4. ĐẶC ĐIỂM TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT TRONG MẠNG TRUYỀN HÌNH
3.1.6.2. Ánh xạ của cable modem
Truyền thông giữa headend và cable modem có thể đạt được tốt nhất như mô tả trong hình 3.3. Một bộ thu cable modem (xem như một trạm) được kết nối đến tất cả các kênh 6 MHZ chiều xuống (từ kênh 1 đến kênh m) của phổ. Cable modem phải có khả năng điều chỉnh bắt được bất kì một băng tần nào trong các băng tần 6 MHZ để nhận dữ liệu từ headend. Tại kết cuối đầu phát, cable modem cũng phải có khả năng phát bất kì một kênh chiều lên nào trong từ 1 đến n kênh chiều lên như mô tả trong hình vẽ.
Hình 3.7: Ánh xạ phổ Headend/station
Hình 3.8: Các thành phần của hệ thống CM
Một hệ thống CM bao gồm các thành phần sau: _ Bộ khuếch đại 2 chiều
_ Cáp quang và cáp đồng trục trong mạng _ Cầu rẽ (Táp)
_ Node quang
_ Thiết bị kết cuối truyền hình-STB _ Modem cáp_CM
_ Hệ thống kết cuối modem cáp_CMTS _ Server trong mạng modem cáp
_ Hệ thống IP phone
_ Hệ thống quản lý thuê bao và tính cước dịch vụ
3.2.1. Bộ khuếch đại 2 chiều
Trong phần mạng cáp đồng trục, các bộ khuếch đại 2 chiều được sử dụng bao gồm 2 loại:
+ Bộ khuếch đại phân phối: khuếch đại tín hiệu RF và đặt vào 2 hoặc 4 đầu cáp ra khác. + Bộ khuếch đại đường dây mở rộng.
Một hệ thống HFC hiện đại thường có từ 4-6 bộ khuếch đại cho tầng khuếch đại RF sau mỗi node. Đa số các bộ khuếch đại đó có hệ số khuếch đại tự điều chỉnh để bù đắp những thay đổi khác nhau theo nhiệt độ của suy hao và đáp ứng tần số.
Do cáp có suy hao lớn ở dải tần cao hơn trong khi mong muốn đầu ra của các bộ khuếch đại trong một tầng là giống nhau nên đầu ra của các bộ khuếch đại sẽ bị dốc lên khoảng từ 8-12dB.
3.2.2. Cáp quang và cáp đồng trục trong mạng
Cáp quang dài, mỏng thành phần là thủy tinh trong suốt có đường kính của một sợi tóc. Chúng được sắp xếp trong bó được gọi là cáp quang và được sử dụng để truyền tín hiệu trong khoảng cách rất xa. Không giống như cáp đồng truyền tín hiệu bằng điện, cáp quang ít bị nhiễu, tốc độ cao (đây là tốc độ truyền dữ liệu, phân biệt với tốc độ tín hiệu) và truyền xa hơn.
Mỗi cáp quang có chứa từ 12 đến 14 sợi quang tùy theo kích cỡ mỗi loại cáp. Loại sợi quang được sử dụng ở đây thường là sợi đơn mode_SM có suy hao khoảng 0,4dB/km ở bước sóng hoạt động l=1310nm hoặc là suy hao 0,25dB/km ở l=1550nm (mức suy hao này ổn định trong dải nhiệt độ thường và độc lập với dải tần số vô tuyến).
Cáp đồng trục được chia loại tùy theo vị trí trong mạng,ví dụ:
+ Đoạn xuất phát từ node quang to ra có đường kính lớn nhất (từ 0,78 đến 1,09 cm) chất lượng tốt nhất, mức suy hao 45dB/km ở 750MHz hoặc 9dB/km ở 40MHz.
+ Đoạn cuối gần sát nhà thuê bao dài khoảng 25cm- 50cm, đường kính nhỏ, suy hao khoảng 114 dB/km ở 750MHz và 24dB/km ở 40MHz(mức suy hao này phụ thuộc vào nhiệt độ và chiều dài của cáp).
3.2.3. Cầu rẽ (Tap)
Mỗi cầu rẽ có 2 phần tử chức năng chính là: Khối ghép định hướng và bộ chia công suất.Trong đó,bộ chia công suất chia tín hiệu tùy theo số lượng cổng của cầu rẽ (có thể là 2,4,8…) còn khối ghép định hướng có nhiệm vụ đổi hướng một số tín hiệu đầu vào xác định.
Mỗi cầu rẽ được đặc trưng bởi một giá trị rẽ.Giá trị rẽ là tỉ số giữa tín hiệu đầu ra rẽ của Tap với tín hiệu đầu vào.Thường thì giá trị này vào khoảng 4-29dB (3dB/1nấc). Có 3 tham số suy hao quan trọng trong Tap là:
+ Suy hao xen: là công suất tổn hao giữa cổng vào và cổng ra. Suy hao này thường không phụ thuộc vào nhiệt độ và tần số.
+ Suy hao cách ly: là suy hao giữa cổng vào và cổng rẽ (cổng ra khác). Độ lớn của suy hao này có ý nghĩa quan trọng đối với các hệ thống CATV hai chiều để ngăn tín hiệu đường lên của một thuê bao này lọt vào tín hiệu đường xuống của thuê bao khác. Thường thì thuê bao này khoảng 20 dB giữa dải tần lên và xuống.
+ Suy hao rẽ: thường không phụ thuộc vào nhiệt độ và tần số, nó biểu hiện cho sự thất thoát công suất ra ngoài và suy hao nội tại (từ 1-2 dB).
Là phần tử nằm trên đường ranh giới giữa vùng cáp đồng trục và cáp quang, có nhiệm vụ cơ bản là chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện cho đường xuống (ngược lại cho đường lên), sau đó khuếch đại và phân phối trên mạng cáp đồng trục với 3 hoặc 4 đầu ra ở mỗi node.
3.2.5. Thiết bị kết cuối truyền hình- STB
Là một thiết bị thu tín hiệu truyền hình với 2 loại: STB tương tự và STB số. STB tương
tự cho thuê bao thu các kênh truyền hình tương tự qua mạng HFC thay vì các kênh phát quảng bá vô tuyến mặt đất trước đây. Đến 1996, STB số được giới thiệu với một số chức năng cơ bản:
+ Dò tìm kênh số và các dịch vụ video tương tự trong các dải tần đường xuống. + Giải điều chế kênh số thu được/Điều chế kênh số phát lên.
+ Giải mã/ Mã hóa các kênh đã chọn. + Quản lý báo hiệu thuê bao từ Headend.
+ Cung cấp giao diện thuê bao cho người sử dụng.
Gần đây, các STB cải tiến được triển khai bởi Motorola/General Intrument. Các STB này có chứa các bộ dò sóng kép và modem cáp tích hợp bên trong, cho phép thuê bao sử dụng dịch vụ truyền hình và dịch vụ mạng Internet băng rộng như: IP telephony, IP video phone, Interactive games.Lúc này, STB cải tiến hoạt động như một cổng gia đình-RGW:
+ Phân phát các gói giao thức IP đến các thiết bị bên ngoài như là IP voice, IP video phone.
+ Truyền tải, xử lý, giải mã các tín hiệu truyền hình có độ phân giải cao HDTV.
3.2.6. Modem cáp – CM
Là thiết bị nằm trong nhà thuê bao, cho phép truy nhập đến mạng máy tính (thường là mạng Internet) trên phương tiện vật lý dùng cho truyền hình. Có 3 loại modem cáp:
+ Loại khối cắm ngoài: Kết nối máy tính thông qua kết nối Ethernet (có thể có nhiều máy tính cùng kết nối vào mạng Ethernet, lúc này modem cáp còn có chức năng của bộ định tuyến) hoặc giao diện kết nối USB.
+ Loại card cắm trong: thường là dạng cắm thêm PCI cho máy tính.Loại này có giá thành rẻ nhất song chỉ dùng được cho máy tính để bàn còn sẽ phải có sự thiết kế khác cho dạng máy tính MAC và máy tính xách tay.
+Loại thứ ba của modem cáp là dạng được tích hợp bên trong các STB cải tiến tương tác.
3.2.7. Hệ thống kết cuối modem cáp-CMTS
Hệ thống này nằm trong Headend, thuộc về phía bên kia của mạng so với modem cáp.Là thiết bị kết cuối cho đường lên từ phía thuê bao đến đích là các Headend của các
công ty cáp, do đó CMTS cũng được coi là giao diện giữa các modem cáp và mạng Interrnet IP.
+ CMTS có nhiều chức năng giống như một DSLAM trong hệ thống DSL.
+ CMTS đón lưu lượng đường lên từ một nhóm thuê bao trên một kênh đơn và định tuyến nó đến ISP để kết nối vào mạng Internet.
+ Mỗi CMTS chứa một hoặc nhiều card đường dây modem cáp (CMLC). Các CMLC chuyển các dòng số liệu IP thành các tín hiều đường xuống (đến nhà thuê bao), sau đó đưa bộ nâng tần để đưa các kênh tín hiệu đó vào một kênh xác định và ghép chung với các tín hiệu truyền hình và trình tự ngược lại với đường lên.
3.2.8.Một số server trong mạng modem cáp
Máy chủ DHCP được xác định bởi RFC 2181.Server này cung cấp các địa chỉ IP theo nhu cầu cho modem cáp và các thiết bị PC theo sau nó.
Máy chủ ToD được xác định bởi RFC 868, có nhiệm vụ là gán các tem thời gian cho các các sự kiện điều hành hệ thống.
Máy chủ TFTP được xác định bởi RFC 1350 để đăng ký và tải về các file cấu hình modem cáp cho các dịch vụ thuê bao riêng lẻ.
3.2.9. Hệ thống IP phone
Đây là hệ thống sử dụng giao thức IP để truyền tín hiệu thoại qua mạng viễn thông, trong đó giao thức IP là giao thức chuẩn cho lớp chuyển mạch gói trong mạng LAN, WAN,… Mạng IP mang số liệu độc lập với lớp vật lý.
Việc tích hợp được hệ thống truyền tải thoại vào mạng băng rộng HFC có ý nghĩa lớn trong việc tạo thuận lợi để HFC thực hiện một xa lộ thông tin thực sự -truyền mọi loại tín hiệu: voice, data, video.
Hệ thống VoIP sử dụng thiết bị kết cuối là máy điện thoại IP phone hoặc máy điện thoại truyền thống – POTS phone kết nối với một modem cáp/ một STB số. Máy IP phone không kết nối đến một tổng đài sở hữu nào mà kết nối đến cổng Ethernet chuẩn trong một modem cáp/ một STB số/ một PC trong nhà. Máy IP phone hoạt động như một thiết bị IP tiêu chuẩn và có địa chỉ IP riêng của nó. Để kết nối một POTS phone đến một modem cáp/ STB số thì phải có các modun giao diện mới được phát triển và gắn vào trong các modem cáp/ STB số để cung cấp chức năng này.
3.2.10. Hệ thống thiết bị quản lý thuê bao và tính cước dịch vụ
Điều cốt yếu nhất với các nhà cung cấp dịch vụ truyền hình trả tiền là có thể quản lý truy nhập dịch vụ thuê bao và tính cước cho thuê bao theo dịch vụ. Một phương pháp phổ thông và hiệu quả nhất là sử dụng các thuật toán mã khóa tín hiệu (chỉ các thuê bao được phép của nhà cung cấp dịch vụ mới có khả năng giải mã tín hiệu để xem). Hệ thống thiết bị quản lý truy nhập của thuê bao và tính cước được gọi là hệ thống truy nhập có điều kiện.
video theo một quy tắc đặc biệt, chỉ có các thuê bao được cung cấp quy tắc sắp xếp lại thì mới có khả năng giải trộn tín hiệu để xem.
Việc trộn tín hiệu được thực hiện tại nơi cung cấp dịch vụ. Tín hiệu truyền hình đã trộn sẽ được truyền đến mọi thuê bao và được thu bởi các bộ thu STB của thuê bao hoặc được cài trong một bản mạch có thể cắm vào bộ. Sau đó tín hiệu cho phép bộ giải trộn thực hiện nhiệm vụ giải trộn tín hiệu được nhà cung cấp dịch vụ gửi đến thuê bao kèm theo tín hiệu đã được trộn.
Các hệ thống truyền hình trả tiền có thể là các hệ thống không đánh địa chỉ hoặc đánh địa chỉ.
Trong hệ thống không đánh địa chỉ, các thuê bao khác nhau đều được cung cấp một mức dịch vụ, số lượng các chương trình dịch vụ giống nhau. Các hệ thống này không cho phép các nhà cung cấp dịch vụ quản lý đến tận thuê bao, không thể cắt dịch vụ đến một hoặc vài nhà thuê bao ngay tai trung tâm điều hành và cũng không thể cung cấp các chương trình khác nhau theo sở thích của từng thuê bao.
Trong hệ thống đánh địa chỉ, mỗi thuê bao được cung cấp một địa chỉ duy nhất trong hệ thống mạng, tín hiệu quản lý thuê bao, quản lý dịch vụ cũng như là các thông tin tính phí dịch vụ có thể được truy nhập chính xác đến từng thuê bao.
Hình 4.1: Ba hệ thống chuẩn CM điển hình
Các modem cáp thế hệ đầu tiên sử dụng nhiều các giao thức độc quyền khác nhau nên các nhà vận hành mạng CATV không thể sử dụng các modem cáp của nhiều hãng khác nhau trên cùng một hệ thống. Đến năm 1997, có 3 tiêu chuẩn nổi trội là IEEE 802.14, DAVIC/DVB đại diện cho Châu Âu và MCSN đại diện cho Bắc Mỹ với bộ giao thức DOCSIS. Cho đến nay, những chuẩn nói trên đều đã có những cải tiến lớn song chưa có chuẩn nào thống lĩnh được thị trường Modem cáp.
+ DOCSIS gồm có 3 chuẩn 1.0, DOCSIS 1.1 và DOCSIS 2.0. DOCSIS được phát triển bởi Cablelabs và được chuẩn hóa bởi ITU.
+ DAVIC là chuẩn Modem cáp của Châu Âu được xây dựng trên chuẩn mở DAVIC/DVB được đưa ra bởi ủy ban các tiêu chuẩn Châu Âu. DAVIC có các chuẩn 1.0(12/1995), 1.1(9/1996), 1.2(12/1996). Mục đích chủ yếu của các phiên bản này là hỗ trợ cho các ứng dụng âm thanh hình ảnh và các dịch vụ số liệu. Trong khi đó các phiên bản sau (DAVIC 1.3;1.4;1.5) chủ yếu dùng hỗ trợ các dịch vụ quảng bá số tăng cường , tương tác và các dịch vụ truyền thông khác.
+ IEEE 802.14 đưa ra chuẩn cho lớp vật lý và phân lớp MAC cho mạng HFC song hướng. Phạm vi sử dụng của IEEE 802.14 là truyền dẫn tín hiệu qua đường cáp TV, nâng cao tốc độ truy cập Internet tại gia đình.
Bảng 4.1: Đặc tính của các chuẩn sử dụng trong công nghệ CM
Đặc điểm DOCSIS 1.x Euro-DOCSIS DVB-RC
Tốc độ
đường xuống 64-QAM:27Mbps 256-QAM:42Mbps Kênh 6 MHz 64-QAM:38Mbps 256-QAM:52Mbps Kênh 8 MHz 64-QAM:38Mbps 256-QAM:52Mbps Kênh 8 MHz Tốc độ đường lên .320, .640, 1.280,2.560 5.120 Mbps QPSK Và .640, 1.280, 2.560, 5.120,10.24 Mbps 16-QAM 5-42Mhz .320, .640, 1.280, 2.560, 5.120 Mbps QPSK Và .640, 1.280, 2.560, 5.120,10.24 Mbps 16-QAM 5-65Mhz 1.554Mbps;3.088Mbps Differential QPSK 5-65Mhz Các dịch vụ Truy nhập Internet, STB tương tác, VoIP. Truy nhập Internet, STB tương tác, VoIP. Truy nhập Internet, STB tương tác. Kết luận
Như đã trình bày ở trên, ưu điểm của mạng này là nhược 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 lượng node quang lớn hơn mạng HFC. Vì vậy:
- Trong điều kiện mạng quang đã có sẵn, nên chọn phương án xây dựng mạng HPFC nhằm mục đích giảm chi phí đầu tư cho mạng đồng trục, đẩy nhanh tốc độ triển khai mạng, nâng cao chất lượng tín hiệu và hiệu quả khai thác.
- Trong điều kiện mạng quang còn hạn hẹp, nên chọn phương án xây dựng mạng HFC. Khi đó, để đẩy nhanh tốc độ mở rộng mạng phải vươn dài mạng đồng trục bằng cách sử dụng các bộ khuếch đại cao tần. Đối với tình hình nước 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 được đưa vào sử dụng trong khoảng thời gian ngắn nên cơ sở hạ tầng còn thiếu thốn. Hệ
thống mạng hầu như 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.
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Nghĩa tiếng anh Nghĩa tiếng việt
CM Cable Modem Modem cáp
FM Frequency Modulation Điều tần
RF Radio Frequency Tần số vô tuyến
MAC Medium Access Control
Điều khiển truy nhập môi trường
QAM Quadrature AmplitudeModulation Điều chế biên độ cầu phương
CATV CommunittyTelevision Attenna Truyền hình quảng bá cộngđồng
HFC Hybrid Fiber Coaxial
Mạng lai cáp quang cáp đồng trục
CMTS Cable Modem TerminaterSystem Hệ thống kết cuối modem cáp
DWDM DensityDivision MultiplexingWavelength Ghép kênh theo bước sóng mậtđộ cao ISI Inter Symbol Interference Nhiễu giữa các Symbol
FN Fiber Node Nút quang
ADSL
Asymmmetric Digital Subcriber Line
Đường dây thuê bao số bất đối xứng
LAN Local Area Network Mạng vùng cục bộ
WAN Wide Area Network Mạng diện rộng
MAN MetropolitanControl Access Mạng đô thị
FDM
Frequency Division
Multiplexing Ghép phân chia theo tần số
SDH SynchronousHierarchy Digital Phân cấp số đồng bộ
IRT
Integrated Receiver Transcoder
Thiết bị nhận, giải mã, mã hoá tín hiệu số
VOD Video On Demand Truyền hình theo yêu cầu
HFPC
Hybrid Fiber Passive Coaxial
Mạng lai cáp quang cáp đồng trục
thụ động VHF Very High Frequency Tần số rất cao
HDTV High Density Television Truyền hình độ phân giải cao