HFC và Cable modem môn: mạng truy nhập

Mạng HFC: mạng lai giữa cáp quang và cáp đồng trục

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG HFC và Cable modem MÔN: MẠNG TRUY NHẬP GVHD: Lê Anh Ngọc Sinh viên thực hiện: Nhóm 5 Đ5 ĐTVT1 1. Nguyễn Hoàng Quế 2. Nguyễn Văn Quyết 3. Nguyễn Bá Quỳnh 4. Nguyễn Long Thành 5. Lê Xuân Thắng 6. Nguyễn Thị Thiết 1 LỜI NÓI ĐẦU Như chúng ta đã biết, công nghệ truyền thanh truyền hình đã ra đời từ rất lâu, nó đã cung cấp nhiều thông tin thiết thực cho con người. Ngày nay khả năng của Truyền hình cáp, nhất là truyền hình cáp hữu tuyến HFC là hệ thống truyền hình mà tín hiệu truyền hình được truyền dẫn bằng cáp đến từng hộ thuê bao. Hơn nữa, công nghệ truyền số liệu trên mạng truyền hình cáp là công nghệ Cable Modem. Vì thế, trong bài tiểu luận này của chúng em xin giới thiệu cho các bạn và thầy biết về công nghệ HFC và Cable Modem (CM). Chúng em hy vọng rằng cuốn tiểu luận này sẽ cung cấp được một góc nhìn nào đó về công nghệ HFC và Cable Modem (CM). Mặc dù đã cố gắng rất nhiều song do thời gian và trình độ có hạn, nội dung của cuốn tiểu luận này không thể tránh khỏi những thiếu sót, chúng em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các bạn và thầy cô để tiếp tục chỉnh sửa và hoàn thiện cuốn tiểu luận này hơn nữa. Mọi ý kiến đóng góp xin gửi vào email: quynhnbq@gmail.com Hà Nội, tháng 9 năm 2013 Nhóm 5 – Lớp Đ5ĐTVT1 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 2 2 Như chúng ta đã biết, công nghệ truyền thanh truyền hình đã ra đời từ rất lâu, nó đã cung cấp nhiều thông tin thiết thực cho con người. Ngày nay khả năng của Truyền hình cáp, nhất là truyền hình cáp hữu tuyến HFC là hệ thống truyền hình mà tín hiệu truyền hình được truyền dẫn bằng cáp đến từng hộ thuê bao. Hơn nữa, công nghệ truyền số liệu trên mạng truyền hình cáp là công nghệ Cable Modem. Vì thế, trong bài tiểu luận này của chúng em xin giới thiệu cho các bạn và thầy biết về công nghệ HFC và Cable Modem (CM) 2 Chúng em hy vọng rằng cuốn tiểu luận này sẽ cung cấp được một góc nhìn nào đó về công nghệ HFC và Cable Modem (CM). Mặc dù đã cố gắng rất nhiều song do thời gian và trình độ có hạn, nội dung của cuốn tiểu luận này không thể tránh khỏi những thiếu sót, chúng em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các bạn và thầy cô để tiếp tục chỉnh sửa và hoàn thiện cuốn tiểu luận này hơn nữa. Mọi ý kiến đóng góp xin gửi vào email: quynhnbq@gmail.com 2 Hà Nội, tháng 9 năm 2013 2 Nhóm 5 – Lớp Đ5ĐTVT1 2 MỤC LỤC 2 PHẦN I: CÔNG NGHỆ MẠNG HFC 5 1.Khái niệm 5 2.Cấu trúc mạng HFC 5 2.2 Ưu và nhược điểm của mạng HFC 6 3. Các công nghệ truyền dẫn trong mạng HFC 8 3.1.1. Nguyên lý hoạt động của Headend 9 3.1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy phát quang 11 3.1.3 Cấu tạo và hoạt động node quang 12 3.1.4 Cấu tạo và dạng sợi quang 13 3.1.4 Suy hao và tán sắc trên sợi quang 14 3.1.5 Độ nhạy thu, BER và quỹ công suất 14 3.2.2. Các loại bộ khuếch đại 15 3.3. Công nghệ truy nhập trong mạng HFC 2 chiều 19 4. ĐẶC ĐIỂM TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT TRONG MẠNG TRUYỀN HÌNH CÁP HFC 21 3 4.1. IEEE 802.14 21 4.2. Lớp vật lý trong mạng HFC 22 Ứng dụng của HFC tại Úc 23 PHẦN II: KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ CABLE MODEM 24 2.1. Khái niệm về công nghệ Cable Modem 24 2.2. Lịch sử và mục đích ra đời của công nghệ Cable Modem 25 Cable Modem đã được các thành phố lớn cung cấp dịch vụ từ năm 1998. Và hiện nay ở Việt Nam dịch vụ này ứng dụng khá rộng rãi 25 PHẦN III: CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN CỦA CABLE MODEM 26 3.1. Cấu trúc của Cable Modem 26 3.1.1. Sơ đồ cấu trúc của Cable Modem 26 3.1.2. Tuner: 26 3.1.3. Demodulator: 27 3.1.3.1. Bộ nhập thông tin sửa lỗi: 28 3.1.3.2. Bộ điều chế biên độ cầu phương QAM: 28 3.1.3.3. Bộ chuyển đổi D/A (Digital to Analog Convenrter) 28 3.1.4. Media Access Control (MAC) 29 3.1.5. Microcessor 29 3.1.6. Mô hình kiến trúc phân lớp cable modem 29 3.1.6.1. Phổ cable modem 30 3.1.6.2. Ánh xạ của cable modem 31 PHẦN IV: CÁC CHUẨN ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ CM 36 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 4 PHẦN I: CÔNG NGHỆ MẠNG HFC 1. Khái niệm 1.1 HFC (Hybrid Fiber coaxial) là một mạng kết hợp giữa cáp quang và cáp đồng trục để tạo ra một mạng băng rộng. - HFC được sử dụng cho cable TV (mạng cap TV) từ thập niên 1990. 1.2 Nguyên nhân ra đời mạng HFC: - Là do mạng cable TV truyền thống trước đây chỉ dùng thiết bị điện và cáp đồng trục cũng như các bộ khuếch đại. Chính vì vậy mà chất lương tín hiệu cũng như bán kính phục vụ là thấp, không đáp ứng được nhu cầu người xem cả về chất lượng hình ảnh cùng các dịch vụ. - Mạng HFC khắc phục nhược điểm trên bằng cách nối cáp quang từ trung tâm đến một loạt điểm phân phối quang. Tại các điểm phân phối này, tín hiệu quang sẽ được chuyển thành tín hiệu điện và cáp đồng trục sé được sử dụng để kết nối đến các thuê bao khác, các ưu điểm của HFC là : + Dải thông cực lớn, suy hao tín hiệu rất thấp, ít bị nhiễu điện từ, chống lão hóa và ăn mòn hóa học tốt. + Cho phép truyền tín hiệu có tần số hàng tram THz. + Độ ổn định và chất lượng dịch vụ của mạng được nâng cao (VOD, VoIP và internet) + Tính kinh tế cao. 2. Cấu trúc mạng HFC 2.1 - Các đặc điểm cơ bản mạng 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. 5 Hình 1.1 Mô hình HFC * Mạng HFC gồm 3 thành phần chính -Hệ thống thiết bị tại trung tâm - Hệ thống phân phối mạng tín hiệu. -Thiết bị thuê bao tại nhà. 1, Hệ thống thiết bị tại trung tâm: cung cấp quản lý chương trình hệ thống mạng truyền hình cáp gồm các headend chủ và các headend vùng. 2, Hệ thống phân phối mạng tín hiệu là môi trường truyền dẫn tín hiệu từ trung tâm đến các mạng thuê bao gồm các nút chuyển đổi quang điện (fiber optic node). 3, Thiết bị thuê bao tại nhà là một máy thu hình để thu tín hiệu từ mạng phân phối tín hiệu. 2.2 Ưu và nhược điểm của mạng HFC - Sử dụng cáp quang để truyền tín hiệu, mạng HFC sẽ có 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. 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. 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 trên sợi quang hiện nay chủ yếu nằm trong 2 cửa sổ bước sóng quang là 1310 nm và 1550 nm. Đây là 2 cửa sổ có suy hao tín hiệu rất nhỏ: 0,3 dB/km với 6 bước sóng 1310 nm và 0,2 nm với bước sóng 1550 nm.Trong khi đó với một sợi cáp đồng trục loại suy hao thấp nhất cũng phải mất43 dB/km tại tần số 1 GHz. - Tín hiệu truyền trên sợi cáp là tín hiệu quang, vì vậy không bị ảnh hưởng bởi các nhiễu điện từ từ môi trường dẫn đến đảm bảo được chất lượng tín hiệu trên đường truyền. Các sợi quang là các vật liệu không bị ăn mòn hóa học dẫn đến tuổi thọ của sợi cao. - Có khả năng dự phòng trong trường hợp sợi quang bị đứt. Trước đây các mạng con truy nhập thường sử dụng các thiết bị tích cực là các bộ khuếch đại tín hiệu nhằm bù suy hao cáp để truyền tín hiệu đi xa. 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 dẫn đến độ ổn định của mạng giảm Một mạng HFC chỉ sử dụng các thiết bị cao tần thụ động được gọi là mạng HFC thụ động HFPC (Hybrid Fiber/Passive Coaxial) như thể hiện trong hình 2.3. Sử dụng mạng truy nhập thụ động hoàn toàn 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 khuếch 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 các 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.Tuy nhiên, mạng truy nhập cáp đồng trục thụ động HFPC cũng có một số nhược điểm sau: 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 kính phục vụ của mạng. 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 các bộ khuếch đại tín hiệu, cần kéo cáp quang đến gần thuê bao hơn và tăng số node quang dẫn đến tăng chi phí rất lớn cho mạng. 7 Hình 1.2 Cấu trúc mạng HFPC 3. Các công nghệ truyền dẫn trong mạng HFC 3.1 Công nghệ truyền dẫn quang trong mạng HFC 8 Hình 1.3 Cấu trúc mạng truyền dẫn tín hiệu quang đơn giản 3.1.1. Nguyên lý hoạt động của Headend a) Sơ đồ khối cơ bản của headend 9 Hình 1.4 Trung tâm Headend Cấu tạo của trung tâm Headend gồm: 1. Khối thu tín hiệu vệ tinh 2. Khối RF/IF 3. Khối IF/IF 4. Khối IF/RF 5. Khối combiner 6. Khuếch đại RF 10 [...]... nhu cầu kết nối mạng, truy n số liệu tốc độ cao Cable Modem cho phép người tiêu dùng truy cập Internet tốc độ cao hơn và ở một phần nhỏ của thời gian, nó có Telephone Modems truy n thống dial-up 25 PHẦN III: CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN CỦA CABLE MODEM 3.1 Cấu trúc của Cable Modem 3.1.1 Sơ đồ cấu trúc của Cable Modem Cable Modem gồm loại lắp trong và lắp ngoài PC Trong một vài trường hợp Cable Modem có thể... thoại truy n thống với Modem các khối giao diện mới (Module) được phát triển cắm thêm vào modem 20 cáp /STB và cung cấp các chức năng này Các gói IP này sẽ được gửi đi qua mạng HFC sử dụng giao thức DOCSIS c) 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 Hình 1.16: Modem cáp Modem cáp là công nghệ hấp dẫn nhất, cung cấp truy. .. cáp RG 6 và các thiết bị trung tâm 18 3.3 Công nghệ truy nhập trong mạng HFC 2 chiều 3.3.1 Các công nghệ thúc đẩy Sự phát triển từ các mạng 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 truy n hình số cao cấp: STB cao cấp (Advance STB) - Modem cáp: Cable Modem - Các hệ thống thoại IP hoạt động qua mạng HFC Vị... không mở rộng mạng lưới của họ Điều này phần lớn là do ý kiến cho rằng có sự trùng lặp mạng HFC trong một số khu vực ở Úc (Dưới đây: HFC triển khai mạng lưới tại Úc, biểu không của ACCC) 23 PHẦN II: KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ CABLE MODEM 2.1 Khái niệm về công nghệ Cable Modem Công nghệ Cable Modem (CM) là công nghệ truy n số liệu trên mạng truy n hình cáp (CATV) vốn là mạng lai giữa cáp quang và cáp đồng... chiều 24 Hình 2.1: Mô hình Cable Modem 2.2 Lịch sử và mục đích ra đời của công nghệ Cable Modem Cable Modem đã được các thành phố lớn cung cấp dịch vụ từ năm 1998 Và hiện nay ở Việt Nam dịch vụ này ứng dụng khá rộng rãi Dịch vụ cable- modem thường được cung cấp ở mức băng thông nhiều megabit tùy vào từng nhà cung cấp dịch vụ Đối với khách hàng, cable modem có thể được xếp vào nhóm giải pháp SOHO Cũng... cho mạng hoàn toàn mới này tại Úc Mạng Optus bắt đầu triển khai của HFC mạng trong Blacktown tại Sydney và Đông Burwood tại Melbourne vào tháng Hai năm 1995 Bây giờ nó cũng có sẵn ở Brisbane Nó cung cấp truy n hình cao cấp, điện thoại địa phương, hoàn toàn hai chiều truy n dẫn tốc độ cao và các dịch vụ kỹ thuật số và tương tác khác (ACCC 2001) Hiện nay, hầu hết, nếu không phải tất cả, của Optus HFC mạng. .. kênh RF chiều lên được thiết kế để truy n các thông tin điều khiển và dữ liệu đến headend Một số lượng lớn các kênh chiều xuống nằm trong băng tần 300 MHZ giữa 450 MHZ và 750 MHZ Các kênh RF này được dùng để phát quảng bá dữ liệu và tin tức từ headend đến tất cả trạm thu 30 Hình3.6: Phổ RF của Cable Modem 3.1.6.2 Ánh xạ của cable modem Truy n thông giữa headend và cable modem có thể đạt được tốt nhất như... =51 Mbps - 22 Ứng dụng của HFC tại Úc Không giống như ở các nước như Mỹ, Canada và nhiều nước châu Âu, Úc đã không có một cơ sở hạ tầng CATV truy n thống hiện có Các mạng CATV đầu tiên được cài đặt ở Úc là mạng HFC Hai công ty, Telstra và Optus, chạy đua để xây dựng hai trong số các mạng HFC hiện đại, thường phục vụ cùng một khu vực Điều này có nghĩa rằng chúng ta có hai mạng HFC hiệu suất cao hiện đại... công nghệ hấp dẫn nhất, cung cấp truy nhập Internet hai chiều tốc độ cao qua các mạng HFC 4 ĐẶC ĐIỂM TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT TRONG MẠNG TRUY N HÌNH CÁP HFC 4.1 IEEE 802.14 Phương pháp nguyên thủy để truy n video trên mạng 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 truy n dẫn các kênh truy n hình quảng bá trong không gian... tích hợp trong hộp thu Set-top Thực tế thì khi hệ thống Cable được nâng cấp lên dạng Digital Cable, hộp thu set-top Cable có khả năng kết nối thẳng vào Internet qua đường kết nối CATV cho dù người sử dụng có truy nhập Internet hay không Dù ở loại nào thì sơ đồ cấu trúc của Cable Modem đều có chung một dạng như sau: Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc Cable Modem Trong đó : Tuner- Bộ điều chỉnh tín hiệu Demodulator-