TỔNG QUAN CATV Mạng truyền hình cáp HFC

Mạng truy nhập kiểu HFC Là mạng lai giữa cáp quang và cáp đồng trục trong đó có dùng các thiết bị tích cực các bộ khuếch đại cao tần trên mạng đồng trục... Đặc điểm của mạng HFC+ Đáp ứng

TỔNG QUAN CATV

Mạng truyền hình cáp HFC có cấu trúc cơ bản như sau:

+ Hệ thống trung tâm Headend

+ Mạng truyền dẫn và phân phối tín hiệu

+ Mạng truy nhập

Thông thường cấu trúc mạng còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Địa lý, mật độ dân

cư, liên quan đến việc nâng cấp và nhiều yếu tố khác nữa Tuy nhiên hầu hết chúng đều có cấu trúc theo kiểu Vòng- Sao- Chuỗi:

1. Hệ thống trung tâm Headend

Là nơi thu nhận tín hiệu từ nhiều nguồn khác nhau: Tín hiệu quảng bá, vệ tinh, sản xuất chương trình tại chỗ, chèn tín hiệu sản xuất nội bộ… Sau khi qua các bước xử

lý như: điều chế, phân kênh, mã hóa, trộn… Tín hiệu được đưa ra ngoài mạng truyền dẫn và phân phối tới khách hàng thuê bao Đối với Headend phát triển các dịch vụ tương tác như: Internet, VOD, điện thoại…

Headend sẽ nhận tín hiệu ngược dòng từ các hộ thuê bao sau đó đưa tới các hệ thống bộ phận liên quan như CNTS, Telephone Swith… để kết nối với mạng viễn thong bên ngoài Trong quá trình này bộ phận cước (Billing) tính các dung lượng trao đổi của khách hàng để xác định phí sử dụng hàng tháng

2. Mạng truyền dẫn và phân phối tín hiệu

Là môi trường truyền dẫn tín hiệu từ Headend đến nhà thuê bao Trong truyền hình cáp hữu tuyến HFC, môi trường truyền dẫn là cáp quang Điển hình là một hay nhiều mạch vòng cáp quang kết nối giữa HE sơ cấp và các HUB sơ cấp, trong một

số trường hợp khác thì các vòng thứ cấp lại liên kết giữa các HUB sơ cấp với các HUB thứ cấp Từ đây các node quang FN được liên kết với các HUB hoặc HE theo dạng cấu trúc hình sao Cấu trúc mạch vòng có dự phòng 1+1 cho độ tin cậy của hệ thống cao hơn Vì khi trên đường truyền xãy ra sự cố thì sẽ thực hiện chuyển mạch

tự động / nhân công sang hệ thống dự phòng để đảm bảo tín hiệu truyền được thông suốt

3. Mạng truy nhập kiểu HFC

Là mạng lai giữa cáp quang và cáp đồng trục trong đó có dùng các thiết bị tích cực (các bộ khuếch đại cao tần) trên mạng đồng trục

Đặc điểm của mạng HFC

+ Đáp ứng được các yêu cầu xây dựng theo mạng 1 chiều hay 2 chiều

+ Mạng đồng trục được chia thành 3 cấp:

− Cấp trục chính: Bao gồm cáp đồng trục chính, khuếch đại trục, bộ chia tín hiệu đường trục

− Cấp trục nhánh: Bao gồm các cáp đồng trục nhánh, khuếch đại nhánh, bộ chia tín hiệu đường nhánh

− Cấp mạng thuê bao: Bao gồm cáp đồng trục thuê bao, TV

Ưu điểm

+ Phạm vi bao phủ của 1 node quang lớn nhờ kéo dài mạng đồng trục bởi sử dụng các khuếch đại cao tần

+ Chi phí ban đầu thấp nhờ sử dụng ít node quang

Nhược điểm

+ Chất lượng tín hiệu thấp hơn kiểu mạng HFPC

+ Không thuận lợi khi triển khai thành mạng 2 chiều.

+ Yêu cầu chặt chẽ về nguồn cấp tín hiệu Nếu điểm cấp nguồn nào đó mất điện thì toàn bộ tuyến phía sau cũng mất tín hiệu

+ Cơ chế thi công, vận hành, bảo dưỡng phức tạp

4. Các thiết bị mạng CATV

 Node quang:

01: Khối thu quang có chức năng thu tín hiệu từ tuyến đến và sau đó chuyển thành tín hiệu cao tần RF

02: Khối khôi phục tín hiệu: Khối này bao gồm các bộ chia tín hiệu, bộ suy hao (pad), bộ khuếch đại, chúng có chức năng lần lượt là chiaa tín hiệu cho các cổng 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 3 cổng: Có chức năng rẽ tín hiệu đường xuống và đường lên 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 (Hướng trở về trung tâm) TP (Test Point): Là đầu kiểm tra, tại mỗi đầu ra sẽ có một đầu kiểm tra tín hiệu được trích ra bằng khối chia tín hiệu

 Nguyên lý hoạt động

Tín hiệu quang tại đầu vào được chuyển thành tín hiệu cao tần (RF) qua điốt quang điện vào bộ khuếch đại, tín hiệu cao tần (RF) được chia đều thành hai hướng vào hai khối tương tự nhau Tại đây tín hiệu được khôi phục lại nhờ bộ cân chỉnh và khuếch đại lên đưa vào bộ chia, tín hiệu lại được tiếp tục được chia thành hai hướng vào bộ khuếch đại công suất trước khi đưa ra cổng Tín hiệu xuống đi qua khối Diplexer sẽ đi qua cổng H ra cổng ra Còn tín hiệu cao tần hướng lên (Đi từ hướng thuê bao) sẽ qua cổng L vào khối Combiner và được kết hợp với tín hiệu đến từ các cổng khác qua bộ lọc, bộ lọc sẽ lấy khoảng tín hiệu trong băng tần hướng lên (5MHz- 65MHz) sau đó được khuếch đại và được đưa vào khối phát quang qua điốt điện quang để truyền về trung tâm trên các sợi cáp hướng lên

Bộ khuếch đại hai chiều

Trong phần mạng cáp đồng trục, các bộ khuếch đại hai chiều được sử dụng bao gồm 2 loại:

− Bộ khuếch đại phân phối (Khuếch đại tín hiệu RF và đặt vào 2 hoặc 4 đầu cáp

ra khác)

− Bộ khuếch đại đường dây mở rộng (Line Extender Amplifier)

Một số hệ thống HFC hiện tại thường có từ 3 đến 5 bộ khuếch đại cho tầng khuếch đại RF sau mỗi node Đa số các bộ khuếch đại đó có hệ số khuếch đại tự điều chỉnh

để bù đắp những thay đổi khác nhau theo nhiệt độ của suy hao và đáp ứng tần số

+ Chúng phải làm việc được trên mọi phạm vi dải tần rộng , hệ số khuếch đại phải đạt 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 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 nhiệt độ

Khuếch đại Danlad

• Chia Tap: 1 in 1 out và nhiều Tap

• Connector (Đầu nối)

• Một số thiết bị vật tư khác trong mạng

Trên hình là các thiết bị sử dụng trong các mạng trục như: PS, PI, S, MT

5. Nguồn điện trong mạng cấp

Trong mạng cáp sử dụng các thiết bị tích cực như khuếch đại, node quang… những thiết bị này tiêu thụ nguồn điện Nguồn điện này được cung cấp thông qua cáp đồng trục

Thiết bị trên mạng sử dụng nguồn Switching Đặc điểm của nguồn này là cho phép

tự đông điều chỉnh để ổn định điện áp ra khi điện áp vào thay đổi Phương pháp điều chỉnh này làm thay đổi độ rộng xung điều khiển bộ chuyển mạch cung cấp công suất đầu vào Việc thay đổi này dẫn đến dòng điện xoay chiều tiêu thụ sẽ biến động ngược với điện áp đầu vào Khi điện áp đầu vào tăng thì dòng điện này giảm

và ngược lại Khoảng điều chỉnh của loại nguồn này khá lớn Yếu tố không thay đổi đối với thiết bị trong mạng cáp là công suất tiêu thụ Đây là yếu tố chính để tính toán trên lý thuyết dòng điện tiêu thụ trong mạng cáp Việc tính toán này cho phép người vận hành có thể đánh giá một số sự cố trên mạng để tiến hành sữa chữa kịp thời

Nguồn điện áp chuẩn cung cấp cho khuếch đại là 60V, 50Hz Cáp đồng trục có giá trị điện trở nhất định, giá trị này được cung cấp bởi nhà sản xuất Tuy giá trị không lớn, nhưng do dòng điện tiêu thụ trên mạng cáp khá lớn và điện áp nguồn nhỏ nên giá trị điện trở này có ảnh hưởng đáng kể Quá trình tính toán điện áp nguồn là khá phức tạp vì nguồn switching không phải là nguồn tuyến tính mà là nguồn phi tuyến, khi có biến động về điện áp nguồn và thay đổi thiết bị trên hệ thống, nguồn điện cung cấp đến từng khuếch đại sẽ biến động theo cho đến khi hệ thống đạt giá trị ổn định Đây là một quá trình khá phức tạp

Ta có thể tính một cách sơ bộ để đánh giá bằng cách coi các khuếch đại tiêu thụ một dòng điện tượng trưng là 0,5A/ 60V để đơn giản hóa quá trình tính toán

Khi hệ thống đang làm việc ổn định, sự cố về nguồn điện cung cấp cho khuếch đại

sẽ gây ra hiện tượng nhấp nháy tại khuếch đại Hiện tượng này được giải thích như sau: Khi điện áp nguồn hoặc điện trở trên mạng thay đổi, điện áp cáp tại các khuếch đại sẽ thay đổi theo Do là nguồn Switching, giá trị tiêu thụ của khuếch đại

sẽ tăng lên dẫn đến điện áp rơi trên cáp tăng theo làm giảm điện áp cấp cho khuếch đại Nếu quá trình này đạt được điểm cân bằng thì hệ thống sẽ làm việc bình thường Nếu trong quá trình này, tại một khuếch đại nào đó trên mạng điện áp xuống thấp hơn giá trị ngưỡng làm việc, thì nguồn điện tại điện áp đó sẽ ngắt ra, khuếch đại không tiêu thụ dòng điện lúc này tín hiệu của khuếch đại này sẽ bị ngắt, đồng thời dòng điện tiêu thụ trên mạng cũng sẽ giảm xuống và điện áp rơi trên đoạn cáp cấp cho khuếch đại đó sẽ không có, điện áp tại đầu vào của khuếch đại này đạt được giá trị để làm việc, nguồn Switching lại đủ năng lượng để cấp nguồn cho khuếch đại, khuếch đại tiếp tục cấp tín hiêu ra mạng, nhưng dòng tiêu thụ sẽ gây ra điện áp rơi và khiến điện áp cấp nguồn cho khuếch đại giảm xuống dưới ngưỡng làm việc, nguồn lại bị ngắt ra

6. Cáp quang và cáp đồng trục trong mạng

Mỗi cáp quang có chứa từ 12 đến 14 sợi quang tùy theo kích cỡ mỗi loại cáp Loại

sợ quang thường được sử dụng ở đây là sợi mode-SM có suy hao khoảng 0,4dB/km ở bước sóng hoạt động l=1310 nm hoặc là suy hao 0,25dB/km ở l=1550

nm (Mức suy hao này ổn định trong dải nhiệt độ thường và độc lập với dải tần vô tuyến) Cáp đồng trục được chia loại tùy theo vị trí trong mạng Ví dụ:

− Đoạn xuất phát từ node quang to ra có đường kính lớn nhất (Từ 0,78 đến 1,09 cm) chất lượng tốt nhất, mức suy hao 45 dB/km ở 750 MHz hoặc 9 dB/km ở 40MHz

− Đoạn cuối gần sát nhà thuê bao dài khoảng 25 cm- 50 cm, đường kính nhỏ, suy hoa khoảng 114 dB/km ở 750 MHz và 24 dB/km ở 40 MHz (Mức suy hao này phụ thuộc vào nhiệt độ và chiều dài của cáp)

7. Các đơn vị thường dùng trong ngành viễn thông (dB, dBm, dBw, dBd, dBi, dBc)

7.1. dBm, dBw

dBm là đơn vị công suất thuần túy (không so sánh) Cách tính 1 dBm= 10 log(PmW/1mW)

Ví dụ: Công suất phát của thiết bị là 10W, biểu diễn dạng dBm là 10log(10000/1)= 40dBm

Tương tự, dBw cũng là đơn vị công suất thuần túy, nhưng chuyển đổi từ W sang

Ví dụ: Công suất tiêu thụ của thiết bị là 1W Ta có 10log(1)= 0dBw; 2W= 3dBw

7.2. dBi, dBd

dBi và dBd đều là các đơn vị biểu diễn độ lợi công suất (power gain) của antenna, nhưng có tham chiếu khác nhau

dBi so sánh power gain của antenna với antenna đẳng hướng (omni-antena/isotropic antenna: antenna điểm có công suất phát đi các hướng bằng nhau) dBd so sánh power gain của antenna với antenna lưỡng cực đối xứng (half-wave dipole)

0dBd= 2.15dBi

XdBd= (X+ 2.15)dBi

7.3. dB

dB là đơn vị so sánh về độ mạnh (intensity), công suất (power)

Đối với điện áp (V), dòng (I) và trường E (điện trường, từ trường), công thức tính

là 20logX (dB)

Đối với công suất (P), độ lợi (G), công thức tính là 10logX (dB) Ví dụ: Công suất

A là XW tương đương X’dBm, công suất B là YW tương đương Y’dBm Khi đó so sánh A lớn hơn (nhỏ hơn) B bao nhiêu dB, tính bằng 10log(X/Y) hoặc (X’/Y’)dB Antenna A có độ lợi 20dBd, B là 14dBd, vậy A có độ lợi lớn hơn B 6dB

7.4. dBc

dBc có phương pháp tính giống với dB và cũng là một đơn vị tương đối, có liên hệ đến một đại lượng khác dBc thường được dùng mô tả khả năng của các RF

components, VD: Carrier power được mô tả bởi mức interference, coupling, scattering… ở đâu dùng dBc, ở đó có thể thay đổi bằng dB dBc ít được dùng đến

Để chuyển các đại lượng tính theo dB, dBm,… bạn nên chú ý là các giá trị đó đều

là giá trị so sánh 1 đại lượng chuẩn (reference), ví dụ dB lấy chuẩn là 1W, dBm lấy chuẩn là 1mW Vì vậy để chuyển đổi qua lại thì cách dể dàng nhất là chuyển về dạng tuyến tính rồi đổi ngược lại VD: 1.5dB= ?dBm Ta chuyển 1.5dB sang W bằng 10^(1.5/10)= 1.4125W, đổi sang mW được 1412.5mW, đổi ngược lại bDm 10*log(1412.5)=31.5 dBm