Luan van chuyen de 240034 thiet ke mang truyen hinh cap huu tuyen chuan

MỤC LỤC Mục Lục Bảng chữ viết tắt Lời nói đầu Chương I -Tổng quan truyền hình cáp hữu tuyến .3 1.1 – Tổng quan truyền hình cáp 1.2 - Vị trí mạng truyền hình cáp xu hướng phát triển 1.3 - Các công nghệ truy nhập cạnh tranh 1.3.1 - Công nghệ ADSL (Asymetric Digital Subscriber Line) .3 1.3.2 - Fiber-In-The-Loop (FITL) 1.3.3 - Vệ tinh quảng bá trực tiếp DBS (Direct Broadcast Satellite) 1.3.4 - Dịch vụ phân phối đa điểm đa kênh (MMDS) Chương II – Kiến trúc mạng truyền hình cáp 2.1 - Kiến trúc mạng CATV truyền thống 2.2 - Kiến trúc mạng có cấu trúc 2.2.1 - Các đặc điểm mạng HFC 2.2.2 - Ưu nhược điểm mạng HFC .3 2.2.3 - Kết luận Chương III – Các thiết bị mạng quang 3.1 – Cấu tạo nguyên lý hoạt động Headend 3.1.1 - Sơ đồ khối Headend 3.1.2 - Nguyên lý hoạt động Headend .3 3.1.3 - Cấu tạo nguyên lý hoạt động máy phát quang 3.1.3.1 – Cấu tạo 3.1.3.2 – Hoạt động máy phát 3.2 – Cấu tạo hoạt động node quang 3.3 – Sợi quang 3.3.1 - Cấu tạo dạng sợi quang 3.3.2 - Sợi đơn mode sợi đa mode .3 3.3.3 - Các đặc tính sợi quang 3.3.3.1 – Suy hao 3.3.3.2 – Các nguyên nhân gây nên suy hao 3.3.4 - Độ nhạy thu quỹ công suất .3 3.3.5 - Các giới hạn suy hao .3 3.3.6 - Truyền lan ánh sáng sợi quang 3.3.6.1 – Truyền lan tín hiệu sợi quang .3 3.3.6.2 – Các mode truyền lan .3 3.3.7 - Tán sắc sợi quang Đồ án tốt nghiệp 3.3.7.1 – Tán sắc mode (Intramode Dispersion) 3.3.7.2 – Tán sắc mode 3.3.7.3 – Tán sắc tổng cộng sợi 3.3.7.4 – Sự hạn chế tán sắc .3 3.4 - Các mối hàn kết nối (Connector) mạng quang 3.4.1 - Phương pháp hàn cáp 3.4.2 - Các Connector .3 3.5 – Ghép công suất quang Chương IV - Các thiết bị mạng đồng trục 4.1 - Cáp đồng trục 4.1.1 - Suy hao phản xạ .3 4.1.2 - Trở kháng vòng .3 4.2 - Các khuếch đại RF (Radio Friquency) 4.2.1 - Đặc điểm khuếch đại 4.2.1.1 - Bộ khuếch đại trung kế 4.2.1.2 - Bộ khuếch đại fidơ 4.2.1.3 - Bộ khuếch đại đường dây .3 4.2.2 - CNR khuếch đại đơn nhiều khuếch đại nối tiếp .3 4.3 - Bộ chia rẽ tín hiệu Chương V – Phương Pháp thiết kế mạng truyền hình cáp hữu tuyến 5.1 – Lựa chọn thông số kỹ thuật cho mạng truyền hình cáp hữu tuyến 5.1.1 - Phân bố dải tần tín hiệu 5.1.2 - Tính tốn kích thước node quang cho u cầu 5.2 – Thiết kế 5.2.1 - Lựa chọn sợi quang .3 5.2.2 - Tính tốn suy hao hệ thống 5.3 – Nguyên tắc thiết kế phần mạng quang .3 5.4 – Nguyên tắc thiết kế phần mạng đồng trục 5.5 – Thuyết minh phần mạng quang 5.6 – Tính tốn phần mạng quang .3 5.7 – Thuyết minh thiết kế phần mạng đồng trục .3 5.8 – Tính tốn phần mạng đồng trục 5.9 – Thuyết minh thiết kế mạng HFPC .3 5.10 – Tính tốn mạng HFPC .3 5.11 – So sánh mạng HFC mạng HFPC Kết luận Tài liệu tham khảo .3 Đồ án tốt nghiệp ADSL AGC APD ATM BER CATV CNR CO DFB DWDM DBS DSL DSLAM EQ FDM FTTC FTTB FTTH FITL GI GVD HDT HFC HFPC HFW HFR HPF ISDN LPF MDF MMDS NA ONU BẢNG CHỮ VIẾT TẮT Asymetric Digital Subcriber Loop Vịng Th bao số khơng đối xứng Automatic Gain Control Tự điều chỉnh hệ số khuếch đại Angled Physical Contact Tiếp xúc góc Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền không đồng Bit Error Rate Tỉ số lỗi bit Community Antenna Television Hệ thống truyền hình cáp cộng đồng System Tỉ số sóng mang nhiễu Carrier-to-Noise Ratio Tổng đài trung tâm Central Office Laser hồi tiếp phân tán Distributed Feedback laser Ghép kênh phân chia theo mật độ Dense Wavelength Division bước sóng Multiplexing Vệ tinh quảng bá trực tiếp Direct Broatcast Satellite Đường thuê bao số Digital Subscriber Line Ghép kênh truy nhập đường thuê bao DSL Access Multiplexing số Khối cân Equalizer Ghép kênh phân chia theo tần số Frequency Division Multiplexing Cáp quang đến khu vực Fiber To The Curb Cáp quang đến nhà Fiber To The Building Cáp quang đến gia đình Fiber To The Home Cáp quang mạng thuê bao Fiber In The Loop Chỉ số chiết suất Gradient Gratded Index Tán sắc vận tốc nhóm Group Velocity Dispersion Thiết bị đầu cuối số trung tâm Host Digital Terminal Mạng lai cáp quang/ cáp đồng trục Hybrid Fiber/ Coaxial network Mạng HFC thụ động Hybrid Fiber Passive/ Coaxial network Mạng lai cáp quang/ không dây Hybrid Fiber/ Wireless network Mạng lai cáp quang/ vô tuyến Hybrid Fiber/ Radio network Bộ lọc thông cao Hight Pass Filter Mạng liên kết số đa dịch vụ Intergrated Services Digital Network Bộ lọc thông thấp Low Pass Filter Giá phối dây Main Distribution Frame Dịch vụ phân phối đa điểm đa kênh Multipoint Multichanel Distribution Service Khẩu độ số Numerical Aperture Đơn vị mạng quang Đồ án tốt nghiệp OTU POTS QPSK QAM RF SDH SI STB SMF STM VOD Optical Network Unit Optical Terminal Unit Plain Old Telephone Service Quadrature Phase Shift Keying Quadrature Ampliture Modulation Radio Frequency Synchronous Digital Hierarchy Step Index Set – Top - Box Single Mode Fiber Synchronous Transfer Mode Video On Demand Đồ án tốt nghiệp Đơn vị đầu cuối quang Dịch vụ thoại thông thường Điều chế khoá dịch pha cầu phương Điều chế biên độ cầu phương Tần số cao tần Phân cấp số đồng Chỉ số chiết suất phân bậc Đầu thu tín hiệu số Sợi quang đơn mode Phương thức truyền đồng Truyền hình theo u cầu LỜI NĨI ĐẦU Truyền hình cáp (CATV) từ lâu khơng cịn xa lạ người dân nước phát triển giới Tuy nhiên việc phát triển mở rộng mạng truyền hình cáp chưa quan tâm nhiều trước mạng truyền hình cáp đơn cung cấp dịch vụ truyền hình, khơng thể cung cấp dịch vụ khác thoại, số liệu…Thuật ngữ CATV xuất lần vào năm 1948 Mỹ thực thành cơng hệ thống truyền hình cáp hữu tuyến thuật ngữ CATV hiểu hệ thống truyền hình cáp hữu tuyến (Cable TV) Một năm sau, Mỹ hệ thống truyền hình cộng đồng sử dụng anten (Community Antenna Television-CATV) cung cấp dịch vụ cho thuê bao đường truyền vô tuyến lắp đặt thành công Từ thuật ngữ CATV dùng để chung cho hệ thống truyền hình cáp vơ tuyến hữu tuyến Những năm gần đây, tăng nhu cầu thưởng thức chương trình truyền hình chất lượng cao, nội dung phong phú tiến cơng nghệ, mạng truyền hình cáp có bước phát triển mạnh mẽ Giờ không cung cấp chương trình truyền hình thỏa mãn nhu cầu ngày cao người xem mà chúng trở thành tiềm lực cạnh tranh đáng kể mạng viễn thông khác cung cấp dịch vụ viễn thơng Tại Việt Nam có dịch vụ truyền truyền hình quảng bá, dịch vụ truyền hình MMDS dịch vụ truyền hình cáp hữu tuyến Truyền hình quảng bá sử dụng mơi trường hồn tồn khơng khí để truyền tín hiệu thuê bao việc cắm anten để thu tín hiệu từ anten phát đài truyền hình xem chương trình nên th bao khơng cần phải đóng cước dịch vụ nhà sản xuất chương trình khơng phải tốn phương tiện truyền dẫn Tuy nhiên chương trình truyền hình tương tự sử dụng dải tần số ngồi không gian nên tài nguyên bị hạn hẹp dẫn đến số lượng kênh phát dịch vụ truyền hình quảng bá hạn chế chịu ảnh hưởng mạnh mẽ nguồn nhiễu môi trường truyền dẫn như: nhiễu công nghiệp, nhiễu từ đài phát lân cận … chịu ảnh hưởng lớn thời tiết Dịch vụ truyền hình quảng bá khơng thể tăng thêm kênh chương trình khác băng thơng bị hạn chế Vì tài ngun tần số khơng gian tài nguyên quý giá quốc Đồ án tốt nghiệp gia việc dành cho dịch vụ truyền hình cịn dành cho nhiều dịch vụ khác như: thông tin liên lạc qn đội, thơng tin di động … Cịn dịch vụ truyền hình MMDS sử dụng sóng mang phụ thông tin vi ba (900MHz) để truyền tải kênh truyền hình kéo cáp từ trung tâm truyền hình đến trạm vi ba, sử dụng anten phát trạm vi ba để phát sóng đến vùng xung quanh trạm phạm vi bán kính định, chia thành cell hình dải quạt để phủ sóng Đối với dịch vụ th bao cần dựng cột anten thu chương trình truyền hình giải mã để xem Tuy nhiên phương thức truyền tầm nhìn thẳng nên anten thu thuê bao bắt buộc phải nhìn thấy anten phát trạm vi ba gần thu tín hiệu Đây nhược điểm dịch vụ hạn chế vùng dân cư khu vực có nhiều nhà cao tầng che chắn (như khách sạn) khu vực dân cư có nhiều cối che phủ Các khu vực khơng thể bắt tín hiệu tín hiệu khơng thể xun qua chướng ngại vật cong xuống Cịn tương tự dịch vụ truyền hình quảng bá chỗ băng thông bị hạn chế nên kênh truyền hình phát bị hạn chế chịu ảnh hưởng mạnh mẽ nguồn nhiễu công nghiệp, nhiễu đài phát lân cận gây nhiễu cho đài phát khác, chịu ảnh hưởng mạnh thời tiết Do hạn chế dịch vụ truyền nên việc phát triển truyền hình cáp hữu tuyến HFC điều tất yếu vì: Mạng HFC sử dụng cáp quang mạng truyền dẫn phân phối tín hiệu nên sử dụng ưu điểm cáp quang so với phương tiện truyền dẫn khác như: Băng thông cáp quang lớn (1014 ~ 1015 Hz), suy hao đường truyền nhỏ, không chịu ảnh hưởng nhiễu mơi trường ngồi nhiễu điện từ, tích hợp nhiều dịch vụ đường truyền… Tại Hà Nội, nhu cầu phát triển mạng truyền hình cáp hữu tuyến qui mơ, đại cung cấp nhiều chương trình cho người dân Thủ đô lập kế hoạch phát triển triển khai diện rộng Cùng với phát triển này, đề tài tốt nghiệp “Thiết kế mạng truyền hình cáp hữu tuyến” trình bày nội dung công nghệ sử dụng mạng truyền hình cáp hữu tuyến kiến trúc mạng HFC, hướng phát triển mạng so sánh ưu nhược điểm mạng HFC với dịch vụ truyền Đồ án tốt nghiệp dẫn cạnh tranh khác Nội dung đồ án gồm năm chương giới thiệu sơ lược sau đây: Chương I: Giới thiệu tổng quan truyền hình cáp hữu tuyến nói chung, vị trí truyền hình cáp thị trường thơng tin xu hướng phát triển thời gian sau Ngồi cịn điểm qua số cơng nghệ truy nhập cạnh tranh với mạng truyền hình cáp Chương II: Giới thiệu mạng truyền hình cáp truyền thống mạng truyền hình kết hợp Giới thiệu so sánh cấu trúc mạng khác Chương III: Giới thiệu số thiết bị quan trọng sử dụng việc thiết kế lắp đặt mạng quang (mạng truyền dẫn mạng phân phối tín hiệu truyền hình) Nêu nguyên tắc làm việc trạm trung tâm truyền hình cáp bản, cấu tạo thiết bị trung tâm Chương IV: Giới thiệu thiết bị dùng mạng cáp đồng trục (mạng truy nhập tín hiệu) Chương V: Nêu nguyên tắc thiết kế mạng truyền hình cáp hữu tuyến thiết kế mạng truyền hình cáp cụ thể địa bàn thành phố Hà Nội Ngồi có thiết kế thêm thí dụ kiến trúc mạng HFPC để so sánh với kiến trúc mạng HFC đưa kết luận việc lựa chọn kiến trúc mạng phù hợp cho tình hình nước ta nay.Trong chương có tính tốn chi tiết tín hiệu từ trung tâm đến tận thiết bị nhà thuê bao Tuy nhiên chọn lựa thí điểm số vùng định Trong trình làm đồ án thời gian hạn hẹp nên không tránh khỏi sơ suất số nội dung chưa chi tiết, mong thầy giáo góp ý thơng cảm Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo anh chị phịng thiết kế cơng ty truyền hình cáp Hà Nội tận tính giúp đỡ q trình làm đồ án Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG I -TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH CÁP HỮU TUYẾN 1.1 – Tổng quan truyền hình cáp Mạng truyền hình cáp bao gồm thành phần chính: Hệ thống thiết bị trung tâm, hệ thống mạng phân phối tín hiệu thiết bị thuê bao  Hệ thống thiết bị trung tâm Hệ thống trung tâm (Headend System) nơi cung cấp, quản lý chương trình hệ thống mạng truyền hình cáp Đây nơi thu thập thông tin quan sát trạng thái, kiểm tra hoạt động mạng cung cấp tín hiệu điều khiển Với hệ thống mạng đại có khả cung cấp dịch vụ truyền tương tác, truyền số liệu, hệ thống thiết bị trung tâm cịn có thêm nhiệm vụ như: mã hố tín hiệu quản lý truy nhập, tính cước truy nhập, giao tiếp với mạng viễn thông mạng Internet  Mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp: Mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp mơi trường truyền dẫn tín hiệu từ trung tâm mạng đến thuê bao Tuỳ theo đặc trưng hệ thống truyền hình cáp, mơi trường truyền dẫn tín hiệu thay đổi: với hệ thống truyền hình cáp MMDS mơi trường truyền dẫn tín hiệu sóng vơ tuyến Ngược lại, hệ thống truyền hình cáp hữu tuyến (Cable TV) môi trường truyền dẫn hệ thống cáp hữu tuyến (cáp quang, cáp đồng trục, cáp đồng xoắn ) Mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp hữu tuyến có nhiệm vụ nhận tín hiệu phát từ thiết bị trung tâm, điều chế, khuếch đại truyền vào mạng cáp Các thiết bị khác mạng có nhiệm vụ khuếch đại, cấp nguồn phân phối tín hiệu hình đến tận thiết bị th bao Hệ thống mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp phận định đến đối tượng dịch vụ, khoảng cách phục vụ, số lượng thuê bao khả mở rộng cung cấp mạng Đồ án tốt nghiệp hub thø cÊp node quang TAP headend hub s¬ cấp node quang Mạng truyền dẫn Mạng phân phối Mạng truy nhập Hình 1.2 Cấu hình mạng truyền dẫn ph©n phèi tÝn hiƯu  Thiết bị nhà th bao Với mạng truyền hình cáp sử dụng cơng nghệ tương tự, thiết bị thuê bao máy thu hình, thu tín hiệu từ mạng phân phối tín hiệu Với mạng truyền hình cáp sử dụng công nghệ đại hơn, thiết bị thuê bao gồm chia tín hiệu, đầu thu tín hiệu truyền hình (Set-top-box) cáp dẫn Các thiết bị có nhiệm vụ thu tín hiệu đưa đến TV để thuê bao sử dụng dịch vụ mạng: Chương trình TV, truy nhập Internet, truyền liệu 1.2 - Vị trí mạng truyền hình cáp xu hướng phát triển Các mạng CATV trải qua giai đoạn phát triển từ mạng tương tự quảng bá chiều đồng trục tới mạng HFC tương tác chiều truyền tải kênh Video tương tự/ số liệu tốc độ cao Mạng đồng trục băng rộng kiến trúc nhánh truyền thống hỗ trợ công nghệ RF phục vụ tốt dịch vụ quảng bá dịch vụ điểm-đa điểm Dùng nhiều khuếch đại (30  40), làm giảm chất lượng tính kênh Video AM-VSB, làm giảm thị hiếu khách hàng Việc sử dụng kết nối vi ba mặt đất giảm số lượng khuếch đại, cải thiện hiệu truyền dẫn kênh quảng bá tương tự Đồ án tốt nghiệp Sự tiến vượt bậc công nghệ sợi quang từ cuối năm 80 khiến cho cơng nghiệp truyền hình cáp phát triển mạnh mẽ Sự đời laser điều chế trực tiếp DM-DFB 550 MHz thu quang hoạt động dải bước sóng 1310 nm làm thay đổi kiến trúc truyền thống mạng cáp đồng trục Mạng HFC cho phép truyền dẫn tin cậy kênh Video tương tự quảng bá qua sợi đơn mode SMF tới node quang, số lượng khuếch đại RF giảm nhiều Hơn nhà điều hành thực triển khai thiết bị headend sử dụng Ring sợi quang để kết nối headend trung tâm headend thứ cấp Hub vị trí quan trọng Do vậy, nhà điều hành cáp hạ giá thành cải thiện chất lượng tính hữu dụng dịch vụ quảng bá truyền thống Sự phát triển nhiều thiết bị quan trọng như: Các điều chế QAM, thu QAM giá thành hạ, mã hóa giải mã tín hiệu Video số, cho phép nhà điều hành cáp cung cấp thêm khoảng 10 dịch vụ Video số kênh Video AM/VSB dùng với STB số Việc triển khai nhanh chóng mạng HFC 750 MHz số dịch vụ viễn thông cung cấp khả cạnh tranh truy nhập nhiều loại hình kinh doanh cho khách hàng thị trường quan trọng Vào thập kỷ 1990, kiến trúc mạng HFC bắt đầu có hướng phát triển Cuộc cách mạng áp lực sau thị trường: - Bùng nổ nhu cầu truy nhập liệu tốc độ cao khu vực dân cư - Nhu cầu chuyển phát dịch vụ số tương tác - Gia tăng cạnh tranh từ nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông nhà cung cấp dịch vụ DBS (Direct Broadcast Satellite) - Sự tiến công nghệ sợi quang, đặc biệt laser thu quang quản lý mạng cáp Những nhu cầu áp lực thị trường tác động tới nhà điều hành cáp xem lại kiến trúc mạng HFC tiến tới mạng truy nhập CATV DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) 1.3 - Các công nghệ truy nhập cạnh tranh Có nhiều cơng nghệ truy nhập phục vụ dịch vụ băng rộng tới thuê bao Phần cung cấp tổng quan số công nghệ cạnh tranh ưu nhược điểm loại 1.3.1 - Công nghệ ADSL (Asymetric Digital Subscriber Line) Công nghệ ADSL sử dụng đường dây thoại xoắn đôi có để cung cấp băng thơng u cầu cho dịch vụ băng rộng truy nhập Internet, thoại hội nghị, đa phương tiện tương tác VOD Công nghệ ADSL thiết kế để giải Đồ án tốt nghiệp 10 ... Quadrature Phase Shift Keying Quadrature Ampliture Modulation Radio Frequency Synchronous Digital Hierarchy Step Index Set – Top - Box Single Mode Fiber Synchronous Transfer Mode Video On Demand Đồ án... kênh Video tương tự quảng bá qua sợi đơn mode SMF tới node quang, số lượng khuếch đại RF giảm nhiều Hơn nhà điều hành thực triển khai thiết bị headend sử dụng Ring sợi quang để kết nối headend... nghiệp 13 thuê bao tách tín hiệu Video, tín hiệu liệu, tín hiệu thoại hình 1.5 Tín hiệu Video số tách kênh giải mã STB M¹ng PSTN Video server tơng tác ONU Video server Cổng Internet splitter Mạng