Tìm hiểu mạng truyền hình cáp việt nam và tìm hiểu thiết kế khu nhà CT2A khu đô thị mỹ đình II

Đồ án tốt nghiệp đại học VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài Tìm hiểu mạng truyền hình cáp Việt Nam và tìm hiếu thiết kế khu nhà CT2A khu đô thị Mỹ.

Đồ án tốt nghiệp đại học

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC

Đề tài: Tìm hiểu mạng truyền hình cáp Việt Nam và tìm hiếu thiết kế khu nhà CT2A- khu đô thị Mỹ Đình II

Giảng viên hướng dẫn : TS Dặng Hải Dăng

Sinh viên thực hiên: Hoàng Văn An

Khoá : 2013-2017

Hệ : Đại học chính quy

Hà Nội, tháng 5 /2017

LÒI MÓ ĐẦU

Truyền hình cáp (CATV) từ lâu đâ không còn xa lạ đối với người dân ở các nước pháttriền trên thể giới Tuy nhiên việc phái triển và mờ rộng các mạng truyền hình cáp vẩnchưa được quan tâm nhiều bới trước đây mạng truyền hình cáp chi đơn thuần cung cấpcác dịch vụ về truyền hình, không thể cung cấp các dịch vụ khác như thoại, số liệu.Tại Việt Nam hiện nay có các dịch vụ truyền hình như truyền hình quàng bá, dịch vụtruyền hình MMDS và dịch vụ truyền hình cáp hữu tuyển Truyền hình quảng bá làchương trình truyền hình tương tự và sừ dụng dải tần số ngoài không gian nên tàinguyên hạn hẹp dẫn đến sổ lượng kênh phát ra của truyền hình quảng bá rất hạn chế và

nó chịu ảnh hưởng mạnh mẽ bởi các nguồn nhiều của môi trường truyền dần như :nhiễu công nghiệp, nhiễu từ các đài phát lân cận và nó cũng chịu anh hưởng rất lớn từthời tiết Dịch vụ truyền hình quãng bá không thê tăng thêm kênh chương trình khác

ra bị hạn che và nó cũng chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của các nguồn nhiễu công nghiệp,nhiều của các đài nhiều lân cận và chính nó cũng gây nhiều cho các đài phát khác.cũngchịu ành hường mạnh mẽ của thời tiết

Do các hạn chê cua dịch vụ truyền hình như ở trên nên việc phát triển truyền hình cáphửu tuyến HFC là điều tất yếu vì : Mạng HFC sử dụng cáp quang ớ mạng truyền dần

và phân phổi tín hiệu nên đã sử dụng được các ưu điểm của mạng cáp quang so với cácphương tiện truyền dẫn như : Băng thông của cáp quang rẩt lớn (1014 ~ 1015 Hz), suyhao đường dẫn rất nhỏ, không chịu ảnh hướng bời nhiều của môi trường ngoài vànhiều điện từ, có thê tích hợp được nhiều dịch vụ trên cùng một đường truyền

Tại Hà Nội nhu cẩu phát triên truyền hình cáp hữu tuyển quy mô, hiện đại cũng cấpnhiều chương trình cho người dân Thú đô đã được lập kế hoạch phát triển và đã đượctriển khai trân diện rộng.

Cùng với sụ phát triển này, để tài tôt nghiệp “Tim hiểu mạng truyền hình cáp Việt Nam và tìm hiếu thiết kế khu nhà CT2A- khu đô thị Mỹ Đình IF’trinh bày những

nội dung cơ bản nhất các công nghệ sử dụng trong mạng truyền hình cap hùru tuyến vềkiển trúc mạng HFC Nội dung bản đồ án gồm bốn chương được giới thiệu sơ lược sauđây :

Chương 1: Giới thiệu tòng quan về truyền hình cáp hừu tuyến nói chung

Chương 2: Giới thiệu vê một sô thict bị quan trọng sừ dụng trong việc thicl ke và lăp

đặt mạng quang (mạng truyền dẫn và phân phối tín hiệu truyền hình) Nêu nguyên tắclàm việc của một trạm trung tâm truyền hình cáp cơ bàn, cấu tạo cùa thiết bị trung tâm

Chương 3: Giói thiệu vê các thìêt bị chính dùng trong mạng cáp dông trục (mạng truy

nhập tín hiệu)

Chương 4: Nêu nguyên tắc thiết kể mane truvền hình cán hữu tuvến và thiểt kế một

mạng này có lính toán chi tiết tín hiệu từ Node quang đến tận thuê bao Tuy nhiên chí

một vùng nhất định

Trong quá trình làm đồ án do thời gian hạn hẹp nên không tránh khỏi sơ suẩl và một sổ

nộ dung chưa được chi tiết, mong thầy cô góp ý và thông cám

Em xin chân thành cảm ơn thầy Đặng Hải Đăng đã tận tình giúp đờ em trong quá trìnhlàm đồ án

Hà Nội, ngày tháng nam

Sinh viên

Hoàng Văn An

MỤC LỤC

Trang CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH VẼ

CÁC THUẬT NGỮ VIÉT TẤT

ADC Analog to Digital ConverterBỘ chuyển đồi tương tự /số

AM Amplitude Modulaion Điều biên

BCC Binary Convolutional Code Mã xoắn nhị phânBNU Broadband Network Unit Khối mạng băng thôngBPF Band Pass Filter Bộ lọc thông dảiCMTS Cable Modem Termination System Hệ thống kết cuốimodem cáp

CSO Composite Second Order Tổng méo hài bậc haiCTB Composite Triple Beat Tổng méo hài bậc baDAC Digital to Analog Converter Chuyển đổi số/tươngtự

DBS Direct Broadcast Satelite Phát quảng bá trựctiếpqua vệ tinh

DCT Discrete Cosine Transform Biến đổi cosin rời rạcDOCSIS Data-Over-Cable Service Interface Đặc tả giao diện truyềnSpecification dữ liệu qua mạng cáp

DVB Digital Video Broadcast Phát quảng bá truyềnhình so

DWDM Dense Wavelength Division Ghép kênh theo bước

caoDVB Digits Video Broadband Video so bangrộng

EDFA Erbium-Doped Fiber Amplifier Khuếch đại quang sợiFEC Forward Error Correction Mã hóa sửa lỗiFP Fabry Perot Khoang cộng hưởngFTTC Fiber To The Curb Cáp quang tới tận cụmdân cư

FTTH Fiber To The Home Cáp quang tới tận nhàFTTN Fiber To The Node Cáp quang tới tậnNode

OTN Optical Transition Node Node quang chuyểntiep

PDU Packet Data Unit Gói đơn vị dừ liệu

PPV Pay Per View Dịch vụ trả tĩển theo sốlượng phim đã xem

SMC Secondary Carrier Modulation Điều chể sóng mangphụ

SMF Single Mode Fiber Sợi quang đơn mốtVDSL Very high-speed DSL DSL tốc độ rất cao

DANH MỤC HÌNH VẼ

Trang

CHƯƠNG 1: TỐNG QUAN MẠNG TRUYÈN HÌNH CÁP

Với các hệ thống mạng hiện đại có khả năng cung cấp các dịch vụ truyềntương tác, truyền số liệu, hệ thống thiết bị trung tâm còn có thêm các nhiệm vụnhư: mã hoá tín hiệu quản lý truy nhập, tính cước truy nhập, giao tiếp với các mạngviễn thông như mạng Internet

■ Mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp:

(Headend System)

Hxnh 1.1 M1ng truỵòn hxnh cỏp (Customer System) Thiòt b> thu B bao

Mạng phân phổi 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 mồi hệ thống truyềnhình cáp, môi trường truyền dẫn tín hiệu sẽ thay đoi: với hệ thống truyền hình cápnhư MMDS môi trường truyền dần tín hiệu sẽ là sóng vô tuyên Ngược lại, đổi với

hệ thong truyền hình cáp hữu tuyến (Cable TV) môi trưởng truyền dần sẽ là các hệthống cáp hừu tuyến (cáp quang, cáp đồng trục, cáp đồng xoắn ) Mạng phânphối tín hiệutruyềnhình cáp hừu tuyển có nhiệm vụ nhận tín hiệu phát ra từ cácthiết bị trung tâm, điều chế, khuếch đại và truyền vào mạng cáp Các thiết bị kháctrong mạng có nhiệm vụ khuếch đại, cấp nguồn và phân phổi tín hiệu hình đến tậnthiết bị cùa thuê bao Hệ thong mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp là bộ phậnquyết đính đển đối tượng dịch vụ, khoảng cách phục vụ, số lượng thuê bao và khảnăng mở rộng cung cấp mạng

Hình 1.2 Cẩu hình mạng truyền dẫn và phân phối tín hiệu

Thiết bị tại thuê bao

Với một mạng truyền hình cáp sừ dụng công nghệ tương tự, thiết bị tại thuê bao có thechỉ là một máy thu hình, thu tín hiệu từ mạng phân phối tín hiệu Với mạng truyền hìnhcáp sử dụng công nghệ hiện đại hơn, thiết bị thuê bao gồm các bộ chia tín hiệu, các đẩuthu tín hiệu truyền hình (Set-top-box) và các cáp dẫn Cấc 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, truynhập Internet, truyền dữ liệu

Hình 1.3 Công nghệ tích hợp nhiều ìoại thuê bao khác nhau

1.2 Kiến trúc mạng CATV truyền thống

Hình 1.4 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:

thuê bao

Hình 1.4 Kiến trúc đơn giãn mạng CATV truyền thông

- Thu các chương trình (ví dụ từ NBC, CBS, và các mạng cáp như MTV& ESPN)

- Chuyển đổi từng kênh tới kênh tần so RF mong muốn, ngẫu nhiên hóa các kênhkhi có yêu cầu

- Ket hợp tẩt cả các tẩn số vào một kênh đơn tương tự băng rộng (ghép FDM)

- Phát quảng bá kênh tương tự tống hợp này xuống cho các thuê bao

trục (cáp trung kế, cấp fídơ vẵ cáp thuế baó) Do vậy tín hiệu ở tẩn số càng cao suy haocàng 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

Trên đường đi cùa tín hiệu, các bộ khuếch đại tín hiệu được đặt ở các khoảng cáchphù hợp để khôi phục tín hiệu bị suy hao Các bộ khuếch đại được cấp nguồn nhờ các bộcấp nguồn đặt rái rác trên đường đi của cáp, các bộ nguồn này được nuôi từ mạng điện sởtại Các bộ khuếch đại xa nguồn được câp nguôn cũng chính băng cáp đồng trục: dòngđiện một chiều được cộng chung với tín hiệu nhờ bộ cộng Đen các bộ khuếch đại, dòngmột chiều sè được tách riêng đế cấp nguồn cho bộ khuếch đại

Vì các kênh tần sổ cao tín hiệu suy hao nhanh hơn, nhất là trên khoảng cách truyềndẫn dài, các kênh tần so cao cần có mức khuếch đại cao hơn so với các kênh tần so thấp Do

đó cần phải cân bằng công suất trong dải tần phát tại nhừĩig điểm cuối đế giảm méo Đế phủ

cho một vùng, một bộ khuếch đại có thể đặt ở mức cao, kết quả là cả mức tín hiệu và méo

đềulớn Do vậy tại nhà thuê bao gần headend cần một thiết bị thụ động làm suy giảm bớt mứctín hiệu gọi là Pad

Các hệ thống cáp đồng trục cải thiện đáng kê chất lượng tín hiệu thu của TV Mặc

dù nhiều vùng tín hiệu truyền hình vô tuyến quảng bá thu được có chất lượng khá tốtnhưng CATV vẫn được lựa chọn phổ biển vì khả năng lựa chọn nhiều chương trình Tuynhiên mạng toàn cáp đồng trục có một sổ nhược diêm sau:

■ Mặc dù đạt được một sổ thành công về cung cap dịch vụ truyền hình, các hệ thốngthuần túy cáp trục không thể thỏa mãn các dịch vụ băng rộng tốc độ cao

■ Dung lượng kênh của hệ thống không đủ đê đáp ứng cho phát vệ tinh quảng bátrực tiếp DBS

■ Truyền dẫn tín hiệu bằng cáp đồng trục có suy hao rất lớn, nên cần phải đặt nhiều

bộ khuếch đại tín hiệu trên đường truyền

■ Các hệ thống cáp đồng trục thiếu độ tin cậy

■ Mức tín hiệu (chất lượng tín hiệu) sẽ không đủ đáp ứng cho số lượng lớn các thuêbao

■ Các hệ thống cáp đồng trục rất phức tạp khi thiết kế và vận hành hoạt động

quyết các nhược điếm trền, cầc nhà cung cấp cùng dí tởỉ ý tường ẳử dụng cáp quang thaycho cáp trung kể đồng trục Toàn hệ thống sẽ có cả cáp quang và cáp đồng trục gọi làmạng lai giừa cáp quang và đồng trục (mạng lai HFC) Yêu cầu đối với hệ thống quangtương tự là duy trì sự tương thích với các thiết bị cáp kim loại hiện có

Mạng HFC bao gom 3 mạng con (segment) gồm:

- Mạng truyền dần (Transport segment)

- Mạng phân phối (Distribution segment)

- Mạng truy nhập (Acess segment)

Mạng truyền dẫn bao gồm hệ thống cáp quang và các Hub sơ cấp, nhiệm vụ cúa nó

là truyền dẫn tín hiệu từ headend đến các khu vực xa Các Hub sơ cấp có chức năngthu/phát quang từ/đến các node quang và chuyên tiếp tín hiệu quang tới các Hub khác

Mạng phân phối tín hiệu bao gồm hệ thống cáp quang, các Hub thứ cấp và cácnode quang Tín hiệu quang lừ các Hub sè được chuyển thành tín hiệu điện tại các nodequang đê truyền đến thuê bao Ngược lại trong trường hợp mạng 2 chiều, tín hiệu điện từmạng truy nhập sẽ được thu tại node quang và chuyến thành tín hiệu quang đế truyền đếnHub về headend

Mạng truy nhập bao gồm hệ thống cáp đồng trục, các thiết bị thu phát cao tần cónhiệm vụ truyền lải các tín hiệu cao tan RF giữa node quang và các thiết bị thuê bao.Thông thường bán kính phục vụ của mạng con truy nhập tối đa khoảng 300m

(backbone)

Hình 1.5 Kiến trúc mạng HFC

- 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 tínhiệu dược ghép kênh và truyền di qua Ring sợi đơn mode (SMF) Tín hiệu được truyền từheadend trung tâm tới thông thường là 4 hoặc 5 Hub sơ cap Mồi Hub sơ cấp cung cấp tínhiệu cho khoảng hơn 150.000 thuê bao Có khoảng 4 hoặc 5 hub thứ cấp và headend nộihạt, mỗihub sơ cấp chi cung cấp cho khoảng 25000 thuê bao Hub thứ cấp được sứ dụng

đế phân phổi phụ thêm các tín hiệu video tương tự hoặc sổ đã ghép kênh với mục đíchgiảm việc phát cùng kênh video tại các headend sơ cấp và thử cấp khác nhau Các kênh sổ

và tương tự cua headend trung tâm có thê cùng được chia sẻ sử dụng trên mạng backbone.Mạng backbone được xây dựng theo kiến trúc Ring sử dụng công nghệ SONET/SDHhoặc một số công nghệ độc quyền

Trong mạng SONET/SDH, tín hiệu Video tương tự được so hoá, điều chể, ghépkênh TDM và được truyền ở các tốc độ khác nhau từ OC-12/STM-4 (622 Mb/s) tới OC-48/STM-I6 (2448 Mb/s) Ở đây sử dụng kỹ thuật ghép kênh thống kê TDM để tâng độrộng bảng tần sử dụng Ghép kênh thống kê TDM thực hiện cấp phát động các khe thờigian theo yêu cầu đổ thực hiện các dịch vụ có tốc độ bít thay đổi qua mạng SONET/SDH

Đe giâm chi phí lắp đặt, phần lớn các nhà điều hành CATV lựa chọn sử dụng thiết bịtương thích với chuan SONET/SDH tuỳ theo các giao diện mạng Dung lượng nodequang được xác đinh bời so lượng thuê bao mà nó cung cap tín hiệu Node quang có the là

1.3.2 Ưu và nhược điềm của mạng HFC

- Sử dụng cáp quang để truyền tín hiệu, mạng HFC sẽ sử dụng các ưu điểm vượt trộicủa cáp quang so với các phương tiện truyền dần khác: Dài thông cực lớn, suy hao tínhiệu rất thấp, ít bị nhiều điện từ, chống lão hóa và ăn mòn hóa học tốt

- Tín hiệu quang truyền trên sợi quang hiện nay chủ yểu nằm trong 2 cửa sổ bướcsóng quang là 1310 nm và 1550 nm Đây là 2 cửa sổ có suy hao tín hiệu rẩt nhò: 0,3dB/km với bước sóng 1310 nm và 0,2 nm với bước sóng 1550 nm Trong khi đó với mộtsợi cáp đồng trục loại suy hao thấp nhất cũng phải mất 43 dB/km tại tần sổ I GHz

- Tín hiệu truyền trên sợi cáp tà tín hiệu quang, vì vậy không bị ành hưởng bởi cácnhiễu điện từ từ môi trường dần đen đàm bào được chất lượng tín hiệu trên đường truyền

Được chế tạo từ các chất trung tính là Plastic và thủy tinh, các sợi quang là các vật liệukhông bị ăn mòn hóa học dần đen tuôi thọ của sợi cao.

- Có khả năng dự phòng trong trường hợp sợi quang bị đứt

Trước đây các mạng con truy nhập thường sủ dụng các thiết bị tích cực là các bộkhuếch đại tín hiệu nhằm bù suy hao cáp đế truyền tín hiệu đi xa Theo kinh nghiệm củacác nhà điều hành mạng cáp cùa châu Âu và châu Mỹ, trục trặc của mạng truyền hình cápphần lớn xảy ra do các bộ khuếch đại và các thiết bị ghép nguồn cho chúng Các thiết bịnày nằm rải rác trên mạng, vì thế việc định vị, sửa chừa thông thường không thế thực hiệnnhanh được nên ảnh hường đến chất lượng phục vụ khách hàng của mạng Với các mạngtruy nhập đồng trục, khi cung cấp dịch vụ 2 chiều, các bộ khuếch đại cần tích hợp phần tứkhuếch đại tín hiệu cho các tín hiệu ngược dòng dẫn đến độ ốn định của mạng giảm.

1.4 Tiêu chuẩn truyền dẫn trong mạng truyền hình cáp

Các tiêu chuẩn chính đối với truyền hình cap tương tự trong hệ thống TH Cáp của ĐàiTHVN:

-Hệ truyền hình mầu: PAL

- Hệ tiếng: B/G, súng mang tiếng cách sóng mang hình 5,5 MHz

-Băng thông cho 1 kênh 8 MHz

-Dải tần

- Bảng kênh: được tính lừ kênh đau tiên có tan so sóng mang là 175, 25 MHz

-Tần số cao nhất 860 MHz

- Tỷ sổ S/N 55 dB

- Công suất tín hiệu đến đầu vào cùa TV 65 - 70 dBpV

- Hệ thống sử dụng các thiết bị 2 chiều Chiều truyền về có dải thông 8 - 65 MHz

- Tần sổ các kênh nằm trong các dải v,s,u.

CHƯƠNG 2 CÁC THIÉT BỊ CHÍNH TRONG MẠNG QUANG 2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Headend

1.1.1 Sơ đồ khối cơ bản của Headend

1/ Khôi RF/IF ỉà khối chuyến đôi từ tín hiệu cao tan (RF) của truyền hình quảng

bá lên tín hiệu trung tan (IF) của hệ thống truyền hình cáp (hay còn gọi ỉà bộupconverter)

2/ Khối thu tín hiệu vệ tinh là khối có chức năng chuyến đồi từ tín hiệu vệ tinh (làhai tín hiệu audio và video tách biệt) có tần sổ cao xuống tín hiệu trung tan (IF) cùa hệthống truyền hình cáp (gọi là bộ downconverter)

3/ Khối IF/IF là bộ lọc trung tân có chúc năng lọc đúng tần sô cùa kênh truyềnhình cần thu

4/ Khối 1F/RF là khối chuyền đối từ tín hiệu trung tần lên tín hiệu cao tần trong dáitần cùa hệ thông truyên hình cáp đê ghép kênh và truyền lên mạng đen thuê bao

5/ Khổi combiner là khổì kết hợp kênh hay còn gọì là khối ghép kênh nó có chức

dải tần đường xuống (65MHz ~ 862MHz) của hệ thống truyền hình cáp theo phương thứcghép kênh theo tan so (FDM)

6/ Khuếch đại RF là bộ khuếch đại tín hiệu cao tần trước khi đưa vào bộ chia tínhiệu cao tần để vào máy phát

7/ Mấy phát quang có chức năng chuyển đôi từ tín hiệu điện thành tín hiệu quang

và ghép nó vào sợi quang để truyền đi

Hình 2.1 Trung tâm Headend

1.1.2 Nguyên lý hoạt động của Headend

Các chương trình quảng bá mặt đất (VTV1, VTV2, VTV3, .) được thu qua cácanten VHF (very hight friquency), mỗi một kênh truyền hình được thu qua một antenriêng, các kênh truyền hình thu được sau đó đưa vào khối chuyển đổi từ tín hiệu cao tẩn

RF thành tín hiệu trung tần IF (upconverter) Lúc này tín hiệu thu được từ mồi anten làmột dái tần bao gồm kênh tín hiệu cần thu và các kênh tín hiệu khác lọt vào (ví dụ: antenVHF cẩn thu kênh VTV3 nhưng trong tín hiệu thu được có cả các kênh khác như HTV,VTV2) Tín hiệu trung tần chung này được đưa qua bộ lọc trung tần để lọc lấy kênh tínhiệu cần thu (VTV3) Mỗi bộ lọc trung tần được điều chỉnh để chì thu một kênh tín hiệu.Tín hiệu trung tần ra khỏi bộ lọc chỉ có một kênh duy nhất Các kênh tín hiệu này sẽ đượcđổi lên tần sổ RF qua bộ chuyển đồi IF/RF để được tín hiệu RF nằm trong dải tần đườngxuống cùa mạng CATV Sau đó tín hiệu RF này được đưa vào bộ kết hợp (combiner16:1) đế ghép kênh với các kênh tín hiệu khác theo phương thức ghép kênh theo tẩn số(FDM: Friquency Division Multiplexing)

nhiều kênh ghép lại với nhau, để tách các kênh này ra thành các kênh độc lập thì chúngđược chia thành nhiều đường bang các bộ chia vệ tinh Sau đó mỗi đường sẽ được đưavào bộ thu vệ tinh (downconverter) đê chuyên từ tần sổ cao thành tần số thấp, tín hiệu rakhói bộ thu là tín hiệu A/V Đây chưa phái là tín hiệu mà CATV cần nên sau đó chúngđược đưa vào bộ chuyển đổi A/V thành IF.Tfn hiệu ra là tín hiệu IF trộn cả Audio vàVideo Tín hiệu trung tần này vần là sự kết hợp của nhiều kênh tín hiệu , đê lấy ra mộtkênh theo yêu cầu thì chúng đưực đưa qua bộ lọc trung tần giống như khi thu các chươngtrình truyền hình quảng bá và tín hiệu ra là kênh tín hiệu cần thu Các kênh này tiếp tụcđược đưa vào bộ chuyển đổi TF/RF để được tín hiệu RF nằm trong dải tần CATV Sau đóđược đưa vào combiner 16:1 đe ghép kênh với các kênh truyền hình khác thu từ vệ tinh

và các kênh truyền hình quảng bá trong dải tần đường xuống (70MHz - 862MHz) Tínhiệu ra là tín hiệu RF đã ghép kênh bao gồm nhiều kênh được ghép lại với nhau Tín hiệunày đã có thê đưa vào máy thu hình của thuê bao giái mã và xem được, nhưng đê truyên

đi xa và theo nhiều hướng khác nhau thì nó được đưa vào bộ khuếch đại đế khuếch đại lênsau đóchia ra bàng bộ chia tín hiệu cao tần (bộ chia ký hiệu 1SV hoặc IS) Tín hiệu sau bộchia mỗi đường được đưa vào một máy phát quang, tại đây tín hiệu RF được chuyếnthành tín hiệu quang và ghép vào sợi quang để truyền đển thuê bao qua mạng HFC

2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy phát quang

2.2.1 Cấu tạo

Hình 2.2 Sơ đồ khối máy phát tín hiệu quang

Máy phát quang bao gồm 3 khối chính như sau:

AMI ) thành mã đường truyền thích hợp trên đường truyền quang, thường là mãManchester.

+ Bộ điều khiển có chức năng chuyến tín hiệu vào biểu diễn theo áp thành tín hiệubiểu diễn theo dòng phù hợp với nguồn laser Vì nguồn laser chi làm việc với tín hiệudòng

+ Nguồn quang trong trường họp này dùng nguồn laser loại phân bố phản hồi(DFB) để nâng cao chất lượng tín hiệu Có các loại nguồn quang thường dùng sau:

+ / Laser diode có khoang cộng hưởng Fabry - perot

Laser dioe có cấu trúc dị thế kép như LED , nhưng có khá năng khuếch đại Đe đạtđược mục đích này thường dùng khoang cộng hưởng Fabry-perot, bằng cách mài nhẵn haiđầu dị thề kép thành hai gương phàn xạ như hình 3.2a cẩu trúc này cùa laser diode đượcviết tắt là FP-LD

Khoảng cách hai gương trong laser diode Fabry-perot là L các gương này có khảnăng tạo ra hồi tiếp tích cực, tức là sự quay lạí của các photon kích thích trong vùng hoạttính sẽ kích thích nhiều photon hơn Ánh sáng đi ra ngoài qua hai gương phản xạ.

Xét điều kiện khuếch đai trong laser diode Fabry-perot: một sóng truyền từ gươngbên trái tới gương bên phải, như hình 3.3b Tại gương bên phải, sóng này sẽ phản xạ vàtiếp tục truyền như thế Dạng sóng này gọi là sóng đứng Đê trong buồng cộng hưởng chi

có sóng với bước sóng ốn định thì nó phải là sóng đứng Yêu cầu vật lý này có the đượcviết như sau:

2L

Trong đó:

IN: la songayeir ■

Đê thoả mãn điều kiện cộng hướng, hai gương phản xạ phái cách nhau một khoảng

là L bằng số nguyên lần nừa bước sóng

Quá trình phát xạ của FP-LD được thực hiện khi một vài bước sóng cộng hưởng nằmtrong đường cong khuếch đại có hệ so khuếch đại lớn hơn suy hao, như trong hình 2.3c

Hình 2.3 Laser Fabry-perot: (a) cẩu tạo của khoang cộng

hương; (b) Hình thành sóng đứng trong khoang cộng hưởng; (c)

Phỗ phát xạ của FP-LDĐặc tính p - I của laser diode như hình 2.4 Đặc tính phổ của FP - LD như hình 3.3b

Hình 2.4 Đặc tính p ■■ I của laser diode

b/ Laser diode DFB (Distributed FeedBack)

Nguyên lý hoạt động của laser DFB là sư dụng hiện tượng phản xạ Bragg vào mụcđích nén các J- bên tíõíì- 'F1( -é T - i,'iíĩbị này buồng cộng hưởngFabry-perot được thay tne băng Cách tư nmeu xạ (Hĩnh 3.3)

Sóng quang lan truyền song song với cách tử, do cách tử có cấu trúc tuần hoàn chu kỳtạo hiện tượng giao thoa giừa hai sóng ghép là truyền ngược nhau Để hiện tượng giao thoasóng xảy ra thì sau một chu kỳ cùa cách tử pha cùa sóng phải thay đổi 27tm, trong đó m là sốnguyên, được gọi là bậc nhiễu xạ Bragg tức là:

Với neiì là chiết suất hiệu dụng của mode (neff® 3.4 đối với bước sóng 1550nmInGaAsP laser) A là chu kỳ cách tử, hệ số 2 xuất hiện trong biểu thức trên vì ánh sángphái phán xạ hai lần đê trùng pha với pha cùa sóng tới

Neu điều kiện (3.2) không thoả mãn thì ánh sáng tán xạ tù' cách tử sẽ giao thoa triệttiêu lần nhau, kết quá là sóng không thể lan truyền đi được Khi m = 1 thì bước sóng XBđược gọi là bước sóng Bragg bậc 1 và:

Hình 2.5 Cẩu trúc diode laser hồi tiểp phân tán DFB

Đặc tuyến P-l của laser được thể hiện như trong hình 3.4 và chức nâng điểu chế tínhiệu tương tự được thê hiện như trong hình3.6a và điều chế tín hiệu sổ được thể hiện nhưtrong hình 3.6b Ở đây logic 0 tương ứng với trạng thái loi và logic 1 tương ứng với trạngthái sáng của ánh sáng laser Một tín hiệu thay đổi thẳng từ giá trị dưới ngường đến giá trịtrên ngưỡng cùa đặc tuyển laser (dòng bơm)

2.2.2 Nguyên lý hoạt động của máy phát

Tín hiệu cao tần RF qua bộ lập mã (nếu là tín hiệu so thì nó sẽ được chuyên đối màđường truyền hiện tại thành mã đường truyền thích hợp cho đường truyền quang thường

là mã Manchester) sau đó tín hiệu được đưa vào bộ điều khiển để chuyến tín hiệu điện ápthành tín hiệu dòng bơm thích hợp cho nguồn laser và nguồn laser có chức năng chuyêntín hiệu điện đó thành tín hiệu ánh sáng và ghép vào sợi quang qua bộ nối

2.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của node quang

1 - Sơ đồ khối của node quang 4 cổng ra:

Hình 2.6 Sơ đồ khối của node quang 4 cổng ra

2 - Cấu tạo cùa node quang bao gồm các khối cơ bản sau:

(01) Khối thu quang có chức năng thu tín hiệu từ tuyến đen và sau đó chuyển thànhtín hiệu cao tần (RF)

(02) Khối khôi phục tín hiệu: khối này bao gồm các bộ chia tín hiệu, bộ suy hao(pad), bộ khuếch đại, chúng có chứ năng lần lượt là chia đều tín hiệu cho các cổng khác,điều chính mức tín hiệu phù hợp với yêu cầu đầu ra và khuếch đại tín hiệu

(03) Khối khuếch đại công suất trước khi đưa ra đầu ra

(04) Khoi Diplexer ba cồng: có chức năng rẽ tín hiệu đường xuống và đường lên Tín hiệu

có đường xuống sẽ đi theo cống H (Hight) còn đường lên sẽ theo cồng L (Low)

(05) Là các bộ rẽ tín hiệu (trích tín hiệu ra ) để kiểm tra

(06) Là khối kết hợp (Combiner) tín hiệu từ hai cống theo hướng lên (Hướng trở vềtrung tâm)

TP (Test Point): là đầu kiểm tra,tại mồi đàu ra sẽ có một đầu kiểm tra tín hiệu được trích

ra bằng khối chia tín hiệu

3 Nguyên lý hoạt động của node quang

Tín hiệu quang tại đầu vào được chuyển thành tín hiệu cao tần (RF) qua điốtquang điện vào bộ khuếch đại, tín hiệu cao tần (RF) được chia đều thành hai hướng vàohai khối tương tự nhau Tại đây tín hiệu được khôi phục lại nhờ bộ cân chỉnh và khuếchđại lên đưa vào bộ chia, tín hiệu lại tiếp tục được chia thành hai hướng vào bộ khuếch đạicông suất trước khi đưa ra công Tín hiệu hướng xuống đi qua khối Diplexer sẽ đi quacổng H ra cong ra Còn tín hiệu cao tần hướng lên (đi từ phía thuê bao) sẽ đi qua cổng Lvào khối Combiner và được kết hợp với tín hiệu đển tử các cổng khác qua bộ lọc, bộ lọc

sẽ lọc lấy khoảng tín hiệu trong băng tần hướng lên (5MHz -? 65MHz) sau đó đượckhuếch đại và được đưa vào khối phát quang Tại đây tín hiệu cao tan (RF) sẽ được

hướng lên

4 Chức năng của node quang

Chức năng chính của node quang là chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu caotần (RF) và ngược lại Đồng thời nó cũng khuếch dại tín hiệu và cân chỉnh lại tín hiệutương tự như tín hiệu tại máy phát Vì tín hiệu khi truyen trên sợi quang bị suy hao và cácxung bị giãn ra do hiện tượng tán sắc của sợi quang mà đặc biệt là truyền trên sợi đơnmode nến sự ảnh hường này lại càng lớn Chúng làm suy giảm chất lượng tín hiệu vì vậycần cân chinh và khuếch đại Tín hiệu vào cùa node quang nam trong khoáng -2.5dBm -T-+2dBm và tín hiệu ra thông thường của một node quang trong khoảng 108dBpV Khoảngbước sóng hoạt động là từ 1270 4-1550nm, trong truyền hình cáp dùng cửa so quang

!310nm đê có suy hao trên sợi quang thấp

5 4 Ghép công suất quang

Việc ghép công suẩt ánh sáng từ nguồn quang vào sợi quang phâi xét đến khấu độ

so NA, kích cờ sợi cường độ phát xạ và phân bổ công suất theo góc cùa nguồn quang

Lượng cồng suất quang phất ra từ nguồn quang có thê ghép được vào sợi được đặctrưng bởi hiệu suất ghép ĩ|:

Trong đó:

p|.: là công suất được ghép vào sợi quang

ps: là công suất phát ra từ nguồn quang

ĩ| phụ thuộc vào loại sợi gắn vầo nguồn và vầo xử ỉý ghép (có sử dụng thấu kínhghép hoặc các biện pháp năng cao hiệu suất ghép hay không) Hình 3.12 thề hiện góc phát

xạ tia sáng của nguồn quang vào sợi quang và góc nhận ánh sáng (cũng chính là khẩu độ

sổ NA) cùa sợi quang

Hình 2.7 Góc ghép cùa nguồn quang vào sợi quang

Trong mạng truyền hình cáp thực tể thì việc ghép tín hiệu từ nguồn quang vào sợihay ghép giữa các sợi quang với nhau có thê dùng cả hai phương pháp là dùng một dâynhảy hay còn gọi là dây đuôi lợn (pigtail) nó bao gồm một đoạn cáp quang ngắn và mộtconnector và dùng mối hàn trực tiếp

Dùng dây nhảy thì tiện lợi cho việc lắp đật, sừa chừa và chuyền tuyến sau nàynhưng nó lại có suy hao lớn (suy hao tính cho một kết nối hoàn chinh từ sợi phát sang sợithu là 0.8dB/kết nối) Còn hàn trực tiếp thì mối hàn đó sẽ cố định không thay đối, khôngsửa chừa được nhưng lại có suy hao nhỏ hơn (khoảng 0.05dB/mồi hàn)

6 5 Hệ thống cáp quang

Các thành phần chính của tuyến truyền dẫn quang bao gồm: các sợi quang và phânthu quang.Phần thu quang được cấu tạo từ nguồn phát tín hiệu quang và các mạch điềukhiến liên kếtvới nhau .Cáp sợi quang gồm có cấc sợi dẫn quang và các lớp vỏ bọc xungquang để bào vệ khỏi các tác động từ môi trường bên ngoài Phần thu quang do bộ táchsổng quang và các mạch khuyếch đại ,tái tạo tín hiệu hợp thành.Ngoài ra tuyến thông tinquang còn có các bộ nối quang conector, cỏc mối hàn,cỏc bộ chia quang và cỏc bộ lặp

2.5.1 Các sợi quang

Bộ phát quang

Khuếch đại Hình 2.8 Các thành phần chính cua tuyến truyền dẫnquang

Sợi dần quang có cấu trúc như một ống dẫn sóng hoạt động ở dải tần số quang, cóchức năng lan truyền ánh sáng theo hướng song song với trục cúa nó cẩu trúc của nógồm một lõi hình trụ làm bằng vật liệu thuỳ tinh có chiết suất Hi, bao quang lõi là lớp vỏphán xạ hình ống đồng tâm với lõi và có chiết suất n2< U|.V0 phản xạ có thể là thuý tinhhoặc chất dẻo trong suốt Đe tránh cọ trẩy sưởc vỏ và tăng độ bền cơ học, sợi dẫn quangthường đựoc bọc thêm một lớp chất dẻo Tham số quan trọng nhất của cáp sợi quang thamgía quyếtđịnh độ dài của tuyến là suy hao sợi quang theo bước sóng Đặc tuyến suy haocủa sợi quang theo bước sóng tồn tại ba vùng mà tại đó có suy hao thấp hay còn gọi là cácvùng cửa sổ, là cấc vùng bước sóng 850nm, 130()nm, 1550nm Các hướng nghiên cứu vềcông nghệ sợi quang cho biết ràng, suy hao sợi quang ở các vùng có bước sóng dài hơncòn nhô hơn nữa Giá trị suy hao sợi nhỏ nhất có được ở vùng bước sóng 2550nm trên sợiFluoride đạt tởi 0,01 đến 0,001 dB/km

6.2.2 Nguồn quang trong mạng HFC

Diode laser bán dần là nguồn quang sơ cấp ở cả đường lên và đường xuống trongmạng HFC và cả các mạng CATV DWDM sau này

Để thực hiện xây dựng các hệ thống thông tin quang trong mạng viền thông có toe

độ cao và cự ly truyền dần xa, người ta phải sử dụng các diode laser có độ rộng phổ rấthẹp đố là các laser đơn mode Đối với hệ thống truyền hình cáp laser phản hồi phân tán(DFB- Ditribution Feedback) được sử dụng cho các kênh đường xuống, còn Laser Fabry-Perot dùng cho các kênh đường lên

các kênh AM/QAM đường xuống truyền dẫn trong mạng Ví dụ cho laser SL-MQWInGaAsP DFB làm việc ở bước sóng 1310 nm đáp ứng các tính năng yêu cẩu trên

Mức RF vào (tín hiệu Video) + 10 tới +25 dBmV/kênh

Hệ sổ điều che quang (m) 3-4%/ kênh

CNR (đối với 80 kênh tài) 52 dB (với công suất tại đầu thu 0 dBm)

Thay đổi đáp ứng tần sổ ±1 dB (50-860 MHz)

Suy hao đường xuống >16 dB (RF đầu vào)

Khoảng nhiệt độ hoạt động oục tới 50"C

Nhiệt độ bảo quán -40“C tới +70"C

Bảng 2.1: Tóm tắt các đặc tính yêu cầu cùa laser DFB điều chế trực tiếp cho da

kênh AM / QAM đường xuống

Laser bán dẫn FP điều chể trực tiếp được sử dụng đê truyền tải các kênh sốQPSK/16 QAM đường lên trong mạng HFC Cấc tín hiệu quang được phát ớ bước sóng

1310 nm hoặc 1550 nm (Bảng 3.2)

Sai số mức công suất ra < —25dBc

Tổn hao đường lên > 16 dB (RF vào)

Dải nhiệt độ làm việc -20" tới +65"c

Nhiệt độ bảo quản -40" tới +7ũ"c

Bảng 2.2 Đặc điém của laser đường lên.

6.2.3 Các bộ thu quang trong mạng HFC

Bộ thu quang trong mạng HFC thường được đặt trong node quang và headend, thựchiện chuyển đồi tín hiệu quang thu được thành tín hiệu RF Trong mạng HFC thường sửdụng diode tấch quang p-i-n

Có 2 loại bộ thu cơ bán được sử dụng tuỳ theo ứng dụng cùa chúng :

Bộ thu sổ: Được thiết kể thu tín hiệu số quang báng gốc

- Bộ thu tương tự: Được dùng thu tín hiệu RF hoặc viba, ví dụ như các kênh Videotương tự SCM