KHẢO sát hệ THỐNG CUNG cấp DỊCH vụ INTERNET TRÊN MẠNG TRUYỀN HÌNH cáp

Có nhiều hình thức để cung cấp dịch vụ truy nhập Internet tốc độ cao: quađường dây điện thoại, qua kênh thuê riêng, qua truyền hình cáp cáp đồng trục v.v…Cung cấp dịch vụ Internet qua tr

đã là thành viên chính thức thứ 150 của WTO.

Để làm được những điều đó, không thể phủ nhận được vai trò của thông tinliên lạc, điều đó đã chứng minh qua hàng thế kỷ và cho đến ngày nay càng khẳng địnhlại vai trò quan trọng của nó

Trước đây danh từ Internet chỉ được nhắc đến bởi 1 số bộ phận dân cư, nhưngngày nay với sự tiện dụng và lợi ích cả về vật chất lẫn tinh thần mà nó mang lại, đãquyết định tính tất yếu của Internet trong nền kinh tế không chỉ ở Việt Nam mà cònmang tính toàn cầu

Có nhiều hình thức để cung cấp dịch vụ truy nhập Internet tốc độ cao: quađường dây điện thoại, qua kênh thuê riêng, qua truyền hình cáp (cáp đồng trục) v.v…Cung cấp dịch vụ Internet qua truyền hình cáp là công nghệ mới được ứng dụng và cónhiều lợi điểm như sau: chỉ có 1 sợi cáp vào nhà, băng thông rộng, đường truyền ổnđịnh do chống nhiễu tốt, triển khai nhanh do đã có sẵn hệ thống truyền hình cáp v.v…Đây là dịch vụ có nhiều tiềm năng, là sản phẩm của xu thế mới trong kinh doanh viễnthông, đó là sự kết hợp giữa các dịch vụ viễn thông, truyền thông và giải trí

Dịch vụ Internet qua truyền hình cáp là một giải pháp công nghệ khả thi đểthực hiện truy nhập các dịch vụ băng rộng hiện nay ở nhiều nơi trên thế giới và đãđược lựa chọn đưa vào nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng dịch vụ băng rộng ở Việt Namhiện nay, là chìa khóa đi vào công nghệ hiện đại

Đối với sinh viên chuyên ngành điện tử viễn thông, đây là một lĩnh vực mới,hứa hẹn và mở ra nhiều triển vọng Để tìm hiểu rõ thêm về dịch vụ Internet qua truyền

hình cáp, em đã thực hiện luận văn “khảo sát hệ thống cung cấp dịch vụ internet trên mạng truyền hình cáp”

Đồ án này mang đến cái nhìn tổng quan về hệ thống cung cấp dịch vụ Internetqua truyền hình cáp Tuy nhiên đây là một đề tài rất mới và rộng, hơn nữa do thờigian và tài liệu tham khảo cộng với trình độ còn hạn chế nên không thể tránh khỏinhững thiếu sót, em rất mong sự góp ý của thầy cô giáo và các bạn

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Trương Hoàng Hoa Thám và các bạn đãnhiệt tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này

Sinh viên thực hiện

ĐẶNG ĐỨC HẬU

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CÁC CÔNG NGHỆ CUNG CẤP

INTERNET HIỆN NAY

Hiện nay, trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, các nhà cung cấp dịch

vụ internet đang sử dụng 2 công nghệ chính để cung cấp dịch vụ internet cho kháchhàng Đó là công nghệ kết nối internet qua mạng điện thoại công cộng (Dial-up) vàcông nghệ kết nối Internet băng rộng (Broadband)

Từ năm 2000 trở về trước, tất cả các dịch vụ kết nối cung cấp cho khách hànghầu hết được các nhà cung cấp dịch vụ cung cấp qua mạng điện thoại có dây VớiDial-up, để kết nối internet phải đòi hỏi thời gian thiết lập kết nối trên đường điệnthoại (Thời gian này khoảng vài giây tùy thuộc vào khu vực) Modem quay số có tốc

độ tối đa là 56Kbps (Chuẩn V.92) nhưng tốc độ trung bình chỉ đạt từ 33- 43Kbps.Mức độ nhiễu và các nguyên nhân khác như suy hao đã làm cho tốc độ truy nhậpinternet của khách hàng thấp Và một hạn chế nữa là khi khách hàng truy cập internetthì dịch vụ thoại không được sự dụng đồng thời Để Dial- up, khách hàng cần một đôicáp thoại có sẵn và một thiết bị đầu cuối (Chuẩn V.92 hoặc V.90) để truyền dữ liệutrên đường dây điện thoại

Từ sau năm 2000, công nghệ truy cập internet băng rộng đã dần thay thế dịch

vụ truy cập internet qua dial-up trên toàn thế giới Với ưu điểm là tốc độ truy cập lớnhơn rất nhiều lần so với Dial-up (Tốc độ có thể lớn hơn 1Mbps) nên dịch vụ băngrộng đã phát triển mạnh và kéo theo sự phát triển của các dịch vụ giá trị gia tăng đikèm Đến nay, hầu như kết nối internet đều sử dụng Broadband trên tất cả các nước.Việc kết nối Internet bằng phương pháp quay số đã không còn sử dụng

Băng thông rộng trong viễn thông đề cập tới những phương pháp dùng tín hiệutruyền dữ liệu trong một phạm vi lớn về tần số, có thể được quyết định trong nhữngkênh hay tần số khác nhau Băng thông rộng rất tốt trong việc mang thông tin Ví dụ,với radio, mỗi dải băng hẹp tín hiệu sẽ mang mã Morse, một giải băng rộng sẽ mangtốc độ, một giải băng thông vẫn còn rộng được đòi hỏi để mang theo nhạc mà khôngmất đi tần số âm thanh chất lượng cao đòi hỏi cho việc sao chép âm thanh thực Mộtanten truyền hình mô tả bình thường có thể được kết nối hay nhận một luồng tin chắcchắn, với dạng như “broadband” sẽ nhận được nhiều kênh hơn Trong việc truyền dữliệu, một modem sẽ truyền một dãy thông tin 64 kilobit mỗi giây trên một đường dâyđiện thoại; trên một đường dây điện thoại tương tự tốc độ kết nối có thể lên vàimegabit mỗi giây bằng ADSL, với kết nối bằng broadband sẽ duy trì tốc độ khôngthay đổi với các dịch vụ khác nhau Khách hàng có thể vừa gọi điện thoại vừa truycập internet

Dịch vụ Băng thông rộng (Broadband) hay còn gọi là Internet tốc độ cao có tốctốc độ truyền dự liệu lớn và hiện nay có 2 kỹ thuật cung cấp Internet cho khách hàngdùng băng thông rộng phổ biến nhất là ADSL và Cable Modem

I.1 ADSL – Đường dây thuê bao số đối xứng (Asymmetric Digital Subscriber Line)

I.1.1 Khái quát

ADSL là một dạng của DSL, một kỹ thuật mà cho phép việc truyền dữ liệunhanh hơn thông qua đường dây điện thoại Nó thực hiện điều này bằng tần số đang

sử dụng không trùng với tần số thoại Với một bộ tách hoặc bộ lọc nhỏ cho phép kếtnối cả dịch vụ ADSL và điện thoại ngay cùng một thời điểm Vì đường dây điện thoạithì khác nhau về chất lượng, mà ban đầu nó không được dùng cho ADSL nên nhìnchung nó chỉ có thể được dùng ở khoảng cách ngắn, khoảng trong vòng 5km

ADSL sử dụng 2 tần số riêng biệt, đó là dải upstream và downstream Dảiupstream được sử dụng để thông tin từ user đến tổng đài Dải downstream sử dụng đểkết nối từ tổng đài đến user Với chuẩn, dải từ 25,8kHz - 138kHz là upstream, và138kHz - 1104kHz là dải downstream

Hình 1: Dải tần số Upstream và dải Downstream

 Dịch vụ ADSL cung cấp một số kênh truyền tải khác nhau với sự kếthợp một số dịch vụ khác:

- Dịch vụ ADSL trên cùng một đôi dây với các dịch vụ dải tầnthoại (bao gồm POTS và các dịch vụ truyền số liệu dải tần thoại) Tín hiệu ADSLchiếm dải tần số cao hơn dải tần thoại và được tách ra bởi các bộ lọc

hiệu ADSL chiếm dải tần số cao hơn dải tần thoại và được tách ra bởi các bộ lọc

- Dịch vụ ADSL trên cùng một đôi dây với dải tần thoại (bao gồmPOTS và các dịch vụ truyền số liệu dải tần thoại) và với dich vụ ISDN với đôi dây

Theo chiều từ mạng tới phía khách hàng (Downtream) các kênh truyền tải có thể baogồm các kênh truyền tải song công tốc độ thấp và các kênh truyền tải đơn công tốc độcao Trong chiều ngược lại (uptream) ADSL chỉ cung cấp các kênh truyền tải tốc độthấp

Hệ thống truyền dẫn được thiết kế để hoạt động trên cáp kim loại xoắn đôinhiều cỡ dây hỗn hợp Kỹ thuật truyền tải ADSL được xây dựng dựa trên điều kiệnkhông có cuộn tải và có một vài trường hợp bị hạn chế của các nhánh rẽ được chấpnhận.

Nhà cung cấp có thể hỗ trợ những băng tần cao hơn, tuy nhiên đòi hỏi phải kếthợp với các thiết bị được hỗ trợ bởi nhà cung cấp trên hai đầu đường truyền, và sẽgây ra nhiễu giao thoa trên các đường truyền trong cùng một dải Có một sự liên hệtrực tiếp giữa số lượng kênh có sẵn và khả năng dung lượng của kết nối ADSL Dunglượng chính xác trên một kênh truyền phụ thuộc vào phương pháp điều chế được sửdụng

Ưu điểm:

- Dễ triển khai do sử dụng cơ sở mạng điện thoại sẵn có

- Có thể tải dữ liệu về vơi tốc độ 8Mbps

- Tốc độ đường truyền là 8Mbps xuống và 64- 640Kbps lên

- Sử dụng đồng thời fax, voice mà không cần ngắt mạng

- Phù hợp với các doanh nghiệp vừa và lớn

Nhược điểm:

- Tốc độ đường lên và đường xuống chênh lệch nhau khá lớn

- Không phù hợp với các công ty cần tốc độ đường lên cao

- Khoảng cách tối đa 5km tốc độ < 1Mbps

I.1.2 Điều chế

ADSL ban đầu tồn tại ở hai dạng là CAP và DMT CAP là chuẩn không đượcchính thức của ADSL triển khai đến năm 1996 CAP và DMT là đều là các kiểu điềuchế tạo mã đường hiệu quả hoạt động ở dải tần số cao phía trên băng tần thoại Do

DMT và CAP có những nguyên lý hoạt động rất khác nhau nên một bộ thu phát ápdụng kỹ thuật DMT không tương thích với bộ thu phát dựa trên mã CAP

Tuy nhiên, DMT được chọn làm chuẩn ITU-T ADSL đầu tiên, gồm G.992.1 vàG.992.2 Do đó, các hệ thống hiện nay của ADSL đều dựa vào nguyên tắc điều chếDMT

Modem ADSL dựa trên DMT bao gồm rất nhiều (256) modem con, mỗimodem con có băng tần khoảng 4KHz, hoạt động đồng thời DMT sử dụng rất nhiềukênh mang để tạo thành các kênh con, mỗi kênh con mang một phần nhỏ của tổng sốthông tin Các kênh con này được điều chế một cách độc lập với tần số sóng mangtương ứng với tần số trung tâm của kênh con và được sử lý song song Mỗi kênh conđược điều chế QAM và có thể mang từ 0 đến 15 bit/symbol/Hz Số bit thực tế đượcmang trên một kênh phụ thuộc vào đặc tính đường dây Một số kênh con bị ảnhhưởng của nhiễu từ bên ngoài có thể không được sử dụng

Theo lý thuyết, dải băng tần lớn nhất hướng lên là:

25 kênh x 15 bit/symbol/Hz/kênh x 4 KHz = 1,5 Mbit/s

Dải băng tần lớn nhất hướng xuống là:

249 kênh x 15 bit/symbol/Hz/kênh x 4 KHz = 14,9 Mbit/s

Sơ đồ điều chế DMT:

Mã DMT chia băng tần thành các kênh nhỏ Mỗi kênh có một sóng mangriêng, không phụ thuộc vào nhau Tín hiệu được đưa tới bộ mã hoá phía phát để chiathành các kênh nhỏ có sóng mang riêng, các kênh này được kiểm tra để xác định xemliệu chúng có thể dùng để truyền thông tin hay không, rồi được tính tổng của các sóngmang đảo và bộ biến đổi D/A Tại phía đầu thu tín hiệu được xử lý FFT để giải mãchuỗi bit tới

Hình 2: Phân chia băng tần của DMT

 Ưu nhược điểm của phương pháp mã hoá DMT

Ưu điểm:

Truyền được tốc độ bit tối đa trong các khoảng băng tần nhỏ bởi vì các kênhcon độc lập có thể thao tác một cách riêng biệt với các đường dây được xem xét.DMT đo tỷ số S/N một cách riêng biệt đối với mỗi kênh con và ấn định số bit đượcmang bởi mỗi kênh con tương ứng Thông thường, các tần số thấp có thể mang nhiềubít hơn bởi vì chúng bị suy hao nhỏ hơn tại các tần số cao

DMT linh hoạt hơn trong việc điều chỉnh tốc độ truyền, nó có thể thích ứngtốc độ dữ liệu đối với điều kiện đường dây cụ thể Mỗi kênh con mang một số bit cụthể phụ thuộc vào tỷ số S/N Bằng việc hiệu chỉnh số bit trên một kênh, DMT có thể

tự điều chỉnh tốc độ bit dữ liệu

Nhược điểm:

Do có nhiều sóng mang nên thiết bị rất phức tạp và đắt

Phương pháp điều chế pha biên độ không sóng mang này dựa trên phươngpháp điều chế biên độ cầu phương QAM Vì thế phương pháp này hoạt động tương tựnhư QAM, sử dụng cả điều chế biên độ và điều chế pha

Sự khác nhau giữa CAP và QAM ở trong việc thực hiện chúng Với QAM, haitín hiệu được kết hợp trong một miền tương tự Tuy nhiên, do tín hiệu sóng mangkhông mang thông tin nên CAP không gửi một chút sóng mang nào Tín hiệu điều chếđược thực hiện một cách số hoá nhờ sử dụng hai bộ lọc số với các đặc tính biên độcân bằng và khác pha Tín hiệu điều chế CAP là số chứ không phải là tương tự do đótiết kiệm được chi phí Tuy nhiên chính sự vắng mặt của sóng mang lại tạo nên nhượcđiểm của CAP đó là chòm sao mã hoá của CAP là không cố định trong khi chòm sao

mã hoá của QAM là cố định Do đó bộ thu CAP phải có chức năng quay để phát hiện

ra vị trí có liên quan của chòm sao

Các bit dữ liệu được đưa vào bộ mã hoá, đầu ra bộ mã hoá là các symbol đượcđưa đến các bộ lọc số Tín hiệu sau khi qua bộ lọc số đồng pha và lọc số lệch pha 900

sẽ được tổng hợp lại, đi qua bộ chuyển đổi D/A, qua bộ lọc phát và tới đường truyền

Tại đầu thu tín hiệu nhận được qua bộ chuyển đổi A/D, qua các bộ lọc thíchứng và đến phần xử lý sau đó là giải mã Bộ lọc phía thu và bộ xử lý là một phần củaviệc cân bằng điều chỉnh để chỉnh méo tín hiệu

Ưu điểm:

Do CAP dựa trên QAM một cách trực tiếp nên nó là một kỹ thuật hoàn thiện

dễ hiểu và do không có các kênh con nên thực thi đơn giản hơn DMT

Trong CAP, việc thực thi tốc độ có thể đạt được bởi việc thay đổi kích cỡchòm sao mã hoá (4-CAP, 64-CAP, 512-CAP ) hoặc bằng cách tăng hoặc giảm phổtần sử dụng.

Mạch thực hiện đơn giản

Truy cập ADSL sử dụng băng tần 1.1MHz, còn ADSL2+ sử dụng băng tần2.2MHz

I.1.3 Thiết bị quản lý: Bộ phân kênh truy cập đường dây thuê bao số (Digital Subscriber Line Access Multiplexer - DSLAM)

DSLAM cho phép đường dây điện thoại kết nối nhanh hơn đến Internet Nó làmột thiết bị mạng, đặt tại trung tâm công ty điện thoại, kết nối với nhiều khách hàngđường dây thuê bao số đến đường dây chính Internet tốc độ cao sử dụng kỹ thuật phânkênh DSLAM tạo ra 1 mạng tương tự như mạng LAN nhưng không đưa ra giới hạnkhoảng cách Ethernet, do đó cung cấp một kết nối Internet cho các thuê bao

Đường đi được định tuyến bởi dữ liệu đến DSLAM đặt tại CO

1 Nguồn hộ gia đình: modem DSL được gắn vào máy tính của khách hàng

2 Lặp nội bộ: công ty điện thoại gắn đường dây từ khách hàng đến trung tâmcủa công ty điện thoại.

3 Khung phân phát chính (MFD): rack đường dây kết nối bên ngoài đườngdây, đường dây thuê bao với đường dây nội bộ Nó được sử dụng để kết nối cácđường dây công cộng hoặc riêng biệt đang nối vào các tòa nhà đến mạng Internet.Trong trung tâm của công ty điện thoại khu vực, MDF giống như là vòm cable (cablevault) và không xa từ chuyển mạch điện thoại

4 DSLAM: một thiết bị cho dịch vụ DSL Gửi vào khách hàng hoặc luồngxuống (downstream), nó trộn lưu thông thoại và lưu thông VHSL vào đường dây DSLcủa khách hàng Về việc nhận, nó chấp nhận và phân chia ra dạng điện thoại và tínhiệu dữ liệu từ khách hàng Nó đưa tín hiệu dữ liệu lên upstream tới mạng sở hữu của

nó, và tín hiệu thoại đưa vào chuyển mạch thoại

5 Từ các đường dây điện thoại DSLAM, bây giờ làm tốt tín hiệu DSL, đi qualại MDF đến bộ chuyển mạch thoại do đó khách hàng sẽ có được dịch vụ điện thoại.Tín hiệu thoại cũ truyền giữa bộ chuyển mạch thoại và đường dây thuê bao quaDSLAM, mà không gây nhiễu chúng nhưng được hoạt động ở tần số cao để mang dữliệu đến dịch vụ Internet

DSLAM tại CO lấy các tín hiệu số từ nhiều port modem và kết nối chúngthành một tín hiệu chung, thông qua bộ phân kênh

Phụ thuộc vào sản phẩm, DSLAM kết nối đường dây DSL với một vài kết nốicủa các mạng ATM, hoặc giao thức Internet

Trong mô hình OSI, DSLAM có vai trò như chuyển mạch mạng, vì chức năngcủa nó hoàn toàn như lớp 2

Tín hiệu được gộp chung lại sau đó đi qua thiết bị chuyển mạch chính, rồi tớimạng truy cập (access network_AN), cũng được hiểu như là nhà cung cấp dịch vụInternet, với tốc độ lên đến 10 Gbps và nối đến mạng Internet chính

DSLAM chức năng như một bộ chuyển mạch, tập hợp dữ liệu modem ADSL(được kết nối đến nó thông qua cặp dây xoắn hoặc không xoắn) và phân kênh dữ liệuthông qua liên kết gigabit, vào xương sống của Telco

- Đấu nối chéo: Phiên dịch các nhận dạng luồng ảo và kênh ảo (VPI/VCI) giữatín hiệu từ mạng lõi (giao diện NNI) và tín hiệu xDSL phía thuê bao (giao diện UNI).PVC được thiết lập thông qua các chức năng đấu chéo này

- Ghép kênh VP: Ghép các tế bào ATM phía đường dây xDSL của thuê baovào luồng ATM/SDH phía mạng lõi và ngược lại

- Ghép kênh VC: Thực hiện chức năng ghép kênh VC sẽ giúp giảm số lượngcác luồng ảo VP phía chuyển mạch ATM (tuỳ chọn) Người ta có thể sử dụng các bộđịnh tuyến băng rộng IP thay cho chuyển mạch ATM Tương tự như vậy, một số nhàcung cấp còn sử dụng chuyển mạch ATM ngay trong DSLAM để tận dụng khả năngghép kênh thống kê của ATM, giảm được dung lượng cho các cổng phía mạng lõi củaDSLAM.

- Quản lý lưu lượng: Lưu lượng từ các loại dịch vụ có cấp khác nhau như tốc

độ cố định CBR, tốc độ thay đổi-thời gian thực VBR-rt, tốc độ thay đổi-không thờigian thực VBR-nrt, tốc độ không xác định UBR có thể truyền đi đồng thời Trong đóUBR được xử lý ở mức ưu tiên thấp nhất, còn CBR được ưu tiên cao nhất

Ngoài ra, DSLAM còn có giao diện 10 Base-T Ethernet phục vụ cho các chứcnăng OAM của nhà khai thác mạng Trong XpressLink, bộ chia phía tổng đài được bốtrí thành Card lắp ngay trên giá máy của DSLAM và có 32 cổng cho mỗi Card

Khối ATU-R hay modem ADSL phía nhà thuê bao (CPE) có thể tích hợp cùngvới bộ chia hoặc tách rời Bản thân ATU-R có thể ở dạng Card nằm ngay trong PC(modem nội) hoặc nằm ngoài giống như các modem thoại thông thường hiện nay

I.2 Cable modem

I.2.1 Khái quát

Hiện nay, tại một số bưu điện tỉnh và thành phố đã triển khai dịch vụ truy nhậpInternet tốc độ cao nhờ modem ADSL Loại modem này hoạt động trên cáp xoắn đôi,tốc độ cực đại đường xuống là 6,114 Mbit/s và tốc độ cực đại đường lên là 640 Kbit/s.Nếu sử dụng thêm bộ tách công suất thì trên đôi dây đồng xoắn cùng một lúc có thểtruyền tín hiệu thoại và dữ liệu Tuy nhiên, do tốc độ bít đường lên bị hạn chế nênmodem ADSL không thích hợp cho các dịch vụ có tốc độ cao hơn

Để khắc phục hạn chế này, trong những năm gần đây nhiều nước đã phát triểndịch vụ truy nhập Internet tốc độ cao khi sử dụng modem cáp Modem cáp hoạt độngtrên cáp đồng trục của mạng cáp truyền hình (CATV) và cung cấp các dịch vụ dữ liệu,trò chơi thời gian thực, hội nghị video v.v…

Modem cable là một loại modem cung cấp sự truy cập đến tín hiệu dữ liệuđược gửi qua cơ sở hạ tầng truyền hình cáp Modem cable nhiệm vụ chính để phânphát các truy cập Internet băng thông rộng, tận dụng có hiệu quả phần băng thôngkhông sử dụng trên truyền hình cáp

Cũng có thể xem Modem cable không phải là một modem nhưng nó như làthiết bị có vai trò làm cầu mạng (network bridge)

I.2.2 Truy cập Internet cable

Internet cable là sự phân phát dịch vụ Internet thông qua cơ sở hạ tầng cáp Sựtăng nhanh của cable modem cùng với kỹ thuật DSL, làm cho việc truy cập internet

băng thông rộng ở nhiều quốc gia đang trở thành hiện thực.

Băng thông của dịch vụ modem cable cho công ty chạy từ 3Mbps đến 30Mbpshoặc nhiều hơn Băng thông upstream cho các dịch vụ modem cable cho hộ giađình thay đổi từ 384Kbps đến 6Mbps

Đường cáp đồng trục dùng trong mạng truyền hình cáp (HFC – Hybrid FiberCoaxial) còn có thể chuyển tải dữ liệu tới con số hàng trăm MHz cho tất cả các kênh

TV Nếu như trước đây, khách hàng thuê bao các kênh truyền hình qua cáp chỉ cóđược một dịch vụ duy nhất là xem TV thì nay mọi chuyện đã khác Người sử dụngCable TV cũng có thể kết nối Internet với tốc độ cao thông qua 1 mô hình liên kếtgiữa các Service Provider Họ có thể lướt web và sử dụng nhiều dịch vụ khác trên nềnInternet với tốc độ khá cao Công nghệ Cable Modem, nói chung là hoàn toàn có thểcạnh tranh được với công nghệ ADSL hiện đang chiếm lĩnh thị trường Internet (CableModem tối đa đạt 10Mbps, trong khi đó ADSL chỉ đạt 2Mbps)

Giống như tất cả các kỹ thuật mạng băng rộng cho hộ gia đình, tổng số băngthông được chia sẻ bởi dân số của các user (trong trường hợp này, user trongcùng khu vực chia sẽ băng thông có sẵn được cung cấp bởi một đường dây cápđồng trục) Do đó, tốc độ kết nối có thể thay đổi phụ thuộc vào việc có bao nhiêungười đang sử dụng dịch vụ tại cùng một thời điểm Việc sắp đặt này cho phép nhàvận hành mạng sử dụng được những ưu điểm của bộ phân kênh để cung cấp mộtmức độ phù hợp của dịch vụ với giá cả thỏa đáng Tuy nhiên, nhà vận hành phảigiám sát các cách thức sử dụng, và tỉ lệ mạng thích hợp, để bảo đảm rằng kháchhàng nhận được dịch vụ thỏa đáng ngay cả trong suốt các lần sử dụng đỉnh điểm

Nhiều nhà cung cấp dịch vụ internet cable thường liên kết với truyền hìnhcable Họ làm điều này để được tốc độ cao hơn và hiệu quả kinh tế hơn

I.2.3 Thiết bị quản lý: Hệ thống đầu cuối Modem Cable (Cable Modem Termination System - CMTS)

CMTS là thiết bị điển hình được tìm thấy trong headend của công ty cable,được sử dụng để cung cấp các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao, như là cable internet đếncác thuê bao cable

Để cung cấp cho các dịch vụ tốc độ cao này, công ty cable sẽ kết nối cácheadend đến Internet thông qua các liên kết dữ liệu dung lượng cao đến nhà cung cấpdịch vụ mạng Xét về khía cạnh thuê bao của headend, CMTS cho phép giao tiếp vớimodem cable của thuê bao đó CMTS có khả năng cung cấp từ 4000 đến 150000modem cable hoặc nhiều hơn Một headend có thể có 6 đến 12 CMTS để phục vụ cho

số lượng modem cable

Một CMTS có thể hiểu như một router với giao tiếp Ethernet trên một đầu vàđầu còn lại là nối với giao tiếp RF Giao tiếp RF mang tín hiệu RF đến và từ cácmodem cable của thuê bao

Hầu hết CMTS có cả giao tiếp Ethernet và giao tiếp RF Do đó, lưu thông đến

từ Internet có thể được định tuyến thông qua giao tiếp Ethernet, qua CMTS và sao đóvào giao tiếp RF đã được kết nối đến hybrid fiber coax của công ty cable (HFC) Lưuthông định tuyến con đường của nó từ HFC đến đầu cuối tại modem cable trong nhàcủa thuê bao Lưu thông đi từ các hệ thống nhà của một thuê bao đi qua modem cable

và ra ngoài Internet bằng hướng đối lập nhau

CMTS chỉ mang lưu thông IP Lưu thông về phía modem cable từ Internet,được biết như là lưu thông downstream, mang gói IP được đóng gói trong gói MPEG.Các gói MPEG này được mang trên luồng dữ liệu, được điều chế ở dạng QAM

Dữ liệu Upstream (data từ modem cable đến headen hoặc Internet) được mangtrong những khung Internet mà được điều chế dạng QPSK,16-QAM, 32-QAM, 64-QAM, or S-CDMA

Một CMTS tiêu biểu cho phép máy tính của thuê bao có một địa chỉ IP bằngviệc gửi yêu cầu DHCP đến các server thích hợp Sever DHCP này quay trở lại, giốngnhư một đáp ứng bao gồm địa chỉ IP được gán cho các địa chỉ máy tính,gateway/router để sử dụng các dịch vụ DNS

CMTS có thể thực thi việc lọc cơ bản để bảo vệ chống lại các user không đượcphép và các tấn công khác Hình thức lưu thông đôi khi được thực hiện để gán trướccác lưu thông ứng dụng Tuy nhiên, chức năng của hình thức lưu thông này được thựchiện bởi Policy Traffic Switch Một CMTS có thể thực hiện như một router haybridge

Modem cable của thuê bao không thể giao tiếp trực tiếp với các modem kháctrên cùng một line Nhìn chung, lưu thông modem cable được định tuyến đến cácmodem khác hoặc đến Internet thông qua một dãy các CMTS và các router truyềnthống Mặc định có khả năng đi qua một CMTS đơn

CMTS cung cấp nhiều chức năng giống như DSLAM trong hệ thống DSL

I.2.4 Các tiêu chuẩn của Cable Modem (DOCSIS)

DOCSIS là một chuẩn quốc tế được phát triển bởi CableLabs và áp dụng chocác công ty như: ARRIS, BigBand Networks, Broadcom, Cisco, Conexant, Correlant,Intel, Motorola, Netgear, Terayon, và Texas Instruments DOCSIS định nghĩa cácgiao tiếp và vận hành hổ trợ các yêu cầu bề mặt cho dữ liệu qua hệ thống cable Nócho phép thêm vào việc truyền dữ liệu tốc độ cao đến các hệ thống truyền hình cáp

Nó được sử dụng bởi nhiều nhà vận hành truyền hình cáp để cung cấp cho việc truycập Internet thông qua cơ sở hạ tầng HFC đã tồn tại

Vì băng tần được chỉ định khác nhau giữa hệ thống CATV của US và Châu

Âu, chuẩn DOCSIS được hỗ trợ cho việc sử dụng ở Châu Âu Sự khác nhau chính là

sự phân biệt băng thông kênh truyền hình Kênh truyền hình cáp Châu Âu theo chuẩn

TV hệ PAL và độ rộng 8MHz Độ rộng băng thông ở kỹ thuật EuroDOCSIS cho phépbăng thông lớn hơn để được phân phối cho đường đi dữ liệu luồng xuống.

để thích hợp với phiên bản mới càng sớm, độ rộng kênh truyền càng hẹp đi

Điều chế: DOCSIS 1.0/1.1/2.0 xác định điều chế QAM 64 mức hoặc QAM 256mức được sử dụng cho dữ liệu luồng xuống, và QPSK hoặc PAM 16 mức điều chếcho luồng lên DOCSIS 2.0 cũng chỉ ra việc sử dụng điều chế 32-QAM, 64-QAM,128-QAM cũng thích hợp cho luồng lên

- Lớp MAC:

DOCSIS dùng một sự hỗn hợp của các phương pháp truy cập theo thuyết quyếtđịnh, đặc biệt TDMA cho DOCSIS 1.0/1.1 và cả TDMA và S-CDMA cho DOCSIS2.0, với giới hạn sử dụng của các vấn đề về yêu cầu băng thông Đối với DOCSIS 1.1lớp MAC cũng bao gồm các đặc điểm về dịch vụ chất lượng giúp cho việc hỗ trợ cóhiệu quả cho các ứng dụng, ví dụ thoại qua IP (Voice over IP), nó có những yêu cầu

về lưu thông đặc biệt

Lưu lượng: tất cả các đặc điểm này kết hợp để làm cho tổng số lưu lượng củaluồng lên là 30.72 Mbps trên một kênh truyền Ba phiên bản của chuẩn DOCSIS đều

hỗ trợ lưu lượng luồng xuống đạt tới 42.88 Mbps trên một kênh truyền với điều chế256-QAM

DOCSIS 3.0 mô tả IPV6 và xây dựng kênh truyền, cho phép nhiều kênh truyềnluồng xuống và luồng lên để được sử dụng cùng nhau tại một thời điểm bởi mộtkhách hàng

Một CMTS tiêu biểu là một thiết bị nhận các port luồng lên luồng xuống Đốivới giao tiếp kép giữa CMTS và CM hai port vật lý được yêu cầu (không giống nhưEthernet, chỉ cần một port cung cấp cho giao tiếp kép) Vì nhiễu trên các đường dộilại (upstream), có nhiều port luồng lên hơn là port luồng xuống, các port luồng lênđược thêm vào cung cấp cách bù cho các đường nhiều.

Trước khi một công ty cable có thể thực hiện DOCSIS 1.1, nó phải nâng cấpmạng HFC để hỗ trợ một đường đi phản hồi cho lưu thông luồng lên Không cóđường phản hồi, chuẩn DOCSIS 1.0 vẫn cho phép sử dụng dữ liệu qua hệ thống cable,bằng việc thực thi đường đi phản hồi qua đường dây điện thoại

Các khách hàng PC và các thiết bị ngoại vi liên quan được gọi là thiết bị chokhách hàng (Customer-premises equipment_CPE) CPE được kết nối đến modemcable, được kết nối qua mạng HFC đến CMTS CMTS định tuyến lưu thông giữaHFC và Internet Sử dụng CMTS, cable, người vận hành cable thực hiện điều khiểnđầy đủ thông qua cấu hình của modem cable, cấu hình CM được thay đổi để điềuchỉnh các điều kiện đường dây khi có sự biến đổi và các yêu cầu dịch vụ khách hàng

Hầu hết các modem cable DOCSIS có giới hạn tốc độ upload và download.Những giới hạn này được thiết lập bởi việc truyền một file cấu hình đến modem,thông qua TFTP khi modem thiết lập một kết nối đến thiết bị của nhà cung cấp

Một kênh truyền luồng xuống có thể điều khiển hàng trăm modem cable Khi

hệ thống phát triển, CMTS có thể được nâng cấp với nhiều port luồng lên và luồngxuống hơn Nếu mạng HFC rộng lớn, CMTS có thể được nhóm vào các hub để sựquản lý có hiệu quả

Một vài user thử vượt quá giới hạn băng thông và đạt được sự truy cập băngthông toàn bộ của hệ thống (thường là 30Mbps), bằng việc uploading file cấu hìnhriêng đến modem cable, một quá trình được gọi là không giới hạn (uncapping).Uncapping thường vi phạm đến sự thỏa thuận về các điều khoản dịch vụ

I.2.6 Hệ thống cung cấp dịch vụ internet trên cơ sở hạ tầng mạng truyền hình cáp

- Đây là một loại hình dịch vụ tương đối mới ở Việt Nam chúng ta, và hiện chỉđược cung cấp bởi số ít các ISP và nhà cung cấp dịch vụ truyền hình cáp Trước đây,

đã có 1 số nhà cung cấp đi tiên phong thử nghiệm trong lĩnh vực này Và hiện nay tạiViệt Nam đang phát triển mạnh loại hình dịch vụ này là EVNTelecom, MediaNet,VTC (Đang thử nghiệm)

- Về ý tưởng, loại hình dịch vụ này sẽ cho phép thuê bao thuộc mạng truyềnhình cáp có thể đồng thời truy cập được mạng Internet thông qua tuyến cáp đồng trục

đã được triển khai với tốc độ truy cập khá cao Khi ấy, thuê bao sẽ phải đầu tư một

modem chuyên dụng cho việc chuyển đổi tương ứng từ đường cáp truyền hình màmình đã đăng ký thuê bao (RG6) thì mới có thể truy cập được Internet

- Cần lưu ý là tín hiệu truy cập mạng Internet sẽ được chuyển giao trực tiếp từ

hạ tầng cung cấp dịch vụ của các nhà cung cấp dịch vụ trực tiếp sang tuyến cáp đồngtrục của nhà cung cấp dịch vụ truyền hình cáp trước khi đến máy tính đầu cuối, hoặc

hệ thống mạng LAN nội bộ của thuê bao Đây là điểm khác biệt của loại hình dịch vụnày so với các loại hình dịch vụ đòi hỏi sự tồn tại của 1 tuyến cáp đồng mà chúng tahiện đang cung cấp như đã giới thiệu bên trên

Như đã giới thiệu ở trên, dịch vụ truy nhập internet bằng quay số (Dial-up) đãlạc hậu do tốc độ chậm, không linh hoạt Chỉ sử dụng được dịch vụ internet khi khôngdùng thoại và ngược lại Thay thế vào đó, dịch vụ truy nhập internet băng rộng đãngày càng phổ biến trên khắp thế giới Chủ yếu là dịch vụ ADSL và Cable Modem

- Có thể kết nối lnternet và khai thác dịch vụ truyền hình cáp đồng thời trêncùng tuyến cáp đồng trục thuê bao đã có sẵn

- Cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ cao

- Dịch vụ được cung cấp trên một phần độc lập so với của hạ tầng cung cấpdịch vụ Internet hiện nay nên tình trạng nghẽn sẽ ít xảy ra trong khi thời gian đáp ứng

sẽ được cải thiện đáng kể

- Tối ưu hóa cho truy nhập Internet: Với điều chế QAM 64 (chiềuDownstream) hệ thống cable internet có thể đạt tốc độ download tới 36 Mbps VàQPSK (chiều Upstream) sẽ cho tốc độ upload lên đến 8Mbps

- Luôn sẵn sàng (Always on) : không tín hiệu bận, không thời gian chờ

- Tính cước theo lưu lượng dữ liệu gửi/nhận với giá cước rẻ Không sát thứcqua phương thức PPPoE mà sử dụng giao thức IPDR (Internet Protocol DetailRecord) để tính cước

- Thuê bao có thể kết hợp khai thác thêm nhiều loại hình dịch vụ giá trị giatăng khác như: Thoại, Video, VoIP…

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN HÌNH CÁP

II.1 Tổng quan về truyền hình cáp

Mạng truyền hình cáp bao gồm 3 thành phần chính: Hệ thống thiết bị tại trungtâm, hệ thống mạng phân phối tín hiệu và thiết bị thuê bao

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 sáttrạng 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 truyềntương 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 viễnthông 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 từtrung tâm mạng đến các thuê bao Tùy theo đặc trưng của mỗi hệ thống truyền hìnhcáp, môi trường truyền dẫn tín hiệu sẽ thay đổi: với hệ thống truyền hình cáp nhưMMDS môi trường truyền dẫn tín hiệu sẽ là sóng vô tuyến Ngược lại, đối với hệthống truyền hình cáp hữu tuyến (Cable TV) môi trường truyền dẫn sẽ là các hệ thốngcáp 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 hiệuphát ra từ các thiết bị trung tâm, điều chế, khuếch đại và truyền vào mạng cáp Cácthiết bị khác trong mạng có nhiệm vụ khuếch đại, cấp nguồn và phân phối tín hiệuhình 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

Hình 3: Cấu hình mạng truyền dẫn và phân phối tín hiệu

 Thiết bị tại nhà thuê bao

Với một mạng truyền hình cáp sử dụng công nghệ tương tự, thiết bị tại thuêbao có thể chỉ là một máy thu hình, thu tín hiệu từ mạng phân phối tín hiệu Với mạngtruyền hình cáp sử dụng công nghệ hiện đại hơn, thiết bị thuê bao gồm các bộ chia tínhiệu, 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

II.2 Mạng HFC (Hybrid fiber-coaxial network)

II.2.1 Khái niệm:

Mạng HFC (Hybrid Fiber/Coaxial network) là mạng lai giữa cáp quang và cápđồng trục, sử dụng đồng thời cáp quang và cáp đồng trục để truyền và phân phối tínhiệu Việc truyền tín hiệu từ trung tâm đến các node quang là cáp quang, còn từ cácnode quang đến thuê bao là cáp đồng trục

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

- Mạng truyền dẫn (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 vụcủa nó là truyền dẫn tín hiệu từ headend đến các khu vực xa Các Hub sơ cấp có chứcnăng thu/phát quang từ/đến các node quang và chuyển tiếp tín hiệu quang tới các Hubkhác

Mạng phân phối tín hiệu bao gồm hệ thống cáp quang, các Hub thứ cấp và cácnode quang Tín hiệu quang từ các Hub sẽ được chuyển thành tín hiệu điện tại cácnode quang để truyền đến thuê bao Ngược lại trong trường hợp mạng 2 chiều, tínhiệu điện từ mạng truy nhập sẽ được thu tại node quang và chuyển thành tín hiệuquang để truyền đến Hub về headend

Mạng truy nhập bao gồm hệ thống cáp đồng trục, các thiết bị thu phát cao tần

có nhiệm vụ truyền tải các tín hiệu cao tần RF giữa node quang và các thiết bị thuêbao Thông thường bán kính phục vụ của mạng con truy nhập tối đa khoảng 300m

Hình 4: Sơ đồ mạng HFCMạng truyền hình cáp bao gồm những thành phần chính sau đây:

- Headend: là trung tâm cung cấp tín hiệu truyền hình cho mạng

- Các Hub phân phối (distribution hub): đặt tại các Quận Huyện, kết nối vềHeadend bằng hệ thống cáp quang

- Các Node quang (Optical Node) thiết bị quang chuyển đổi tín hiệu trung giangiữa quang và RF, đặt tại các khu vực, kết nối về Hub phân phối bằng hệ thống cápquang

- HFC (Hybrid fiber-coaxial) là hệ thống mạng cáp gồm cáp quang và cápđồng trục Cáp đồng trục được sử dụng để truyền tín hiệu RF

- Bộ khuyếch đại (Amplifier): thiết bị khuếch đại tín hiệu RF, đối với các vị trí

ở xa node quang, lắp đặt thêm các bộ khuyếch đại dọc theo các tuyến cáp đồng trục đểđảm bảo tín hiệu thu tại phía khách hàng

II.2.2 Ưu nhược điểm của mạng HFC

- Sử dụng cáp quang để truyền tín hiệu, mạng HFC sẽ sử dụng các ưu điểmvượt trội của cáp quang so với các phương tiện truyền dẫn khác: Dải thông cực lớn,suy hao tín hiệu rất thấp, ít bị nhiễu điện từ, chống lão hóa và ăn mòn hóa học tốt Vớicác sợi quang được sản xuất với công nghệ hiện đại ngày nay, các sợi quang cho phéptruyền các tín hiệu có tần số lên tới hàng trăm THz (1014 ÷ 1015 Hz) Đây là dảithông tín hiệu vô cùng lớn, có thể đáp ứng mọi yêu cầu dải thông đường truyền màkhông một phương tiện truyền dẫn nào khác có thể có được

- Tín hiệu quang truyền trên sợi quang hiện nay chủ yếu nằm trong 2 cửa sổbước sóng quang là 1310 nm và 1550 nm Đây là 2 cửa sổ có suy hao tín hiệu rất nhỏ:0,3 dB/km với bước sóng 1310 nm và 0,2 dB/km với bước sóng 1550 nm Trong khi

đó với một sợi cáp đồng trục loại suy hao thấp nhất cũng phải mất 43 dB/km tại tần số

1 GHz

- Tín hiệu truyền trên sợi cáp là tín hiệu quang, vì vậy không bị ảnh hưởng bởicác nhiễu điện từ từ môi trường dẫn đến đảm bảo 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 cácvật liệu không bị ăn mòn hóa học dẫn đến tuổi thọ của sợi cao

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

Trước đây các mạng con truy nhập thường sử dụng các thiết bị tích cực là các

bộ khuếch đại tín hiệu nhằm bù suy hao cáp để truyền tín hiệu đi xa Theo kinhnghiệm của các nhà điều hành mạng cáp của châu Âu và châu Mỹ, trục trặc của mạngtruyền hình cáp phần lớn xảy ra do các bộ khuếch đại và các thiết bị ghép nguồn chochúng Các thiết bị này nằm rải rác trên mạng, vì thế việc định vị, sửa chữa thôngthường không thể thực hiện nhanh được nên ảnh hưởng đến chất lượng phục vụ kháchhàng của mạng Với các mạng truy nhập đồng trục, khi cung cấp dịch vụ 2 chiều, các

bộ khuếch đại cần tích hợp phần tử khuếch đại tín hiệu cho các tín hiệu ngược dòngdẫn đến độ ổn định của mạng giảm Hiện nay xu hướng trên thế giới đang chuyển dầnsang sử dụng mạng truy nhập thụ động, tại đó không sử dụng bất cứ một thiết bị tíchcực nào nữa, mà chỉ còn các bộ chia tín hiệu, các bộ ghép định hướng và các bộ tríchtín hiệu thụ động Một mạng HFC chỉ sử dụng các thiết bị cao tần thụ động được gọi

là mạng HFC thụ động HFPC (Hybrid Fiber/Passive Coaxial)

 Sử dụng mạng truy nhập thụ động hoàn toàn sẽ tạo ra các ưu điểmsau:

- Chất lượng tín hiệu được nâng cao do không sử dụng các bộ khuếch đại tínhiệu mà hoàn toàn chỉ dùng các thiết bị thụ động nên tín hiệu tới thuê bao sẽ không bịảnh hưởng của nhiễu tích tụ do các bộ khuếch đại

- Sự cố của mạng sẽ giảm rất nhiều dẫn đến tăng độ ổn định và chất lượngphục vụ mạng vì trục trặc của mạng truyền hình cáp phần lớn xảy ra do các bộ khuếchđại và thiết bị ghép nguồn cho chúng

- Các thiết bị thụ động đều có khả năng truyền tín hiệu theo 2 chiều vì thế độ

ổn định của mạng vẫn cao khi cung cấp dịch vụ 2 chiều

- Sử dụng hoàn toàn các thiết bị thụ động sẽ giảm chi phí rất lớn cho việc cấpnguồn bảo dưỡng, thay thế và sửa chữa các thiết bị tích cực dẫn đến giảm chi phí điềuhành mạng

- Nếu sử dụng mạng đồng trục thụ động, số lượng thuê bao tại một node quang

sẽ giảm đi, dẫn đến dung lượng đường truyền cho tín hiệu hướng lên sẽ tăng lên, tạo

ra khả năng cung cấp tốt các dịch vụ 2 chiều tốc độ cao cho thuê bao

 Tuy nhiên, mạng truy nhập cáp đồng trục thụ động HFPC cũng cómột số nhược điểm sau:

- Do không sử dụng các bộ khuếch đại tín hiệu cao tần, tín hiệu suy hao trêncáp sẽ không được bù dẫn đến hạn chế lớn bán kính phục vụ của mạng

- Do không kéo cáp đồng trục đi xa, số lượng thuê bao có thể phục vụ bởi mộtnode quang có thể giảm đi Để có thể phục vụ số lượng thuê bao lớn như khi sử dụngcác bộ khuếch đại tín hiệu, cần kéo cáp quang đến gần thuê bao hơn và tăng số nodequang dẫn đến tăng chi phí rất lớn cho mạng

Hình 5: Sơ đồ mạng HFPC

Như đã trình bày ở trên, ưu điểm của mạng này là nhược điểm của mạng kia.Tuỳ thuộc vào mô hình kinh tế, điều kiện địa lý để áp dụng loại mạng nào cho phùhợp Nếu xét trong cùng một phạm vi phục vụ, mạng HFPC yêu cầu số lượng nodequang lớn hơn mạng HFC Vì vậy:

- Trong điều kiện mạng quang đã có sẵn, nên chọn phương án xây dựng mạngHPFC nhằm mục đích giảm chi phí đầu tư cho mạng đồng trục, đẩy nhanh tốc độ triểnkhai mạng, nâng cao chất lượng tín hiệu và hiệu quả khai thác

- Trong điều kiện mạng quang còn hạn hẹp, nên chọn phương án xây dựng mạngHFC Khi đó, để đẩy nhanh tốc độ mở rộng mạng phải vươn dài mạng đồng trục bằngcách sử dụng các bộ khuếch đại cao tần

Đối với tình hình nước ta hiện nay thì cấu trúc mạng HFC hợp lý hơn vì ở ViệtNam mạng truyền hình cáp vẫn đang còn mới mẻ, mạng mới được đưa vào sử dụngtrong khoảng thời gian ngắn nên cơ sở hạ tầng còn thiếu thốn Hệ thống mạng hầunhư phải kéo mới nên để giảm chi phí lắp đặt cho cả nhà khai thác lẫn các thuê bao thìmạng HFC là hợp lý nhất

CHƯƠNG III: CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRONG MẠNG

TRUYỀN HÌNH CÁP

III.1 CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRONG MẠNG CÁP QUANG

III.1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Headend

III.1.1.1 Sơ đồ khối cơ bản của Headend

1/ Khối RF/IF là khối chuyển đổi từ tín hiệu cao tần (RF) của truyền hìnhquảng bá lên tín hiệu trung tần (IF) của hệ thống truyền hình cáp (hay còn gọi là bộupconverter).

2/ Khối thu tín hiệu vệ tinh là khối có chức năng chuyển đổi từ tín hiệu vệ tinh(là hai tín hiệu audio và video tách biệt) có tần số cao xuống tín hiệu trung tần (IF)của hệ thống truyền hình cáp (gọi là bộ downconverter)

3/ Khối IF/IF là bộ lọc trung tần có chức năng lọc đúng tần số của kênh truyềnhình cần thu

4/ Khối IF/RF là khối chuyển đổi từ tín hiệu trung tần lên tín hiệu cao tần trongdải tần của hệ thống truyền hình cáp để ghép kênh và truyền lên mạng đến thuê bao

5/ Khối combiner là khối kết hợp kênh hay còn gọi là khối ghép kênh nó cóchức năng ghép các kênh truyền hình thu được từ truyền hình quảng bá và từ vệ tinhvào một dải tần đường xuống (65MHz ~ 862MHz) của hệ thống truyền hình cáp theophương thức ghép kênh theo tần số (FDM)

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

7/ Máy phát quang có chức năng chuyển đổi từ tín hiệu điện thành tín hiệuquang và ghép nó vào sợi quang để truyền đi

Hình 6: Trung tâm Headend

III.1.1.2 Nguyên lý hoạt động của Headend

Các chương trình quảng bá mặt đất (VTV1, VTV2, VTV3, …) được thu quacác anten VHF (very hight friquency), mỗi một kênh truyền hình được thu qua mộtanten riêng, các kênh truyền hình thu được sau đó đưa vào khối chuyển đổi từ tín hiệucao tần RF thành tín hiệu trung tần IF (upconverter) Lúc này tín hiệu thu được từ mỗianten là một dải tần bao gồm kênh tín hiệu cần thu và các kênh tín hiệu khác lọt vào(ví dụ: anten VHF cần thu kênh VTV3 nhưng trong tín hiệu thu được có cả các kênhkhác như HTV, VTV2) Tín hiệu trung tần chung này được đưa qua bộ lọc trung tần

để lọc lấy kênh tín hiệu cần thu (VTV3) Mỗi bộ lọc trung tần được điều chỉnh để chỉthu một kênh tín hiệu Tín hiệu trung tần ra khỏi bộ lọc chỉ có một kênh duy nhất Cáckênh tín hiệu này sẽ được đổi lên tần số RF qua bộ chuyển đổi IF/RF để được tín hiệu

RF nằm trong dải tần đường xuống của mạng CATV Sau đó tín hiệu RF này đượcđưa vào bộ kết hợp (combiner 16:1) để ghép kênh với các kênh tín hiệu khác theophương thức ghép kênh theo tần số (FDM: Friquency Division Multiplexing)

Các tín hiệu vệ tinh được thu qua anten parabol là các tín hiệu truyền hình baogồm nhiều kênh ghép lại với nhau, để tách các kênh này ra thành các kênh độc lập thì

chúng được chia thành nhiều đường bằng các bộ chia vệ tinh Sau đó mỗi đường sẽđược đưa vào bộ thu vệ tinh (downconverter) để chuyển từ tần số cao thành tần sốthấp, tín hiệu ra khỏi bộ thu là tín hiệu A/V Đây chưa phải là tín hiệu mà CATV cầnnên sau đó chúng được đưa vào bộ chuyển đổi A/V thành IF Tín hiệu ra là tín hiệu IFtrộn cả Audeo và Video Tín hiệu trung tần này vẫn là sự kết hợp của nhiều kênh tínhiệu, để lấy ra một kênh theo yêu cầu thì chúng được đưa qua bộ lọc trung tần giốngnhư khi thu các chương trình truyền hình quảng bá và tín hiệu ra là kênh tín hiệu cầnthu Các kênh này tiếp tục được đưa vào bộ chuyển đổi IF/RF để được tín hiệu RFnằm trong dải tần CATV Sau đó được đưa vào combiner 16:1 để ghép kênh với cáckênh truyền hình khác thu từ vệ tinh và các kênh truyền hình quảng bá trong dải tầnđường xuống (70MHz ~ 862MHz) Tín hiệu ra là tín hiệu RF đã ghép kênh bao gồmnhiều kênh được ghép lại với nhau Tín hiệu này đã có thể đưa vào máy thu hình củathuê bao giải mã và xem được, nhưng để truyền đi xa và theo nhiều hướng khác nhauthì nó được đưa vào bộ khuếch đại để khuếch đại lên sau đó chia ra bằng bộ chia tínhiệu cao tần (bộ chia ký hiệu ISV hoặc IS) Tín hiệu sau bộ chia mỗi đường được đưavào một máy phát quang, tại đây tín hiệu RF được chuyển thành tín hiệu quang vàghép vào sợi quang để truyền đến thuê bao qua mạng HFC.

III.1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy phát quang

III.1.2.1 Cấu tạo

Hình 7: Sơ đồ khối máy phát tín hiệu quangMáy phát quang bao gồm 3 khối chính như sau:

+ Bộ lập mã có chức năng chuyển các mã đường truyền khác nhau (RZ, NRZ,AMI…) thành mã đường truyền thích hợp trên đường truyền quang, thường là mãManchester

+ Bộ điều khiển có chức năng chuyển tín hiệu vào biểu diễn theo áp thành tínhiệu biểu diễn theo dòng phù hợp với nguồn laser Vì nguồn laser chỉ làm việc với tínhiệu dòng

+ Nguồn quang trong trường hợp này dùng nguồn laser loại phân bố phản hồi(DFB) để nâng cao chất lượng tín hiệu

III.1.2.2 Hoạt động của máy phát quang

Tín hiệu cao tần RF qua bộ lập mã (nếu là tín hiệu số thì nó sẽ được chuyển đổi

mà đường truyền hiện tại thành mã đường truyền thích hợp cho đường truyền quangthường là mã Manchester) sau đó tín hiệu được đưa vào bộ điều khiển để chuyển tínhiệu điện áp thành tín hiệu dòng bơm thích hợp cho nguồn laser và nguồn laser có

chức năng chuyển tín hiệu điện đó thành tín hiệu ánh sáng và ghép vào sợi quang qua

bộ nối

III.1.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của node quang

III.1.3.1 Sơ đồ khối của node quang 4 cổng ra

III.1.3.2 Cấu tạo của node quang bao gồm các khối cơ bản sau:

(01) Khối thu quang có chức năng thu tín hiệu từ tuyến đến và sau đó chuyểnthành tín hiệu cao tần (RF)

(02) Khối khôi phục tín hiệu: khối này bao gồm các bộ chia tín hiệu, bộ suyhao (pad), bộ khuếch đại, chúng Có chức năng lần lượt là chia đều tín hiệu cho cáccổng khác, điều chỉnh 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) Khối Diplexer ba cổng: có chức năng rẽ tín hiệu đường xuống và đườnglên Tín hiệu có đường xuống sẽ đi theo cổng H (Hight) còn đường lên sẽ theo cổng 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 cổng theo hướng lên (Hướngtrở về trung tâm)

01

0302

06 TP1

RF1

0708

RF2

RF3

RF4

TP2

TP3

TP4

Hình 8: Sơ đồ khối của node quang 4 cổng ra

TP (Test Point): là đầu kiểm tra,tại mỗi đầu ra sẽ có một đầu kiểm tra tín hiệuđược trích ra bằng khối chia tín hiệu.

III.1.3.3 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 hướngvào hai khối tương tự nhau Tại đây tín hiệu được khôi phục lại nhờ bộ cân chỉnh vàkhuếch đại lên đưa vào bộ chia, tín hiệu lại tiếp tục được chia thành hai hướng vào bộkhuếch đại công suất trước khi đưa ra cổng Tín hiệu hướng xuống đi qua khốiDiplexer sẽ đi qua cổng H ra cổng ra Còn tín hiệu cao tần hướng lên (đi từ phía thuêbao) sẽ đi qua cổng L vào khối Combiner và được kết hợp với tín hiệu đến từ cáccổng khác qua bộ lọc, bộ lọc sẽ lọc lấy khoảng tín hiệu trong băng tần hướng lên(5MHz ÷ 65MHz) sau đó được khuếch đại và được đưa vào khối phát quang Tại đâytín hiệu cao tấn (RF) sẽ được chuyển thành tín hiệu quang qua điôt điện quang đểtruyền về trung tâm trên các sợi cáp hướng lên

III.1.3.4 Chức năng của node quang

Chức năng chính của node quang là chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệucao tần (RF) và ngược lại Đồng thời nó cũng khuếch đại tín hiệu và cân chỉnh lại tínhiệu tương tự như tín hiệu tại máy phát Vì tín hiệu khi truyền trên sợi quang bị suyhao và các xung bị giãn ra do hiện tượng tán sắc của sợi quang mà đặc biệt là truyềntrên sợi đơn mode nên sự ảnh hưởng này lại càng lớn Chúng làm suy giảm chất lượngtín hiệu vì vậy cần cân chỉnh và khuếch đại Tín hiệu vào của node quang nằm trongkhoảng –2.5dBm ÷ +2dBm và tín hiệu ra thông thường của một node quang trongkhoảng 108dBµV Khoảng bước sóng hoạt động là từ 1270 ÷1550nm, trong truyềnhình cáp dùng cửa sổ quang 1310nm để có suy hao trên sợi quang thấp

III.1.4 Sợi quang

III.1.4.1 Cấu tạo và dạng của sợi quang

Hình 9: Cấu tạo của sợi quang

Để truyền lan được ánh sáng, một sợi quang cơ bản có cấu tạo như hình trên.Mặc dù trên thực tế, sợi quang có thể có nhiều lớp nhưng chỉ có hai lớp cơ bản là lớplõi (core) và lớp vỏ (cladding) đóng vai trò quan trọng trong quá trình truyền lan ánhsáng Cả lớp lõi và lớp vỏ được chế tạo từ thuỷ tinh Silic, tuy nhiên chúng có chiết

xuất khác nhau, lõi có chiết xuất lớn hơn vỏ để đảm bảo điều kiện phản xạ để có thểduy trì việc truyền lan ánh sáng bên trong lõi sợi quang Chênh lệch chiết xuất giữalớp lõi và lớp vỏ thường khoảng một vài phần trăm Hầu hết các loại sợi quang đều cóđường kính lớp vỏ khoảng 125µm Bên ngoài lớp vỏ này thường là một vài lớp bọcbảo vệ để tránh sự tác động cơ học vào sợi gây biến đổi các đặc tính cơ lý của sợi.

III.1.4.2 Sợi đơn mode và sợi đa mode

Khi ánh sáng truyền lan bên trong lõi của một sợi quang phụ thuộc vào hệ sốkhúc xạ của lõi (hệ số khúc xạ là hằng số hoặc thay đổi), có thể có các phân bố trườngđiện từ khác nhau qua mặt cắt của sợi Mỗi một phân bố thường thoả mãn phươngtrình Maxwell và các điều kiện biên tại mặt phân cách lõi-vỏ được gọi là một modequang (Transverse mode) Các mode khác nhau truyền lan dọc trên sợi quang ở cácvận tốc khác nhau Sợi quang cho phép lan truyền chỉ một mode duy nhất được gọi làsợi quang đơn mode (single mode fiber) Sợi quang cho phép truyền lan nhiều modeđồng thời được gọi là sợi quang đa mode (Multimode fiber)

III.1.4.3 Các nguyên nhân gây nên suy hao

Có 4 yếu tố gây suy hao cơ bản như sau:

1 Suy hao hấp thụ của vật liệu: ánh sáng truyền lan trong sợi quang bị hấp thụ

do các vật liệu sợi và được biến đổi thành nhiệt gây nên suy hao mà không lọt ánhsánh ra ngoài Có hai dạng suy hao hấp thụ vật liệu cơ bản là suy hao do bản thân sợiquang và suy hao do có tạp chất trong thuỷ tinh chế tạo sợi quang Suy hao do bảnthân vật liệu sợi là do các cộng hưởng nguyên tử của vật liệu sợi

2.Suy hao do tán sắc: Có 4 loại suy hao tán sắc trong sợi quang là Rayleigh,

Mie, Brillouin và Raman mà trong đó quan trọng nhất là suy hao do tán sắc Rayleigh

3 Suy hao uốn cong: Tín hiệu trong sợi quang còn chịu suy hao bức xạ tại các

điểm uốn cong bởi các mode vi phân được tạo ra Trong thực tế, suy hao uốn congkhông đáng kể trừ khi bán kính uốn cong sợi quá nhỏ, do vậy thường bỏ qua suy haouốn cong này Tuy nhiên khi tuyến truyền dẫn quang dài và có nhiều điểm uốn congthì suy hao do uốn cong có thể đáng kể Khi đó cần sử dụng các sợi có đường kínhtrường mode nhỏ hơn để giảm suy hao uốn cong

4 Suy hao ghép nối và mối hàn

Tín hiệu quang còn bị suy hao tại điểm kết nối giữa hai sợi bằng bộ ghép nốihoặc mối hàn Suy hao này gây ra bởi nhiều nguyên nhân sau đây:

- Suy hao bởi các yếu tố bên ngoài:

+ Không đồng tâm giữa hai lõi sợi

+ Mặt cắt sợi bị nghiêng

+ Có khe hở giữa hai đầu sợi được nối với nhau

+ Bề mặt đầu sợi không phẳng

- Suy hao bởi các yếu tố nội tại:

+ Lõi sợi bị elip

+ Không tương thích về chiết xuất

+ Không đồng nhất về đường kính trường mode

Thông thường suy hao nối ghép khoảng 0.2dB và suy hao mối nối khoảng0.05dB

III.2 CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRONG MẠNG CÁP ĐỒNG TRỤC

III.2.1 Các bộ khuếch đại RF (Radio Friquency)

Các bộ khuếch đại đường truyền bù lại suy giảm tín hiệu, chúng đóng vai tròquan trọng khi thiết kế hệ thống Mỗi bộ khuếch đại có chứa một bộ ổn định để bù lạisuy giảm ở các tần số khác nhau Trong hệ thống truyền hình cáp thường sử dụng bộkhuếch đại cầu Với trở kháng lớn, tín hiệu từ đường trung chuyển có thể được lấy ra

mà không ảnh hưởng đến chất lượng toàn bộ kênh truyền Yêu cầu đối với bộ khuếchđại là ổn định phải cao do có sự tích luỹ độ suy hao của nhiều thành phần mắc nốitiếp :

- Chúng phải làm việc được trên mọi phạm vi dải tần rộng, hệ số khuếch đại phảiđạt được giá trị phù hợp tại các miền tần số cao

- Bộ ổn định có khả năng bù lại suy giảm theo tần số một cách phù hợp

- Bộ khuếch đại có đặc tuyến tuyến tính cao để tránh xuyên âm

- Tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại và đặc tuyến tần số để bù lại sự thay đổi

 Bộ khuếch đại trung kế

 Bộ khuếch đại fidơ

 Bộ khuếch đại đường dây

III.2.1.1 Bộ khuếch đại trung kế

Được đặt tại điểm suy haolên tới 20 ÷ 22dB tính từ bộ khuếch đại trước đó,mức đầu ra thường khoảng 30 ÷ 36dBmV

 Ưu điểm:

Mức CNR cao (<80dB) đặc biệt là đối với kênh truyền hình tần số cao(>300MHz) Vì cáp đồng trục khi truyền dẫn tổn hao phụ thuộc nhiều vào tần số nênbiên độ tín hiệu Video phát đi cần phải được giữ cân bằng nhằm duy trì sự đồng đềutrong toàn vùng phổ tín hiệu RF đã phát Các bộ giữ cân bằng đường xuống được thiết

kế để bù cho các đoạn cáp đồng trục có độ dài cố định Bằng cách tăng suy hao ở tần

số thấp, bộ cân bằng cho phép các bộ khuếch đại trung kế duy trì mức khuếch đạithích hợp với từng khoảng tần số trong phổ tín hiệu truyền dẫn Ngoài ra, một số bộkhuếch đại trung kế còn được trang bị bộ cân bằng dự đoán trước (Bode Equalizer) để

bù tổn hao cáp gây ra do sự thay đổi của nhiệt độ:

Hình 10: Sơ đồ khối đơn giản bộ khuếch đại trung kếCác bộ khuếch đại trung kế thường dùng mạch tự điều chỉnh hệ số khuếch đại(AGC: Automatic Gain Control) Khoảng điều chỉnh chênh lệch mức khuếch đạithường trong khoảng 6 ÷ 10dB Các khối AGC trong bộ khuếch đại trung kế tách tínhiệu mẫu của các kênh hoa tiêu tại đầu ra bộ khuếch đại, tín hiệu mẫu này thườngđược dùng để tạo ra mức điện áp phù hợp để điều khiển mức khuếch đại (Gain) và độdốc (Slope) đặc tuyến của bộ khuếch đại, các tần số hoa tiêu chuẩn khác nhau đối vớitừng nhà sản xuất Tất cả các bộ khuếch đại trong truyền hình cáp đều dùng một sốmạch khuếch đại đẩy kéo để giảm thiểu hài méo bậc hai

III.2.1.2 Bộ khuếch đại fidơ

Được sử dụng không chỉ để phát xuống nhữnh kênh tín hiệu Video tới các bộkhuếch đại trung kế mà còn chia tín hiệu tới các fidơ cáp khác nhau (thường là 4 cápfidơ) Mức tín hiệu ra thường khoảng 40 ÷ 50dBmV (cao hơn 12dB so với bộ khuếchđại trung kế) Tuy nhiên, đầu ra có méo phi tuyến mức độ cao hơn so với bộ khuếchđại trung kế

III.2.1.3 Bộ khuếch đại đường dây

Khoảng cách giữa các bộ khuếch đại này khoảng 120m ÷ 130m, đặt ở phía gầnthuê bao Để giảm hiệu ứng méo phi tuyến ở tín hiệuVideo phát đi cũng như duy trì sự

đồng đều trong toàn dải tần tín hiệu, tối đa chỉ sử dụng 2 ÷ 4 bộ khuếch đại đườngdây, tuỳ thuộc vào số lượng Tap (bộ trích tín hiệu) giữa các bộ khuếch đại đường dâydải rộng Trong các hệ thống CATV hai chiều có sử dụng một thiết bị đăc biệt là bộlọc Diplexer cho phép tách riêng tín hiệu đường lên và đường xuống Tại các hệ thốngtruyền hình cáp tại Bắc Mỹ các kênh tín hiệu đường lên được đặt ở dải tần số 5 ÷65MHz Dải tần số tín hiệu đường xuống là 70 ÷ 862MHz Diplexer có độ cách lygiữa các dải tần khoảng 60dB.

Hình 11: Minh họa đơn giản một DiplexerDiplexer là một thiết bị có ba cổng: cổng H, Cổng L, Cổng chung C Đường từcổng chung C tới cổng thấp L là một bộ lọc thông thấp cho phép tín hiệu đường lên ởbăng tần thấp hơn được phát đi Đường đi từ cổng chung C tới cổng cao H là một bộlọc thông cao cho phép phát các kênh tín hiệu đường xuống Trong một bộ khuếch đạiđường dây (khuếch đại trung kế và khuếch đại cầu) các tín hiệu đường xuống chuyểnqua cổng H, tín hiệu đường lên chuyển qua cổng L

III.2.2 Bộ chia và rẽ tín hiệu

Sơ đồ đơn giản của bộ rẽ tín hiệu Tap cổng ra suy hao 20dB:

Hình 12: Sơ đồ đơn giản của bộ rẽ tín hiệu Tap cổng ra suy hao 20dB

- Tap được sử dụng để đưa tín hiệu tới các thuê bao Một Tap điển hìnhbao gồm một khối ghép định hướng RF và các khối chia công suất

- Khối ghép định hướng rẽ ra một phần năng lượng tín hiệu đầu vào, còncác khối chia công suất (Spliter) chia tín hiệu tới thường là 2,4,8 cổng ra Công suấttổn hao giữa cổng vào so với cổng ra gọi là suy hao xen (Insertion Loss), còn với cáccổng ra khác (cổng rẽ) gọi là suy hao cách ly (Isolation Loss).

- Suy hao xen của Tap thường độc lập với tần số và nhiệt độ

- Suy hao cách ly lớn hơn rất quang trọng đối với các hệ thống CATV haichiều để ngăn tín hiệu đường lên của một thuê bao này lọt vào tín hiệu đường xuốngcủa thuê bao khác Thông thường suy hao cách ly vào khoảng 20dB giữa dải tầnđường lên và đường xuống

- Tap được đặc trưng bởi giá trị rẽ, được đánh giá bằng tỉ lệ giữa côngsuất ra và công suất tín hiệu vào Giá trị rẽ thường trong khoảng 4 ÷ 35dB

III.2.3 Cáp đồng trục

Cáp đồng trục được sử dụng rộng rãi cho việc phân phối tín hiệu các trươngtrình truyền hinh

Hình 13: Cấu tạo cáp đồng trụcPhần lõi của dây dẫn trong thường làm bằng đồng với điện trở nhỏ thuận lợicho việc truyền dòng điện cường độ cao Lớp vỏ ngoài cáp và phần lõi trong thườnglàm bằng nhôm Vật liệu giữa hai lớp nhôm thường là nhựa Giữa lõi và phần ngoài

có các túi không khí để giảm khối lượng và tránh thấm nước Ngoài cùng là một lớp

vỏ bọc chống các tác động cơ học

Đường kính tiêu chuẩn của cáp là 0.5; 0.75; 0.85 và 1 inch, trở kháng đặc tínhcủa cáp thường là 75Ω Tín hiệu sẽ bị suy giảm khi truyền theo chiều dài của cáp.Lượng suy giảm phụ thuộc vào đường kính cáp, tần số, hệ số sóng đứng và nhiệt độ

III.2.3.1 Suy hao do phản xạ

Suy hao do phản xạ là đại lượng được đo bằng độ khác biệt của trở kháng đặctính cáp so với giá trị danh định Nó bằng tỷ số giữa công suất tới trên công suất phảnxạ:

Lr[dB] = 10log[dB]

Khi trở kháng thực hiện càng gần với giá trị danh định, công suất phản xạ càngnhỏ và suy hao phản xạ càng nhiều Khi phối hợp lý tưởng ta có Pr = 0 Tuy nhiên,trong thực tế giá trị Lr vào khoảng 28dB ÷ 32dB Nếu suy hao phản xạ quá nhỏ, phảnhồi sẽ xuất hiện trên đường dây và sẽ tạo nên tín hiệu có tiếng ù.

Hình 14: Phần cáp đồng trục trong kiến trúc và nhánh trong mạng HFC

Các loại cáp và các loại bộ khuếch đạiCáp trung kế: Đường kính từ 0.5 ÷ 1 inch dùng truyền tín hiệu bắt đầu từ nodequang Tổn hao truyền dẫn đối với loại cáp 1 inch là 0.89dB/100m ở tần số 50MHz và3.97dB/100m ở 750MHz

Cáp fidơ được sử dụng nối giữa các bộ khuếch đại đường dây và các bộ chiatín hiệu, còn cáp thuê bao có đường kính nhỏ hơn cáp fidơ dùng để kết nối từ các bộchia tới thiết bị thuê bao Vị trí lắp đặt trong mạng được chỉ trong hình 14.

CHƯƠNG IV: TỔNG QUAN VỀ INTERNET TRÊN MẠNG

TRUYỀN HÌNH CÁP

IV.1 Tổng quan về Internet trên mạng truyền hình cáp

Hình 15: Sơ đồ Internet trên mạng cáp truyền hình

IV.2 MÔ HÌNH HỆ THỐNG.

Để đưa được tín hiệu internet vào trong mạng HFC người ta sử dụng một thiết

bị đặc biệt được gọi là CMTS (Cable Modem Terminal System) Hệ thống máy chủProvision cung cấp các dịch vụ như DHCP, TOD, TFTP cho các modem …

IV.2.1 Các thành phần của 1 CMTS PoP

- Thiết bị giao tiếp với mạng truyền hình cáp (HFC), được gọi là CMTS –Cable Modem Terminator System

- Switch quang lớp 2, 3: đây là Switch trung tâm phân phối dịch vụ đến cácHub, Switch này gồm 1 giao diện quang Gigabite Ethernet kết nối về gateway Internetcủa nhà cung cấp dịch vụ và các giao diện quang FE/GE để tập trung các kết nốiquang từ các Hub về POP Switch này cung cấp giao diện quang kết nối cho các thiết

bị tại POP như server quản lý cấu hình

- Hệ thống Firewall cho người dùng và server quản lý cấu hình

- Server quản lý cấu hình: dùng để cài đặt phần mềm quản lý và cấu hình

- Phần mềm quản lý và cấu hình gồm các module:

+ DHCP – Dynamic host configuration protocol: cung cấp địa chỉ IP cho ngườidùng.

+ DNS – Dynamic name system: phân giải tên miền sang địa chỉ IP

+ TFTP – Trivial File Transfer Protocol: phục vụ cho việc cấu hình chomodem cáp người dùng

IV.2.2 Các chức năng của 1 CMTS PoP

- Là nơi cung cấp các giao tiếp RF cho Cable Modem của khách hàng thuê baodịch vụ kết nối về hệ thống trung tâm

- Là nơi cung cấp các thông số về dịch vụ cho thuê bao đầu cuối

- Là nơi chứng thực tính hợp lệ của thuê bao đầu cuối

- Là nơi tiếp nhận các yêu cầu kết nối Internet của thuê bao đầu cuối

- Là nơi phát khởi việc tính cước theo từng gói dịch vụ của thuê bao đầu cuối

IV.2.3 Các thành phần chính của PoP cung cấp dịch vụ

- Trong mô hình PoP CMTS cung cấp dịch vụ Internet trên nền mạng HFC, córất nhiều các phần tử thành viên Mỗi 1 thành phần sẽ đảm nhận 1 chức năng khácnhau, và tất cả sẽ họat động phối hợp với nhau trong tác vụ để chuyển giao dịch vụ Ởđây, chúng tôi xin phép được giới thiệu về vai trò của từng thành phần như sau:

 Thiết bị CMTS: là thiết bị phân phối dịch vụ đến người dùng thông quamodem cáp, thực chất CMTS là một bộ định tuyến băng thông rộng được thiết kếchuyên biệt cho môi trường cáp

 Thiết bị phát quang RF: chuyển đổi tín hiệu điện luồng xuống(downstream) (RF) sang quang để phát tín hiệu từ CMTS về node quang

 Thiết bị thu quang RF: chuyển đổi tín hiệu quang luồng lên (Upstream)

từ node quang gởi về CMTS sang tín hiệu điện (RF)

 Bộ ghép kênh quang: ghép 2 bước sóng 1550nm (tín hiệu truyền hình)

và bước sóng 1310nm (tín hiệu Internet)

 Bộ cộng tín hiệu RF: cộng tín hiệu truyền hình cáp và tín hiệu Internet

đến các trạm tiếp nhận, gọi là Fiber Node(FN) Mỗi một FN đều sẽ được đấu nối bằngcáp RF về các Upstream interface trên CMTS

IV.2.3.2 Thiết bị máy chủ cài đặt phần mềm CNR – Cisco Network Registrar

- Trong vận hành của hạ tầng Cable Internet thì vai trò của phần mềm CNR là

vô cùng quan trọng Nó sẽ chi phối đến gần như toàn bộ quá trình đăng nhập và khaithác dịch vụ của modem cáp kết cuối CNR có thể được cài trên máy chủ chạy hệ điềuhành Windows hoặc Sun Solaris Máy chủ được cài đặt CNR tạm gọi là máy chủCNR Các chức năng chính của máy chủ CNR là :

- Phối hợp chứng thực các modem cáp kết cuối

- Cấp phát file chứa thông số kiểm soát cho phép modem cáp kết cuối đượcphép khai thác dịch vụ qua giao thức TFTP Những file này được gọi là DOCSISCofiguration File

- Cấp phát địa chỉ IP cho modem cáp và thiết bị CPE gắn phía sau modem

- Đồng bộ về thời gian cho toàn hệ thống Thông thường người ta thường haychọn cài đặt phần mềm CNR lên các máy chủ Sun để nhằm khai thác tính năng Time

of Day (ToD) có sẵn trên những server của hãng Sun Microsystems

- Thực thi chức năng cấp phát tên miền theo từng khu vực

- Phối hợp với hệ thống máy chủ Billing để thực hiện việc tính cước

IV.2.3.3 Máy chủ LDAP và máy chủ Billing

- Đây là nhóm thiết bị cũng khá quan trọng mà hầu hết các hạ tầng cung cấpdịch vụ đều cần phải có Công ty có thể tự xây dựng máy chủ LDAP trên nềnOpensource, cũng như tự thiết kế phần mềm tính cước phù hợp đặc thù riêng chonhóm máy chủ Billing

IV.2.3.4 Thiết bị Internet gateway

- Về lý thuyết, Internet gateway là thiết bị dùng để đấu nối PoP CMTS, trongtrường hợp nó được đặt ở xa, thông qua mạng trục truyền dẫn EVN, về cửa ngõ đi raInternet Trong trường hợp này của chúng ta, WAN gateway có thể đơn thuần là 1 bộchuyển mạch hoặc router trong mạng cục bộ tại PoP CMTS được triển khai nói trên

IV.2.3.5 Thiết bị modem cáp kết cuối – Cable Modem

- Đây là nhóm thiết bị gắn trực tiếp với thuê bao đầu cuối Mỗi 1 CableModem đều có sẵn cổng giao tiếp RF với mạng HFC và cổng RJ-45 để giao tiếp vớithiết bị máy tính kết cuối cục bộ, gọi là CPE

IV.2.3.5.1 Lắp đặt Modem cáp

Hình 16: Sơ đồ khối vị trí lắp đặt modem cápTrên cơ sở mạng cáp TV, khi lắp đặt modem cáp cần có thêm bộ tách và cápmới để nối modem cáp với bộ tách và máy tính PC (hoặc thiết bị khác).

Bộ tách có chức năng tách tín hiệu truyền hình và dữ liệu riêng rẽ Tín hiệutruyền hình đi vào máy thu hình (TV) hoặc đầu video (VCR) Tín hiệu từ mạngInternet đi vào modem cáp Như vậy trên cáp đồng trục có thể truyền đồng thời tínhiệu truyền hình và dữ liệu

IV.2.3.5.2 Cấu tạo của modem cáp

Hình 17: Sơ đồ khối cấu tạo modem cáp

- Khối điều chỉnh: Điều chỉnh kênh TV tới tần số cố định (6- 40 MHz)

- Khối Demod và Err Cor: Chuyển đổi A/D, giải điều chế tín hiệu luồngxuống, hiệu chỉnh lỗi và đồng bộ các khung tín hiệu MPEG

- Khối MAC: Khối này được gọi là điều khiển truy nhập môi trường, cócác chức năng tách dữ liệu từ khung MPEG của luồng xuống, lọc dữ liệu cho cácmodem, vận hành các giao thức, gán tần số và tốc độ dữ liệu cũng như chỉ định khethời gian dành cho luồng lên, đồng bộ thời gian

- Khối điều chế: Điều chế tín hiệu luồng lên, chuyển đổi tần số, chuyểnđổi D/A…

- Khối giao diện: Có các loại giao diện như PCI bus, bus nối tiếp đa năng(USB) và Ethernet

- Dữ liệu luồng xuống qua các khối: Điều chỉnh, giải điều chế và hiệuchỉnh lỗi, MAC và khối giao diện Dữ liệu luồng lên qua các khối: Giao diện, MAC,điều chế và điều chỉnh.

IV.2.3.5.3 Luồng lên và luồng xuống

Để có thể truyền dữ liệu theo hai chiều, tại nhà khách hàng lắp đặt modem cáp

và tại đầu cuối trung tâm của mạng cáp truyền hình lắp đặt hệ thống đầu cuối modemcáp (CMTS) CMTS một mặt điều khiển các modem cáp, mặt khác nối mạng cáptruyền hình tới mạng Internet Hai thiết bị này được kết nối với nhau bằng cáp đồngtrục hoặc cáp quang lai cáp đồng trục như hình 18

Hình 18: Kết nối giữa modem cáp và CMTS

 Luồng xuống: Luồng xuống là luồng dữ liệu truyền từ CMTS tới các

modem cáp Nó là một kênh TV có độ rộng 6 MHz đối với tiêu chuẩn của USA hoặc

8 MHz đối với tiêu chuẩn EU, kênh này nằm trong giải tần từ 85 đến 862 MHz củacáp đồng trục và phục vụ tối đa cho 2000 modem cáp Tại CMTS, bộ điều chế sửdụng phương thức điều chế 64-QAM/256-QAM (điều biên cầu phương 64 hoặc 256trạng thái) Tốc độ truyền dữ liệu là 27 đến 56 Mbit/s Dữ liệu được truyền tải nhờsóng mang tần số radio (RF) liên tục Tại modem cáp tiến hành giải điều chế đểchuyển tín hiệu RF thành tín hiệu số

Khuôn dạng tín hiệu luồng xuống như hình 19a Dữ liệu luồng xuống được sắpxếp thành khung phù hợp với tiêu chuẩn MPEG-TS Đây là một khối tin có 188 byte,gồm byte đồng bộ cố định đứng đầu khung và các byte còn lại dành cho đầu đề và tảitrọng MPEG, các khung dữ liệu này được truyền tới một, nhiều hoặc tất cả cácmodem cáp trong cùng một kênh TV

Hình 19: Khuôn dạng tín hiệu: a) Luồng xuống; b) Luồng lên

 Luồng lên: Luồng lên là luồng dữ liệu truyền từ modem cáp tới CMTS.

Luồng lên có độ rộng băng tần là 2 MHz nằm trong giải tần từ 5 đến 65 MHz của cápđồng trục, tốc độ truyền dữ liệu từ 0,32 đến 10,24 Mbit/s Tại modem cáp sử dụng bộđiều chế để chuyển tín hiệu số thành tín hiệu RF Phương thức điều chế là QPSK(khoá dịch pha cầu phương) hoặc 16-QAM

Khuôn dạng tín hiệu luồng lên như hình 19b Tín hiệu luồng lên được điều chếvới sóng mang tần số radio (RF) và phát dưới dạng từng chớp ngắn (burst) Theochuẩn DVD/DAVIC (châu Âu), chớp có độ dài cố định (bằng một tế bào ATM),nhưng theo chuẩn DOCSIS (USA) thì chớp có độ dài thay đổi Vì dữ liệu luồng lênxuất hiện trong quãng thời gian ngắn nên bộ giải điều chế tại CMTS cần được kíchhoạt Để thực hiện chức năng kích hoạt, trong khung dữ liệu luồng lên có từ mã cốđịnh U.W 4 byte Từ mã này còn đóng vai trò đồng bộ các chớp dữ liệu Gap là khe

dự trữ cho khối dữ liệu dài

Kết luận: Modem cáp là thiết bị hỗ trợ truy nhập Internet tốc độ cao trên mạng

cáp truyền hình Kết hợp với hệ thống đầu cuối modem cáp đặt tại trung tâm điềuhành CATV (CMTS), modem cáp có thể hỗ trợ các dịch vụ tương tác băng rộng màmodem ADSL không có khả năng cung cấp Khi mà mạng truyền hình cáp phát triểnrộng rãi thì modem cáp cũng có cơ hội phát triển nhanh, bởi vì tốc độ luồng xuống vàluồng lên cao hơn nhiều so với công nghệ ADSL

IV.2.4 Qui trình kết nối và đăng nhập khai thác dịch vụ Internet của modem cáp trên mạng HFC

thực và đăng ký đến cho CMTS tại PoP cục bộ

hệ thống máy chủ chứng thức đặt tại PoP, thông qua giao tiếp mạng cục bộ của PoP

các thông số vận hành sẽ được chuyển ngược về lại cho Cable Modem dưới dạngDOCSIS File thông qua giao thức TFTP

vào trạng thái kết nối để khai thác dịch vụ, gọi là “online”

 Bước 5: Máy chủ CNR sẽ phối hợp với CMTS cùng thực thi việc

kiểm soát các thông số dịch vụ được cho phép tương ứng với gói dịch vụ mà thuê baođầu cuối đã đăng ký

cước khi nhận được thông tin cho các yêu cầu kết nối với Internet của CPE tại thuêbao

Qui trình kết nối dịch vụ Internet trên mạng truyền hình cáp:

- Tại nhà khách hàng, PC muốn thực hiện kết nối Internet, trướchết Cable Modem sẽ bắt đầu dò nhận tín hiệu Downstream từ mạng lưới truyền hìnhcáp (mỗi khu vực sẽ phát một hoặc vài tần số Downstream có thể sử dụng được) Khinhận được một tần số Downstream, Cable Modem sẽ phát xác thực, nếu nhận sai tần

số Downstream, modem sẽ quét lại cho đến khi nhận đúng tần số Downstream (hiệnnay, sử dụng 8 tần số Downstream: 770MHz, 778MHz, 786MHz, 794MHz, 802MHz,810MHz, 818MHz, 826MHZ) Khi đó Cable Modem sẽ phát Upstream xác thực vàđăng ký đến cho CMTS tại PoP cục bộ

- CMTS tại mỗi PoP cục bộ sẽ chuyển tiếp yêu cầu cấp địa chỉ IP,subnet mask, các file cấu hình,… đến hệ thống máy chủ chứng thức đặt tại PoP, thôngqua giao tiếp mạng cục bộ của PoP Việc xác thực sẽ được tiến hành Nếu xác thựcthành công, hệ thống máy chủ Provision cung cấp địa chỉ IP, cấu hình cho modem cápcho người dùng sẽ được chuyển ngược về lại cho Cable Modem dưới dạng DOCSISFile thông qua giao thức TFTP Tại hệ thống máy chủ sẽ thực thi cấp phát tên miềntừng khu vực sang địa chỉ IP (DNS), đồng bộ về thời gian cho toàn hệ thống(ToD), v.v…

Cable Modem sẽ bắt đầu được phép khai thác dịch vụ

soát các thông số dịch vụ được cho phép tương ứng với gói dịch vụ mà thuê bao đầucuối đã đăng ký Đồng thời, tất cả các thông tin khai thác dịch vụ của thuê bao đềuđược ghi nhận một cách chính xác bởi CMTS Sau đó, chúng sẽ được xuất ra cho mộtmáy chủ Billing, để thực hiện quá trình tính cước

IV.3 HAI PHƯƠNG ÁN TÍNH CƯỚC CHO THUÊ BAO

IV.3.1 Tính cước theo phương thức PPPoE

PPPoE, hay còn gọi là PPP over Ethernet, là 1 giao thức chứng thực, và cũng là

1 phương thức tính cước khá phổ biến trên các hạ tầng cung cấp dịch vụ băng rộnghiện nay Với PPPoE, các thuê bao đầu cuối cần xác lập thông số tài khoản username,password đúng với thông tin được cấp từ ISP Khi ấy, nếu quá trình chứng thực diễn

ra thành công, thuê bao sẽ có thể bắt đầu được phép khai thác dịch vụ Tuy nhiên, hạnmức khai thác dịch vụ của từng thuê bao sẽ được kiểm soát theo đúng hồ sơ đã đượcxác lập sẵn từ trước trên máy chủ quản lý dịch vụ PPPoE của ISP Và họ cũng chỉ trả