. Báo cáo thực tập tốt nghiệp Mạng Viễn Thông SV: Nguyễn xuân Vũ Lớp ĐTVT 7A + CMTS đón lượng đường lên từ một nhóm thuê bao trên một kênh đơn và định tuyến nó đến ISP để kết nối vào mạng Internet. + Mỗi CMTS chứa một hoặc nhiều card đường dây modem( CMLC ). Các CMLC chuyển các dòng số liệu IP thành các tín hiệu RF đường xuống ( đến nhà thuê bao ) sau đó đưa qua bộ nâng tần để đưa các kênh tín hiệuđó vào một kênh tín hiệu đó vào một kênh xác định và ghép chúng với các tín hiệu truyền hình và trình tự ngược lại với đường lên. Một số server trong mạng modem cáp máy chủ DHCP (Dynamic Hort Protocol) được xác định bởi RF2181. Server này cungcấp các địa chỉ Ip theo nhu cầu cho modem cáp và các thiết bị PC theo sau nó. Máy chủ ToD ( Time of Day) được xác định bởi RFC 868, có nhiệm vụ là gán các tem thời gian cho các sự kiện điều hành hệ thống. Máy chủ TFP ( Trivial File Protocol ) được xác định bởi RFC 1350 để đăng ký và tải về các file cấu hình modem cáp cho các dịch vụ thuê bao riêng lẻ
2.3.2. Đặcđiểmcủatruyềndẫnđườnglêntrongtruyềnhìnhcáp 2 chiều.
2.3.2.1. Các nguồn nhiễu đường lên:Băng tần truyền dẫn tín hiệu đường lên ở Mỹ là 5 đến 42 MHz, và ở Châu Âu là 5
đến 645 MHz. Các nguồn nhiễu ảnh hưởng tới truyền tín hiệu đường lên trong hệ thống
CATV bao gồm:
- Nhiễu đầu vào
- Mðo đường truyền thông thường.
- Nhiễu của laser và các bộ thu quang.
Nhiễu đầu vào là quan trọng nhất và nguồn nhiễu đầu vào làm méo dạng tín hiệu
đường lên trong mạng HFC được chia thành 3 loại:
- Tín hiệu sóng ngắn dài hẹp: Chủ yếu từ đài phát thanh và các trạm rađa phát trên
mặt đất, tín hiệu nỳa được ghép vào đường lên tại nhà thuê bao hoặc tại các thiết bị phân
phối CATV.
- Nhiễu sinh ra bởi các nguồn nhân tạo va các hiện tượng tự nhiên khác nhau.
- Nhiễu tức thời tương tự như nhiễm cụm nhưng có thời gian tồn tại ngắn hơn.
29
2.3.2.2. Lọc nhiễu đường lên.Sự xuất hiện nhiễu đầu vào và các nhiễu băng hẹp khác trong truyền dẫn đường lên
đã tạo ra một thách thức mới cho các nhà điều hành CATV. Nhiễu tổ chức đang thực hiện
phát triển các phương pháp chống lại ảnh hưởng của nhiễu đầu từ Headend đưa tới. Các
phương pháp này bao gồm các kỹ thuật lọc chủ động và thụ động tại bất kỳ điểm nào dọc
theo kênh đường lên từ thuê bao tới node quang.
Ví dụ phương pháp sử dụng lọc khối, lý thuyết trong dải từ 15 đến 40 MHz giữa bộ
chia trong nhà và khối kết cuối cáp (CTU). Tín hiệu từ thiết bị đầu cuối thuê bao như
modem cáp, STB được phát đi nhưng một bộ lọc thông thấp ngăn không cho bất kỳ tín
hiệu nào phát tại thuê bao trong dải tần 15 - 42 MHz đưa vào đường lên. Tín hiệu phát
trong dải tần 15 - 42 MHz đưa vào khối kết cuối cáp CTU sau bộ lọc khối. Mặc dù phương
pháp này giảm đáng kể lượng nhiễu đầu vào từ mỗi thuê bao, nhưng vì phải thực hiện vùng
phổ tần số cao của đường lên (5 - 15 MHz) nên chi phí cao.
Một phương pháp khác được dùng là sử dụng lọc thông dải ở phía thuê bao. Nhiễu
đầu vào đường lên được lọc khi thuê bao không truyền dữ liệu. Nhược điểm của phương
pháp chủ yếu độ trễ của cá chuyển mạch khi có nhiều thuê bao trong cùng node quang
truyền dữ liệu đồng thời.
CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP THIẾT KẾ MẠNG TRUYỀN HÌNH CÁP
HỮU TUYẾN CHO THỦ ĐÔ HÀ NỘI
3.1. SỰ CẦN THIẾT PHẢI XÂY DỰNG MỘT MẠNG TRUYỀN HÌNH CÁP HỮU TUYẾN CHO HÀ NỘI.
3.1.1. Thực trạng truyền hình tại HàNội.
Có thể nói, các chương trình PTTH những món ăn tinh thần không thể thiếu của
người thủ đô. Cho đến nay Hà Nội là một trong những địa phương mà người dân có thể
xem được các chương trình với chất lượng tín hiệu tốt nhất, bao gồm:
VTV1 – Truyền hình Việt Nam
VTV2 – Truyền hình Việt Nam
VTV3 – Truyền hình Việt Nam
HTV – Truyền hình Hà Nội
30
Trong những năm gần đây, người dân Thủ đô còn biết đến các chương trình truyền
hình MMDS. Để thu được các chương trình truyền hình này, mỗi hộ cần phải trang bị một bộ
giải mã và phải trả một khoản chi thuê bao hàng tháng.
Ngoài ra, còn phải kể đến các chương trình truyền hình số mặt đất đang trong thời
gian phát thử nghiệm. Để thu được chương trình này, mỗi hộ cần phải có một bộ thu số
(setop box).
Các chương trình này đã đáp ứng phần nào nhu cầu xem truyền hình của đông đảo
khán giả Thủ đô. Tuy nhiên, các chương trình được phủ sóng trên toàn Hà Nội còn có
nhiều hạn chế.
- Do anten chưa được cao, số lượng nhà cao tầng quá nhiều gây hiện tượng che
chắn dẫn đến nhiễu bóng làm giảm chất lượng các chương trình truyền hình. Đặc biệt dân
cư các khu vực sau của khách sạn hoặc khi văn phòng cao ốc như khách sạn DEAWOO,
khách sạnh MELIA, tháp Hà Nội… thu tín hiệu truyền hình rất khó khăn thậm chí có nhà
không thu được một vài chương trình truyền hình của Việt Nam và Hà Nội do bị các toà
nhà quá cao che chắn.
- Để thu được tốt các tín hiệu truyền hình quảng bá mặt đất, hầu hết các hộ dân phải
bố trí cột anten càng cao càng tốt. Các cột anten này thường được đặt trên móc nhà, trên
các tầng thượng của toà nhà một các tự phát: vị trí, độ cao của cột cũng được lựa chọn tuỳ
ý trông rất lộn xộn, thiếu mỹ quan và đặc biệt là không an toàn trong các mùa mưa bão khi
mà các cọc tre được sử dụng để làm cột bị mủn, gẫy và rơi xuống. Trong những năm gần
đây dân số Hà Nội phát triển quá nhanh, số lượng khán giả xem truyền hình cũng tăng rất
lớn dẫn đến số lượng anten trên các nóc nhà ngày càng tăng, trông càng lộn xộn và mất mỹ
quan hơn.
- Là trung tâm văn hoá - kinh tế - xã hội - chính trị, cùng với sự phát triển chung của
cả nước, thu nhập và mức sống của người dân Thủ đô ngày càng được nâng cao. Mức sống
nâng cao dẫn đến các nhu cầu giải trí, vui chơi của người dân thủ đô cũng được tăng theo.
Không chỉ có nhu cầu được xem các chương trình truyền hình có sẵn của Đài PTTH Hà
Nội và Đài truyền hình Việt Nam, người dân thủ đo càng ngày càng có nhu cầu được xem
nhiều chương trình truyền hình hơn nữa. Các chương trình tổng hợp của Đài PTTH Hà Nội
và THVN chưa đủ, khán giả còn muốn xem các chương trình giải trí, thể thao, phim
truyện, thời sự quốc tế chuyên biệt, ở đó thông tin nội dung, chất lượng chương trình
phong phú và hấp dẫn.
31
Tuy nhiên, với điều kiện cơ sở vật chất của Đài PTTH Hà Nội và Đài THVN hiện
nay, việc nhiều chương trình hơn sẽ gặp phải nhiều khó khăn về thiết bị sản xuất và truyền
dẫn phát sóng. Hơn nữa, các chương trình quốc tế muốn đén được với khán giả phải được
mua về từ các nhà cung cấp chương trình nước ngoài, dẫn đến việc phát sóng nhiều
chương trình truyền hình giải trí chuyên biệt miễn phí càng khó có thể đáp ứng.
3.1.2. Sự cần thiết phải đầu tư.
Qua các phân tích trên có thể thấy được tính bức thiết trong việc nâng cấp cả về số
lượng và chất lượng truyền hình cho Thủ đô Hà Nội. Một trong những phương pháp hữu
hiệu đó là kéo trực tiếp sợi cáp mang tín hiệu truyền hình đến từng hộ dân. Điều này có
nghĩa là cần phải xây dựng một mạng truyền hình cáp hữu hiệu cho Thủ đô Hà Nội.
Mạng truyền hình cáp được xây dựng sẽ có khả năng cho phép cung cấp hàng trăm
chương trình truyền hình mà không chiếm dụng cũng như ảnh hưởng đến phổ tần truyền
hình mặt đất vốn đã chật trội và quý giá.
Truyền hình cáp hữu tuyến sẽ cho phép cung cấp chất lượng chương trình cao,
không bị nhiễu và bóng như truyền hình MMDS.
Dải thông lớn của mạng truyền hình cáp hữu tuyến sẽ không chỉ cho phép cung cấp
các dịch vụ truyền hình tương tự mà còn cho phép cung cấp nhiều chương trình truyền
hình số, truyền hình tương tác và đặc biệt là khả năng cung cấp các dịch vụ viễn thông,
truyền số liệu tốc độ cao.
Như vậy, xét về góc độ kỹ thuật cũng như nhu cầu khán giả, xây dựng mạng truyền
hình cáp hữu tuyến tại thủ đô là hợp lý.
3.2. PHƯƠNG PHÁP THIẾT BỊ HỆ THỐNG MẠNG TRUYỀN HÌNH CÁP
3.2.1. Lựa chọn cấu hình mạng.
Vấn đề đầu tiên cần quan tâm khi thiết bị một mạng truyên dẫn thông tin là việc lựa
chọn cấu hình mạng. Mục này sẽ đề cập đến những cấu hình có thể được lựa chọn khi thiết
kế một mạng HFC.
Như đã nêu trong Chương 3, một mạng HFC gồm 3 mạng con: mạng con truyền
dẫn, mạng con phân phối và mạng con truy nhập. Vị trí của chúng có thể được biểu thị như
hình 29.
32
Transport Distribution Access
Hub NodeHE
HE
HEHE
Metro
PREMSIE
Stas Topologies
Hub
Hub
Hub
HE
Netwrok Segments
Hình 29. Các cấu hình mạng HFC
3.2.1.1. Mạng con truyềndẫnMạng con truyền dẫn thường được thiết kế theo hình sao hoạch hình vòng.
* Cấu hình sao.
Cấu hình sao bao gồm nguồn tín hiệu tại trung tâm, qua bộ chia tín hiệu đến các
sợi cáp nhanh toả về các phía khác nhau.
Hình 30: Mạng sao truyền dẫn
* Ưu điểm của mạng sao.
33
Ring Topologies
Hub
Hub
HubHub
- Số lượng thiết bị sử dụng trong mỗi nhánh đạt tối thiểu, dẫn đến đầu tư ban đầu
thấp.
- Cấu hình mạng khá đơn giản, dẫn đến bảo dưỡng vận hành dễ dàng.
- Mạng có độ tin cậy cao vì đơn giản.
- Phục vụ tốt các khu tập trung đông dân cư.
- Có thể triển khai mạng hai chiều dễ dàng.
* Nhược điểm của mạng sao:
- Tốn cáp hơn so với cấu hình khác.
* Cấu hình vòng:
Cấu hình mạng vòng bao gồm một vòng tròn kín nối trung tâm với tất cả Hub.
Hình 31. Mạng vòng truyền dẫn
* Ưu điểm của mạng vòng:
- Tất cả các Hub và trung tâm có thể thông tin với nhau được.
- Có thể sử dụng 2 sợi quang để truyền dẫn 2 chiều trong trường hợp mạng 2 chiều.
- Trong trường hợp mạng vòng bị đứt tại một điểm, tín hiệu sẽ được vòng ngược
lại để ghép cùng tín hiệu ngược chiều truyền đi đến điểm dịch, vì vậy độ an toàn mạng rất
cao.
- Với trường hợp tín hiệu truyền trên mạng là tương tự, dải thông tín hiệu sẽ bị hạn
chế, nhưng với mạng có số lượng chương trình ít, số node quang không quá nhiều thì dải
thông của mạng đủ. Trường hợp tín hiệu truyền trên mạng là tín hiệu số thi dải thông của
mạng hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu.
- Cấu hình mạng rất linh hoạt, dễ dàng trong việc mở rộng mạng.
- Có thể tương thích với mạng viễn thông SDH, dẫn đến khả năng kết nối giữa 2
mạng rất cao.
* Nhược điểm của mạng vòng:
34
Stas Topologies
Hub
Node
Node
Node
- So sử dụng một sợi quang riêng để truyền tín hiệu ngược (upstream), dẫn đến số
lượng thiết bị và cáp quang cũng tăng lên gấp đôi, tức là chỉ cho hệ thống tăng gấp đôi.
3.2.1.2. Mạng con phânphối.
Hình 32. Mạng sao phân phối
Đối với mạng truyền hình cáp hữu tuyến, mạng con phân phối là hình sao.
Tín hiệu từ mỗi Hub sẽ được phân chia tới các node quang. Do số lượng các Hub
thường là nhiều nên tại vị trí các Hub thường được bố trí các bộ lặp quang khuyếch đại
quang.
3.2.1.3. Mạng con truynhập.Mạng con truy nhập sử dụng thường dây cáp đồng trục dẫn tín hiệu từ node quang
đến thuê bao. Có rất nhiều cấc hình truy nhập khác nhau được sử dụng cho mạng HFC.
- Fiber to feeder (FTF)
- Fiber to last active (FTLA)
- Fiber to the curb (FTTC)
- Fiber to the home (FTT)
* Cấu hình FTF
Với cấu hình này, từ mỗi node quang các đường dây cáp đồng trục được bố trí với
khoảng cách khá dài để chia tín hiệu đến các khu vực dân cư. Trên được đi, cần phải đặt các bộ
khuyếch đại nhằm bù lại sự suy hao của tín hiệu.
35
Hình 33. Cấu hình FTF
Thông thường, mỗi node quang có thể cung cấp khoảng 100 tới 1000 thuê bao, với
việc bố trí từ 1 tới 6 bộ khuếch đại cho mỗi nhánh các đồng trục.
Cấu hình mạng truy nhập này là cấu hình phổ biến nhấn được áp dụng cho các hệ
thống HFC hiện nay.
* Cấu hình FTLA.
Với cấu hình mạng truy nhập FTLA, đường dây cáp đồng trục được sử dụng
khoảng cách vừa đủ để ta không cần sử dụng bất cứ một bộ khuếch đại nào mà vẫn đảm
bảo chất lượng tín hiệu. Đây chính là cấu hình mạng truy nhập HFPC đã được thảo luận ở
Chương 3.
Hình 34. Cấu hình FTLA
36
FTTH
HE
Với cấu hình này, hệ thống ổn định hơn nhiều so với cấu hình FTT. Tuy nhiên số
thuê bao mà mỗi node quang có thể phục vụ ít, chỉ khoảng 25 tới 100 thuê bao cho mỗi
node.
* Cấu hình FTTC.
Hình 35. Cấu hình FTTC
Cũng giống như cấu hình FTLA, cấu hình FTTC không sử dụng khuếch đại, khác
biệt ở đây là mỗi thuê bao được nối trực tiếp tới node quang thep phần bố sao. Với cấu
hình này, thông thường mỗi node quang chỉ cung cấp cho khoảng từ 8 đến 25 thuê bao.
Khoảng cách từ node quang tới thuê bao xấp xỉ 100m.
* Cấu hình FTTH.
Đây là cấu hình truy nhập của tương lai. Nó cho phép hình ảnh đến từng bộ thuê
bao với chất lượng tốt nhất. Tuy nhiên, mỗi node quang bây giờ chỉ cung cấp cho một thuê
bao, và nó được đặt ngay bên cạnh mỗi thiết bị gia đình.
37
Cáp đồng trục một sợi
21 bộ khuếch đại giá 1400 USD/bộ29. 00USD8km cáp đồng trục giá 1650 USD/km13..200USD2 bộ cáp nguồn giá 1400 USD/bộ2.800 USD45.400 USD
Cáp hai sợi
Bộ phát quang 5.000 USD8km cáp quang 2 sợi 1500 USD/km1.2.00USDBộ thu tín hiệu quang 4 đầu ra RF 3.000 USDCác thiết bị ghép nối quang10.000 USD 30.000 USD
Hình 36. Cấu hình FTTH
Thực tế, khi cấu hình mạng cáp hữu tuyến được xây dựng thoe cấu hình này thì nó
không còn được gọi là mạng HFC nữa.
3.2.1.4. Nhậnxét.Đối với một nhà thiết kế mạng, việc lựa chọn cấu hình mạng đóng vai trò quyết
định đến chất lượng phục vụ cũng như khả năng phát triển mạng trong tương lai.
Hiển nhiên, bất cứ một nhà thiết kế mạng nào cũng muốn cung cấp chất lượng tín
hiệu thật tốt cho thuê bao. Và cũng để nhận thấy chất lượng tín hiệu sẽ càng tốt khi cấu
hình mạng có vị trí node quang càng tiến gần đến thuê bao hơn. Tuy nhiên, hai vấn đề hầu
như luôn mâu thuẫn với nhau khi phát triển mạng truyền hình cáp hữu tuyến. Đó là chi phí
cho mạng cáp bao gồm chi phí thiết bị, chi phí nhân công, và khả năng của mạng bao gồm:
dải thông của một nhà thiết kế mạng là phải biết lựa chọn cấu hình mạng sao chp phù hợp
nhất với điều kiện thực tế đặt ra.
Một điều cũng cần phải lưu ý là không phải trong hoàn cảnh nào việc sử dụng cáp
đồng trục cũng cho kinh phí đầu tư ít hơn cáp quang, dù chất lượng tín hiệu giảm đi là điều
không phải bàn cãi. Thực hiện một so sánh về chi phí giữa tuyến cáp đồng trục 3/4 inch 1
sợi với tuyến cáp quang 2 sợi trên chiều dài 8km cải hai tuyến đều truyền tín hiệu lên đến
750MHz.
38
5 40 52 500 550 750
Data, interativeUpstream
Anolog Video Downstream
Digital Video, data Downstream
TầnSố (MHz)
Hình 37. So sánh chi phí giữa cáp đồng trục và cáp quang
So sánh chi phí giữa hai giải pháp thực hiện tuyến cáp, rõ ràng tuyến cáp quang có
giá trị chi phí thấp hơn, dải thông đường truyền có thể lớn hơn 750MHz và còn có khả
năng dự phòng trong trường hợp một sợi quang đứt. Như vậy khi triển khai tuyến cáp trên
khoảng cách dài (từ vài đến vài chục km), giải pháp sử dụng cáp quang có chi phí thấp hơn
va chất lượng tín hiệu, khả mở rộng, nâng cấp cao hơn nhiều so với giải pháp đồng trục.
Với một mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp, bán kính phục vụ mạng phụ thuộc chủ
yếu vào khoảng cách giữa trung tâm tới các node phục vụ ( với một thành phố lớn, khoảng
cách này khoảng chục km), giải pháp triển khai cáp quang cho tuyến thông tin này hợp lý.
3.2.2. Phânbốdảitầntínhiệutrênmạngtruyềnhìnhcáphữutuyến,
Một vấn đề hết sức quan trọng khi lên phương án xây dựng hệ thống truyền hình
cáp hữu tuyến là việc phân bố dải tần cho tín hiệu. Việc phân bố dải tần cho mạng cáp đơn
giản hơn rất nhiều so với một mạng vô tuyến do tín hiệu được truyền trong một môi
trường độc lập. Tính độc lập là tối ưu điểm nổi bật mà một truyền hình cáp đem lại. Yêu
cầu đặt ra cho một nhà thiết kế là làm sao phải sử dụng tối đa phổ tần cho mục đích của
mạng.
Hầu hết các hệ thống HFC hiện nay đều phần bố dải tần như sau: 5 - 40MHz dành
cho dải tần ngược (truyền số liệu từ thuê đến trung tâm) ,từ 52 - 750MHz dành cho dải tần
hướng xuống, trong đó: dải tần từ 52 - 550MHz dung cho cáckênh truyền hình tương tự,
từ 550 - 750MHz dùng cho các kênh truyền hình số và các số liệu hướng xuống
(downstream data). Vậy dải thông của kênh truyền số liệu hướng lên trên 200 MHz. Từ đó
có thể nhận thấy dải thông cho kênh hướng lên nhỏ hơn nhiều so với kênh hướng xuống.
Ngoài ra hầu hết nhiều hệ thống cũng đều xuất hiện tại các tần số thấp, phần cuối của phố
tần, điều này lại càng làn dải thông hướng lên nhỏ hơn.
Do yêu cầu dải thông ngày càng tăng, đặc biệt là dải thông tín hiệu hướng lên, hiện
nay các thiết bị truyền hình cáp mới ra đời đều hỗ trợ cho phương thức phân bố dải tần
mới, trong đó dải tần hướn xuống lên đến 860 hoặc 870MHz, đồng thời dải tần số hướng
lên cũng tăng từ 5 - 65MHz. Với phân bố dải tần này, dải thông hướng lên tăng gấp đôi
trong đó dải thông hướng xuống cũng tăng hơn 100MHz.
39
3.2.3. Tínhtoáncựlytốiđacủađườngtruyềnquang.
Khi thiết kế một tuyến cáp quang trên khoảng cách dài, nhất thiết cần phải đặt
những trạm lặp để khôi phục lại tín hiệu bị suy sao. Để xác định vị trí đặt trạm lặp thích
hợp, không gây lãng phí, ta cần tính được cự ly tối đa của đường truyền quang dựa trên
những thông số của mạng.
Cự ly tối đa của tuyến truyền dẫn phải được lưu ý đến cả quỹ công suất (suy hoa
công suất tổng giữa nguồn phát quang và bộ tác sóng quang ở bên thu) lẫn dải thông. Vì
chỉ cần một trong hai bị giới hạn thì thông tin giữa nơi phát và nơi thu sẽ không thể thực
hiện được. Nừu quỹ công suất bị giới hạn thì công suất của tín hiệu quang đến đầu thu dưới
mức ngưỡng của máy thu. Còn nếu dải thông bị giới hạn (do hiện tượng tán sắc) thì tín
hiệu quang đếu đầu thu sẽ bị méo dạng, các xung bị giãn rộng quá mức nên không thể phân
biệt chính xác tín hiệu được nữa.
Thông thường người ta tính toán cự ly giới hạn bởi qũy công suất rồi nghiệm lại
xem dải thông ở cự lý đó có đủ rộng cho tín hiệu cần tuyền không. Nếu dải thông của đoạn
tính được rộng hơn dải thông của tín hiệu cần truyền thì cự ly giới hạn bởi công suất sẽ
được chọn. Ngược lại khi dải thông của tín hiệu lớn hơn dải thông của đường truyền thì
phải giảm cự ly của đường truyền để dải thông đủ rộng cho tín hiệu cần truyền.
Cự ly tối đa của đường truyền được thiết kế theo công thức:
Hay: L(km) = [(P0 - pr - 2C - n1S - R - M] (dB)/
40
Trong đó:
p0(dBm) : Công suất quang của nguồn phát
Pr(dBm) : Công suất quang cực tiểu tại đầu thu
C (dB): Mất mát tại các bộ ghép nối
n1 : Số lượng mối hàn trên sợi quang
S(dB) : Mất mát quang tại các điểm hàn nối sợi
R(dB) : Mất mát quang do phản xạ tại photodiode
M(dB): Quỹ công suất quang dự phòng cho hệ thống
(dB/km) : Hệ số suy hoa trên sợi quang
3.2.4. Tínhtoánkíchthước node quangtheoyêucầu.
Kích thước node quang là số lượng thuê bao được cung cấp dịch vụ tại mộ node
quang. Số lượng thuê bao tại một node quang là thông số quan trọng hàng đầu khi thiết kế
mạng, vì ảnh hưởng đến một loạt các thông số khác của mạng như: tốc độ bits, tín hiệu
hướng lên của mỗi thuê bao, cấu hình mạng truy nhập, khả năng cung cấp dịch vụ như khả
năng phát triển và nâng cấp mạng trong tương lai.
Đối với một mạng truyền hình cáp hai chiều, trong khi nhà cung cấp mạng luôn
muốn tăng kích thước node quang, thì các hệ thuê bao lại muốn tăng tốc độ đường truyền.
Thực tế thì kích thước node quang và tốc độ đường truyền luôn là hai đại lượng tỷ lệ
nghịch với nhau.
41
Hình 30. Quan hệ tốc độ bít và kích thước node quang
Hướng dẫn - QPSK (1.5Mb/s/MHz)
Giả sử mạng sử dụng 64 QAM cho dòng tín hiệu hướng lên là QPSK cho dòng tín
hiệu hướng xuống. Dải thông sử dụng theo hình 39 tức là 312MHz cho số liệu hướng
xuống, 60MHz cho số liệu hướng lên. Thuê bao yêu cầu tốc độ 10Mbit/s cho mỗi hướng.
Số thuê bao truy nhập tại một thời điểm là 29% và chỉ có 25% thuê bao được thực
hiện truyền số liệu đồng thời.
42
Ta sẽ tính kích thước node quang theo yêu cầu trên.
+ Tốc độ trung bình của mỗi thuê bao
10MHz x 25% x 25% = 0.625Mbit/s
+ Tốc độ bits có được từ dải thông 1MHz đối với mỗi loại điều chế được cho bảng
sau:
Loại điều chế QPSK 16 QAM 64 QAM 256 QAM
Tốc độ số liệu/MHz 1.5 3.0 4.5 6.3
Vậy: tốc độ bits hướng xuống có thể đạt được với dải thông 312MHz là:
312 x 4.5 = 140Mbit/s
Tốc độ bit hướng lên có thể đạt được với dải thông 60 MHz là:
60 x 1.5 = 90 Mbit/s
Kích thước node (hướng xuống)
1404/ 0.625 = 2246 thuê bao
Kích thước node (hướng lên)
90 / 0.625 = 144 thuê bao
Như vậy, node quang có thể phục vụ truyền số liệu theo 2 hướng cho 144 thuê bao.
Nhận xét:
Một hệ thống mạng được xây dựng thông thường phải đáp ứng được yêu cầu sử
dụng ít nhất trong 15 đến 20 năm và phải có khả năng cấp để đáp ứng trong nhiều năm.
Theo tính toán dự báo của các chuyên gia, tốc độ truyền số liệu theo hướng lên lớn nhất có
thể đạt tới 2Mb/s vào năm 2010; 6Mb/s vào năm 2015; 10Mb/s vào năm 2017 và đạt
25Mb/s vào năm 2020. Như vậy, nếu số lượng thuê bao tại một nút quang là 144 thì tốc độ
có thể đáp ứng cho thuê bao đến năm 2017.
3.3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG MẠNG CHO HÀ NỘI.
Khoá luận đề xuất mô hình thiết kế tổng thể một hệ thống HFC truyền dẫn chương
trình truyền hình tương tự. Hệ thống còn có thể cung cấp các chương trình truyền hình số,
truyền số liệu và truy nhập Internet khi điều kiện cho phép.
Cấu hình mạng: Hệ thống sử dụng cấu hình mạng truyền dẫn hình sao, kéo trực
tiếp cáp quang từ trung tâm tới mỗi node. Mạng con truy nhập được lựa chọn có thể là
mạng FFT hoặc FTLA. Nếu lựa chọn mạng truy nhập FTLA, mạng sẽ cho phép cung cấp
tín hiệu với chất lượng hơn hẳn cấu hình FFT. Hơn nữa, do không sử dụng khuếch đại trên
đường truyền nên việc nâng cấp mạng để truyền tín hiệu theo hai chiều sẽ thuận lợi hơn rất
43
nhiều. Tuy vậy, mạng FTLA chỉ phu hợp khi các thuê bao phân bố tập trung, như các khu
nhà tập thể cao tầng hay cá khách sạn.
Dải tần sử dụng: Dải tần 862MHz, được phân bố như hình 38. Tín hiệu tương tự
truyền dẫn trong phạm vi tần số 70 - 500MHz. Như vậy mạng không sử dụng hết tối đa dải
tần cho phép, tuy nhiên với số lượng kênh truyền đòi hỏi không quá nhiều thì dải tần này
hoàn toàn co thể đáp ứng được. Với dải tần còn dự, ta không thể phân bố lại dải tần khi
thực hiện nâng cấp mạng. Việc phân bố lại dải tần có thể sẽ dẫn đến sự mất ổn định của
mạng.
Các thành phần chính của hệ thống.
- Nguồn tín hiệu:
VTV1, VTV2, VTV3, VTV4: Thu từ vệ tinh Mesat 2
9 chương trình quốc tế : Thu từ vệ tinh THAICOM
2 chương trình địa phương : Thu qua anten UHF/VHF
- Các bộ chia tín hiệu:
Các dòng tín hiệu thu được phải đưa tới các bộ chia (Splitter) để tách thành các
dòng chương trình riêng biệt.
Các dòng chương trình sau khi qua bộ chia sẽ được đưa tới các bộ thu nhằm có
được tín hiệu AV.
- Các bộ điều chế:
Các dòng tín hiệu AV sau đó được đưa qua các bộ điều chế trung tần và điều chế
cao tần để thu được tín hiệu RF.
- Bộ cộng tín hiệu:
Nhằm truyền nhiều tín hiệu đồng thời trên một đường truyền, các dòng tín hiệu RF
được đưa qua bộ cộng để ghép vào đường dây đồng trục.
- Nguồn phát quang.
Tín hiệu điện từ bộ cộng được đưa qua thiết bị biến đổi điện quang nhằm thu được
tín hiệu quang, truyền qua cáp quang.
Tại lối ra của bộ biến đổi ta đặt các bộ chia quang nhằm phân chia tín hiệu đến các
node quang khác nhau.
- Node quang.
Node quang biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện, truyền đến các khu vực
dân cư. Trên đường truyền cần đặt các bộ chia trục, chia nhánh và các bộ khuếch đại nhằm
đạt được công suất tín hiệu theo yêu cầu.
Nhăm mục đích nâng cấp hệ thống trong tương lai, node quang sử dụng lại node
quang 2 chiều với 1 đường cáp phản hồi (return parth) về trung tâm.
44
* Vị trí đặt node quang:
Hệ thống sử dụng sợi quang đơn mode, truyền với bước sóng 1310nm.
Các thông số phổ biến của thiết bị được cho như sau:
- Công suất quang của máy phát: P0 = 0 dBm
- Công suất quang cực tiểu tại lối vào node quang: Pr = - 40dBm
- Suy hao do một bộ ghép nối: C = 0.5 dB
- Số lượng mối hàn trên sợi: n1 = 5
- Mất mát do các mối hàn: S = 0.1 dB
- Mất mát quang do phản xạ tại photodiode: R = 1
- Quỹ công suất quang dự phòng cho hệ thống: M = 5dB
- Hệ số suy hao trên sợi quang: = 0.35dB/km
Áp dụng công thức đã nêu ở mục 4.2.3. ta tính được khoảng cách tối đa cho tuyến
truyền quang trên là 80km.
Như vậy hệ thống sẽ cho phép đặt các node quang tại mọi vị trí các xa trung tâm
không quá 80km
45
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Vũ Như Cương - Các bài giảng về thông tin quang
2. Vũ Đức Lý - Cơ sở kỹ thuật truyền hình.
3. Vũ Văn Sam - Kỹ thuật thông tin quang - Nguyên lý cơ bản - Công nghệ tiên tiến -
Tổng cục Bưu chính viễn thông Việt Nam - Trung tâm thông tin bưu điện - NXB
KHKT - 1997
4. Nguyễn Đăng Thành - Truyền hình số - Luận văn tốt nghiệp cao học - 2002
5. Công nghệ truyền dẫn quang - Sách dịch của Tổng cục Bưu điện - HXB KH & KT
- 1997 - Tổng cục Bưu chính viễn thông Việt Nam.
6. Cơ sở của thông tin quang sợi - Giáo trình dùng cho sinh viên - ĐHQG Hà Nội
khoa Công nghệ, bộ môn Viễn thông - 2001
7. Đề tài “Mô hình ghép nhiều tín hiệu audio video MPEC - 2 để truyền phát trên một
kênh truyền hình.
8. Albert Azzam - High speed calbe modems T8/200
9. Ernest Tunmann Obtic Coaxial Metworks - T5/1995
10. Cable comunication
11. Cable television technology & operation
12. Modern cable television technology
13. http://www.dvb.org
14. http://motorola.com
15. http://pamacorp.com
46
47
