MỤC LỤC     !" #$%" & 1.1 – Tổng quan về truyền hình cáp 9 1.2 - Vị trí các mạng truyền hình cáp và xu hướng phát triển. .10 1.3 - Các công nghệ truy nhập cạnh tranh 11 1.3.1 - Công nghệ ADSL (Asymetric Digital Subscriber Line) 12 1.3.2 - Fiber-In-The-Loop (FITL) 14 1.3.3 - Vệ tinh quảng bá trực tiếp DBS (Direct Broadcast Satellite) 16 1.3.4 - Dịch vụ phân phối đa điểm đa kênh (MMDS) 16 '(!)*!" #$%+, 2.1 - Kiến trúc mạng CATV truyền thống 20 2.2 - Kiến trúc mạng có cấu trúc 22 2.2.1 - Các đặc điểm cơ bản mạng HFC 22 2.2.2 - Ưu và nhược điểm của mạng HFC 24 2.2.3 - Kết luận 26 '$-.!/* +0 3.1 – Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Headend 27 3.1.1 - Sơ đồ khối cơ bản của Headend 27 3.1.2 - Nguyên lý hoạt động của Headend 32 3.1.3 - Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy phát quang33 3.1.3.1 – Cấu tạo 33 3.1.3.2 – Hoạt động của máy phát 40 3.2 – Cấu tạo và hoạt động của node quang 40 3.3 – Sợi quang 42 3.3.1 - Cấu tạo và dạng sợi quang 42 3.3.2 - Sợi đơn mode và sợi đa mode 42 3.3.3 - Các đặc tính của sợi quang 44 3.3.3.1 – Suy hao 44 3.3.3.2 – Các nguyên nhân gây nên suy hao 44 3.3.4 - Độ nhạy thu và quỹ công suất 47 3.3.5 - Các giới hạn bởi suy hao 49 3.3.6 - Truyền lan ánh sáng trong sợi quang 49 Đồ án tốt nghiệp 1 3.3.6.1 – Truyền lan tín hiệu trong sợi quang 50 3.3.6.2 – Các mode truyền lan 52 3.3.7 - Tán sắc sợi quang 54 3.3.7.1 – Tán sắc trong mode (Intramode Dispersion) 54 3.3.7.2 – Tán sắc mode 58 3.3.7.3 – Tán sắc tổng cộng của sợi 59 3.3.7.4 – Sự hạn chế do tán sắc 60 3.4 - Các mối hàn và các bộ kết nối (Connector) trong mạng quang 61 3.4.1 - Phương pháp hàn cáp 63 3.4.2 - Các Connector 65 3.5 – Ghép công suất quang 66 $-.!/*1 !0 4.1 - Cáp đồng trục 67 4.1.1 - Suy hao do phản xạ 67 4.1.2 - Trở kháng vòng 68 4.2 - Các bộ khuếch đại RF (Radio Friquency) 69 4.2.1 - Đặc điểm các bộ khuếch đại 69 4.2.1.1 - Bộ khuếch đại trung kế 69 4.2.1.2 - Bộ khuếch đại fidơ 70 4.2.1.3 - Bộ khuếch đại đường dây 71 4.2.2 - CNR của một bộ khuếch đại đơn và nhiều bộ khuếch đại nối tiếp 71 4.3 - Bộ chia và rẽ tín hiệu 72 '%%$%(*!" # $%"0 5.1 – Lựa chọn các thông số kỹ thuật cho mạng truyền hình cáp hữu tuyến 74 5.1.1 - Phân bố dải tần tín hiệu 74 5.1.2 - Tính toán kích thước node quang cho yêu cầu hiện tại 75 5.2 – Thiết kế 76 5.2.1 - Lựa chọn sợi quang 76 5.2.2 - Tính toán suy hao của hệ thống 77 5.3 – Nguyên tắc thiết kế phần mạng quang 78 5.4 – Nguyên tắc thiết kế phần mạng đồng trục 80 5.5 – Thuyết minh phần mạng quang 81 5.6 – Tính toán phần mạng quang 82 Đồ án tốt nghiệp 2 5.7 – Thuyết minh thiết kế phần mạng đồng trục 86 5.8 – Tính toán phần mạng đồng trục 87 5.9 – Thuyết minh thiết kế mạng HFPC 93 5.10 – Tính toán mạng HFPC 93 5.11 – So sánh mạng HFC và mạng HFPC 97 (2&3 45(/&& Đồ án tốt nghiệp 3 BẢNG CHỮ VIẾT TẮT ADSL AGC APD ATM BER CATV CNR CO DFB DWDM DBS DSL DSLAM EQ FDM FTTC FTTB FTTH FITL GI GVD HDT HFC HFPC HFW HFR HPF ISDN LPF MDF MMDS NA ONU Asymetric Digital Subcriber Loop Automatic Gain Control Angled Physical Contact Asynchronous Transfer Mode Bit Error Rate Community Antenna Television System Carrier-to-Noise Ratio Central Office Distributed Feedback laser Dense Wavelength Division Multiplexing Direct Broatcast Satellite Digital Subscriber Line DSL Access Multiplexing Equalizer Frequency Division Multiplexing Fiber To The Curb Fiber To The Building Fiber To The Home Fiber In The Loop Gratded Index Group Velocity Dispersion Host Digital Terminal Hybrid Fiber/ Coaxial network Hybrid Fiber Passive/ Coaxial network Hybrid Fiber/ Wireless network Hybrid Fiber/ Radio network Hight Pass Filter Intergrated Services Digital Network Low Pass Filter Main Distribution Frame Multipoint Multichanel Distribution Service Numerical Aperture Vòng Thuê bao số không đối xứng Tự điều chỉnh hệ số khuếch đại Tiếp xúc góc Phương thức truyền không đồng bộ Tỉ số lỗi bit Hệ thống truyền hình cáp cộng đồng Tỉ số sóng mang trên nhiễu Tổng đài trung tâm Laser hồi tiếp phân tán Ghép kênh phân chia theo mật độ bước sóng Vệ tinh quảng bá trực tiếp Đường thuê bao số Ghép kênh truy nhập đường thuê bao số Khối cân bằng Ghép kênh phân chia theo tần số Cáp quang đến khu vực Cáp quang đến toà nhà Cáp quang đến gia đình Cáp quang trong mạng thuê bao Chỉ số chiết suất Gradient Tán sắc vận tốc nhóm Thiết bị đầu cuối số trung tâm Mạng lai cáp quang/ cáp đồng trục Mạng HFC thụ động Mạng lai cáp quang/ không dây Mạng lai cáp quang/ vô tuyến Bộ lọc thông cao Mạng liên kết số đa dịch vụ Bộ lọc thông thấp Giá phối dây chính Dịch vụ phân phối đa điểm đa kênh Khẩu độ số Đơn vị mạng quang Đồ án tốt nghiệp 4 OTU POTS QPSK QAM RF SDH SI STB SMF STM VOD Optical Network Unit Optical Terminal Unit Plain Old Telephone Service Quadrature Phase Shift Keying Quadrature Ampliture Modulation Radio Frequency Synchronous Digital Hierarchy Step Index Set – Top - Box Single Mode Fiber Synchronous Transfer Mode Video On Demand Đơn vị đầu cuối quang Dịch vụ thoại thông thường Điều chế khoá dịch pha cầu phương Điều chế biên độ cầu phương Tần số cao tần Phân cấp số đồng bộ Chỉ số chiết suất phân bậc Đầu thu tín hiệu số Sợi quang đơn mode Phương thức truyền đồng bộ Truyền hình theo yêu cầu Đồ án tốt nghiệp 5 LỜI NÓI ĐẦU Truyền hình cáp (CATV) từ lâu đã không còn xa lạ đối với người dân ở các nước phát triển trên thế giới. Tuy nhiên việc phát triển và mở rộng các mạng truyền hình cáp vẫn chưa được quan tâm nhiều bởi vì trước đây mạng truyền hình cáp chỉ đơn thuần cung cấp các dịch vụ về truyền hình, không thể cung cấp các dịch vụ khác như thoại, số liệu…Thuật ngữ CATV xuất hiện lần đầu tiên vào năm 1948 tại Mỹ khi thực hiện thành công hệ thống truyền hình cáp hữu tuyến và thuật ngữ CATV được hiểu là hệ thống truyền hình cáp hữu tuyến (Cable TV). Một năm sau, cũng tại Mỹ hệ thống truyền hình cộng đồng sử dụng anten (Community Antenna Television-CATV) cung cấp dịch vụ cho thuê bao bằng đường truyền vô tuyến đã được lắp đặt thành công. Từ đó thuật ngữ CATV được dùng để chỉ chung cho các hệ thống truyền hình cáp vô tuyến và hữu tuyến. Những năm gần đây, do tăng nhu cầu thưởng thức các chương trình truyền hình chất lượng cao, nội dung phong phú cũng như sự tiến bộ trong công nghệ, các mạng truyền hình cáp đã có những bước phát triển mạnh mẽ. Giờ đây không chỉ cung cấp các chương trình truyền hình thỏa mãn nhu cầu ngày càng cao của người xem mà chúng còn trở thành một tiềm lực cạnh tranh đáng kể đối với các mạng viễn thông khác trong cung cấp các dịch vụ viễn thông. Tại Việt Nam hiện nay có các dịch vụ truyền hình như truyền hình quảng bá, dịch vụ truyền hình MMDS và dịch vụ truyền hình cáp hữu tuyến. Truyền hình quảng bá sử dụng môi trường hoàn toàn không khí để truyền tín hiệu và các thuê bao chỉ việc cắm anten để thu tín hiệu từ anten phát của các đài truyền hình là đã có thể xem chương trình nên các thuê bao không cần phải đóng cước dịch vụ và các nhà sản xuất chương trình cũng không phải tốn kém về phương tiện truyền dẫn. Tuy nhiên vì là chương trình truyền hình tương tự và sử dụng dải tần số ngoài không gian nên tài nguyên bị hạn hẹp dẫn đến số lượng kênh phát ra của dịch vụ truyền hình quảng bá rất hạn chế và nó chịu ảnh hưởng mạnh mẽ bởi các nguồn nhiễu của môi trường truyền dẫn như: nhiễu công nghiệp, nhiễu từ các đài phát lân cận … và nó cũng chịu ảnh hưởng rất lớn của thời tiết. Dịch vụ truyền hình quảng bá không thể tăng thêm kênh chương trình khác do băng thông bị hạn chế. Vì tài nguyên tần số không gian là một tài nguyên quý giá đối với mỗi quốc Đồ án tốt nghiệp 6 gia và ngoài việc dành cho dịch vụ truyền hình nó còn dành cho nhiều dịch vụ khác nữa như: thông tin liên lạc trong quân đội, thông tin di động … Còn dịch vụ truyền hình MMDS thì sử dụng sóng mang phụ của thông tin vi ba (900MHz) để truyền tải các kênh truyền hình và kéo cáp từ trung tâm truyền hình đến trạm vi ba, sử dụng anten phát của trạm vi ba để phát sóng đến các vùng xung quanh trạm trong một phạm vi bán kính nhất định, nó được chia thành các cell hình dải quạt để phủ sóng. Đối với dịch vụ này thì thuê bao cũng chỉ cần dựng cột anten là có thể thu được chương trình truyền hình và giải mã để xem. Tuy nhiên đây là phương thức truyền trong tầm nhìn thẳng nên anten thu của thuê bao bắt buộc phải nhìn thấy anten phát của trạm vi ba gần nó thì mới thu được tín hiệu. Đây là một nhược điểm của dịch vụ vì nó sẽ hạn chế đối với các vùng dân cư trong khu vực có nhiều toà nhà cao tầng che chắn (như là các khách sạn) hoặc các khu vực dân cư có nhiều cây cối che phủ. Các khu vực đó không thể bắt được tín hiệu do tín hiệu không thể xuyên qua chướng ngại vật hoặc đi cong xuống. Còn nữa nó cũng tương tự như dịch vụ truyền hình quảng bá ở chỗ băng thông bị hạn chế nên kênh truyền hình phát ra cũng bị hạn chế và nó cũng chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của các nguồn nhiễu công nghiệp, nhiễu của các đài phát lân cận và chính nó cũng gây nhiễu cho các đài phát khác, cũng chịu ảnh hưởng mạnh của thời tiết. Do các hạn chế của các dịch vụ truyền hình như ở trên nên việc phát triển truyền hình cáp hữu tuyến HFC là điều tất yếu vì: Mạng HFC sử dụng cáp quang ở mạng truyền dẫn và phân phối tín hiệu nên đã sử dụng được các ưu điểm của cáp quang so với các phương tiện truyền dẫn khác như: Băng thông của cáp quang rất lớn (10 14 ~ 10 15 Hz), suy hao đường truyền rất nhỏ, không chịu ảnh hưởng bởi nhiễu của môi trường ngoài và nhiễu điện từ, có thể tích hợp được nhiều dịch vụ trên cùng một đường truyền… 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 phát triển và đang được triển khai trên diện rộng. Cùng với sự phát triển này, đề tài tốt nghiệp “Phương pháp thiết kế mạng truyền hình cáp hữu tuyến” trình bày những nội dung cơ bản nhất các công nghệ sử dụng trong mạng truyền hình cáp hữu tuyến về kiến trúc mạng HFC, hướng phát triển của mạng và so sánh các ưu nhược điểm của mạng HFC với các dịch vụ Đồ án tốt nghiệp 7 truyền dẫn cạnh tranh khác. Nội dung bản đồ án gồm năm chương được giới thiệu sơ lược sau đây: Chương I: Giới thiệu tổng quan về truyền hình cáp hữu tuyến nói chung, vị trí của truyền hình cáp trên thị trường thông tin và xu hướng phát triển của nó trong thời gian tiếp theo sau này. Ngoài ra còn điểm qua một số công nghệ truy nhập cạnh tranh với mạng truyền hình cáp. Chương II: Giới thiệu về các mạng truyền hình cáp truyền thống và mạng truyền hình kết hợp. Giới thiệu và so sánh giữa các cấu trúc mạng khác nhau. Chương III: Giới thiệu về một số thiết bị quan trọng sử dụng trong việc thiết kế và lắp đặt mạng quang (mạng truyền dẫn và mạng phân phối tín hiệu truyền hình). Nêu nguyên tắc làm việc của một trạm trung tâm truyền hình cáp cơ bản, cấu tạo của thiết bị trung tâm. Chương IV: Giới thiệu về các thiết bị chính dùng trong mạng cáp đồng trục (mạng truy nhập tín hiệu). Chương V: Nêu nguyên tắc thiết kế mạng truyền hình cáp hữu tuyến và thiết kế một mạng truyền hình cáp cụ thể trên địa bàn thành phố Hà Nội. Ngoài ra có thiết kế thêm thí dụ về kiến trúc mạng HFPC để so sánh với kiến trúc mạng HFC và đưa ra kết luận về việc lựa chọn kiến trúc mạng nào thì phù hợp cho tình hình nước ta hiện nay.Trong chương này có tính toán chi tiết tín hiệu từ trung tâm đến tận thiết bị nhà thuê bao. Tuy nhiên chỉ chọn lựa thí điểm một số vùng nhất định. Trong quá trình làm đồ án do thời gian hạn hẹp nên không tránh khỏi những sơ suất và một số nội dung chưa được chi tiết, mong các thầy cô giáo góp ý và thông cảm. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo cũng như các anh chị trong phòng thiết kế của công ty truyền hình cáp Hà Nội đã tận tính giúp đỡ trong quá trình làm đồ án. Đồ án tốt nghiệp 8 CHƯƠNG I -TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH CÁP HỮU TUYẾN 1.1 – Tổng quan về truyền hình cáp Mạng truyền hình cáp bao gồm 3 thành phần chính: Hệ thống thiết bị tại trung tâm, hệ thống mạng phân phối tín hiệu và thiết bị thuê bao.  Hệ thống thiết bị trung tâm Hệ thống trung tâm (Headend System) là nơi cung cấp, quản lý chương trình hệ thống mạng truyền hình cáp. Đây cũng chính là nơi thu thập các thông tin quan sát trạng thái, kiểm tra hoạt động mạng và cung cấp các tín hiệu điều khiển. Với các hệ thống mạng hiện đại có khả năng cung cấp các dịch vụ truyền tương tác, truyền số liệu, hệ thống thiết bị trung tâm còn có thêm các nhiệm vụ như: mã hoá tín hiệu quản lý truy nhập, tính cước truy nhập, giao tiếp với các mạng viễn thông như mạng Internet  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. Tuỳ theo đặc trưng của mỗi hệ thống truyền hình cáp, môi trường truyền dẫn tín hiệu sẽ thay đổi: với hệ thống truyền hình cáp như MMDS môi trường truyền dẫn tín hiệu sẽ là sóng vô tuyến. Ngược lại, đối với hệ thống truyền hình cáp hữu tuyến (Cable TV) môi trường truyền dẫn sẽ là các hệ thống cáp hữu tuyến (cáp quang, cáp đồng trục, cáp đồng xoắn ). Mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp hữu tuyến có nhiệm vụ nhận tín hiệu phát 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, cấp nguồn và phân phối tín hiệu hình đến tận thiết bị của thuê bao. Hệ thống mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp là bộ phận quyết định đến đối tượng dịch vụ, khoảng cách phục vụ, số lượng thuê bao và khả năng mở rộng cung cấp mạng. Đồ án tốt nghiệp 9  Thiết bị tại nhà 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 cáp dẫn Các thiết bị này có nhiệm vụ thu tín hiệu và đưa đến TV để thuê bao sử dụng các dịch vụ của mạng: Chương trình TV, truy nhập Internet, truyền dữ liệu 1.2 - Vị trí các mạng truyền hình cáp và xu hướng phát triển 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 Đồ án tốt nghiệp 10 headend hub s¬ cÊp hub thø cÊp node quang TAP M¹ng truyÒn dÉn M¹ng ph©n phèi M¹ng truy nhËp node quang H×nh 1.2 CÊu h×nh m¹ng truyÒn dÉn vµ ph©n phèi tÝn hiÖu [...]... liu, v tớn hiu thoi nh ch ra trong hỡnh 1.5 Tớn hiu Video s c tỏch kờnh v gii mó bi mt STB Video server tương tác Mạng PSTN ON U Video server Cổng Internet Hệ thống truy nhập chuyển mạch số splitt er Mạng ATM Cáp đồng trục Hình 1.5 Cấu hình hệ thống Fiber in the loop Mt kin trỳc FITL khỏc l FTTH Nh tờn gi ca nú, cỏp quang s thay th cỏp ng trc hoc cỏp ng xon ụi t ONU n thuờ bao S khỏc nhau gia kin... tt nghip 12 Cu trỳc mng c bn : Chuyển mạch ATM Intern et PC SDLA M ATU-C MDF splitter POTS/ISD N Mạch vòng TB POTS/ISD N SPLITTER ATUR Các đường không phải xDSL PSTN Chuyển mạch CO Hình 1.4 Cấu hình hệ thống sử dụng công nghệ ADSL Mch vũng thuờ bao l mt ụi dõy ng xon ụi ni cm thuờ bao v tng i trung tõm i vi ADSL full-rate (cung cp tc 6ữ 8 Mbit/s lung xung), b Splitter c lp t ti c hai u cui mch vũng... c cỏc nh sn xut thit b nghiờn cu v sn xut Do ú vic ng dng truyn hỡnh s nõng cao cht lng hỡnh nh, dch v ca MMDS s khụng cú tớnh kh thi ỏn tt nghip 18 Môi trư ờng truyền dẫn Khối phát vô tuyến MMDS Khối hạ tần STB Trung tâm Hình 1.6 Cấu hình mạng dịch vụ phân phối đa kênh đa điểm MMDS Mt cụng ngh gn vi MMDS l cụng ngh lai ghộp gia cỏp quang v khụng dõy (HFW) hay cũn gi l lai ghộp gia quang v vụ tuyn . khi thực hiện thành công hệ thống truyền hình cáp hữu tuyến và thuật ngữ CATV được hiểu là hệ thống truyền hình cáp hữu tuyến (Cable TV). Một năm sau, cũng tại Mỹ hệ thống truyền hình cộng đồng. truyền hình cáp Mạng truyền hình cáp bao gồm 3 thành phần chính: Hệ thống thiết bị tại trung tâm, hệ thống mạng phân phối tín hiệu và thiết bị thuê bao.  Hệ thống thiết bị trung tâm Hệ thống trung. thiệu về các thiết bị chính dùng trong mạng cáp đồng trục (mạng truy nhập tín hiệu). Chương V: Nêu nguyên tắc thiết kế mạng truyền hình cáp hữu tuyến và thiết kế một mạng truyền hình cáp cụ thể