LỜI NÓI ĐẦU
Hơn một thập kỷ qua, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật
trên mọi lĩnh vực thì công nghệ truyền hình cũng đã có nhiều bước nhảy vọt quan
trọng. Truyền hình số là bước phát triển tất yếu của công nghệ truyền hình và là
bước quan trọng trong việc thay đổi chất lượng của truyền hình để đạt tới mức hoàn
thiện cao. Cùng với truyền hình số, người sử dụng sẽ không chỉ đơn thuần nghĩ đến
khải niệm “truyền hình” là cung cấp các chương trình TV có độ nét cao, thu được
nhiều chương trình trên một kênh truyền hình thông thường mà cũng có thể giúp
họ tiếp cận được với nhiều loại hình dịch vụ phong phú và thuận tiện khác nữa.
Đã có nhiều công trình nghiên cứu của các nhà khoa học tại Việt nam về
truyền hình số, đầu tiên là để tiếp cận với công nghệ mới, nhằm phân tích, đánh giá
các ưu nhược điểm của các hệ, các tiêu chuẩn trong mối quan hệ phức hợp để từ đó
có được sự lựa chọn tiêu chuẩn phù hợp nhất cho truyền hình nước ta theo quan
điểm kết hợp cả về kỹ thuật, kinh tế và hoàn cảnh xã hội.
Luận văn cao học với đề tài "Nghiên cứu, thiết kế cấu trúc mạng truyền
hình cáp nhằm đáp ứng truyền số liệu, internet, VOD" bao gồm các nghiên cứu
lý thuyết về cấu trúc mạng truyền hình cáp, đưa ra các đánh giá lựa chọn cấu trúc và
thiết kế tối ưu mạng truyền hình cáp hữu tuyến phù hợp với điều kiện ở nước ta,
đồng thời đưa ra các cấu hình mạng cụ thể khi truyền dịch vụ mới trên mạng truyền
hình cáp.
Trong thời gian hoàn thành luận văn của mình tôi đã nhận được sự giúp đỡ chỉ
bảo quý báu của Thầy giáo - PGS.TS. Phạm Minh Việt và các Thầy cô cùng bạn
bè trong khoa Công nghệ Điện tử – Thông tin, Viện Đại học Mở Hà nội. Với sự
kính trọng của mình tôi xin chân thành cảm ơn.
Do trình độ và thời gian hoàn thành luận án có hạn nên không tránh khỏi các
sơ suất về nội dung cũng như hình thức, để hoàn thiện nội dung của đề tài này chắc
cũng phải bổ sung rất nhiều, kính mong sự giúp đỡ của các độc giả.
- Hạn chế vùng phủ sóng: Do sử dụng dải tần 900 Mhz, MMDS đòi hỏi angten
thu và phát phải nhìn thấy nhau. Vì vậy với những hộ gia đình ở sau các vật cản lớn
như các tòa nhà thì không thể thực hiện được.
- Chịu ảnh hưởng mạnh bởi nhiễu công nghiệp: Do sử dụng phương thức điều
chế tín hiệu truyền hình tương tự không có khả năng chống lỗi, lại truyền bằng sóng
vô tuyến, tín hiệu MMDS bị ảnh hưởng rất mạnh bởi các nguồn nhiễu công nghiệp.
- Chịu ảnh hưởng bởi thời tiết: Khi thời tiết xấu, ví dụ như mưa to, sét v.v tín
hiệu MMDS vô tuyến bị suy hao rất lớn trong không gian, dẫn đến giảm mạnh chất
lượng tín hiệu hình ảnh.
- Yêu cầu dải tần số vô tuyến quá lớn: Mỗi kênh truyền hình cần một dải tần là
8Mhz, nếu muốn cung cấp 13 kênh truyền hình thì cần một dải thông là 13 x 8= 104
MHz. Đây là một dải tần vô tuyến lớn trong khi nguồn tài nguyên vô tuyến là rất quí giá.
- Gây can nhiễu cho các đài phát vô tuyến khác: Mặc dù được phần phối một dải
tần riêng, nhưng máy phát MMDS cũng như các máy phát vô tuyến khác luôn sinh ra
các tần số hài bậc cao có thể ảnh hưởng đến các trạm phát sóng vô tuyến khác.
- Khó khăn trong việc cung cấp dịch vụ truyền hình số.
- Không thể cung cấp các dịch vụ hai chiều.
Luận văn cao học Học viên: Trịnh Hùng Hạnh
Nghiên cứu, thiết kế cấu trúc mạng truyền hình cáp nhằm đáp ứng truyền số liệu, internet, VOD
2
Chính vì những khó khăn trên, MMDS đã không được phát triển một cách rộng rãi.
2. Truyền hình cáp hữu tuyến
Truyền hình cáp hữu tuyến là hệ thống mà tín hiệu truyền hình được dẫn thẳng
Nghiên cứu, thiết kế cấu trúc mạng truyền hình cáp nhằm đáp ứng truyền số liệu, internet, VOD
3
II. Vị trí các mạng truyền hình cáp và xu hướng phát triển
Từ nhiều nhiều thập kỉ trước, mạng viễn thông được cấu thành bởi các thành
phần riêng biệt. Thông thường, mạng viễn thông có thể được chia thành các nhóm
như sau:
- Mạng truyền hình cộng đồng (Community Antenna Network-CATV)
- Mạng máy tính nội hạt LAN và mạng diện rộng WAN
- Mạng thoại công cộng PSTN.
Các nhóm này thực sự là các mạng độc lập vì chúng cung cấp các dịch vụ
chuyên biệt mà các mạng khác không thực hiện được. Do vậy mạng CATV không
cung cấp cho thuê bao thoại hoặc các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao và các mạng PSTN
cũng không cung cấp các dịch vụ Video số hoặc tương tự quảng bá. Giữa những
năm 90, có 2 ảnh hưởng mạnh mẽ đã đóng vai trò quan trọng trong việc thay đổi
diện mạo toàn mạng:
- Đầu tiên, việc truy nhập Internet dễ dàng và chi phí thấp đã mở ra siêu lộ
thông tin cho nhiều thuê bao và các doanh nghiệp thực hiện thương mại điện tử,
mua sắm trực tuyến, quảng cáo, và các thông tin về dịch vụ dễ dùng, nhanh chóng
và miễn phí khác.
- Thứ hai là do việc ban hành đạo luật về viễn thông năm 1996 của Mỹ (U.S
Telecommunications Act) cho phép các công ty thoại (nội hạt và đường dài), các
nhà cung cấp dịch vụ không dây, hữu tuyến, quảng bá có thể thâm nhập vào lĩnh
vực mà mình không phụ trách. Người ta đã nghĩ đến sự kết hợp 3 mạng viễn thông
trong một mạng băng rộng để có thể cung cấp nhiều dịch vụ thông tin và giải trí.
Các mạng CATV đã trải qua các giai đoạn phát triển từ mạng tương tự quảng
bá một chiều đồng trục tới mạng HFC tương tác 2 chiều truyền tải các kênh Video
tương tự/ số và dữ liệu tốc độ cao. Mạng đồng trục băng rộng kiến trúc cây và
nhánh truyền thống được 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 (30-40), có thể làm giảm
chất lượng 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 lượng các bộ khuếch đại,
cải thiện được hiệu năng truyền dẫn các kênh quảng bá tương tự.
Sự tiến bộ vượt 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 trực tiếp DM-DFB 550 MHz và các bộ thu quang hoạt động ở dải bước 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 tương tự quảng bá qua sợi đơn mode
SMF tới các node quang, do đó số lượng các bộ khuếch đại RF đã được giảm đi rất
nhiều. Ngoài ra, các nhà khai thác 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, có thể hạ giá thành và cải thiện hơn
nữa chất lượng và tính hữu dụng của các dịch vụ quảng bá truyền thống.
Sự phát triển của nhiều thiết bị quan trọng như: Các bộ điều chế QAM, các
bộ thu QAM giá thấp, các bộ mã hóa và giải mã tín hiệu Video số, cho phép các nhà
khai thác 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 trường quan trọng.
Vào giữa thập kỷ 1990, kiến trúc mạng HFC đã bắt đầu có hướng phát triển
mới. Cuộc cách mạng này là do những áp lực sau của thị trường:
- Bùng nổ nhu cầu truy nhập dữ liệu tốc độ cao trong các khu vực dân cư.
- Nhu cầu chuyển phát các dịch vụ số tương tác
- Gia tăng cạnh tranh từ nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông và các nhà
trạng thái, kiểm tra hoạt động mạng và cung cấp các tín hiệu điều khiển mạng. Với
các hệ thống hiện đại có khả năng cung cấp các dịch vụ tương tác, truyền số liệu, hệ
thống thiết bị trung tâm con có thêm các nhiệm vụ như: Mã hóa tín hiệu quản lí truy
nhập, tính cước truy nhập, giao tiếp với các hệ thống mạng viễn thông như mạng
Internet.
2. Mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp
Mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp là môi trường truyền dẫn tín hiệu từ
trung tâm mạng đến các thuê bao. Mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp hữu
tuyến có nhiệm vụ nhận tín hiệu 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, cáp
nguồn và phân phối tín hiệu truyền hình đến tận thiết bị của thuê bao. Hệ thống
mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp là bộ phận quyết định đến chất lượng dịch
Hệ thống thiết bị
trung tâm
(Headend System)
Thiết bị thuê bao
(Customer System)
Mạng phân phối tín
hiệu
(Distribution Network)
Hình I.2. Sơ đồ khối hệ thống truyền hình cáp hữu tuyến.
Luận văn cao học Học viên: Trịnh Hùng Hạnh
khuếch đại. Bộ ổn định được cộng thêm vào nhằm làm giảm độ khuếch đại ở tần số
thấp hơn vì ở tần số càng cao độ suy giảm càng lớn. Như vậy độ khuếch đại của mỗi
đoạn trung chuyển gồm cả bộ khuếch đại ổn định là 0 dB.
Một hệ thống cáp có nhiều tầng khuếch đại được mắc nối tiếp. Sự thay đổi hệ
số khuếch đại hay đặc tuyến tần số của một thành phần sẽ gây ra sự thay đổi lớn của
Luận văn cao học Học viên: Trịnh Hùng Hạnh
Nghiên cứu, thiết kế cấu trúc mạng truyền hình cáp nhằm đáp ứng truyền số liệu, internet, VOD
7
toàn hệ thống. Để duy trì sự ổn định của hệ số khuếch đại và đặc tuyến tần số, một
tín hiệu pilot được cộng vào ở đầu và cuối mỗi dải băng tần. Các tín hiệu này sẽ là
các tín hiệu chuẩn để theo đó các tham số của đặc tuyến tần số và hệ số khuếch đại
được duy trì ổn định.
3. Thiết bị tại thuê bao
Với một mạng truyền hình cáp sử dụng công nghệ tương 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
modem cáp. Các thiết bị này có nhiệm vụ thu tín hiệu và đưa đến tivi và các máy
tính để thuê bao sử dụng các dịch vụ của mạng: chương trình tivi, truy nhập
Internet, truyền dữ liệu.
IV. Mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp
Có nhiều phương án để thiết lập một mạng phân phối tín hiệu truyền hình
cáp hữu tuyến:
Hình I.3. Kiến trúc mạng CATV truyền thống.
Trên đường đi của tín hiệu, các bộ khuếch đại tín hiệu được đặt ở các khoảng
cách phù hợp để khôi phục tín hiệu bị suy hao. Các bộ khuếch đại được cấp nguồn
nhờ các bộ cấp nguồn đặt rải rác trên đường đi của cáp, các bộ nguồn này lấy tín
hiệu từ mạng điện sở tại. Các bộ khuếch đại xa nguồn được cấp nguồn cũng chính
bằng sợi cáp đồng trục dòng đến các bộ khuếch đại, dòng một chiều sẽ được tách
riêng để cấp nguồn cho bộ khuếch đại.
Vì tín hiệu suy hao tỉ lệ với khoảng cách truyền dẫn nên để cung cấp cho các
thuê bao ở xa thì cần phải khuếch đại tín hiệu ở mức cao, làm cho cả mức tín hiệu
và méo đều lớn. Do vậy tại thuê bao ở gần Headend cần có một thiết bị thụ động để
làm suy giảm bớt mức tín hiệu gọi là Pad.
Đầu cuối
Khuếch
Thuê
bao
Pad
Cáp thuê bao
(Drop cable)
Luận văn cao học Học viên: Trịnh Hùng Hạnh
Nghiên cứu, thiết kế cấu trúc mạng truyền hình cáp nhằm đáp ứng truyền số liệu, internet, VOD
9
Các hệ thống cáp đồng trục cải thiện đáng kể chất lượng tín hiệu thu của TV,
cấu trúc mạng chủ yếu được dùng để truyền tín hiệu tương tự, các thiết bị mạng đơn
giản, sẵn có, giá thành thấp. Tuy nhiên mạng toàn cáp đồng trục có một số nhược
điểm sau:
- Các hệ thống thuần túy cáp trục không thể thỏa mãn các dịch vụ băng rộng
tốc độ cao.
- Do truyền dẫn tín hiệu bằng cáp đồng trục có suy hao rất lớn, dẫn đến cần
phải đặt nhiều bộ khuếch đại tín hiệu trên đường truyền, dẫn đến các chi phí khác
kèm theo: nguồn cấp cho bộ khuếch đại, công suất tiêu thụ của mạng tăng lên.v.v
dẫn đến chi phí cho mạng lớn.
- Do sử dụng các bộ khuếch đại tín hiệu để bù suy hao cáp, nhiễu đường
truyền tác động vào tín hiệu và nhiễu nội bộ của bộ khuếch đại được loại bỏ không
hết và tích tụ trên đường truyền, nên càng xa trung tâm chất lượng tín hiệu càng
Hình I. 4. Kiến trúc mạng HFC.
2.1.1. Mạng truyền dẫn:
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.
2.1.2. Mạng phân phối tín hiệu
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 được chuyển thành tín hiệu điện tại
các node quang để truyền đến thuê bao. Ngược lại trong trường hợp mạng 2 chiều,
tín hiệu điện từ mạng truy nhập sẽ được thu tại node quang và chuyển thành tín hiệu
quang để truyền đến Hub về headend.
2.1.3. Mạng truy nhập
Mạng truy nhập bao gồm hệ thống cáp đồng trục, các thiết bị thu phát cao tần
có nhiệm vụ truyền tải các tín hiệu cao tần RF giữa node quang và các thiết bị thuê
bao. Thông thường bán kính phục vụ của mạng con truy nhập tối đa khoảng 300 m.
2.2. Hoạt động của mạng
Tín hiệu Video tương tự cũng như số từ các nguồn khác nhau như: Các bộ
phát đáp vệ tinh, nguồn quảng bá mặt đất, video sever được đưa tới headend trung
tâm. Tại đây tín hiệu được ghép kênh và truyền đi qua Ring sợi đơn mode (SMF).
Tín hiệu được truyền từ headend trung tâm tới thông thường là 4 hoặc 5 Hub sơ cấp.
Headend
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 thứ cấp chỉ cung cấp cho khoảng
25000 thuê bao. 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 xẻ sử dụng trên mạng backbone. Mạng backbone
được 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 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 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 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.
2.3. Ưu điểm của mạng HFC
Mạng HFC có những ưu điểm sau:
- Sử dụng cáp quang để truyền dẫn tín hiệu, mạng HFC sẽ tận dụng được các
ưu điểm vượt trội của cáp quang so với các phương tiện truyền dẫn khác: dải thông
rất 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 sản xuất với công nghệ hiện đại hiện nay cho phép truyền
các tín hiệu có tần số lên đến hàng trăm Tetra Hezt (1014 - 1015 Hz). Đây là dải
thông tín hiệu vô cùng lớn, có thể đáp ứng mọi yêu cầu dải thông đường truyền mà
kì một thiết bị tích cực nào, tức là bộ khuếch đại cao tần sẽ không được sử dụng mà
chỉ có các bộ chia tín hiệu, các bộ ghép hướng và các bộ trích tín hiệu thụ động.
Một mạng HFC chỉ sử dụng các thiết bị cao tần thụ động được gọi là mạng HFC thụ
động (HFPC - Hybrid Fiber/Passive Coaxial). Sử dụng mạng truy nhập thụ động
hoàn toàn sẽ tạo ra những ưu điểm lớn sau:
- Do không sử dụng các bộ khuếch đại tín hiệu mà hoàn toàn chỉ sử dụng các
thiết bị thụ động cho nên tín hiệu đến thuê bao sẽ không ảnh hưởng của nhiễu tích
tụ do các bộ khuếch đại, dẫn đến nâng cao chất lượng tín hiệu.
- Các sự cố mạng sẽ giảm rất nhiều khi sử dụng hoàn toàn các thiết bị thụ
động, dẫn đến tăng độ ổn định và chất lượng phục vụ của mạng.
- Các thiết bị thụ động đều có khả năng truyền tín hiệu theo hai chiều, vì thế
độ ổn định của mạng vẫn cao khi cung cấp dịch vụ hai chiều.
Luận văn cao học Học viên: Trịnh Hùng Hạnh
Nghiên cứu, thiết kế cấu trúc mạng truyền hình cáp nhằm đáp ứng truyền số liệu, internet, VOD
13
Tuy nhiên, việc triển khai mạng truy nhập cáp đồng trục thụ động cũng có
những nhược điểm sau:
- Do không sử dụng các bộ khuếch đại cao tần, tín hiệu suy hao trên cáp sẽ
không được bù, dẫn đến hạn chế lớn bán kính phục vụ của mạng.
- Do không kéo cáp đồng trục đi xa, số lượng thuê bao có thể phục vụ bởi
một nút quang sẽ giảm đi. Để có thể phục vụ số lượng thuê bao lớn như khi sử dụng
các bộ khuếch đại tín hiệu, cần kéo cáp quang đến gần thuê bao hơn và tăng số nút
quang lên dẫn đến tăng chi phí rất lớn.
VOD
VDSL 2 Mb/s 52Mb/s 0,3 km
Điện thoại, Internet,
truyền hình hội nghị,
VOD, HDTV
Bảng I.1. Các đặc tính kĩ thuật của các công nghệ họ xDSL
Khi triển khai mạng truyền hình cáp bằng phương án kết hợp cáp quang và
cáp đồng xoắn sẽ gặp những khó khăn sau:
Luận văn cao học Học viên: Trịnh Hùng Hạnh
Nghiên cứu, thiết kế cấu trúc mạng truyền hình cáp nhằm đáp ứng truyền số liệu, internet, VOD
14
- Không thể truyền được tín hiệu truyền hình tương tự vì để truyền một kênh
truyền hình tương tự yêu cầu độ rộng băng thông là 6 MHz với hệ NTSC và 8 MHz
với hệ PAL.
- Chỉ có thể truyền được tín hiệu truyền hình số có nén và chỉ truyền được 2
đến 3 kênh truyền hình. Để khắc phục điều này, người ta chỉ gửi đi kênh truyền hình
được yêu cầu. Như vậy thuê bao không thể cùng một lúc xem được nhiều kênh với
nhiều máy thu.
- Nếu triển khai mạng kết hợp cáp quang và cáp đồng xoắn, rõ ràng hoàn
toàn phải dựa vào hệ thống mạng viễn thông bưu điện dẫn đến không thuận lợi và
linh hoạt trong quá trình triển khai và điều hành mạng.
4. Mạng toàn cáp quang
15
thêm vào 51 bytes được đặt giá trị toàn bằng 0. Sau khi đã mã hóa xong 51 bytes này
lại bị loại bỏ, như vậy sau mã hóa kích thước mỗi gói tin video là 204 bytes.
Do mã sửa sai Reed-Solomon cũng chỉ sửa được các lỗi rời rạc lên tiếp theo
dòng bít được ghép xen để hạn chế khả năng sai, lỗi ở một dãy bít liên tiếp gây khó
khăn cho việc sửa lỗi ở đầu thu. Sơ đồ nguyên lí chung của việc ghép xen ngoại với
độ sâu l=12 được minh họa trong hình I.6.
Bộ ghép gồm 12 nhánh, được kết nối theo kiểu vòng với các byte số liệu
bằng chuyển mạch đầu vào. Mỗi nhánh j sẽ là một thanh ghi dịch First in-First out,
với j x M ô nhớ. Trong đó: M = 17 = N/I, N = 204 byte, mỗi ô của thanh ghi dịch
chứa một byte. Trong trường hợp này là ghép xen các bytes với nhau, chu kỳ ghép
xen đúng bằng 204.
Khối Baseband Shaping có nhiệm vụ chia dòng tín hiệu thành hai tín hiệu I
và Q (In-phase, Quadrature phase) để tiến hành điều chế QAM (Quadrature
Amplitude Modulation). Sau cùng, tín hiệu đã được điều chế này được đưa vào
mạng cáp truyền dẫn để chuyển đến thuê bao.
Truyền hình cáp sử dụng các kênh truyền nằm trong phạm vi dải thông cận
Cable
Network
Hình I.5. Quá trình xử lí tín hiệu.
Luận văn cao học Học viên: Trịnh Hùng Hạnh
Nghiên cứu, thiết kế cấu trúc mạng truyền hình cáp nhằm đáp ứng truyền số liệu, internet, VOD
16
kênh mà người ta chia làm các hệ thống nhỏ, vừa hay lớn. Bảng 2 chỉ ra một cách
phân chia các hệ thống. Hình I.6. Sơ đồ nguyên lý của bộ ghép và tách ngoại.
Toàn bộ dải thông của hệ thống được chia thành các kênh vô tuyến có kích
thước 8 MHz theo tiêu chuẩn của Châu Âu hoặc 6 MHz theo tiêu chuẩn Bắc Mĩ. Sở
dĩ có hai cách chia là để cho mỗi kênh có thể mang được một kênh truyền hình
Dải thông cần thiết để truyền một kênh truyền hình tương tự theo tiêu chuẩn
PAL là 8 MHz, đúng bằng dải thông một kênh trong hệ thống kênh của truyền hình
cáp. Truyền dẫn tín hiệu truyền hình tương tự trên mạng có ưu điểm là giảm chi phí
thuê bao. Để thu được tín hiệu truyền hình tương tự, thuê bao chỉ cần một máy thu
bình thương, nối đường cáp với đầu nối angten và điều chỉnh máy thu của mình thu
ở dải tần của kênh được phát. Như vậy các thuê bao không phải đầu tư thiết bị ban
đầu khi lắp đặt truyền hình cáp. Tuy nhiên, các hệ thống truyền hình cáp hữu tuyến
tương tự có một số nhược điểm sau:
- Trong thực tế, các bộ lọc thông dải trong các thiết bị điều chế tín hiệu
truyền hình cáp tương tự không đạt được đặc tuyến lý tưởng, dẫn đến tín hiệu của
một kênh chương trình này vẫn gây nhiễu sang các kênh liền kề, dẫn đến giảm chất
lượng hình ảnh khi phát nhiều kênh chương trình.
- Do khả năng chống nhiễu của phương thức điều chế tín hiệu tương tự kém
nên nhiễu tác động vào tín hiệu trên đường truyền sẽ không thể loại bỏ được ở máy
thu, dẫn đến giảm chất lượng tín hiệu.
- Không thể thực hiện các dịch vụ truyền hình tương tác, truyền hình độ phân
giải cao (HDTV).
2. Truyền dẫn tín hiệu số
Sự phát triển của kĩ thuật số và công nghệ thông tin, cũng đã tạo ra cuộc cách
mạng thực sự trong kĩ thuật phát thanh - truyền hình, đó là sự ra đời các chuẩn
truyền dẫn truyền hình số. Sự ra đời của các chuẩn truyền dẫn truyền hình số đã tạo
ra những ưu điểm vượt trội so với các chuẩn truyền dẫn và phát tín hiệu truyền hình
tương tự:
- Khả năng chống nhiễu cao: Quá trình điều chế tín hiệu truyền hình số bao
gồm việc xáo trộn dữ liệu (bit-Interleaving, byte-Interleaving), các khâu này giúp
cho khả năng: khi có nhiễu đường truyền tác động vào các nhóm bít hoặc nhóm
byte, do các bít trong nhóm bị lỗi không nằm cạnh nhau thực sự trong luồng thông
tin, dẫn đến số lượng bit bị lỗi trong một nhóm bit thông tin thực tế rất ít, điều này
làm cho ảnh hưởng của nhiễu giảm xuống rất nhiều so với các tín hiệu truyền hình
tương tự.
cung cấp dịch vụ.
VI. Các thành phần của hệ thống truyền hình cáp
1. Cáp đồng trục
Cáp đồng trục được sử dụng rộng rãi cho việc phân phối các chương trình
truyền hình. Hình I.7 vẽ sơ đồ cấu trúc của một loại cáp đồng trục sử dụng cho
CATV. Phần vỏ của dây dẫn trong thường là chất đồng, với điện trở nhỏ sẽ thuận
lợi cho việc truyền dòng điện với cường độ cao. Nhôm được sử dụng cho vỏ ngoài
và phần lõi của dây dẫn trong do ưu điểm về khối lượng. Vật liệu giữa hai lớp
thường là nhựa. Giữa lõi và phần ngoài có các túi không khí để làm giảm khối
lượng và tránh sự thấm nước. Ngoài cùng là một lớp vỏ bọc chống các tác động cơ
học.
Luận văn cao học Học viên: Trịnh Hùng Hạnh
Nghiên cứu, thiết kế cấu trúc mạng truyền hình cáp nhằm đáp ứng truyền số liệu, internet, VOD
19
Đường kính tiêu chuẩn của cáp là 0.5; 0.75; 0.875 và 1inch. Trở kháng đặc
tính của cáp là 75Ω. 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.
vậy, trở kháng của dây dẫn trong đối với nó sẽ cao.
Có 3 loại cáp đồng trục khác nhau được sử dụng trong mạng cáp phân phối:
Cáp trung kế có đường kính từ 0,5 đến 1inch 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 50 MHz và
Líp vá nhùa
Vỏ bọc nhôm
Lớp bọc nhựa
Dây dẫn trong
(đồng bọc nhôm)
Luận văn cao học Học viên: Trịnh Hùng Hạnh
Nghiên cứu, thiết kế cấu trúc mạng truyền hình cáp nhằm đáp ứng truyền số liệu, internet, VOD
20
3,97 dB ở tần số 750 MHz (tính với 100 m 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.
2. Các bộ khuếch đại và ổn định
Bộ khuếch đại đường truyền bù lại suy giảm tín hiệu, nó 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
là các tín hiệu chuẩn để theo đó các tham số của đặc tuyến tần số và hệ số khuếch
đại được duy trì ổn định.
Có 3 loại bộ khuếch đại được sử dụng trong mạng CATV tùy thuộc vào vị trí
của chúng
- Bộ khuếch đại trung kế.
- Bộ khuếch đại cầu.
- Bộ khuếch đại đường dây dải rộng.
2.1. Bộ khuếch đại trung kế
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. Hình I.8
minh hoạ sơ đồ khối đơn giản của một bộ khuếch đại trung kế. Hình I.8. Sơ đồ khối đơn giản bộ khuếch đại trung kế.
Ưu điểm của bộ khuếch đại trung kế là cho mức CNR cao với méo phi tuyến
thấp đặc biệt là với các kênh truyền hình tần số cao (> 300 MHz). Vì cáp đồng trục có
tổn hao phụ thuộc 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 tăng 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.
Nghiên cứu, thiết kế cấu trúc mạng truyền hình cáp nhằm đáp ứng truyền số liệu, internet, VOD
22
pilot 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 pilot chuẩn khác nhau đối 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.
2.2. Bộ khuếch đại Fidơ
Được sử dụng không chỉ để truyền 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 12 dB so với
bộ khuếch đại trung kế). Tuy nhiên, đầu ra có méo phi tuyến mức độ cao hơn so với
bộ khuếch đại trung kế .
2.3. Bộ khuếch đại đường dây dải rộng
Các bộ khuếch đại đường dây được đặt ở phía gần thuê bao, khoảng cách
giữa hai bộ khuếch đại khoảng 120 ÷ 130 m. 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, tùy thuộc vào số lượng Tap 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 I.9) cho phép tách riêng tín hiệu đường
lên và đường xuống. Tại các hệ thống truyền hình cáp tại Bắc Mỹ, các kênh tín hiệu
đường lên được đặt ở dải tần số 5-42 MHz. Dải tần tín hiệu đường xuống là 52-860
MHz. Diplexer có độ cách ly giữa các dải tần khoảng 60 dB .
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
CNR(dB) = P
ra
/k
B
TB +59,16 - F - G ; (I.2)
Trong đó: P
ra
là công suất ra của bộ khuếch đại;
k
B
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 20 dB.
Hình I.10. Sơ đồ N bộ khuếch đại nối tiếp.
Trong trường hợp có N bộ khuếch đại khác nhau liên tiếp. Giả sử bộ khuếch
đại thứ N có tạp âm nhiệt F
N
và hệ số khuếch đại G
N
như trong hình I.10.
1
G
2
F
2
CNR
N
G
N
F
N
Cổng C
Cổng H
Cổng L
Các bộ
lọc
Hình I. 9. Minh h
ọ
a
đơ
n gi
ả
n m
ộ
t diplexer.
+++−=
(I.5)
3. Hệ thống cáp sợi quang
Cáp quang là một trong nhiều kỹ thuật được ứng dụng rộng rãi trong công
nghiệp truyền thông những năm gần đây và đã đạt được những thành qủa to lớn.
Môi trường truyền của cáp quang là bức xạ hồng ngoại với các thành phần điện từ
có tần số cực cao, đồng thời một ưu thế nữa của hệ thống cáp quang chính là độ
rộng dải thông rất lớn. Với dải thông này có thể truyền đi các tín hiệu số nói chung
(tín hiệu truyền hình số nói riêng) một cách hiệu quả, ngoài ra hệ thống quang còn
có thể sử dụng truyền các tín hiệu tương tự.
Sơ đồ khối nguyên lý cơ bản của hệ thống cáp quang được trình bày trên
hình I.11. Một nguồn quang, LASER hay một đèn LED, được điều chế bằng tín
hiệu hình cần truyền đi. Tín hiệu quang được truyền đi trong sợi quang đến đầu thu,
nơi có bộ cảm quang, biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện.
Copyright: Tài liệu đại học ©