Nghiên cứu giải pháp triển khai dịch vụ truyền hình cáp trên mạng truy nhập GPON của VNPT Hà Nội

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THONG

NGUYEN TIEN QUAN

NGHIEN CUU GIAI PHAP TRIEN KHAI DICH VU TRUYEN HINH CAP TREN MANG TRUY NHAP GPON CUA VNPT HA NOI

Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông

Mã sé: 60.52.02.08

TOM TAT LUAN VAN THAC Si

HÀ NỘI - 2015

Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THONG

Người hướng dẫn khoa học: TS Vũ Tuấn Lâm

Phản biện Ì: - C0220 00202 Q2 2n ng SH nh ng nh rc

Phản biện 2:_ C00020 00210 n ng TH n KH ng ng cv.

chính Viễn thông

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

LOI MO DAU

Hiện nay, khi ha tầng công nghệ thông tin và viễn thông đã phát triển bão hòa Các

thiết bị đầu cuối đã được chế tạo và phát triển để đáp ứng được nhiều dịch vụ trên nó Ở thời

điểm nhà cung cấp dịch vu đã đầu tư xong ha tang truyền dẫn dé cung cấp dich vụ, việc triển khai các dịch vụ giá trị gia tăng trên hạ tầng trở thành mục tiêu cấp thiết.

Với sự thách thức, cạnh tranh cả về thị phần lẫn công nghệ của các nhà cung cấp dịch vụ giá trị gia tăng Hiện nay, việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp để cung cấp ngày

càng nhiều các dịch vụ chất lượng cao đồng thời song hành với việc phát triển các thuê bao mới nhằm chiếm thị phần trở nên ngày càng cần thiết Đặc biệt là đối với các nhà cung cấp

dịch vụ trên nền mạng IP mới bước chân vào lĩnh vực cung cấp dịch vụ truyền hình (IPTV),

trong khi việc tự sản xuất nội dung chưa thể theo kip các nhà cung cấp dịch vụ truyền hình truyền thống (VTV, SCTV).

Xuất phát từ thực tế rằng ở các nhà cung cấp dịch vụ truyền hình IPTV khi triển khai dịch vụ ở những khu vực chưa có ha tang mạng cáp viễn thông hoặc do các lý do khách

quan mà không thẻ triển khai đầu tư như địa hình phức tạp, hạn chế về dung lượng đường truyền khiến việc cung cấp dịch vụ truyền hình chất lượng cao HD khó khăn hay hạ tầng chưa đồng bộ gây ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ cũng như khả năng cung cấp Mặt khác khi cung cấp dịch vụ, một bộ phận khách hàng đã quá quen với việc sử dụng dịch vụ truyền hình cáp analog truyền thống trong khi truyền hình IPTV là mới mẻ chưa được quan tâm Hơn nữa, khi cung cấp truyền hình số IPTV, khách hàng thường phải mua kèm một thiết bị

Set-top-box để giải mã tín hiệu khiến chi phí dịch vụ ban đầu bỏ ra lớn hơn so với dich vu truyền hình cáp thông thường mà không thể chia sẻ được tín hiệu truyền hình trong một hộ

gia đình.

VNPT Hà Nội với lợi điểm đã có sẵn nguồn nội dung từ dịch vụ IPTV (MyTV), hạ tầng mạng truy nhập đã hoàn thiện và nắm được lượng khách hàng đang sử dụng các dịch vụ sẵn có vì vậy hoàn toàn có thê triển khai dịch vụ truyền hình cáp trên nền mạng truy

nhập quang GPON.

Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, học viên đã chọn đề tài: “Nghiên cứu giải pháp triển khai dịch vụ truyền hình cáp trên mạng truy nhập GPON của VNPT Hà Nội” làm

luận văn tốt nghiệp nhằm đưa ra một giải pháp triển khai một dịch vụ mới tận dụng được

các nguôn lực và hạ tâng sẵn có.e = Mục dich nghiên cứu

Nghiên cứu về công nghệ mạng truy nhập GPON, công nghệ mạng truyền hình cáp

CATV Đề xuất giải pháp phù hợp dé triển khai truyền dẫn tín hiệu truyền hình cáp CATV

trên mạng truy nhập băng rộng GPON của VNPT Hà Nội.e Phạm vi nghiên cứu

Công nghệ mạng truy nhập GPON, công nghệ truyền hình cáp CATV và các ứng dụng được triển khai trên mạng truy nhập của VNPT Hà Nội.

e Phương pháp nghiên cứu

Khảo sát các nghiên cứu, tài liệu liên quan dé thu thập thông tin về cơ sở lý thuyết từ

nhiêu nguôn tài liệu và các công trình nghiên cứu của các tác giả có liên quan.

Thu thập, phân tích các dữ liệu để tìm ra giải pháp thích hợp khi truyền tín hiệu truyền hình cáp CATV trên mạng truy nhập băng rong GPON.

Tổng hợp các kết quả nghiên cứu dé lựa chọn cách tiếp cận phù hợp với nội dung nghiên cứu.Tôổng hợp, phân tích, đánh giá, lựa chọn các giải pháp phù hop với điều kiện

thực tê, hiện trạng mạng lưới cua đơn vi.

Ngoài phần lời mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, luận văn được chia

thành 3 chương:

Chương I: Nghiên cứu tổng quan về công nghệ truyền hình cáp CATV

Chương này nghiên cứu nguyên lý, các đặc tính và các tham số đặc trưng của một hệ thong truyền hình cáp CATV Trình bày tổng quan về trung tâm xử lý nguồn tín hiệu dùng trong truyền hình CATV và mạng truyền dẫn cung cấp tín hiệu từ nhà cung cấp dịch vụ đến khách hàng Nghiên cứu tìm hiểu trực trạng triển khai CATV trên thế giới và trong hoàn

cảnh thực tế ở Việt Nam.

Chương II: Nghiên cứu tổng quan về công nghệ mạng truyền dẫn GPON

Chương này trình bày tổng quan về công nghệ mang và các tiêu chuẩn trong GPON.

Trinh bày tông quan về các phan tử trong mạng GPON, trong đó chức năng và giao diện các

phần tử là nội dung trọng tâm Trình bày về các phương thức truyền dẫn và các thông số cơ bản Nêu tổng quan sơ đồ kiến trúc mạng truy nhập GPON của VNPT Hà Nội và một số

dịch vụ chính.

Chương III: Nghiên cứu giải pháp triển khai CATV trên mạng truyền dẫn

GPON sử dụng nguồn tín hiệu truyền hình của dịch vụ IPTV.

Chương này đưa ra mô hình, giải pháp kết hợp cung cấp dịch vụ CATV trên hạ tầng mạng truyền dẫn GPON: Lựa chọn được loại trung tâm xử lý tín hiệu CATV, lựa chon được giải pháp cung cấp dịch vụ CATV trên mạng GPON Đưa ra được một mô hình thử nghiệm truyền dan CATV trên hạ tang mạng GPON, trong đó đánh giá các tham số ảnh hưởng tới chất lượng tín hiệu, đánh giá chất lượng tín hiệu chung của toàn hệ thống thông qua các số liệu đo kiểm chính đo được khi thử nghiệm trên mạng truy nhập GPON của VNPT Hà Nội.

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TONG QUAN VE CÔNG NGHỆ TRUYEN HÌNH CAP CATV

1.1 Giới thiệu về công nghệ truyền hình cáp

Truyền hình là hệ thống cho phép truyền hình ảnh âm thanh tương ứng từ trạm phát đến người xem ở một khoảng cách nhất định Phương thức truyền dẫn là sử dụng khả năng truyền lan của sóng điện từ trong môi trường xác định Môi trường ở đây có thể là không gian, bề mặt kim loại vv Khi truyền ra không gian thì người ta gọi là sóng vô tuyến Khi

được truyền bằng các loại môi trường truyền dẫn khác (vd cáp đồng, cáp quang, cáp đồng trục ) thì được gọi là hữu tuyến [3].

1.1.1 Truyền hình cáp hữu tuyến

Truyền hình cáp CATV (Cable Television), thường được gọi là truyền hình cáp hữu tuyến là một mạng truyền hình trong đó tín hiệu được truyền qua những dây dẫn dé đến tivi Dây dẫn được đề cập ở đây có thé là cáp quang, hoặc cáp đồng trục [3].

Thường tôn tại hai loại cau hình mạng cung cấp dich vụ truyền hình:

¢ Mang CATV (Community Antenna Television): Mạng truyền hình cáp hữu tuyến cung cấp cho các khu dân cư có mật độ phân bổ không tập trung và tập trung.

e Mang MATV (Master Antanna Television): Mạng MATV thường đáp ứng cho

phạm vi qui mô nhỏ và mang tính chất phục vụ hơn là dịch vụ: khu Resort,

1.1.2 Dải tần hoạt động của mạng Truyền hình cáp

Dai tần số hoạt động của tín hiệu truyền hình cap tương tự là dải tần số rất cao (VHE: 30 đến 300 MHz), dải tần số siêu cao (UHF: 300 đến 3000 MHz) dùng cho truyền hình Hiện nay, trong truyền hình cáp hữu tuyến chủ yếu sử dụng phổ tần số 86 đến 860 MHz [3].

1.1.3 Các đặc diém của truyền hình cáp CATV

1.2 Kiến trúc của hệ thống truyền hình cáp

1.2.1 Hệ thông thiết bị xử lý trung tâm HeadEnd

Headend là nơi thu nhận tín hiệu từ nhiều nguồn khác nhau: tín hiệu quảng bá, vệ tỉnh, sản xuất chương trình tại chỗ, chèn tín hiệu sản xuất nội bộ Sau khi qua các bước xử

lý như giải mã, giải điều chế, điều chế, phân kênh, mã hóa, trộn ), tín hiệu được đưa ra ngoài mạng truyền dẫn và phân phối tới khách hàng thuê bao [14].

Hệ thống HeadEnd bao gồm những khối cơ bản sau: e _ Hệ thống tiếp nhận nguồn nội dung

e _ Hệ thống chuyển mach

e _ Hệ thống điều chế tín hiệu

e _ Hệ thống truyền tải và cung cấp tín hiệu e Cac hệ thong phu tro

1.2.2 Mang phân phối tin hiệu Truyền hình Cáp

Khi triển khai dịch vụ truyền hình, việc lựa chọn mạng lưới phân phối và cung cấp dịch vụ là rất cần thiết Nếu lựa chọn phù hợp, ta có thể tối ưu được chi phi, déng thoi van có thé cung cấp được chat lượng dich vụ ở mức tốt tới thuê bao Trong truyền hình cáp, có các loại mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp sau đây [13]:

Mạng cáp có cầu trúc hoàn toàn cáp đồng trục (Trunk - Feeder): Mạng có đặc điểm

là các đơn vị mạng đơn giản, giá thành mỗi thiết bị thấp.

Mạng cáp hữu tuyến lai ghép cáp quang và cáp dong trục HFC (Hybrid Fiber Coaxial) : Đặc điểm của mạng là sử dụng đồng thời cáp quang và cáp đồng trục dé truyền

dân tín hiệu.

Mạng quang hóa hoàn toàn: Mạng sử dụng môi trường truyền dẫn bằng cáp quang xuyên suốt từ nhà cung cấp dịch vụ tới thuê bao.

1.3 Thực trạng triển khai CATV trên thế giới và tại Việt Nam

1.3.1 Sự hình thành và phát triển của CATV trên thế giới

Thập niên 70, công nghệ CATV đã phát triển ở nhiều quốc gia, đặc biệt là châu Âu và Bắc Mỹ Cho tới hiện nay CATV đã phát triển tới các thành phố nơi có mật độ dân cư

lớn, ở đây việc triển khai rất thích hợp khi giá thành thi công lớn và có nhiều thuê bao tiềm năng đề phát triển dịch vụ.

1.3.2 Triển khai truyền hình Cáp tại Việt Nam

Hiện nay, công nghệ CATV đang là công nghệ được các nhà cung cấp dịch vụ truyền hình lựa chọn để cung cấp cho khách hàng Công nghệ CATV hiện nay không chỉ cung cấp dịch vụ truyền hình mà còn có thể tích hợp các dịch vụ cộng thêm như truy cập Internet,

thoại IP [15].

1.3.3 Các hướng phát triển tiếp theo của CATV

1.3.3.1 Dịch vụ cộng thêm trong mạng CATV

Phần lớn kênh truyền hình phát trong mạng cáp hiện nay sử dụng kỹ thuật tương tự (analog) Tuy nhiên truyền hình kỹ thuật số (digital) cho chất lượng hơn hắn so với kỹ thuật analog Dé có thé sử dung dịch vụ mới này khách hàng cần dau tư thiết bị giải mã bao gồm một đầu thu kỹ thuật sỐ (set top box) và một smart card [6].

1.3.3.2 Xu hướng phát triển của CATV

Hiện nay với sự phát triển của công nghệ, HDTV (High Definition Television -Truyền hình độ nét cao) đã ra đời HDTV cung cấp cho thuê bao khả năng tận hưởng những hình ảnh sắc nét, rõ ràng, màu sắc trung thực, nhờ mật độ điểm ảnh cao và chất lượng âm thanh tốt hơn nhiều so với truyền hình tương tự thông thường Không ít người nhận định rằng "HDTV" là tương lai của truyền hình" đồng thời mở ra xu hướng mới trong việc cung

cấp dịch vụ [12].

1.4 Kết luận Chương 1

Ở Chương 1 chúng ta đã đi sâu tìm hiểu nguyên lý, các đặc tính và các tham số đặc trưng của một hệ thống truyền hình cáp CATV hoàn chỉnh Nghiên cứu, tìm hiểu về công nghệ CATV là xu hướng cho sự phát triển công nghệ hiện tại cũng như phù hợp với hoàn cảnh thực tế Việt Nam Trong chương này cũng đã trình bày một cách khái quát về trung

tâm xử lý nguồn tín hiệu dùng trong truyền hình CATV va mạng truyền dẫn cung cấp tín

hiệu truyền hình từ nhà cung cấp dịch vụ đến khách hàng Việc nghiên cứu tổng quan sẽ là cơ sở lý thuyết cho việc đề xuất giải pháp kết hợp cung cấp dịch vụ CATV dựa trên nguồn nội dung sẵn có từ hệ thống IPTV.

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU TONG QUAN VE CÔNG NGHỆ

MẠNG TRUYEN DAN GPON

2.1 Công nghệ và kiến trúc mạng truyền dẫn GPON

PON là từ viết tắt của Passive Optical Network hay còn gọi là mạng quang thụ động.

Mạng quang thụ động PON là một dạng của mạng truy nhập quang Mạng truy nhập hỗ trợ

các kết nối đến khách hàng Nó được đặt gần đầu cuối khách hàng và triển khai với số lượng lớn Việc triển khai sợi quang đến tận nhà thuê bao sẽ là mục đích phát triển trong tương lai Với những ưu điểm vượt trội, mạng quang thụ động PON (Passive Optical Network) là một

sự lựa chọn thích hợp nhất cho mạng truy nhập [8].

2.1.1 Các tiêu chuẩn trong mạng GPON

Bộ khuyến nghị G.984 của ITU đưa ra tiêu chuẩn cho mạng PON tốc độ Gigabit (GPON) là phiên bản mới nhất đối với công nghệ mạng PON Mạng GPON có dung lượng ở mức gigabit cho phép cung cấp các ứng dụng video, truy nhập internet tốc độ cao,

multimedia, và các dịch vụ băng thông rộng Cùng với dung lượng mang gia tăng, tiêu

chuẩn mới này đưa ra khả năng xử lý IP va Ethernet hiệu quả hon [8].

2.1.2 Các thiết bị phục vụ trên mạng GPON

2.1.2.1 Đầu cuối tuyến quang OLT

OLT cung cấp giao diện quang về phía mạng phối quang ODN và cung cấp ít nhất một giao diện quang trên mạng ở phía mạng truy nhập quang OLT có thể được đặt ở bên trong tong đài hay tại một trạm từ xa OLT có chức năng quản lý tat cả các hoạt động của PON ONU và OLT cung cấp các dịch vụ truyền dẫn một cách trong suốt giữa UNI và SNI

thông qua PON [11].

2.1.2.2 Mang phân phối quang ODN

ODN cung cấp phương tiện truyền dẫn quang cho kết nối vat lý giữa OLT và ONU Các ODN riêng lẻ có thể được kết hợp và mở rộng nhờ các bộ khuếch đại quang.

2.1.2.3 Don vi mạng quang ONU/OLT

ONU đặt tại phía khách hàng, ONU cung cấp các phương tiện cần thiết dé phân phối

các dịch vụ khác nhau được điều khiển bởi OLT.

2.2 Các phương pháp truyền dẫn và các thông số cơ bản trong mạng GPON 2.2.1 Các phương pháp truyền dẫn trong mạng GPON

Ở hướng xuống (từ OLT đến ONU), mang PON là mạng điểm - đa điểm OLT chiếm

toàn bộ băng thông hướng xuống Trong hướng lên, mạng PON là mạng đa điểm - điểm.

Tuy nhiên, các luồng dữ liệu từ các ONU khác nhau được truyền cùng 1 lúc cũng có thé bị xung đột Vì vậy, trong hướng lên, PON sẽ sử dụng một vai cơ chế riêng biệt trong kênh dé

tránh xung đột dữ liệu và chia sẻ công bằng tài nguyên và dung lượng trung kế [11].

Phương thức truyền dan TDM PON: Đối với TDM PON khi truyền đồng thời từ vài

ONU sẽ gây ra xung đột khi đến bộ kết hợp Dé ngăn chặn xung đột dữ liệu, mỗi ONU phải

truyền trong cửa số (khe thời gian) truyền của nó.

Phương thức truyền dẫn WDM-PON: WDM-PON là mạng quang thụ động sử dụng

phương pháp đa ghép kênh phân chia theo bước sóng thay vì theo thời gian như trong

phương thức TDMA OLT sử dụng một bước sóng riêng rẽ dé thông tin với mỗi ONT theo dạng điểm điểm.

Phương thức truyền dẫn CDMA-PON: Ứng dụng công nghệ đa truy nhập phân chia

theo mã Cũng giống như WDM-PON, CDMA-PON cho phép mỗi ONU sử dụng khuôn dạng và tốc độ dữ liệu khác nhau tương ứng với các nhu cầu của khách hàng CDMA PON

cũng có thé kết hợp với WDM để tăng dung lượng băng thông.

2.2.2 Các thông số cơ bản trong mạng truyền dẫn quang GPON 2.2.2.1 Tốc độ bit của GPON

Khi tốc độ bit tăng lên đến hàng gigabit thì cần có bộ phát công suất cao và do đó

dẫn đến là cũng cần có bộ thu có độ nhạy cao hơn Điều này có thể được khắc phục bằng

cách sử dụng cơ chế cân bằng công suất Cơ chế cân bằng công suất hỗ trợ cho việc điều

chỉnh các mức công suất của ONU làm giảm vùng chênh lệch công suất nhận được ở OLT.

Một ONU ở gần OLT thì suy hao thấp, sẽ khởi tạo nhỏ hơn công suất ONU ở xa [8].

2.2.2.2 Suy hao trên tuyến

Giá trị suy hao của tuyến quang giữa S và R được tính theo công thức sau:

PS—R=L* Ar+) AS+>.AS+Ð_MC+ 5T (2.1)

Trong đó PS—R: Giá trị suy hao giữa S và R; L: Chiều đài sợi cáp quang (Km); Ar:

Suy hao sợi cáp quang/1 Km; AS: Suy hao đầu nối cáp quang; AC:Suy hao đầu nối tích cực giữa S và R; MC: Suy hao đầu nối cơ khí giữa S và R; ST: Suy hao của bộ chia quang.

2.3 Thực tế triển khai mạng GPON của VNPT tại Việt Nam

2.3.1 So dé kién trúc mạng GPON của VNPT Hà Nội

Hiện nay, VNPT đã triển khai và cung cấp dịch vụ trên hạ tầng mạng GPON tại 02 thành phố là Hà Nội và TP HCM Việc đưa và khai thác mạng GPON đã đáp ứng được nhu

cầu cung cấp đa dịch vụ trên mạng cáp quang băng rộng.

CO-Aggregation-Backbone FTTB&ODN House 2

Dịch vụ IPTV cung cấp dịch vụ truyền hình cho các thuê bao với chất lượng cao Các

kênh truyền hình trên IPTV đều là tín hiệu số với chất lượng SD,HD Hiện nay, thuê bao không những được thưởng thức các chương trình truyền hình mà còn có thể thực hiện các

tính năng nâng cao.

2.3.2.2 Dịch vụ truy nhập Internet tốc độ cao