4. 2 Cõc bộ khuếch đại RF (Radio Friquency)
4.2.1.3 Bộ khuếch đại đường dđy
Khoảng cõch giữa cõc bộ khuếch đại năy khoảng 120m ữ 130m, đặt ở phớa gần thuớ bao. Để giảm hiệu ứng mĩo phi tuyến ở tớn hiẹuVideo phõt đi cũng như duy trỡ sự đồng đều trong toăn dải tần tớn hiệu, tối đa chỉ sử dụng 2 ữ 4 bộ khuếch đại đường dđy, tuỳ thuộc văo số lượng Tap (bộ trớch tớn hiệu) giữa cõc bộ khuếch đại đường dđy dải rộng. Trong cõc hệ thống CATV hai chiều cú sử dụng một thiết bị đăc biệt lă bộ lọc Diplexer (hỡnh 4.4) cho phĩp tõch riớng tớn hiệu đường lớn vă đường xuống. Tại cõc hệ thống truyền hỡnh cõp tại Bắc Mỹ cõc kớnh tớn hiệu đường lớn được đặt ở dải tần số 5 ữ 65MHz. Dải tần số tớn hiệu đường xuống lă 70 ữ 862MHz. Diplexer cú độ cõch ly giữa cõc dải tần khoảng 60dB.
Diplexer lă một thiết bị cú ba cổng: cổng H, Cổng L, Cổng chung C. Đường từ cổng chung C tới cổng thấp L lă một bộ lọc thụng thấp cho phĩp tớn hiệu đường lớn ở băng tần thấp hơn được phõt đi. Đường đi từ cổng chung C tới cổng cao H lă một bộ lọc thụng cao cho phĩp phõt cõc kớnh tớn hiệu đường xuống. Trong một bộ khuếch đại đường dđy (khuếch đại trung kế vă khuếch đại cầu) cõc tớn hiệu đường xuống chuyển qua cổng H, tớn hiệu đường lớn chuyển qua cổng L. 4.2.2 - CNR của một bộ khuếch đại đơn vă nhiều bộ khuếch đại nối tiếp.
Đồ õn tốt nghiệp 71 Cổng C Cổng H Cổng L Cõc bộ lọc
Một trong những thụng số quan trọng nhất đõnh giõ hiệu năng truyền dẫn của hệ thống CATV lă tỷ số súng mang trớn nhiễu (CNR: Carrier Noise Rate ). CNR của một bộ khuếch đại đơn được tớnh theo cụng thức :
CNR[dB] = - (-59.16) – F – G (4.2) Trong đú
Pra[dBà V]: Lă cụng suất ra của bộ khuếch đại. KB: Lă hằng số Boltzman(1.38x10-23J/k).
T[k]: Lă nhiệt độ Kenvil của bộ khuếch đại. G[dB]: Lă hệ số khuếch đại.
B[MHz]: Lă dải tần lăm việc.
Giõ trị (-59.16)dBmV lă nhiễu nhiệt trong dải tần 4MHz. F[dB]: Lă tạp đm nhiệt của bộ khuếch đại.
Tạp đm nhiệt thụng thường đối với cõc bộ khuếch đại trung kế thường trong khoảng 7 ữ 10dB với mức tớn hiệu văo lă +10dBmV vă hệ số khuếch đại lă 20dB. Trong trường hợp cú n bộ khuếch đại khõc nhau mắc nối tiếp:
Giả sử bộ khuếch đại thứ n cú tạp đm nhiệt lă Fn vă hệ số khuếch đại lă Gn như trong hỡnh vẽ:
Tạp đm nhiệt của toăn bộ hệ thống được tớnh : F = F1 + + +…+ (4.3)
Trường hợp đơn giản nhất lă tất cả bộ khuếch đại RF lă giống nhau thỡ CNR của toăn hệ thống lă:
CNRn = CNR - 10log(n) (4.4)
Vớ dụ, nếu một hệ thống CATV cú bốn bộ khuếch đại nối tiếp với CNR của mỗi bộ lă 56dB thỡ CNR của toăn hệ thống sau bộ khuếch đại thứ 4 lă 50dB.
Trường hợp tổng quõt CNRn của toăn hệ thống gồm cõc bộ khuếch đại khõc nhau được tớnh theo cụng thức :
CNRn[dB] = -10log[ 10-CNR1/10 + 10-CNR2/10 +…+10-CNRn/10] (4.5)
4.3 - Bộ chia vă rẽ tớn hiệu
G1 F1 G2 F2 CNRn F
Hỡnh 4.5 Sơ đồ n bộ khuếch đại nối tiếp
Gn
Sơ đồ đơn giản của bộ rẽ tớn hiệu Tap cổng ra suy hao 20dB:
Tap được sử dụng để đưa tớn hiệu tới cõc thuớ bao. Một Tap điển hỡnh bao gồm một khối ghĩp định hướng RF vă cõc khối chia cụng suất .
Khối ghĩp định hướng rẽ ra một phần năng lượng tớn hiệu đầu văo, cũn cõc khối chia cụng suất (Spliter) chia tớn hiệu tới thường lă 2,4,8 cổng ra. Cụng suất tổn hao giữa cổng văo so với cổng ra gọi lă suy hao xen (Insertion Loss), cũn với cõc cổng ra khõc (cổng rẽ) gọi lă suy hao cõch ly (Isolation Loss).
Suy hao xen của Tap thường độc lập với tần số vă nhiệt độ.
Suy hao cõch ly lớn hơn rất quang trọng đối với cõc hệ thống CATV hai chiều để ngăn tớn hiệu đường lớn của một thuớ bao năy lọt văo tớn hiệu đường xuống của thuớ bao khõc. Thụng thường suy hao cõch ly văo khoảng 20dB giữa dải tần đường lớn vă đường xuống.
Tap được đặc trưng bởi giõ trị rẽ, được đõnh giõ bằng tỉ lệ giữa cụng suất ra vă cụng suất tớn hiệu văo. Giõ trị rẽ thường trong khoảng 4 ữ 35dB.
Đồ õn tốt nghiệp 73
Hỡnh 4.6 Sơ đồ khối đơn giản của Tap 4 đường suy hao 20 dB
Đường nguồn AC Khối ghĩp định hướng -12 dB Đường RF -4 dB -4 dB Chia tớn hiệu Đường văo Đường ra
CHƯƠNG V – PHƯƠNG PHÂP THIẾT KẾ MẠNG TRUYỀN HèNH CÂP HỮU TUYẾN
5.1 – Lựa chọn cõc thụng số kỹ thuật cho mạng truyền hỡnh cõp hữu tuyến
5.1.1 - Phđn bố dải tần tớn hiệu
Hầu hết cõc hệ thống HFC tại Mỹ hiện nay đều phđn bố dải tần như sau: từ 5MHz – 40MHz dănh cho dải tần ngược (truyền số liệu từ thuớ bao đến trung tđm), từ 52MHz – 750MHz dănh cho dải tần hướng xuống trong đú: dải tần từ 52MHz – 550MHz dựng cho cõc kớnh truyền hỡnh tương tự, từ 550MHz – 750MHz dựng cho cõc kớnh truyền hỡnh số vă cõc kớnh truyền số liệu hướng xuống (downstream data). Vậy dải thụng dănh cho cõc kớnh truyền số liệu hướng lớn chỉ lă 35MHz, trong khi đú dải thụng của kớnh truyền số liệu hướng xuống cú thể đạt đến 120MHz – 150MHz. Điều cú thể nhận thấy dải thụng cho kớnh hướng lớn nhỏ hơn nhiều so với kớnh hướng xuống. Ngoăi ra hầu hết nhiễu hệ thống cũng đều xuất hiện tại cõc tần số thấp, phần cuối của phổ tần, điều năy lại căng lăm cho dải thụng hướng lớn nhỏ hơn.
Do yớu cầu dải thụng căng ngăy căng tăng, đặc biệt lă dải thụng tớn hiệu hướng lớn, hiện nay cõc thiết bị truyền hỡnh cõp mới ra đời đều hỗ trợ cho phương thức phđn bố dải tần mới, trong đú dải tần hướng xuống lớn đến 860 hoặc 870MHz, đồng thời dải tần số hướng lớn cũng được tăng từ 5 – 65MHz. Với phđn bố dải tần năy, dải thụng hướng lớn tăng gấp đụi, trong đú dải thụng hướng xuống cũng tăng hơn 100MHz. Ta sẽ lựa chọn phđn bố tần số theo phương õn năy cho
Tần số 7 5 0 M H z
Hỡnh 5.1 Phđn bố dải tần cho cõc mạng truyền hỡnh cõp tại Mỹ
5 5 0 M H z 5 0 0 M H z 4 0 M H z 5 M H z 5 0 M H z Data, interative upstream Analog Video Dowstream Digital video, data Dowstream
5.1.2 - Tớnh toõn kớch thước node quang cho yớu cầu hiện tại
Kớch thước node quang lă số lượng thuớ bao được cung cấp dịch vụ tại một node quang. Số lượng thuớ bao tại một node quang lă thụng số quan trọng hăng đầu khi thiết kế mạng, vỡ ảnh hưởng đến một loạt cõc thụng số quan trọng của mạng, như: tốc độ bớt tớn hiệu hướng lớn của mỗi thuớ bao (đối với mạng hai chiều), cấu hỡnh mạng truy nhập, khả năng cung cấp dịch vụ cho thuớ bao hiện tại vă tương lai, khả năng phõt triển vă nđng cấp mạng trong tương lai.
Một hệ thống mạng được xđy dựng thụng thường phải đõp ứng được yớu cầu sử dụng ớt nhất trong 15 đến 20 năm, vă phải cú khả năng nđng cấp để đõp ứng trong những năm tiếp theo. Vỡ vậy triển khai mạng truy nhập đồng trục cần tớnh đến mức tập trung của thuớ bao vă cấu trỳc mạng cõp quang của khu vực node quang bao phủ, cần kết hợp cõc yếu tố như cấu trỳc địa lý thănh phố, hướng đường phố vă định hướng phõt triển của thuớ bao trong thời gian tiếp theo, căn cứ văo tỡnh hỡnh thực tế để xõc định số lượng thuớ bao của mỗi node quang.
Nếu thuớ bao tập trung thỡ 1000 ~ 1500 thuớ bao/ node quang lă phự hợp. Khi sử dụng 1500 thuớ bao /1 node quang thỡ nớn chọn node quang cú 4 cổng ra, mạng phđn phối cõp đồng trục thỡ nớn chọn cấu trỳc dạng sao vă cố gắng cđn đối số lượng thuớ bao ở cõc cổng ra của mỗi node quang để tiện cho việc nđng cấp sau năy.
Đồ õn tốt nghiệp 75
Hỡnh 5.2 Phđn bố dải tần cho cõc mạng truyền hỡnh cõp Chđu Đu
Data, interativ e upstrea m 5 M H z 6 5 M H z 5 0 0 M H z 7 0 M H z 5 5 0 M H z 8 6 2 M H z Analog Video Dowstream Digital video, data Dowstream Data, interative upstream Tần số
5.2 – Thiết kế
Thiết kế một hệ thống cõp quang lă một quy trỡnh phức tạp. Người thiết kế phải đõnh giõ nhiều yếu tố như: tốc độ dữ liệu, suy hao đường truyền, mụi trường, loại cõp, thiết bị cú được, cõc loại giao diện điện tử, bộ nối, hăn quang, cõc giao thức…
Một quy trỡnh hoăn chỉnh sẽ rất phức tạp, tuy nhiớn nú cú thể được đơn giản hoõ nhờ cõc chỉ dẫn kỉm theo cõc thiết bị quang do cõc nhă sản xuất cung cấp. Những chỉ dẫn năy thường mang đầy đủ cõc thụng tin để cú thể chọn được loại cõp quang thớch hợp vă dễ lắp đặt. Những yếu tố khõc như loại cõp, panel, jumper, mụi trường, … thỡ người thiết kế phải tự đõnh giõ.
Phần năy sẽ trỡnh bầy phương phõp thiết kế đơn giản dựa trớn cõc khuyến nghị của nhă sản xuất. Cõc phương phõp tớnh toõn để chọn lựa loại cõp quang sử dụng trong mạng.
5.2.1 - Lựa chọn sợi quang
Điều đầu tiớn phải được quyết định lă lắp đặt hệ thống quang đơn mode hay đa mode. Cả hai hệ thống đều cú những ưu nhược điểm của mỡnh.
• Cõc ưu điểm của hệ thống sợi quang đơn mode
1. Sợi quang đơn mode cú băng tần truyền dẫn rất lớn, lý tưởng cho truyền dẫn cự ly xa.
2. Sợi quang đơn mode cú suy hao nhỏ hơn sợi quang đa mode. 3. Cõp sợi quang đơn mode rẻ hơn sợi quang đa mode.
4. Sợi quang đơn mode hiện cú hoạt động ở bước súng 1310nm hoặc 1550nm
• Ưu điểm của hệ thống sợi quang đa mode
1. Sợi quang đa mode thớch hợp cho cõc cự ly dưới 2km.
2. Hệ thống sợi quang đa mode cú băng tần ớt phụ thuộc văo chiều dăi của sợi . Cú thể truyền số liệu tốc độ 100Mbps, cự ly nhỏ hơn 2km, sử dụng sợi quang FĐI tiớu chuẩn 62,5/125.
3. Thiết bị quang đa mode thường rẻ hơn đơn mode. Cõc LED rẻ thường được dựng lăm nguồn quang.
4. Cõp sợi quang đa mode thường đắt hơn đơn mode, nhưng đối với những ứng dụng cự ly ngắn thỡ sự tiết kiệm chi phớ từ cõc thiết bị quang cú thể bự lại chi phớ cõp quang đa mode.
5. Sợi quang đa mode hiện cú hoạt động ở bước súng 850nm hoặc 1310nm.
Cú thể kết luận chung rằng cõc ưu điểm nớu trớn của sợi quang đơn mode thớch hợp hơn cho mạng truyền hỡnh cõp hữu tuyến. Cũn sợi quang đa mode chỉ
cú thể được lắp đặt cho hệ thống phục vụ cho cõc ngănh cụng nghiệp khõc cự ly ngắn.
5.2.2 - Tớnh toõn suy hao của hệ thống
Tổng suy hao tuyến lă suy hao cụng suất trong một tuyến sợi quang do tất cả cõc yếu tố bao gồm: cõc bộ nối, mối hăn, suy hao sợi quang, độ cong của cõp… Suy hao cụng suất quang do cõc bộ nối gắn với thiết bị quang cú thể bỏ qua vỡ nú đờ được tớnh gộp văo thiết bị. Tổng suy hao tuyến phải nằm trong phạm vi cho phĩp của thiết bị quang thỡ hệ thống mới cú thể hoạt động tốt. Điều năy được xõc định nhờ việc lập kế hoạch chi tiết cõc suy hao cụng suất cho toăn bộ hệ thống quang. Tất cả cõc yếu tố cú liớn quan hoặc cú thể sẽ liớn quan đến suy hao tuyến đều cần phải được tớnh đến.
Cõc nhă sản xuất thiết bị quang thường khuyến nghị một hoặc nhiều loại sợi quang cú thể sử dụng phự hợp với thiết bị của họ. Những loại sợi quang năy đờ được thử nghiệm với thiết bị của họ trong một cấu hỡnh điểm - điểm tiớu chuẩn cho cõc chỉ số độ dăi vă suy hao cực đại của sợi quang. Thiết bị sẽ hoạt động tốt nếu ta sử dụng loại sợi quang đờ được khuyến nghị trong cõc giới hạn về chiều dăi vă suy hao của sợi.
Một phương phõp dựng để xõc định tổng suy hao tuyến lă đõnh giõ phđn bố suy hao tuyến quang. Đõnh giõ năy liệt kớ tất cả cõc yếu tố liớn quan hoặc sẽ liớn quan đến suy hao quang của hệ thống. Kết quả sẽ đưa ra tổng suy hao tuyến yớu cầu cho hệ thống sợi quang. Sau đú sẽ so sõnh với suy hao cực đại của thiết bị để xõc định liệu thiết kế cú đạt chỉ tiớu về suy hao hay khụng.
1. Cõc yếu tố để đõnh giõ hệ thống quang
- Cõc khuyến nghị về bõn kớnh sợi quang (125à m)
- Khuyến nghị về suy hao cực đại của sợi quang (0,35dB/km) - Khuyến nghị về độ mở số cực đại của sợi quang (NA)
- Khuyến nghị về băng tần sợi quang cực đại (MHz*km) tại bước súng hoạt động (1310nm)
- Khuyến nghị về chiều dăi cực đại của sợi quang - Cõc thụng số suy hao cực đại của thiết bị
- Độ nhạy thu của thiết bị
- Cụng suất ra trung bỡnh của bộ phõt của thiết bị - Dải động của bộ thu
Nếu suy hao cực đại đờ được cung cấp vă bộ thu cú dải động lă toăn bộ dải cụng suất lăm việc của bộ phõt thỡ khụng cần cõc thụng tin về độ nhạy bộ thu vă cụng suất ra trung bỡnh của bộ phõt.
Suy hao cực đại = cụng suất ra trung bỡnh bộ phõt - độ nhạy bộ thu
2. Từ kế hoạch lắp đặt sợi quang, cần xõc định - Tổng chiều dăi tuyến sợi quang
- Số lượng mối nối cần thiết vă suy hao của mỗi mối nối - Dự trữ cho thiết kế
- Cõc suy hao quang do cõc thănh phần khõc trong hệ thống 3. Kết luận phđn bố suy hao tuyến quang
- Suy hao sợi quang tại bước súng hoạt động: dB/km - Suy hao mối hăn: số mối hăn*dB/mối hăn
- Suy hao mối nối: số mối nối*dB/mối nối - Cõc suy hao thănh phần khõc
- Dự trữ cho thiết kế - Tổng suy hao tuyến
- Cụng suất đầu ra trung bỡnh của bộ phõt - Cụng suất đầu văo bộ thu
- Dải động của bộ thu - Độ nhạy của bộ thu - Dự trữ cũn lại
4.Dự trữ cũn lại nớn lớn hơn 0. Nếu khụng đạt được điều năy thỡ cần phải xem xĩt lại suy hao toăn tuyến để giảm suy hao toăn tuyến.
5.3 – Nguyớn tắc thiết kế phần mạng quang
Mạng quang lă mạng truyền dẫn khụng thể thiếu trong tổng thể mạng truyền hỡnh cõp xđy dựng theo cấu hỡnh HFC hay HFPC nhằm mục đớch truyền dẫn tớn hiệu quang từ Trung tđm đến cõc điểm đặt node quang (thực chất lă bộ chuyển đổi quang điện O/E) vă trong tương lai lă truyền dẫn tớn hiệu ngược dũng từ cõc đấu cuối thuớ bao (Modem cõp, thoại, hệ thống bõo chõy, Set-top-box...). Tuỳ theo quy mụ phõt triển mạng mă mạng quang cú thể được chia thănh nhiều cấp khõc nhau, ở đđy ta chỉ xem xĩt vă tớnh toõn quy hoạch cho một mạng truyền hỡnh cõp cú quy mụ vừa phải vă chỉ sử dụng một cấp truyền dẫn quang vă chỉ tớnh toõn cho hướng tớn hiệu đường xuống (từ Trung tđm đến mõy thu thuớ bao).
Việc quy hoạch vă phõt triển mạng quang gắn liền với đặc điểm địa hỡnh, dđn cư vă tỡnh hỡnh phõt triển cõc dịch vụ giõ trị gia tăng trong tương lai vỡ điều năy liớn quan đến việc quyết định sẽ sử dụng cấu hỡnh mạng quang, mạng đồng trục vă hệ thống thiết bị phự hợp với từng cấu hỡnh mạng. Vớ dụ ở Việt Nam, việc sử dụng cấu hỡnh HFC hay HFPC phụ thuộc rất nhiều văo mặt bằng quy hoạch đụ thị . Để triền khai dịch vụ truyền hỡnh cõp trớn cõc tuyến phố trớn địa băn thănh phố Hă Nội hay một số thănh phố cú số lượng dđn cư đụng đỳc, hệ thống giao thụng phức tạp đồng thời cơ sở hạ tầng, ống mõng, cột điện lực, cột đỉn chiếu
tớnh khả thi mă thớch hợp hơn lă triển khai mạng theo cấu hỡnh HFC. Do tớnh