Phương pháp thiết kế mạng truyền hình cáp hữu tuyến

Tài liệu tham khảo chuyên ngành viễn thông Phương pháp thiết kế mạng truyền hình cáp hữu tuyến

Mục Lục

Mục Lục 1

Bảng chữ viết tắt 3

Lời nói đầu 5

Chơng I -Tổng quan về truyền hình cáp hữu tuyến 8

1.3.3 - Vệ tinh quảng bá trực tiếp DBS (Direct Broadcast Satellite) 14

1.3.4 - Dịch vụ phân phối đa điểm đa kênh (MMDS) 15

Chơng III Các thiết bị chính trong mạng quang– 25

3.1 – Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Headend 25

3.1.1 - Sơ đồ khối cơ bản của Headend 25

3.1.2 - Nguyên lý hoạt động của Headend 28

3.1.3 - Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy phát quang 29

3.1.3.1 – Cấu tạo 29

3.1.3.2 – Hoạt động của máy phát 36

3.2 – Cấu tạo và hoạt động của node quang 36

3.3 – Sợi quang 38

3.3.1 - Cấu tạo và dạng sợi quang 38

3.3.2 - Sợi đơn mode và sợi đa mode 39

3.3.3 - Các đặc tính của sợi quang 41

3.3.3.1 – Suy hao 41

3.3.3.2 – Các nguyên nhân gây nên suy hao 41

3.3.4 - Độ nhạy thu và quỹ công suất 43

3.3.5 - Các giới hạn bởi suy hao 45

3.3.6 - Truyền lan ánh sáng trong sợi quang 45

3.3.6.1 – Truyền lan tín hiệu trong sợi quang 46

3.3.6.2 – Các mode truyền lan 48

3.3.7 - Tán sắc sợi quang 50

3.3.7.1 – Tán sắc trong mode (Intramode Dispersion) 50

4.2 - Các bộ khuếch đại RF (Radio Friquency) 63

4.2.1 - Đặc điểm các bộ khuếch đại 63

4.2.1.1 - Bộ khuếch đại trung kế 63

4.2.1.2 - Bộ khuếch đại fidơ 64

4.2.1.3 - Bộ khuếch đại đờng dây 65

4.2.2 - CNR của một bộ khuếch đại đơn và nhiều bộ khuếch đại nối tiếp 65

4.3 - Bộ chia và rẽ tín hiệu 66

Chơng V Ph– ơng Pháp thiết kế mạng truyền hình cáp hữu tuyến 68

5.1 – Lựa chọn các thông số kỹ thuật cho mạng truyền hình cáp hữu tuyến 68

5.1.1 - Phân bố dải tần tín hiệu 68

5.1.2 - Tính toán kích thớc node quang cho yêu cầu hiện tại 69

5.2 – Thiết kế 70

5.2.1 - Lựa chọn sợi quang 70

5.2.2 - Tính toán suy hao của hệ thống 71

5.3 – Nguyên tắc thiết kế phần mạng quang 72

5.4 – Nguyên tắc thiết kế phần mạng đồng trục 74

5.5 – Thuyết minh phần mạng quang 75

Bảng chứ viết t¾tADSL

Asymetric Digital Subcriber LoopAutomatic Gain Control

Angled Physical ContactAsynchronous Transfer ModeBit Error Rate

Community Antenna Television SystemCarrier-to-Noise Ratio

Central Office

Distributed Feedback laserDense Wavelength DivisionMultiplexing

Direct Broatcast SatelliteDigital Subscriber LineDSL Access MultiplexingEqualizer

Frequency Division MultiplexingFiber To The Curb

Fiber To The BuildingFiber To The HomeFiber In The LoopGratded Index

Group Velocity DispersionHost Digital Terminal

Hybrid Fiber/ Coaxial network

Hybrid Fiber Passive/ Coaxial networkHybrid Fiber/ Wireless network

Hybrid Fiber/ Radio networkHight Pass Filter

Intergrated Services Digital NetworkLow Pass Filter

Main Distribution Frame

Multipoint Multichanel Distribution Service

Numerical ApertureOptical Network UnitOptical Terminal Unit

Vòng Thuà bao sộ khẬng Ẽội xựngTỳ Ẽiều chình hệ sộ khuếch ẼỈiTiếp xục gọc

PhÈng thực truyền khẬng Ẽổng bờTì sộ lối bit

Hệ thộng truyền hỨnh cÌp cờng ẼổngTì sộ sọng mang tràn nhiễu

Tỗng ẼẾi trung tẪmLaser hổi tiếp phẪn tÌn

GhÐp kành phẪn chia theo mật Ẽờ bợc sọng

Vệ tinh quảng bÌ trỳc tiếpưởng thuà bao sộ

GhÐp kành truy nhập Ẽởng thuà bao sộ

Khội cẪn bÍng

GhÐp kành phẪn chia theo tần sộCÌp quang Ẽến khu vỳc

CÌp quang Ẽến toẾ nhẾCÌp quang Ẽến gia ẼỨnh

CÌp quang trong mỈng thuà baoChì sộ chiết suất GradientTÌn s¾c vận tộc nhọm

Thiết bÞ Ẽầu cuội sộ trung tẪmMỈng lai cÌp quang/ cÌp Ẽổng trừcMỈng HFC thừ Ẽờng

MỈng lai cÌp quang/ khẬng dẪyMỈng lai cÌp quang/ vẬ tuyếnBờ lồc thẬng cao

MỈng liàn kết sộ Ẽa dÞch vừBờ lồc thẬng thấp

GiÌ phội dẪy chÝnh

DÞch vừ phẪn phội Ẽa Ẽiểm Ẽa kànhKhẩu Ẽờ sộ

ưÈn vÞ mỈng quangưÈn vÞ Ẽầu cuội quang

Plain Old Telephone ServiceQuadrature Phase Shift KeyingQuadrature Ampliture ModulationRadio Frequency

Synchronous Digital HierarchyStep Index

Set – Top - BoxSingle Mode Fiber

Synchronous Transfer ModeVideo On Demand

Dịch vụ thoại thông thờng

Điều chế khoá dịch pha cầu phơngĐiều chế biên độ cầu phơng

Tần số cao tần

Phân cấp số đồng bộChỉ số chiết suất phân bậcĐầu thu tín hiệu số

Sợi quang đơn mode

Phơng thức truyền đồng bộTruyền hình theo yêu cầu

Lời nói đầu

Truyền hình cáp (CATV) từ lâu đã không còn xa lạ đối với ngời dân ở các ớc phát triển trên thế giới Tuy nhiên việc phát triển và mở rộng các mạng truyền hình cáp vẫn cha đợc quan tâm nhiều bởi vì trớc đây mạng truyền hình cáp chỉ đơn thuần cung cấp các dịch vụ về truyền hình, không thể cung cấp các dịch vụ khác nh thoại, số liệu Thuật ngữ CATV xuất hiện lần đầu tiên vào năm 1948 tại Mỹ khi…thực hiện thành công hệ thống truyền hình cáp hữu tuyến và thuật ngữ CATV đợc hiểu là hệ thống truyền hình cáp hữu tuyến (Cable TV).

n-Một năm sau, cũng tại Mỹ hệ thống truyền hình cộng đồng sử dụng anten (Community Antenna Television-CATV) cung cấp dịch vụ cho thuê bao bằng đờng truyền vô tuyến đã đợc lắp đặt thành công Từ đó thuật ngữ CATV đợc dùng để chỉ chung cho các hệ thống truyền hình cáp vô tuyến và hữu tuyến.

Những năm gần đây, do tăng nhu cầu thởng thức các chơng trình truyền hình chất lợng cao, nội dung phong phú cũng nh sự tiến bộ trong công nghệ, các mạng truyền hình cáp đã có những bớc phát triển mạnh mẽ Giờ đây không chỉ cung cấp các chơng trình truyền hình thỏa mãn nhu cầu ngày càng cao của ngời xem mà chúng còn trở thành một tiềm lực cạnh tranh đáng kể đối với các mạng viễn thông khác trong cung cấp các dịch vụ viễn thông.

Tại Việt Nam hiện nay có các dịch vụ truyền hình nh truyền hình quảng bá, dịch vụ truyền hình MMDS và dịch vụ truyền hình cáp hữu tuyến Truyền hình quảng bá sử dụng môi trờng hoàn toàn không khí để truyền tín hiệu và các thuê bao chỉ việc cắm anten để thu tín hiệu từ anten phát của các đài truyền hình là đã có thể xem chơng trình nên các thuê bao không cần phải đóng cớc dịch vụ và các nhà sản xuất chơng trình cũng không phải tốn kém về phơng tiện truyền dẫn Tuy nhiên vì là chơng trình truyền hình tơng tự và sử dụng dải tần số ngoài không gian nên tài nguyên bị hạn hẹp dẫn đến số lợng kênh phát ra của dịch vụ truyền hình quảng bá rất hạn chế và nó chịu ảnh hởng mạnh mẽ bởi các nguồn nhiễu của môi trờng truyền dẫn nh: nhiễu công nghiệp, nhiễu từ các đài phát lân cận và nó cũng chịu ảnh h… -ởng rất lớn của thời tiết Dịch vụ truyền hình quảng bá không thể tăng thêm kênh chơng trình khác do băng thông bị hạn chế Vì tài nguyên tần số không gian là một tài nguyên quý giá đối với mỗi quốc gia và ngoài việc dành cho dịch vụ truyền hình

nó còn dành cho nhiều dịch vụ khác nữa nh: thông tin liên lạc trong quân đội, thông tin di động …

Còn dịch vụ truyền hình MMDS thì sử dụng sóng mang phụ của thông tin vi ba (900MHz) để truyền tải các kênh truyền hình và kéo cáp từ trung tâm truyền hình đến trạm vi ba, sử dụng anten phát của trạm vi ba để phát sóng đến các vùng xung quanh trạm trong một phạm vi bán kính nhất định, nó đợc chia thành các cell hình dải quạt để phủ sóng Đối với dịch vụ này thì thuê bao cũng chỉ cần dựng cột anten là có thể thu đợc chơng trình truyền hình và giải mã để xem Tuy nhiên đây là ph-ơng thức truyền trong tầm nhìn thẳng nên anten thu của thuê bao bắt buộc phải nhìn thấy anten phát của trạm vi ba gần nó thì mới thu đợc tín hiệu Đây là một nhợc điểm của dịch vụ vì nó sẽ hạn chế đối với các vùng dân c trong khu vực có nhiều toà nhà cao tầng che chắn (nh là các khách sạn) hoặc các khu vực dân c có nhiều cây cối che phủ Các khu vực đó không thể bắt đợc tín hiệu do tín hiệu không thể xuyên qua chớng ngại vật hoặc đi cong xuống Còn nữa nó cũng tơng tự nh dịch vụ truyền hình quảng bá ở chỗ băng thông bị hạn chế nên kênh truyền hình phát ra cũng bị hạn chế và nó cũng chịu ảnh hởng mạnh mẽ của các nguồn nhiễu công nghiệp, nhiễu của các đài phát lân cận và chính nó cũng gây nhiễu cho các đài phát khác, cũng chịu ảnh hởng mạnh của thời tiết.

Do các hạn chế của các dịch vụ truyền hình nh ở trên nên việc phát triển truyền hình cáp hữu tuyến HFC là điều tất yếu vì: Mạng HFC sử dụng cáp quang ở mạng truyền dẫn và phân phối tín hiệu nên đã sử dụng đợc các u điểm của cáp quang so với các phơng tiện truyền dẫn khác nh: Băng thông của cáp quang rất lớn (1014 ~ 1015 Hz), suy hao đờng truyền rất nhỏ, không chịu ảnh hởng bởi nhiễu của môi trờng ngoài và nhiễu điện từ, có thể tích hợp đợc nhiều dịch vụ trên cùng một đ-ờng truyền…

Tại Hà Nội, nhu cầu phát triển mạng truyền hình cáp hữu tuyến qui mô, hiện đại cung cấp nhiều chơng trình cho ngời dân Thủ đô đã đợc lập kế hoạch phát triển và đang đợc triển khai trên diện rộng

Cùng với sự phát triển này, đề tài tốt nghiệp “Phơng pháp thiết kế mạng truyền hình cáp hữu tuyến” trình bày những nội dung cơ bản nhất các công nghệ

Chơng I: Giới thiệu tổng quan về truyền hình cáp hữu tuyến nói chung, vị trí

của truyền hình cáp trên thị trờng thông tin và xu hớng phát triển của nó trong thời gian tiếp theo sau này Ngoài ra còn điểm qua một số công nghệ truy nhập cạnh tranh với mạng truyền hình cáp.

Chơng II: Giới thiệu về các mạng truyền hình cáp truyền thống và mạng

truyền hình kết hợp Giới thiệu và so sánh giữa các cấu trúc mạng khác nhau.

Chơng III: Giới thiệu về một số thiết bị quan trọng sử dụng trong việc thiết

kế và lắp đặt mạng quang (mạng truyền dẫn và mạng phân phối tín hiệu truyền hình) Nêu nguyên tắc làm việc của một trạm trung tâm truyền hình cáp cơ bản, cấu tạo của thiết bị trung tâm

Chơng IV: Giới thiệu về các thiết bị chính dùng trong mạng cáp đồng trục

(mạng truy nhập tín hiệu).

Chơng V: Nêu nguyên tắc thiết kế mạng truyền hình cáp hữu tuyến và thiết

kế một mạng truyền hình cáp cụ thể trên địa bàn thành phố Hà Nội Ngoài ra có thiết kế thêm thí dụ về kiến trúc mạng HFPC để so sánh với kiến trúc mạng HFC và đa ra kết luận về việc lựa chọn kiến trúc mạng nào thì phù hợp cho tình hình nớc ta hiện nay.Trong chơng này có tính toán chi tiết tín hiệu từ trung tâm đến tận thiết bị nhà thuê bao Tuy nhiên chỉ chọn lựa thí điểm một số vùng nhất định.

Trong quá trình làm đồ án do thời gian hạn hẹp nên không tránh khỏi những sơ suất và một số nội dung cha đợc chi tiết, mong các thầy cô giáo góp ý và thông cảm.

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo cũng nh các anh chị trong phòng thiết kế của công ty truyền hình cáp Hà Nội đã tận tính giúp đỡ trong quá trình làm đồ án.

Chơng I -Tổng quan về truyền hình cáp hữu tuyến

Với các hệ thống mạng hiện đại có khả năng cung cấp các dịch vụ truyền tơng tác, truyền số liệu, hệ thống thiết bị trung tâm còn có thêm các nhiệm vụ nh: mã hoá tín hiệu quản lý truy nhập, tính cớc truy nhập, giao tiếp với các mạng viễn thông nh mạng Internet

 Mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp:

Mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp là môi trờng truyền dẫn tín hiệu từ trung tâm mạng đến các thuê bao Tuỳ theo đặc trng của mỗi hệ thống truyền hình cáp, môi trờng truyền dẫn tín hiệu sẽ thay đổi: với hệ thống truyền hình cáp nh MMDS môi trờng truyền dẫn tín hiệu sẽ là sóng vô tuyến Ngợc lại, đối với hệ thống truyền hình cáp hữu tuyến (Cable TV) môi trờng truyền dẫn sẽ là các 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 ra từ các thiết bị trung tâm, điều chế, khuếch đại và truyền vào mạng cáp Các thiết bị khác trong mạng có nhiệm vụ khuếch đại, cấp nguồn và phân phối tín hiệu hình đến tận thiết bị của thuê bao Hệ thống mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp là bộ phận quyết định đến đối tợng dịch vụ, khoảng cách phục vụ, số lợng thuê bao và khả năng mở rộng cung cấp mạng.

 Thiết bị tại nhà thuê bao

Với một mạng truyền hình cáp sử dụng công nghệ tơng 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 truyền hình cáp sử dụng công nghệ hiện đại hơn, thiết bị thuê bao gồm các bộ chia tín hiệu, các đầu thu tín hiệu truyền hình (Set-top-box) và các cáp dẫn Các thiết bị này có nhiệm vụ thu tín hiệu và đa đến TV để thuê bao sử dụng các dịch vụ của mạng: Chơng trình TV, truy nhập Internet, truyền dữ liệu

1.2 - Vị trí các mạng truyền hình cáp và xu hớng phát triển

Các mạng CATV đã trải qua các giai đoạn phát triển từ mạng tơng tự quảng bá một chiều đồng trục tới mạng HFC tơng tác 2 chiều truyền tải các kênh Video t-ơng tự/ số và dữ liệu tốc độ cao Mạng đồng trục băng rộng kiến trúc cây và nhánh truyền thống đợc hỗ trợ bởi công nghệ RF phục vụ tốt các dịch vụ quảng bá và các dịch vụ điểm-đa điểm Dùng nhiều bộ khuếch đại (30 ữ 40), có thể làm giảm chất l-ợng và tính năng của kênh Video AM-VSB, làm giảm thị hiếu của khách hàng Việc sử dụng các kết nối vi ba mặt đất đã giảm số lợng các bộ khuếch đại, cải thiện đợc hiệu năng truyền dẫn các kênh quảng bá tơng tự

Sự tiến bộ vợt bậc trong công nghệ sợi quang từ cuối những năm 80 đã khiến cho công nghiệp truyền hình cáp phát triển mạnh mẽ Sự ra đời của laser điều chế

headendhub sơ cấp

trực tiếp DM-DFB 550 MHz và các bộ thu quang hoạt động ở dải bớc sóng 1310 nm đã làm thay đổi kiến trúc truyền thống mạng cáp đồng trục Mạng HFC cho phép truyền dẫn tin cậy các kênh Video tơng tự quảng bá qua sợi đơn mode SMF tới các node quang, do đó số lợng các bộ khuếch đại RF đã đợc giảm đi rất nhiều Hơn nữa các nhà điều hành còn thực hiện triển khai thiết bị headend sử dụng các Ring sợi quang để kết nối giữa headend trung tâm và các headend thứ cấp hoặc các Hub tại những vị trí quan trọng Do vậy, các nhà điều hành cáp có thể hạ giá thành và cải thiện hơn nữa chất lợng và tính hữu dụng của các dịch vụ quảng bá truyền thống.

Sự phát triển của nhiều thiết bị quan trọng nh: Các bộ điều chế QAM, các bộ thu QAM giá thành hạ, các bộ mã hóa và giải mã tín hiệu Video số, cho phép các nhà điều hành cáp cung cấp thêm khoảng 10 dịch vụ Video số mới trong các kênh Video AM/VSB dùng với STB số Việc triển khai nhanh chóng mạng HFC 750 MHz và một số dịch vụ viễn thông cung cấp khả năng cạnh tranh truy nhập và nhiều loại hình kinh doanh cho khách hàng tại các thị trờng quan trọng.

Vào giữa thập kỷ 1990, kiến trúc mạng HFC đã bắt đầu có hớng phát triển mới Cuộc cách mạng này là do những áp lực sau của thị trờng:

- Bùng nổ nhu cầu truy nhập dữ liệu tốc độ cao trong các khu vực dân c.- Nhu cầu chuyển phát các dịch vụ số tơng tác.

- Gia tăng cạnh tranh từ nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông và các nhà cung cấp dịch vụ DBS (Direct Broadcast Satellite).

- Sự tiến bộ trong công nghệ sợi quang, đặc biệt là laser và bộ thu quang và quản lý mạng cáp.

Những nhu cầu và áp lực của thị trờng đã tác động tới các nhà điều hành cáp xem lại kiến trúc mạng HFC hiện tại và tiến tới mạng truy nhập CATV DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing).

1.3 - Các công nghệ truy nhập cạnh tranh

Có nhiều công nghệ truy nhập có thể phục vụ các dịch vụ băng rộng tới thuê bao Phần này sẽ cung cấp tổng quan một số công nghệ cạnh tranh cùng những u nhợc điểm từng loại.

1.3.1 - Công nghệ ADSL (Asymetric Digital Subscriber Line)

Công nghệ ADSL sử dụng đờng dây thoại xoắn đôi hiện có để cung cấp băng

768 kb/s cho các kênh đờng lên trong khi vẫn đồng thời dùng các dịch vụ thoại truyền thống POTS (Plain Old Telephone Service).

ADSL rất phù hợp để đáp ứng nhu cầu truy nhập Internet tốc độ cao Đờng truyền dẫn ADSL cung cấp tốc độ dữ liệu tới 8 Mbit/s xuống khách hàng và 640 Kbit/s luồng lên mở rộng dung lợng truy nhập mà không cần lắp đặt thêm cáp mới Ngoài ra, việc sử dụng ADSL sẽ chuyển lu lợng dịch vụ Internet qua các mạng chuyển mạch gói hoặc ATM giúp hoạt động hiệu quả hơn, giải quyết đợc vấn đề tắc nghẽn trên mạng thoại.

Cấu trúc mạng cơ bản :

Mạch vòng thuê bao là một đôi dây đồng xoắn đôi nối cụm thuê bao và tổng đài trung tâm Đối với ADSL full-rate (cung cấp tốc độ 6ữ8 Mbit/s luồng xuống), bộ Splitter đợc lắp đặt tại cả hai đầu cuối mạch vòng Phía khách hàng modem ADSL mà dây ADSL kết nối tới gọi là khối kết cuối ADSL đầu xa (ATU-R) ở phía tổng đài, các bộ Splitter đợc lắp đặt nơi các mạch vòng thuê bao kết cuối trên giá phối dây chính MDF (Main Distribution Frame), đầu ra có hai đôi dây Đôi thứ nhất kết nối tới mạng chuyển mạch thoại để cung cấp dịch vụ thoại truyền thống Đôi dây thứ hai kết nối tới khối kết cuối ADSL trung tâm (ATU-C)

Để truyền dẫn hiệu quả, các khối ATU-C đợc kết hợp với chức năng ghép kênh tạo nên bộ ghép kênh truy nhập DSL (DSLAM: Digital Subscriber Line Access Multiplexer) trong tổng đài trung tâm và đợc kết nối tới mạng các nhà cung cấp dịch vụ Số liệu qua ADSL đợc đóng gói trong các tế bào ATM DSLAM cần có khả năng xử lý các tế bào ATM để thực hiện ghép kênh lu lợng thống kê Tổng tốc độ các đờng ADSL qua tất cả các khối ATU-C có thể lớn hơn tốc độ đờng STM-1. ứng dụng của ADSL

Đặc điểm truyền tốc độ hai chiều không đối xứng của ADSL làm cho kỹ thuật này phù hợp với hầu hết các ứng dụng yêu cầu băng thông luồng xuống lớn hơn

vòng TBCác đường không phải

Hình 1.4 Cấu hình hệ thống sử dụng công nghệ ADSL

- Dịch vụ truyền video hoặc thông tin thời gian thực: ADSL cho phép phân phối những ứng dụng băng rộng theo thời gian thực nh tin tức, token chứng khoán, thời tiết

- Chơng trình đào tạo từ xa: ADSL full-rate với chất lợng dịch vụ đảm bảo có thể cung cấp luồng video theo tiêu chuẩn MPEG-2 cho phép các trung tâm giảng dạy gửi video minh hoạ bài dạy và trao đổi trực tiếp với học viên từ nhiều vị trí.

- Chữa bệnh từ xa: Các bác sĩ có thể chẩn đoán và khám chữa bệnh từ xa.

- Hội nghị truyền hình: Mặc dù dịch vụ này yêu cầu băng thông hai chiều đối xứng nhng ADSL full-rate có thể cung cấp một kênh H0 (384ì384Kbit/s) chuyên dụng ngoài băng thông có sẵn của ADSL cho ứng dụng này trong khi vẫn đảm bảo phục vụ các ứng dụng khác.

Các hệ thống FITL đợc phát triển theo hớng tơng thích với các dịch vụ, hệ thống truyền dẫn, hệ thống điều hành của các nhà khai thác nội vùng (LEC) Kiến trúc nguyên thủy FITL đợc chỉ ra trong hình 1.5

Một mạng FITL gồm một kết cuối host số (HDT: Host Digital Terminal) với các khối ONU trong kiến trúc hình sao, đợc HDT quản lý HDT cung cấp các hoạt động và giao diện cần thiết của hệ thống FITL cho phần còn lại của mạng LEC.

Ví dụ, HDT có thể tách riêng lu lợng chuyển mạch nội hạt và ra bên ngoài để quản lý định tuyến Các dịch vụ băng rộng nh Internet, tơng tác đa phơng tiện và thoại đợc phát tới HDT, HDT có thể đợc đặt tại CO hoặc tại đầu xa, nh tín hiệu băng gốc Điều này trái ngợc với các mạng HFC, trong đó các dịch vụ băng rộng đợc điều chế RF Tại HDT, tín hiệu số băng gốc đợc chuyển mạch và gửi tới các khối mạng băng rộng qua cáp quang ONU đợc đặt gần thuê bao và phục vụ nhiều khách hàng ONU thực hiện chuyển đổi quang điện và các chức năng quan trọng khác Tín hiệu điện sau đó đợc phát tới thuê bao qua cáp đồng trục hoặc cáp đồng xoắn đôi Một khối giao diện mạng đặt tại phía thuê bao sẽ tách tín hiệu Video, tín hiệu dữ liệu, và tín hiệu thoại nh chỉ ra trong hình 1.5 Tín hiệu Video số đợc tách kênh và giải mã bởi một STB.

Một kiến trúc FITL khác là FTTH Nh tên gọi của nó, cáp quang sẽ thay thế cáp đồng trục hoặc cáp đồng xoắn đôi từ ONU đến thuê bao Sự khác nhau giữa kiến trúc FTTH và FTTC nằm ở vị trí lắp đặt của ONU.

Trong kiến trúc FTTH, ONU đợc đặt tại nhà thuê bao Vì vậy, nhu cầu dùng công nghệ cáp xoắn đôi ngoài nhà thuê bao đợc loại bỏ trong kiến trúc FTTH Phần mạng giữa HDT và các ONU trở thành mạng quang thụ động, điều này trở nên rất quan trọng khi nâng cấp trong tơng lai Băng thông rộng sẵn có (hàng THz) của sợi quang để chuyển phát các dịch vụ băng rộng cho thuê bao là một trong những u điểm của kiến trúc mạng toàn quang này Với việc dùng công nghệ WDM, các hệ thống FTTH có khả năng truyền tải tốc độ hàng Gb/s ví dụ OC-48/STM-16 (2.5GHz) hoặc các dịch vụ băng rộng tơng thích với SONET/SDH tới thuê bao Hơn nữa, vì mỗi ONU đợc đặt tại nhà thuê bao, do vậy không cần thiết công suất ngoài hoặc bảo d-ỡng thêm.

Nhợc điểm chính của FTTH là giá thành mỗi OTU tơng đối cao và chi phí lắp đặt cáp quang ban đầu Bất chấp nhợc điểm này, kiến trúc FTTH có nhiều tiềm năng hứa hẹn để cung cấp các dịch vụ băng rộng cho thuê bao.

1.3.3 - Vệ tinh quảng bá trực tiếp DBS (Direct Broadcast Satellite)

Công nghệ DBS dựa trên các vệ tinh đồng bộ địa tĩnh cung cấp các chơng

Cổng Internet

Hệ thống truy nhập chuyển

mạch số

ONU

Cáp đồng

trụcMạng

Mạng PSTN

Hình 1.5 Cấu hình hệ thống Fiber – in – the – loop

Thông Tin Vì vậy, truyền hình trả tiền qua vệ tinh ở Việt Nam gặp nhiều hạn chế nh: không có kênh truyền hình và ngôn ngữ tiếng việt đăng ký dịch vụ phức tạp, chi phí thuê bao cao Chính vì những lý do này mà số lợng ngời xem truyền hình qua vệ tinh ở Việt Nam rất ít.

1.3.4 - Dịch vụ phân phối đa điểm đa kênh (MMDS)(MMDS: Multipoint Multichanel Distribution Service)

Công nghệ truy nhập MMDS là một công nghệ không dây (wireless) khác ợc dựa trên các kênh Video tơng tự và số quảng bá mặt đất Kiến trúc cơ bản MMDS gồm các khối phát vô tuyến MMDS đặt tại các tháp radio cùng với anten, một anten của thuê bao, một bộ hạ tần và một STB Mỗi vùng phục vụ đợc chia thành các cell có phần giao nhau, mỗi cell có bán kính 40 km Đối với truyền dẫn yêu cầu mức tin cậy cao, tầm nhìn giữa anten phát và thu đợc yêu cầu bình thờng Vì tầm nhìn luôn không thuận lợi nên nhân tố ảnh hởng tới chất lợng chủ yếu trong hệ thống MMDS là tín hiệu fading nhiều đờng Sử dụng công nghệ MMDS có những thuận lợi và khó khăn sau:

đ-1 – Thuận lợi

Triển khai mạng đơn giản, chi phí thấp: Do môi trờng truyền dẫn tín hiệu MMDS là sóng vi ba (sóng vô tuyến) cho nên khi triển khai mạng đến thuê bao không cần phải kéo cáp tới tận hộ thuê bao, mà chỉ cần dựng cột anten thu tại thuê bao sao cho có thể nhìn thấy cột anten phát (tại cột anten của đài THVN) là có thể thu đợc tín hiệu và giải mã để xem Đặc điểm này sẽ giúp nhà cung cấp dịch vụ MMDS không mất thời gian, công sức và chi phí đào đờng rải cáp, đảm bảo mỹ quan đô thị.

2 – Khó khăn

- Hạn chế vùng phủ sóng: Do sử dụng sóng viba tại dải tần 900MHz để truyền tín hiệu Video, MMDS đòi hỏi anten phát và anten thu phải nhìn thấy nhau thì mới thu đợc tín hiệu tốt Vì vậy đối với các hộ dân c nằm ở phía sau các khu khách sạn cao tầng, các khu cao ốc, việc thu tín hiệu MMDS rất khó thực hiện Điều này cũng xảy ra đối với các gia đình ở trong các ngôi nhà thấp, bị các vật cản nh cây cối che chắn Đât chính là trở ngại lớn cho việc cung cấp dịch vụ MMDS đến với mọi ngời dân sử dụng dịch vụ.

- Chịu tác động mạnh bởi nhiễu công nghiệp: Do sử dụng phơng thức điều chế tín hiệu truyền hình tơng tự (analog) không có khả năng chống lỗi, lại truyền bằng sóng vô tuyến, tín hiệu MMDS bị ảnh hởng rất mạnh bởi các nguồn nhiễu công nghiệp: nhiễu từ mạng điện lới, nhiễu từ các thiết bị điện: môtơ điện, quạt điện… mà không có cách hạn chế và khắc phục Điều này dẫn đến giảm chất lợng hình ảnh của dịch vụ MMDS.

- Chịu ảnh hởng lớn bởi thời tiết: khi thời tiết xấu, ví dụ nh ma to, sét tín hiệu…MMDS vô tuyến bị suy hao rất lớn trong không gian, dẫn đến giảm mạnh chất l-ợng tín hiệu hình ảnh.

- Yêu cầu phổ tần số vô tuyến quá lớn: Muốn có khả năng cung cấp nhiều chơng trình truyền hình tơng tự, MMDS đòi hỏi phải có dải tần đủ lớn Ví dụ: để có thể cung cấp 13 kênh truyền hình tơng tự, MMDS đòi hỏi phải có dải tần tối thiểu là 13kênh x 8MHz/kênh = 104MHz Đây là một dải tần vô tuyến rất lớn, và khi càng tăng số lợng chơng trình thì yêu cầu độ rộng băng tần cũng tăng theo Trong khi đó phổ tần vô tuyến là nguồn tài nguyên quý giá đối với mỗi một quốc gia Không chỉ có dịch vụ truyền hình MMDS, truyền hình quảng bá mặt đất sử dụng nguồn tải nguyên quý giá này, mà còn rất nhiều các dịch vụ viễn thông khác cũng nh các trạm phát vô tuyến thuộc nghiệp vụ an ninh – quốc phòng tham gia sử dụng nguồn tài nguyên quý giá này Vì thế việc chiếm dụng phổ tần vô tuyến quá lớn của MMDS là không hiệu quả.

- Gây can nhiễu các đài phát vô tuyến khác: Mặc dù đợc phân một dải tần riêng, nhng máy phát MMDS cũng nh các máy phát vô tuyến khác luôn sinh ra các tần số hài bậc cao có thể ảnh hởng đến các trạm phát vô tuyến nghiệp vụ khác.

- Khó khăn trong việc cung cấp dịch vụ truyền hình số: Hiện nay việc không sử dụng MMDS để cung cấp dịch vụ truyền hình là xu hớng thực tế trên thế giới (do các nhợc điểm trên) Chính vì thế việc các thiết bị phát tín hiệu truyền hình số MMDS không đợc phát triển, thêm nữa, các thiết bị giải mã ở phía thuê bao cũng không đợc các nhà sản xuất thiết bị nghiên cứu và sản xuất Do đó việc ứng dụng truyền hình số để nâng cao chất lợng hình ảnh, dịch vụ của MMDS sẽ không có tính khả thi.

Một công nghệ gần với MMDS là công nghệ lai ghép giữa cáp quang và không dây (HFW) hay còn gọi là lai ghép giữa quang và vô tuyến (HFR) Kiến trúc này tơng tự nh HFC ở đó một headend trung tâm phát các dịch vụ băng rộng tới nhiều cell RF qua cáp đơn mode SMF, tới thuê bao đợc thực hiện qua 2 chiều MMDS

Có nhiều u điểm trong kiến trúc này:

- Tăng độ tin cậy truyền dẫn 2 chiều giữa thuê bao và headend so với kiến trúc MMDS truyền thống

- Giảm lắp đặt vùng RF và chi phí bảo dỡng

- Kiến trúc này thờng phù hợp triển khai trên diện rộng trong các khu vục thành thị tại đó mạng cáp quang đã đợc xây dựng

Khối phát vô tuyến MMDS

Môi trường truyền dẫn

Chơng II – Kiến trúc mạng truyền hình cáp

2.1 - Kiến trúc mạng CATV truyền thống

Hình 2.1 là sơ đồ đơn giản của một mạng cáp toàn đồng trục Các chơng trình thu đợc từ vệ tinh hoặc viba tại headend, headend thực hiện nhiệm vụ sau:

- Thu các chơng trình (ví dụ từ NBC, CBS, và các mạng cáp nh MTV& ESPN)

Cáp fidơ

Cápthuê baoCáp

trung kế

Thuê

Thuê bao

Chú thíchPadBộ khuếch

đạiSpliter

Tap

- 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 hộ gia đình

Lu lợng Video tổng đờng xuống phát từ headend và đợc đa tới các cáp trung kế Để cung cấp cho toàn một vùng, các bộ chia tín hiệu (spliter) sẽ chia lu lợng tới các cáp nhánh fidơ từ cáp trung kế Tín hiệu đa đến thuê bao đợc trích ra từ các cáp nhánh (fidơ cáp) nhờ bộ trích tín hiệu Tap.

Mức tín hiệu suy hao tỷ lệ với bình phơng tần số trung tâm khi truyền qua cáp trục (cáp trung kế, cáp fidơ và cáp thuê bao) Do vậy tín hiệu ở tần số càng cao suy hao càng nhanh so với tần số thấp Đó là lý do tại sao các nhà cung cấp mong muốn ít kênh Mức tín hiệu cũng bị suy giảm khi đi qua các bộ Spliter và Tap

Trên đờng đi của tín hiệu, các bộ khuếch đại tín hiệu đợc đặt ở các khoảng cách phù hợp để khôi phục tín hiệu bị suy hao Các bộ khuếch đại đợc cấp nguồn nhờ các bộ cấp nguồn đặt rải rác trên đờng đi của cáp, các bộ nguồn này đợc nuôi từ mạng điện sở tại Các bộ khuếch đại xa nguồn đợc cấp nguồn cũng chính bằng cáp đồng trục: dòng điện một chiều đợc cộng chung với tín hiệu nhờ bộ cộng Đến các bộ khuếch đại, dòng một chiều sẽ đợc 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 truyền dẫn 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 Để phủ cho một vùng, một bộ khuếch đại có thể đặt ở mức cao, kết quả là cả mức tín hiệu và méo đều lớn Do vậy tại nhà thuê bao gần headend cần một thiết bị thụ động làm suy giảm bớt mức tín hiệu gọi là Pad.

Các hệ thống cáp đồng trục cải thiện đáng kể chất lợng tín hiệu thu của TV Mặc dù nhiều vùng tín hiệu truyền hình vô tuyến quảng bá thu đợc có chất lợng khá tốt nhng CATV vẫn đợc lựa chọn phổ biến vì khả năng lựa chọn nhiều chơng trình Tuy nhiên mạng toàn cáp đồng trục có một số nhợc điểm sau:

 Mặc dù đạt đợc một số thành công về cung cấp dịch vụ truyền hình, các hệ thống thuần túy cáp trục không thể thỏa mãn các dịch vụ băng rộng tốc độ cao

 Dung lợng kênh của hệ thống không đủ để đáp ứng cho phát vệ tinh quảng bá trực tiếp DBS Hệ thống cáp đồng trục có thể cung cấp hơn 40 kênh nhng các thuê bao DBS có thể thu đợc gấp 2 lần số kênh trên, đủ cho họ lựa chọn chơng trình Các mạng cáp yêu cầu cần thêm dung lợng 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 đờng 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 mạng lớn.

 Các hệ thống cáp đồng trục thiếu độ tin cậy Nếu một bộ khuếch đại ở gần headend không hoạt động (ví dụ nh mất nguồn nuôi), tất cả các thuê bao do bộ khuếch đại đó cung cấp sẽ mất các dịch vụ.

 Mức tín hiệu (chất lợng tín hiệu) sẽ không đủ đáp ứng cho số lợng lớn các thuê bao Do sử dụng các bộ khuếch đại để bù suy hao cáp, nhiễu đờng truyền tác động vào tín hiệu và nhiễu nội bộ của bộ khuếch đại đợc loại bỏ không hết và tích tụ trên đờng truyền, nên càng xa trung tâm, chất lợng tín hiệu càng giảm, dẫn đến hạn chế bán kính phục vụ của mạng.

 Các hệ thống cáp đồng trục rất phức tạp khi thiết kế và vận hành hoạt động.Việc giữ cho công suất cân bằng cho tất cả các thuê bao là vấn đề rất khó.Để giải quyết các nhợc điểm trên, các nhà cung cấp cùng đi tới ý tởng sử dụng cáp quang thay cho cáp trung kế đồng trục Toàn hệ thống sẽ có cả cáp quang và cáp đồng trục gọi là mạng lai giữa cáp quang và đồng trục (mạng lai HFC) Yêu cầu đối với hệ thống quang tơng tự là duy trì sự tơng thích với các thiết bị cáp kim loại hiện có.

2.2 - Kiến trúc mạng có cấu trúc

2.2.1 - Các đặc điểm cơ bản mạng HFC Khái niệm:

Mạng HFC (Hybrid Fiber/Coaxial network) là mạng lai giữa cáp quang và cáp đồng trục, sử dụng đồng thời cáp quang và cáp đồng trục để truyền và phân phối tín hiệu Việc truyền tín hiệu từ trung tâm đến các node quang là cáp quang, còn từ các node quang đến thuê bao là cáp đồng trục.

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 là truyền dẫn tín hiệu từ headend 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 các node quang Tín hiệu quang từ các Hub sẽ đợc chuyển thành tín hiệu điện tại các node quang để truyền đến thuê bao Ngợc lại trong trờng hợp mạng 2 chiều, tín hiệu điện từ mạng truy nhập sẽ đợc thu tại node quang và chuyển thành tín hiệu quang để truyền đến Hub về headend.

Mạng truy nhập bao gồm hệ thống cáp đồng trục, các thiết bị thu phát cao tần

 Hoạt động của mạng:

Tín hiệu Video tơng tự cũng nh số từ các nguồn khác nhau nh: Các bộ phát đáp vệ tinh, nguồn quảng bá mặt đất, Video sever đợc đa tới headend trung tâm Tại đây tín hiệu đợc ghép kênh và truyền đi qua Ring sợi đơn mode (SMF) Tín hiệu đợc truyền từ headend trung tâm tới thông thờng là 4 hoặc 5 Hub sơ cấp Mỗi Hub sơ cấp cung cấp tín hiệu cho khoảng hơn 150.000 thuê bao Có khoảng 4 hoặc 5 hub thứ cấp và headend nội hạt, mỗi hub sơ cấp chỉ cung cấp cho khoảng 25000 thuê bao Hub thứ cấp đợc sử dụng để phân phối phụ thêm các tín hiệu video tơng tự hoặc 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 tơng tự của headend trung tâm có thể cùng đợc chia xẻ sử dụng trên mạng backbone Mạng backbone đợc xây dựng theo kiến trúc Ring sử dụng công nghệ SONET/SDH hoặc một số công nghệ độc quyền.Các đặc điểm của SONET/SDH đợc định nghĩa cấp tốc độ số liệu chuẩn từ tốc độ OC-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 tơng tự đợc số hoá, điều chế, ghép kênh TDM và đợc truyền ở các tốc độ khác nhau từ OC-12/STM-4 (622 Mb/s) tới OC-48/STM-16 (2448 Mb/s) ở đây sử dụng kỹ thuật ghép kênh thống kê TDM để tăng độ rộng băng tần sử dụng Ghép kênh thống kê TDM thực hiện cấp phát động các khe thời gian theo yêu cầu để thực hiện các dịch vụ có tốc độ bít thay đổi qua mạng SONET/SDH Để giảm chi phí lắp đặt, phần lớn các nhà điều hành CATV lựa chọn sử dụng thiết bị tơng thích với chuẩn SONET/SDH, tuỳ theo các giao diện mạng Dung lợng node quang đợc xác định bởi số lợng thuê bao mà nó cung cấp tín hiệu Node quang có thể là node cỡ nhỏ với khoảng 100 thuê bao hoặc cỡ lớn với khoảng 2000 thuê bao.

Mạng truyền dẫn(backbone)

Hình 2.2 Kiến trúc mạng HFC

2.2.2 - Ưu và nhợc điểm của mạng HFC

- Sử dụng cáp quang để truyền tín hiệu, mạng HFC sẽ sử dụng các u điểm vợt trội của cáp quang so với các phơng tiện truyền dẫn khác: Dải thông cực lớn, suy hao tín hiệu rất thấp, ít bị nhiễu điện từ, chống lão hóa và ăn mòn hóa học tốt Với các sợi quang đợc 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 (1014 ữ 1015 Hz) Đây là dải thông tín hiệu vô cùng lớn, có thể đáp ứng mọi yêu cầu dải thông đờng truyền mà không một phơng tiện truyền dẫn nào khác có thể có đợc

- Tín hiệu quang truyền trên sợi quang hiện nay chủ yếu nằm trong 2 cửa sổ bớc sóng quang là 1310 nm và 1550 nm Đây là 2 cửa sổ có suy hao tín hiệu rất nhỏ: 0,3 dB/km với bớc sóng 1310 nm và 0,2 nm với bớc sóng 1550 nm Trong khi đó với một sợi cáp đồng trục loại suy hao thấp nhất cũng phải mất 43 dB/km tại tần số 1 GHz.

- Tín hiệu truyền trên sợi cáp là tín hiệu quang, vì vậy không bị ảnh hởng bởi các nhiễu điện từ từ môi trờng dẫn đến đảm bảo đợc chất lợng tín hiệu trên đờng truyền Đợc chế tạo từ các chất trung tính là Plastic và thủy tinh, các sợi quang là các vật liệu không bị ăn mòn hóa học dẫn đến tuổi thọ của sợi cao

- Có khả năng dự phòng trong trờng hợp sợi quang bị đứt.

Trớc đây các mạng con truy nhập thờng sử dụng các thiết bị tích cực là các bộ khuếch đại tín hiệu nhằm bù suy hao cáp để truyền tín hiệu đi xa Theo kinh nghiệm của các nhà điều hành mạng cáp của châu Âu và châu Mỹ, trục trặc của mạng truyền hình cáp phần lớn xảy ra do các bộ khuếch đại và các thiết bị ghép nguồn cho chúng Các thiết bị này nằm rải rác trên mạng, vì thế việc định vị, sửa chữa thông thờng không thể thực hiện nhanh đợc nên ảnh hởng đến chất lợng phục vụ khách hàng của mạng Với các mạng truy nhập đồng trục, khi cung cấp dịch vụ 2 chiều, các bộ khuếch đại cần tích hợp phần tử khuếch đại tín hiệu cho các tín hiệu ngợc dòng dẫ đến độ ổn định của mạng giảm Hiện nay xu hớng trên thế giới đang chuyển dần sang sử dụng mạng truy nhập thụ động, tại đó không sử dụng bất cứ một thiết bị tích cực nào nữa, mà chỉ còn các bộ chia tín hiệu, các bộ ghép định hớng và các bộ trích tín hiệu thụ động Một mạng HFC chỉ sử dụng các thiết bị cao tần thụ động đợc gọi là mạng HFC thụ động HFPC (Hybrid Fiber/Passive Coaxial) nh thể hiện trong hình 2.3 Sử dụng mạng truy nhập thụ động hoàn toàn sẽ tạo ra các u điểm sau:

- Các thiết bị thụ động đều có khả năng truyền tín hiệu theo 2 chiều vì thế độ ổn định của mạng vẫn cao khi cung cấp dịch vụ 2 chiều.

- Sử dụng hoàn toàn các thiết bị thụ động sẽ giảm chi phí rất lớn cho việc cấp nguồn bảo dỡng, thay thế và sửa chữa các thiết bị tích cực dẫn đến giảm chi phí điều hành mạng

- Nếu sử dụng mạng đồng trục thụ động, số lợng thuê bao tại một node quang sẽ giảm đi, dẫn đến dung lợng đờng truyền cho tín hiệu hớng lên sẽ tăng lên, tạo ra khả năng cung cấp tốt các dịch vụ 2 chiều tốc độ cao cho thuê bao

Tuy nhiên, mạng truy nhập cáp đồng trục thụ động HFPC cũng có một số nhợc điểm sau:

- Do không sử dụng các bộ khuếch đại tín hiệu cao tần, tín hiệu suy hao trên cáp sẽ không đợc bù dẫn đến hạn chế lớn bán kính phục vụ của mạng.

- Do không kéo cáp đồng trục đi xa, số lợng thuê bao có thể phục vụ bởi một node quang có thể giảm đi Để có thể phục vụ số lợng thuê bao lớn nh khi sử dụng các bộ khuếch đại tín hiệu, cần kéo cáp quang đến gần thuê bao hơn và tăng số node quang dẫn đến tăng chi phí rất lớn cho mạng

2.2.3 - Kết luận

Nh đã trình bày ở trên, u điểm của mạng này là nhợc điểm của mạng kia Tuỳ thuộc vào mô hình kinh tế, điều kiện địa lý để áp dụng loại mạng nào cho phù hợp Nếu xét trong cùng một phạm vi phục vụ, mạng HFPC yêu cầu số lợng node quang lớn hơn mạng HFC Vì vậy:

- Trong điều kiện mạng quang đã có sẵn, nên chọn phơng án xây dựng mạng HPFC nhằm mục đích giảm chi phí đầu t cho mạng đồng trục, đẩy nhanh tốc độ triển khai mạng, nâng cao chất lợng tín hiệu và hiệu quả khai thác.

- Trong điều kiện mạng quang còn hạn hẹp, nên chọn phơng án xây dựng mạng HFC Khi đó, để đẩy nhanh tốc độ mở rộng mạng phải vơn dài mạng đồng trục bằng cách sử dụng các bộ khuếch đại cao tần.

Đối với tình hình nớc ta hiện nay thì cấu trúc mạng HFC hợp lý hơn vì ở Việt Nam mạng truyền hình cáp vẫn đang còn mới mẻ, mạng mới đợc đa vào sử dụng trong khoảng thời gian ngắn nên cơ sở hạ tầng còn thiếu thốn Hệ thống mạng hầu nh phải kéo mới nên để giảm chi phí lắp đặt cho cả nhà khai thác lẫn các thuê bao thì mạng HFC là hợp lý nhất nên trong phạm vi đồ án này em chỉ xét cấu trúc mạng HFC và phơng pháp thiết kế mạng này.

Hình 2.3 Cấu trúc mạng HFPCMạng truyền dẫn

Bộ chia

Bộ chia

Chơng III – Các thiết bị chính trong mạng quang

3.1 – Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Headend

3.1.1 - Sơ đồ khối cơ bản của Headend

1/ Khối RF/IF là khối chuyển đổi từ tín hiệu cao tần (RF) của truyền hình quảng bá lên tín hiệu trung tần (IF) của hệ thống truyền hình cáp (hay còn gọi là bộ upconverter).

2/ Khối thu tín hiệu vệ tinh là khối có chức năng chuyển đổi từ tín hiệu vệ tinh (là hai tín hiệu audio và video tách biệt) có tần số cao xuống tín hiệu trung tần (IF) của hệ thống truyền hình cáp (gọi là bộ downconverter).

3/ Khối IF/IF là bộ lọc trung tần có chức năng lọc đúng tần số của kênh truyền hình cần thu.

4/ Khối IF/RF là khối chuyển đổi từ tín hiệu trung tần lên tín hiệu cao tần trong dải tần của hệ thống truyền hình cáp để ghép kênh và truyền lên mạng đến thuê bao.5/ Khối combiner là khối kết hợp kênh hay còn gọi là khối ghép kênh nó có chức năng ghép các kênh truyền hình thu đợc từ truyền hình quảng bá và từ vệ tinh vào một dải tần đờng xuống (65MHz ~ 862MHz) của hệ thống truyền hình cáp theo ph-ơng thức ghép kênh theo tần số (FDM).

6/ Khuếch đại RF là bộ khuếch đại tín hiệu cao tần trớc khi đa vào bộ chia tín hiệu cao tần để vào máy phát.

7/ Máy phát quang có chức năng chuyển đổi từ tín hiệu điện thành tín hiệu quang và ghép nó vào sợi quang để truyền đi.

Phát quang(Tx)

Sợi quangCáp đồng trục

Hình 3.1 Trung tâm HeadenIS

IS

3.1.2 - Nguyên lý hoạt động của Headend

Các chơng trình quảng bá mặt đất (VTV1, VTV2, VTV3, ) đ… ợc thu qua các anten VHF (very hight friquency), mỗi một kênh truyền hình đợc thu qua một anten riêng, các kênh truyền hình thu đợc sau đó đa vào khối chuyển đổi từ tín hiệu cao tần RF thành tín hiệu trung tần IF (upconverter) Lúc này tín hiệu thu đợc từ mỗi anten là một dải tần bao gồm kênh tín hiệu cần thu và các kênh tín hiệu khác lọt vào (ví dụ: anten VHF cần thu kênh VTV3 nhng trong tín hiệu thu đợc có cả các kênh khác nh HTV, VTV2) Tín hiệu trung tần chung này đợc đa qua bộ lọc trung tần để lọc lấy kênh tín hiệu cần thu (VTV3) Mỗi bộ lọc trung tần đợc điều chỉnh để chỉ thu một kênh tín hiệu Tín hiệu trung tần ra khỏi bộ lọc chỉ có một kênh duy nhất Các kênh tín hiệu này sẽ đợc đổi lên tần số RF qua bộ chuyển đổi IF/RF để đợc tín hiệu RF nằm trong dải tần đờng xuống của mạng CATV Sau đó tín hiệu RF này đ-ợc đa vào bộ kết hợp (combiner 16:1) để ghép kênh với các kênh tín hiệu khác theo phơng thức ghép kênh theo tần số (FDM: Friquency Division Multiplexing)

Các tín hiệu vệ tinh đợc thu qua anten parabol là các tín hiệu truyền hình bao gồm nhiều kênh ghép lại với nhau, để tách các kênh này ra thành các kênh độc lập thì chúng đợc chia thành nhiều đờng bằng các bộ chia vệ tinh Sau đó mỗi đờng sẽ đợc đa vào bộ thu vệ tinh (downconverter) để chuyển từ tần số cao thành tần số thấp, tín hiệu ra khỏi bộ thu là tín hiệu A/V Đây cha phải là tín hiệu mà CATV cần nên sau đó chúng đợc đa vào bộ chuyển đổi A/V thành IF.Tín hiệu ra là tín hiệu IF trộn cả Audeo và Video Tín hiệu trung tần này vẫn là sự kết hợp của nhiều kênh tín hiệu , để lấy ra một kênh theo yêu cầu thì chúng đợc đa qua bộ lọc trung tần giống nh khi thu các chơng trình truyền hình quảng bá và tín hiệu ra là kênh tín hiệu cần thu Các kênh này tiếp tục đợc đa vào bộ chuyển đổi IF/RF để đợc tín hiệu RF nằm trong dải tần CATV Sau đó đợc đa vào combiner 16:1 để ghép kênh với các kênh truyền hình khác thu từ vệ tinh và các kênh truyền hình quảng bá trong dải tần đờng xuống (70MHz ~ 862MHz) Tín hiệu ra là tín hiệu RF đã ghép kênh bao gồm nhiều kênh đợc ghép lại với nhau Tín hiệu này đã có thể đa vào máy thu hình của thuê bao giải mã và xem đợc, nhng để truyền đi xa và theo nhiều hớng khác nhau thì nó đợc đa vào bộ khuếch đại để khuếch đại lên sau đó chia ra bằng bộ chia tín hiệu cao tần (bộ chia ký hiệu ISV hoặc IS) Tín hiệu sau bộ chia mỗi đờng đợc đa vào một máy phát quang, tại đây tín hiệu RF đợc chuyển thành tín hiệu quang và ghép vào sợi quang để truyền đến thuê bao qua mạng HFC.

3.1.3 - Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy phát quang

3.1.3.1 Cấu tạo –

Máy phát quang bao gồm 3 khối chính nh sau:

+ Bộ lập mã có chức năng chuyển các mã đờng truyền khác nhau (RZ, NRZ, AMI ) thành mã đ… ờng truyền thích hợp trên đờng truyền quang, thờng là mã Manchester.

+ Bộ điều khiển có chức năng chuyển tín hiệu vào biểu diễn theo áp thành tín hiệu biểu diễn theo dòng phù hợp với nguồn laser Vì nguồn laser chỉ làm việc với tín hiệu dòng.

+ Nguồn quang trong trờng hợp này dùng nguồn laser loại phân bố phản hồi (DFB) để nâng cao chất lợng tín hiệu Có các loại nguồn quang thờng dùng sau:

1/ Laser điode có khoang cộng hởng Fabry – perot

Laser đioe có cấu trúc dị thể kép nh LED , nhng có khả năng khuếch đại Để đạt đợc mục đích này thờng dùng khoang cộng hởng Fabry-perot, bằng cách mài nhẵn hai đầu dị thể kép thành hai gơng phản xạ nh hình 3.2a Cấu trúc này của laser diode đ-ợc viết tắt là FP-LD.

Khoảng cách hai gơng trong laser diode Fabry-perot là L các gơng này có khả năng tạo ra hồi tiếp tích cực, tức là sự quay lại của các photon kích thích trong vùng hoạt tính sẽ kích thích nhiều photon hơn ánh sáng đi ra ngoài qua hai gơng phản xạ.

Xét điều kiện khuếch đại trong laser diode Fabry-perot: một sóng truyền từ ơng bên trái tới gơng bên phải, nh hình 3.3b Tại gơng bên phải, sóng này sẽ phản xạ và tiếp tục truyền nh thế Dạng sóng này gọi là sóng đứng Để trong buồng cộng hởng chỉ có sóng với bớc sóng ổn định thì nó phải là sóng đứng Yêu cầu vật lý này có thể đợc viết nh sau:

Hình 3.2 Sơ đồ khối máy phát tín hiệu quangTín hiệu

Tín hiệu quang raI

p

L: là khoảng cách hai gơngN: là số nguyên

Để thoả mãn điều kiện cộng hởng, hai gơng phản xạ phải cách nhau một khoảng là L bằng số nguyên lần nửa bớc sóng.

Quá trình phát xạ của FP-LD đợc thực hiện khi một vài bớc sóng cộng hởng nằm trong đờng cong khuếch đại có hệ số khuếch đại lớn hơn suy hao, nh trong hình 3.3c

Vùng hạn chế

Vùng hạn chế

GươngVùng hoạt tính

2/ Laser diode DFB (Distributed FeedBack)

Nguyên lý hoạt động của laser DFB là s dụng hiện tợng phản xạ Bragg vào mục đích nén các mode bên trong và chọn lọc tần số Trong thiết bị này buồng cộng hởng Fabry-perot đợc thay thế bằng cách tử nhiễu xạ (Hình 3.5).

Sóng quang lan truyền song song với cách tử, do cách tử có cấu trúc tuần hoàn chu kỳ tạo hiện tợng giao thoa giữa hai sóng ghép la truyền ngợc nhau Để hiện tợng giao thoa sóng xảy ra thì sau một chu kỳ của cách tử pha của sóng phải thay đổi 2πm, trong đó m là số nguyên, đợc gọi là bậc nhiễu xạ Bragg tức là:

Với neff là chiết suất hiệu dụng của mode (neff ≈ 3,4 đối với bớc sóng 1550nm InGaAsP laser) Λ là chu kỳ cách tử, hệ số 2 xuất hiện trong biểu thức trên vì ánh sáng phải phản xạ hai lần để trùng pha với pha của sóng tới.

Nếu điều kiện (3.2) không thoả mãn thì ánh sáng tán xạ từ cách tử sẽ giao thoa triệt tiêu lẫn nhau, kết quả là sóng không thể lan truyền đi đợc Khi m = 1 thì b-ớc sóng λB đợc gọi là bớc sóng Bragg bậc 1 và:

§å ¸n tèt nghiÖp 33

Công thức (3.3) là trờng hợp đặc biệt của định luật Bragg và nếu m = 1 đơn vị thì sóng đợc gọi là thoả mãn điều kiện Bragg thứ nhất Ngoài ra cũng có thể ánh sáng phản xạ thoả mãn điều kiện Bragg thứ hai Thực tế thì khi m = 2, chu kỳ cách tử tăng lên và dễ chế tạo hơn Lu ý rằng cách tử không nằm trong lớp hoạt tính nguyên nhân là do cách tử nằm trong vùng hoạt tính sẽ gây ra sự chuyển vị bề mặt và điều này sẽ làm tăng tỷ lệ tái hợp không bức xạ Lớp cách tử đợc thực hiện nhờ công nghệ quang khắc hoặc công nghệ ăn mòn hoá học.

Đặc tuyến P-I của laser đợc thể hiện nh trong hình 3.4 và chức năng điều chế tín hiệu tơng tự đợc thể hiện nh trong hình3.6a và điều chế tín hiệu số đợc thể hiện nh trong hình 3.6b ở đây logic 0 tơng ứng với trạng thái tối và logic 1 tơng ứng với trạng thái sáng của ánh sáng laser Một tín hiệu thay đổi thẳng từ giá trị dới ngỡng đến giá trị trên ngỡng của đặc tuyến laser (dòng bơm).

Hình 3.5 Cấu trúc diode laser hồi tiếp phân tán DFBP

Lớp tiếp xúcCách tử

Lớp tiếp xúcVùng hoạt

tínhn

§å ¸n tèt nghiÖp 35

TÝn hiÖu quang ®Çu ra

TÝn hiÖu ®iÖn ®Çu vµo

H×nh 3.6.(a) §iÒu chÕ tÝn hiÖu sè

P(mW)

3.1.3.2 Hoạt động của máy phát–

Tín hiệu cao tần RF qua bộ lập mã (nếu là tín hiệu số thì nó sẽ đợc chuyển đổi mà đờng truyền hiện tại thành mã đờng truyền thích hợp cho đờng truyền quang thờng là mã Manchester) sau đó tín hiệu đợc đa vào bộ điều khiển để chuyển tín hiệu điện áp thành tín hiệu dòng bơm thích hợp cho nguồn laser và nguồn laser có chức năng chuyển tín hiệu điện đó thành tín hiệu ánh sáng và ghép vào sợi quang qua bộ nối.

3.2 – Cấu tạo và hoạt động của node quang

1 - Sơ đồ khối của node quang 4 cổng ra:

Tín hiệu quang đầu ra

Tín hiệu điện đầu vào

2 - Cấu tạo của node quang bao gồm các khối cơ bản sau:

(01) Khối thu quang có chức năng thu tín hiệu từ tuyến đến và sau đó chuyển thành tín hiệu cao tần (RF)

(02) Khối khôi phục tín hiệu: khối này bao gồm các bộ chia tín hiệu, bộ suy hao (pad), bộ khuếch đại, chúng Có chứ năng lần lợt là chia đều tín hiệu cho các cổng khác, điều chỉnh mức tín hiệu phù hợp với yêu cầu đầu ra và khuếch đại tín hiệu.(03) Khối khuếch đại công suất trớc khi đa ra đầu ra.

(04) Khối Diplexer ba cổng: có chức năng rẽ tín hiệu đờng xuống và đờng lên Tín hiệu có đờng xuống sẽ đi theo cổng H (Hight) còn đờng lên sẽ theo cổng L (Low).(05) Là các bộ rẽ tín hiệu (trích tín hiệu ra ) để kiểm tra.

(06) Là khối kết hợp (Combiner) tín hiệu từ hai cổng theo hớng lên (Hớng trở về trung tâm)

TP (Test Point): là đầu kiểm tra,tại mỗi đầu ra sẽ có một đầu kiểm tra tín hiệu đợc trích ra bằng khối chia tín hiệu.

Hình 3.7 Sơ đồ khối của node quang 4 cổng ra

3 - Nguyên lý hoạt động của node quang

Tín hiệu quang tại đầu vào đợc chuyển thành tín hiệu cao tần (RF) qua điốt quang điện vào bộ khuếch đại, tín hiệu cao tần (RF) đợc chia đều thành hai hớng vào hai khối tơng tự nhau Tại đây tín hiệu đợc khôi phục lại nhờ bộ cân chỉnh và khuếch đại lên đa vào bộ chia, tín hiệu lại tiếp tục đợc chia thành hai hớng vào bộ khuếch đại công suất trớc khi đa ra cổng Tín hiệu hớng xuống đi qua khối Diplexer sẽ đi qua cổng H ra cổng ra Còn tín hiệu cao tần hớng lên (đi từ phía thuê bao) sẽ đi qua cổng L vào khối Combiner và đợc kết hợp với tín hiệu đến từ các cổng khác qua bộ lọc, bộ lọc sẽ lọc lấy khoảng tín hiệu trong băng tần hớng lên (5MHz ữ 65MHz) sau đó đợc khuếch đại và đợc đa vào khối phát quang Tại đây tín hiệu cao tấn (RF) sẽ đợc chuyển thành tín hiệu quang qua điôt điện quang để truyền về trung tâm trên các sợi cáp hớng lên.

4 - Chức năng của node quang

Chức năng chính của node quang là chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu cao tần (RF) và ngợc lại Đồng thời nó cũng khuếch đại tín hiệu và cân chỉnh lại tín hiệu tơng tự nh tín hiệu tại máy phát Vì tín hiệu khi truyền trên sợi quang bị suy hao và các xung bị giãn ra do hiện tợng tán sắc của sợi quang mà đặc biệt là truyền trên sợi đơn mode nên sự ảnh hởng này lại càng lớn Chúng làm suy giảm chất lợng tín hiệu vì vậy cần cân chỉnh và khuếch đại Tín hiệu vào của node quang nằm trong khoảng –2.5dBm ữ +2dBm và tín hiệu ra thông thờng của một node quang trong khoảng 108dBàV Khoảng bớc sóng hoạt động là từ 1270 ữ1550nm, trong truyền hình cáp dùng cửa sổ quang 1310nm để có suy hao trên sợi quang thấp.

3.3 – Sợi quang

3.3.1 - Cấu tạo và dạng sợi quang

Lớp vỏ bảo vệ

Vỏ

Để truyền lan đợc ánh sáng, một sợi quang cơ bản có cấu tạo nh hình 3.8 Mặc dù trên thực tế, sợi quang có thể có nhiều lớp nhng chỉ có hai lớp cơ bản là lớp lõi (core) và lớp vỏ (cladding) đóng vai trò quan trọng trong quá trình truyền lan ánh sáng Cả lớp lõi và lớp vỏ đợc chế tạo từ thuỷ tinh Silic, tuy nhiên chúng có chiết xuất khác nhau, lõi có chiết xuất lớn hơn vỏ để đảm bảo điều kiện phản xạ để có thể duy trì việc truyền lan ánh sáng bên trong lõi sợi quang Chênh lệch chiết xuất giữa lớp lõi và lớp vỏ thờng khoảng một vài phần trăm Hầu hết các loại sợi quang đều có đờng kính lớp vỏ khoảng 125àm Bên ngoài lớp vỏ này thờng là một vài lớp bọc bảo vệ để tránh sự tác động cơ học vào sợi gây biến đổi các đặc tính cơ lý của sợi.

3.3.2 - Sợi đơn mode và sợi đa mode

Khi ánh sáng truyền lan bên trong lõi của một sợi quang phụ thuộc vào hệ số khúc xạ của lõi (hệ số khúc xạ là hằng số hoặc thay đổi), có thể có các phân bố tr-ờng điện từ khác nhau qua mặt cắt của sợi Mỗi một phân bố thờng thoả mãn phơng trình Maxwell và các điều kiện biên tại mặt phân cách lõi-vỏ đợc gọi là một mode quang (Transverse mode) Các mode khác nhau truyền lan dọc trên sợi quang ở các vận tốc khác nhau Sợi quang cho phép lan truyền chỉ một mode duy nhất đợc gọi là sợi quang đơn mode (single mode fiber) Sợi quang cho phép truyền lan nhiều mode đồng thời đợc gọi là sợi quang đa mode (Multimode fiber).

Điều mấu chốt trong việc thiết kế, chế tạo sợi để truyền đơn mode là đờng kính lõi sợi phải nhỏ, xuất phát từ mối quan hệ giữa bớc sóng cắt của sợi với đờng kính lõi Bớc sóng cắt λc là bớc sóng mà trên sợi chỉ có một mode đợc truyền và đợc tính nh sau:

2a2a2a