Cẩm nang kỹ thuật cơ bản truyền hình cáp

Chương I. Đặc điểm, tiêu chuẩn yêu cầu đối với mạng truyền hình cáp Hà Nội7I. Tiêu chuẩn truyền hình và băng thông71.Tiêu chuẩn truyền hình tương tự2.Quy hoạch tần sốII.Tiêu chuẩn giao diện RF101.Đặc tính truyền dẫn RF chiều xuống2.Đặc tính truyền dẫn RF chiều lên3.Thông số vàora cable modemChương II.Cấu trúc mạng HFC141.Hệ thống trung tâm Headend2.Mạng truyền dẫn và phân phối tín hiệu3.Mạng truy nhậpChương III.Đặc tính kỹ thuật truyền dẫn22I. Nhiễu và méo hài trong phần mạng cáp đồng trục221.Nhiễu và các ảnh hưởng của nhiễu2.Méo hài3.Phương pháp cân bằng nhiễu và méo hàiII.Tính toán nhiễu, méo hài trên mạng xuôi chiều29III.Nhiễu trên mạng ngược chiều311.Nhiễu nhiệt2.Tạp âm đường truyền dẫn3.Nhiễu thâm nhập4.Khắc phục nhiễu trong hệ thống mạng ngược chiềuChương IV.Phương pháp khảo sát, thiết kế mạng 36I. Khảo sát, thiết kế mạng đồng trục xuôi chiều361.Thiết kế node quang2.Thiết kế mạng đồng trục3.Nguồn cung cấp4.Tính toán suy hao5.Thiết kế đầu cuối thuê bao và các khu chung cưII.Khảo sát, thiết kế mạng đồng trục ngược chiều431.Thiết kế số thuê bao trên node quang và CMTS2.Về thiết kế mạng đồng trục3.Tính toán suy hao4.Độ rộng băng thông kênh ngược chiềuIII.Khảo sát, thiết kế mạng quang541.Nguồn công suất quang2.Suy hao cáp3.Suy hao độ võng cáp4.Dự phòng cáp5.Suy hao của các mối hàn gia nhiệt và hàn cơ học6.Số các mối hàn nối7.Suy hao quang8.Suy hao dự phòng9.Loại cáp quang10.Ví dụ thiết kế hệ thống mạng quang11.Thiết bị chia quang12.Suy hao connector13.Tính toán suy hao tổng thể mạngIV.Hồ sơ thiết kế601.Đối với hồ sơ thiết kế mạng đồng trục2.Đối với hồ sơ thiết kế mạng quangChương V.Độ gain đơn vị, phương pháp thiết kế và cân chỉnh khuếch đại62I. Thế nào là độ gain đơn vị62II.Độ gain đơn vị hướng xuôi chiều62III.Độ gain đơn vị hướng ngược chiều65IV.Cân chỉnh khuếch đại671.Lắp đặt và cân chỉnh khuếch đại hướng xuôi chiều2.Cân chỉnh khuếch đại hướng ngược chiềuChương VI.Những vấn đề chú ý trong thi công76I. Những chú ý trong thi công761.Phần mạng quang2.Phần mạng đồng trục3.Phần mạng thuê bao4.Đo kiểm, cân chỉnh tín hiệu5.Yêu cầu an toàn trong thi côngII.Một số vấn đề thường gặp trong thi công mạng 2 chiều78Chương VII.Hệ thống ký hiệu thiết bị mạng HFC82I. Chú ý82II.Thực hành vẽ82III.Các ký hiệu 821.Cột điện2.Các thành phần hỗ trợ cáp3.Mấu neo, móc và néo4.Ký hiệu khác5.Thiết kế đi ngầm6.Các vị trí xử lý tín hiệu7.Các loại khuếch đại 8.Các bộ chia đường trục9.Thiết bị nguồn10.Các thiết bị trên đường dây11.Bộ chia thuê bao12.Bộ chia đầu cuối13.Các loại cáp đồng trục14.Các thiết bị quang15.Các ký hiệu về điểm hàn nối quang16.Các ký hiệu quang khác17.Các khối dữ liệuChương VIII.Thông số kỹ thuật tiêu chuẩn một số thiết bị, vật tư 91I. Cáp911.Cáp đồng trục treo QR5402.Cáp phân phối RG113.Cáp thuê bao RG6II.Khuếch đại941.Khuếch đại trục2.Khuếch đại nhánhIII.Thiết bị quang971.Node quangIV.Thiết bị thụ động991.Bộ chia đều và định hướng mạng trục2.Bộ chia nhiều cổng ra mạng trục3.Bộ chia đều và định hướng mạng nhánh4.Bộ chia nhiều cổng ra mạng nhánhV.Connector1081.58 connector cho cáp QR5402.“F” Male connector cho cáp QR5403.Connector nối cáp QR540 4.58 adapter5.38 adapter6.38 connector chocáp RG117.38 connector chocáp RG68.Đầu PHTK 75Ohm mạng trục9.Đầu PHTK 75Ohm mạng nhánhVI.Nguồn cung cấpTài liệu tham khảo110

QUYẾT ĐỊNH

MỤC LỤC

Chương I Đặc điểm, tiêu chuẩn yêu cầu đối với mạng truyền hình cáp Hà Nội 7

1 Tiêu chuẩn truyền hình tương tự

2 Quy hoạch tần số

1 Đặc tính truyền dẫn RF chiều xuống

2 Đặc tính truyền dẫn RF chiều lên

3 Thông số vào/ra cable modem

1 Hệ thống trung tâm Headend

2 Mạng truyền dẫn và phân phối tín hiệu

3 Mạng truy nhập

I Nhiễu và méo hài trong phần mạng cáp đồng trục 22

1 Nhiễu và các ảnh hưởng của nhiễu

2 Méo hài

3 Phương pháp cân bằng nhiễu và méo hài

II Tính toán nhiễu, méo hài trên mạng xuôi chiều 29

1 Nhiễu nhiệt

2 Tạp âm đường truyền dẫn

3 Nhiễu thâm nhập

4 Khắc phục nhiễu trong hệ thống mạng ngược chiều

Chương IV Phương pháp khảo sát, thiết kế mạng 36

I Khảo sát, thiết kế mạng đồng trục xuôi chiều 36

1 Thiết kế node quang

2 Thiết kế mạng đồng trục

3 Nguồn cung cấp

4 Tính toán suy hao

5 Thiết kế đầu cuối thuê bao và các khu chung cư

II Khảo sát, thiết kế mạng đồng trục ngược chiều 43

1 Thiết kế số thuê bao trên node quang và CMTS

2 Về thiết kế mạng đồng trục

3 Tính toán suy hao

4 Độ rộng băng thông kênh ngược chiều

1 Nguồn công suất quang

11 Thiết bị chia quang

12 Suy hao connector

13 Tính toán suy hao tổng thể mạng

1 Đối với hồ sơ thiết kế mạng đồng trục

2 Đối với hồ sơ thiết kế mạng quang

Chương V Độ gain đơn vị, phương pháp thiết kế và cân chỉnh khuếch đại 62

1 Lắp đặt và cân chỉnh khuếch đại hướng xuôi chiều

2 Cân chỉnh khuếch đại hướng ngược chiều

Chương VI Những vấn đề chú ý trong thi công 76

1 Phần mạng quang

2 Phần mạng đồng trục

3 Phần mạng thuê bao

4 Đo kiểm, cân chỉnh tín hiệu

5 Yêu cầu an toàn trong thi công

II Một số vấn đề thường gặp trong thi công mạng 2 chiều 78

Chương VII Hệ thống ký hiệu thiết bị mạng HFC 82

10 Các thiết bị trên đường dây

11 Bộ chia thuê bao

12 Bộ chia đầu cuối

8 Đầu PHTK 75Ohm mạng trục

9 Đầu PHTK 75Ohm mạng nhánh

VI Nguồn cung cấp

CHƯƠNG IĐẶC ĐIỂM, TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT YÊU CẦU ĐỐI VỚI

MẠNG TRUYỀN HÌNH CÁP HÀ NỘI

1 Tiêu chuẩn truyền hình tương tự:

C n c theo ứ theo đặc điểm kỹ thuật Ngành Phát thanh-Truyền hình Việt nam, đặc điểm kỹ thuật Ngành Phát thanh-Truyền hình Việt nam, đ ểm kỹ thuật Ngành Phát thanh-Truyền hình Việt nam, c i m k thu t Ng nh Phát thanh-Truy n hình Vi t nam, ỹ thuật Ngành Phát thanh-Truyền hình Việt nam, ật Ngành Phát thanh-Truyền hình Việt nam, à ền hình Việt nam, ệt nam,

m ng truy n hình cáp H n i khai thác d ch v truy n hình t & ền hình Việt nam, à ội khai thác dịch vụ truyền hình tương tự theo tiêu ịch vụ truyền hình tương tự theo tiêu ụ truyền hình tương tự theo tiêu ền hình Việt nam, ương tự theo tiêu ng t theo tiêu ự theo tiêu chu n PAL D/K v i các thông s k thu t nh sau: ẩn PAL D/K với các thông số kỹ thuật như sau: ới các thông số kỹ thuật như sau: ố kỹ thuật như sau: ỹ thuật Ngành Phát thanh-Truyền hình Việt nam, ật Ngành Phát thanh-Truyền hình Việt nam, ư

6 Khoảng cách giữa sóng mang video và audio (MHz) 6.5

8 Mhz

Sóng mang hình ảnh

Sóng mang màu

Sóng mang

âm thanh

1.25 Mhz 4.43 Mhz

0.25 Mhz

STT Dải tần số (MHz) Mục đích sử dụng

1

5 – 65 Tín hiệu ngược dòng cho các dịch vụ gia tăng như: Internet, VOD, IP phone…

4 110 – 750 Tín hiệu truyền hình 1 chiều tương tự và số

5 750 - 862 Tín hiệu xuôi dòng cho các dịch vụ gia tăng

như: Internet, VOD, IP phone…

Quy hoạch chi tiết:

+ Tần số truyền hình tương tự theo tiêu chuẩn OIRT PAL D/K:

Dải thông Kênh Dải thông

Sóng mang hình ảnh

Sóng mang

âm thanh Euro-DOCSIS Tần số

phát mới

Air Ghi chú

Off-[MHz]

5.0 - 48.5

Upstream Channels 5.0 - 65.0 MHz

Băng tần ngược dòng từ: 5 – 65 MHz (Euro Docsis) Tuy nhiên dải tần từ 5-20 MHz

có rất nhiều can nhiễu và từ 60-65 MHz có độ trễ lớn (bởi bộ lọc sóng phân hướng), do đókhông nên thiết kế kênh ngược chiều ở phạm vi trên Vì vậy, phạm vi dải tần ngược chiều

sử dụng thật sự từ 20-60 MHz

Hiện nay trên thế giới có rất nhiều tiêu chuẩn truyền dẫn cho mạng truyền hình cáp.Việc chọn lựa, tuân thủ hệ thống thông số tiêu chuẩn của thế giới cho mạng truyền hình cáp

là rất quan trọng, đặc biệt đối với lĩnh vực viễn thông, truyền hình, công nghệ thông tin vìliên quan đến sự đồng nhất trong việc mở rộng, nâng cấp mạng, mua sắm thiết bị và kết nốivới những mạng viễn thông khác…

Căn cứ theo tính chất, khả năng áp dụng, mức độ phổ biến của các tiêu chuẩn, mạngtruyền hình cáp Hà nội lựa chọn tiêu chuẩn Euro-DOCSIS do hiệp hội kỹ sư viễn thông cápquốc tế-SCTE ban hành trong tiêu chuẩn “ANSI/SCTE 79-1 2003 DOCS 2.0 Part 1: RadioFrequency Interface”

1 Đặc tính truyền dẫn RF chiều xuống cho truyền hình analogue và tín hiệu âm thanh:

STT Thông số Giá trị Ghi chú

65 MHz – 862 MHzTuy nhiên dải tần sốhoạt động thực tế:

9 Biến thiên biên độ do đáp ứng tần số  2.5 dB Trong 8 MHz

10 Mức tín hiệu sóng mang âm thanh

Nhỏ hơn sóng manghình ảnh cùng kênhtrong khoảng:

13-17 dB

Đo tại HeadEnd

11 Mức tín hiệu biến thiên theo thời tiết lớn nhất 8dB

12 Mức tín hiệu lớn nhất của 1 kênh bất kỳtrong dải tần đo tại hộ thuê bao 77 dBV

13 Mức tín hiệu nhỏ nhất của 1 kênh bất kỳ

trong dải tần đo tại hộ thuê bao 60 dBV

2. Đặc điểm kỹ thuật Ngành Phát thanh-Truyền hình Việt nam, c tính truy n d n RF chi u lên: ền hình Việt nam, ẫn RF chiều lên: ền hình Việt nam,

2 Trễ truyền dẫn từ Cable Modem xa nhấtđến CMTS  0.8 ms

3 Tỉ số sóng mang trên nhiễu nhiệt

4 Tỉ số sóng mang trên nhiễu xâm nhậptrong kênh hoạt động  22dB

7 Sự biến đổi mức tín hiệu theo mùa

Từ mức thấp nhất đếnmức cao nhất khônglớn hơn 12dB

3 Thông số tín hiệu vào/ra cable modem:

a Mức tín hiệu vào modem cáp:

(01 kênh)

43 đến 73 dBμV: điều chế QAM – 64 V: điều chế QAM – 64

47 đến 77 dBμV: điều chế QAM – 64 V: điều chế QAM – 256

4 Tốc độ mã hóa ký tự 6.952 Msym/sec với QAM 64 và QAM 256

6 Toàn bộ công suất đầu vào

(40 – 900 MHz) < 90 dBμV: điều chế QAM – 64 V

vào)

CHƯƠNG II

HỆ THỐNG MẠNG CATV

Một mạng truyền hình cáp CATV có cấu trúc cơ bản như sau:

- Hệ thống trung tâm Headend

- Mạng truyền dẫn và phân phối tín hiệu

H×nh II.1 CÊu tróc m¹ng truyÒn h×nh c¸p CATV

HP

Căn cứ vào loại thiết bị sử dụng trong mạng truy nhập, người ta chia mạng CATVthành 2 dạng: HFC và HFPC

- Mạng truyền hình cáp hữu tuyến kiểu HFPC: là mạng lai giữa cáp quang và cáp

đồng trục mà trong đó phần mạng truy nhập chỉ dùng các thiết bị thụ động chia tín hiệu màkhông có bất cứ một thiết bị tích cực nào

- Mạng truyền hình cáp hữu tuyến kiểu HFC: là mạng lai giữa cáp quang và cáp đồng

trục mà trong đó phần mạng truy nhập có dùng các thiết bị tích cực( các bộ khuếch đại caotần)

1 Hệ thống trung tâm Headend:

Là nơi thu nhận tín hiệu từ nhiều nguồn khác nhau: tín hiệu quảng bá, vệ tinh, sảnxuất chương trình tại chỗ, chèn tín hiệu sản xuất nội bộ… Sau khi qua các bước xử lý nhưgiải mã, giải điều chế, điều chế, phân kênh, mã hóa, trộn…), tín hiệu được đưa ra ngoàimạng truyền dẫn và phân phối tới khách hàng thuê bao

Đối với Headend phát triển các dịch vụ tương tác như: Internet, VOD, Điện thoại…Headend sẽ nhận tín hiệu ngược dòng từ các hộ thuê bao sau đó đưa tới các hệ thống bộphận liên quan như CMTS, Telephone Switch… để kết nối với mạng viễn thông bên ngoài.Trong quá trình này, bộ phận tính cước (Billing) tính các dung lượng trao đổi của kháchhàng để xác định phí sử dụng hàng tháng

Tín hiệu A/V

Anten xương cá Truyền đẫn quang

Anten vệ tinh

Bộ chia tích cực 1:16

12

14

16

Hệ thống máy phát quang xuôi dòng

Hệ thống máy thu quang ngược dòng

Hình II.2: Sơ đồ tổng quát hệ thống Headend HCATV

2 Mạng truyền dẫn và phân phối tín hiệu:

Là môi trường truyền dẫn tín hiệu từ Headend đến các node quang FN(Fiber Node)nhờ các tuyến cáp quang Điển hình là một hay nhiều mạch vòng cáp quang kết nối giữa

HE sơ cấp và các HUB sơ cấp, trong một số trường hợp khác thì các vòng thứ cấp lại liênkết giữa các HUB sơ cấp với các HUB thứ cấp Từ đây các node quang FN được liên kếtvới các HUB hoặc HE theo dạng cấu trúc hình sao

Để nâng cao hiệu suất mạng, người ta xây dựng mạng quang theo cấu trúc FTF (cápquang kéo đến tận nhánh), FTTC (cáp quang kéo đến tận vùng ngoại ô), FTTB (cáp quangkéo đến tận toà nhà), FTTH (cáp quang kéo đến tận nhà thuê bao), thậm chí là HTTD (cápquang kéo đến tận bàn làm việc) Phương châm thiết kế mạng quang: FAFAYCA (Cápquang kéo đi xa nhất có thể)

Trong khi thiết kế sử dụng cấu trúc “cây và nhánh” cho mạng cáp đồng trục thì mạngcáp quang lại dùng cấu trúc mạng “sao” hoặc “vòng” Trong đó cấu trúc mạch vòng Ring

có dự phòng 1+1 cho độ tin cậy của hệ thống cao hơn Tức là cấu trúc gồm 2 mạch vòngchạy theo chiều ngược nhau 2 vòng này chạy trên 2 sợi vật lý riêng biệt: 1 sợi hoạt độngcòn 1 sợi ở chế độ chờ hay chế độ “bảo vệ”, có khả năng đổi tuyến Như vậy cứ tại mỗi 1trạm (HUB/ node quang) có 4 đường cáp quang kéo đến (mỗi sợi quang cho hướng xuôi vàngược đều có dự phòng) Khi mạng có sự cố thì sẽ thực hiện chuyển mạch tự động/ nhâncông sang hệ thống dự phòng để đảm bảo tín hiệu truyền được thông suốt

Mạch vòng Ring có thể có cấu trúc khép kín hoặc theo cấu trúc mở Xu hướng hiệnnay thường xây dựng theo cấu trúc mở, mang lại nhiều tiện ích hơn

Tuy nhiên căn cứ vào mạng thực tế để đưa ra số lượng cáp dự phòng cho hợp lý (=50-100% số sợi cáp hoạt động), vừa đảm bảo đường truyền dự phòng, vừa đảm bảo kinh tế

Bốn công nghệ sử dụng trong xu hướng phát triển mạng quang:

- Sử dụng máy phát quang công suất cao hoạt động ở bước sóng 1550nm nhằm kéo dàikhoảng cách truyền dẫn Sử dụng bước sóng 1550nm tối ưu cho các kênh điều chếbiên độ cầu phương (QAM) và mạng phân phối với chi phí thấp

- Trong truyền số liệu, sử dụng phương thức ghép kênh theo chuẩn SONET làm điểnhình để xây dựng mạng đa phương tiện tốc độ cao

- Ghép kênh phân chia theo bước sóng (DWDM) không chỉ có tác dụng tăng dunglượng truyền dẫn từ 1 đến 16 kênh mà còn kéo dài tuyến quang (Sử dụng sợi cápquang đơn mode và loại connector có độ phản xạ thấp APC cho phép hệ thống có thểtruyền đi xa hơn 60km mà không phải dùng khuếch đại quang) Do đó làm giảm chiphí mạng

- Công nghệ sử dụng các thiết bị quang tích cực trở thành điển hình trong xu thế pháttriển mạng Việc dùng các bộ khuếch đại quang sợi có pha tạp chất Eribium (EDFA)làm tăng khoảng cách truyền dẫn đến hơn 100km, thậm chí có thể tới 200km.

Hệ thống thông tin sợi quang sử dụng 4 vùng cửa sổ quang như hình vẽ sau:

Hình II.3: Bốn vùng cửa sổ quang

Trong hình vẽ thể hiện 3 đường cong: đường ở trên cùng, nét gạch, tương ứng với sợiquang những năm trước năm 1980, đường cong ở giữa, nét chấm, tương ứng với sau năm

1980, đường cong ở dưới tương ứng với sợi quang hiện đại

Trước kia, hệ thống thông tin quang thường khai thác ở bước sóng hoạt động 850nm,còn gọi là vùng cửa sổ thứ nhất Tuy nhiên khi công nghệ phát triển thì vùng cửa sổ này bịgiảm tính hấp dẫn bởi mức suy hao khá lớn: 3dB/km

Hầu hết các công ty chuyển sang vùng cửa sổ quang thứ 2(1310nm) có suy hao thấphơn nhiều(khoảng 0.35dB/km) Sau một thời gian các nhà nghiên cứu lại phát hiện ra vùngcửa sổ thứ 3 (bước sóng 1550nm) cho suy hao thấp hơn (khoảng 0.2dB/km) Trong khi ởbước sóng 1310nm, khoảng cách truyền dẫn cáp quang đơn mode xa nhất cho phép khoảng60km thì với bước sóng 1550nm, khoảng cách đó là 150km

Các hệ thống thông tin sợi quang hiện nay, nhất là các hệ thống tốc độ bit cao, phầnlớn hoạt động ở vùng bước sóng 1550nm nhằm dùng các bộ khuếch đại quang sợi pha tạp

Erbium (EDFA) tăng cự ly truyền dẫn Tuy vậy, sợi quang đơn mode tiờu chuẩn( sợiG.625) cú hệ số tỏn sắc tại vựng bước súng này là rất lớn(18ps/nm*km @1550nm) trongkhi đú tại bước súng 1310nm thỡ hệ số tỏn sắc chỉ là 3ps/nm*km Tỏn sắc lớn làm mộo tớnhiệu và tạo ra hiện tượng giao thoa giữa cỏc ký tự( ISI – Intersymbol Interference) do dónxung tại cỏc khe thời gian, làm giảm chất lượng truyền dẫn và hiệu quả Nhỡn chung, ảnhhưởng của tỏn sắc đến năng lực truyền dẫn của hệ thống là phức tạp, điều này gõy khú khăncho việc thiết kế cỏc hệ thống thụng tin quang tốc độ cao, cự ly xa

Cửa sổ quang thứ 4( bước súng 1625nm) cũng đang được đưa vào triển khai Tuy nú

cú mức hao tương đương với bước súng 1550nm nhưng lại thớch hợp khi sử dụng để kộodài tuyến và ghộp kờnh theo bước súng Song cần cõn nhắc giữa hiệu quả và chi phớ

HEADEND

Node quang Node quang

Node quang

Node quang

HUB

RF Splitter

TX RX

TX

45 30 25

50

50

Hình II.4 Cấu trúc mạng truyền dẫn tín hiệu quang đơn giản

: Headend : Máy thu quang Rx : Máy phát quang Tx

45

25

: Bộ chia quang theo tỷ lệ %

: Cáp quang : Node quang

Chú thích:

Node quang

Sơ đồ cấu trỳc mạng truyền dẫn tớn hiệu quang(Hỡnh II.4) ở trờn cho biết sơ bộ chi tiếtmột số thiết bị trong mạng quang Tớn hiệu sau khi được xử lý tại Headend được đưa ra

ngoài mạng thụng qua cỏp sợi quang, đến cỏc trạm lặp HUB Tại đõy tớn hiệu được đưa vàomỏy thu, mỏy phỏt quang, cỏc bộ chia quang theo tỷ số để cấp đến cỏc node quang FN.Node quang làm nhiệm vụ chuyển đổi tớn hiệu quang thành tớn hiệu điện để phõn phối tờicỏc nhà thuờ bao qua mạng cỏp đồng trục.

Cũng cú trường hợp mỏy phỏt quang RX được đặt ngay tại Hệ thống trung tõmHeadend để cấp đến cỏc node quang FN (Tuỳ thuộc vào địa hỡnh, địa bàn, phõn bố dõncư… mà quyết định thiết kế cú cần đặt trạm lặp quang hay khụng)

:Bộ chia đ ờng trục :Bộ chia thuê bao 2, 3, 4, 8 đ ờng nhánh (Tap)

Hình II.5 Cấu trúc mạng truy nhập thụ động

Tap

Tap

Tap Tap

:Cáp trục chính

RS CS TR RD TD CD TALK / DATATALK

CM PC TV

TV TV

TV

RS CS TR RD TD CD TALK / DATATALK

PC CM

+ Đỏp ứng được cỏc yờu cầu xõy dựng theo mạng 1 chiều hay 2 chiều

+ Sử dụng node quang cú cụng suất lớn

+ Mạng quang chiếm tỉ trọng lớn trong toàn bộ mạng tổng thể

+ Mạng đồng trục chỉ cú cỏc tuyến trục chớnh và tuyến cỏp thuờ bao với cỏc thiết bịchia thụ động

+ Khả năng phục vụ từ 400-600 thuờ bao/node quang

+ Chất lượng tớn hiệu tốt do khụng sử dụng cỏc bộ khuếch đại

+ Do khụng sử dụng cỏc bộ khuếch đại cao tần nờn việc thi cụng lắp đặt, vận hành dễdàng hơn

+ Cỏc thiết bị thụ động cú khả năng truyền 2 chiều nờn độ ổn định mạng vẫn cao khitriển khai mạng 2 chiều

+ Số lượng thuờ bao/node quang nhỏ nờn cú khả năng cung cấp tốt dịch vụ 2 chiềuvới tốc độ cao

+ Giảm chi phớ cấp nguồn cụng tơ điện, bảo dưỡng, thay thế cỏc thiết bị tớch cực

+ Khả năng bao phủ của 1 node quang nhỏ do khụng sử dụng khuếch đại

+ Yờu cầu node quang sử dụng phải cú cụng suất lớn, chất lượng cao, ổn định

+ Phự hợp với khu vực cú quy hoạch tập trung, khụng phự hợp với địa hỡnh Việt Nam.+ Yờu cầu về chi phớ cao

:Khuếch đại trục :Khuếch đại nhánh

:Bộ chia định huớng đuờng trục DC

:Bộ chèn nguồn PI :Bộ cấp nguồn PS

Hình II.6 Cấu trúc mạng truy nhập tích cực

Khuếch đại nhánh

Tap

Tap

Tap Tap

Tap

Tap

Tap Tap

Tap Tap

Khuếch đại trục Khuếch đại

nhánh

Khuếch đại trục

Tap

Tap TV TV

TV

RS CS TR RD TD CD TALK / DATAT ALK

RS CS TR RD TD CD TALK / DATATALK

CM

:Cáp trục nhánh :Cáp trục chính

- Đặc điểm của mạng HFC thuần tuý:

+ Đáp ứng được các yêu cầu xây dựng theo mạng 1 chiều hay 2 chiều

+ Mạng đồng trục chiếm tỉ trọng lớn trong toàn bộ mạng tổng thể

Cấp mạng thuê bao: bao gồm cáp đồng trục thuê bao, TV

+ Khả năng phục vụ từ 1500-2000 thuê bao/node quang

+ Phạm vi bao phủ của 1 node quang lớn nhờ kéo dài mạng đồng trục bởi sử dụng cáckhuếch đại cao tần

+ Phù hợp với địa bàn Việt Nam

+ Chi phí ban đầu thấp nhờ sử dụng ít node quang

hệ thống đưa ra giải pháp về chi phí thấp nhất cho mỗi phần của mạng truyền hình cápCATV

CHƯƠNG IIIĐẶC TÍNH NHIỄU TRONG MẠNG CATV

Nhiễu (Noise) theo IEEE được định nghĩa là: “Những tín hiệu tạp, nhiễu không mongmuốn chồng lên những tín hiệu mang thông tin làm mờ, suy giảm nội dung, chất lượngthông tin” Trong thực tế, ngoài những nguồn nhiễu, tạp luôn tồn tại trên mạng như nhiễunhiệt, nhiễu do giao thoa các nguồn tín hiệu(méo hài), do điều chế của nguồn thu/phátquang, do không phối hợp trở kháng…còn có những nguồn nhiễu khách quan như nhiễuxâm nhập, nhiễu công nghiệp Vì vậy, việc tính toán, hạn chế tối thiểu tác động của nhữngnguồn nhiễu là vô cùng quan trọng

Trong truyền hình cáp, thuật ngữ “nhiễu-noise” được dùng chỉ đề cập đến nhiễu nhiệt.Cùng với nhiễu nhiệt, méo hài là những nguồn nhiễu có ảnh hưởng lớn nhất đến chất lượngtín hiệu mà có thể xác định và hạn chế tối thiểu ảnh hưởng Cần chú ý rằng, nhiễu sinh ra

từ một thiết bị hoặc tại một thời điểm hoàn toàn không liên quan đến nhiễu trong các thiết

bị khác hoặc tại một thời điểm khác Tuy nhiên, mức công suất nhiễu trung bình có thể xácđịnh được

Lưu ý: Nhiễu do nhiều nguồn tác động bằng tổng nhiễu đến từ các nguồn độc lập.

Nhiễu được xác định bằng tỉ số tín hiệu trên tạp âm( Carrier-to-noise:C/N) với côngthức như sau:

băng thông của kênh và gọi là nhiễu nền (noise floor) Nhiễu nền trong mạng truyền hình

cáp hệ PAL có giá trị:

NP= -58,2 dBmV

Khuếch đại sinh ra nhiễu tại mọi điểm trên mạch điện của nó, tuy nhiên, để thuận lợi,nhiễu do khuếch đại sinh ra được coi như từ một nguồn gây ra và đặt ở đầu vào khuếch đại

Tỉ số công suất nhiễu tại đầu vào trên công suất nhiễu nhiệt được gọi là chỉ số nhiễu (noise

figure) của khuếch đại Do vậy, một khuếch đại có chỉ số nhiễu (noise figure) FA (dB) sẽ cócông suất nhiễu đầu vào NA bằng:

c C/N qua các tầng khuếch đại:

Trong thiết kế mạng cáp phân phối đồng trục, việc tính C/N qua các tầng khuếch đại

là rất cần thiết, công thức tổng quát tính C/N của nhánh có n tầng khuếch đại như sau:

n

CNR CNR

CNR

Đây là công thức tổng quát khi tính C/N trong một nhánh bao gồm các khuếch đại cóchỉ số nhiễu (FA) khác nhau, mức khuếch đại khác nhau

Nếu nhánh gồm những khuếch đại giống nhau( có chỉ số nhiễu giống nhau), suy hao qua đoạn cáp nối giữa hai khuếch đại bằng mức khuếch đại (gain) của khuếch đại trước thì

công thức tổng quát sẽ được giản hóa như sau:

CNR d (dB) = C/N A – 10log n

Trong đó:

C/NA = C/N qua một khuếch đại = Ci (dBmV) + 58.2 – FA (dB)

n = Số khuếch đại giống nhau được lắp cách nhau một khoảng cáp có suy hao bằng

mức khuếch đại (gain) của các khuếch đại.

Có thể thấy rằng khi số lượng khuếch đại tăng gấp 2 thì CNR giảm đi 3dB

Số lượng khuếch đại trên nhánh CNR giảm (dB)

Công thức trên rất tiện dụng và được chỉ được dùng khi:

- Các khuếch đại trong chuỗi có chỉ số nhiễu (noise figure) giống nhau, suy hao qua đoạn cáp giữa hai khuếch đại trong chuỗi bằng mức khuếch đại (gain) của khuếch đại

trước

- Mức gain của mỗi khuếch đại phải đủ lớn (nhỏ nhất là 20dB)

- Đầu vào khuếch đại chỉ bao gồm nhiễu nhiệt

Như vậy, khi thiết kế luôn cần quan tâm đến 3 thông số sau để đảm bảo mức C/N yêucầu tại điểm cuối thuê bao: Chỉ số nhiễu của từng khuếch đại, mức tín hiệu vào từngkhuếch đại và số lượng khuếch đại trong nhánh

2 Nhiễu trong mạng quang:

Tỉ số tín hiệu/nhiễu trong mạng quang được xác định bằng công thức dưới đây:

3 Nhiễu trong Headend:

Tại Headend, thiết bị gây nhiễu(noise) chủ yếu là những bộ điều chế Modulator.Những thiết bị này luôn gây ra 2 nguồn nhiễu:

- Nhiễu trong băng tần hoạt động( In-band noise) gây ảnh hưởng chất lượng tín hiệucủa chính kênh thiết bị điều chế

- Nhiễu ngoài băng tần hoạt động( Out-band noise) gây ảnh hưởng chất lượng tín hiệucho toàn bộ các kênh khác trong dải thông

Tăng số lượng kênh phát cũng là tăng số lượng Modulator, vì vậy, nhiễu ngoài băngtần tăng theo và ảnh hưởng vô cùng lớn Như vậy, nhiễu của một kênh sau khi ra khỏi HE

là tổng nhiễu trong băng tần và nhiễu ngoài băng tần do các khuếch đại khác gây ra Vìvậy, càng tăng kênh thì nhiễu trên các kênh càng tăng

Tỉ số sóng mang trên tạp âm của 1 kênh sau khi ra khỏi HE được xác định như sau:

10 ) (

10 10

sum ouband CNR inband

n: Số lượng modulator điều chế tín hiệu tại HE

Trong thực tế, có thể làm giảm nhiễu trên 1 kênh tại HE bằng cách sử dụng các bộ lọc

tại đầu ra các Modulator để hạn chế ảnh hưởng của nhiễu ngoài băng tần.( Phương pháp

này đang được sử dụng tại HE của Truyền hình cáp Hà nội và mang lại hiệu quả rất cao)

Không giống như nhiễu nhiệt chỉ phụ thuộc đặc tính hệ thống truyền dẫn và băngthông kênh, mức méo hài phụ thuộc vào số lượng tín hiệu kênh trên mạng Méo hài sinh ra

Méo hài là kết quả của sự tương tác (tổng và hiệu) giữa các sóng mang khác nhau khi đi

qua khuếch đại Chính vì vậy, mức méo hài của thông số kỹ thuật khuếch đại thường đượcxác định dưới một hoặc hai điều kiện về tải kênh Trong các loại méo hài, mèo hài bậc 2,3

là tín hiệu méo có cường độ lớn nhất và xuất hiện thường xuyên trên dải thông hệ thống,ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu vì vậy được quan tâm xem xét tìm cách khắc phục Dướiđây là phần giới thiệu tổng quan tính chất, phương pháp tính méo hài bậc 2 (CSO) và méohài bậc 3 (CTB)

Ghi chú: đơn vị của CSO, CTB là dBc, dBc có ý nghĩa là tỉ số méo hài trên sóngmang Một số tài liệu mô tả giá trị dBc dương nghĩa là tỉ số sóng mang trên méo hài(C/CSO, C/CTB) Trong tài liệu này sử dụng cách mô tả tiêu chuẩn theo SCTE, vì vậy,CSO, CTB luôn có giá trị dBc âm

Méo hài bậc 2 là tổng và hiệu giữa hai sóng mang bất kỳ, f1 + f2 và f1 - f2, khi tín hiệukênh qua các phần tử không tuyến tính tạo ra sóng mang thứ 3 có biên độ nhỏ hơn f1 , f2

Méo hài bậc 2 tuân theo nguyên tắc 10log - (nguyên tắc công suất), với thay đổi 1dB mức

tín hiệu đầu ra của khuếch đại dẫn đến thay đổi 1dB của mức tín hiệu méo hài bậc 2 Cụthể, nếu mức tín hiệu đầu ra khối khuếch đại tăng 1dB thì méo hài tăng 1dB, nếu mức tínhiệu đầu ra giảm đi 1dB thì mức méo hài được cải thiện 1dB

Trong thiết kế mạng cáp phân phối đồng trục, việc tính CSO qua các tầng khuếch đại

là rất cần thiết, công thức tổng quát tính CSO của nhánh có n tầng khuếch đại như sau:

CSO1 là mức méo hài bậc hai khi tín hiệu chỉ đi qua khuếch đại thứ 1

CSO2 là mức méo hài bậc hai khi tín hiệu chỉ đi qua khuếch đại thứ 2

……

CSOn là mức méo hài bậc hai khi tín hiệu chỉ đi qua khuếch đại thứ n

Đây là công thức tổng quát khi tính CSO trong một nhánh bao gồm các khuếch đại cóchỉ số CSO khác nhau, mức khuếch đại khác nhau Nếu nhánh gồm những khuếch đại

giống nhau (có chỉ số CSO giống nhau), suy hao qua đoạn cáp nối giữa hai khuếch đại

bằng mức khuếch đại (gain) của khuếch đại trước, mức tín hiệu tại đầu ra các khuếch đại

giống nhau thì công thức tổng quát sẽ được giản hóa như sau:

CSO (dBc) = CSO A + 10log n (phép cộng do dùng CSO với đơn vị dBc âm)

Trong đó:

CSOA là mức méo hài bậc hai khi tín hiệu chỉ đi qua khuếch đại

n là số lượng khuếch đại trên nhánh cần tính

Mỗi khuếch đại trước khi xuất xưởng đều có ghi chỉ số CSO được đo theo tải kênh cốđịnh Tuy nhiên chỉ số này chưa thể áp dụng được vào ngay công thức trên do không đúngvới tải kênh thực tế đang dùng trên mạng CSOA là CSO căn cứ theo tải kênh thực tế vàđược tính theo công thức sau:

( )

refslp actslp

Trong đó:

spec: Giá trị CSO do nhà sản xuất đưa ra

actlev: mức tín hiệu thực tế tại đầu ra khuếch đại (dBmV)

reflev: mức tín hiệu tham khảo tại đầu khuếch đại (dBmV) do nhà sản xuất đưa raactslp: độ dộc (slope) được sử dụng thực tế (dB) trong khuếch đại

refslp: độ dộc (slope) tham khảo trong khuếch đại (dB) do nhà sản xuất đưa ra

hifreq: tần số lớn nhất trên dải thông thiết kế

lowfreq: tần số nhỏ nhất trên dải thông thiết kế

analog: tần số kênh analog cuối trên dải thông

Méo hài bậc 3 là tổng và hiệu giữa ba sóng mang bất kỳ, f1  f2  f3, sẽ tạo ra cácsóng mang có biên độ nhỏ hơn f1 , f2 , f3 Méo hài bậc 3 tuân theo nguyên tắc 20log -

(nguyên tắc điện áp), với thay đổi 1dB mức tín hiệu đầu ra của khuếch đại dẫn đến thay đổi

2dB của mức tín hiệu méo hài bậc 3 Cụ thể, nếu mức tín hiệu đầu ra khối khuếch đại tăng1dB thì méo hài tăng 2dB, nếu mức tín hiệu đầu ra giảm đi 1dB thì mức méo hài được cảithiện 2dB

Trong thiết kế mạng cáp phân phối đồng trục, việc tính CTB qua các tầng khuếch đại

CTB1 là mức méo hài bậc hai khi tín hiệu chỉ đi qua khuếch đại thứ 1

CTB 2 là mức méo hài bậc hai khi tín hiệu chỉ đi qua khuếch đại thứ 2

……

CTB n là mức méo hài bậc hai khi tín hiệu chỉ đi qua khuếch đại thứ n

Đây là công thức tổng quát khi tính CTB trong một nhánh bao gồm các khuếch đại cóchỉ số CTB khác nhau, mức khuếch đại khác nhau Nếu nhánh gồm những khuếch đại

giống nhau (có chỉ số CTB giống nhau), suy hao qua đoạn cáp nối giữa hai khuếch đại bằng mức khuếch đại (gain) của khuếch đại trước, mức tín hiệu đầu ra tại các khuếch đại

giống nhau thì công thức tổng quát sẽ được giản hóa như sau:

CTB (dBc) = CTB A + 20log n (phép cộng do dùng CTB với đơn vị dBc âm)

Trong đó:

CTBA là mức méo hài bậc hai khi tín hiệu chỉ đi qua khuếch đại

n là số lượng khuếch đại trên nhánh cần tính

Mỗi khuếch đại trước khi xuất xưởng đều có ghi chỉ số CTB được đo theo tải kênh cốđịnh Tuy nhiên chỉ số này chưa thể áp dụng được vào ngay công thức trên do không đúngvới tải kênh thực tế đang dùng trên mạng CTBA là CTB căn cứ theo tải kênh thực tế vàđược tính theo công thức sau:

( )

refslp actslp

Trong đó:

spec: Giá trị CTB do nhà sản xuất đưa ra

actlev: mức tín hiệu thực tế tại đầu ra khuếch đại (dBmV)

reflev: mức tín hiệu tham khảo tại đầu khuếch đại (dBmV) do nhà sản xuất đưa raactslp: độ dộc (slope) được sử dụng thực tế (dB) trong khuếch đại

refslp: độ dộc (slope) tham khảo trong khuếch đại (dB) do nhà sản xuất đưa ra

hifreq: tần số lớn nhất trên dải thông thiết kế

lowfreq: tần số nhỏ nhất trên dải thông thiết kế

analog: tần số kênh analog cuối trên dải thông

Sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa nhiễu và méo hài dễ dàng thấy rõ khi phân tích một chuỗinhững khuếch đại trên nhánh Có thể dễ dàng thấy rằng, mạng hoạt động tốt nhất khi mứcsuy hao giữa các khuếch đại phải được bù bằng đúng mức tăng ích (gain) của khuếch đại,không thừa không thiếu Nếu mức suy hao nhỏ hơn thì mức tín hiệu vào mỗi khuếch đại

và, vì vậy, mức tín hiệu ra tương ứng sẽ lớn hơn mức tín hiệu ra của khuếch đại trước, do

đó, méo hài sẽ tăng cao Nếu mức suy hao lớn hơn mức tăng ích, đầu vào mỗi khuếch đạinhỏ hơn khuếch đại trước dẫn đến tỉ số C/N giảm

Khi suy hao giữa các khuếch đại được thiết kế bằng đúng mức tăng ích của cáckhuếch đại thì điều quan tâm là mức tín hiệu đầu ra khuếch đại bằng bao nhiêu để đảm bảocác yêu cầu về các thông số C/N, CTB, CSO Dưới đây một ví dụ để mô tả cách thiết kếmức tín hiệu đầu vào khuếch đại để đảm bảo các thông số đúng tiêu chuẩn:

Giả thiết yêu cầu một nhánh đạt mức có C/N = 49.6 dB, CTB = -63.4 dBc Mỗikhuếch đại có chỉ số nhiễu FA = 8dB, G = 30dB, CTB = -73dBc với điều kiện đo: 77 kênhNTSC, mức tín hiệu đầu ra 48 dBmV, dải tín hiệu ra có độ dốc dương 8dB

( Ta phải tính giá trị CTB cho các kênh hệ PAL Dải tần cho 77 kênh NTSC tươngđương cho 60 kênh PAL, ta thấy rằng số lượng sóng mang kênh PAL giảm nên giá trị CTB

sẽ được cải thiện Theo tính toán thực tế thì giá trị CTB được cải thiện 3dB -gọi là hệ số

chuyển đổi khi chuyển đổi giá trị CTB tính trong hệ PAL Vì vậy, giá trị CTB = - 76dBc)

Xét nhánh chỉ bao gồm 1 khuếch đại thì mức tín hiệu vào nhỏ nhất mà vẫn đảm bảoC/N bằng:

C i (minimum) = C/N + N p + F A = 49.6 – 58.2 + 8 = - 0,6 dBmV

Khi Ci > – 0,6dBmV tương đương Cout > 29,4dBmV thì tỉ số C/N sẽ cao hơn 49.6dBtuy nhiên nhiễu do méo hài gây ra cũng tăng cao Mức tín hiệu đầu ra khối khuếch đại tăng1dB thì méo hài tăng 2dB, với khuếch đại có CTB = - 76dBc tại Cout = 48 dBmV, khi mứcCTB = – 63.4dBc thì lúc đó mức đầu ra khuếch đại tăng đến mức lớn nhất bằng:

(76 - 63.4)/2 + 48 = 54.3 dBmV

Như vậy mức tín hiệu đầu ra khuếch đại có thể biến thiên trong khoảng từ 29,4 dBmV đến54.3 dBmV thì các thông số C/N và CTB vẫn đảm bảo yêu cầu đặt ra.

Xét nhánh có nhiều khuếch đại, theo công thức trên, chỉ số nhiễu sẽ tăng 3dB mỗi khităng gấp đôi số lượng trên nhánh, do đó, mức Ci (dẫn đến Cout) cũng cần tăng với mứctương đương để giữ mức C/N được đảm bảo Tương tự, méo hài tăng 6dB mỗi khi tăng gấpđôi số lượng trên nhánh, vì vậy, mức Cout lớn nhất cho phép phải giảm đi 3dB để đảm bảomức méo hài, theo dõi bảng dưới đây:

Số lượng khuếch đại/tầng

Khoảng mức tín hiệu tại đầu ra cho phép (dBmV)Nhỏ nhất

(C/N tối thiểu)

Lớn nhất (CTB tối thiểu)

Như vậy, để thiết kế một hệ thống đồng trục hoạt động tối ưu, ổn định, một số thông

số, đặc điểm sau cần được tuân thủ:

- Các khuếch đại trong chuỗi có các thông số chính như chỉ số nhiễu (noise figure),

CTB, CSO giống nhau Suy hao qua đoạn cáp giữa hai khuếch đại trong chuỗi bằng

mức khuếch đại (gain) của khuếch đại trước Mức gain của mỗi khuếch đại phải đủ

lớn (nhỏ nhất là 20dB)

- Lập bảng quan hệ điều kiện nhiễu-méo hài (bao gồm C/N, CTB, CSO) cho nhánh cầntính để xác định khoảng điều chỉnh mức tín hiệu tại đầu ra khuếch đại cho phép tạicác số lượng khuếch đại khác nhau trên nhánh nhằm đảm bảo các thông số đạt tiêuchuẩn

C/N:

Tỉ số nhiễu/tạp âm (C/N) tới thuê bao được tính tổng quát như sau:

/ 10

/ 10

/

10 10

10 10

t d

s

N C

Trong đó:

C/Nttl = C/N toàn hệ thống, tính từ Headend tới hộ thuê bao

C/Nh = C/N tại Headend (khi tính coi như chỉ đứng một mình, không kết nối với toànmạng)

C/Ns = C/N phần mạng quang (khi tính coi như chỉ đứng một mình, không kết nốivới toàn mạng)

C/Nd = C/N phần mạng đồng trục (khi tính coi như chỉ đứng một mình, không kếtnối với toàn mạng)

C/Nt = C/N của thiết bị đầu cuối như Set-top-box (khi tính coi như chỉ đứng mộtmình, không kết nối với toàn mạng)

CTB và CSO:

Méo hài hầu hết chỉ xuất hiện tại phần mạng quang/đồng trục và thiết bị đầu cuối, tại

HE méo hài xuất hiện nhỏ, không đáng kể

10

t d

10

t d

CTB

C/N:

Căn cứ theo đặc tính truyền dẫn vô tuyến chiều xuống của tiêu chuẩn Euro-DOCSIS:

- C/Nttl phải lớn hơn hoặc bằng 44dB

- C/Nh tại HE HCATV hiện nay trung bình bằng 48dB

- Hiện nay, chưa sử dụng set-top-box nên không có nhiễu do thiết bị này gây ra, do vậycoi như không có thành phần C/Nt

Áp dụng công thức ta có:

/ 10

/

1010



/ 10

/

10

N C N



)

/ 10

/

1010

C/N máy phát quang: 52 dB, C/N máy thu quang: 63.5 dB

Áp dụng công thức cộng 10log, C/N của tuyến quang = 48.85 dB

Như vậy, C/N yêu cầu của phần mạng đồng trục tối thiểu phải bằng: 49.6 dB

CTB/CSO:

Căn cứ theo đặc tính truyền dẫn vô tuyến chiều xuống của tiêu chuẩn Euro-DOCSIS:

- CTBttl phải nhỏ hơn hoặc bằng -57dBc

- Hiện nay, chưa sử dụng set-top-box nên không có nhiễu do thiết bị này gây ra, do vậycoi như không có thành phần C/Nt

CTB máy phát quang: -69dBc, CTB máy thu quang: -92dBc

Áp dụng công thức cộng 20log, CTB của tuyến quang = -62.7dBc

Như vậy, CTB của phần mạng đồng trục tối đa bằng: -63.4dBc

Từ đây, ta áp dụng phương pháp cân bằng nhiễu-hài để xác định mức tín hiệu đặt tạiđầu vào khuếch đại và số lượng tầng khuếch đại để đảm bảo phần mạng đồng trục có C/N

tối thiểu bằng: 49.6 dB và CTB tối đa bằng: -63.4dBc.

Dưới đây, cẩm nang giới thiệu cách tính tổng, hiệu C/N, CTB, CSO theo cách trabảng không cần sử dụng máy tính:

Bảng tra tính CTB:

Bảng tra phục vụ tính C/N, CSO:

Cách sử dụng:

Ví dụ: cần tính chỉ số CTB tổng mạng quang bao gồm 2 máy phát quang: CTB =

-69dBc; 1 máy thu quang CTB = -92dBc

Bước 1: tính CTB của 1 máy phát quang và 1 máy thu quang, hai giá trị này chênhlệch 23dB Tra bảng được giá trị 0.59dB, giá trị CTB(01 máy phát + 01 máy thu)= -69 +0.59 = - 68.41 dBc

Bước 2: tính CTB tổng bằng CTB của máy phát thứ 1 và máy thu cộng với CTB máyphát thứ 2 Hai giá trị này chênh lệch: 69 – 68.41 = 0.59 Tra bảng ra được giá trị 5.73dBNhư vậy, CTB tổng = - 68.41 + 5.73 = - 62.68 dBc

Đối với việc tính C/N và CSO cũng tra bảng theo cách trên

Nhiễu nền ở đây là công suất nhiễu nhiệt lý tưởng ở băng rộng tương ứng, đơn vị làdBmV, đối với bất kỳ nhiễu băng rộng nào nhiễu nền = kTB.

T: là nhiệt độ tuyệt đối

B: là độ rộng băng tần tạp âm

Bảng nhiễu nền ở độ rộng băng tần các kênh khác nhau:

2 Tạp âm đường truyền dẫn.

Trong các máy phát quang, thu quang, node quang, có sự chuyển đổi tín hiệu điện RFthành tín hiệu quang và ngược lại Chính những quá trình chuyển đổi này sinh ra nhiều loạitạp âm Để tiện cho việc tính toán và phân tích, các nhà sản xuất gộp chúng thành một loại

Hệ thống đường truyền càng dài thì nhiễu càng lớn

Do dải thông dành cho hệ thống ngược chiều nằm ở tần số thấp (5MHz-65MHz), đây

là dải tần của nhiều dịch vụ sóng trời hoạt động như sóng phát thanh quảng bá sóng ngắn,sóng thông tin cho tàu thuyền, sóng thông tin liên lạc mật… Những sóng mang RF này cóthể thâm nhập vào hệ thống cáp qua lớp vỏ của nó và gây nhiễu cho tín hiệu ngược dòng.Loại nhiễu thâm nhập quan trọng nhất là nhiễu xung Nhiễu xung thường diễn ra trongthời gian rất ngắn (<10-11s) nhưng thường xuyên xảy ra vì nguồn sinh ra nhiễu này rất đadạng, ví dụ: sự đánh lửa của các loại xe cơ giới, sự phóng điện tích, của đèn neon, khi bậttắt công tắc điện, mô tơ điện, các độ điện gia dụng… Theo thống kê, hơn 50% xuyên nhiễuxuất phát từ các hộ gia đình, ngoài ra can nhiễu thâm nhập còn lại do đầu nối cáp(Connector) hở do thi công không tốt hoặc thâm nhập qua lớp vỏ cáp chất lượng thấp hoặc

bị lão hóa

4 Khắc phục nhiễu trong hệ thống mạng ngược chiều:

Do hệ thống cáp đồng trục của mạng HFC có kết cấu dạng cây “một điểm đến nhiềuđiểm” nên tính chất hệ thống xuôi chiều là phân chia tín hiệu còn hệ thống ngược chiều làcộng và tập trung tín hiệu Vì vậy, nhiễu của hệ thống ngược chiều là tập hợp của nhiễu dotoàn bộ các loại khuếch đại, nhiễu xuyên tác động lên cáp, connector đổ về node quang,

headend, hiện tượng này được gọi là “Hiệu ứng cái phễu” Thành phần chủ yếu của nhiễu

phễu là nhiễu thâm nhập, nhiễu nhiệt chỉ chiếm một phần rất nhỏ nếu ta biết thiết kế, điều

chỉnh thiết bị khuếch đại hợp lý, người ta gọi loại nhiễu thâm nhập này là “Can nhiễu tập

trung” Trong kênh ngược dòng của mạng HFC hai chiều, can nhiễu tập trung là nghiêm

trọng nhất

Vì vậy, ngoài việc thiết kế, cân chỉnh hệ thống khuếch đại ngược dòng theo đúng tiêuchuẩn, nguyên tắc, việc lựa chọn loại cáp, connector và thi công chúng là vô cùng quantrọng Nếu cáp có lớp chống nhiễu tốt, connector chất lượng cao và được thi công đúng quyđịnh sẽ làm giảm rất nhiều can nhiễu thâm nhập, mang lại tín hiệu bảo đảm cho hệ thốngngược chiều

CHƯƠNG V

ĐỘ GAIN ĐƠN VỊ, PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ

VÀ CÂN CHỈNH KHUẾCH ĐẠI

Trong mạng HFC, khuếch đại là thiết bị có tầm ảnh hưởng lớn nhất trong hệ thốngmạng Việc thiết kế, thi công khuếch đại hợp lý sẽ làm hạn chế tối đa nền nhiễu và méo dohài bậc cao gây ra Nếu mức tín hiệu vào khuếch đại đặt cao có thể làm tăng tỉ số C/Nnhưng méo hài cũng sẽ tăng theo, nếu giảm mức tín hiệu để khắc phục ảnh hưởng của méohài thì lại làm giảm tỉ số C/N Vì vậy, xác định được mức tín hiệu đưa vào các khuếch đại

ra sao là vô cùng quan trọng Chương này giới thiệu nguyên tắc “độ gain đơn vị-unitygain”- nguyên tắc chính, xin nhấn mạnh là rất quan trọng trong thiết kế mạng HFC haichiều

Nhiễu và méo hài là hai vấn đề ảnh hưởng lớn nhất đến việc vận hành mạng truyềnhình cáp Nếu mức tín hiệu cao tần quá thấp, tỉ số sóng mang trên tạp âm giảm, nếu mứctín hiệu cao tần quá cao thì tỉ số sóng mang trên méo hài lại giảm Điều này có nghĩa làmức tín hiệu hoạt động phải được thiết lập nằm trong một khoảng giá trị nhất định đảm bảocho mạng được mở rộng một cách tối đa mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu.Ngay từ thời kỳ đầu lịch sử truyền hình cáp, các kỹ sư đã khám phá ra cách sử dụngkhuếch đại mà mang lại hiệu quả cao nhất: Mỗi khuếch đại phải có mức gain bằng với tổngsuy hao của tín hiệu qua đoạn cáp và thiết bị thụ động nằm sau khuếch đại đó Khái niệm

này có tên là độ gain đơn vị- unity gain và vẫn là phương pháp then chốt đối với việc

thiết kế và vận hành mạng truyền hình cáp hai chiều hiện đại

II Độ gain đơn vị trong hướng xuôi chiều:

Trong hướng xuôi chiều, độ gain đơn vị có nghĩa là: mức tín hiệu vào đoạn cáp phải

bằng mức tín hiệu ra của khuếch đại theo sau đoạn cáp đó (trừ trường hợp khuếch đại trục

có thêm cổng nhánh mà có mức tín hiệu ra thấp hơn so với cổng chính- bridge amplifier).

Khuếch đại A Khuếch đại B Khuếch đại C Khuếch đại D

Mức ra KĐ A ( mức vào đoạn AB)

Mức ra KĐ B ( mức vào đoạn BC)

Mức ra KĐ C ( mức vào đoạn CD)

Hình trên mô tả một chuỗi gồm 4 chiếc khuếch đại giống nhau (giống về mức gain, chỉ sốnhiễu-Noise figure, CTB, CSO) Trong ví dụ này, khi mức tín hiệu vào đoạn AB bằng mức

ra của khuếch đại B, mức tín hiệu vào đoạn BC bằng mức ra của khuếch đại C, mức tínhiệu vào đoạn CD bằng mức ra của khuếch đại D và cứ tiếp tục như vậy Đây cũng chính là

điểm gain đơn vị Khi độ gain đơn vị không được thực hiện, mạng nhanh chóng rơi vào

tình trạng không thể chấp nhận được

Ví dụ:

Nhằm nhấn mạnh tầm quan trọng của nguyên lý độ gain đơn vị, chúng ta lấy ví dụmột chuỗi gồm 10 khuếch đại giống nhau có mức gain bằng 22dB, suy hao giữa cáckhuếch đại là 23dB Nếu mức ra của khuếch đại đầu tiên bằng 32dBmV, lúc đó mức vàokhuếch đại thứ 2 bằng 9 dBmV Mức tín hiệu ra của khuếch đại thứ 2 sẽ bằng 31dBmV,mức vào khuếch đại thứ 3 sẽ bằng 8 dBmV và mức ra sẽ bằng 30dBmV Cứ như vậy đếnkhuếch đại thứ 10 thì ta thấy rằng mức tín hiệu vào sẽ chỉ còn bằng 1 dBmV và mức ra là23dBmV Lúc này C/N bị ảnh hưởng một cách nghiêm trọng

In +10 dBmV (0 dB input atten.)

In +16 dBmV (6 dB input atten.)

In +13 dBmV (3 dB input atten.)

D

Hình trên mô tả ví dụ chi tiết về độ gain đơn vị mức xuôi chiều bao gồm một chuỗinhững khuếch đại giống nhau với mức gain 22dB Mức tín hiệu ra của khuếch đại A cũng

là mức tín hiệu vào đoạn cáp AB bằng 32dBmV Đoạn AB suy hao 22dB tại 750MHz vànhư vậy mức vào khuếch đại B bằng 10dBmV, do khuếch đại B có mức gain 22dB nênmức ra của nó bằng 32dBmV nếu ATT đầu vào đặt mức 0dB Ở đây ta có thể thấy rõ ràngrằng độ gain đơn vị được xác lập do độ gain 22dB của khuếch đại B bằng mức suy hao củađoạn cáp AB hay mức ra 32dBmV của khuếch đại A bằng mức ra 32dBmV của khuếch đạiB

Đoạn BC bao gồm cáp và thiết bị chia thụ động, thiết bị chia này có mức suy haocổng in-out bằng 2dB (insertion loss) và suy hao cáp bằng 14dB, tổng suy hao là 16dB.Đoạn BC hiển nhiên có mức suy hao không bằng mức gain của khuếch đại C, do vậy, cầnđặt ATT đầu vào khuếch đại C có suy hao mức 6dB nhằm làm tăng mức suy hao đoạn BClên đúng 22dB bằng mức gain 22dB của khuếch đại C Như vậy mức ra 32dBmV củakhuếch đại B bằng mức ra 32dBmV của khuếch đại C, độ gain đơn vị được xác lập Ở đây,cần hiểu rõ mức tín hiệu được khuếch đại là mức tín hiệu vào tầng khuếch đại đầu tiên củathiết bị khuếch đại sau khi đi qua các modun ATT (đánh suy hao) và EQ (tạo độ dốc).Đoạn BD có tổng suy hao do cáp và cổng chia bằng 19dB, điều này có nghĩa rằng cầngiá trị suy hao 3dB thêm tại đầu vào khuếch đại D Như vậy, độ gain đơn vị được thiết lập

do 22dB suy hao đoạn BD bằng mức gain 22dB của khuếch đại Đ và mức ra 32dBmV củakhuếch đại B bằng mức ra 32dBmV của khuếch đại D

Như vậy, ta có thể thấy rằng điểm gain đơn vị của hướng xuôi chiều là điểm đầu ra(output) của khuếch đại Trong một chuỗi khuếch đại giống nhau, nhiệm vụ là phải đạtđược mức tín hiệu giống nhau tại điểm gain đơn vị của các khuếch đại

Chúng ta đã hiểu được thế nào là thiết lập độ gain đơn vị cho mạng hướng xuôi chiều.Vậy, điểm gain đơn vị sẽ được thiết lập ở giá trị bao nhiêu? Mời các bạn quay về phần tínhtoán nhiễu, méo hài trên mạng xuôi chiều (mục II) và phương pháp cân bằng nhiễu- hài(mục I.3) chương II để tìm câu trả lời

III Độ gain đơn vị trong hướng ngược chiều:

Đối với hướng ngược chiều, độ gain đơn vị cũng có tầm quan trọng tương đương Đểhướng ngược chiều được hoạt động tốt, độ gain đơn vị nhất thiết phải đồng nhất trên toànmạng.

IN +20 dBmV

IN

+20 dBmV

IN +20 dBmV

OUT +24 dBmV (11 dB output atten.)

OUT +25 dBmV (10 dB output atten.)

OUT +30 dBmV (5 dB output atten.)

D

Hình trên mô tả chi tiết ví dụ về độ gain đơn vị trong hướng ngược chiều Sơ đồ thiết

bị này chính là sơ đồ ví dụ trong mục II, chỉ khác suy hao ở đây được tính tại tần số30MHz thay cho 750MHz Các khuếch đại có modun khuếch đại ngược dòng giống nhau

và cùng mức gain 15dB Giống như trường hợp độ gain đơn vị của hướng xuôi chiều, mứcgain của khối khuếch đại ngược chiều phải bằng mức suy hao của cáp và thiết bị chia trongđoạn cáp nằm sau khối khuếch đại ngược chiều đó Điểm gain đơn vị của hướng ngượcchiều là giống điểm gain đơn vị của hướng xuôi chiều về mặt vị trí vật lý Theo chiều tínhiệu chạy thì điểm gain đơn vị hướng xuôi chiều nằm ở đầu ra khối khuếch đại xuôi chiều,ngược lại, điểm gain đơn vị hướng ngược chiều nằm ở đầu vào khối khuếch đại ngượcchiều Khi độ gain đơn vị hướng ngược được thiết lập, mức tín hiệu vào khuếch đại bằngmức tín hiệu ra khỏi đoạn cáp nằm sau khối khuếch đại đó, đây cũng chính là mức tín hiệuvào khuếch đại ngược dòng tiếp theo