VI. Cỏc thành phần của hệ thống truyền hỡnh cỏp
7. Cỏc thụng số ảnh hưởng tới mạng truyền hỡnh cỏp
7.1. Cỏc đại lượng đặc trưng cho nhiễu
Trong quỏ trỡnh truyền dẫn tớn hiệu phải sử dụng cỏc thiết bị để truyền và xử lớ tớn hiệu, cỏc thiết bị tớch cực và ngay cả cỏc thiết bị thụ động cũng thờm cỏc tớn hiệu nhiễu vào tớn hiệu làm cho chất lượng tớn hiệu giảm. Cỏc bộ khuếch đại tớn hiệu cú đặc tuyến khụng lớ tưởng gõy ra nhiễu và cỏc nhiễu này lại được khuếch đại khi đi qua cỏc bộ khuếch đại nối tiếp nhau tớch luỹ lại gõy ra mộo tớn hiệu rất nghiờm trọng.
Nhiễu trong một hệ thống điện tử bất kỳ gõy ra từ nhiều nguồn khỏc nhau. Nguồn nhiễu chớnh là chuyển động nhiệt của cỏc electron trong cỏc thành phần trở khỏng. Với hệ thống cỏp ở 200C thỡ điện ỏp nhiễu nhiệt của dải tần một kờnh đơn là 1,1 àV hay -59,1 dBmV. Đõy là mức nhiễu thấp nhất gọi là nhiễu nền. Để định lượng cho mức độ nhiễu của hệ thống người ta định nghĩa ra tỉ số SNR và CNR là tỉ lệ giữa cụng suất của tớn hiệu hay của súng mang trờn cụng suất của nhiễu.
Mức ngưỡng của CNR là 40 dB, dưới mức ngưỡng này thỡ nhiễu làm giảm độ phõn giải và độ tương phản của ảnh gõy khú chịu cho người xem. Hệ thống chất lượng tốt là duy trỡ được CNR ở mức 46 dB, hoàn hảo là 48 đến 50 dB. Tăng cụng suất tớn hiệu thỡ tỉ lệ CNR tăng, nhưng khi đú tớn hiệu lại bị mộo. Mức tớn hiệu càng cao mộo sinh ra càng lớn. Cỏc bộ khuếch đại hiện đại sử dụng cấu hỡnh cõn bằng cú thể triệt bỏ hầu như toàn bộ cỏc mộo này, phần mộo cũn lại gọi là triple beats và được đặc trưng bởi một đại lượng là CTB (Composite Triple Beats). Cỏc tham số của bộ khuếch đại xỏc định số lượng bộ khuếch đại ghộp nối tiếp, do đú xỏc định khoảng cỏch cú thể truyền được tớn hiệu đến. Yếu tố này được sử dụng để thiết kế hệ thống trung kế cỏp đồng trục.
Giới hạn hoạt động của một hệ thống cỏp được xỏc định bởi mức nhiễu nền và mộo trần được biểu diễn như hỡnh I.24 cho hệ thống ở 300 MHz. Hỡnh I.24 chỉ ra rằng một hệ thống với 46 bộ khuếch đại cú tỉ lệ CNR là 46 dB và CTB là -53 dB. Tuy nhiờn cũn cú nhiều nhõn tố khỏc ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống như:
sự phụ thuộc của suy giảm trong cỏp và nhiễu vào nhiệt độ, mức chịu đựng AGC và ASC, đỏp ứng tần số của hệ thống, độ chớnh xỏc của việc kiểm tra thiết bị v.v... Trong vớ dụ này, giả sử mức thay đổi cho phộp của AGC và ASC là 1 dB, mức thay đổi từ điểm cao nhất đến điểm thấp nhất là 3 dB, độ chớnh xỏc kiểm tra thiết bị là 2 dB, kết quả tổng mức thay đổi cho phộp là 6 dB. Như vậy số bộ khuếch đại cho phộp là 23 (số bộ khuếch đại giảm một nửa khi giới hạn CTB giảm 6 dB hoặc CNR giảm 3 dB).
Hỡnh I.24. Đặc tuyến CNR, CTB với hệ thống nối tiếp cỏc bộ khuếch đại.
Như ta đó thấy phạm vi bao phủ của hệ thống cỏp phụ thuộc vào số bộ khuếch đại trờn đường truyền, mà số lượng này lại phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Một trong những điều kiện để cú được độ bao phủ tối đa là mỗi bộ khuếch đại phải cú đỏp ứng tần số biờn độ phẳng.
7.2. Duy trỡ đỏp ứng tần số biờn độ
Tại mỗi bộ khuếch đại, khoảng cỏch từ đỉnh tới đỏy cỏc nhấp nhụ của đỏp ứng biờn độ - tần số khụng được vượt quỏ [N/10+1] dB, ở đõy N là số bộ khuếch đại mắc nối tiếp trờn đường truyền. Điều này làm tối thiểu sự suy giảm của tỉ số CNR ở cỏc kờnh rơi vào phần thấp của đỏp ứng tần số. Cỏc khuyến nghị trong thực tế qui định rằng biờn độ súng mang của cỏc kờnh cạnh nhau khỏc nhau khụng được quỏ 3 dB. Tất cả cỏc kờnh phải nằm trong toàn bộ 12 dB dải thụng của cửa sổ đỏp
CNR 20 dB 10 0 -10 -20 -30 -40 1 10 20 30 40 50 60 Số bộ khuếch đại mắc nối tiếp CTB 46 dB CNR và -53 dB CTB
cỏc bộ khuếch đại điều chỉnh để đạt được đỏp ứng phẳng nhất. Tại mỗi bộ khuếch đại cú thể được lắp một mạch điều chỉnh đỏp ứng tần số gọi là mạch mop-up. Cỏc mạch này cú thể làm mất đi cỏc đỉnh nhỏ (nhỏ hơn 1,5 dB) của đỏp ứng do cỏc bộ khuếch đại hoặc cỏp gõy ra.
7.3. Trễ nhúm của tớn hiệu khi đi qua hệ thống cỏp
Cỏc bộ khuếch đại trung kế cú khả năng khuếch đại theo cả hai hướng nhờ cỏc bộ lọc kộp, là bộ lọc kết hợp cả lọc thụng thấp và lọc thụng cao với vựng tần số giao nhau 40 MHz. Cỏc bộ lọc này gõy ra trễ nhúm làm giảm độ phõn giải của hỡnh ảnh. Cỏc bộ lọc xuất hiện tại cỏc headend và hub ở cỏc kết nối với cỏc thiết bị xử lý kờnh hoặc cỏc bộ điều chế kờnh. Mỗi kờnh thường chỉ cú một thiết bị này, do vậy cỏc ảnh hưởng trễ của cỏc thiết bị này khụng gõy ra vấn đề gỡ. Tuy nhiờn với một số cấu hỡnh của cỏc hệ thống truyền tớn hiệu, cỏc bộ lọc thờm vào cỏc kờnh đơn hoặc kờnh kộp sẽ gõy ra trễ ở cỏc hub.
7.4. Phản hồi của hệ thống
Sự phản hồi tớn hiệu xuất hiện khi qua hệ thống cỏp gõy ra bởi sự khụng phối hợp trở khỏng, được gọi là micro-reflections. Đại lượng đặc trưng cho sự phản hồi là tỉ số về biờn độ của tớn hiệu truyền và tớn hiệu phản xạ. Tỉ số này càng lớn càng tốt, trong trường hợp lớ tưởng tỉ số này là vụ cựng lớn. Nếu tỉ lố này nhỏ, tức là tớn hiệu phản xạ lớn, sẽ gõy ra hiện tượng hỡnh ảnh bị cú búng mờ.
7.5. Nhiễu pha
Nhiễu pha được thờm vào tớn hiệu gốc trong quỏ trỡnh điều chế và biến đổi tần số. Nhiễu pha băng hẹp (20 kHz) trờn kờnh truyền hỡnh tạo ra sự thay đổi mức độ chúi và mức màu xuất hiện dưới dạng một đường kẻ ngang trong hỡnh ảnh. Mức cú thể cảm nhận được của nhiễu pha trong súng mang video là nhỏ hơn súng mang 53 dB tại 20 kHz. Nếu quỏ trỡnh điều chế và biến đổi tần số hoạt động gần với cỏc chỉ tiờu kĩ thuật, thỡ cú thể làm suy yếu nhiễu pha đến mức khụng cũn cảm nhận được tại tivi của khỏch hàng trừ khi bộ chuyển đổi cú chất lượng kộm.
7.6. Mộo phi tuyến: CSO, CTB, XMOD
Khi nhiều tớn hiệu cú băng tần giới hạn như tớn hiệu video điều chế AM/VSB được phỏt qua cỏc thành phần phi tuyến hoặc cỏc hệ thống phi tuyến như bộ khuếch đại RF hoặc laser thỡ sẽ xuất hiện nhiều loại mộo phi tuyến khỏc nhau. Trong hệ
thống CATV, tổng tất cả cỏc hài điều biến thứ cấp khỏc nhau trong một kờnh cụ thể được gọi là mộo CSO (Composite Second-Order Beats).
Do ảnh hưởng của mộo CSO, trờn màn hỡnh TV xuất hiện cỏc đường gạch chộo chuyển động chậm.
Với hệ thống CATV cú N bộ khuếch đại khỏc nhau, mộo CSO toàn hệ thống được tớnh: ] 10 ... 10 10 lg[
15 CSO1/15 CSO2/15 CSON/15
N CSO − − − + + + − = (I.8)
Trong một hệ thống cỏp, tổng cỏc thành phần hài điều biến bậc ba khỏc nhau trong một kờnh cụ thể được gọi là mộo CTB.
Đối với hệ thống CATV cú N bộ khuếch đại khỏc nhau, CTB tổng được tớnh: ] 10 ... 10 10 lg[ 20 ) ( CTB1/20 CTB2/20 CTBN/20 N dB CTB − − − + + + − = (I.9)
Sự phõn kờnh HRC (Harmonically Related Carriers) và IRC (Incrementally Related Cariers) được phỏt triển để cực tiểu hoỏ sự thăng giỏng của chất lượng ảnh gõy ra bởi CTB.
Mộo xuyờn điều chế XMOD là một loại mộo khỏc trong CATV. Nú xuất hiện khi một nhúm súng mang video đang điều chế cỏc súng mang video khỏc trong một hệ thống video đa kờnh. Nguồn gốc mộo XMOD giống với mộo CSO/CTB. Mộo XMOD thường được sinh ra khi một bộ khuếch đại đồng trục RF hoặc cỏc thiết bị tớch cực khỏc bị quỏ tải khi đú điểm làm việc sẽ rơi vào vựng phi tuyến. Trong cỏc mạng CATV trước đõy, mộo XMOD thường sinh ra nhiễu ảnh mà hiệu ứng giống như cần gạt nước xe trờn màn hỡnh. Tuy nhiờn cỏc mạng CATV hiện nay với số lượng lớn cỏc kờnh AM/VSB và cú mức quỏ tải cao, cỏc hiệu ứng do mộo XMOD gõy ra thường khụng thể phỏt hiện được do cú sự xuất hiện của nhiễu CSO/CTB, do vậy khụng gõy ra những vấn đề nghiờm trọng cho cỏc nhà điều hành cỏp.
7.7. Ảnh hưởng của nhiễu do cỏc tần số radio gõy ra
Khi hệ thống cỏp đặt gần nguồn phỏt súng radio, súng radio cú thể dũ vào tạo nờn cỏc súng mang giả rơi vào trong phổ tớn hiệu truyền trong cỏp. Hiện tượng dũ là
giao thoa này là hỡnh ảnh cú búng. Búng xuất hiện trước hỡnh do thời gian truyền qua khụng khớ nhỏ hơn thời gian truyền trong cỏp. Nếu cỏc tớn hiệu này khụng đồng pha với nhau, trờn hỡnh ảnh xuất hiện cỏc dũng và phỏch nhiễu.
8. Thiết kế tối ưu mạng truyền hỡnh cỏp HFC
8.1. Thiết thiết kế tuyến truyền dẫn quang trong mạng HFC
8.1.1. Cơ sở lý thuyết tớnh toỏn thiết kế tuyến cỏp sợi quang trong mạng HFC
Quy trỡnh thiết kế tuyến cỏp sợi quang bao gồm cỏc bước: Dựa vào cỏc tham số của cỏc thiết bị quang như nguồn phỏt, cỏp sợi quang và đầu thu quang để phõn tớch quỹ thời gian; tớnh toỏn quỹ cụng suất đồng thời kiểm định lại chất lượng của hệ thống thiết kế.
+ Phõn tớch quỹ thời gian
Thiết lập quỹ thời gian là quỏ trỡnh kiểm tra băng thụng của hệ thống. Quỹ thời gian của hệ thống được xỏc định theo biểu thức:
2 2 2 PD F Ls sys t t t t = + + ; (I.10) Trong đú: tsys là quỹ thời gian của hệ thống; tLs, tF, tPD lần lượt là thời gian lờn của nguồn quang, sợi quang, thiết bị thu quang.
Trong bộ thụng số của thiết bị thu phỏt, thụng số tỏn sắc cực đại (τTs[ps/nm]) được đưa ra để xỏc định khoảng cỏch giới hạn của tuyến theo quỹ thời gian, tức là:
tF ≤ tTs.σλ ; (I.11) Với σλ là độ rộng phổ của nguồn quang. Khi đú, độ dài tuyến (L) cú giới hạn là:
( Vl Ds) Ts Dis
Ts d d d
L≤τ / + =τ / (I.12)
+ Thiết lập tớnh toỏn cho quỹ cụng suất của tuyến
Suy hao đường truyền gồm cú: - Suy hao cụng suất do đường truyền:
PAtt-ca = dAtt. L [dB]; (I.13) Với dAtt là suy hao trờn một km cỏp quang.
- Suy hao trờn cỏc mối hàn với αSlip cho một mối hàn. - Suy hao của cỏc mối ghộp quang αCoup.
Vậy suy hao thực tế cú thể của toàn tuyến là:
( ) Slip Coup
Att L L l
d
Trong đú: [L/l] là phần nguyờn của tỉ số L/l với l là độ dài của cuộn cỏp. Để đỏnh giỏ cụng suất tổn hao thiết kế đặc trưng của tuyến ta đưa ra tham số riờng cho từng tuyến riờng biệt:
] / [ arg Km dB L P M A M in Penalty Sys + + = α ; (I.15)
trong đú: MMarginlà phần cụng suất dự trữ cho toàn tuyến; PPenalty là cụng suất bự quang do ảnh hưởng của tỏn sắc tới tớn hiệu truyền dẫn.
8.1.2. Quỏ trỡnh xõy dựng cỏc bài toỏn thiết kế
Trờn cơ sở phõn tớch tớnh toỏn trờn ta xõy dựng cỏc bài toỏn thiết kế:
+ Xõy dựng bài toỏn kiểm tra khả năng truyền dẫn của tuyến
Để kiểm tra và xỏc định khả năng truyền dẫn của tuyến truyền dẫn quang nào đú phải xuất phỏt từ cỏc thụng số của cỏc thiết bị cấu trỳc nờn tuyến.
- Tỡm khoảng cỏch lớn nhất theo quỹ thời gian :
LTg_MAX ≤ DDis.σλ/dDis ; (I.16) trong đú: LTg_MAX là khoảng cỏch lớn nhất thoả món quỹ thời gian; DDis là thụng số tỏn sắc cực đại của thụng số thiết bị phỏt; dDis là hệ số tỏn sắc của sợi quang.
- Tỡm khoảng cỏch lớn nhất theo quỹ cụng suất toàn tuyến LPower[Km]. Quỹ cụng suất tổn hao toàn tuyến được thiết lập bởi:
PAtt-Max=dAtt.L+([L/l]−1).αSlip +αCoup+MMargin (I.17) Để tỡm khoảng cỏch lớn nhất thoả món biểu thức trờn ta thực hiện vũng lặp với ∆l = -0.001. Bắt đầu vũng lặp tại L0= {PAtt_Max +αCoup +MMargin}/dAtt và với Li+1=
( )
{PAtt_Max+ [Li/l]−1.αSlip +αCoup+MMargin}/dAtt, ta cú:
Li+1 = Li + ∆l (I.18) Tỡm khoảng cỏch lớn nhất mà bộ thiết bị cú thể truyền dẫn là LPower tớnh theo quỹ cụng suất.
Cuối cựng tỡm được khoảng cỏch trạm lặp lớn nhất của bộ thiết bị thu phỏt là:
PAtt-Carad-Min=PLaun-Max-PRe-Over≤A; với A=dAtt.L+([Li/l]−1).αSlip +αCoup; (I.20) trong đú: PLaun-Maxlà cụng suất phỏt lớn nhất của bộ thiết bị thu phỏt; PRe-Over là cụng suất thu quỏ tải của bộ thiết bị thu phỏt.
Tương tự, với phộp lặp như ở phần trờn ta tỡm được LMin[Km] với giỏ trị ban đầu của vũng lặp là L0 = 0, và ∆l=0.001.
Và với Li+1= {PAtt_Max+([Li/l]−1).αSlip +αCou}/dAtt
Li+1 = Li+∆l (I.21)
Tương ứng với bộ thiết bị thu phỏt ta tỡm được LMax[Km], LMin[Km].
+ Thiết kế tuyến cỏp sợi quang theo thiết bị
Thiết kế tuyến là mục đớch chớnh của bài toỏn thiết kế, nhằm đưa ra cỏc thiết bị truyền dẫn tối ưu thoả món yờu cầu riờng của tuyến, đồng thời cũng đưa ra cỏc giải phỏp phự hợp với từng điều kiện khỏc nhau cho người thiết kế lựa chọn nhằm nõng cao chất lượng thụng tin. Bài toỏn được giải quyết theo cỏc bước:
- Thiết lập quỹ thời gian: Để đảm bảo tớn hiệu nhận được tại đầu thu cú thể thu được với một yờu cầu chất lượng nào đú, tổng tỏn sắc của toàn tuyến được giới hạn theo thụng số của bộ thiết bị thu phỏt và thoả món:
tSys = L.σλ.dDis ≤ DDis.σλ hay L.dDis ≤ DDis (I.22) Nếu tổng tỏn sắc thu được của hệ thống nhỏ hơn tỏn sắc cho phộp của tuyến thỡ bộ thiết bị thoả món.
- Xõy dựng quỹ cụng suất:
PAtt=dAtt.L+([L/l]−1).αSlip +αCoup +MMargin (I.23) So sỏnh tổng cụng suất suy hao trờn toàn tuyến PAtt với tổng tổn hao cho phộp của bộ thiết bị thu phỏt, nếu nhỏ hơn thỡ thiết bị thoả món cho tuyến, ngược lại nếu phần cụng suất tổn hao tổng vượt quỏ cụng suất tổn hao cho phộp của bộ thiết bị thỡ phải cần cú thờm cỏc bộ khuếch đại cho tuyến hoặc thay thế thiết bị khỏc.
Để khoảng cỏch truyền dẫn khụng nằm dưới giới hạn dưới của khoảng cỏch giới hạn cho phộp, ta phải thiết lập quỹ cụng suất cho bộ thiết bị thu phỏt đối với khoảng cỏch trạm lặp nhỏ nhất. Khi thiết lập quỹ cụng suất cho khoảng cỏch này ta khụng cần tớnh độ thiệt thũi cụng suất BER, cũng như cụng suất dự trữ tuyến.
Cụng suất suy hao này luụn luụn tồn tại cho mỗi tuyến nhất định và để đảm bảo cho hệ thống nú phải thoả món:
PLaun-Max-PRe-Over ≤ PAtt-Min (I.25) Nếu biểu thức trờn thoả món thỡ bộ thiết bị thoả món giới hạn cụng suất dưới, ngược lại thỡ hệ thống cần cú thờm cỏc thiết bị suy hao hoặc là phải chọn thiết bị khỏc cho hệ thống. Nếu chọn bộ suy hao thỡ giỏ trị suy hao cần yờu cầu là:
PAdd-Att={PLaun-Max-PRe-Over }- PAtt-Min (I.26) Bộ thiết bị thu phỏt tỡm được cựng cỏc thụng số của nú được ghi lại, sau đú tiếp tục tỡm cỏc bộ thụng số khỏc cũn lại trong cơ sở dữ liệu.
Sau khi tỡm và chọn được bộ thiết bị thu phỏt thoả món cỏc yờu cầu của hệ thống và yờu cầu của nhà khai thỏc thỡ tiếp tục đi xỏc định cỏc tham số khỏc của hệ thống như dạng xung thu được, khoảng cụng suất khuếch đại giới hạn v.v...
Cụng việc cuối cựng là tỡm cỏc bộ thiết bị cú thụng số phự hợp nhất cho tuyến theo cỏc tiờu chuẩn lựa chọn.
Bắt đầu