Một số giải pháp nâng cao chất lượng cho hệ thống truyền hình cáp.

Những năm gần đây truyền hình quảng bá không đáp ứng kịp 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, truyền hình cáp đã tạo những bước phát triển mạnh mẽ. Lợi ích của truyền hình cáp đối với xã hội như: Làm giảm số hộ gia đình thu sóng truyền hình bằng anten trời, bảo đảm mỹ quan thành phố và khu dân cư, nâng cao chất lượng hình ảnh, âm thanh; Tăng số kênh phục vụ để đáp ứng nhu cầu, thị hiếu của nhân dân. Kết hợp với mạng internet và cung cấp những dịch vụ gia tăng khác. Người xem không những các chương trình truyền hình quảng bá mà còn có nhu cầu nhận được thông tin tức thời các diễn biến, biến cố xảy ra mọi lúc mọi nơi trên thế giới, kể cả những đòi hỏi về học tập giải trí, giao dịch mua sắm ngay trên thiết bị truyền hình của mình. Ngoài ra trong từng khán giả còn có nhu cầu khác nhau, thời gian khác nhau và yêu cầu đáp ứng các nhu cầu riêng lẻ. Hiện nay Truyền hình cáp có thể đáp ứng các yêu cầu trên. Vì vậy em chọn đề tài: Một số giải pháp nâng cao chất lượng cho hệ thống truyền hình cáp với những nội dung sau:Chương 1: Tổng quan về truyền hình cáp.Chương 2: Cấu trúc và hoạt động của hệ thống truyền hình cáp hiện tại.Chương 3: Một số giải pháp nâng cao chất lượng hệ thống truyền hình cápMặc dù em đã nỗ lực hoàn thành đề tài này nhưng do còn những hạn chế về thời gian và hiểu biết của bản thân nên không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, em mong nhận được sự góp ý của các thầy cô và các bạn để phục vụ thêm cho công tác học tập và nghiên cứu của mình trong tương lai.

Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời cảm ơn LỜI CẢM ƠN Với lòng kính trọng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trường dạy bảo thầy cô trình em học trường Em xin đặc biệt cảm ơn Giảng viên , người hướng dẫn trực tiếp, bảo tận tình cho em Đồ án khó hoàn thành thiếu giúp đỡ, khuyến khích ý kiến đóng góp quý báu cô Cảm ơn bố mẹ, em gái, bạn bè bạn lớp bên cạnh cổ vũ, động viên tinh thần để em vượt qua khó khăn Đồ án thực thời gian ngắn, cố gắng tìm hiểu kiến thức có hạn nên chắn nhiều thiếu sót Rất mong thầy cô góp ý để đồ án hoàn Cuối cùng, em xin kính chúc thầy, cô gia đình luôn mạnh khỏe thành công nghiệp cao quý Hà Nội, ngày tháng năm 201 Sinh viên Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục MỤC LỤC Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Đồ án tốt nghiệp Đại học tự Từ viết tắt kí TỪ VIẾT TẮT VÀ KÍ TỰ Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt CA Conditional Access Truy cập có điều kiện CBC Cypher Block Chaining Mã hóa CBC CATV Community Antenna Televison Hệ thống truyền hình cáp CoS Class of Service Cấp dịch vụ DOCSIS Data Over cable Service Interface Specification Chuẩn truyền liệu tốc độ cao EMM Entitlement Management Message Bản tin quản lý quyền truy cập FCC Federal Communications Commission Ủy ban truyền thông liên bang FDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh theo tần số HFC Hybrid Fiber Coaxial Mạng kết hợp cáp quang cáp đồng trục HS Headend system Hệ thống trung tâm GOP Group of picture Nhóm hình ảnh IGMP Internet Group Management Protocol Giao thức quản lý nhóm Internet IP Internet Protocol Giao thức mạng Internet IPTV Internet Protocol Television Truyền hình qua giao thức Internet MPEG Moving Picture Experts Group Nhóm chuyên gia hình ảnh động OSI Open Systems Interconnection Reference Model Mô hình tham chiếu kết nối hệ thống mở QPSK Quadrature Phase Shift Keying Dịch pha bậc hai QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ bậc hai SAS Subscruber Authorization System Hệ thống quản lý kỹ thuật hệ thống CA SMS Subscriber Management System Hệ thống quản lý thuê bao Đồ án tốt nghiệp Đại học tự VoD Từ viết tắt kí Video-on demand Video theo yêu cầu Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời nói đầu LỜI NÓI ĐẦU Những năm gần truyền hình quảng bá không đáp ứng kịp tăng nhu cầu thưởng thức chương trình truyền hình chất lượng cao, nội dung phong phú tiến công nghệ, truyền hình cáp tạo bước phát triển mạnh mẽ Lợi ích truyền hình cáp xã hội như: Làm giảm số hộ gia đình thu sóng truyền hình anten trời, bảo đảm mỹ quan thành phố khu dân cư, nâng cao chất lượng hình ảnh, âm thanh; Tăng số kênh phục vụ để đáp ứng nhu cầu, thị hiếu nhân dân Kết hợp với mạng internet cung cấp dịch vụ gia tăng khác Người xem chương trình truyền hình quảng bá mà có nhu cầu nhận thông tin tức thời diễn biến, biến cố xảy lúc nơi giới, kể đòi hỏi học tập giải trí, giao dịch mua sắm thiết bị truyền hình Ngoài khán giả có nhu cầu khác nhau, thời gian khác yêu cầu đáp ứng nhu cầu riêng lẻ Hiện Truyền hình cáp đáp ứng yêu cầu Vì em chọn đề tài: Một số giải pháp nâng cao chất lượng cho hệ thống truyền hình cáp với nội dung sau: Chương 1: Tổng quan truyền hình cáp Chương 2: Cấu trúc hoạt động hệ thống truyền hình cáp Chương 3: Một số giải pháp nâng cao chất lượng hệ thống truyền hình cáp Mặc dù em nỗ lực hoàn thành đề tài hạn chế thời gian hiểu biết thân nên không tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, em mong nhận góp ý thầy cô bạn để phục vụ thêm cho công tác học tập nghiên cứu tương lai Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2: Cấu trúc hoạt động hệ thống truyền hình cáp CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH CÁP 1.1 Lịch sử phát triển Tín hiệu truyền hình quảng bá tín hiệu phức tạp sử dụng truyền thông thương mại Tín hiệu bao gồm kết hợp kỹ thuật điều chế biên độ, tần số, pha tất kênh 6MHz với trình phát đơn biên Hệ thống truyền hình cáp (CATV) xuất vào năm cuối thập niên 40 Thuật ngữ CATV xuất vào năm 1948 Mỹ thực thành công hệ thống truyền hình cáp hữu tuyến (Cable Televison) Một năm sau, Mỹ hệ thống truyền hình anten chung (CATV- Community Antenna Televison) cung cấp dịch vụ thuê bao đường truyền vô tuyến lắp đặt thành công từ thuật ngữ CATV dùng để chung cho hệ thống truyền hình cáp vô tuyến hữu tuyến Mục tiêu ban đầu truyền hình cáp phân phát chương trình quảng bá tới khu vực điều kiện khó khăn địa hình thu anten thông thường Theo thời gian với phát triển công nghệ điện tử - viễn thông, truyền hình cáp phát triển mạnh mẽ toàn giới với hàng trăm triệu thuê bao : Phát triển Mỹ, Châu Âu phát triển mạnh mẽ Châu Á từ Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc, Ấn Độ, Đài Loan, Singapore, Thái Lan, Việt Nam, Băngladesh, Campuchia phát triển mạnh mẽ loại Truyền hình Cáp Một hệ thống cáp đơn giản nối tín hiệu truyền hình thu từ anten tới thuê bao tạo cáp đồng trục khuếch đại băng rộng Những khuếch đại chế tạo việc sử dụng đèn điện tử cấp nguồn riêng 120 VAC, nguồn điện nguy hiểm Những khuếch đại sử dụng thời gian dài trước hội chăm sóc sức khoẻ an toàn nghề nghiệp sở lao động Hoa Kỳ thành lập Tầng khuếch đại cáp dễ bị ảnh hưởng nhiệt độ, điều chỉnh liên tục nhân viên kĩ thuật cần thiết để hạn chế độ lợi đáp ứng tần số Sự suy giảm cáp gia tăng rõ rệt tần số mang hình tăng, điều làm cho hệ thống cáp ban đầu mang từ kênh đến kênh 6, hệ thống gọi hệ thống năm kênh Những trạm truyền hình nhận tín hiệu tần số Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2: Cấu trúc hoạt động hệ thống truyền hình cáp siêu cao (UHF) kênh từ đến 13 sau thiết bị đầu cuối biến đổi thành kênh băng tần từ đến Tại thời điểm đó, vào đầu năm 1950, năm kênh nhiều người thuê bao phải chịu đựng nhiều lỗi thời vấn đề kỹ thuật hệ thống ngày Những mạng ban đầu lắp đặt sử dụng cấu trúc mà tất tín hiệu bắt nguồn từ vị trí đầu cuối phân phối đến người đăng ký riêng lẻ qua chuỗi chính, nhánh nhánh nhỏ hình sau Mạng topo cần khuếch đại tương tự để nâng mức tín hiệu đến mức chấp nhận dựa vùng dịch vụ bao phủ Tuy nhiên tất lợi ích việc giải vấn đề đội lợi hay tổn hao bù đắp nhiễu méo quy cho mạch khuếch đại Những mạch khuếc đại tương tự ý thảo luận truyền thông loại trừ hết nhiễu Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2: Cấu trúc hoạt động hệ thống truyền hình cáp Hình 1.1 Cấu trúc CATV Khi mà dây cáp trở nên khan có thêm nhiều hệ thống xây dựng, nhà sản xuất đáp lại việc cải thiện lại khuếch đại dây cáp Cáp với vỏ bọc nhôm bên đổ đầy bột polyethelence dây dẫn nhôm phủ đồng sớm trở thành tiêu chuẩn công nghiệp Trong suốt năm 60 70 kiểu dây cáp có hai loại kích cở chính: loại có đường kính 0,412 inch 0,500 inch Cáp 0,412 inch sử dụng làm dây feeder loại 0,500 inch sử dụng cho mục đích trung chuyển Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2: Cấu trúc hoạt động hệ thống truyền hình cáp - Bên cạnh đó, việc thiết kế hệ thống cải thiện, thay nối thuê bao tới hệ thống khuếch đại cáp đơn sơ đồ vận chuyển tín hiệu theo dạng hệ thống trunk – feeder phát triển Tại hệ thống cáp (trunk) cho tín hiệu truyền hình từ thiết bị đầu cuối tới đầu hệ thống, mà đầu biến đổi theo khoảng cách số lượng đường chia hệ thống Những cáp dẫn (feeder) nối tới thuê bao bắc cầu từ hệ thống đường cáp khuếch đại trung chuyển (trunk amplifier), cung cấp cách ly hệ thống thuê bao với hệ thống cáp Với phát triển transistor, khuếch đại cáp sớm cải thiện hiệu suất tiêu hao công suất thấp Trong năm 1960 mạng dây dẫn (feeder) cung cấp tín hiệu tới thuê bao gọi pressure tap Về bản, lỗ lấy lõi bên vỏ bọc nhôm chân trung tâm nối đặt vào lổ để nối tới dây dẫn trung tâm Những sợi nối loại giữ cung cấp áp suất để giữ chặt thiết bị nối với dây cáp Một mạch nhỏ điện trở tụ điện cung cấp cáp trở kháng 75 ohm (Ω) phù hợp với dây cáp cách ly với dây dẫn tới thuê bao - Việc kết nối cáp cải thiện, nhiều kiểu thiết kế dùng năm 60 70 Vấn đề lúc giử cho chổ nối kính chịu đựng thời tiết , để tránh ẩm làm hư hỏng cáp hạn chế phản xạ suy hao tín hiệu Bằng việc hệ thống cáp xây dựng công nghệ sản phẩm cải tiến, hình ảnh cung cấp tốt hơn, xác thực Thêm vào đó, kênh tần số cao (VHF), từ kênh đến kênh 13 sử dụng nâng tổng số kênh lên 12 kênh Khi hệ thống phát triển nối định hướng chia tín hiệu cải thiện, điều làm xuất thiết bị nối nhiều đường tới thuê bao Những thiết bị nối ban đầu có cổng tới thuê bao Ngày thiết bị nối có cổng thông dụng, đặt biệt vùng dân cư đông đúc Những khuếch đại cải thiện hình thức giá Từ khuếch đại truyền âm không chuẩn từ kênh đến kênh giảm xuống băng tần loại khuếch đại đại, thường phổ băng tần mang nhiều chương trình 10 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2: Cấu trúc hoạt động hệ thống truyền hình cáp Các hệ thống cáp đồng trục phức tạp thiết kế vận hành hoạt động Việc giữ cho công suất cân cho tất thuê bao vấn đề khó Để giải nhược điểm trên, nhà cung cấp tới ý tưởng sử dụng cáp quang thay cho cáp hoàn toàn đồng trục 2.1.2 Mạng kết hợp cáp quang cáp đồng trục (HFC – Hybrid Fiber Coaxial) HFC - Hybrid Fiber Coaxial: sử dụng đồng thời cáp quang cáp đồng trục để truyền dẫn tín hiệu Việc truyền tín hiệu chia làm giai đoạn: - Giai đoạn 1: Tín hiệu từ trung tâm đến nút quang sử dụng cáp quang - Giai đoạn 2: Tín hiệu từ nút quang đến thuê bao sử dụng cáp đồng trục Mạng HFC triển khai theo nhiều cấp độ tuỳ theo quy mô mạng - Với quy mô nhỏ sử dụng sơ đồ hình sao, với quy mô mạng lớn sử dụng sơ đồ hình vòng kín Độ an toàn mạng tăng lên nhờ cấu trúc hình vòng kính * Ưu điểm :Dải thông cực lớn, suy hao tín hiệu thấp, bị nhiễu điện từ, chống lão hoá ăn mòn hoá học tốt * Nhược điểm: Do không sử dụng khuếch đại tín hiệu cao tần, tín hiệu suy hao cáp không bù đắp dẫn đến hạn chế lớn bán kính phục vụ mạng Do không kéo cáp đồng trục xa, số lượng thuê bao phục vụ node quang giảm Để phục vụ lượng thuê bao lớn sử dụng khuếch đại tín hiệu, cần kéo cáp quang đến gần thuê bao tăng số node quang dẫn đến tăng chi phí lớn mạng 2.1.3 Mạng quang hoá hoàn toàn - Một mạng truyền dẫn quang hoá hoàn toàn từ nhà cung cấp dịch vụ đến tận thuê bao ước mơ của nhà cung cấp dịch vụ truyền viễn thông nhờ ưu điểm tuyệt vời cáp quang Tuy nhiên, việc truyển khai mạng quang hoàn toàn thời điểm gặp số nhược điểm sau : + Giá thành cáp quang, thiết bị phát quang, chia quang,… cao so với thiết bị tưng ứng cho cáp đồng trục 54 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2: Cấu trúc hoạt động hệ thống truyền hình cáp Hiện thiết bị đầu cuối truyền hình cáp thuê bao hoàn toàn đầu vào quang, muốn thu chương trình cần có thiết bị thu quang chuyển đổi quang sang tín hiệu RF Đây trở ngoại lớn thiết bị chưa có sẵn dân dụng giá thành cao - Căn vào phân tích ưu điểm nhược điểm ba phương án nêu trên, ta đưa kết luận sau: - Sử dụng cáp quang hoàn toàn cho mạng truyền dẫn tín hiệu truyền hình cáp hữu tuyến điều lý tưởng mặt kỹ thuật Tuy nhiên, xét mặt kinh tế việc sử dụng quang hoá hoàn toàn lợi khó khả thi giá thành cao - Khi so sánh giũa phương án sử dụng cáp đồng trục hoàn toàn với phương án sử dụng kết hợp cáp quang cáp đồng trục cho thấy với quy mô mạng nhỏ, có dung lượng khoảng từ 5000 thuê bao trở lại cáp đồng trục hoàn toàn có chi phí thấp bảo đảm chất lượng Mạng có quy mô lớn từ 10000 thuê bao trở lên sử dụng mạng kết hợp HFC gía thành thấp chất lượng tín hiệu tốt hơn, quy mô mạng lớn phương án mạng HFC hiệu Ngoài dịch vụ truyền hình cáp có tính ưu việt sau: - Dịch vụ CATV cung cấp cho bạn khả kết nối internet nhanh gấp 100 lần tốc độ internet qua đường điện thoại Một dịch vụ an toàn ,hiệu - Truyền hình theo yêu cầu (VOD) hệ thống cung cấp dịch đa phương tiện (multimedia) , khách hàng lựa chọn dịch vụ từ sở liệu lưu trữ sẵn trung tâm theo ý muốn - Trên sở hạ tầng mạng HFC tốc độ cao, hỗ trợ chất lượng dịch vụ (QoS) cho ứng dụng chạy mạng xây dựng hệ thống truyền hình hội nghị tư xa với tốc độ chất lượng hẳn mạng khác ADSL ISDN … 2.2 Mạng HFC 2.2.1 Kiến trúc mạng HFC HFC (Hybird Fiber Coaxial) mạng kết hợp cáp quang cáp đồng trục để tạo mạng băng rộng HFC sử dụng cho cable TV từ thập niên 1990 Sơ đồ kiến trúc mạng HFC cho hình 2.2 55 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2: Cấu trúc hoạt động hệ thống truyền hình cáp Hình 2.26 Mô hình Mô hình kiến trúc mạng HFC Mạng cáp quang mở rộng từ headend chủ (master headend) đến headend vùng (regional headend), hubsite mạng lân cận sau nút chuyển đổi quang-điện (fiber optic node) để phục vụ từ 500 – 2000 thuê bao nơi Master headend thường có antenna parabol vệ tinh để thu hút tín hiệu video không gian luồng IP Một số master headend bao gồm thiết bị điện thoại để cung cấp dịch vụ viễn thông đến công cộng Một regional headend thu tín hiệu video từ master headend thêm vào kênh phủ, kênh giáo dục, kênh công cộng phép, đưa vào chương trình quảng cáo Fiber optic node có thu phát quang băng rộng có khả chuyển đổi tín hiệu điều chế quang chiều xuống đến từ headend thành tín hiệu điện gửi đến thuê bao, chuyển đổi tín hiệu điện đến từ thuê bao thành tín hiệu quang cho chiều ngược lại Tín hiệ điện chiều xuống gửi đến cho thuê bao tín hiệu điện điều chế RF nằm dải tần từ 50 MHz – 1000 MHz Cáp quang nối optical node đến headend hub theo point-to-point star topology ring topology Fiber optic node có reverse path transmitter để gửi thông tin từ thuê bao đến headend Ở Mỹ tín hiệu theo chiều ngược lại có điểu chế RF dải tần từ MHz- 42 MHz, khu vực khác từ MHz – 65 Mhz 56 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2: Cấu trúc hoạt động hệ thống truyền hình cáp Phần cáp đồng trục mạng kết nối từ 25 – 2000 thuê bao (thường 500 thuê bao) theo cấu hình dạng dạng nhánh Các khuếch đạt RF sử dụng để khuếch đại tín hiệu, bù lại suy hao cáp, suy hao khác có nguyên nhân từ chia cáp rẽ cáp Các cáp đồng trục trung kế kết nối đến optical node có dạng coaxial backbone để phân phố cáp kết nối nhỏ Các cáp trung kế tải nguồn AC từ 60V đến 90V Nguồn AC cung cấp cho khuếch đại Từ cáp trung kế, cáp phân phối nhỏ kết nối đến cổng khuếch đại trung kế để tải tín hiệu RF nguồn AC xuống nhánh mạng riêng biệt Khi cần thiết, kéo dài dây với khuếch đại phân phố nhỏ khuếch đại tín hiệu để giữ công suất tín hiệu TV mức mà TV chấp nhận Các dây phân phối mắc vào rẽ nhánh từ điểm rẽ riêng biệt để dẫn đến nhà thuê bao Các rẽ nhánh dẫn tín hiệu RF chặn lại nguồn AC trừ có thiết bị điện thoại cần thiết có nguồn dự phòng an toàn cung cấp từ hệ thống nguồn cáp đồng trục Dây rẽ nối đến nhà thuê bao, cần có nối đất để bảo vệ hệ thống từ điện áp nhiễu Tùy vào thiết kế mạng, tín hiệu qua chia để đến lúc nhiều TV Trường hợp có nhiều TV kết nối, chất lượng hình ảnh tất TV nhà xấu 2.2.2 Truyền dẫn mạng HFC Sử dụng ghép kênh theo tần số FDM, nên mạng HFC mang nhiều dịch vụ khác nhau, bao gồm truyền hình tương tự, truyền hình số HDTV, truyền hình theo yêu cầu VOD, điện thoại, truyền liệu tốc độ cao Đường truyền hướng xuống hướng lên dùng chung cáp đồng trục, đường truyền hai chiều mạng từ headend/hub office đến thuê bao, từ thuê bao đến headend/hub office Các tín hiệu chiều xuống mang tin tức từ headend/hub tới cá thuê bao, nội dung video, thoại liệu internet Các tín hiệu chiều lên từ thuê bao đến headend/hub office mang tín hiệu điều khiển set-top-box (STB), liệu cable modem thoại Như vậy, mạng HFC cấu trúc không đối xứng Những năm trước đây, kênh chiều lên sử dụng cho vài tín hiệu điều khiển để yêu cầu phim, tín hiệu giám sát trạng thái Các ứng dụng đòi hỏi băng thông bé Sau dịch vụ cộng thêm đưa vào mạng HFC, liệu internet thoại, kênh chiều lui sử dụng nhiều 57 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2: Cấu trúc hoạt động hệ thống truyền hình cáp Cable Multiple System Operators (MSOs) phát triển phương pháp để gửi dịch vụ tín hiệu RF cáp quang cáp đồng trục Phương pháp nguyên thủy để truyền video mạng HFC mà sử dụng rộng rãi điều chế kênh TV tương tự tiêu chuẩn, giống phương pháp sử dụng để truyền dẫn kênh truyền hình quảng bá không gian Một kênh TV tương tự chiếm băng thông MHz Mỗi kênh có tần số trung tâm làm sóng mang, va chạm kênh liền kề Các kênh TV số tạo cách truyền video hiệu cách dùng mã hóa MPEG-2 MPEG-4 kênh QAM 2.2.3 Khả băng thông - Phổ kênh chiều xuống 550 MHz- 750 MHz - Phổ kênh chiều lên 5MHz- 42MHz - Phổ 550 MHz- 750 MHz cho 33 kênh 6MHz - Phổ MHz- 42MHz cho 20 kênh 1.8MHz +) 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 2.2.4 An toàn môi trường HFC Các vấn đề an toàn bí mật mạng HFC khác từ mạng có kết nối dây theo điểm- điểm truyền thống Trong trường hợp cáp đồng, mạng cung cấp kết nối trực tiếp thuê bao đến mạch đường dây tổng đài nội hạt, việc nghe trộm thực không dễ dàng đường dây dùng chung Các điện đàm riêng tư dĩ nhiên bị giám sát người sử dụng nhà khác Trong mạng cáp, vấn đề an toàn trở nên khó khăn có nhiều thuê bao truy nhập vật lý đến đường dây 58 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2: Cấu trúc hoạt động hệ thống truyền hình cáp 2.2.4.1 Các yêu cầu an toàn lớp MAC Cố gắng tạo chế an toàn cho mạng truy nhập đa phương tiện dùng chung so sánh với mạng truy nhập đa truy nhập không dùng chung Các chế an toàn bao gồm sau đây: - Xác thực: Thuê bao phải tự xác nhận tính hợp lệ mạng truy nhập Thuê bao phải xác định thiết bị thuê bao quyền phục vụ thừa nhận profile dịch vụ Sự phức tạp trình xác thực phải tối thiểu Đòi hỏi dẫn giao thức nhanh đối xứng - Mật mã: Dữ liệu người dùng thuê bao giao diện HFC phải bí mật - Bảo vệ phát lại: Mạng truy nhập phải bảo vệ ngăn chặn phát lại tin trước - Quản lý khóa: Duy trì bí mật thông tin người sử dụng then chốt mạng an toàn - Sự thuận lợi người sử dụng đầu cuối: Các chức an toàn hoạt động mà không đòi hỏi người sử dụng đầu cuối thực thi hoạt động hỗ trợ an toàn hệ thống - Tính suốt: Các chức an toàn phải hoạt động mà không làm giảm cấp dịch vụ (CoS-Class of Service) cung cấp cho người sử dụng - Khả xuất khẩu: Các mạng truy nhập đa phương tiện có tính chia sẻ sử dụng world wide Rất nhiều quốc gia có quy định sử dụng, nhập xuất hoạt động an toàn Các hoạt động an toàn phải tôn trọng triệt để quy định xuất nhập - Truyền liệu tin cậy: Các mạng truy nhập đa phương tiện chia sẻ phải có dung sai lỗi bit cho tối thiểu mở rộng lỗi Các lỗi bit đường truyền dẫn đơn phải không nguyên nhân làm cho khối bit bị gián đoạn việc mở rộng lỗi vô hạn Hệ thống phải khôi phục đồng cách tức sau có gián đoạn truyền dẫn liệu 59 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2: Cấu trúc hoạt động hệ thống truyền hình cáp - An toàn vật lý: An toàn truy nhập đa phương tiện chia sẻ phải không lệ thuộc vào phần tử an toàn vật lý ngoại trừ thuộc tính có loại mạng HFC - Khôi phục an toàn: An toàn mạng truy nhập đa phương tiện chia sẻ phải thiết kế cho có khả thiết lập lại thông tin bảo mật (ví dụ khóa) - Khả nâng cấp: Các chế an toàn chọn cho mạng truy nhập đa phương tiện chia sẻ phải cho phép nâng cấp hay thay chế an toàn, thuật toán, mô hình an toàn 2.2.4.2 Mật mã giải mật mã Mật mã giải mật mã thực hiên thuật toán DES Chế độ mật mã sử dụng CBC (Cypher Block Chaining) Có số vấn đề kỹ thuật mật mã cần biết sau: - Mật mã sử dụng phải chứng minh công nhận - Mật mã phải thực thi phần cứng phần mềm - Mật mã phải không chiếm băng thông nhiều Dữ liệu trước sau mật mã có kích thước - Mật mã phải có độ trễ bé - Giải mật mã phải giới hạn khuếch đại lỗi - Mật mã phải tự đồng Với nguyên tắc trên, IEEE 802.14 kết hợp kỹ thuật mật mã vào hệ thống MAC cho truyền thông trạm headend bí mật xác thực Thực điều cách rốt ráo, biết địa người nghe trộm vấn đề thật giả có tự nhiên mạng cáp truyền dẫn chia sẻ Quy trình mật mã tóm tắt sau: - Trao đổi khóa: IEEE 802.14 đề nghị sử dụng giao thức trao đổi khóa DiffieHellman cho HFC 60 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2: Cấu trúc hoạt động hệ thống truyền hình cáp - Provisioning: Trong chức headend cho phép thuê bao đăng ký Chứng thực ID thuê bao cable modem sử dụng để xác định tính hợp pháp thuê bao Có hai bước cần thiết để truy nhập dịch vụ: đăng ký ID phần cứng thuê bao sử dụng trao đổi khóa bí mật Diffie- Hellman - Đăng ký: Trong chức này, thuê bao gởi yêu cầu ID cho headend Headend quan tâm đến thuê bao hợp pháp (thông qua provisioning) xử lý khóa bí mật trao đổi để thử đăng ký cho thuê bao headend không chấp nhận ID coi việc đăng ký thuê bao bị thất bại - Trao đổi khóa bí mật Diffie- Hellman: Thuật toán cho phép hai người sử dụng trao đổi an toàn khóa dùng để mật mã thông tin Thuật toàn dùng để trao đổi khóa, không dùng để mật mã giải mật mã thông tin Thuật toán Diffie- Hellman dựa tính khó bào toán logarit rời rạc trường có hạn, so sánh với việc tính lũy thừa trường Giả sử có hai người sử dụng Alice Bob Trước tiên Alice Bob thỏa thuận số nguyên tố lớn p, phần tử nguyên thủy g mod p Alice Bob thỏa thuận hai số p g kênh công khai Các bước thuật toán trình bày sau: Bước 1: Alice chọn số nguyên lớn ngẫu nhiên x tính X=gx mod p gởi X cho Bob Bước 2: Bob chọn số nguyên lớn ngẫu nhiên y tính Y = gy mod p gửi Y cho Alice Bước 3: Alice tính: k= YX mod p Bước 4: Bob tính k’= XY mod p Cả hai giá trị k k’ gxy mod p Những người công khó tính giá trị k biết giá trị p, g, X Y Vì thực phép tính logarit rời rạc mod p để khôi phục x,y khó Do đó, k khóa mật mã Alice Bob tính toán cách độc lập Viêc chọn p g ảnh hưởng đáng kể đến độ mật hệ thống Số (p-1)/2 phải số nguyên tố Cần lưu ý chọn n số nguyên tố lớn 61 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2: Cấu trúc hoạt động hệ thống truyền hình cáp Ví dụ: Alice Bob thỏa thuận chọn p= 23, g=2 Bước 1: Alice chọn x= 7, gửi cho Bob X= 27 mod 23 =13 Bước 2: Bob chọn y= 4, gửi cho Alice Y= 24 mod 23 =16 Bước : Alice tính : k= 167 mod 23=18 Bước 4: Bob tính: k’= 134 mod 23= 18 (Trong ví dụ để minh họa thuật toán nên chọn giá trị p,x,y nhỏ Trong thực tế, giá trị số p,x,y phải lớn.) IEEE 802.14 khuyến nghị giá trị p,x,y tối thiểu 512 bit Giá trị tối đa cho phép 1024 bit 2.2.5 Ưu nhược điểm mạng HFC Công nghệ HFC công nghệ lại ghép cáp quang cáp đồng trục, sử dụng cấu hình mạng cáp quang cáp đồng trục để truyền phân phối dịch vụ truyền hình kỹ thuật số Hiện nay, công nghệ công ty truyền hình cáp sử dụng phổ biến Việc truyền tín hiệu từ trung tâm đến code quang cáp quang từ node quang đến thuê bao cáp đồng trục Các mạng xây dựng sử dụng công nghệ HFC có số đặc tính khiến trở nên lý tưởng việc xử lý dịch vụ hệ mới: - Mạng HFC có khả truyền dẫn đồng thời tín hiệu số tín hiệu tương tự - HFC đáp ứng khả mở rộng độ tin cậy theo yêu cầu hệ thống IPTV Đặc tính khả mở rộng hệ thống HFC cho phép nhà khai thác mạng triển khai thêm dịch vụ mà không cần thay đổi toàn cấu trúc mạng - HFC mô hình "pay as you go", nghĩa “dùng trả tiền nhiêu” phù hợp với việc đầu tư sở hạ tầng với dòng doanh thu mới, giảm bớt hoạt động nâng cao độ tin cậy - Các đặc tính vật lý cáp đồng trục cáp quang hỗ trợ mạng hoạt động tốc độ cao Sử dụng cáp quang để truyền tín hiệu, mạng HFC sử dụng ưu điểm vượt trội cáp quang so với phương tiện truyền dẫn khác: Dải thông cực lớn, suy hao 62 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2: Cấu trúc hoạt động hệ thống truyền hình cáp tín hiệu thấp, bị nhiễu điện từ, chống lão hóa ăn mòn hóa học tốt Với sợi quang sản xuất với công nghệ đại ngày nay, sợi quang cho phép truyền tín hiệu có tần số lên tới hàng trăm THz (1014 – 1015 Hz).Đây dải thông tín hiệu vô lớn, đáp ứng yêu cầu dải thông đường truyền mà không phương tiện truyền dẫn khác có Tín hiệu quang truyền sợi quang chủ yếu nằm hai cửa sổ bước sóng quang 1310nm 1550 nm Đây cửa sổ có suy hao tín hiệu nhỏ: 0.3 dB/km với bước sóng 1310 nm 0.2 nm với bước sóng 1550nm Trong với sợi cáp đồng trục loại suy hao thấp phải 43 dB/km tần số GHz Tín hiệu truyền sợi cáp tín hiệu quang, không bị ảnh hưởng nhiễu điện từ từ môi trường dẫn đến đảm bảo chất lượng tín hiệu đường truyền Được chế tạo từ chất trung tính Plastic thủ tinh, sợi quang vật liệu không bị ăn mòn hóa học dẫn đến tuổi thọ sợi cao Nếu sợi quang bị đứt có trường hợp dự phòng cáp đồng trục +) Khuyết điểm: - Mặc dù mạng HFC cải thiện đáng kể chất lượng tín hiệu truyền hình mạng truy nhập sử dụng thiết bị tích cực khuếch đại tín hiệu nhằm bù suy hao cáp để truyền tín hiệu xa Trục trặc mạng truyền hình cáp phần lớn xảy ta khuếch đại thiết bị ghép nguồn cho chúng Các thiết bị nằm rải rác mạng nên việc định vị, sửa chữa thông thường thực nhanh được, ảnh hưởng đến chất lượng phục vụ khách hàng mạng Với mạng truy nhập đồng trục, cung cấp dịch vụ chiều, khuếch đại cần tích hợp phần tử khuếch đại tín hiệu cho tín hiệu ngược dòng đến độ ổn định mạng giảm - Chất lượng hình ảnh công nghệ analog - Dễ dàng bị can nhiểu lẫn cố gắng thêm nhiều kênh - Dễ bị trộm sóng không quản lý mạng cáp chặt chẽ 63 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2: Cấu trúc hoạt động hệ thống truyền hình cáp 64 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 3: CHƯƠNG 3: 3.1 3.1.1 3.1.2 Hình 3.27 3.1.3 Hình 3.28 3.1.4 Hình 3.29 Hình 3.30 3.2 3.2.1 Hình 3.31 3.2.2 Hình 3.32 65 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 3: 3.2.3 3.3 Tóm tắt chương 66 Đồ án tốt nghiệp Đại học Kết luận KẾT LUẬN Bài nghiên cứu trình bày nội dung bao gồm: Chương 1: Tổng quan truyền hình cáp: Đồ án nêu lên lịch sử phát triển, định nghĩa, ưu nhược điểm, xu hướng phát triển,…của hệ thống truyền hình cáp Chương 2: Cấu trúc hoạt động hệ thống truyền hình cáp tại: Đồ án nêu tổng quan hệ thống truyền hình cáp sâu vào mạng HFC: kiến trúc, khả băng thông, truyền dẫn mạng HFC, an toàn, ưu nhược điểm… Chương 3: Một số giải pháp nâng cao chất lượng hệ thống truyền hình cáp Do thời gian nghiên cứu có hạn nên đề tài nghiên cứu tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp từ thầy cô giáo bạn 67 Đồ án tốt nghiệp Đại học Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] ’DRISCOLL, G., NEXT GENERATION IPTV SERVICES AND TECHNOLOGIES 2007 [2] HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG, MẠNG TRUY NHẬP, 2007 [3] HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG, BÀI GIẢNG PHÁT THANH & TRUYỀN HÌNH, 2014 68 [...]... điện được khuếch đại và đưa đến thuê bao Tại thuê bao của truyền hình cáp số có một hệ thống truy cập có điều kiện Tiến bộ của truyền hình cáp số là có thể kết nối giữa máy tính với máy thu hình qua hộp giải mã Set-top-box số và có khả năng truyền Internet Hình 1.12 Sơ đồ khối của một hệ thống truyền hình cáp số 1.9.2.2 Hệ thống truyền hình cáp số a) Headend Headend là trung tâm thu và phát tín hiệu,... như giúp cho các trung tâm truyền hình dễ dàng quản lý các thuê bao Cấu tạo của một hệ thống truyền hình cáp số cũng tương tự như hệ thống truyền hình cáp tương tự Tổng quát, một hệ thống truyền hình cáp số bao gồm các khối chức năng như: thu tín hiệu số, mã hóa nén, ghép kênh, điều chế và sau đó sẽ được truyền đi đến thuê bao Tại thuê bao sẽ được lắp đặt một Set-top-box số để thu tín hiệu và giải mã... thống truyền hình cáp hiện TV hiện tại và VCRs có thể chọn trực tiếp kênh mà không cần bộ chuyển đổi Đôi khi chúng ta lại cần một số bộ đặc biệt để chuyển đổi tín hiệu đã được xáo trộn trong các kênh chất lượng cao Và lúc đó bộ chuyển đổi bao gồm cả bộ giải xáo trộn tín hiệu 1.9.2 Hệ thống truyền hình cáp số 1.9.2.1 Tổng quan truyền hình cáp số Truyền hình cáp số là truyền hình có chất lượng cao thỏa mãn... đích truyền hình cáp là chọn lọc, cung cấp nhiều chương trình truyền hình hay phục vụ cho khán giả Để phục vụ cho nhu cầu cao hơn các trung tâm truyền hình cáp còn có thể cung cấp hệ thống mạng truyền hình tương tác, truyền hình Internet… Các mạng truyền hình cáp truyền thống CATV đã có được sự vượt trội trong việc phân phối hàng trăm kênh truyền hình đồng thời tới hàng ngàn user Mỗi user có thể chọn một. .. sử dụng Các kênh truyền hình chất lượng cao sử dụng bộ xáo trộn đồng bộ và phải sử dụng thêm bộ lọc hoặc bộ giải mã đặc biệt, nên chỉ người trả tiền cho chương trình đấy mới có thể xem được Hệ thống truyền hình cáp được thể hiện trên hình 1.8: 26 Đồ án tốt nghiệp Đại học tại Chương 2: Cấu trúc và hoạt động của hệ thống truyền hình cáp hiện Hình 1.8 Sơ đồ khối phân phối hệ thống truyền hình cáp tương... đó cho phép họ đưa ra dịch vụ triple-play video, voice và dịch vụ dữ liệu 1.3 Tổng quan kỹ thuật 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 1.3.1 Hệ thống trung tâm Hệ thống trung tâm (headend system) là nơi cung cấp quản lý chương trình, hệ thống mạng truyền hình. .. tốc độ phát triển thuê bao chậm - Chất lượng hình ảnh của công nghệ CATV tuy cao hơn so với truyền hình analog thông thường nhưng vẫn kém so với công nghệ truyền hình số hiện nay đang được triển khai ở truyền hình vệ tinh - Truyền hình cáp CATV tuy có diện phục vụ rộng hơn MATV nhưng chưa đáp ứng được số lượng thuê bao và không thể kéo dài cự ly truyền tín hiệu Nó chỉ cho 25 Đồ án tốt nghiệp Đại học... Đối với kênh tương tự khi ghép với kênh số điều chế QAM cần chú ý đến chồng phổ trong sóng mang hình và sóng mang tiếng - Có thể sử dụng hệ thống phân phối cáp cho truyền hình tương tự để phân phối kênh truyền số điều chế QAM Đối với một hệ thống truyền hình cáp thực tế, mạng phân phối thường dùng là mạng HFC, Các kênh tương tự và kênh số truyền chung trên một hệ thống phân phối Để không xảy ra sự chồng... dịch vụ cung cấp cho thuê bao Hệ thống kiểm tra và điều khiển mạng được đặt tại các trung tâm phát sóng Mục đích chính của một hệ thống như vậy là tối thiểu hóa sự gián đoạn các dịch vụ đối với thuê bao truyền hình số Hệ thống quản lý mạng sẽ quản lý các kênh truyền hình cung cấp cho thuê bao tại các trung tâm truyền hình cáp Đặc trưng của một hệ thống điều khiển Headend số tiêu biểu bao gồm: • Kiểm... động của hệ thống truyền hình cáp hiện phép truyền đến các điểm thu tập trung, không thể kéo dài quá 500m nếu vượt đường thì phải treo hay chôn cáp, rất bất tiện và tốn kém Do vậy nên các năm gần đây đã và đang pháp triển việc truyền tín hiệu bằng hệ thống mạng cáp HFC : truyền và dẫn tín hiệu bằng cáp quang và cáp đồng trục 1.9 Truyền hình cáp tương tự và truyền hình cáp số 1.9.1 Truyền hình cáp