đề tài hfc và cable modem

Hệ thống mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp là bộ phận quyết định đến đối tượngdịch vụ,khoảng cách dịch vụ,số lượng thuê bao và khả nawbg mở rộng cung cấp mạng.cThiết bị tại nhà thu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

BÀI TẬP LỚN MÔN:MẠNG TRUY NHẬP

ĐỀ TÀI:

HFC và CABLE MODEM

Nhóm sinh viên thực hiện :NHÓM 4

ĐẶNG VĂN HÃNH( nhóm trưởng) NGUYỄN ĐÌNH VƯƠNG

LƯU VĂN HỢP NGÔ VĂN TUẤN NGUYỄN THANH NAM NGUYỄN VĂN HUY

Lớp:D7-ĐTVT-LT2

HÀ NỘI - 2014

Mụclục

TÓM TẮT NỘI DUNG

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.

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 hữutuyến là một mạng truyền hình trong đó tín hiệu được truyền qua những dây dẫn để đếntivi 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 hiệucủa 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 lênmạng 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 xuấtchương trình tại chỗ,chèn tín hiệu sản xuất nội bộ…Sau khi qua các bước xử lý như điềuchế,phân kênh,mã hóa,trộn…,tín hiệu sẽ được đưa ra ngoài mạng truyền dẫn và phân phốitới khách hàng thuê bao

- Với các hệ thống mạng hiện đại có khả năng cung cấp các dịch vụ truyền tươngtác,truyền số liệu,hệ thống trung tâm còn có các nhieemjvuj như:mã hóa tín hiệu quản lýtruy 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 cápquang,cáp đồng trục

-Cấu trúc mạch vòng có dự phòng 1+1 cho độ tin cậy cao hơn.( cấu trúc mạch vòng có dựphòng 1+1-xem TL)

- Mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp hữu tuyến có nhiệm vụ nhận tín hiệu phát ra từthiết bị trung tâm,điều chế,khuếch đại,cấp nguồn và phân phối tín hiệu đến thiết bị thuêbao

Hệ thống mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp là bộ phận quyết định đến đối tượngdịch 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 truyềnhình cáp sử dụng công nghệ hiện đại hơn, thiết bị thuê bao gồm các bộ chia tín hiệu, cácđầu thu tín hiệu truyền hình (Set-top-box) và các cáp dẫn Các thiết bị này có nhiệm vụ thutín hiệu và đưa đến TV để thuê bao sử dụng cácdịch vụ của mạng: Chương trình TV, truynhập Internet, truyền dữ liệu

1.2 : Vị trí các mạng truyền hình cáp và xu hướng phát triển:

Sự tiến bộ vượt bậc trong công nghệ sợi quang từ cuối những năm 80 đã khiếncho công nghiệp truyền hình cáp phát triển mạnh mẽ Sự ra đời của laser điềuchế 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 truyềndẫn tin cậy các kênh Video tương tự quảng bá qua sợi đơn mode SMF tới các nodequang, do đó số lượng các bộ khuếch đại RF đã đượcgiảm đi rất nhiều Hơnnữa các nhà điều hành còn thực hiện triển khai thiết bị headend sử dụng cácRing sợi quang để kết nối giữa headend trung tâm và các headend thứ cấp hoặccác Hub tại những vị trí quan trọng Do vậy, các nhà điều hành cáp có thể hạ giáthành và cải thiện hơn nữa chất lượng và tính hữu dụng của các dịch vụ quảng bá truyềnthống

Sự phát triển của nhiều thiết bị quan trọng như: Các bộ điều chế QAM, các bộ thu QAMgiá thành hạ, các bộ mã hóa và giải mã tín hiệu Video số, cho phép các nhà điều hành cápcung cấp thêm khoảng 10 dịch vụ Video số mới trong các kênh Video AM/VSB dùng vớiSTB số Việc triển khai nhanh chóng mạng HFC750 MHz và một số dịch vụ viễnthông cung cấp khả năng cạnh tranh truy nhập và nhiều loại hình kinh doanh chokhách hàng tại các thị trường quan trọng

Vào giữa thập kỷ 1990, kiến trúc mạng HFC đã bắt đầu có hướng phát triểnmới 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 vụDBS (Direct Broadcast Satellite)

-Sự t i ế n b ộ t r o n g c ô n g n g h ệ s ợ i q u a n g , đ ặ c b i ệ t l à l a s e r v à b ộ t h u

q u a n g v à quản lý mạng cáp Những nhu cầu và áp lực của thị trường đã tác động tới cácnhà điều hành cáp xem lại kiến trúc mạng HFC hiện tại và tiến tới mạng truynhập 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 vàcáp đồng trục trong đó có dùng các thiết bị tích cực (các bộ khuếch đại cao tần) trên mạngđồng 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 từcác 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 làtruyền dẫn tín hiệu từ headend đến các khu vực xa.Các Hub sơ cấp có chức năngthu/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 nodequang Tín hiệu quang từ các Hub sẽ được chuyển thành tín hiệu điện tạicác node quang đểtruyền đến thuê bao Ngược lại trong trường hợp mạng 2 chiều,tín hiệu điện từ mạngtruy nhập sẽ được thu tại node quang và chuyển thành tín hiệu quang để truyềnđến Hub về headend

Mạng truy nhập: bao gồm hệ thống cáp đồng trục, các thiết bị thu phát caotần 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 củacáp quang so với các phương tiện truyền dẫn khác: Dải thông cực lớn,suy hao tín hiệu rấtthấp, ít bị nhiễu điện từ, chống lão hóa và ăn mòn hóa học tốt,…

- Tín hiệu truyền trên sợi cáp là tín hiệu quang, vì vậy không bị ảnh hưởng bởicác nhiễuđiện 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 cácvật 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 sửdụng 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 hiệuthì 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 (regional

headend), 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 antenna

parabol vệ tinh để thu các tín hiệu video trong không gian cũng như các luồng IP Một số master

headend còn bao gồm các thiết bị điện thoại để cung cấp các dịch vụ viễn thông đến cộn

lại suy hao do cáp, và các suy hao khác có nguyên nhân từ chia cáp hoặc rẽ cáp Các cá

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 hiệ

mạch, 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 vid

MPEG-2 hoặc MPEG-4 trên các kênh QAM (Quadratureamplitudemodulation)

1.3.5:Khả năng băng thông:

-Phổ kênh chiều xuống 550 MHz÷750 MHz

-Phổ kênh chiều lên 5 MHz÷42 MHz.

+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

Chiều lên:

+QPSK: 20 kênh FDM x 2,56 Mbps/kênh = 51 Mbps

CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC MẠNG HFC

2.1 CÁC MÔ HÌNH KIẾN TRÚC MẠNG.

2.1.1 Kiếntrúcmạng CATV truyềnthống.

C¸p thuª bao

Thuª bao

Thuª bao

Head end

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 kênhkhi có yêu cầu

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

- 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 hộgia 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 cáccáp 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 cáchphù hợp để khôi phục tín hiệu bị suy hao Các bộ khuếch đại được cấp nguồn nhờ các bộcấp nguồn đặt rải rác trên đường đi của cáp, các bộ nguòn này được nuôi từ mạng điện sởtại Các bộ khuếch đại xa nguòn được cấp nguồn cũng chính bằng cáp đồng trục: dòng điệnmột chiều được cộng chung với tín hiệu nhờ bộ cộng Đến các bộ khuyếch đại, dòng mộtchiều 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 truyềndẫn 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 Đểphủ cho một vùng, một bộ khuếch đại có thể đặt ở mức cao, kết quả là cả mức tín hiệu vàméo đều lớn Do vậy tại nhà thuê bao gần Headend cần một thiết bị thụ động làm suy giảmbớt 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 thốngthuần 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 Hệthống cáp đồng trục có thể cung cấp hơn 40 kênh nhưng các thuê bao DBS có thể thu đượcgấp 2 lần số kênh trên, đủ cho họ lựa chọn chương trình Các mạng cáp yêu cầu cần thêmdung 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 mạnglớn.

- Các hệ thống cáp đồng trục thiếu độ tin cậy Nếu một bộ khuếch đại ở gần Headendkhông hoạt động (ví dụ như mất nguồn nuôi), tất cả các thuê bao do bộ khuếch đại đó cungcấp sẽ mất các dịch vụ

- Mức tín hiệu (chất lượng tín hiệu) sẽ không đủ đáp ứng cho số lượng lớn các thuêbao Do sử dụng các bộ khuếch đại để bù suy hao cáp, nhiều đường truyền tác động vào tínhiệu và nhiễu nội bộ của bộ khuếch đại được loại bỏ không hết và tích tụ trên đườngtruyền, nên càng xa trung tâm, chất lượng tín hiệu càng giảm, dẫn đến hạn chế bán kínhphục vụ của mạng

- Các hệ thống cáp đồng trục rất phức tạp khi thiết kế và vận hành hoạt động Việcgiữ 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 cápquang thay cho cáp trung kế đồng trục Toàn hệ thống sẽ có cả cáp quang và cáp đồng trụcgọi là mạng lại giữa cáp quang và đồng trục (mạng lại HFC) Yêu cầu đối với hệ thốngquang 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): Mạng truyền dẫn (transport segment),Mạng phân phối (Distribution segment), mạng truy nhập (Acess segment)

Hub s¬ cÊp Hea®en trung tr©m

- 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 cácnode quang Tín hiệu quang từ các Hub sẽ được chuyển thành tín hiệu điện tại các nodequang để truyền thuê bao Ngược lại trong trường hợp mạng 2 chiều, tín hiệu điện từ mạngtruy nhập sẽ được thu tại node quang và chuyển thành tín hiệu quang để truyền đến Hub vềHeadend

- Mạng truy nhập bao gồm hệ thống cáp đồng trục, các thiết bị thu phát cao tần cónhiệm 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 đâytín 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 cấptín hiệu cho khoảng hơn 150.000 thuê bao Có khoảng 4 hoặc 5Hub thứ cấp và Headendnội hạt, mỗi Hub thứ cấp được sử dụng để phân phối phụ thêm các tín hiệu Video tương tựhoặc 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 đượcchia 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 độOC-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, ghépkênh 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 rộngbăng tần sử dụng Ghép kênh thống kê TDM thực hiện cấp phát động các khe thời giantheo yêu cầu để thực hiện các dịch vụ có tốc độ bit thay đổi qua mạng SONET/SDH Đểgiảm chi phí lắp đặt, phần lớn các nhà điều hành CATV lựa chọn sử dụng thiết bị tươngthích với chuẩn SONET/SDH, tuỳ theo các giao diện mạng Dung lượng node quang đượcxác định bởi số lượng thuê bao mà nó cung cấp tín hiệu Node quang có thể là node cỡ nhỏvới 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 vượttrội của cáp quang so với các phương tiện truyền dẫn khác: Dải thông cực lớn, suy hao tínhiệu rất thấp, ít bị nhiễu điện từ, chống lão hoá và ăn mòn hoá học tốt Với các sợi quangđược 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, cóthể đáp ứng mọi yêu cầu dải thông đường truyền mà không một phương tiện truyền dẫnnào khác có thể có được

- Tín hiệu quang truyền sợi quang hiện nay chủ yếu nằm trong 2 cửa sổ bước sóngquang là 1310nm và 1550nm Đây là 2 cửa sổ có suy hao tín hiệu rất nhỏ; 0,3 dB/km vớibước sóng 1310nm và 0,2nm với bước song 1550nm Trong khi đó với một sợi cáp đồngtrục 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 cácnhiễu 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, nhưngcác mạng con truy nhập vẫn sử dụng các thiết bị tíc cực là các bộ khuếch đại tín hiệu nhằm

bù suy hao cáp để truyền tín hiệu đi xa Theo kinh nghiệm các nhà điều hành mạng cáp củachâu Âu và châu Mỹ, trục trặc của mạng truyền hình cáp phần lớn xảy ra do các bộ khuếchđại và các thiết bị ghép nguồn cho chúng Các thiết bị này nằm rải rác trên mạng, vì thếviệc định vị, sửa chữa thông thường không thể thực hiện nhanh được nên ảnh hưởng đếnchất lượng phục vụ khách hàng của mạng Với các mạng truy nhập đồng trục, khi cung cấpdịch vụ 2 chiều, các bộ khuếch đại cần tích hợp phần tử khuếch đại tín hiệu cho các tínhiệu ngược dòng đã đến độ ổn định của mạng giảm Do vậy xu hướng trên thế giới đangchuyển dần sang sử dụng mạng truy nhập 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 ảnhhưởng 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 vụmạng vì trục trặc của mạng truyền hình cáp phần lớn xảy ra do các bộ khuyếch đại và thiết

- Nếu sử dụng mạng đồng trục thụ động, số lượng thuê bao tại một node quang sẽgiảm đi, dẫn đến dung lượng đường truyền cho tín hiệu hướng lên sẽ tăng lên, tạo ra khảnăng 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 sẽkhông được bù dẫn đến hạn chế lớn bán kinh phục vụ của mạng

- Do không kéo cáp đồng trục đi xa, số lượng thuê bao có thể phục vụ bởi một nodequang có thể giảm đi Để có thể phục vụ số lượng thuê bao lớn như khi sử dụng csac bộkhuếch đại tín hiệu, cần kéo cáp quang đến gần thuê bao hơn và tăng số node quang dẫnđến tăng chi phí lớn cho mạng.

- 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 toànphần giữa lớp lõi và lớp bọc

Để bảo vệ sợi quang tránh những tác dụng do điều kiện bên ngoài, sợi quang cònđược 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 tácdụng cơ học và ảnh hưởng của nhiệt độ

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(- α /10)z.Trong đó:

P(0) : công suất quang đầu sợi

P(z) : công suất quang ở cự ly z

α : 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)

α(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 OHtrong sợi quang là nguồn điểm hấp thụ ánh sáng Mức độ hấp thụ tuỳ thuộc vào bước sóngánh 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 chỗkhông 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 Độsuy hao của tán xạ Rayleigh tỉ lệ nghịch với lũy thừa bậc 4 của bước sóng (λ-4) nên độ suyhao giảm rất nhanh về phía bước song dài

Ngoài tán xạ Rayleigh, ánh sáng truyền trong sợi còn bị tán xạ khi gặp những chỗkhông 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 sángtruyền bị lệch trục làm cho sự phân bố thường bị xáo trộn và năng lượng bị phá xạ ra ngoàidẫn đến suy hao

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 Cácnhà 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 xungánh 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 thànhnhiều mode, mỗi mode có một đường truyền khác nhau, nên thời gian truyền của các tiasáng theo các mode là khác nhau Điều đó dẫn tới các tia sáng không ra đồng thời khỏi sợiquang 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 =

(t ¸n s¾c mode) + (t ¸n s¾c néi mode)

Nếu kí hiệu Dt là tán sắc tổng, Dmod là tán sắc mode, Dchr là tán sắc nội mode, Dvl làtán sắc vật liệu, Dds là tán sắc dẫn sóng

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 lợitruyền dòng điện cường độ Lớp vỏ ngoài và vỏ phần lõi trong thường làm bằn nhôm Vậtliệu giữa 2 lớp nhôm tbường là nhựa Giữa lõi và phần ngoài có các túi không khí để giảmkhôi 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 củacáp thường là 7Ω Tín hiệu sẽ bị suy giảm khi truyền theo chiều dài của cáp Lượng suygiảm 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

Khi trở kháng thực càng gần với giá trị danh định, công suất phản xạ càng nhỏ vàsuy hao phản xạ càng nhiều Khi phối hợp lý tưởng ta có Pr = 0 Tuy nhiên trong thực tếgiá trị Lr vào khoảng 28 - 32 dB Nếu suy hao phản xạ quá nhỏ, phản hồi sẽ xuất hiện trênđường 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 đượccung cấp bởi dòng một chiều xoay chiều điện áp thấp truyền trong cáp theo tần số RF Domức điện áp thấp, thông thường khoảng 45V, trở kháng vòng (trở kháng phối hợp của dâydẫn 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

- Chúng phải làm việc được trên một phạm vi dải tần rộng, hệ số khuếch đại phảiđạt 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 donhiệt độ

- Tỷ số C/N của riêng một bộ khuếch đại phải đủ lớn để chống được mức nhiễutầng của các bộ khuếch đại

Có 3 loại bộ khuếch đại được sử dụng trong mạng CATV HFC tuỳ thuộc vào vị trícủa 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.

* Bộ khuếch đại trung kế.

Phân đều (Flantness)

Khuếch đại (Gain)

Dự đoán (Bode)

Khối cân bằng (EQ) Tiền

Postamp

Tín hiệu ra

Hỡnh 24: Sơ đồ khối đơn giản bộ khuếch đại trung kế.

Được đặt tại điểm khi suy hao lờn tới 20-22 dB tớnh từ bộ khuếch đại trước đú, mứcđầu ra thụng thường khoảng 30 - 36 dBmV

số trong phổ tớn hiệu truyền dẫn Ngoài ra, một số bộ khuếch đại trung kế cũn được trang

bị bộ cõn bằng dự đoỏn trước (Bode Equalizer) để bự tổn hao cỏp gõy ra do sự thay đổi củanhiệt độ

Cỏc bộ khuếch đại trung kế thường dựng mạch tự điều chỉnh hệ số khuếch đại(AGC) Khoảng điều khiển chờnh lệch mức khuếch đại thường trong khoảng 6-10 dB Cỏckhối AGC trong bộ khuếch đại trung kế tỏch tớn hiệu mẫu của cỏc kờnh hoa tiờu tại đầu ra

bộ khuếch đại, tớn hiệu mẫu này thường được dựng để tạo ra mức điện ỏp phự hợp để điềukhiển mức khuếch đại (Gain) và độ dốc (Slope) đặc tuyến của bộ khuếch đại Cỏc tần sốhoa tiờu chuẩn khỏc nhau với từng nhà sản xuất Tất cả cỏc loại bộ khuếch đại trong truyềnhỡnh cỏp đều dựng một số mạch khuếch đại đẩy kộo để giảm thiểu hài mộo bậc hai

Bộ khuếch đại Fidơ:

Được sử dụng không chỉ để phát xuống những kênh tín hiệu Video tới các bộkhuếch 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 đạitrung kế.

Bộ khuếch đại đường dây.

Khoảng cách giữa các bộ khuếch đại này khoảng 120 - 130 (m), đặt ở phía gần thuêbao Để giảm hiệu ứng méo phi tuyến ở tín hiệu Video phát đi cũng như duy trì sự đồng đềutrong toàn dải tần tín hiệu, tối đa chỉ sử dụng 2-4 bộ khuếch đại đường dây, tuỳ thuộc vào sốlượng 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 hiệuđường lên và đường xuống Tại các hệ thống truyền cáp hình cáp tại Bắc Mỹ, các kênh tínhiệu đường lên được đặt ở dải tần số 5042 MHz Dải tần tín hiệu đường xuống là 52-860MHz Diplexer có độ cách ly giữa các dải tần khoảng 60dB

Cæng C

C¸c bé läc Cæng L

Cæng H

Hình 25: Minh hoạ đơn giản một diplexer

Diplexer là thiết bị có 3 cổng: Cổng H, cổng L, cổng chung C Đường từ cổngchung C tới cổng thấp L là một bộ lọc thông thấp cho phép tín hiệu đường lên ở băng tầnthấp hơn được phát đi Đường từ cổng chung C tới cổng cao H là một bộ lọc thông cao chophép phát các kênh tín hiệu đường xuống Trong một bộ khuếch đại đường dây (khuếch đạitrung kế và khuếch đại cầu) các tín hiệu đường xuống chuyển qua cổng H, tín hiệu đườnglên 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 hệthống CATV là tỷ lệ sóng mang - trên - nhiễu (CNR) CNR của một bộ khuếch đại đơnđược tính theo công thức: