THIẾT kế MẠNG TRUYỀN HÌNH hữu TUYẾN sử DỤNG CÔNG NGHỆ PON

IPTV Internet Protocol Television Truyền hình giao thức InternetIPTVCD IPTV Customer Device Thiết bị khách hàng IPTV IRD Integrated Receiver Decoder Bộ giải mã đầu thu tích hợp ISP Inter

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

TS Nguyễn Nam Quân

Hà Nội – Năm 2013

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các tài liệu, kếtquả trong luận văn là trung thực, phản ánh khách quan các kết quả nghiên cứu, đođạc, khảo sát Công trình nghiên cứu này chưa từng được công bố ở bất kỳ đâu,dưới bất kỳ hình thức nào

Người thực hiện

Lê Quý Dương

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 4

DANH MỤC CÁC BẢNG 5

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 6

LỜI MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG I: THỰC TRẠNG HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH CÁP VIÊT NAM - VCTV 11

1.1 Tổng quan hệ thống truyền hình cáp: 11

1.1.1 Vài nét về lịch sử và các dịch vụ của VCTV 11

1.1.2 Khiếm khuyết của hệ thống truyền hình vô tuyến: 12

1.2 Hệ thống truyền dẫn VCTV: 14

1.2.1 Hệ thống thiết bị trung tâm (Master Headend): 15

1.2.2 Hệ thống mạng phân phối tín hiệu 16

1.2.3 Hệ thống truyền dẫn cáp đồng trục 19

1.3 Thông số kỹ thuật mạng truyền hình cáp VCTV 21

1.3.1 Băng tần truyền hình cáp 21

1.3.2 Tiêu chuẩn tín hiệu truyền hình: 23

1.4 Internet trên mạng truyền hình cáp: 25

1.5 Những vấn đề tồn tại của công nghệ HFC: 28

1.5.1 Hiệu quả sử dụng : 28

1.5.2 Khả năng chống can nhiễu: 29

1.5.3 Khả năng quản lý và theo dõi chất lượng hệ thống: 29

1.5.4 Kết luận: 29

CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN QUANG THỤ ĐỘNG PON 30

2.1 Giới thiệu mạng quang thụ động Passive Optical Network (PON) 30

2.1.1 Tổng quan về công nghệ PON 31

2.1.2 Đặc điểm của PON 32

2.2 Thành phần cơ bản của mạng quang thụ động PON 32

2.2.1 Sợi quang và cáp quang 32

2.2.2 Bộ tách / ghép quang 34

2.2.3 Đầu cuối đường quang OLT Optical line terminal 36

2.2.4 Đơn vị mạng quang ONU Optical network unit 38

2.2.5 ODN 40

2.2.6 Mô hình PON 42

2.2.7 Phân loại PON 44

2.2.8 So sánh PON với công nghệ mạng quang thụ động AON 48

Kết luận 51

CHƯƠNG III:KIẾN TRÚC BỘ THU-PHÁT TRONG MẠNG PON .52 3.1 Đặc điểm chung 52

3.1.1 Yêu cầu đối với mạng PON 53

3.1.2 Lớp vật lý mạng PON 54

3.1.3 Định thời cho chế độ burst-mode trong mạng PON 56

3.2 Kiến trúc bộ thu-phát trong mạng 61

Thiết bị thu và phát tín hiệu quang 65

3.3.1 Thiết bị phát quang 65

3.3.2 Thiết bị thu quang 73

3.3.3 Bộ khuếch đại truyền trở kháng TIA 78

3.3.4 Các module thu và phát quang 79

3.3 Thiết bị phân phối quang: 81

3.4.1 Bộ ghép nhiều bước sóng WDM (MUX): 82

3.4.2 Bộ tách nhiều bước sóng (DEMUX): 83

3.4.3 Bộ tách/ghép từng bước sóng (Add/drop) 84

3.4.4 Bộ chia quang 84

CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPON TRÊN HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH CÁP VIỆT NAM 86

4 1 Mục tiêu của việc ứng dụng: 86

4 2 Sơ đồ, cấu trúc hạ tầng IPTV 87

4.2.1 Sơ đồ mạng IPTV 87

4.2.2 Kiến trúc chức năng cho dịch vụ IPTV 88

4 3 Các dịch vụ IPTV 91

4.3.1 Các dịch vụ video IPTV 91

4.3.2 Các dịch vụ IPTV audio 94

4.3.3 Các dịch vụ IPTV gaming 95

4.3.4 Các dịch vụ thông tin tích hợp 95

4.3.5 Các dịch vụ quảng cáo 96

4 4 Các công nghệ mạng phân phối IPTV 97

4 5 Một số giao thức sử dụng trong mạng IPTV 99

4 6 Sơ đồ thiết kế mạng quang một khu vực tại Hà Nội 101

KẾT LUẬN 104

1 NỘI DUNG CÔNG VIỆC THỰC HIỆN ĐƯỢC 104

2 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐƯỢC 104

3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 105

TÀI LIỆU THAM KHẢO 106

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Hiện tượng bóng mờ trên TV analog Broadcast 13

Hinh 1.3: Sơ đồ tổng quan mạng truyền hình cáp HFC của VCTV 15

Hình 1.4: Sơ đồ khối hệ thống Master HeadEnd hiện nay của VCTV 16

Hình 1.5: Node quang của VCTV, mỗi node đều có 2 cổng OPTICAL IN 18

Hình 1.6: Sơ đồ (lý thuyết) hệ thống cáp đồng trục 20

Hình 1.8: a Phồ tần VCTV 22

Hình 1.8: b Phổ tần SCTV 22

Hình 1.9.b Băng tần hiện tại của VCTV 23

Hình 1.10: Phổ tín hiệu đường về (Return Path) trên mạng VCTV HFC 23

Hình 1.11: Phổ tần tín hiệu một kênh truyền hình analog theo chuẩn PAL B/ G 24

Hình 1.13: Phổ tần các kênh tín hiệu số trong mạng cáp VCTV 25

Hình 1.14: Hệ thống Internet trên mạng CATV 26

Hình 1.15 : Sơ đồ kết nối Internet trong nhà khách hàng của VCTV 27

Hinh 1.17: Thông số Internet trên mạng cáp SCTV 28

Hình 2.1: Mô hình mạng quang thụ động 31

Hình 2.2: Cấu tạo của sợi quang 34

Hình 2.5: Các khối chức năng trong OLT 38

Hình 2.6: Các khối chức năng trong ONU 40

Hình 2.7: Các giao diện quang 41

Hình 2.9: Mạng PON sử dụng một sợi quang 45

Hình 2.11: So sánh mạng quang chủ động và mạng quang thụ động 50

Hình 3.2: Một số bộ thu phát sử dụng trong PON 62

Hình 3.3 Sơ đồ khối IC - MAC control 65

Hình 3.5: Đặc tính LED a) đường cong P-I của LED tại một dải nhiệt độ 67

Hình 3.6 Cấu trúc DFB laser 70

Hình 3.7: Hình ảnh cua F-P laser 70

Hình 3.8: Đặc tuyến P-I của Laser DFB (a) và F-P (b) 71

Hình 3.9: Hình ảnh cấu trúc của Laser VCSEL 72

Hình 3.10: Đặc tuyến hoạt động của laser VCSEL 73

Hình 3.11: Hình ảnh photodiode p-i-n 74

Hình 3.12: Hình ảnh photodiode APD và phân bố điện trường trên nó 75

Hình 3.13 Đặc tuyến V-I của APD và hệ thống nhân 76

Hình 3.14: DFB và APD đóng gói theo cấu trúc TO-CAN 77

Hình 3.15: Kiến trúc tầng tiền khuếch đại 78

Hình 3.16: Modul thu phát 2 chiều dạng diplexer 80

Hình 3.17: Modul thu phát 2 chiều dạng triplexer 81

Hình 3.18: Cấu tạo quang tử 1D 82

Hình 3.19: Đặc điểm phổ của đường truyền và hình ảnh bộ lọc WDM 83

Hình 3.20: Bộ Demux 84

Hình 3.21: Bộ drop 1 bước sóng 84

Hình 3.22: Bộ chia công suất quang 85

Hình 4.1 Sơ đồ khối đơn giản của một hệ thống IPTV 87

Hình 4.2 Các thành phần của kiến trúc chức năng 89

Hình 4.3 Các thành phần của các khối chức năng 91

Hình 4.4 Minh hoạ cho truyền dẫn Multicast 100

Hình 4.5 Minh hoạ cho truyền dẫn Unicast 101

Hình 4.7: Bản vẽ thì công hàn nối cáp quang 102

Hình 4.8: Sơ đồ thiết kế mạng cáp quang khu vực quận Ba Đình 103

DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2 1 : Suy hao của các bộ chia (splitter) tương ứng 42

Bảng 3.1: Dự trữ công suất 53

Bảng 3.2 Tính chất lớp vật lý của mạng PON 55

Bảng 3.4: Định thời chế độ Burst mode cho GPON và EPON 58

Bảng 3.6: Các tham số PMD chính trong mạng EPON 61

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt Nghĩa Tiếng Anh Nghĩa Tiếng Việt

ADSL Asymmetric Digital Subscriber

Line

Đường dây thuê bao số bất đốixứng

AON Active Optical Network Mạng quang tích cực

AQM Active Queue Management Quản lý hàng đợi tích cực

ATM Asynchronnuos Transfer Mode Mode truyền dẫn bất đồng bộBPON Broadband Passive Optical

CPU Central Processing Unit Đơn vị xử lý trung tâm

CWDM Coarse Wavelength Division

DRM Digital Rights Management Quản lý quyền nội dung số

DSL Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số

DSLAM Digital Subscriber Line Access

EQAM Edge quadrature amplitude

FEC Forward Error Correcting Mã sửa sai

FTP File Transfer Protocol Giao thức vận chuyển file

FTTC Fiber To The Curd Cáp quang tới lề đường

FTTH Fiber To The Home Cáp quang tới hộ gia đình

FTTN Fiber To The Neighbourhood Cáp quang tới vùng lân cận

HDTV High Definition Television Truyền hình chất lượng cao

HFC Hybrid Fiber Coaxial Hỗn hợp cáp quang/đồng trụcHUB Một đơn vị của mạng CATV với đầy đủ thiết bị giống như mô hình

tổng thể Có thể được coi như một Headend thu nhỏ

IPTV Internet Protocol Television Truyền hình giao thức InternetIPTVCD IPTV Customer Device Thiết bị khách hàng IPTV

IRD Integrated Receiver Decoder Bộ giải mã đầu thu tích hợp

ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ InternetITU-T International

Telecommunications Union – Telecommunication

Tổ chức viễn thông quốc tế về cáctiêu chuẩn viễn thông

IRC Incrementally related carriers Là một hệ thống bảng kênh CATV

MDI Media Delivery Index Tham số truyền dữ liệu mediaMiddleware Các phần mềm chức năng hoặc dịch vụ liên kết các thành phần đặc

biệt (ví dụ như server các ứng dụng, VoD server và STB) và cácthành phần ứng dụng (ví dụ như giám sát truy cập có điều kiện, hệthống tính cước và các dịch vụ tương tác, )

MIB Base Information Management Cơ sở thông tin quản lý

MPEG Moving Picture Experts Group Nhóm chuyên gia về ảnh độngMPLS Multi-Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thứcNTSC National Television System

Committee

Ủy ban hệ thống truyền hình quốcgia (Mỹ)

OSS Operational Support System Hệ thống hỗ trợ hoạt động

OSI Open Systems Interconnection Liên kết hệ thống mở

PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động

PSTN Public Switched Telephone

Network

Mạng điện thoại chuyển mạchcông cộng

PSNR Peak Signal to Noise Ratio Tỷ lệ giữa tín hiệu và nhiễu

QAM Quadrature amplitude

modulation

Điều chế biên độ trực giao

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

QoE Quality of Experience Chất lượng trải nghiệm

RED Random Early Detection Kỹ thuật loại bỏ gói sớm ngẫu

nhiên

RTP Real Time Protocol Giao thức thời gian thực

RTSP Real Time Streaming Protocol Giao thức streaming thời gian thực

SD Standard Definition Định dạng chất lượng chuẩn

SDV Switched Digital Video Chuyển mạch video số

SLA Service Level Agreement Hợp đồng thống nhất mức dịch vụSNMP Simple Network Management

Protocol

Giao thức quản lý mạng đơn giản

SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ

Streaming Phương thức để phân phối video hoặc nội dung khác trên mạng trong

các luồng nối tiếp nhau theo một tỷ lệ phù hợp với tốc độ dữ liệuđược sử dụng bởi thiết bị hiển thị

TCP/IP Transmission Control Protocol

Internet Protocol

Giao thức điều khiển vận chuyểntrên nền IP

VCTV Viet Nam Cable Television Truyền hình cáp Việt Nam

VTV Viet Nam Television Đài Truyền hình Việt Nam

WDM Wavelength Division

Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo bướcsóng

LỜI MỞ ĐẦU

1 Giới thiệu đề tài nghiên cứu

Hệ thống truyền hình hữu tuyến ngày nay đang phát triên dần đến hòa nhập vớimạng viễn thông với công nghệ truyền dẫn quang Lợi ích đặc biệt của hệ thống truyềndẫn quang là: dung lượng băng thông cao, truyền dẫn cự ly xa, đáng tin cậy Nhữngnăm gần đây, việc gia tăng dung lượng mạng truyền dẫn cùng với việc phát triển cácứng dụng và dịch vụ mới đến khách hàng thì đòi hỏi phải cung cấp đủ nhu cầu của conngười và mạng quang là một giải pháp cần thiết và quan trọng trong vấn đề truyền dẫn.Trong đó, mạng quang thụ động PON (Passive Optical Network) là một giải pháp triểnvọng đầy hứa hẹn đối với hệ thống truyền hình để tăng chất lượng dịch vụ và mở rộngloại hình dịch vụ đến khách hàng Mạng PON là mạng điểm đến đa điểm mà giảmthiểu tối đa các thành phần tích cực trong tuyến truyền dẫn từ nguồn đến đích, cơ bảnthì nó bao gồm sợi quang và các thiết bị thụ động Điều này làm tiết kiệm chi phí bảodưỡng, phân phối thiết bị, cấp nguồn và tận dụng được kiến trúc mạng quang Hiện nay

có 2 mạng PON được chuẩn hóa tùy theo kĩ thuật lớp 2 được sử dụng là ITU-T andIEEE Chuẩn PON đầu tiên dựa vào ATM như là APON và BPON và dựa vào giaothức đóng gói GFP được biết như là GPON Thứ 2 là chuẩn IEEE 802.3ah nổi lên như

là một ứng cử viên đầy hứa hẹn cho mạng đa dịch vụ băng thông rộng, đó là EPON.Các chuẩn PON trên đều là sự lựa chọn cho các nhà cung cấp dịch vụ khi triển khaimạng cáp quang tới khách hàng Mạng quang thụ động PON đang dần được phát triểntrên khắp thế giới và thay thế cho công nghệ HFC một ngày gần đây

2 Phạm vi nghiên cứu và nội dung của luận văn.

Luận văn đánh giá các vấn đề cần khắc phục của hệ thống mạng HFC, mô hìnhmạng quang thụ động PON, các thiết bị trên hệ thống và ứng dụng vào thiết kế mạngquang tại một khu vực của Hà Nội

Bản luận văn được chia thành các chương

CHƯƠNG 1 : THỰC TRẠNG HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH CÁP VIÊT NAM

- VCTV

Chương này cho ta biết một cách tổng quan về mạng truyền hình cáp hữu tuyếncủa Việt Nam, các vấn đề tồn tại làm gây ra chất lượng dịch vụ không tốt Trên cơ sở

đó, mục đích của chương này là nói lên tính tất yếu phải nâng cấp mạng truyền hìnhhữu tuyến và mạng truy nhập quang thụ động là giải pháp được lựa chọn

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN QUANG THỤ ĐỘNG PON

Chương này cho ta biết một cách tổng quan về mạng PON, đưa ra các mô hình cơbản của mạng, phân tích các thành phần chủ yếu trong mạng là OLT và ONU Chươngnày cũng đưa các kỹ thuật được sử dụng trong việc truyền tải của mạng PON đó làWDM, CDMA và TDM

CHƯƠNG 3 KIẾN TRÚC BỘ THU-PHÁT TRONG MẠNG PON

Trong chương này sẽ giới thiệu cấu tạo các thành phần của hệ thống PON Cấutrúc cơ bản của các thiết bị trên hệ thống truyền dẫn như máy phát quang, cáp quang,

bộ phân phối tín hiệu quang, bộ thu quang, LASER

CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPON TRÊN HỆ THỐNG TRUYỀNHÌNH CÁP VIỆT NAM

Chương này phân tích cách thức ứng dụng công nghệ PON vào hệ thống mạngtruyền hình hữu tuyến đang tồn tại của Việt Nam Sơ đồ thiết kế một khu vực cụ thể tại

Hà Nội, nơi được ứng dụng công nghệ mới trong việc truyền dẫn tín hiệu truyền hìnhTôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong Viện Điện Tử Viễn Thông, đặc biệt

là thầy Nguyễn Nam Quân đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong qúa trình làmluận văn Mặc dù cố gắng nhiều, nhưng do thời gian và kiến thức có hạn nên bản luậnvăn này còn nhiều thiếu sót và hạn chế Vì vậy tôi rất mong được sự góp ý của các thầy

cô trong hội đồng để bản luận án được hoàn thiện và có thể ứng dụng vào thực tế

Người thực hiện

Lê Quý Dương

CHƯƠNG I:

THỰC TRẠNG HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH CÁP VIÊT NAM - VCTV

1.1 Tổng quan hệ thống truyền hình cáp:

1.1.1 Vài nét về lịch sử và các dịch vụ của VCTV

Truyền hình Cáp Việt Nam (VCTV) đơn vị trực thuộc Đài Truyền hình Việt

Nam (VTV) là một trong những nhà cung cấp dịch vụ truyền hình trả tiền CATVlớn nhất Việt Nam

Ngày thành lập : 20 tháng 09 năm 1995

Địa điểm : 844 - Đường La Thành - Hà Nội

Khẩu hiệu : Mang cả thế giới đến ngôi nhà của bạn

Website : http://www.vctv.vn

Truyền hình trả tiền đã có mặt từ rất sớm trên thế giới cũng như các nước kháctrong khu vực Nhưng lĩnh vực truyền hình trả tiền ở Việt Nam mới được bắt đầutriển khai từ những năm 90, lúc đầu sử dụng phương thức truyền dẫn MMDS(Microwave Multipoint Distribution System), sau đó là truyền hình cáp (CATV-Cable Television), đặc biệt là truyền hình số vệ tinh DTH đã chính thức phủ sóngvới số lượng 20 kênh chương trình đã tạo ra một bước phát triển mới cho lĩnh vựctruyền hình trả tiền tại Việt Nam:

Nhăm mục đích mở rộng thị trường, trong quá trình phát triển của mìnhVCTV đã hợp tác với nhiều đối tác chiến lược như Công ty điện lực 1, Công ty CPTHĐT viễn thông, Côngty CP phát triển CN Sao Nam, Công ty điện tử Sao Đỏ,Công ty Cổ phần Minh Trí, Đài PTTH Hải Dương, Công ty điện tử Thái Bình…trong việc triển khai mạng cáp trên toàn quốc nhằm nhanh chóng chiếm lĩnh thịphần và phát triển thị trường Từ năm 2008, VCTV tăng cường xúc tiến hợp tác,liên doanh, liên kết để mạng cáp VCTVsẽ có mặt tại hầu khắp các thành phố, khu

đô thị, thị xã, thị trấn, nơi tập trung đông dân cư theo đúng kế hoạch đặt ra songsong với việc tích hợp và khai các dịch vụ gia tăng trên mạng

Ngày 12/06/2009: Đài Truyền Hình Việt Nam (VTV) và tập đoàn Canal Plusthành lập liên doanh có tên là VSTV để cung cấp dịch vụ truyền hình vệ tinh chấtlượng cao với nhiều gói thuê bao có chi phí hợp lý Đơn vị trực tiếp chịu trách

nhiệm của VTV là Trung tâm Kỹ thuật Truyền Hình Cáp Việt Nam (VCTV) và củaCanal Plus là công ty con Canal Overseas Liên doanh sẽ triển khai hệ thống hạ tầngtruyền hình số vệ tinh (DTH) đến người xem và các kênh truyền hình sẽ được cungcấp qua vệ tinh Vinasat 1.

Như vậy hiện nay VCTV đang triển khai dịch vụ truyền hình trả tiền trên 2phương thức truyền dẫn: CATV qua HFC và DTH qua vệ tinh Vinasat1 cộng thêmdịch vụ Internet trên mạng truyền hình cáp HFC

Cơ cấu tổ chức:

Truyền hình Cáp Việt Nam VCTV gồm hai đơn vị trực thuộc Đài THVN, cómối quan hệ mật thiết trong triển khai truyền hình trả tiền: Trung tâm Kỹ thuậttruyền hình cáp Việt Nam và Ban Biên tập truyền hình cáp Việt Nam

Trung tâm KTTH cáp Việt Nam có các chức năng và nhiệm vụ : Xây

dựng, kinh doanh hệ thống hạ tầng truyền hình trả tiền của Đài THVN như: truyềnhình cáp hữu tuyến CATV, truyền hình số vệ tinh DTH, các dịch vụ gia tăng ….trên phạm vi toàn quốc; Mua bản quyền cho tất cả các chương trình và các kênhtruyền hình trên hệ thống truyền hình trả tiền; Quảng cáo và trao đổi bản quyềntruyền hình trả tiền; Hợp tác, liên doanh, liên kết với các đối tác trong nước, nướcngoài trong lĩnh vực truyền hình trả tiền

Ban Biên tập truyền hình cáp Việt Nam có các chức năng và nhiệm vụ :

Xây dựng kế hoạch định hướng, kế hoạch thực hiện và tổ chức thực hiện cácchương trình truyền hình trong nước và ngoài nước trên các kênh truyền hình trả

tiền theo sự chỉ đạo của Lãnh đạo Đài truyền hình Việt Nam Sắp xếp khung phát

sóng và thực hiện công việc biên tập, đạo diễn phát sóng các kênh truyền hình trảtiền hàng ngày

1.1.2 Khiếm khuyết của hệ thống truyền hình vô tuyến:

Trong suốt quá trình phát triển công nghệ truyền hình, bắt đầu bằng truyềnhình quảng bá vô tuyến, các nhà kỹ thuật truyền hình vấp phải một vấn đề khó giảiquyết là vùng tối thu sóng truyền hình ở những khu vực có nhiều đồi núi, tín hiệutruyền hình bị che khuất Giải pháp được đề nghị để khắc phục hiện tượng trên là

nền tảng của công nghệ CATV ngày nay Tín hiệu được thu tại những địa điểm cósóng tốt, sau khi được xử lý tại phòng máy, tín hiệu sẽ được dẫn đến các hộ thuêbao bằng dây dẫn.

Truyền hình cáp Cable Television – CATV), thường được gọi là truyền hìnhcáp hữu tuyến là một mạng truyền hình trong đó tín hiệu được truyền qua nhữngdây dẫn để đến tivi Dây dẫn được đề cập ở đây có thể là cáp quang hoặc cáp đồngtrục, trong thực tế mạng CATV của VCTV là một mạng lai giữa cáp đồng trục vàcáp quang (Hybrid Fiber Coaxial – HFC) Nó cho phép người sử dụng có thêm sựlựa chọn phương thức xem truyền hình ngoài việc dụng anten Yagi truyền thống đểthu tín hiệu truyền hình quảng bá Đồng thời giải quyết được các nhược điểm cốhữu của truyền hình quảng bá analog: dễ bị xuyên nhiễu, hiện tượng bóng mờ(ghosting)

Hình 1.1: Hiện tượng bóng mờ trên TV analog Broadcast

Hình 1.2: Nguyên nhân xảy ra hiện tượng bóng mờNguyên nhân chủ yếu xảy ra hiện tượng bóng mờ là do các sóng truyền hìnhquảng bá analog đến bộ thu qua các đường truyền với độ dài khác nhau (do phản xạtrên các nhà cao tầng, mây mù )

1.2 Hệ thống truyền dẫn VCTV:

Mạng truyền hình cáp VCTV bao gồm 3 thành phần chính:

Hệ thống thiết bị tại trung tâm (Master Headend)

Hệ thống mạng phân phối tín hiệu

Thiết bị thuê bao

Hình 1.3 là sơ đồ tổng quan của một mạng CATV của VCTV: Trong đó trungtâm thu phát tín hiệu (Headend trung tâm) có nhiệm vụ thu các tín hiệu từ vệ tinh(các kênh ESPN, Star Sport, HBO, Cinemax ) và các anten UHF, VHF hay từđường truyền quang (Kênh H1, H2, QNTV ), lấy tín hiệu từ nơi sản xuất chươngtrình (VCTV 1-17, VTV1,2,3 ) Sau đó xử lý các tín hiệu này (điều chế, chuyểnđổi, ghép kênh, ) thành các tín hiệu RF Các tín hiệu RF tiếp tục đưa đến máy phátquang, để chuyển đổi tín hiệu RF thành tín hiệu quang và truyền trên các vòngquang Hub quang có nhiệm vụ liên kết các vòng quang với nhau Từ các vòng cápquang này tín hiệu sẽ được truyền tới các node quang Tại đây tín hiệu quang đượcchuyển đổi lại thành tín hiệu RF và truyền đến các thuê bao thông qua mạng cápđồng trục

Hinh 1.3: Sơ đồ tổng quan mạng truyền hình cáp HFC của VCTV

1.2.1 Hệ thống thiết bị trung tâm (Master Headend):

Master Headend là nơi tự sản xuất, thu chương trình, các kênh truyền hìnhtrong nước và thế giới Các kênh truyền hình địa phương lân cận có thể được thulại bằng các anten Yagi băng tần VHF , UHF hoặc bằng đường truyền dẫn quangđối với các kênh ở xa Còn các kênh truyền hình quốc tế thì được thu trực tiếp từ vệtinh bằng các loại anten parapol băng tần C-band hay Ku-band

Tín hiệu thu từ vệ tinh (vệ tinh Vinasat-1, vệ tinh Measat-2,….) được đưa vào

bộ giải mã, để tách Video và Audio Sau giải mã thì tín hiệu được đưa vào bộ điềuchế (Modulator) để thành tín hiệu cao tần (RF) Mỗi bộ điều chế cho ra 1 tần sốsóng mang RF khác nhau và mỗi kênh cách nhau 8Mhz

Các tín hiệu thu từ anten UHF và VHF thì được chuyển trực tiếp đến bộchuyển đổi (Convert) để đưa lên tần số khác với tần số ban đầu Do tín hiệu thuđược là các tín hiệu RF nên không cần qua bộ điều chế như tín hiệu thu từ vệ tinh.Các tần số được tổng hợp lại qua bộ combiner sau đó được chuyển đến mạng phânphối tín hiệu Hình 1.4 cho thấy sơ đồ khối Head End của VCTV.

Hình 1.4: Sơ đồ khối hệ thống Master HeadEnd hiện nay của VCTV

1.2.2 Hệ thống mạng phân phối tín hiệu

Hệ thống mạng phân phối tín hiệu: có chức năng truyền dẫn các tín hiệutruyền hình cũng như các dữ liệu từ trung tâm tới các thuê bao và ngược lại (dùngcho các dịch vụ yêu câu tương tác hai chiều như Internet trên mạng cáp, VOD ).Gồm các bộ phận là Hub, các node quang, các hệ thống truyền dẫn bằng cáp quang

và cáp đồng trục

Hệ thống truyền dẫn cáp quang:

Hệ thống cáp quang gồm máy phát,máy thu quang (đặt tại headend), các nodequang và cáp quang Chức năng chính của hệ thống cáp quang là vận chuyển tínhiệu từ headend đi đến những khoảng cách xa với độ suy hao tín hiệu thấp và đảmbảo chất lượng dải tín hiệu

a Node quang GAMMA

b Sơ đồ khối node quang Gamma

c Node quang của hãng Telmor

d Sơ đồ khối node quang của hãng TelmorHình 1.5: Node quang của VCTV, mỗi node đều có 2 cổng OPTICAL IN

Hệ thống cáp quang có thể được thiết kế theo 2 mô hình hình sao (star) hayvòng (ring) Điểm khác biệt duy giữa hai cấu trúc trên là việc định tuyến (routing)cáp quang Cấu trúc vòng đem lại sự định tuyến đa dạng, vì thế độ tin cậy của mạngcao hơn Điều này rất quan trọng khi triển khai dịch vụ CATV do HFC là mạngngoài trời lên phụ thuộc rất nhiều vào những nguyên nhân khách quan như cháy nổ,đứt cáp

Hiện nay hệ thống cáp quang của VCTV đều được thiết kế theo kiểu vòng.Mỗi thiết node quang đều được thiết kế để có thể nhận tín hiệu từ 2 hướng khácnhau khép vòng để đảm bảo duy trì tín hiệu, khi một trong hai đường bị mất (Hình5)

Mạng HFC sử dụng các sợi quang đơn mode, và kết thúc tại vị trí các Nodequang : Tại đây tín hiệu quang sẽ được chuyển thành dải tín hiệu RF, truyền dẫntrên hệ thống cáp đồng trục

Hub: Có thể coi là một Headend thu nhỏ bao gồm các thiết bị thu phátkhuếch đại quang, chia quang

1.2.3 Hệ thống truyền dẫn cáp đồng trục

Mạng cáp đồng trục bắt đầu được xây dựng trên thế giới từ cuối những năm

1950 và là nền tảng cho sự phát triển truyền hình cáp sau này, mạng được xây dựngvới mục đích cung cấp nhiều kênh chương trình (multichannel) cho một khu vựcnhất định

Hình 1.6 mô tả cấu trúc mạng truyền dẫn sử dụng cáp đồng trục Tín hiệu từtrung tâm được truyền dẫn tới các hộ thuê bao nhờ hệ thống cáp đồng trục, các bộkhuếch đại, các bộ chia và các bộ tap-off

Do suy hao trên cáp đồng trục là tương đối lớn cho nên mạng chỉ cung cấpđược tín hiệu trên một phạm vi nhỏ Mặt khác tại tần số truyền dẫn càng cao thì độsuy hao của cáp đồng trục càng lớn cho nên hầu hết những mạng truyền dẫn chỉthiết kế đến tần số 550MHz hoặc 750Mz, trong khi đó mạng HFC sử dụng dải tầntới 862MHz

Một thực tế nữa cho thấy rằng với việc truyền dẫn nhiều kênh chương trình và sửdụng nhiều tầng khuếch đại để truyền dẫn tín hiệu trên mạng cáp đồng trục sẽ dẫn tớilàm suy giảm chất lượng tín hiệu do hài của các tần số gây nên cũng như nhiễu của các

bộ khuếch đại gây ra (thông thường Noise Figure: 7dB) Điều này sẽ gây hạn chế chokhả năng mở rộng dịch vụ cũng như mở rộng dải tần sử dụng

Hình 1.6: Sơ đồ (lý thuyết) hệ thống cáp đồng trụcMột số đặc điểm chính của hệ thống cáp đồng trục:

Mô hình của hệ thống cáp đồng trục luôn là mô hình tree-and-branch

Chức năng chính của hệ thống cáp đồng trục là phân phối tín hiệu đến cácthuê bao trong phạm vi nhỏ (vì độ suy hao của hệ thống cáp đồng trục cao hơnnhiều so với hệ thống cáp quang)

Hình 1.7: Hệ thống cáp đồng trục trong thực tế

1.3 Thông số kỹ thuật mạng truyền hình cáp VCTV

1.3.1 Băng tần truyền hình cáp

Theo tiêu chuẩn quốc tế dải tần truyền hình cáp CATV nằm trong khoảng

5-860 MHz, trong đó chia thành hai dải tần Downstream (87-5-860 MHz) và Upstream(5-65 Mhz) Hình 8 là kết quả đo kiểm tra phổ tần mạng cáp của 2 hãng truyền hìnhcáp lớn nhất Việt Nam hiện nay VCTV và SCTV cho thấy điều đó

Hình 1.8: a Phồ tần VCTV

Hình 1.8: b Phổ tần SCTV Hiện nay VCTV cũng sử dụng giải tần 5-860 MHz nhưng có sự phân chiathành dải khác nhau như trong hình bên dưới:

Hình 1.9.a : Băng tần theo chuẩn quốc tế

Hình 1.9.b Băng tần hiện tại của VCTV

Dải tần từ 5 – 65 MHz Đây là dải tần số dùng cho việc truyền tín hiệuđường về (Return Path) Tức là dùng để truyền tín hiệu từ mạng cáp ngược trởHeadend, được dùng trong trong các ứng dụng 2 chiều yêu cầu tín hiệu đường vềnhư Internet,VOD… Hình 10 minh họa phổ tần tín hiệu đường về tại tần số 60 MHz(Mark A) của VCTV đo bằng đồng hồ TPNA 1000

Dải tần từ 65 – 695 MHz: Dùng để truyền đi ( từ Headend ) các kênh truyềnhình analog tới thuê bao

Dải tần 695-860 MHz: Dùng để truyền đi ( từ Headend ) các kênh truyềnhình số (Digital) SD HD và đường Internet Downstream tới thuê bao

Hình 1.10: Phổ tín hiệu đường về (Return Path) trên mạng VCTV HFC

1.3.2 Tiêu chuẩn tín hiệu truyền hình:

Hiện nay trong mạng cáp của VCTV đã phát cả hai hệ thống truyền hình số vàtương tự

Với hệ thống truyền hình tương tự tiêu chuẩn phát sóng như sau:

Hệ truyền hình màu: PAL – B/G

Hệ tiếng: B/G thể hiện sóng mang tiếng cách sóng mang hình 5.5 MHz

Băng thông cho 1 kênh: 8 MHz

Công suất tín hiệu đầu vào của TV tại các thuê bao: 65 – 70 dBV

Hình 11, 12 minh họa phổ tần PAL theo chuẩn quốc tế và phổ tần kênh đokiểm tra của kênh VTV1 trên mạng VCTV HFC ta có thể thấy sóng mang hình vàsóng mang tiếng cách nhau theo đúng chuẩn (4.43 MHz)

Hình 1.11: Phổ tần tín hiệu một kênh truyền hình analog theo chuẩn PAL B/G

Hình 1.12 Phổ tần kênh VTV1 của VCTV

Tiêu chuẩn chính đối với hệ thống truyền hình cáp số : DVB-C

Chuẩn nén MPEG 4 Part 10 Tốc độ truyền bít mỗi chương trình truyềnhình số động: SD 1,5 – 2 Mbps, HD 5 – 8 Mbps

Điều chế tín hiệu: 64 QAM ITU T J83 Annex A

Mức tín hiệu tại các thuê bao trước khi vào STB: 45 – 60 dBV

Kết quả đo kiểm tra trong hình 13 cho thấy phổ tần các dịch vụ truyền hình sốcủa VCTV nằm trong dải tần từ 706 đến 818 MHz

Hình 1.13: Phổ tần các kênh tín hiệu số trong mạng cáp VCTV

1.4 Internet trên mạng truyền hình cáp:

Hiện nay người xem truyền hình trên hầu hết lãnh thổ Việt Nam đã được làmquen với nhiều thương hiệu truyền hình cáp Khách hàng phía Bắc và Hà Nội biếttới Truyền hình cáp Hà Nội HCTV, Truyền hình cáp Việt Nam VCTV; tại TP HồChí Minh biết tới Công ty Truyền hình cáp Saigontourist (SCTV) Các thế mạnhcủa truyền hình cáp so với các dịch vụ truyền hình khác là có nhiều chương trìnhphong phú với nội dung hấp dẫn lên tới vài chục thậm chí hàng trăm kênh và ít chịuảnh hưởng của thời tiết (so với truyền hình vệ tinh) và địa hình (với truyền hìnhquảng bá)

Thị trường dịch vụ truyền hình cáp đang cạnh tranh ngày càng trở nên quyếtliệt hơn nhất là tại khu vực các thành phố lớn như Hà Nội và TP HCM, Hải Phòng Nắm bắt được vấn đề đó và để tăng cường nguồn thu cũng như phục vụ khách hàngđược tốt hơn Các nhà cung cấp dịch vụ truyền hình cáp hàng đầu Việt Nam nhưSCTV và VCTV đã tiến hành triển khai dịch vụ Internet băng rộng trên mạng

truyền hình cáp Tại Hà Nội VCTV đã tiến hành triển khai dịch vụ này.Sơ đồ tổngquan hệ thống Internet của VCTV được mô tả trong hình 14.

DOCSIS CMTS là thành phần rất quan trọng với hệ thống Internet trong mạng

truyền hình cáp, nó cung cấp nhiều tính năng giống như DSLAM trong hệ thốngDSL Đóng vai trò như một gateway giữa các nhà cung cấp dịch vụ truyền hình cápvới các nhà cung cấp dịch vụ Internet

CMTS được kết nối với mạng Internet Back bone và với một số server khácnhư Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) server, Time of Day (ToD)server

Hình 1.14: Hệ thống Internet trên mạng CATVCMTS về cơ bản có các cổng downstream và upstream riêng biệt Tuy thế cảhai đường kết nối downstream và đường upstream đều chạy trên cùng một đườngcáp đồng trục trong mạng HFC tới các thuê bao Để hạn chế nhiễu trên đườngupstream mỗi cổng upstream thường được kết nối tơi một node quang duy nhất,trong khi một cổng downstream thường được chia sẻ cho một số lượng nhỏ các

node quang Vì vậy thường có nhiều cổng upstream hơn cổng downstream trêncùng một CMTS Thông thường một CMTS thường có 4 hay 6 cổng upstream ứngvới mỗi công downstream.

Tại phía khách hàng sẽ có Modem Cáp đóng vai trò thu nhận tín hiệudownstream từ CMTS xử lý và chuyển tín tiệu tới PC

Hình 1.15 : Sơ đồ kết nối Internet trong nhà khách hàng của VCTVHình 1.16 là kết quả đo kiểm tra Internet trên hệ thống mạng cáp của VCTV,kết quả đo cho thấy tần số downstream Internet nằmở các tần số 754 ,762 770 và

778 MHz Tần số Upstream 60 MHz, băng thông đường Upstream 3.2 MHz sửdụng điều chế QPSK và chế độ đa truy nhập ghép kênh phân chia theo thời gianTDMA và tuân theo chuẩn EuroDOCSIS 1.1

Hinh 1.16: Thông số Internet trên mạng cáp VCTV

Hinh 1.17: Thông số Internet trên mạng cáp SCTVHình 1.17 là kết quả đo kiểm tra Internet trên hệ thống mạng cáp của SCTV,kết quả đo cho thấy tần số downstream Internet nằmở tần số 778 MHz Tần sốUpstream 56.6 MHz, băng thông đường Upstream 3.2 MHz sử dụng điều chế 16QAM chế độ đa truy nhập ghép kênh phân chia theo thời gian TDMA tuân theochuẩn EuroDOCSIS 2.0

1.5 Những vấn đề tồn tại của công nghệ HFC:

1.5.1 Hiệu quả sử dụng :

- Hệ thống sử dụng nhiều cáp đồng trục với các kênh truyền hình tương tựnên hiệu quả sử dụng băng thông rất kém Mỗi băng thông 8 MHz chỉ sử dụng được

1 kênh truyền hình tương tự

- Hệ thống mạng cáp quang sử dụng 1 bước sóng để truyền dẫn toàn bộ tínhiệu nên băng thông của đường truyền dữ liệu thấp Với mỗi kênh 8 MHz, sử dụngtiêu chuẩn DOCSIS 2.0, QAM 256 chỉ truyền được luồng dữ liệu với tốc độ 60Mbs Trong hệ thống chỉ có thể bố trí được 4 kênh cho dữ liệu Như vậy chỉ truyềnđược tối đa 240 Mbs Tốc độ này chỉ có thể cung cấp cho các đối tượng sử dụng rấthạn chế

- Phương thức thiết kế 1 node quang cung cấp cho hàng nghìn thuê bao làmtập trung thông tin quá lớn khi sử dụng các dịch vụ tương tác như internet, VODlàm nghẽn đường truyền, không thể cung cấp dịch vụ với chất lượng tốt.

1.5.2 Khả năng chống can nhiễu:

- Các kênh truyền hình tương tự chất lượng không đồng đều, nhiều kênh bịxuyên nhiễu bới các kênh truyền hình quảng bá mặt đất, hệ thống thông tin liên lạcmặt đất

- Các kênh truyền hình số không ổn định, thường xuyên bị vỡ hình

- Khả năng cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng chưa tốt do chất lượngđường downstream chưa đảm bảo

Nguyên nhân là hệ thống cáp đồng trục kết nối quá nhiều thuê bao, tuyến cáp

từ node quang đến hộ thuê bao quá xa, lên đến hàng nghìn mét Tổng lượng nhiễutrên toàn tuyến sẽ dồn vào những điểm thu ở cuối mạng, gây ra mất chất lượng tínhiệu Bên cạnh đó, các khuếch đại đồng trục trên tuyến cũng gây ra các thành phầnhài bậc 2 (CSO), bậc 3 (CTB) gây ra méo tín hiệu Các thành phần này rất khó đokiểm, xử lý

1.5.3 Khả năng quản lý và theo dõi chất lượng hệ thống:

Trong hệ thống HFC không có thiết kế để quản lý đến các thiết bị cuối Dẫnđến nhà cung cấp dịch vụ không thể kiểm soát chất lượng tín hiệu đang cung cấpđên khách hàng Chỉ khi nào khách hàng phản ánh về chât lượng đến trung tâm bảohành, VCTV phải cử nhân viên đi do kiểm để xác định nguyên nhân gây ra lỗi Điềunày dẫn đến thời gian xử lý sự cố rất lâu, giảm sự hài lòng của khách hàng Ảnhhưởng đến khả năng cạnh tranh trên thị trường

1.5.4 Kết luận:

Công nghệ HFC đã bộc lộ nhiều bất cập, yếu kém Cần phải tìm một côngnghệ truyền dẫn mới, tiên tiến, phù hợp với xu thế phát triển của ngành viễn thôngđồng thời cung cấp được nhiều dịch vụ trên cùng một hạ tầng truyền dẫn đã đượcxây dựng

CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN QUANG THỤ ĐỘNG PON

2.1 Giới thiệu mạng quang thụ động Passive Optical Network (PON)

PON là từ viết tắt của Passive Optical Network hay còn gọi là mạng quangthụ động Công nghệ mạng quang thụ động PON còn được hiểu là mạng công nghệquang truy nhập giúp tăng cường kết nối giữa các nốt mạng truy nhập của nhà cungcấp dịch vụ và người sử dụng Công nghệ PON được biết tới đầu tiên đó là TPON(Telephony PON) được triển khai vào những năm 90, tiếp đó năm 1998, mạngBPON (Broadband PON) được chuẩn hóa dựa trên nền ATM Hai năm 2003 và

2004 đánh dấu sự ra đời của hai dòng công nghệ Ethernet PON (EPON) và GigabitPON (GPON), có thể nói hai công nghệ này mở ra cơ hội mới cho các nhà cung cấpdịch vụ giải quyết hàng loạt vấn đề truy nhập băng thông rộng tới người sử dụngđầu cuối Thành viên mới nhất trong gia đình PON đó là WDM PON (WavelengthDivision Multiplexer PON) Trong công nghệ PON, tất cả thành phần chủ độnggiữa tổng đài CO (Central Office) và người sử dụng sẽ không còn tồn tại mà thayvào đó là các thiết bị quang thụ động, để điều hướng các lưu lượng trên mạng dựatrên việc phân chia năng lượng tới các điểm đầu cuối trên đường truyền Vì vậy màngười ta gọi là công nghệ mạng quang thụ động (PON)

Vị trí của hệ thống PON trong mạng truyền dẫn: Mạng quang thụ độngPON là một dạng của mạng truy nhập quang Mạng truy nhập hỗ trợ các kết nối đếnkhách hàng Nó được đặt gần đầu cuối khách hàng và triển khai với số lượng lớn

Mạng truy nhập tồn tại ở nhiều dạng khác nhau do nhiều lí do khác nhau vàPON là một trong những dạng đó So với mạng truy nhập cáp đồng truyền thống,sợi quang hầu như không giới hạn băng thông (hàng THz) Việc triển khai sợiquang đến tận nhà thuê bao sẽ là mục đích phát triển trong tương lai

Với những ưu điểm vượt trội, mạng quang thụ động PON( Passive OpticalNetwork) là một sự lựa chọn thích hợp nhất cho mạng truy nhập

2.1.1 Tổng quan về công nghệ PON

Mạng quang thụ động PON được trình bày như Hình 2.1, sử dụng phần tửchia quang thụ động trong phần mạng phân bố nằm giữa thiết bị đường truyềnquang Otical Line Terminal (OLT) và thiết bị kết cuối mạng quang Optical networkUnit (ONU)

Hình 2.1: Mô hình mạng quang thụ động

Trong đó các thuật ngữ trong hình được chú thích như sau:

Passive slitter : Bộ chia thụ quang thụ động

Feeder Fiber : Cáp Feeder

Central office : Văn phòng trung tâm

Distribution fiber : Phân phối quang

Management system : Hệ thống quản lý

Passive splitter : Bộ chia thụ động

Các phần tử thụ động của PON đều nằm trong mạng phân bố quang (haycòn gọi là mạng quang ngoại vi), bao gồm các phần tử như sợi quang, các bộtách/ghép quang thụ động, các đầu nối và các mối hàn quang Các phần tử tích cực

như OLT và các ONU đều nằmở đầu cuối của mạng PON Tín hiệu trong PON cóthể được phân ra và truyền đi theo nhiều sợi quang hoặc được kết hợp lại và truyền

đi trên một sợi quang thông qua bộ ghép quang, phụ thuộc tín hiệu đó đi theo hướnglên hay xuống của mạng quang thụ động PON

Mạng quang thụ động (PON) được xây dựng nhằm giảm số lượng các thiết

bị thu, phát và sợi quang trong mạng thông tin quang PON là một mạng điểm tới đađiểm, một kiến trúc PON bao gồm một thiết bị đầu cuối kênh quang được đặt tạitrạm trung tâm của nhà khai thác dịch vụ và các bộ kết cuối mạng cáp quang ONU/ONT (Optical Network Unit/Optical Network Terminator) đặt tại gần hoặc tại nhàthuê bao Giữa chúng là hệ thống phân phối mạng quang ODN (Optical DistributionNetwork) bao gồm cáp quang, các thiết bị tách ghép thụ động

2.1.2 Đặc điểm của PON

Đặc trưng của hệ thống PON là thiết bị thụ động phân phối sợi quang đếntừng nhà thuê bao sử dụng bộ chia có thể lên tới 1:128

PON hỗ trợ giao thức ATM, Ethernet PON hỗ trợ các dịch vụ thoại, dữliệu và hình ảnh với tốc độ cao và khả năng cung cấp băng thông rộng

Trong hệ thống PON, băng thông được chia sẻ cho nhiều khách hàng điềunày sẽ làm giảm chi phí cho khách hàng sử dụng Cũng như khả năng tận dụng côngnghệ WDM, ghép kênh phân chia theo dải tần, TDMA và cung cấp băng thôngđộng để giảm thiểu số lượng cáp quang cần thiết để kết nối giữa OLT và bộ chia

PON thực hiện truyền dẫn 2 chiều trên 2 sợi quang hay 2 chiều trên cùng 1sợi quang PON có thể hỗ trợ mô hình: hình cây, sao, bus và ring

2.2 Thành phần cơ bản của mạng quang thụ động PON

2.2.1 Sợi quang và cáp quang

Sợi quang là một thành phần quan trọng trong mạng, nó tạo sự kết nối giữacác thiết bị Hai thông số cơ bản của sợi quang là suy hao và tán sắc Trong mạngPON, ta chỉ quan tâm đến suy hao mà không cần quan tâm đến tán sắc bởi khoảngcách truyền tối đa chỉ là 20 km, trong khoảng cách này tán sắcảnh hưởng không

đáng kể Do đó, người ta sử dụng sợi quang có suy hao nhỏ, chủ yếu là sử dụng sợiquang theo chuẩn G.652

Để khắc phục nhược điểm trong truyền dẫn thông tin của cáp đồng trục, đã

từ lâu người ta đã cho ra đời cáp quang cùng với những tính năng ưu việt hơn.Không giống như cáp đồng truyền tín hiệu bằng điện, cáp quang dùng ánh sáng đểtruyền tín hiệu đi Chính vì sự khác biệt đó, mà cáp quang ít bị nhiễu, có băng thôngrộng và có khả năng truyền xa hơn Tuy vậy, phải đến giai đoạn gần đây thì cápquang mới được phát triển mạnh mẽ, nhất là trong lĩnh vực kết nối liên lục địa, kếtnối xuyên quốc gia Việc sử dụng công nghệ truyền dẫn hiện đại này cũng đang bắtđầu thay thế dần mạng cáp đồng loại song hành và đồng trục phục vụ trực tiếp đếnngười sử dụng

Sợi quang là sợi thủy tinh liên tục, trong suốt và có đường kính rất nhỏ , chỉbằng đường kính của một sợi tóc Chúng được sắp xếp trong bó được gọi là cápquang và được sử dụng để truyền tín hiệu trong khoảng cách rất xa Sợi quang cócấu tạo gồm lõi trung tâm là sợi thủy tinh hoặc plastic đã được tinh chế nhằm chophép truyền đi tối đa các tín hiệu ánh sáng Sợi quang được tráng một lớp lót nhằmphản chiếu tốt các tín hiệu quang được truyền dẫn bên trong, không để bị khúc xạ rangoài cũng như bị ánh sáng từngoài xuyên vào sợi quang

Sợi quang gồm các thành phần được thể hiện như hình 2.2

Lõi: Trung tâm phản chiếu của sợi quang nơi ánh sáng đi qua

Cladding: Vật chất quang bên ngoài bao bọc lõi mà phản xạ ánh sáng trở lạivào lõi

Buffer coating: Lớp phủ dẻo bên ngoài bảo vệ sợi không bị hỏng và ẩm ướt Jacket: Hàng trăm hay hàng ngàn sợi quang được đặt trong bó gọi là cápquang Những bó này được bảo vệ bởi lớp phủ bên ngoài của cáp được gọi là jacket

Hình 2.2: Cấu tạo của sợi quang

Độ suy hao thấp hơn rất nhiều so với các loại cáp đồng (tín hiệu bị mất trongcáp quang ít hơn trong cáp đồng), nên có thể tải các tín hiệu đi xa nhiều km Dunglượng tải của cáp quang cao hơn, vì sợi quang rất mỏng, nhiều sợi quang có thểđược bó vào với đường kính đã cho hơn cáp đồng Điều này cho phép truyền nhiềukênh đi qua một cáp

Cáp quang cũng sử dụng điện nguồn ít hơn, bởi vì tín hiệu trong cáp quanggiảm ít, máy phát có thể sử dụng nguồn thấp hơn thay vì máy phát với điện thế caođược dùng trong cáp đồng

Cáp quang không cháy, vì không có điện xuyên qua cáp quang, do đó không

có nguy cơ hỏa hạn xảy ra Tuy vậy, cáp quang và các thiết bị đi kèm lại rất đắt tiền

so với các loại cáp đồng

2.2.2 Bộ tách / ghép quang

Một mạng quang thụ động sử dụng một thiết bị thụ động để tách một tín hiệuquang từ một sợi quang sang một vài sợi quang và ngược lại Thiết bị này làCoupler quang Để đơn giản, một Coupler quang gồm hai sợi nối với nhau Tỷ số

Hình 2.3: Cấu hình cơ bản các loại Coupler

a)

c) b)

O2O2

Tổn hao tách: Mức năng lượng ở đầu ra của Coupler so với năng lượng đầuvào (db) Đối với Coupler 2x2 lý tưởng, giá trị này là 3dB Hình 2.3 minh hoạ hai

mô hình 8x8 Coupler dựa trên 2x2 Coupler Trong mô hình 4 ngăn (hình a), chỉ 1/6năng lượng đầu vào được chia ở mỗi đầu ra Hình(b) đưa ra mô hình hiệu quả hơngọi là mạng liên kết mạng đa ngăn Trong mô hình này, mỗi đầu ra nhận được 1/8năng lượng đầu vào

Tổn hao chèn: Năng lượng tổn hao do sự chưa hoàn hảo của quá trình xử lý.Giá trị này nằm trong khoảng 0,1dB đến 1dB

a) Coupler 4 ngăn 8x8 b) Coupler 3 ngăn 8x8Hình 2.4: Coupler 8x8 được tạo ra từ nhiều coupler

cccocCoupler

Định hướng: Lượng năng lượng đầu vào bị rò rỉ từ một cổng đầu vào đếncác cổng đầu vào khác Coupler là thiết bị định hướng cao với thông số định hướngtrong khoảng 40-50dB

Thông thường, các Coupler được chế tạo chỉ có một cổng vào hoặc một bộ kếthợp Các Coupler loại này được sử dụng để tách một phần năng lượng tín hiệu, ví

dụ với mục đích định lượng Các thiết bị như thế này được gọi là “tap coupler”

Các bộ add/drop quang theo bước sóng

2.2.3 Đầu cuối đường quang OLT Optical line terminal

OLT cung cấp giao diện quang về phía mạng phối quang ODN và cung cấp ítnhất một giao diện quang trên mạng ở phía mạng truy nhập quang OLT có thể đượcđặt ở bên trong tổng đài hay tại một trạm từ xa Sơ đồ khối chức năng của OLTđược mô tả ở Hình 2.5

OLT có chức năng quản lý tất cả các hoạt động của PON ONU và OLT cungcấp các dịch vụ truyền dẫn một cách trong suốt giữa UNI và SNI thông qua PON

2.2.3.1 Phần lõi OLT

Phần lõi OLT bao gồm các chức năng sau đây:

Chức năng kết nối chéo được số hóa cung cấp các kết nối giữa phần mạng lõi/metro với phần mạng phối quang ODN Chức năng ghép kênh truyền dẫn cung cấpkết nối VP giữa chức năng cổng dịch vụ SPF và giao diện ODN Các VP khác nhau

được gán vào các dịch vụ khác nhau tại giao diện PON Các thông tin khác như báohiệu, OAM được trao đổi nhờ các VC trong VP.

Chức năng ghép kênh truyền dẫn cung cấp việc truyền và ghép các kênh trênmạng phối quang ODN Ví dụ như: dữ liệu đi từ mạng lõi/metro đến mạng phốiquang ODN thì nó có nhiệm vụ là truyền, còn dữ liệu đi từ mạng phối quang ODNđến mạng lõi/metro thì nó phải được ghép kênh trước khi truyền đến mạnglõi/metro

Chức năng giao diện ODN cung cấp môi trường truyền dẫn quang kết nốiOLT với một hoặc nhiều ONU bằng việc sử dụng thiết bị thụ động Nó điều khiểnquá trình chuyển đổi quang/điện và điện/quang Để có thể thực hiện cơ chế chuyểnmạch bảo vệ và làm dễ dàng cho việc xử lí thiết bị thụ động bộ chia thì ở OLT sẽ cócác chức năng giao diện ODN giống như phần mạng phối quang ODN

2.2.3.2 Phần dịch vụ OLT

Phần dịch vụ OLT thì có chức năng cổng dịch vụ Các cổng dịch vụ sẽ truyền

ít nhất tốc độ ISDN và sẽ có thể cấu hình một số dịch vụ hay có thể hỗ trợ đồng thờihai hay nhiều dịch vụ khác nhau ví dụ như dịch vụ truyền hình độ phân giải cao(HDTV- high definition TV), game online, truyền dữ liệu Bất kì khối TU(tributary unit) cũng đều cung cấp hai hay nhiều port có tốc độ 2 Mbps phụ thuộcvào cách cấu hình trên mỗi port Khối TU có nhiều port có thể cấu hình mỗi portmột dịch vụ khác nhau

Chức năng cổng dịch vụ SPF đóng vai trò giao tiếp với node dịch vụ Chứcnăng cổng dịch vụ thực hiện chèn tế bào ATM vào tải trọng SDH đường lên, vàtách tế bào ATM từ tải trọng SDH đường xuống Chức năng này phải được dựphòng, do đó chuyển mạch bảo vệ là cần thiết

Hình 2.5: Các khối chức năng trong OLT

Phần chung OLT bao gồm chức năng cấp nguồn và chức năng hoạt động,quản lí và bảo dưỡng (OAM-Operation, Administration and Maintenance) Chứcnăng cấp nguồn chuyển đổi nguồn ngoài thành nguồn mong muốn Chức năngOAM cung cấp các phương tiện để điều khiển hoạt động, quản lí và bảo dưỡng chotất cả khối OLT Trong điều khiển nội bộ, một giao diện có thể được cung cấp chomục đích chạy thử và giao diện Q3 cho mạng truy nhập đến hệ thống đang hoạtđộng thông qua chức năng sắp xếp

2.2.4 Đơn vị mạng quang ONU Optical network unit

ONU đặt tại phía khách hàng, ONU cung cấp các phương tiện cần thiết đểphân phối các dịch vụ khác nhau được điều khiển bởi OLT

Một ONU có thể chia làm 3 phần: phần lõi, phần dịch vụ và phần chung

SPF

.

.

.

.

.

a Giao diện ODN

Giao diện ODN xử lý các quá trình chuyển đổi quang điện Giao diện ODNtrích các tế bào ATM từ tải trọng PON đường xuống và chèn các tế bào ATM vàotải trọng đường lên trên cơ sở đồng bộ từ sự định thời khung đường xuống

b Ghép kênh

Chỉ các tế bào ATM có hiệu lực mới có thể đi qua bộ phận ghép kênh do đónhiều VP có thể chia sẻ băng thông đường lên một cách hiệu quả

Phần lõi ONU bao gồm:

Chức năng ghép khách hàng và dịch vụ có nhiệm vụ nếu ở về phía khách hàngthì dữ liệu sẽ đựơc ghép trước khi truyền đến ODN còn nếu về phía ODN thì cácdịch vụ sẽ tách ra phù hợp cho từng user đã yêu cầu dịch vụ

Chức năng ghép kênh truyền dẫn cung cấp các chức năng phân phối tín hiệugiữa ODN và khách hàng

Chức năng giao diện ODN cung cấp các chức năng chuyển đổi quang/điệnhay điện/quang

Chức năng cổng người dùng UPF tương thích các yêu cầu UNI riêng biệt.OAM có thể hỗ trợ một số các truy nhập và các UNI khác nhau Các UNI này yêucầu các chức năng riêng biệt phụ thuộc vào các đặc tả giao diện có liên quan Táchcác tế bào ATM đường xuống và chèn các tế bào ATMở đường lên