Đề tài Truyền hình cáp và các ứng dụng về truyền hình cáp

MF). Tín hiệu được truyền từ Headend trung tâm tới thông thường 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 5Hub thứ cấp và Headend nội hạt, mỗi Hub thứ cấp được sử dụng để phân phối phụ thêm các tín hiệu Video tương 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 tương tự của Headend trung tâm có thể cùng được chia sẻ sử dụng trên mạng backbone. Mạng backbone được xây dựng theo kiến trúc vòng sử dụng công nghệ SONET/SDH hoặc một số công nghệ độc quyền. Các đặc điểm của SONET/SDH được 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 tương tự được số hoá, điều chế, ghép kênh TDM và được truyền ở các tốc độ khác nhau từ OC-12/STM-4 (622 Mb/s) tới OC-48/STM-16 (2448 Mb/s). Ở đâysử 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 bit 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 tương thích với chuẩn SONET/SDH, tuỳ theo các giao diện mạng. Dung lượng node quang được xác định bởi số lượng 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. 3.1.2.2. Ưu và nhược điểm của mạng HFC. - Sử dụng cáp quang để truyền tín hiệu, mạng HFC sẽ sử dụng các ưu điểm vượt trội của cáp quang so với các phương tiện truyền dẫn khác: Dải thông cực lớn, suy hao tín hiệu rất thấp, ít bị nhiễu điện từ, chống lão hoá và ăn mòn hoá học tốt. Với các sợi quang được 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 (10145 - 1015 Hz). Đây là dải thông tín hiệu vô cùng lớn, có thể đáp ứng mọi yêu cầu dải thông đường truyền mà không một phương tiện truyền dẫn nào khác có thể có được. - Tín hiệu quang truyền sợi quang hiện nay chủ yếu nằm trong 2 cửa sổ bước sóng quang là 1310nm và 1550nm. Đây là 2 cửa sổ có suy hao tín hiệu rất nhỏ; 0,3 dB/km với bước sóng 1310nm và 0,2nm với bước song 1550nm. Trong khi đó với một sợi cáp đồng trục loại suy hao thấp nhất cũng phải mất 43dB/km tại tần số 1 GHz. - Tín hiệu truyền trên sợi cáp là tín hiệu quang, vì vạy không bị ảnh hưởng bởi các nhiễu điện từ từ môi trường dẫn đến đảm bảo được chất lượng tín hiệu trên đường truyền. Được chế tạo từ các trung tính là Plastic và thủy tinh, các sợi quang là các vật liệu không bị ăn mòn hoá học dẫn đến tuỏi thọ của sợi cao. - Có khả năng dự phòng trong trường hợp sợi quang bị đứt. - Mặc dù mạng HFC đã cải thiện đáng kể chất lượng tín hiệu truyền hình, nhưng các mạng con truy nhập vẫn sử dụng các thiết bị tíc cực là các bộ khuếch đại tín hiệu nhằm bù suy hao cáp để truyền tín hiệu đi xa. Theo kinh nghiệm 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 thường không thể thực hiện nhanh được nên ảnh hưởng đến chất lượng 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 ngược dòng đã đến độ ổn định của mạng giảm. Do vậy xu hướng trên thế giới đang chuyển dần sang sử dụng mạng truy nhập thụ động. 3.1.3. Kiến trúc mạng HFPC. * Khái niệm. Một mạng HFC chỉ sử dụng các thiết bị cao tần thụ động được gọi là mạng HFC thụ động HFPC (Hybrid Fiber/Pasive Coaxia). Như vậy với kiến trúc HFPC, mạng con truy nhập không đồng bộ khuếch đại nào nữa mà chỉ còn các bộ chia tín hiệu, các bộ ghép định hướng và các bộ trích tín hiệu thụ động. * Sử dụng mạng truy nhập HFPC sẽ tạo ra các ưu điểm sau: - Chất lượng tín hiệu được nâng cao do không sử dụng các bộ khuếch đại tín hiệu mà hoàn toàn chỉ dùng các thiết bị thụ động nên tín hiệu tới thuê bao sẽ không bị ảnh hưởng của nhiễu tích tụ do các bộ khuếch đại. - Sự cố của mạng sẽ giảm rất nhiều dẫn đến tăng độ ổn định và chất lượng phục vụ mạng vì trục trặc của mạng truyền hình cáp phần lớn xảy ra do các bộ khuyếch đại và thiết bị ghép nguồn cho chúng. - 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 dưỡng, thay thế và sửa chữa csac thiết bị tích cực dẫn đến giảm chi phí điều hành mạng. - Nếu sử dụng mạng đồng trục thụ động, số lượng thuê bao tại một node quang sẽ giảm đi, dẫn đến dung lượng đường truyền cho tín hiệu hướng lên sẽ tăng lên, tạo ra khả năng cung cấp tốt các dịch vụ 2 chiều tốc độ cao cho thuê bao. * Một số nhược điểm của mạng HFPC: - Do không sử dụng các bộ khuếch đại tín hiệu cao tần, tín hiệu suy hao trên cáp sẽ không được bù dẫn đến hạn chế lớn bán kinh phục vụ của mạng. - Do không kéo cáp đồng trục đi xa, số lượng thuê bao có thể phục vụ bởi một node quang có thể giảm đi. Để có thể phục vụ số lượng thuê bao lớn như khi sử dụng csac bộ khuếch đại tín hiệu, cần kéo cáp quang đến gần thuê bao hơn và tăng số node quang dẫn đến tăng chi phí lớn cho mạng. 3.2. CÁC THÀNH PHẦN HỆ THỐNG. Mục này sẽ đề cập đến những thành phần đóng vai trò quyết định đến chất lượng của một hệ thống mạng HFC, bao gồm: - Cáp sợi quang. - Cáp đồng trục - Các bộ khuyếch đại tín hiệu. - Các bộ chia tín hiệu và rẽ tín hiệu. 3.2.1. Cáp sợi quang. 3.2.1.1. Cấu tạo. Hình 22: Cấu trúc sợi quang Sợi quang là ống dẫn điện môi hình trụ. Thành phần chính gồm lõi và lớp bọc. Lõi để dẫn ánh sáng còn lớp bọc để giữ ánh sáng tập trung trong lõi sợi nhờ sự phản xạ toàn phần giữa lớp lõi và lớp bọc. Để bảo vệ sợi quang tránh những tác dụng do điều kiện bên ngoài, sợi quang còn được bọc thêm hai lớp nữa, bao gồm: - Lớp vỏ thứ nhất: có tác dụng bảo vệ sợi quang tránh sự xâm nhập của hơi nước, tránh sự trầy xước gây nên những vết nứt và giảm ảnh hưởng vi uốn cong. - Lớp vỏ thứ hai: có tác dụng tăng cường sức chịu đựng của sợi quang trước tác dụng cơ học và ảnh hưởng của nhiệt độ. 3.2.1.2. Các đặc tính của sợi quang. * Suy hao. Công suất quang truyền lên sợi giảm theo quy luật hàm số mũ. P(z) = P(0) x 10(-a/10)z. Trong đó: P(0) : công suất quang đầu sợi. P(z) : công suất quang ở cự ly z. a : hệ số suy hao. Độ suy hao của sợi quang được tính bởi công thức: A(dB) = -10lg (P2/P1). Trong đó: P1: công suất quang đầu vào. P2: công suất quang đầu ra. Hệ số suy hao trung bình (suy hao trên một đơn vị chiều dài). a(dB/km) = A(dB)/L (km) Trong đó: A: độ suy hao của sợi quang. L: chiều dài của sợi quang. Các nguyên nhân gây nên suy hao. - Suy hao do hấp thụ vật liệu: Sự có mặt của các tạp chất kim loại và các ion OH trong sợi quang là nguồn điểm hấp thụ ánh sáng. Mức độ hấp thụ tuỳ thuộc vào bước sóng ánh sáng truyền qua nó và tuỳ thuộc vào nồng độ tạp chất của vật liệu. - Suy hao do tán xạ Rayleigh: ánh sáng khi truyền trong sợi quang gặp những chỗ không đồng nhất sẽ bị tán ạ. Tia xạ truyền qua chỗ không đồng nhất bị toả ra nhiều hướng. Chỉ có một phần ánh sáng tiếp tục truyền theo hướng cũ, do đó năng lượng bị mất mát. Độ suy hao của tán xạ Rayleigh tỉ lệ nghịch với lũy thừa bậc 4 của bước sóng (l-4) nên độ suy hao giảm rất nhanh về phía bước song dài. Ngoài tán xạ Rayleigh, ánh sáng truyền trong sợi còn bị tán xạ khi gặp những chỗ không hoàn hảo giữa lớp vỏ và lớp lõi. Một tia tới sẽ có nhiều tia phản xạ khác nhau. Những tia có góc phản xạ nhỏ hơn góc tới hạn sẽ bị khúc xạ ra lớp vỏ và bị suy hao dần. - Suy hao do sợi bị uốn cong: Với những chỗ uốn cong nhỏ (vi uốn cong), tia sáng truyền bị lệch trục làm cho sự phân bố thường bị xáo trộn và năng lượng bị phá xạ ra ngoài dẫn đến suy hao. Còn khi sợi bị uốn cong, các tia sáng không thoả mãn điều kiện phản xạ toàn phần, do đó tia sáng sẽ bị khúc xạ ngoài. Bán kính uốn cong càng nhỏ thì suy hao càng lớn. Các nhà sản xuất khuyến nghị bán kính uốn cong trong khoảng từ 30mm tới 50mm thì suy hao do uốn cong là không đáng kể. * Tán sắc. Một xung ánh sáng được đưa vào là truyền dẫn trong sợi quang thì ở đầu ra xung ánh sáng sẽ bị biến dạng so với xung đầu vào. Sự biến dạng này được gọi là tán sắc. Tán sắc làm cho biên độ tín hiệu tương tự bị giảm và bị dịch pha, còn tín hiệu số sẽ bị mửo rộng xung và bị chồng lấn nhau. Sự tán sắc làm hạn chế dải thông của sợi quang. Các nguyên nhân gây tán sắc: - Tán sắc mode: với sợi đa mode, ánh sáng truyền truyền trong sợi phân thành nhiều mode, mỗi mode có một đường truyền khác nhau, nên thời gian truyền của các tia sáng theo các mode là khác nhau. Điều đó dẫn tới các tia sáng không ra đồng thời khỏi sợi quang mặc dù cùng xuất phát tại cùng một thời điểm, gây nên tán sắc. - Tán sắc nội mode: Tán sắc không những chỉ do hiệu ứng trễ giữa các mode gây ra mà nó còn do chính nội tại của các mode riêng rẽ. Có hai loại tán sắc nội mode: Tán sắc vật liệu: do sự thay đổi chỉ số chiết suất của vật liệu lõi theo bước sóng. Tán sắc vật liệu là một hàm của bước sóng. Tán sắc dẫn sóng: do sợi đơn mode chỉ giữ khoảng 80% năng lượng ở trong lõi, còn 20% ánh sáng truyền trong vỏ nhanh hơn năng lượng ở trong lõi. Độ tán sắc tổng: Tán sắc tổng = Nếu kí hiệu Dt là tán sắc tổng, Dmod là tán sắc mode, Dchr là tán sắc nội mode, Dvl là tán sắc vật liệu, Dds là tán sắc dẫn sóng. Ta có thể viết: Dt = 3.2.2. Cáp đồng trục 3.2.2.1. Cấu tạo. Cáp đồng trục được sử dụng rộng rãi cho việc phân phối tín hiệu các chương trình truyền hình. Hình 23 vẽ sơ đồ cấu trúc cáp đồng trục sử dụng trong CATV. Lớp vỏ nhựa Vỏ bọc nhôm Lớp bọt nhựa Dây dẫn trong (Đồng bọc nhôm) Hình 23: Cấu tạo cáp đồng trục. Phần lõi của dây dẫn thông thường làm bằng đồng với điện trở nhỏ thuận lợi truyền dòng điện cường độ. Lớp vỏ ngoài và vỏ phần lõi trong thường làm bằn nhôm. Vật liệu giữa 2 lớp nhôm tbường là nhựa. Giữa lõi và phần ngoài có các túi không khí để giảm khôi slượng và tránh thấm nước. Ngoài cùng là một lớp vỏ bọc chống các tác động cơ học. Đường kính tiêu chuẩn của cáp là 0,5; 0,75; 0,875 và 1 inch, trở kháng đặc tính của cáp thường là 7W. Tín hiệu sẽ bị suy giảm khi truyền theo chiều dài của cáp. Lượng suy giảm phụ thuộc vào đường kính cáp, tần số, hệ số sóng đứng và nhiệt độ. Có 3 loại cáp đồng trục khác nhau được sử dụng trong mạng cáp phân phối. - Cáp trung kế. - Cáp fidơ - Cáp thuê bao. Cáp trung kế đường kính từ 0,5 đến 1 inch dùng truyền tín hiệu bắt đầu từ node quang. Tổn hao truyền dẫn đối với loại cáp 1 inch là 0,89 dB ở tần số 50MHz và 3,97dB ở 750 MHz (tính với 100m cáp). Cáp fidơ được sử dụng nối giữa các bộ khuếch đại đường dây và các bộ chia tín hiệu còn cáp thuê bao có đường kính nhỏ hơn cáp fidơ dùng để kết nối từ các bộ chia tới thiết bị đầu cuối thuê bao. Vị trí lắp đặt của các cáp trong mạng được chỉ trong hình. 3.2.2.2. Các thông số của cáp đồng trục. * Suy hao do phản xạ. Suy hao do phản xạ là đại lượng được đo bằng độ khác biệt của trở kháng đặc tính cáp so với giá trị danh định. Nó bằng tỷ số giữa công suất tới trên công suất phản xạ. Lr(dB) = 10 log (Pt/Pr) (dB). Khi trở kháng thực càng gần với giá trị danh định, công suất phản xạ càng nhỏ và suy hao phản xạ càng nhiều. Khi phối hợp lý tưởng ta có Pr = 0. Tuy nhiên trong thực tế giá trị Lr vào khoảng 28 - 32 dB. Nếu suy hao phản xạ quá nhỏ, phản hồi sẽ xuất hiện trên đường dây và sẽ tạo nên tín hiệu có tiếng ù. * Trở kháng vòng. Công suát từ các bộ khuếch đại để bù lại suy giảm trên đường truyền thường được cung cấp bởi dòng một chiều xoay chiều điện áp thấp truyền trong cáp theo tần số RF. Do mức điện áp thấp, thông thường khoảng 45V, trở kháng vòng (trở kháng phối hợp của dây dẫn trong và ngoài của cáp) là một đặc tính quan trọng. Dòng điện này chảy qua trong toàn bộ tiết diện của cáp, và vì vậy trở kháng của dây dẫn trong đối với nó sẽ cao. 3.2.3. Các bộ khuếch đại RF. 3.2.3.1. Đặc điểm các bộ khuếch đại. Các bộ khuếch đại đường truyền bù lại suy giảm tín hiệu, chúng đóng vai trò quan trọng khi thiết kế hệ thống. Mỗi bộ khuếch đại có chứa một bộ ổn định để bù lại suy giảm ở các tần số khác nhau. Trong hệ thống truyền hình cáp thường sử dụng bộ khuếch đại cầu. Với trở kháng vào lớn, tín hiệu từ đường trung chuyển có thể được lấy ra mà không ảnh hưởng đến chất lượng của toàn bộ kênh truyền. Yêu cầu đối với bộ khuếch đại là độ ổn định phải cao do có sự tích luỹ độ suy hao của nhiều thành phần mắc nối tiếp: - Chúng phải làm việc được trên một phạm vi dải tần rộng, hệ số khuếch đại phải đạt được giá trị phù hợp tại các miền tần số cao. - Bộ ổn định có khả năng bù lại suy giảm theo tần số một cách thích hợp. - Bộ khuếch đại có đặc tuyến tuyến tính cao, để tránh xuyên nhiễu. - Tự động điều chỉnh hệ số khuyếch đại và đặc tuyến tần số để bù lại sự thay đổi do nhiệt độ. - Tỷ số C/N của riêng một bộ khuếch đại phải đủ lớn để chống được mức nhiễu tầng của các bộ khuếch đại. Có 3 loại bộ khuếch đại được sử dụng trong mạng CATV HFC tuỳ thuộc vào vị trí của chúng. - Bộ khuếch đại trung kế. - Bộ khuếch đại cầu. - Bộ khuếch đại đường dây dải rộng. Vị trí từng loại trong mạng được chỉ ra trong hình 21. Đặc điểm từng loại. * Bộ khuếch đại trung kế. Hình 24: Sơ đồ khối đơn giản bộ khuếch đại trung kế. Được đặt tại điểm khi suy hao lên tới 20-22 dB tính từ bộ khuếch đại trước đó, mức đầu ra thông thường khoảng 30 - 36 dBmV. Ưu điểm: Mức CNR cao (300MHz). Vì cáp đồng trục khi truyền dẫn tổn hao phụ thuộc nhiều vào tần số nên biên độ tín hiệu Video phát đi cần phải được giữ cân bằng nhằm duy trì sự đồng đều trong toàn vùng phổ tín hiệu RF đã phát. Các bộ giữ cân bằng đường xuống được thiết kế để bù cho các đoạn cáp đồng trục độ dài cố định. Bằng cách tưang suy hao ở tần số thấp, bộ cân bằng cho phép các bộ khuếch đại trung kế duy trì mức khuếch đại phù hợp với từng khoảng tần số trong phổ tín hiệu truyền dẫn. Ngoài ra, một số bộ khuếch đại trung kế còn được trang bị bộ cân bằng dự đoán trước (Bode Equalizer) để bù tổn hao cáp gây ra do sự thay đổi của nhiệt độ. Các bộ khuếch đại trung kế thường dùng mạch tự điều chỉnh hệ số khuếch đại (AGC). Khoảng điều khiển chênh lệch mức khuếch đại thường trong khoảng 6-10 dB. Các khối AGC trong bộ khuếch đại trung kế tách tín hiệu mẫu của các kênh hoa tiêu tại đầu ra bộ khuếch đại, tín hiệu mẫu này thường được dùng để tạo ra mức điện áp phù hợp để điều khiển mức khuếch đại (Gain) và độ dốc (Slope) đặc tuyến của bộ khuếch đại. Các tần số hoa tiêu chuẩn khác nhau với từng nhà sản xuất. Tất cả các loại bộ khuếch đại trong truyền hình cáp đều dùng một số mạch khuếch đại đẩy kéo để giảm thiểu hài méo bậc hai. Bộ khuếch đại Fidơ: Được sử dụng không chỉ để phát xuống những kênh tín hiệu Video tới các bộ khuếch đại trung kế mà còn chia tín hiệu tới các fidơ cáp khác nhau (thường là 4 cáp fidơ). Mức tín hiệu ra thường trong khoảng 40 - 50 dBmV (cao hơn 12dB so với bộ khuếch đại trung kế. Bộ khuếch đại đường dây. Khoảng cách giữa các bộ khuếch đại này khoảng 120 - 130 (m), đặt ở phía gần thuê bao. Để giảm hiệu ứng méo phi tuyến ở tín hiệu Video phát đi cũng như duy trì sự đồng đều trong toàn dải tần tín hiệu, tối đa chỉ sử dụng 2-4 bộ khuếch đại đường dây, tuỳ thuộc vào số lượng Tạp giữa các bộ khuếch đại đường dây dải rộng. Trong các hệ thống CATV 2 chiều có sử dụng một thiết bị lọc đặc biệt là bộ lọc diplexer (hình 2.14) cho phép tách riêng tín hiệu đường lên và đường xuống. Tại các hệ thống truyền cáp hình cáp tại Bắc Mỹ, các kênh tín hiệu đường lên được đặt ở dải tần số 5042 MHz. Dải tần tín hiệu đường xuống là 52-860 MHz. Diplexer có độ cách ly giữa các dải tần khoảng 60dB. Hình 25: Minh hoạ đơn giản một diplexer Diplexer là thiết bị có 3 cổng: Cổng H, cổng L, cổng chung C. Đường từ cổng chung C tới cổng thấp L là một bộ lọc thông thấp cho phép tín hiệu đường lên ở băng tần thấp hơn được phát đi. Đường từ cổng chung C tới cổng cao H là một bộ lọc thông cao cho phép phát các kênh tín hiệu đường xuống. Trong một bộ khuếch đại đường dây (khuếch đại trung kế và khuếch đại cầu) các tín hiệu đường xuống chuyển qua cổng H, tín hiệu đường lên chuyển qua cổng L. 3.2.3.2. CNR của bộ khuếch đại đơn và nhiều bộ khuếch đại nối tiếp. Một trong những thông số quan trọng nhất đánh giá hiệu năng truyền dẫn của hệ thống CATV là tỷ lệ sóng mang - trên - nhiễu (CNR). CNR của một bộ khuếch đại đơn được tính theo công thức: CNR (dB) = Pra/kB TB + 59,16 - F - G. Trong đó: - Pra là công suất ra của bộ khuếch đại. - KB là hằng số Boltzmann (1,38 . 10-23 J/K) - T là nhiệt độ Kenvil của bộ khuếch đại - G(dB) là hệ số khuếch đại - Giá trị - 59, 16 dBmV là nhiễu nhiệt trong dải tần 4 MHz - F(dB) là tạp âm nhiệt của bộ khuếch đại. Tạp âm nhiệt thông thường đối với các bộ khuếch đại trung kế thường trong khoảng 7 - 10 dB với mức tín hiệu vào là +10 dBmV và hệ số khuếch đại 20dB. Trong trường hợp N bộ khuếch đại khác nhau liên tiếp. Giả sử bộ khuếch đại thứ N có tạp âm nhiệt FN và hệ số khuếch đại GN như trong hình 26. G1 G2 GN F1 F2 FN CNRN F Hình 26. Sơ đồ N bộ khuếch đại nối tiếp Tạp âm nhiệt của toàn hệ thống được tính: Trường hợp đơn giản nhất là tất cả các bộ khuếch đại RF là giống nhau thì CNR của toàn hệ thống tính theo công thức: CNRN = CNR - 10log (N) Ví dụ: Nếu một hệ thống CATV có 4 bộ khuếch đại nối tiếp với CNR của một bộ khuếch đại là 56 dB thì CNR của toàn hệ thống sau bộ khuếch đại thứ 4 sẽ là 50 dB. Trường hợp tổng quát CNRN của toàn hệ thống gồm các bộ khuếch đại khác nhau được tính theo công thức: 3.2.4. Bộ chia và rẽ tín hiệu Sơ đồ đơn giản của bộ rẽ tín hiệu Tap cổng ra suy hao 20dB. Đường nguồn AC Khối ghép định hướng Đường vào Đường ra Đường RF -12dB Chia tín hiệu -4dB Hình 27. Sơ đồ khối đơn giản Tap 4 đường suy hao 20dB Tap được sử dụng để đưa tín hiệu tới cáp thuê bao. Một Tap điển hình bao gồm một khối gép định hướng RF và các khối chia công suất. Khối ghép định hướng rẽ ra một phần năng lượng tín hiệu đầu vào, còn các khối chia công suất (Spliter) chia tín hiệu tới thường là 2, 4, 8 cổng ra. Công suất tổn hao giữa cổng vào so với cổng ra được gọi là suy hao xen (Insertion loss), còn với cổng ra khác (cổng rẽ) gọi là suy hao cách ly (lsolation loss). Suy hao xen của Tap thường độc lập với tần số và nhiệt độ Suy hao cách ly lớn nhất quan trọng đối với các hệ thống CATV 2 chiều để ngăn tín hiệu đường lên của một thuê bao này lọt vào tín hiệu đường xuống của thuê bao khác. Thông thường suy hao cách ly vào khoảng 20 dB giữa dải tần đường lên và đường xuống. Tap được đặc trưng với giá trị rẽ, được đánh giá bằng tỷ lệ giữa công suất ra tại cổng rẽ và công suất tín hiệu vào. Giá trị rẽ thường trong khoảng 4 - 35dB. 3.3. CÁC MẠNG TRUY NHẬP HFC 2 CHIỀU. 3.3.1. Các công nghệ thúc đẩy. Sự phát triển từ các mạng cáchi phí HFC một chiều sang các mạng truy nhập HFC băng rộng hai chiều được thúc đẩy bởi sự ra đời của ba hệ thống thiết bị mới: - Đầu thu tín hiệu truyền hình số cao cấp: STB cao cấp (Advance STB) - Modem cáp: Cable Modem - Các hệ thống thoại lP hoạt động qua mạng HFC. Vị trí các thiết bị trên trong mạng HFC 2 chiều như trong hình 28. Hình 28. Thiết bị đầu cuối thuê bao trong mạng HFC 2 chiều Mỗi công nghệ trên cho phép ra đời nhiều loại hình dịch vụ mới mà trước đó không thể thực hiện được. Phần tiếp theo sẽ xem xét các chức năng của các hệ thống này cùng các loại hình dịch vụ. 3.3.1.1. Set- Top - Box (STB) STB bao gồm các loại số và tương tự, là thành phần rất quan trọng trong mạng HFC. STB số là kết nối cho sự phát triển từ các TV tương tự hiện nay tới các TV số cao cấp trong tương lai. Với sự ra đời của STB tương tự trong thập niên 70,80, các thuê bao thu được các kênh TV tương tự qua mạng HFC thay cho các kênh quảng bá mặt đất. Các nhà điều hành cáchi phí cung cấp cho thuê bao các dịch vụ xem phim IPPV (Impulse - Pay - Per - View Servise: dịch vụ xem phim thanh toán ngay), cũng như các dịch vụ đặc biệt khác sử dụng điện thoại làm đường lên cho các hoạt động tương tác. Thuê bao IPPV có thể yêu cầu một chương trình đặc biệt hoặc các dịch vụ trực tiếp qua các thiết bị đầu cuối cáp tại nhà bất kỳ lúc nào. Để thanh toán ngay, các dịch vụ trực tiếp qua các thiết bị đầu cuối của thuê bao được nhà điều hành cáp cung cấp một thẻ thanh toán mở rộng. Hệ thống tính cước sẽ tính giới hạn token cho mỗi thê bao. Mức giới hạn của thẻ này nói cách khác gái trị của thẻ sẽ giảm đi sau mỗi lần sử dụng dịch vụ. Khi thẻ hết giá trị thì tuy theo yêu cầu của thuê bao nhà điều hành cáp sẽ gia hạn lại thẻ. Năm 1996, General Instrument và Scientific Atlânt giới thiệu STB số, đã mở ra cho các nhà điều hành cáp đưa ra một loạt các dịch vụ mới. STB số có các chức năng cơ bản sau: - Dò tìm kênh số (MFEG - 2) và các dịch vụ Video tương tự trong dải tần đường xuống. - Giải điều chế kênh tín hiệu số thu được. - Điều chế tín hiệu số đường lên. - Mã hoá/giải mã các dịch vụ lựa chọn. - Quản lý báo hiệu thuê bao từ CATV Headend. - Cung cấp giao điện thuê bao người sử dụng. Sự triển khai STB số cao cấp của Motorola/General lnstrument, chứa Dual Cable TV Tuner và tích hợp modem cáp cho phép thuê bao đòng thời xem TV va “lướt” trên Web qua mạng HFC. Thuê bao còn được cung cấp các dịch vụ như: PPV số, IPPV số, NVOD, VOD. Ngoài ra STB cao cấp còn cung cấp truy nhập Internet hai chiều tốc độ cao sử dụng giao thức DOCSIS. Các dịch vụ mới như thoại IP, thoại thấy hình IP, các chò chơi (Games) tương tác sẽ được hỗ trợ trong tương lai gần. STB cáp cấp đóng vai trò là thiết bị giao phát các gói IP tới các thiết bị bên ngoài. STB cao cấp cũng truyền tải, xử lý và mã hoá tín hiệu truyền hình có độ phân giải cao (HDTV). Tất cả các ứng dụng đều sử dụng khả năng đồ hoạ 2D/3D của STB khi các ứng dụng đó được chuyển tới bộ thu của TV ở tín hiệu Video băng tần gốc hoặc tín hiệu Video được điều chế RF. Các STB cao cấp có một số giao diện vào và ra gồm cổng USB, giao diện Firewall IEEE 1394 và kết nối Ethernet. Giao diện IEEE 1394 là chuẩn bus nối tiếp hiệu năng rất mạnh, nó được phát triển cho truyền tải các ứng dụng đa phương tiện thời gian thực với các tốc độ 100Mb/s, 200Mb/s, 400Mb/s qua mạng cáp. 3.3.1.2. Thoại IP (VolP) Thuật ngữ thoại lP có nghĩa là sử dụng giao thức lP để truyền tín hiệu thoại qua mạng viễn thông. Thuật ngữ này được viết tắt là VOlP. Do sự bùng nổ của Internet, giao thức lP trở thành giao thức chuẩn cho lớp chuyển mạch gói trong mạng LAN và WAN. Sự thích hợp các dịch vụ thoại vào trong mạng HFC băng rộng truyền tải cả tín hiệu Video và dữ liệu có những ưu điểm lớn để thực hiện xa lộ thông tin. Thoại lP có thể được thực hiện bằng một lP phone hoặc một máy điện thoại truyền thống kết nối với một Modem cáp hoặc bằng STB số. LP Telephone là một thiết bị mới, thay cho kết nối tới một cổng PABX nó kết nối với cổng Ethemet chuẩn cho modem cáp/STV số/máy tính cá nhân (PC). lP phone có thể hoạt động như một thiết bị lP chuẩn có địa chỉ lP riêng, có các chức năng tích hợp nén tín hiệu thoại. Để kết nối một máy điện thoại truyền thống với Modem các khối giao diện mới (Module) được phát triển cắm thêm vào modem cáp /STB và cung cấp các chức năng này. Các gói lP này sẽ được gửi đi qua mạng HFC sử dụng giao thức DOCSIS. 3.3.1.3. Modem cáp (Cable modem) Modem cáp là công nghệ hấp dẫn nhất, cung cấp truy nhập Internet hai chiều tốc độ cao qua các mạng HFC. Kể từ sự phát triển của dịch vụ World Wide Web (www) và sự phát hành năm 1993 của trình duyệt Web (Web Browser), số lượng Wwbsite gia tăng một cách bùng nổ trên khắp thế giới, tăng gấp đôi cứ sau 3 tháng. Để truy nhập Internet, hiện nay đang sử dụng các Modem thoại đạt tốc độ chỉ được 28,8 tới 56 Kbps. Các mạng điện thoại tồn tại hiện nay không được thiết kế để xử lý dữ liệu lớn đã trở nên tắc ngẽn. Chính vì vậy việc truy nhập vào vác Web đồ sộ có sử dụng tối đa phương tiện mất rất nhiều thời gian. Công nghệ modem cáp hoạt động qua mạng HFC hai chiều có thể cung cấp tốc độ dữ liệu đường xuống lớn hơn 30Mb/s, tốc độ này gấp khoảng 1000 lần so với tốc độ modem thoại thông thường và tốc độ đường lên cũng rất cao, khoảng 10Mb/s. Hầu hết các modem cáp được thiết kế cho lưu lượng không đối xứng. Điều này là bởi vì phần lớn người sử dụng Web để tải về (download) các ứng dụng chứa nhiều đa phương tiện (rich multimedia) trong khi đường lên chỉ dùng cho các ứng dụng tốc độ thấp như: Email, truyền file… Các modem cáp hoạt động tốc độ đối xứng thường được dùng trong các mạng nội bộ Intranet, ở đó modem cáp bị chia xẻ giữa các mạng máy tính khác nhau. 3.3.2. Đặc điểm của truyền dẫn đường lên trong truyền hình cáp 2 chiều. 3.3.2.1. Các nguồn nhiễu đường lên: Băng tần truyền dẫn tín hiệu đường lên ở Mỹ là 5 đến 42 MHz, và ở Châu Âu là 5 đến 645 MHz. Các nguồn nhiễu ảnh hưởng tới truyền tín hiệu đường lên trong hệ thống CATV bao gồm: - Nhiễu đầu vào - Mðo đường truyền thông thường. - Nhiễu của laser và các bộ thu quang. Nhiễu đầu vào là quan trọng nhất và nguồn nhiễu đầu vào làm méo dạng tín hiệu đường lên trong mạng HFC được chia thành 3 loại: - Tín hiệu sóng ngắn dài hẹp: Chủ yếu từ đài phát thanh và các trạm rađa phát trên mặt đất, tín hiệu nỳa được ghép vào đường lên tại nhà thuê bao hoặc tại các thiết bị phân phối CATV. - Nhiễu sinh ra bởi các nguồn nhân tạo va các hiện tượng tự nhiên khác nhau. - Nhiễu tức thời tương tự như nhiễm cụm nhưng có thời gian tồn tại ngắn hơn. 3.3.2.2. Lọc nhiễu đường lên. Sự xuất hiện nhiễu đầu vào và các nhiễu băng hẹp khác trong truyền dẫn đường lên đã tạo ra một thách thức mới cho các nhà điều hành CATV. Nhiễu tổ chức đang thực hiện phát triển các phương pháp chống lại ảnh hưởng của nhiễu đầu từ Headend đưa tới. Các phương pháp này bao gồm các kỹ thuật lọc chủ động và thụ động tại bất kỳ điểm nào dọc theo kênh đường lên từ thuê bao tới node quang. Ví dụ phương pháp sử dụng lọc khối, lý thuyết trong dải từ 15 đến 40 MHz giữa bộ chia trong nhà và khối kết cuối cáp (CTU). Tín hiệu từ thiết bị đầu cuối thuê bao như modem cáp, STB được phát đi nhưng một bộ lọc thông thấp ngăn không cho bất kỳ tín hiệu nào phát tại thuê bao trong dải tần 15 - 42 MHz đưa vào đường lên. Tín hiệu phát trong dải tần 15 - 42 MHz đưa vào khối kết cuối cáp CTU sau bộ lọc khối. Mặc dù phương pháp này giảm đáng kể lượng nhiễu đầu vào từ mỗi thuê bao, nhưng vì phải thực hiện vùng phổ tần số cao của đường lên (5 - 15 MHz) nên chi phí cao. Một phương pháp khác được dùng là sử dụng lọc thông dải ở phía thuê bao. Nhiễu đầu vào đường lên được lọc khi thuê bao không truyền dữ liệu. Nhược điểm của phương pháp chủ yếu độ trễ của cá chuyển mạch khi có nhiều thuê bao trong cùng node quang truyền dữ liệu đồng thời. CHƯƠNG IV: GIẢI PHÁP THIẾT KẾ MẠNG TRUYỀN HÌNH CÁP HỮU TUYẾN CHO THỦ ĐÔ HÀ NỘI 4.1. SỰ CẦN THIẾT PHẢI XÂY DỰNG MỘT MẠNG TRUYỀN HÌNH CÁP HỮU TUYẾN CHO HÀ NỘI. 4.1.1. Thực trạng truyền hình tại Hà Nội. Có thể nói, các chương trình PTTH những món ăn tinh thần không thể thiếu của người thủ đô. Cho đến nay Hà Nội là một trong những địa phương mà người dân có thể xem được các chương trình với chất lượng tín hiệu tốt nhất, bao gồm: VTV1 – Truyền hình Việt Nam VTV2 – Truyền hình Việt Nam VTV3 – Truyền hình Việt Nam HTV – Truyền hình Hà Nội Trong những năm gần đây, người dân Thủ đô còn biết đến các chương trình truyền hình MMDS. Để thu được các chương trình truyền hình này, mỗi hộ cần phải trang bị một bộ giải mã và phải trả một khoản chi thuê bao hàng tháng. Ngoài ra, còn phải kể đến các chương trình truyền hình số mặt đất đang trong thời gian phát thử nghiệm. Để thu được chương trình này, mỗi hộ cần phải có một bộ thu số (setop box). Các chương trình này đã đáp ứng phần nào nhu cầu xem truyền hình của đông đảo khán giả Thủ đô. Tuy nhiên, các chương trình được phủ sóng trên toàn Hà Nội còn có nhiều hạn chế. - Do anten chưa được cao, số lượng nhà cao tầng quá nhiều gây hiện tượng che chắn dẫn đến nhiễu bóng làm giảm chất lượng các chương trình truyền hình. Đặc biệt dân cư các khu vực sau của khách sạn hoặc khi văn phòng cao ốc như khách sạn DEAWOO, khách sạnh MELIA, tháp Hà Nội… thu tín hiệu truyền hình rất khó khăn thậm chí có nhà không thu được một vài chương trình truyền hình của Việt Nam và Hà Nội do bị các toà nhà quá cao che chắn. - Để thu được tốt các tín hiệu truyền hình quảng bá mặt đất, hầu hết các hộ dân phải bố trí cột anten càng cao càng tốt. Các cột anten này thường được đặt trên móc nhà, trên các tầng thượng của toà nhà một các tự phát: vị trí, độ cao của cột cũng được lựa chọn tuỳ ý trông rất lộn xộn, thiếu mỹ quan và đặc biệt là không an toàn trong các mùa mưa bão khi mà các cọc tre được sử dụng để làm cột bị mủn, gẫy và rơi xuống. Trong những năm gần đây dân số Hà Nội phát triển quá nhanh, số lượng khán giả xem truyền hình cũng tăng rất lớn dẫn đến số lượng anten trên các nóc nhà ngày càng tăng, trông càng lộn xộn và mất mỹ quan hơn. - Là trung tâm văn hoá - kinh tế - xã hội - chính trị, cùng với sự phát triển chung của cả nước, thu nhập và mức sống của người dân Thủ đô ngày càng được nâng cao. Mức sống nâng cao dẫn đến các nhu cầu giải trí, vui chơi của người dân thủ đô cũng được tăng theo. Không chỉ có nhu cầu được xem các chương trình truyền hình có sẵn của Đài PTTH Hà Nội và Đài truyền hình Việt Nam, người dân thủ đo càng ngày càng có nhu cầu được xem nhiều chương trình truyền hình hơn nữa. Các chương trình tổng hợp của Đài PTTH Hà Nội và THVN chưa đủ, khán giả còn muốn xem các chương trình giải trí, thể thao, phim truyện, thời sự quốc tế chuyên biệt, ở đó thông tin nội dung, chất lượng chương trình phong phú và hấp dẫn. Tuy nhiên, với điều kiện cơ sở vật chất của Đài PTTH Hà Nội và Đài THVN hiện nay, việc nhiều chương trình hơn sẽ gặp phải nhiều khó khăn về thiết bị sản xuất và truyền dẫn phát sóng. Hơn nữa, các chương trình quốc tế muốn đén được với khán giả phải được mua về từ các nhà cung cấp chương trình nước ngoài, dẫn đến việc phát sóng nhiều chương trình truyền hình giải trí chuyên biệt miễn phí càng khó có thể đáp ứng. 4.1.2. Sự cần thiết phải đầu tư. Qua các phân tích trên có thể thấy được tính bức thiết trong việc nâng cấp cả về số lượng và chất lượng truyền hình cho Thủ đô Hà Nội. Một trong những phương pháp hữu hiệu đó là kéo trực tiếp sợi cáp mang tín hiệu truyền hình đến từng hộ dân. Điều này có nghĩa là cần phải xây dựng một mạng truyền hình cáp hữu hiệu cho Thủ đô Hà Nội. Mạng truyền hình cáp được xây dựng sẽ có khả năng cho phép cung cấp hàng trăm chương trình truyền hình mà không chiếm dụng cũng như ảnh hưởng đến phổ tần truyền hình mặt đất vốn đã chật trội và quý giá. Truyền hình cáp hữu tuyến sẽ cho phép cung cấp chất lượng chương trình cao, không bị nhiễu và bóng như truyền hình MMDS. Dải thông lớn của mạng truyền hình cáp hữu tuyến sẽ không chỉ cho phép cung cấp các dịch vụ truyền hình tương tự mà còn cho phép cung cấp nhiều chương trình truyền hình số, truyền hình tương tác và đặc biệt là khả năng cung cấp các dịch vụ viễn thông, truyền số liệu tốc độ cao. Như vậy, xét về góc độ kỹ thuật cũng như nhu cầu khán giả, xây dựng mạng truyền hình cáp hữu tuyến tại thủ đô là hợp lý. 4.2. PHƯƠNG PHÁP THIẾT BỊ HỆ THỐNG MẠNG TRUYỀN HÌNH CÁP. 4.2.1. Lựa chọn cấu hình mạng. Vấn đề đầu tiên cần quan tâm khi thiết bị một mạng truyên dẫn thông tin là việc lựa chọn cấu hình mạng. Mục này sẽ đề cập đến những cấu hình có thể được lựa chọn khi thiết kế một mạng HFC. Như đã nêu trong Chương 3, một mạng HFC gồm 3 mạng con: mạng con truyền dẫn, mạng con phân phối và mạng con truy nhập. Vị trí của chúng có thể được biểu thị như hình 29. Transport Distribution Access Hub Node HE HE HE HE Metro H PREMSIE Netwrok Segments Hình 29. Các cấu hình mạng HFC 4.2.1.1. Mạng con truyền dẫn Mạng con truyền dẫn thường được thiết kế theo hình sao hoạch hình vòng. * Cấu hình sao. Cấu hình sao bao gồm nguồn tín hiệu tại trung tâm, qua bộ chia tín hiệu đến các sợi cáp nhanh toả về các phía khác nhau. Stas Topologies Hub Hub Hub HE Hình 30: Mạng sao truyền dẫn * Ưu điểm của mạng sao. - Số lượng thiết bị sử dụng trong mỗi nhánh đạt tối thiểu, dẫn đến đầu tư ban đầu thấp. - Cấu hình mạng khá đơn giản, dẫn đến bảo dưỡng vận hành dễ dàng. - Mạng có độ tin cậy cao vì đơn giản. - Phục vụ tốt các khu tập trung đông dân cư. - Có thể triển khai mạng hai chiều dễ dàng. * Nhược điểm của mạng sao: - Tốn cáp hơn so với cấu hình khác. * Cấu hình vòng: Cấu hình mạng vòng bao gồm một vòng tròn kín nối trung tâm với tất cả Hub. Ring Topologies Hub Hub Hub Hub Hình 31. Mạng vòng truyền dẫn * Ưu điểm của mạng vòng: - Tất cả các Hub và trung tâm có thể thông tin với nhau được. - Có thể sử dụng 2 sợi quang để truyền dẫn 2 chiều trong trường hợp mạng 2 chiều. - Trong trường hợp mạng vòng bị đứt tại một điểm, tín hiệu sẽ được vòng ngược lại để ghép cùng tín hiệu ngược chiều truyền đi đến điểm dịch, vì vậy độ an toàn mạng rất cao. - Với trường hợp tín hiệu truyền trên mạng là tương tự, dải thông tín hiệu sẽ bị hạn chế, nhưng với mạng có số lượng chương trình ít, số node quang không quá nhiều thì dải thông của mạng đủ. Trường hợp tín hiệu truyền trên mạng là tín hiệu số thi dải thông của mạng hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu. - Cấu hình mạng rất linh hoạt, dễ dàng trong việc mở rộng mạng. - Có thể tương thích với mạng viễn thông SDH, dẫn đến khả năng kết nối giữa 2 mạng rất cao. * Nhược điểm của mạng vòng: - So sử dụng một sợi quang riêng để truyền tín hiệu ngược (upstream), dẫn đến số lượng thiết bị và cáp quang cũng tăng lên gấp đôi, tức là chỉ cho hệ thống tăng gấp đôi. 4.2.1.2. Mạng con phân phối. Stas Topologies Hub Node Node Node Hình 32. Mạng sao phân phối Đối với mạng truyền hình cáp hữu tuyến, mạng con phân phối là hình sao. Tín hiệu từ mỗi Hub sẽ được phân chia tới các node quang. Do số lượng các Hub thường là nhiều nên tại vị trí các Hub thường được bố trí các bộ lặp quang khuyếch đại quang. 4.2.1.3. Mạng con truy nhập. Mạng con truy nhập sử dụng thường dây cáp đồng trục dẫn tín hiệu từ node quang đến thuê bao. Có rất nhiều cấc hình truy nhập khác nhau được sử dụng cho mạng HFC. - Fiber to feeder (FTF) - Fiber to last active (FTLA) - Fiber to the curb (FTTC) - Fiber to the home (FTT) * Cấu hình FTF Với cấu hình này, từ mỗi node quang các đường dây cáp đồng trục được bố trí với khoảng cách khá dài để chia tín hiệu đến các khu vực dân cư. Trên được đi, cần phải đặt các bộ khuyếch đại nhằm bù lại sự suy hao của tín hiệu. Hình 33. Cấu hình FTF Thông thường, mỗi node quang có thể cung cấp khoảng 100 tới 1000 thuê bao, với việc bố trí từ 1 tới 6 bộ khuếch đại cho mỗi nhánh các đồng trục. Cấu hình mạng truy nhập này là cấu hình phổ biến nhấn được áp dụng cho các hệ thống HFC hiện nay. * Cấu hình FTLA. Với cấu hình mạng truy nhập FTLA, đường dây cáp đồng trục được sử dụng khoảng cách vừa đủ để ta không cần sử dụng bất cứ một bộ khuếch đại nào mà vẫn đảm bảo chất lượng tín hiệu. Đây chính là cấu hình mạng truy nhập HFPC đã được thảo luận ở Chương 3. Hình 34. Cấu hình FTLA Với cấu hình này, hệ thống ổn định hơn nhiều so với cấu hình FTT. Tuy nhiên số thuê bao mà mỗi node quang có thể phục vụ ít, chỉ khoảng 25 tới 100 thuê bao cho mỗi node. * Cấu hình FTTC. Hình 35. Cấu hình FTTC Cũng giống như cấu hình FTLA, cấu hình FTTC không sử dụng khuếch đại, khác biệt ở đây là mỗi thuê bao được nối trực tiếp tới node quang thep phần bố sao. Với cấu hình này, thông thường mỗi node quang chỉ cung cấp cho khoảng từ 8 đến 25 thuê bao. Khoảng cách từ node quang tới thuê bao xấp xỉ 100m. * Cấu hình FTTH. Đây là cấu hình truy nhập của tương lai. Nó cho phép hình ảnh đến từng bộ thuê bao với chất lượng tốt nhất. Tuy nhiên, mỗi node quang bây giờ chỉ cung cấp cho một thuê bao, và nó được đặt ngay bên cạnh mỗi thiết bị gia đình. FTTH H H H HE Hình 36. Cấu hình FTTH Thực tế, khi cấu hình mạng cáp hữu tuyến được xây dựng thoe cấu hình này thì nó không còn được gọi là mạng HFC nữa. 4.2.1.4. Nhận xét. Đối với một nhà thiết kế mạng, việc lựa chọn cấu hình mạng đóng vai trò quyết định đến chất lượng phục vụ cũng như khả năng phát triển mạng trong tương lai. Hiển nhiên, bất cứ một nhà thiết kế mạng nào cũng muốn cung cấp chất lượng tín hiệu thật tốt cho thuê bao. Và cũng để nhận thấy chất lượng tín hiệu sẽ càng tốt khi cấu hình mạng có vị trí node quang càng tiến gần đến thuê bao hơn. Tuy nhiên, hai vấn đề hầu như luôn mâu thuẫn với nhau khi phát triển mạng truyền hình cáp hữu tuyến. Đó là chi phí cho mạng cáp bao gồm chi phí thiết bị, chi phí nhân công, và khả năng của mạng bao gồm: dải thông của một nhà thiết kế mạng là phải biết lựa chọn cấu hình mạng sao chp phù hợp nhất với điều kiện thực tế đặt ra. Một điều cũng cần phải lưu ý là không phải trong hoàn cảnh nào việc sử dụng cáp đồng trục cũng cho kinh phí đầu tư ít hơn cáp quang, dù chất lượng tín hiệu giảm đi là điều không phải bàn cãi. Thực hiện một so sánh về chi phí giữa tuyến cáp đồng trục 3/4 inch 1 sợi với tuyến cáp quang 2 sợi trên chiều dài 8km cải hai tuyến đều truyền tín hiệu lên đến 750MHz. Cáp đồng trục một sợi 21 bộ khuếch đại giá 1400 USD/bộ 29. 00USD 8km cáp đồng trục giá 1650 USD/km 13..200USD 2 bộ cáp nguồn giá 1400 USD/bộ 2.800 USD 45.400 USD Cáp hai sợi Bộ phát quang 5.000 USD 8km cáp quang 2 sợi 1500 USD/km 1.2.00USD Bộ thu tín hiệu quang 4 đầu ra RF 3.000 USD Các thiết bị ghép nối quang 10.000 USD 30.000 USD Hình 37. So sánh chi phí giữa cáp đồng trục và cáp quang So sánh chi phí giữa hai giải pháp thực hiện tuyến cáp, rõ ràng tuyến cáp quang có giá trị chi phí thấp hơn, dải thông đường truyền có thể lớn hơn 750MHz và còn có khả năng dự phòng trong trường hợp một sợi quang đứt. Như vậy khi triển khai tuyến cáp trên khoảng cách dài (từ vài đến vài chục km), giải pháp sử dụng cáp quang có chi phí thấp hơn va chất lượng tín hiệu, khả mở rộng, nâng cấp cao hơn nhiều so với giải pháp đồng trục. Với một mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp, bán kính phục vụ mạng phụ thuộc chủ yếu vào khoảng cách giữa trung tâm tới các node phục vụ ( với một thành phố lớn, khoảng cách này khoảng chục km), giải pháp triển khai cáp quang cho tuyến thông tin này hợp lý. 4.2.2. Phân bố dải tần tín hiệu trên mạng truyền hình cáp hữu tuyến, Một vấn đề hết sức quan trọng khi lên phương án xây dựng hệ thống truyền hình cáp hữu tuyến là việc phân bố dải tần cho tín hiệu. Việc phân bố dải tần cho mạng cáp đơn giản hơn rất nhiều so với một mạng vô tuyến do tín hiệu được truyền trong một môi trường độc lập. Tính độc lập là tối ưu điểm nổi bật mà một truyền hình cáp đem lại. Yêu cầu đặt ra cho một nhà thiết kế là làm sao phải sử dụng tối đa phổ tần cho mục đích của mạng. Hầu hết các hệ thống HFC hiện nay đều phần bố dải tần như sau: 5 - 40MHz dành cho dải tần ngược (truyền số liệu từ thuê đến trung tâm) ,từ 52 - 750MHz dành cho dải tần hướng xuống, trong đó: dải tần từ 52 - 550MHz dung cho cáckênh truyền hình tương tự, từ 550 - 750MHz dùng cho các kênh truyền hình số và các số liệu hướng xuống (downstream data). Vậy dải thông của kênh truyền số liệu hướng lên trên 200 MHz. Từ đó có thể nhận thấy dải thông cho kênh hướng lên nhỏ hơn nhiều so với kênh hướng xuống. Ngoài ra hầu hết nhiều hệ thống cũng đều xuất hiện tại các tần số thấp, phần cuối của phố tần, điều này lại càng làn dải thông hướng lên nhỏ hơn. Do yêu cầu dải thông ngày càng tăng, đặc biệt là dải thông tín hiệu hướng lên, hiện nay các thiết bị truyền hình cáp mới ra đời đều hỗ trợ cho phương thức phân bố dải tần mới, trong đó dải tần hướn xuống lên đến 860 hoặc 870MHz, đồng thời dải tần số hướng lên cũng tăng từ 5 - 65MHz. Với phân bố dải tần này, dải thông hướng lên tăng gấp đôi trong đó dải thông hướng xuống cũng tăng hơn 100MHz. 5 40 52 500 550 750 Data, interative Upstream Anolog Video Downstream Digital Video, data Downstream Tần Số (MHz) 5 65 70 500 550 862 Data, interative Upstream Anolog Video Downstream Digital Video, data Downstream Tần Số (MHz) Hình 38. Phân bổ dải tần tín hiệu trên các mạng truyền hình cáp 4.2.3. Tính toán cự ly tối đa của đường truyền quang. Khi thiết kế một tuyến cáp quang trên khoảng cách dài, nhất thiết cần phải đặt những trạm lặp để khôi phục lại tín hiệu bị suy sao. Để xác định vị trí đặt trạm lặp thích hợp, không gây lãng phí, ta cần tính được cự ly tối đa của đường truyền quang dựa trên những thông số của mạng. Cự ly tối đa của tuyến truyền dẫn phải được lưu ý đến cả quỹ công suất (suy hoa công suất tổng giữa nguồn phát quang và bộ tác sóng quang ở bên thu) lẫn dải thông. Vì chỉ cần một trong hai bị giới hạn thì thông tin giữa nơi phát và nơi thu sẽ không thể thực hiện được. Nừu quỹ công suất bị giới hạn thì công suất của tín hiệu quang đến đầu thu dưới mức ngưỡng của máy thu. Còn nếu dải thông bị giới hạn (do hiện tượng tán sắc) thì tín hiệu quang đếu đầu thu sẽ bị méo dạng, các xung bị giãn rộng quá mức nên không thể phân biệt chính xác tín hiệu được nữa. Thông thường người ta tính toán cự ly giới hạn bởi qũy công suất rồi nghiệm lại xem dải thông ở cự lý đó có đủ rộng cho tín hiệu cần tuyền không. Nếu dải thông của đoạn tính được rộng hơn dải thông của tín hiệu cần truyền thì cự ly giới hạn bởi công suất sẽ được chọn. Ngược lại khi dải thông của tín hiệu lớn hơn dải thông của đường truyền thì phải giảm cự ly của đường truyền để dải thông đủ rộng cho tín hiệu cần truyền. Cự ly tối đa của đường truyền được thiết kế theo công thức: Hay: L(km) = [(P0 - pr - 2C - n1S - R - M] (dB)/a Trong đó: p0(dBm) : Công suất quang của nguồn phát Pr(dBm) : Công suất quang cực tiểu tại đầu thu C (dB) : Mất mát tại các bộ ghép nối n1 : Số lượng mối hàn trên sợi quang S(dB) : Mất mát quang tại các điểm hàn nối sợi R(dB) : Mất mát quang do phản xạ tại photodiode M(dB) : Quỹ công suất quang dự phòng cho hệ thống a (dB/km) : Hệ số suy hoa trên sợi quang 4.2.4. Tính toán kích thước node quang theo yêu cầu. Kích thước node quang là số lượng thuê bao được cung cấp dịch vụ tại mộ node quang. Số lượng thuê bao tại một node quang là thông số quan trọng hàng đầu khi thiết kế mạng, vì ảnh hưởng đến một loạt các thông số khác của mạng như: tốc độ bits, tín hiệu hướng lên của mỗi thuê bao, cấu hình mạng truy nhập, khả năng cung cấp dịch vụ như khả năng phát triển và nâng cấp mạng trong tương lai. Đối với một mạng truyền hình cáp hai chiều, trong khi nhà cung cấp mạng luôn muốn tăng kích thước node quang, thì các hệ thuê bao lại muốn tăng tốc độ đường truyền. Thực tế thì kích thước node quang và tốc độ đường truyền luôn là hai đại lượng tỷ lệ nghịch với nhau. Hình 30. Quan hệ tốc độ bít và kích thước node quang Hướng dẫn - QPSK (1.5Mb/s/MHz) Giả sử mạng sử dụng 64 QAM cho dòng tín hiệu hướng lên là QPSK cho dòng tín hiệu hướng xuống. Dải thông sử dụng theo hình 39 tức là 312MHz cho số liệu hướng xuống, 60MHz cho số liệu hướng lên. Thuê bao yêu cầu tốc độ 10Mbit/s cho mỗi hướng. Số thuê bao truy nhập tại một thời điểm là 29% và chỉ có 25% thuê bao được thực hiện truyền số liệu đồng thời. Ta sẽ tính kích thước node quang theo yêu cầu trên. + Tốc độ trung bình của mỗi thuê bao 10MHz x 25% x 25% = 0.625Mbit/s + Tốc độ bits có được từ dải thông 1MHz đối với mỗi loại điều chế được cho bảng sau: Loại điều chế QPSK 16 QAM 64 QAM 256 QAM Tốc độ số liệu/MHz 1.5 3.0 4.5 6.3 Vậy: tốc độ bits hướng xuống có thể đạt được với dải thông 312MHz là: 312 x 4.5 = 140Mbit/s Tốc độ bit hướng lên có thể đạt được với dải thông 60 MHz là: 60 x 1.5 = 90 Mbit/s Kích thước node (hướng xuống) 1404/ 0.625 = 2246 thuê bao Kích thước node (hướng lên) 90 / 0.625 = 144 thuê bao Như vậy, node quang có thể phục vụ truyền số liệu theo 2 hướng cho 144 thuê bao. Nhận xét: Một hệ thống mạng được xây dựng thông thường phải đáp ứng được yêu cầu sử dụng ít nhất trong 15 đến 20 năm và phải có khả năng cấp để đáp ứng trong nhiều năm. Theo tính toán dự báo của các chuyên gia, tốc độ truyền số liệu theo hướng lên lớn nhất có thể đạt tới 2Mb/s vào năm 2010; 6Mb/s vào năm 2015; 10Mb/s vào năm 2017 và đạt 25Mb/s vào năm 2020. Như vậy, nếu số lượng thuê bao tại một nút quang là 144 thì tốc độ có thể đáp ứng cho thuê bao đến năm 2017. 4.3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG MẠNG CHO HÀ NỘI. Khoá luận đề xuất mô hình thiết kế tổng thể một hệ thống HFC truyền dẫn chương trình truyền hình tương tự. Hệ thống còn có thể cung cấp các chương trình truyền hình số, truyền số liệu và truy nhập Internet khi điều kiện cho phép. Cấu hình mạng: Hệ thống sử dụng cấu hình mạng truyền dẫn hình sao, kéo trực tiếp cáp quang từ trung tâm tới mỗi node. Mạng con truy nhập được lựa chọn có thể là mạng FFT hoặc FTLA. Nếu lựa chọn mạng truy nhập FTLA, mạng sẽ cho phép cung cấp tín hiệu với chất lượng hơn hẳn cấu hình FFT. Hơn nữa, do không sử dụng khuếch đại trên đường truyền nên việc nâng cấp mạng để truyền tín hiệu theo hai chiều sẽ thuận lợi hơn rất nhiều. Tuy vậy, mạng FTLA chỉ phu hợp khi các thuê bao phân bố tập trung, như các khu nhà tập thể cao tầng hay cá khách sạn. Dải tần sử dụng: Dải tần 862MHz, được phân bố như hình 38. Tín hiệu tương tự truyền dẫn trong phạm vi tần số 70 - 500MHz. Như vậy mạng không sử dụng hết tối đa dải tần cho phép, tuy nhiên với số lượng kênh truyền đòi hỏi không quá nhiều thì dải tần này hoàn toàn co thể đáp ứng được. Với dải tần còn dự, ta không thể phân bố lại dải tần khi thực hiện nâng cấp mạng. Việc phân bố lại dải tần có thể sẽ dẫn đến sự mất ổn định của mạng. Các thành phần chính của hệ thống. - Nguồn tín hiệu: VTV1, VTV2, VTV3, VTV4 : Thu từ vệ tinh Mesat 2 9 chương trình quốc tế : Thu từ vệ tinh THAICOM 2 chương trình địa phương : Thu qua anten UHF/VHF - Các bộ chia tín hiệu: Các dòng tín hiệu thu được phải đưa tới các bộ chia (Splitter) để tách thành các dòng chương trình riêng biệt. Các dòng chương trình sau khi qua bộ chia sẽ được đưa tới các bộ thu nhằm có được tín hiệu AV. - Các bộ điều chế: Các dòng tín hiệu AV sau đó được đưa qua các bộ điều chế trung tần và điều chế cao tần để thu được tín hiệu RF. - Bộ cộng tín hiệu: Nhằm truyền nhiều tín hiệu đồng thời trên một đường truyền, các dòng tín hiệu RF được đưa qua bộ cộng để ghép vào đường dây đồng trục. - Nguồn phát quang. Tín hiệu điện từ bộ cộng được đưa qua thiết bị biến đổi điện quang nhằm thu được tín hiệu quang, truyền qua cáp quang. Tại lối ra của bộ biến đổi ta đặt các bộ chia quang nhằm phân chia tín hiệu đến các node quang khác nhau. - Node quang. Node quang biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện, truyền đến các khu vực dân cư. Trên đường truyền cần đặt các bộ chia trục, chia nhánh và các bộ khuếch đại nhằm đạt được công suất tín hiệu theo yêu cầu. Nhăm mục đích nâng cấp hệ thống trong tương lai, node quang sử dụng lại node quang 2 chiều với 1 đường cáp phản hồi (return parth) về trung tâm. * Vị trí đặt node quang: Hệ thống sử dụng sợi quang đơn mode, truyền với bước sóng 1310nm. Các thông số phổ biến của thiết bị được cho như sau: - Công suất quang của máy phát: P0 = 0 dBm - Công suất quang cực tiểu tại lối vào node quang: Pr = - 40dBm - Suy hao do một bộ ghép nối: C = 0.5 dB - Số lượng mối hàn trên sợi: n1 = 5 - Mất mát do các mối hàn: S = 0.1 dB - Mất mát quang do phản xạ tại photodiode: R = 1 - Quỹ công suất quang dự phòng cho hệ thống: M = 5dB - Hệ số suy hao trên sợi quang: a = 0.35dB/km Áp dụng công thức đã nêu ở mục 4.2.3. ta tính được khoảng cách tối đa cho tuyến truyền quang trên là 80km. Như vậy hệ thống sẽ cho phép đặt các node quang tại mọi vị trí các xa trung tâm không quá 80km TÀI LIỆU THAM KHẢO Vũ Như Cương - Các bài giảng về thông tin quang Vũ Đức Lý - Cơ sở kỹ thuật truyền hình. Vũ Văn Sam - Kỹ thuật thông tin quang - Nguyên lý cơ bản - Công nghệ tiên tiến - Tổng cục Bưu chính viễn thông Việt Nam - Trung tâm thông tin bưu điện - NXB KHKT - 1997 Nguyễn Đăng Thành - Truyền hình số - Luận văn tốt nghiệp cao học - 2002 Công nghệ truyền dẫn quang - Sách dịch của Tổng cục Bưu điện - HXB KH & KT - 1997 - Tổng cục Bưu chính viễn thông Việt Nam. Cơ sở của thông tin quang sợi - Giáo trình dùng cho sinh viên - ĐHQG Hà Nội khoa Công nghệ, bộ môn Viễn thông - 2001 Đề tài “Mô hình ghép nhiều tín hiệu audio video MPEC - 2 để truyền phát trên một kênh truyền hình. Albert Azzam - High speed calbe modems T8/200 Ernest Tunmann Obtic Coaxial Metworks - T5/1995 Cable comunication Cable television technology & operation Modern cable television technology KẾT LUẬN Sau một thời gian học hỏi, nghiên cứu dưới sự hướng dẫn trực tiếp, sự chỉ bảo hết sức tận tình của thầy giáo - Thạc sỹ Đinh Đắc Vĩnh; Kỹ sư thiết kế Phạm Văn Mạnh, cùng với sự cố gắng nỗ lực của bản thân, đến nay khoá luận đã được hoàn thành và đạt được một số kết quả nghiên cứu lý thuyết cũng như kết quả thực tế. Khoá luận cũng đã đưa ra những phân tích và lựa chọn mang tính chất khoa học và phát triển. Các kết quả đạt được của khoá luận bao gồm: 1. Giới thiệu khái quát về hệ thống truyền hình cáp và vị trí của nó trong hệ thống viễn thông va xu thế phát triển. 2. Tìm hiểu chi tiết về tình hình phát triển truyền hình cáp trên thế giới và trong khu vực. 3. Phân tích sơ bộ các công nghệ truyền dẫn tín hiệu đang được áp dụng trong thực tế. 4. Nêu lên được cơ sở kỹ thuật truyền hình cáp và tương tự. 5. Nghiên cứu, tìm hiểu chi tiết hệ thống mạng truyền hình hữu tuyến HFC 6. Đánh giá tầm quan trọng của mạng truyền hình cáp hữu tuyến cho Thủ đô Hà Nội. 7. Tìm hiểu một cách có hệ thống phương pháp thiết kế một mạng HFC 8. Đưa ra được một bản thiết kế sơ bộ mạng truyền hình cáp hữu tuyến cho Thủ đô Hà Nội. Trên cơ sở lý thuyết, bản thiết kế này có khả năng cung cấp được một số lượng lớn các chương trình truyền hình tương tự, một chiều và có thể nâng cấp để truyền dẫn tín hiệu truyền hình số, truyền số liệu hay truy nhập Internet. Mặc dù đã hết sức cố gắng, song do năng lực hạn chế và thời gian có hạn khoá luận chắc chắn không tránh khỏi những sai sót. Tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo và các bạn để các công trình hc sau được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn !