TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:

PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠNG TRUYỀN HÌNH
CÁP HỮU TUYẾN

Sinh viên thực hiện:

LÊ VĂN TRUNG
Lớp 47K - Điện tử viễn thông

Giảng viên hướng dẫn:

ThS. PHẠM MẠNH TOÀN


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

Vinh, 5-2011

SV: Lê Văn Trung

2


chương trình chưa phù hợp với người Việt Nam nên truyền hình cáp vẫn còn
xa lạ với đa số người dân.
Tại Hà Nội, nhu cầu phát triển mạng truyền hình cáp hữu tuyến qui mô,
hiện đại cung cấp nhiều chương trình cho người dân Thủ đô đã được lập kế
hoạch và đang được triển khai trên diện rộng.
SV: Lê Văn Trung

3

Lớp: 47K - ĐTVT


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

Nhận thức được việc xây dựng và phát triển mạng truyền hình cáp phục
vụ đa số khán giả Việt Nam là nhu cầu cần thiết và là hướng đi tất yếu, em đã
lựa chọn đề tài đồ án tốt nghiệp: "Phương pháp thiết kế mạng truyền hình
cáp hữu tuyến" nhằm đi sâu tìm hiểu lĩnh vực còn hết sức mới mẻ này.
Trong thời gian thực hiện đồ án, em đã có một thời gian thực tế tìm
hiểu và nghiên cứu quá trình lắp đặt truyền hình cáp tại một số khu vực trên
địa bàn TP Thanh Hóa. Với những hiểu biết còn hết sức hạn chế em đã cố
gắng trình bày những nội dung cơ bản nhất liên quan đến mạng truyền hình
cáp hữu tuyến, đồng thời nêu lên một cách khái quát những nguyên tắc và
phương pháp thiết kế hệ thống mạng truyền hình cáp.
Để hoàn thành được đề tài này thì trước tiên em xin chân thành cảm ơn
ban giám hiệu Trường Đại học Vinh, các thầy cô trong Ban chủ nhiệm Khoa
Điện Tử Viễn Thông và các thầy cô bộ môn Điện tử Viễn Thông đã tạo điều
kiện cho em được học tập và đã truyền thụ nhiều kiến thức cho em làm nền

trên mạng truyền dẫn cáp quang và cáp đồng trục như nguyên cứu về node
quang, các con tap, bộ chia...
Từ các kết quả tìm hiểu đó em đưa ra phương pháp thiết kế một mạng
truyền hình cáp hữu tuyến, để thiết kế được một hệ thống HFC ta cần tính đến
các yếu tố địa lý như cột, mạng lưới giao thông hay sự phân bố dân cư của địa
bàn đó rồi sau mới tính đến các thông số kỹ thuật của thiết bị.

Project summary
The purpose of the research project is the overall system wired cable
television, offersthe features and advantages of cable television as well as the
advantages of the system. Learn about cable television network structure,
namely HFC network and HFPC to find out the ros and cons of these two
network structures.
In the context of Vietnam at present only be used in HFC network
scheme youonly talk about the HFC network. Then learn about the center's
equipment, such as Headend amplifiers, optical transmitters, the community...
Devices on the network transmission fiber and coaxial cable as the original
research on optical node, tap thechild, the division ...

SV: Lê Văn Trung

5

Lớp: 47K - ĐTVT


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH


Hình 1.7. Cấu trúc mạng HFPC...........................................................................................33
Hình 2.1. Trung tâm Headend..............................................................................................37
Hình 2.2. Sơ đồ khối máy phát tín hiệu quang....................................................................38
Hình 2.3. Sơ đồ khối node quang.........................................................................................40
Hình 2.4. Cấu tạo sợi quang.................................................................................................42

SV: Lê Văn Trung

7

Lớp: 47K - ĐTVT


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

Hình 2.5. Mặt cắt và các tia sáng truyền trong.....................................................................43
Hình 2.6. Các mối hàn gây suy hao giữa hai sợi quang ......................................................47
Hình 2.7. Suy hao ghép trong sợi đơn mode .......................................................................49
Hình 2.8. Phương pháp hàn sợi quang nóng chảy................................................................50
Hình 2.9. Cấu tạo của conector............................................................................................51
Hình 2.10. Góc ghép của nguồn quang vào sợi quang.........................................................52
Hình 3.1. Cấu tạo cáp đồng trục...........................................................................................53
Hình 3.2. Phần cáp đồng trục trong kiến trúc cây và nhánh
trong mạng HFC...................................................................................................................55
Hình 3.3. Sơ đồ khối đơn giản bộ khuếch đại trung kế........................................................57
Hình 3.4. Minh họa đơn giản một diplexer..........................................................................58
Hình 3.5. Sơ đồ n bộ khuếch đại nối tiếp.............................................................................59
Hình 3.6. Sơ đồ khối đơn giản của Tap 4 đường suy hao 20 dB........................................60

AGC

Automatic Gain Control

Tự điều chỉnh hệ số khuếch đại

APD

Angled Physical Contact

Tiếp xúc góc

ATM

Asynchronous Transfer Mode

Phương thức truyền không đồng
bộ

BER

Bit Error Rate

Tỉ số lỗi bit

CATV

Community Antenna Television

Hệ thống truyền hình cáp cộng


bước sóng

DBS

Direct Broatcast Satellite

Vệ tinh quảng bá trực tiếp

DSL

Digital Subscriber Line

Đường thuê bao số

DSLAM

DSL Access Multiplexing

Ghép kênh truy nhập đường thuê
bao số

EQ

Equalizer

Khối cân bằng

FDM


Gratded Index

Chỉ số chiết suất Gradient

GVD

Group Velocity Dispersion

Tán sắc vận tốc nhóm

SV: Lê Văn Trung

9

Lớp: 47K - ĐTVT


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

HDT

Host Digital Terminal

Thiết bị đầu cuối số trung tâm

HFC

Hybrid Fiber/ Coaxial network

Intergrated Services Digital Network Mạng liên kết số đa dịch vụ

LPF

Low Pass Filter

Bộ lọc thông thấp

MDF

Main Distribution Frame

Giá phối dây chính

MMDS

Multipoint Multichanel Distribution Dịch vụ phân phối đa điểm đa
Service

kênh

NA

Numerical Aperture

Khẩu độ số

ONU

Optical Network Unit

Radio Frequency

Tần số cao tần

SDH

Synchronous Digital Hierarchy

Phân cấp số đồng bộ

SI

Step Index

Chỉ số chiết suất phân bậc

STB

Set – Top - Box

Đầu thu tín hiệu số

SMF

Single Mode Fiber

Sợi quang đơn mode

STM


thốnngg
trung
trungTâm
Tâm

Hệ
Hệthố
thốnngg
mạ
mạnnggphân
phânphố
phốii

Hệ
Hệthố
thốnngg
thuê
thuêbao
bao

Hình 1.1. Cấu hình hệ thống truyền hình cáp
1.1.1 Hệ thống thiết bị trung tâm (Master Headend)
- Hệ thống cung cấp và quản lý các chương trình truyền hình trên mạng
cáp: Hệ thống thu tín hiệu các chương trình truyền hình sau đó qua quá trình
xử lý tín hiệu: chèn quảng cáo, key chữ, mã hoá, điều chế tín hiệu... và
chuyển sang mạng phân phối tín hiệu. Các chương trình có thể thu trực tiếp từ
vệ tinh, truyền hình mặt đất, chương trình radio FM hoặc các chương trình tự
sản xuất.
- Hệ thống kiểm tra, giám sát: Bao gồm hệ thống monitor để kiểm tra
chất lượng cũng như nội dung các chương trình truyền trên mạng cáp, hệ

được phân phối tới các điểm thuê bao nhờ hệ thống cáp đồng trục, các bộ
khuếch đại tín hiệu RF và các bộ chia tín hiệu để phân phối cho các khách
hàng. Hệ thống truyền dẫn cáp đồng trục sẽ được thiết kế với dung lượng
cung cấp tuỳ thuộc vào nhu cầu sử dụng dịch vụ của các thuê bao truyền
hình cáp.
1.1.3 Thuê bao
Tuỳ thuộc vào nhu cầu sử dụng dịch vụ của các thuê bao mà thiết bị
đầu cuối có thể là:
- Dịch vụ truyền hình thông thường: Sử dụng cáp đồng trục để truyền
dẫn tín hiệu từ các bộ chia trên mạng cáp đồng trục tới máy thu hình.
- Dịch vụ truyền hình gia tăng: Tuỳ thuộc vào các loại hình dịch vụ mà sử
dụng các thiết bị đầu cuối khác nhau: xem truyền hình các kênh mã hoá sử dụng
đầu thu giải mã của nhà cung cấp chương trình hoặc sử dụng các dịch vụ
internet, truyền dữ liệu, VOD... sử dụng cable modem của nhà cung cấp dịch vụ.

SV: Lê Văn Trung

12

Lớp: 47K - ĐTVT


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

1.2 Các ưu thế của hệ thống truyền hình cáp
- Chất lượng đảm bảo: Không bị ảnh hưởng của phản xạ sóng, hình ảnh
rõ nét..
- Nội dung chương trình phong phú, số lượng kênh lớn (40 ÷ 200 kênh).



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

1.3.2 Tình hình phát triển truyền hình cáp tại Việt Nam
Vài nét về sự tiến bộ của công nghệ TH và dịch vụ truyền hình có thu phí:
- TH cáp vô tuyến MMDS: Truyền hình cáp vô tuyến MMDS được
triển khai từ năm 1997 tại Hà nội và Thành phố Hồ Chí Minh. Dịch vụ
MMDS sử dụng hệ thống truyền dẫn vô tuyến siêu cao tần ( 2,5 GHZ – 2,7
GHz), kỹ thuật tương tự, được phát từ 9 đến 12 kênh chương trình chủ yếu là
phát chuyển trực tiếp các kênh chương trình quốc tế. Dịch vụ MMDS tại Hà
Nội và Tp. HCM đã thu hút được khoảng 30000 thuê bao, trong đó chủ yếu
là thuê bao người nước ngoài sống tại VN, các cơ quan nghiệp vụ, các cán
bộ, học sinh, sinh viên nghiên cứu ngoại ngữ hay văn hoá, khoa học nước
ngoài... mang lại hiệu quả rất cao về cả kinh tế, chính trị và khoa học kỹ
thuật. Tuy vậy những năm gần đây hệ thống này đã xuống cấp nhiều, chất
lượng chương trình bị kém đi, mặt khác vấn đề nhà cao tầng theo tốc độ xây
dựng tăng rất nhanh đã che khuất, cản trở rất nhiều đến sự thu sóng của các
anten thu MMDS.
- TH cáp hữu tuyến CATV: Truyền hình cáp hữu tuyến hiện đã được
triển khai ở Hà nội và một số tỉnh như Hải phòng, Nam Định, Đà Nẵng. Tại
Hà Nội, truyền hình cáp được đưa vào sử dụng từ tháng 5 năm 2001. Mạng
tại Hà Nội có cấu trúc kết hợp cáp quang và cáp đồng trục cung cấp 27 kênh
truyền hình tương tự bao gồm các kênh của đài truyền hình trung ương và
một số kênh nước ngoài như Cartoon Network, Discovery Channel, DW,
Super Sport với chất lượng tín hiệu tốt và rất ổn định. Tại các tỉnh khác như
Nam Định, Đà Nẵng sử dụng công nghệ cáp đồng trục. Chất lượng tín hiệu ở
đây không được tốt và đang có phương án nâng cấp.

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, các nhà điều hành cáp 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 thành hạ, các bộ mã hóa và giải mã tín hiệu Video
số, cho phép các nhà điều hành 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.

SV: Lê Văn Trung

15

Lớp: 47K - ĐTVT


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

• 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 cung cấp dịch vụ DBS (Direct Broadcast Satellite).
• Sự tiến bộ trong công nghệ sợi quang, đặc biệt là laser và bộ thu

Lớp: 47K - ĐTVT


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

Cấu trúc mạng cơ bản :
ChuyÓn m¹ch ATM

Internet
PC
M¹ch
vßng
TB
MDF

SDLAM
ATU - C

splitte
r

POTS/ISDN
SPLITTER

ATU-R

POTS/ISDN


TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

các nhà cung cấp dịch vụ. Số liệu qua ADSL được đóng gói trong các tế bào
ATM. DSLAM cần có khả năng xử lý các tế bào ATM để thực hiện ghép
kênh lưu lượng thống kê. Tổng tốc độ các đường ADSL qua tất cả các khối
ATU – C có thể lớn hơn tốc độ đường STM – 1.
Ứng dụng của ADSL
Đặc điểm truyền tốc độ hai chiều không đối xứng của ADSL làm cho
kỹ thuật này phù hợp với hầu hết các ứng dụng yêu cầu băng thông luồng
xuống lớn hơn băng thông luồng lên. VOD là hướng phát triển ban đầu của
ADSL nhưng sau đó truy nhập Internet tốc độ cao nhanh chóng trở thành
hướng phát triển chủ yếu. Ngoài ra còn một số ứng dụng khác đang được phát
triển và sử dụng công nghệ này như sau:
• Telecommuting: Dịch vụ thoại và truy nhập dữ liệu từ xa, cho phép
người sử dụng làm việc tại nhà và kết nối tới cơ sở dữ liệu tại nơi làm việc.
• Dịch vụ truyền video hoặc thông tin thời gian thực: ADSL cho phép
phân phối những ứng dụng băng rộng theo thời gian thực như tin tức, token
chứng khoán, thời tiết ...
• Chương trình đào tạo từ xa: ADSL full – rate với chất lượng dịch vụ
đảm bảo có thể cung cấp luồng video theo tiêu chuẩn MPEG – 2 cho phép các
trung tâm giảng dạy gửi video minh hoạ bài dạy và trao đổi trực tiếp với học
viên từ nhiều vị trí.
• Chữa bệnh từ xa: Các bác sĩ có thể chẩn đoán và khám chữa bệnh từ xa.
• Hội nghị truyền hình: Mặc dù dịch vụ này yêu cầu băng thông hai
chiều đối xứng nhưng ADSL full – rate có thể cung cấp một kênh H0
(384×384Kbit/s) chuyên dụng ngoài băng thông có sẵn của ADSL cho ứng
dụng này trong khi vẫn đảm bảo phục vụ các ứng dụng khác.
1.5.2 Fiber In The Loop (FITL)
Công nghệ truy nhập FITL thường dùng cáp quang theo kiến trúc hình
sao (điểm – đa điểm), gồm một họ các kiến trúc như:

Một khối giao diện mạng đặt tại phía thuê bao sẽ tách tín hiệu Video, tín
hiệu dữ liệu, và tín hiệu thoại như chỉ ra trong hình 1.3 tín hiệu Video số
được tách kênh và giải mã bởi một STB. Một kiến trúc FITL khác là FTTH.
Như tên gọi của nó, cáp quang sẽ thay thế cáp đồng trục hoặc cáp đồng xoắn
đôi từ ONU đến thuê bao. Sự khác nhau giữa kiến trúc FTTH và FTTC nằm
ở vị trí lắp đặt của ONU.
Trong kiến trúc FTTH, ONU được đặt tại nhà thuê bao. Vì vậy, nhu
cầu dùng công nghệ cáp xoắn đôi ngoài nhà thuê bao được loại bỏ trong kiến
trúc FTTH. Phần mạng giữa HDT và các ONU trở thành mạng quang thụ

SV: Lê Văn Trung

19

Lớp: 47K - ĐTVT


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

động, điều này trở nên rất quan trọng khi nâng cấp trong tương lai. Băng
thông rộng sẵn có (hàng THz) của sợi quang để chuyển phát các dịch vụ băng
rộng cho thuê bao là một trong những ưu điểm của kiến trúc mạng toàn quang
này. Với việc dùng công nghệ WDM, các hệ thống FTTH có khả năng truyền
tải tốc độ hàng Gb/s ví dụ OC – 48/STM – 16 (2.5GHz) hoặc các dịch vụ
băng rộng tương thích với SONET/SDH tới thuê bao. Hơn nữa, vì mỗi ONU
được đặt tại nhà thuê bao, do vậy không cần thiết công suất ngoài hoặc bảo
dưỡng thêm.
Nhược điểm chính của FTTH là giá thành mỗi OTU tương đối cao và

Hình 1.3. Cấu hình hệ thống Fiber in the loop

1.5.3 Vệ tinh quảng bá trực tiếp DBS (Direct Broadcast Satellite)
Công nghệ DBS dựa trên các vệ tinh đồng bộ địa tĩnh cung cấp các
chương trình truyền hình đa kênh cho các thuê bao có trang bị các bộ thu
SV: Lê Văn Trung

20

Lớp: 47K - ĐTVT


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

DBS. Tuy nhiên ở Việt Nam hiện nay công nghệ này đang còn gặp nhiều khó
khăn. Các chương trình truyền hình qua vệ tinh được cung cấp bởi các nhà
cung cấp dịch vụ nước ngoài và thông qua các vệ tinh nước ngoài. Người dân
muốn đăng ký dịch vụ truyền hình qua vệ tinh cần phải được sự cho phép của
Bộ Văn Hoá Thông Tin. Vì vậy, truyền hình trả tiền qua vệ tinh ở Việt Nam
gặp nhiều hạn chế như: không có kênh truyền hình và ngôn ngữ tiếng việt
đăng ký dịch vụ phức tạp, chi phí thuê bao cao. Chính vì những lý do này mà
số lượng người xem truyền hình qua vệ tinh ở Việt Nam rất ít.
1.5.4 Dịch vụ phân phối đa điểm đa kênh

M«i tr­êng
truyÒn dÉn
Khèi ph¸t v« tuyÕn
MMDS

hiệu MMDS là sóng vi ba (sóng vô tuyến) cho nên khi triển khai mạng đến
thuê bao không cần phải kéo cáp tới tận hộ thuê bao, mà chỉ cần dựng cột
anten thu tại thuê bao sao cho có thể nhìn thấy cột anten phát (tại cột anten
của đài THVN) là có thể thu được tín hiệu và giải mã để xem. Đặc điểm này
sẽ giúp nhà cung cấp dịch vụ MMDS không mất thời gian, công sức và chi
phí đào đường rải cáp, đảm bảo mỹ quan đô thị.
• Khó khăn
Hạn chế vùng phủ sóng: Do sử dụng sóng viba tại dải tần 900MHz để
truyền tín hiệu Video, MMDS đòi hỏi anten phát và anten thu phải nhìn thấy
nhau thì mới thu được tín hiệu tốt. Vì vậy đối với các hộ dân cư nằm ở phía
sau các khu khách sạn cao tầng, các khu cao ốc, việc thu tín hiệu MMDS rất
khó thực hiện. Điều này cũng xảy ra đối với các gia đình ở trong các ngôi nhà
thấp, bị các vật cản như cây cối che chắn. Đât chính là trở ngại lớn cho việc
cung cấp dịch vụ MMDS đến với mọi người dân sử dụng dịch vụ.
Chịu tác động mạnh bởi nhiễu công nghiệp: Do sử dụng phương thức
điều chế tín hiệu truyền hình tương tự (analog) 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: nhiễu từ mạng điện lưới, nhiễu từ các thiết bị điện:
môtơ điện, quạt điện mà không có cách hạn chế và khắc phục. Điều này dẫn
đến giảm chất lượng hình ảnh của dịch vụ MMDS.
Chịu ảnh hưởng lớn bởi thời tiết: khi thời tiết xấu, ví dụ như mưa to, sét
tín hiệu MMDS vô tuyến bị suy hao rất lớn trong không gian, dẫn đến giảm
mạnh chất lượng tín hiệu hình ảnh.

SV: Lê Văn Trung

22

Lớp: 47K - ĐTVT


Kiến trúc này tương tự như HFC ở đó một headend trung tâm phát các dịch
vụ băng rộng tới nhiều cell RF qua cáp đơn mode SMF, tới thuê bao được
thực hiện qua 2 chiều MMDS.
Có nhiều ưu điểm trong kiến trúc này:
SV: Lê Văn Trung

23

Lớp: 47K - ĐTVT


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

- Tăng độ tin cậy truyền dẫn 2 chiều giữa thuê bao và headend so với
kiến trúc MMDS truyền thống.
- Giảm lắp đặt vùng RF và chi phí bảo dưỡng.
- Kiến trúc này thường phù hợp triển khai trên diện rộng trong các khu
vục thành thị tại đó mạng cáp quang đã được xây dựng.

1.6 Kiến trúc mạng truyền hình cáp
1.6.1 Kiến trúc mạng CATV truyền thống
Hình 1.5 là sơ đồ đơn giản của một mạng cáp toàn đồng trục. Các
chương trình thu được từ vệ tinh hoặc viba tại headend, headend thực hiện
nhiệm vụ sau:
- Thu các chương trình (ví dụ từ NBC, CBS, và các mạng cáp như
MTV& ESPN)
- Chuyển đổi từng kênh tới kênh tần số RF mong muốn, ngẫu nhiên
hóa các kênh khi có yêu cầu.

bao

Thuê
bao

Cáp
trung kế

Cáp fidơ
Chú thích
Pad
Bộ khuếch
đại
Spliter
Tap

Cáp
thuê bao

Hình 1.5. Kiến trúc đơn giản của mạng CATV truyền thống
Tín hiệu đưa đến thuê bao được trích ra từ các cáp nhánh (fidơ cáp) nhờ
bộ trích tín hiệu Tap.
Mức tín hiệu suy hao tỷ lệ với bình phương tần số trung tâm khi truyền
qua cáp trục (cáp trung kế, cáp fidơ và cáp thuê bao). Do vậy tín hiệu ở tần số
càng cao suy hao càng nhanh so với tần số thấp. Đó là lý do tại sao các nhà
cung cấp mong muốn ít kênh. Mức tín hiệu cũng bị suy giảm khi đi qua các
bộ Spliter và Tap .

SV: Lê Văn Trung