đề tài tốt nghiệp “phương pháp thiết kế mạng truyền hình cáp hữu tuyến”

Truyền hình quảng bá sử dụng môi trường hoàn toàn không khí để truyền tín hiệu và các thuê bao chỉ việc cắm anten để thu tín hiệu từ anten phát của các đài truyền hình là đã có thể xem c

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

BẢNG CHỮ VIẾT TẮT 4

LỜI NÓI ĐẦU 6

CHƯƠNG I -TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH CÁP HỮU TUYẾN 9

1.1 – Tổng quan về truyền hình cáp 9

1.2 - Vị trí các mạng truyền hình cáp và xu hướng phát triển .10 1.3 - Các công nghệ truy nhập cạnh tranh 11

1.3.1 - Công nghệ ADSL (Asymetric Digital Subscriber Line) 12

1.3.2 - Fiber-In-The-Loop (FITL) 14

1.3.3 - Vệ tinh quảng bá trực tiếp DBS (Direct Broadcast Satellite) 16

1.3.4 - Dịch vụ phân phối đa điểm đa kênh (MMDS) 16

CHƯƠNG II – KIẾN TRÚC MẠNG TRUYỀN HÌNH CÁP 20

2.1 - Kiến trúc mạng CATV truyền thống 20

2.2 - Kiến trúc mạng có cấu trúc 22

2.2.1 - Các đặc điểm cơ bản mạng HFC 22

2.2.2 - Ưu và nhược điểm của mạng HFC 24

2.2.3 - Kết luận 26

CHƯƠNG III – CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRONG MẠNG QUANG 27 3.1 – Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Headend 27

3.1.1 - Sơ đồ khối cơ bản của Headend 27

3.1.2 - Nguyên lý hoạt động của Headend 32

3.1.3 - Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy phát quang33 3.1.3.1 – Cấu tạo 33

3.1.3.2 – Hoạt động của máy phát 40

3.2 – Cấu tạo và hoạt động của node quang 40

3.3 – Sợi quang 42

3.3.1 - Cấu tạo và dạng sợi quang 42

3.3.2 - Sợi đơn mode và sợi đa mode 42

3.3.3 - Các đặc tính của sợi quang 44

3.3.3.1 – Suy hao 44

3.3.3.2 – Các nguyên nhân gây nên suy hao 44

3.3.4 - Độ nhạy thu và quỹ công suất 47

3.3.5 - Các giới hạn bởi suy hao 49

3.3.6 - Truyền lan ánh sáng trong sợi quang 49

3.3.6.1 – Truyền lan tín hiệu trong sợi quang 50

3.3.6.2 – Các mode truyền lan 52

3.3.7 - Tán sắc sợi quang 54

3.3.7.1 – Tán sắc trong mode (Intramode Dispersion) 54

3.3.7.2 – Tán sắc mode 58

3.3.7.3 – Tán sắc tổng cộng của sợi 59

3.3.7.4 – Sự hạn chế do tán sắc 60

3.4 - Các mối hàn và các bộ kết nối (Connector) trong mạng quang 61

3.4.1 - Phương pháp hàn cáp 63

3.4.2 - Các Connector 65

3.5 – Ghép công suất quang 66

CHƯƠNG IV - CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRONG MẠNG ĐỒNG TRỤC 67

4.1 - Cáp đồng trục 67

4.1.1 - Suy hao do phản xạ 67

4.1.2 - Trở kháng vòng 68

4.2 - Các bộ khuếch đại RF (Radio Friquency) 69

4.2.1 - Đặc điểm các bộ khuếch đại 69

4.2.1.1 - Bộ khuếch đại trung kế 69

4.2.1.2 - Bộ khuếch đại fidơ 70

4.2.1.3 - Bộ khuếch đại đường dây 71

4.2.2 - CNR của một bộ khuếch đại đơn và nhiều bộ khuếch đại nối tiếp 71

4.3 - Bộ chia và rẽ tín hiệu 72

CHƯƠNG V – PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠNG TRUYỀN HÌNH CÁP HỮU TUYẾN 74

5.1 – Lựa chọn các thông số kỹ thuật cho mạng truyền hình cáp hữu tuyến 74

5.1.1 - Phân bố dải tần tín hiệu 74

5.1.2 - Tính toán kích thước node quang cho yêu cầu hiện tại .75

5.2 – Thiết kế 76

5.2.1 - Lựa chọn sợi quang 76

5.2.2 - Tính toán suy hao của hệ thống 77

5.3 – Nguyên tắc thiết kế phần mạng quang 78

5.4 – Nguyên tắc thiết kế phần mạng đồng trục 80

5.5 – Thuyết minh phần mạng quang 81

5.7 – Thuyết minh thiết kế phần mạng đồng trục 86

5.8 – Tính toán phần mạng đồng trục 87

5.9 – Thuyết minh thiết kế mạng HFPC 93

5.10 – Tính toán mạng HFPC 93

5.11 – So sánh mạng HFC và mạng HFPC 97

KẾT LUẬN 98

TÀI LIỆU THAM KHẢO 99

BẢNG CHỮ VIẾT TẮTADSL

Asymetric Digital Subcriber Loop

Automatic Gain Control

Angled Physical Contact

Asynchronous Transfer Mode

Bit Error Rate

Community Antenna Television

System

Carrier-to-Noise Ratio

Central Office

Distributed Feedback laser

Dense Wavelength Division

Multiplexing

Direct Broatcast Satellite

Digital Subscriber Line

DSL Access Multiplexing

Equalizer

Frequency Division Multiplexing

Fiber To The Curb

Fiber To The Building

Fiber To The Home

Fiber In The Loop

Gratded Index

Group Velocity Dispersion

Host Digital Terminal

Hybrid Fiber/ Coaxial network

Hybrid Fiber Passive/ Coaxial network

Hybrid Fiber/ Wireless network

Hybrid Fiber/ Radio network

Hight Pass Filter

Intergrated Services Digital Network

Low Pass Filter

Main Distribution Frame

Multipoint Multichanel Distribution

Service

Vòng Thuê bao số không đối xứng

Tự điều chỉnh hệ số khuếch đạiTiếp xúc góc

Phương thức truyền không đồng bộ

Vệ tinh quảng bá trực tiếpĐường thuê bao số

Ghép kênh truy nhập đường thuê bao số

Khối cân bằngGhép kênh phân chia theo tần sốCáp quang đến khu vực

Cáp quang đến toà nhàCáp quang đến gia đìnhCáp quang trong mạng thuê baoChỉ số chiết suất Gradient

Tán sắc vận tốc nhómThiết bị đầu cuối số trung tâmMạng lai cáp quang/ cáp đồng trụcMạng HFC thụ động

Mạng lai cáp quang/ không dâyMạng lai cáp quang/ vô tuyến

Bộ lọc thông caoMạng liên kết số đa dịch vụ

Bộ lọc thông thấpGiá phối dây chínhDịch vụ phân phối đa điểm đa kênhKhẩu độ số

Optical Network Unit

Optical Terminal Unit

Plain Old Telephone Service

Quadrature Phase Shift Keying

Quadrature Ampliture Modulation

Radio Frequency

Synchronous Digital Hierarchy

Step Index

Set – Top - Box

Single Mode Fiber

Synchronous Transfer Mode

Video On Demand

Đơn vị đầu cuối quangDịch vụ thoại thông thườngĐiều chế khoá dịch pha cầu phươngĐiều chế biên độ cầu phương

Tần số cao tầnPhân cấp số đồng bộChỉ số chiết suất phân bậcĐầu thu tín hiệu số

Sợi quang đơn modePhương thức truyền đồng bộTruyền hình theo yêu cầu

LỜI NÓI ĐẦU

Truyền hình cáp (CATV) từ lâu đã không còn xa lạ đối với người dân ở các nước phát triển trên thế giới Tuy nhiên việc phát triển và mở rộng các mạng truyền hình cáp vẫn chưa được quan tâm nhiều bởi vì trước đây mạng truyền hình cáp chỉ đơn thuần cung cấp các dịch vụ về truyền hình, không thể cung cấp các dịch vụ khác như thoại, số liệu…Thuật ngữ CATV xuất hiện lần đầu tiên vào năm

1948 tại Mỹ khi thực hiện thành công hệ thống truyền hình cáp hữu tuyến và thuật ngữ CATV được hiểu là hệ thống truyền hình cáp hữu tuyến (Cable TV)

Một năm sau, cũng tại Mỹ hệ thống truyền hình cộng đồng sử dụng anten (Community Antenna Television-CATV) cung cấp dịch vụ cho thuê bao bằng đường truyền vô tuyến đã được lắp đặt thành công Từ đó thuật ngữ CATV được dùng để chỉ chung cho các hệ thống truyền hình cáp vô tuyến và hữu tuyến

Những năm gần đây, do tăng nhu cầu thưởng thức các chương trình truyền hình chất lượng cao, nội dung phong phú cũng như sự tiến bộ trong công nghệ, các mạng truyền hình cáp đã có những bước phát triển mạnh mẽ Giờ đây không chỉ cung cấp các chương trình truyền hình thỏa mãn nhu cầu ngày càng cao của người xem mà chúng còn trở thành một tiềm lực cạnh tranh đáng kể đối với các mạng viễn thông khác trong cung cấp các dịch vụ viễn thông

Tại Việt Nam hiện nay có các dịch vụ truyền hình như truyền hình quảng

bá, dịch vụ truyền hình MMDS và dịch vụ truyền hình cáp hữu tuyến Truyền hình quảng bá sử dụng môi trường hoàn toàn không khí để truyền tín hiệu và các thuê bao chỉ việc cắm anten để thu tín hiệu từ anten phát của các đài truyền hình

là đã có thể xem chương trình nên các thuê bao không cần phải đóng cước dịch vụ

và các nhà sản xuất chương trình cũng không phải tốn kém về phương tiện truyền dẫn Tuy nhiên vì là chương trình truyền hình tương tự và sử dụng dải tần số ngoài không gian nên tài nguyên bị hạn hẹp dẫn đến số lượng kênh phát ra của dịch vụ truyền hình quảng bá rất hạn chế và nó chịu ảnh hưởng mạnh mẽ bởi các nguồn nhiễu của môi trường truyền dẫn như: nhiễu công nghiệp, nhiễu từ các đài phát lân cận … và nó cũng chịu ảnh hưởng rất lớn của thời tiết Dịch vụ truyền hình quảng bá không thể tăng thêm kênh chương trình khác do băng thông bị hạn

gia và ngoài việc dành cho dịch vụ truyền hình nó còn dành cho nhiều dịch vụ khác nữa như: thông tin liên lạc trong quân đội, thông tin di động …

Còn dịch vụ truyền hình MMDS thì sử dụng sóng mang phụ của thông tin

vi ba (900MHz) để truyền tải các kênh truyền hình và kéo cáp từ trung tâm truyền hình đến trạm vi ba, sử dụng anten phát của trạm vi ba để phát sóng đến các vùng xung quanh trạm trong một phạm vi bán kính nhất định, nó được chia thành các cell hình dải quạt để phủ sóng Đối với dịch vụ này thì thuê bao cũng chỉ cần dựng cột anten là có thể thu được chương trình truyền hình và giải mã để xem Tuy nhiên đây là phương thức truyền trong tầm nhìn thẳng nên anten thu của thuê bao bắt buộc phải nhìn thấy anten phát của trạm vi ba gần nó thì mới thu được tín hiệu Đây là một nhược điểm của dịch vụ vì nó sẽ hạn chế đối với các vùng dân

cư trong khu vực có nhiều toà nhà cao tầng che chắn (như là các khách sạn) hoặc các khu vực dân cư có nhiều cây cối che phủ Các khu vực đó không thể bắt được tín hiệu do tín hiệu không thể xuyên qua chướng ngại vật hoặc đi cong xuống Còn nữa nó cũng tương tự như dịch vụ truyền hình quảng bá ở chỗ băng thông bị hạn chế nên kênh truyền hình phát ra cũng bị hạn chế và nó cũng chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của các nguồn nhiễu công nghiệp, nhiễu của các đài phát lân cận và chính nó cũng gây nhiễu cho các đài phát khác, cũng chịu ảnh hưởng mạnh của thời tiết

Do các hạn chế của các dịch vụ truyền hình như ở trên nên việc phát triển truyền hình cáp hữu tuyến HFC là điều tất yếu vì: Mạng HFC sử dụng cáp quang

ở mạng truyền dẫn và phân phối tín hiệu nên đã sử dụng được các ưu điểm của cáp quang so với các phương tiện truyền dẫn khác như: Băng thông của cáp quang rất lớn (1014 ~ 1015 Hz), suy hao đường truyền rất nhỏ, không chịu ảnh hưởng bởi nhiễu của môi trường ngoài và nhiễu điện từ, có thể tích hợp được nhiều dịch vụ trên cùng một đường truyền…

Tại Hà Nội, nhu cầu phát triển mạng truyền hình cáp hữu tuyến qui mô, hiện đại cung cấp nhiều chương trình cho người dân Thủ đô đã được lập kế hoạch phát triển và đang được triển khai trên diện rộng

Cùng với sự phát triển này, đề tài tốt nghiệp “Phương pháp thiết kế mạng

truyền hình cáp hữu tuyến” trình bày những nội dung cơ bản nhất các công nghệ

sử dụng trong mạng truyền hình cáp hữu tuyến về kiến trúc mạng HFC, hướng phát triển của mạng và so sánh các ưu nhược điểm của mạng HFC với các dịch vụ

truyền dẫn cạnh tranh khác Nội dung bản đồ án gồm năm chương được giới thiệu sơ lược sau đây:

Chương I: Giới thiệu tổng quan về truyền hình cáp hữu tuyến nói chung, vị

trí của truyền hình cáp trên thị trường thông tin và xu hướng phát triển của nó trong thời gian tiếp theo sau này Ngoài ra còn điểm qua một số công nghệ truy nhập cạnh tranh với mạng truyền hình cáp

Chương II: Giới thiệu về các mạng truyền hình cáp truyền thống và mạng

truyền hình kết hợp Giới thiệu và so sánh giữa các cấu trúc mạng khác nhau

Chương III: Giới thiệu về một số thiết bị quan trọng sử dụng trong việc

thiết kế và lắp đặt mạng quang (mạng truyền dẫn và mạng phân phối tín hiệu truyền hình) Nêu nguyên tắc làm việc của một trạm trung tâm truyền hình cáp cơ bản, cấu tạo của thiết bị trung tâm

Chương IV: Giới thiệu về các thiết bị chính dùng trong mạng cáp đồng

trục (mạng truy nhập tín hiệu)

Chương V: Nêu nguyên tắc thiết kế mạng truyền hình cáp hữu tuyến và

thiết kế một mạng truyền hình cáp cụ thể trên địa bàn thành phố Hà Nội Ngoài ra

có thiết kế thêm thí dụ về kiến trúc mạng HFPC để so sánh với kiến trúc mạng HFC và đưa ra kết luận về việc lựa chọn kiến trúc mạng nào thì phù hợp cho tình hình nước ta hiện nay.Trong chương này có tính toán chi tiết tín hiệu từ trung tâm đến tận thiết bị nhà thuê bao Tuy nhiên chỉ chọn lựa thí điểm một số vùng nhất định

Trong quá trình làm đồ án do thời gian hạn hẹp nên không tránh khỏi những sơ suất và một số nội dung chưa được chi tiết, mong các thầy cô giáo góp ý

và thông cảm

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo cũng như các anh chị trong phòng thiết kế của công ty truyền hình cáp Hà Nội đã tận tính giúp đỡ trong quá trình làm đồ án

CHƯƠNG I -TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH CÁP HỮU TUYẾN

1.1 – Tổng quan về truyền hình cáp

Mạng truyền hình cáp bao gồm 3 thành phần chính: Hệ thống thiết bị tại trung tâm, hệ thống mạng phân phối tín hiệu và thiết bị thuê bao

 Hệ thống thiết bị trung tâm

Hệ thống trung tâm (Headend System) là nơi cung cấp, quản lý chương trình

hệ thống mạng truyền hình cáp Đây cũng chính là nơi thu thập các thông tin quan sát trạng thái, kiểm tra hoạt động mạng và cung cấp các tín hiệu điều khiển

Với các hệ thống mạng hiện đại có khả năng cung cấp các dịch vụ truyền tương tác, truyền số liệu, hệ thống thiết bị trung tâm còn có thêm các nhiệm vụ như: mã hoá tín hiệu quản lý truy nhập, tính cước truy nhập, giao tiếp với các mạng viễn thông như mạng Internet

 Mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp:

Mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp là môi trường truyền dẫn tín hiệu từ trung tâm mạng đến các thuê bao Tuỳ theo đặc trưng của mỗi hệ thống truyền hình cáp, môi trường truyền dẫn tín hiệu sẽ thay đổi: với hệ thống truyền hình cáp như MMDS môi trường truyền dẫn tín hiệu sẽ là sóng vô tuyến Ngược lại, đối với hệ thống truyền hình cáp hữu tuyến (Cable TV) môi trường truyền dẫn sẽ là các hệ thống cáp hữu tuyến (cáp quang, cáp đồng trục, cáp đồng xoắn ) Mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp hữu tuyến có nhiệm vụ nhận tín hiệu phát ra từ các thiết bị trung tâm, điều chế, khuếch đại và truyền vào mạng cáp Các thiết bị khác trong mạng có nhiệm vụ khuếch đại, cấp nguồn và phân phối tín hiệu hình đến tận thiết bị của thuê bao Hệ thống mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp là

bộ phận quyết định đến đối tượng dịch vụ, khoảng cách phục vụ, số lượng thuê bao và khả năng mở rộng cung cấp mạng

 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 các dịch 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 trải qua các giai đoạn phát triển 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 truyền thống được hỗ trợ bởi công nghệ RF phục vụ tốt các dịch 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 được giảm 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 HFC

750 MHz và một số dịch vụ viễn 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 cung cấp dịch vụ DBS (Direct Broadcast Satellite)

- Sự tiến bộ trong công nghệ sợi quang, đặc biệt là laser và bộ thu 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 - Các công nghệ truy nhập cạnh tranh

Có nhiều công nghệ truy nhập có thể phục vụ các dịch vụ băng rộng tới thuê bao Phần này sẽ cung cấp tổng quan một số công nghệ cạnh tranh cùng những ưu nhược điểm từng loại.

1.3.1 - Công nghệ ADSL (Asymetric Digital Subscriber Line)

Công nghệ ADSL sử dụng đường dây thoại xoắn đôi hiện có để cung cấp băng thông yêu cầu cho các dịch vụ băng rộng như truy nhập Internet, thoại hội nghị, đa phương tiện tương tác và VOD Công nghệ ADSL được thiết kế để giải quyết tình trạng tắc nghẽn nghiêm trọng hiện nay trong các mạng thoại giữa tổng đài trung tâm (CO: Central Office) và thuê bao ADSL có thể chuyển phát tốc độ

dữ liệu trong khoảng từ 64 kb/s đến 8,192 Mb/s cho kênh đường xuống và tốc độ trong khoảng 16 kb/s tới 768 kb/s cho các kênh đường lên trong khi vẫn đồng thời dùng các dịch vụ thoại truyền thống POTS (Plain Old Telephone Service)

ADSL rất phù hợp để đáp ứng nhu cầu truy nhập Internet tốc độ cao Đường truyền dẫn ADSL cung cấp tốc độ dữ liệu tới 8 Mbit/s xuống khách hàng

và 640 Kbit/s luồng lên mở rộng dung lượng truy nhập mà không cần lắp đặt thêm cáp mới Ngoài ra, việc sử dụng ADSL sẽ chuyển lưu lượng dịch vụ Internet qua các mạng chuyển mạch gói hoặc ATM giúp hoạt động hiệu quả hơn, giải quyết được vấn đề tắc nghẽn trên mạng thoại

Cấu trúc mạng cơ bản :

Mạch vòng thuê bao là một đôi dây đồng xoắn đôi nối cụm thuê bao và tổng đài trung tâm Đối với ADSL full-rate (cung cấp tốc độ 6÷8 Mbit/s luồng xuống), bộ Splitter được lắp đặt tại cả hai đầu cuối mạch vòng Phía khách hàng modem ADSL mà dây ADSL kết nối tới gọi là khối kết cuối ADSL đầu xa (ATU-R) ở phía tổng đài, các bộ Splitter được lắp đặt nơi các mạch vòng thuê bao kết cuối trên giá phối dây chính MDF (Main Distribution Frame), đầu ra có hai đôi dây Đôi thứ nhất kết nối tới mạng chuyển mạch thoại để cung cấp dịch vụ thoại truyền thống Đôi dây thứ hai kết nối tới khối kết cuối ADSL trung tâm (ATU-C)

Để truyền dẫn hiệu quả, các khối ATU-C được kết hợp với chức năng ghép kênh tạo nên bộ ghép kênh truy nhập DSL (DSLAM: Digital Subscriber Line Access Multiplexer) trong tổng đài trung tâm và được kết nối tới mạng các nhà cung cấp dịch vụ Số liệu qua ADSL được đóng gói trong các tế bào ATM DSLAM cần có khả năng xử lý các tế bào ATM để thực hiện ghép kênh lưu

PSTN

ChuyÓn m¹ch CO

POTS/ISD N SPLITTER

R

ATU-PC M¹ch

vßng TB

C¸c ®­êng kh«ng ph¶i xDSL

POTS/ISD N

H×nh 1.4 CÊu h×nh hÖ thèng sö dông c«ng

nghÖ ADSL

lượng thống kê Tổng tốc độ các đường ADSL qua tất cả các khối ATU-C có thể lớn hơn tốc độ đường STM-1.

 ứng dụng của ADSL

Đặc điểm truyền tốc độ hai chiều không đối xứng của ADSL làm cho kỹ thuật này phù hợp với hầu hết các ứng dụng yêu cầu băng thông luồng xuống lớn hơn băng thông luồng lên VoD là hướng phát triển ban đầu của ADSL nhưng sau đó truy nhập Internet tốc độ cao nhanh chóng trở thành hướng phát triển chủ yếu Ngoài ra còn một số ứng dụng khác đang được phát triển và sử dụng công nghệ này như sau:

- Telecommuting: Dịch vụ thoại và truy nhập dữ liệu từ xa, cho phép người sử dụng làm việc tại nhà và kết nối tới cơ sở dữ liệu tại nơi làm việc

- Dịch vụ truyền video hoặc thông tin thời gian thực: ADSL cho phép phân phối những ứng dụng băng rộng theo thời gian thực như tin tức, token chứng khoán, thời tiết

- Chương trình đào tạo từ xa: ADSL full-rate với chất lượng dịch vụ đảm bảo có thể cung cấp luồng video theo tiêu chuẩn MPEG-2 cho phép các trung tâm giảng dạy gửi video minh hoạ bài dạy và trao đổi trực tiếp với học viên từ nhiều vị trí

- Chữa bệnh từ xa: Các bác sĩ có thể chẩn đoán và khám chữa bệnh từ xa

- Hội nghị truyền hình: Mặc dù dịch vụ này yêu cầu băng thông hai chiều đối xứng nhưng ADSL full-rate có thể cung cấp một kênh H0 (384×384Kbit/s) chuyên dụng ngoài băng thông có sẵn của ADSL cho ứng dụng này trong khi vẫn đảm bảo phục vụ các ứng dụng khác

1.3.2 - Fiber-In-The-Loop (FITL)

Công nghệ truy nhập FITL thường dùng cáp quang theo kiến trúc hình sao (điểm-đa điểm), gồm một họ các kiến trúc như:

- Cáp quang tới tận node FTTN

- Cáp quang tới tận hộ dân cư FTTC

- Cáp quang tới tận hộ thuê bao FTTH

Các hệ thống FITL được phát triển theo hướng tương thích với các dịch vụ,

hệ thống truyền dẫn, hệ thống điều hành của các nhà khai thác nội vùng (LEC) Kiến trúc nguyên thủy FITL được chỉ ra trong hình 1.5

Một mạng FITL gồm một kết cuối host số (HDT: Host Digital Terminal) với các khối ONU trong kiến trúc hình sao, được HDT quản lý HDT cung cấp các hoạt động và giao diện cần thiết của hệ thống FITL cho phần còn lại của mạng LEC

Vớ dụ, HDT cú thể tỏch riờng lưu lượng chuyển mạch nội hạt và ra bờn ngoài để quản lý định tuyến Cỏc dịch vụ băng rộng như Internet, tương tỏc đa phương tiện và thoại được phỏt tới HDT, HDT cú thể được đặt tại CO hoặc tại đầu xa, như tớn hiệu băng gốc Điều này trỏi ngược với cỏc mạng HFC, trong đú cỏc dịch vụ băng rộng được điều chế RF Tại HDT, tớn hiệu số băng gốc được chuyển mạch và gửi tới cỏc khối mạng băng rộng qua cỏp quang ONU được đặt gần thuờ bao và phục vụ nhiều khỏch hàng ONU thực hiện chuyển đổi quang điện

và cỏc chức năng quan trọng khỏc Tớn hiệu điện sau đú được phỏt tới thuờ bao qua cỏp đồng trục hoặc cỏp đồng xoắn đụi Một khối giao diện mạng đặt tại phớa thuờ bao sẽ tỏch tớn hiệu Video, tớn hiệu dữ liệu, và tớn hiệu thoại như chỉ ra trong hỡnh 1.5 Tớn hiệu Video số được tỏch kờnh và giải mó bởi một STB

Một kiến trỳc FITL khỏc là FTTH Như tờn gọi của nú, cỏp quang sẽ thay thế cỏp đồng trục hoặc cỏp đồng xoắn đụi từ ONU đến thuờ bao Sự khỏc nhau giữa kiến trỳc FTTH và FTTC nằm ở vị trớ lắp đặt của ONU

ON

U

Cáp

đồng trục

Mạng ATM

Mạng PSTN

Hình 1.5 Cấu hình hệ thống Fiber – in – the –

loop

Trong kiến trúc FTTH, ONU được đặt tại nhà thuê bao Vì vậy, nhu cầu dùng công nghệ cáp xoắn đôi ngoài nhà thuê bao được loại bỏ trong kiến trúc FTTH Phần mạng giữa HDT và các ONU trở thành mạng quang thụ động, điều này trở nên rất quan trọng khi nâng cấp trong tương lai Băng thông rộng sẵn có (hàng THz) của sợi quang để chuyển phát các dịch vụ băng rộng cho thuê bao là một trong những ưu điểm của kiến trúc mạng toàn quang này Với việc dùng công nghệ WDM, các hệ thống FTTH có khả năng truyền tải tốc độ hàng Gb/s ví dụ OC-48/STM-16 (2.5GHz) hoặc các dịch vụ băng rộng tương thích với SONET/SDH tới thuê bao Hơn nữa, vì mỗi ONU được đặt tại nhà thuê bao, do vậy không cần thiết công suất ngoài hoặc bảo dưỡng thêm.

Nhược điểm chính của FTTH là giá thành mỗi OTU tương đối cao và chi phí lắp đặt cáp quang ban đầu Bất chấp nhược điểm này, kiến trúc FTTH có nhiều tiềm năng hứa hẹn để cung cấp các dịch vụ băng rộng cho thuê bao

1.3.3 - Vệ tinh quảng bá trực tiếp DBS (Direct Broadcast Satellite)

Công nghệ DBS dựa trên các vệ tinh đồng bộ địa tĩnh cung cấp các chương trình truyền hình đa kênh cho các thuê bao có trang bị các bộ thu DBS Tuy nhiên

ở Việt Nam hiện nay chưa có vệ tinh riêng và cũng chưa có các kênh truyền hình trả tiền qua vệ tinh riêng Các chương trình truyền hình qua vệ tinh được cung cấp bởi các nhà cung cấp dịch vụ nước ngoài và thông qua các vệ tinh nước ngoài Người dân muốn đăng ký dịch vụ truyền hình qua vệ tinh cần phải được sự cho phép của Bộ Văn Hoá Thông Tin Vì vậy, truyền hình trả tiền qua vệ tinh ở Việt Nam gặp nhiều hạn chế như: không có kênh truyền hình và ngôn ngữ tiếng việt đăng ký dịch vụ phức tạp, chi phí thuê bao cao Chính vì những lý do này mà số lượng người xem truyền hình qua vệ tinh ở Việt Nam rất ít

1.3.4 - Dịch vụ phân phối đa điểm đa kênh (MMDS)

(MMDS: Multipoint Multichanel Distribution Service)

Công nghệ truy nhập MMDS là một công nghệ không dây (wireless) khác được dựa trên các kênh Video tương tự và số quảng bá mặt đất Kiến trúc cơ bản MMDS gồm các khối phát vô tuyến MMDS đặt tại các tháp radio cùng với anten, một anten của thuê bao, một bộ hạ tần và một STB Mỗi vùng phục vụ được chia thành các cell có phần giao nhau, mỗi cell có bán kính 40 km Đối với truyền dẫn yêu cầu mức tin cậy cao, tầm nhìn giữa anten phát và thu được yêu cầu bình thường Vì tầm nhìn luôn không thuận lợi nên nhân tố ảnh hưởng tới chất lượng chủ yếu trong hệ thống MMDS là tín hiệu fading nhiều đường Sử dụng công nghệ MMDS có những thuận lợi và khó khăn sau:

1 – Thuận lợi

Triển khai mạng đơn giản, chi phí thấp: Do môi trường truyền dẫn tín hiệu MMDS là sóng vi ba (sóng vô tuyến) cho nên khi triển khai mạng đến thuê bao không cần phải kéo cáp tới tận hộ thuê bao, mà chỉ cần dựng cột anten thu tại thuê bao sao cho có thể nhìn thấy cột anten phát (tại cột anten của đài THVN) là có thể thu được tín hiệu và giải mã để xem Đặc điểm này sẽ giúp nhà cung cấp dịch vụ MMDS không mất thời gian, công sức và chi phí đào đường rải cáp, đảm bảo mỹ quan đô thị

2 – Khó khăn

- Hạn chế vùng phủ sóng: Do sử dụng sóng viba tại dải tần 900MHz để truyền tín hiệu Video, MMDS đòi hỏi anten phát và anten thu phải nhìn thấy nhau thì mới thu được tín hiệu tốt Vì vậy đối với các hộ dân cư nằm ở phía sau các khu khách sạn cao tầng, các khu cao ốc, việc thu tín hiệu MMDS rất khó thực hiện Điều này cũng xảy ra đối với các gia đình ở trong các ngôi nhà thấp, bị các vật cản như cây cối che chắn Đât chính là trở ngại lớn cho việc cung cấp dịch vụ MMDS đến với mọi người dân sử dụng dịch vụ

- Chịu tác động mạnh bởi nhiễu công nghiệp: Do sử dụng phương thức điều chế tín hiệu truyền hình tương tự (analog) không có khả năng chống lỗi, lại truyền bằng sóng vô tuyến, tín hiệu MMDS bị ảnh hưởng rất mạnh bởi các nguồn nhiễu công nghiệp: nhiễu từ mạng điện lưới, nhiễu từ các thiết bị điện: môtơ điện, quạt điện… mà không có cách hạn chế và khắc phục Điều này dẫn đến giảm chất lượng hình ảnh của dịch vụ MMDS

- Chịu ảnh hưởng lớn bởi thời tiết: khi thời tiết xấu, ví dụ như mưa to, sét… tín hiệu MMDS vô tuyến bị suy hao rất lớn trong không gian, dẫn đến giảm mạnh chất lượng tín hiệu hình ảnh

- Yêu cầu phổ tần số vô tuyến quá lớn: Muốn có khả năng cung cấp nhiều chương trình truyền hình tương tự, MMDS đòi hỏi phải có dải tần đủ lớn Ví dụ: để có thể cung cấp 13 kênh truyền hình tương tự, MMDS đòi hỏi phải có dải tần tối thiểu là 13kênh x 8MHz/kênh = 104MHz Đây là một dải tần vô tuyến rất lớn, và khi càng tăng số lượng chương trình thì yêu cầu độ rộng băng tần cũng tăng theo Trong khi đó phổ tần vô tuyến là nguồn tài nguyên quý giá đối với mỗi một quốc gia Không chỉ có dịch vụ truyền hình MMDS, truyền hình quảng bá mặt đất sử dụng nguồn tải nguyên quý giá này, mà còn rất nhiều các dịch vụ viễn thông khác cũng như các trạm phát vô tuyến thuộc nghiệp vụ

an ninh – quốc phòng tham gia sử dụng nguồn tài nguyên quý giá này Vì thế việc chiếm dụng phổ tần vô tuyến quá lớn của MMDS là không hiệu quả

- Gây can nhiễu các đài phát vô tuyến khác: Mặc dù được phân một dải tần riêng, nhưng máy phát MMDS cũng như các máy phát vô tuyến khác luôn sinh

ra các tần số hài bậc cao có thể ảnh hưởng đến các trạm phát vô tuyến nghiệp

vụ khác

- Khó khăn trong việc cung cấp dịch vụ truyền hình số: Hiện nay việc không sử dụng MMDS để cung cấp dịch vụ truyền hình là xu hướng thực tế trên thế giới (do các nhược điểm trên) Chính vì thế việc các thiết bị phát tín hiệu truyền hình số MMDS không được phát triển, thêm nữa, các thiết bị giải mã ở phía thuê bao cũng không được các nhà sản xuất thiết bị nghiên cứu và sản xuất Do

đó việc ứng dụng truyền hình số để nâng cao chất lượng hình ảnh, dịch vụ của MMDS sẽ không có tính khả thi

Một công nghệ gần với MMDS là công nghệ lai ghép giữa cáp quang và không dây (HFW) hay còn gọi là lai ghép giữa quang và vô tuyến (HFR) Kiến trúc này tương tự như HFC ở đó một headend trung tâm phát các dịch vụ băng rộng tới nhiều cell RF qua cáp đơn mode SMF, tới thuê bao được thực hiện qua 2 chiều MMDS

Có nhiều ưu điểm trong kiến trúc này:

- Tăng độ tin cậy truyền dẫn 2 chiều giữa thuê bao và headend so với kiến trúc MMDS truyền thống

- Giảm lắp đặt vùng RF và chi phí bảo dưỡng

- Kiến trúc này thường phù hợp triển khai trên diện rộng trong các khu vục thành thị tại đó mạng cáp quang đã được xây dựng

STB

Trung t©m

Khèi h¹ tÇn

H×nh 1.6 CÊu h×nh m¹ng dÞch vô ph©n phèi ®a kªnh

®a ®iÓm MMDS

CHƯƠNG II – KIẾN TRÚC MẠNG TRUYỀN HÌNH CÁP

2.1 - Kiến trúc mạng CATV truyền thống

Hình 2.1 là sơ đồ đơn giản của một mạng cáp toàn đồng trục Các chương trình thu được từ vệ tinh hoặc viba tại headend, headend thực hiện nhiệm vụ sau:

- Thu các chương trình (ví dụ từ NBC, CBS, và các mạng cáp như MTV& ESPN)

- Chuyển đổi từng kênh tới kênh tần số RF mong muốn, ngẫu nhiên hóa các kênh khi có yêu cầu

- Kết hợp tất cả các tần số vào một kênh đơn tương tự băng rộng (ghép FDM)

Hình 2.1 Kiến trúc đơn giản mạng CATV truyền thống

Head

end

Cáp fidơ

Cáp thuê bao

Cáp trung kế

Thuê

Thuê bao

Chú thích

Pa d

Bộ khuếch

đại

Spliter

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 vậy tín hiệu ở tần số càng cao suy hao càng nhanh so với tần số thấp Đó là lý do tại sao các nhà cung cấp mong muốn ít kênh 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 nguồn này được nuôi từ mạng điện sở tại Các bộ khuếch đại xa nguồn 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 khuếch 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 cải thiện đáng kể chất lượng tín hiệu thu của

TV Mặc dù nhiều vùng tín hiệu truyền hình vô tuyến quảng bá thu được có chất lượng khá tốt nhưng CATV vẫn được lựa chọn phổ biến vì khả năng lựa chọn nhiều chương trình Tuy nhiên mạng toàn cáp đồng trục 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 trục không thể thỏa mãn các dịch vụ băng rộng tốc độ cao

 Dung lượng kênh của hệ thống không đủ để đáp ứng cho 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

 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, nhiễu 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 lai giữa cáp quang và đồng trục (mạng lai 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

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 tại các 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 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 sever 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 5 hub thứ cấp và headend nội hạt, mỗi hub sơ cấp chỉ cung cấp cho khoảng 25000 thuê bao 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 và thứ cấp khác nhau Các kênh số và tương tự của headend trung tâm có thể cùng được chia xẻ sử dụng trên mạng backbone Mạng backbone được xây dựng theo kiến trúc Ring 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 đây sử 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 bít 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

2.2.2 - 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 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 (1014 ÷

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 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 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 mất

43 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 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 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 Theo kinh nghiệm của 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 dẫ đến độ ổn định của mạng giảm Hiện nay xu hướng trên thế giới đang chuyển dần sang sử dụng mạng truy nhập thụ động, tại

đó không sử dụng bất cứ một thiết bị tích cực nào nữa, mà chỉ còn các bộ chia tín hiệu, các bộ ghép định hướng và các bộ trích tín hiệu thụ động 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

2.2.3 - Kết luận

Như đã trình bày ở trên, ưu điểm của mạng này là nhược điểm của mạng kia Tuỳ thuộc vào mô hình kinh tế, điều kiện địa lý để áp dụng loại mạng nào cho phù hợp Nếu xét trong cùng một phạm vi phục vụ, mạng HFPC yêu cầu số lượng node quang lớn hơn mạng HFC Vì vậy:

- Trong điều kiện mạng quang đã có sẵn, nên chọn phương án xây dựng mạng HPFC nhằm mục đích giảm chi phí đầu tư cho mạng đồng trục, đẩy nhanh tốc

độ triển khai mạng, nâng cao chất lượng tín hiệu và hiệu quả khai thác

- Trong điều kiện mạng quang còn hạn hẹp, nên chọn phương án xây dựng mạng HFC Khi đó, để đẩy nhanh tốc độ mở rộng mạng phải vươn dài mạng đồng trục bằng cách sử dụng các bộ khuếch đại cao tần

Đối với tình hình nước ta hiện nay thì cấu trúc mạng HFC hợp lý hơn vì ở Việt Nam mạng truyền hình cáp vẫn đang còn mới mẻ, mạng mới được đưa vào

sử dụng trong khoảng thời gian ngắn nên cơ sở hạ tầng còn thiếu thốn Hệ thống mạng hầu như phải kéo mới nên để giảm chi phí lắp đặt cho cả nhà khai thác lẫn các thuê bao thì mạng HFC là hợp lý nhất nên trong phạm vi đồ án này em chỉ xét cấu trúc mạng HFC và phương pháp thiết kế mạng này

Hình 2.3 Cấu trúc mạng HFPC

Mạng truyền dẫn(Backbond)

Mạng phân phối Mạng truy nhập

Bộ chia

Bộ chia

CHƯƠNG III – CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRONG MẠNG QUANG

3.1 – Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Headend

3.1.1 - Sơ đồ khối cơ bản của Headend

1/ Khối RF/IF là khối chuyển đổi từ tín hiệu cao tần (RF) của truyền hình quảng

bá lên tín hiệu trung tần (IF) của hệ thống truyền hình cáp (hay còn gọi là bộ upconverter)

2/ Khối thu tín hiệu vệ tinh là khối có chức năng chuyển đổi từ tín hiệu vệ tinh (là hai tín hiệu audio và video tách biệt) có tần số cao xuống tín hiệu trung tần (IF) của hệ thống truyền hình cáp (gọi là bộ downconverter)

3/ Khối IF/IF là bộ lọc trung tần có chức năng lọc đúng tần số của kênh truyền hình cần thu

4/ Khối IF/RF là khối chuyển đổi từ tín hiệu trung tần lên tín hiệu cao tần trong dải tần của hệ thống truyền hình cáp để ghép kênh và truyền lên mạng đến thuê bao

5/ Khối combiner là khối kết hợp kênh hay còn gọi là khối ghép kênh nó có chức năng ghép các kênh truyền hình thu được từ truyền hình quảng bá và từ vệ tinh vào một dải tần đường xuống (65MHz ~ 862MHz) của hệ thống truyền hình cáp theo phương thức ghép kênh theo tần số (FDM)

6/ Khuếch đại RF là bộ khuếch đại tín hiệu cao tần trước khi đưa vào bộ chia tín hiệu cao tần để vào máy phát

7/ Máy phát quang có chức năng chuyển đổi từ tín hiệu điện thành tín hiệu quang

và ghép nó vào sợi quang để truyền đi

Đồ án tốt nghiệp 29

Sợi quangCáp đồng trục

Hình 3.1 Trung tâm Headen

IS

ISIS

IS

3.1.2 - Nguyên lý hoạt động của Headend

Các chương trình quảng bá mặt đất (VTV1, VTV2, VTV3, …) được thu qua các anten VHF (very hight friquency), mỗi một kênh truyền hình được thu qua một anten riêng, các kênh truyền hình thu được sau đó đưa vào khối chuyển đổi từ tín hiệu cao tần RF thành tín hiệu trung tần IF (upconverter) Lúc này tín hiệu thu được từ mỗi anten là một dải tần bao gồm kênh tín hiệu cần thu và các kênh tín hiệu khác lọt vào (ví dụ: anten VHF cần thu kênh VTV3 nhưng trong tín hiệu thu được có cả các kênh khác như HTV, VTV2) Tín hiệu trung tần chung này được đưa qua bộ lọc trung tần để lọc lấy kênh tín hiệu cần thu (VTV3) Mỗi

bộ lọc trung tần được điều chỉnh để chỉ thu một kênh tín hiệu Tín hiệu trung tần

ra khỏi bộ lọc chỉ có một kênh duy nhất Các kênh tín hiệu này sẽ được đổi lên tần

số RF qua bộ chuyển đổi IF/RF để được tín hiệu RF nằm trong dải tần đường xuống của mạng CATV Sau đó tín hiệu RF này được đưa vào bộ kết hợp (combiner 16:1) để ghép kênh với các kênh tín hiệu khác theo phương thức ghép kênh theo tần số (FDM: Friquency Division Multiplexing)

Các tín hiệu vệ tinh được thu qua anten parabol là các tín hiệu truyền hình bao gồm nhiều kênh ghép lại với nhau, để tách các kênh này ra thành các kênh độc lập thì chúng được chia thành nhiều đường bằng các bộ chia vệ tinh Sau đó mỗi đường sẽ được đưa vào bộ thu vệ tinh (downconverter) để chuyển từ tần số cao thành tần số thấp, tín hiệu ra khỏi bộ thu là tín hiệu A/V Đây chưa phải là tín hiệu mà CATV cần nên sau đó chúng được đưa vào bộ chuyển đổi A/V thành IF.Tín hiệu ra là tín hiệu IF trộn cả Audeo và Video Tín hiệu trung tần này vẫn là

sự kết hợp của nhiều kênh tín hiệu , để lấy ra một kênh theo yêu cầu thì chúng được đưa qua bộ lọc trung tần giống như khi thu các chương trình truyền hình quảng bá và tín hiệu ra là kênh tín hiệu cần thu Các kênh này tiếp tục được đưa vào bộ chuyển đổi IF/RF để được tín hiệu RF nằm trong dải tần CATV Sau đó được đưa vào combiner 16:1 để ghép kênh với các kênh truyền hình khác thu từ

vệ tinh và các kênh truyền hình quảng bá trong dải tần đường xuống (70MHz ~ 862MHz) Tín hiệu ra là tín hiệu RF đã ghép kênh bao gồm nhiều kênh được ghép lại với nhau Tín hiệu này đã có thể đưa vào máy thu hình của thuê bao giải mã

và xem được, nhưng để truyền đi xa và theo nhiều hướng khác nhau thì nó được đưa vào bộ khuếch đại để khuếch đại lên sau đó chia ra bằng bộ chia tín hiệu cao tần (bộ chia ký hiệu ISV hoặc IS) Tín hiệu sau bộ chia mỗi đường được đưa vào một máy phát quang, tại đây tín hiệu RF được chuyển thành tín hiệu quang và ghép vào sợi quang để truyền đến thuê bao qua mạng HFC

3.1.3 - Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy phát quang

3.1.3.1 – Cấu tạo

Máy phát quang bao gồm 3 khối chính như sau:

+ Bộ lập mã có chức năng chuyển các mã đường truyền khác nhau (RZ, NRZ, AMI…) thành mã đường truyền thích hợp trên đường truyền quang, thường là mã Manchester

+ Bộ điều khiển có chức năng chuyển tín hiệu vào biểu diễn theo áp thành tín hiệu biểu diễn theo dòng phù hợp với nguồn laser Vì nguồn laser chỉ làm việc với tín hiệu dòng

+ Nguồn quang trong trường hợp này dùng nguồn laser loại phân bố phản hồi (DFB) để nâng cao chất lượng tín hiệu Có các loại nguồn quang thường dùng sau:

1/ Laser điode có khoang cộng hưởng Fabry – perot

Laser đioe có cấu trúc dị thể kép như LED , nhưng có khả năng khuếch đại Để đạt được mục đích này thường dùng khoang cộng hưởng Fabry-perot, bằng cách mài nhẵn hai đầu dị thể kép thành hai gương phản xạ như hình 3.2a Cấu trúc này của laser diode được viết tắt là FP-LD

Khoảng cách hai gương trong laser diode Fabry-perot là L các gương này

có khả năng tạo ra hồi tiếp tích cực, tức là sự quay lại của các photon kích thích trong vùng hoạt tính sẽ kích thích nhiều photon hơn Ánh sáng đi ra ngoài qua hai gương phản xạ

Xét điều kiện khuếch đại trong laser diode Fabry-perot: một sóng truyền từ gương bên trái tới gương bên phải, như hình 3.3b Tại gương bên phải, sóng này

sẽ phản xạ và tiếp tục truyền như thế Dạng sóng này gọi là sóng đứng Để trong buồng cộng hưởng chỉ có sóng với bước sóng ổn định thì nó phải là sóng đứng Yêu cầu vật lý này có thể được viết như sau:

Hình 3.2 Sơ đồ khối máy phát tín hiệu quang

Tín hiệu

vào

Tín hiệu quang ra

Ip

Vùng hạn chế

Vùng hạn chế

GươngVùng hoạt tính

(b)

(c)Hình 3.3 Laser Fabry-perot: (a) Cấu tạo của khoang cộng hưởng; (b) Hình thành sóng đứng trong khoang cộng hưởng;

(c) Phổ phát xạ của FP-LD

Đặc tính P – I của laser diode như hình 3.4 Đặc tính phổ của FP – LD như hình 3.3d.

2/ Laser diode DFB (Distributed FeedBack)

Nguyên lý hoạt động của laser DFB là sư dụng hiện tượng phản xạ Bragg vào mục đích nén các mode bên trong và chọn lọc tần số Trong thiết bị này buồng cộng hưởng Fabry-perot được thay thế bằng cách tử nhiễu xạ (Hình 3.5)

Sóng quang lan truyền song song với cách tử, do cách tử có cấu trúc tuần hoàn chu kỳ tạo hiện tượng giao thoa giữa hai sóng ghép la truyền ngược nhau

Để hiện tượng giao thoa sóng xảy ra thì sau một chu kỳ của cách tử pha của sóng phải thay đổi 2π m, trong đó m là số nguyên, được gọi là bậc nhiễu xạ Bragg tức là:

Với neff là chiết suất hiệu dụng của mode (neff ≈ 3,4 đối với bước sóng 1550nm InGaAsP laser) Λ là chu kỳ cách tử, hệ số 2 xuất hiện trong biểu thức trên vì ánh sáng phải phản xạ hai lần để trùng pha với pha của sóng tới

Nếu điều kiện (3.2) không thoả mãn thì ánh sáng tán xạ từ cách tử sẽ giao thoa triệt tiêu lẫn nhau, kết quả là sóng không thể lan truyền đi được Khi m = 1 thì bước sóng λ B được gọi là bước sóng Bragg bậc 1 và:

Công thức (3.3) là trường hợp đặc biệt của định luật Bragg và nếu m = 1 đơn vị thì sóng được gọi là thoả mãn điều kiện Bragg thứ nhất Ngoài ra cũng có thể ánh sáng phản xạ thoả mãn điều kiện Bragg thứ hai Thực tế thì khi m = 2, chu kỳ cách tử tăng lên và dễ chế tạo hơn Lưu ý rằng cách tử không nằm trong lớp hoạt tính nguyên nhân là do cách tử nằm trong vùng hoạt tính sẽ gây ra sự chuyển vị bề mặt và điều này sẽ làm tăng tỷ lệ tái hợp không bức xạ Lớp cách tử được thực hiện nhờ công nghệ quang khắc hoặc công nghệ ăn mòn hoá học

Đặc tuyến P-I của laser được thể hiện như trong hình 3.4 và chức năng điều chế tín hiệu tương tự được thể hiện như trong hình3.6a và điều chế tín hiệu số được thể hiện như trong hình 3.6b Ở đây logic 0 tương ứng với trạng thái tối và logic 1 tương ứng với trạng thái sáng của ánh sáng laser Một tín hiệu thay đổi thẳng từ giá trị dưới ngưỡng đến giá trị trên ngưỡng của đặc tuyến laser (dòng bơm)

Hình 3.5 Cấu trúc diode laser hồi tiếp phân tán DFB

P

Λ

Lớp tiếp xúcCách tử

Lớp tiếp xúc

Vùng hoạt tínhn

Đồ án tốt nghiệp 37

Đồ án tốt nghiệp 39

Tín hiệu quang đầu ra

Tín hiệu điện đầu vào

Hình 3.6.(a) Điều chế tín hiệu số

IF (mA)

Ith

Ib

P(mW)

Tín hiệu quang đầu ra

Tín hiệu điện đầu vào

Hình 3.6.(b) Điều chế tương tự

IF (mA)

Ith

IbP(mW

)

3.1.3.2 – Hoạt động của máy phát

Tín hiệu cao tần RF qua bộ lập mã (nếu là tín hiệu số thì nó sẽ được chuyển đổi mà đường truyền hiện tại thành mã đường truyền thích hợp cho đường truyền quang thường là mã Manchester) sau đó tín hiệu được đưa vào bộ điều khiển để chuyển tín hiệu điện áp thành tín hiệu dòng bơm thích hợp cho nguồn laser và nguồn laser có chức năng chuyển tín hiệu điện đó thành tín hiệu ánh sáng và ghép vào sợi quang qua bộ nối

3.2 – Cấu tạo và hoạt động của node quang

1 - Sơ đồ khối của node quang 4 cổng ra:

2 - Cấu tạo của node quang bao gồm các khối cơ bản sau:

01

0302

06 TP1

RF1

0708