Đo kiểm đánh giá can nhiễu mạng truyền hình cáp The Measurement and Analysis of the effect of interference in Television Cable network

Đo kiểm đánh giá can nhiễu mạng truyền hình cáp The Measurement and Analysis of the effect of interference in Television Cable network NXB H. : ĐHCN, 2012 Số trang 101 tr. + Hoàng Mạnh Hùng Trƣờng Đại học Công nghệ Luận văn ThS ngành: Kỹ thuật điện tử; Mã số: 60 52 70 Cán bộ hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Kim Giao

Đo kiểm đánh giá can nhiễu mạng truyền hình cáp The Measurement and Analysis of the effect of interference in Television Cable network

NXB H : ĐHCN, 2012 Số trang 101 tr +

Hoàng Mạnh Hùng

Trường Đại học Công nghệ Luận văn ThS ngành: Kỹ thuật điện tử; Mã số: 60 52 70 Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Kim Giao

Năm bảo vệ: 2012

Abstract Trình bày hiện trạng triển khai mạng và các bộ khuếch đại: truyền hình cáp EG, truyền

hình cáp ALPHA, truyền hình cáp Minh Trí, truyền hình cáp Thái Bình, truyền hình cáp Nam Định, truyền hình cáp Hải Phòng Tìm hiểu các phương pháp đo xác định can nhiễu từ mạng truyền hình cáp: một số can nhiễu điển hình, kinh nghiệm, phương pháp đo Đo kiểm phát xạ rò rỉ

từ mạng truyền hình cáp và đánh giá khả năng gây nhiễu: đo kiểm phát xạ rò rỉ theo chuẩn của một số loại khuếch đại tín hiệu truyền hình cáp, đánh giá chất lượng các bộ khuếch đại hiện đang

sử dụng trên mạng và khả năng gây can nhiễu của chúng đối với các mạng thông tin vô tuyến đã được cấp phép … Khuyễn cáo việc sử dụng, triển khai lắp đặt các phần tử trên mạng cáp đồng trục-mạng truyền hình cáp

Keywords: Kỹ thuật điện tử; Kỹ thuật truyền hình; Mạng truyền hình; Truyền hình cáp

Content

MỞ ĐẦU

Thời gian gần đây, số vụ can nhiễu của các mạng đài đã được cấp phép có xu hướng gia tăng ảnh hưởng nghiêm trọng đến an toàn thông tin Việc can nhiễu với tần suất lớn gây khó khăn cho sự hoạt động của các mạng đài và tổn thất rất lớn về mặt thời gian cũng như công sức xử lý nhiễu cho cơ quan quản lý Có nhiều vụ can nhiễu mà nguồn can nhiễu được xác định là do các bộ khuếch đại lặp của mạng truyền hình cáp không đảm bảo tương thích điện từ trường gây ra Các vụ can nhiễu này xảy ra trên diện rộng, mất rất nhiều thời gian và công sức để xử lý

Để có thể chủ động trong việc xử lý can nhiễu cần có những nghiên cứu, đánh giá cụ thể về khả năng gây can nhiễu của các bộ khuếch đại tín hiệu trên đối với các mạng đài Vô Tuyến Điện Qua đó đưa ra phương pháp xác định, giải quyết và khắc phục triệt để can nhiễu

Xuất phát từ mục đích trên, từ thực tế công tác tại Trung Tâm Đo Lường – Cục Viễn Thông, cùng với sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Kim Giao, tôi đã tìm hiểu nghiên cứu hoàn thành đề tài

“Đo kiểm đánh giá can nhiễu mạng truyền hình cáp”

I CHƯƠNG1:TỔNGQUANVỀMẠNGTRUYỀNHÌNHCÁP

A 1.1 Sơ lược lịch sử phát triển truyền hình cáp

Ngày nay truyền hình cáp CATV đã trở lên quen thuộc với nhiều quốc gia trên thế giới, phát triển song hành cùng với hệ thống truyền hình vệ tinh DTH Có nhiều quốc gia đã phát triển cáp số thay cho cáp tương tự, và thực hiện mạng cáp quang đến tận thuê bao nhằm nâng cao chất lượng đường truyền cũng như tăng dung lượng truyền dẫn

Ngoài dịch vụ truyền hình, để tận dụng đường truyền, các nhà khai thác mạng còn thực hiện cung cấp nhiều dịch vụ khác: Internet, thanh toán chuyển tiền, truyền dữ liệu, thoại VoiP,…trên mạng cáp Đây là hướng phát triển phù hợp với xu thế phát triển xa lộ thông tin, đáp ứng yêu cầu của người sử dụng

Ở Việt Nam truyền hình cáp được triển khai bắt đầu từ năm 1993, hiện nay đã cung cấp tới 62 tỉnh và thành phố với khoảng hai triệu thuê bao

B 1.2 Hệ thống truyền hình cáp, nguyên lý, sơ đồ khối mạng

1) 1.2.1 Tổng quan mạng truyền hình cáp

Hình 1.1: Sơ đồ tổng quát của hệ thống truyền hình cáp

Hệ thống truyền hình cáp bao gồm ba phần chính: hệ thống thiết bị trung tâm, mạng phân phối tín hiệu và thiết bị thuê bao

Hệ thống thiết bị trung tâm: là nơi cung cấp, quản lý chương trình hệ thống mạng truyền hình

cáp Đây cũng là đầu mối kiểm tra hoạt động mạng và cung cấp các tín hiệu điều khiển

Mạng phân phối tín hiệu: là môi trường truyền dẫn tín hiệu từ trung tâm mạng đến các thuê

bao Có thể phân môi trường truyền dẫn tín hiệu thành hai loại là vô tuyến và hữu tuyến 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

Thiết bị thuê bao: Thiết bị thuê bao có thể bao gồm một chiếc ti vi thu tín hiệu, đầu thu tín hiệu,

các loại cáp truyền dẫn

Ở nước ta hiện nay thì truyền hình cáp hữu tuyến CATV đã và đang phát triển ở rất nhiều địa phương Môi trường truyền dẫn là cáp quang kết hợp với cáp đồng trục (CATV - HFC) Ưu điểm của mạng CATV là sử dụng cáp quang để truyền tín hiệu nên chất lượng tín hiệu sẽ rất tốt, tránh ảnh hưởng của nhiễu ngoài Trong tương lai, ở nước ta mô hình này rất có thể sẽ phát triển thành một mạng quang

hóa hoàn toàn Nội dung chính của đề tài sẽ xoay quanh các vấn đề về mạng truyền hình cáp hữu tuyến CATV-HFC

2) 1.2.2 Đặc điểm tín hiệu truyền trong cáp

- Tín hiệu tương tự, chuẩn hệ PAL B/G và D/K

- Truyền hình số trong cáp, chuẩn DVB-C

II CHƯƠNG2-HIỆNTRẠNGTRIỂNKHAIMẠNGVÀCÁCBỘKHUẾCHĐẠI

Các công ty truyền hình cáp hầu hết đều sử dụng hạ tầng truyền dẫn là Hệ thống lai ghép giữa Cáp quang và Cáp đồng trục HFC cung cấp dịch vụ truyền hình tương tự Có một công ty sử dụng song song cả hai phương thức truyền dẫn tương tự và số để mở rộng dịch vụ Theo lộ trình phát triển mà Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt trong quyết định 22/2009/QĐ-TTg ngày 16/02/2009, sẽ ngừng việc sử

dụng công nghệ truyền hình cáp tương tự trước năm 2020 Do vậy các công ty mới tham gia thị trường

chọn phương thức truyền dẫn số để đón đầu cạnh tranh nhờ chất lượng và số lượng dịch vụ, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của khách hàng

Thiết bị sử dụng trong mạng gồm nhiều chủng loại và có nguồn gốc xuất xứ khác nhau Cáp truyền dẫn tín hiệu được đi nổi trên cùng hệ thống điện lực, điện thoại Do vậy, đường truyền dẫn cáp dễ

bị hư hỏng dẫn đến rò rỉ thất thoát tín hiệu, gây nhiễu xạ xung quanh và còn có thể dễ dàng bị mắc trộm

do tín hiệu truyền không được mã hóa Các công ty truyền hình cáp thuộc địa bàn quản lý có quy mô nhỏ lẻ, được đầu tư phát triển không đồng nhất, chất lượng mạng phụ thuộc nhiều vào các công ty cung ứng thiết bị và đồng thời làm tư vấn thiết kế triển khai

Luận văn đã thống kê một số đặc điểm hệ thống của các công ty truyền hình cáp trên địa bàn của một số tỉnh và đưa ra một số nhận xét về mạng

A 2.1 Truyền hình cáp EG

B 2.2 Truyền hình cáp ALPHA

C 2.3 Truyền hình cáp Minh Trí

D 2.4 Truyền hình cáp Thái Bình

E 2.5 Truyền hình cáp Nam Định

F 2.6 Truyền hình cáp Hải Phòng

III CHƯƠNG3-PHƯƠNGPHÁPĐOXÁCĐỊNHCANNHIỄUTỪMẠNGTRUYỀNHÌNHCÁP

A 3.1 Một số can nhiễu điển hình

1) 3.1.1 Can nhiễu của truyền hình cáp EG – Hải phòng gây ra cho mạng dùng riêng của Công ty Việt Phương

- Hiện tượng can nhiễu: Hiện tượng máy thu bị ù và sôi, không thu được tín hiệu điều hành

- Phương pháp xác định gây can nhiễu: Thiết bị sử dụng để xác định nguồn can nhiễu: Xe kiểm soát Thales, máy đo phân tích phổ HP8563E, máy định hướng cầm tay Tayo

- Phát hiện được nguồn can nhiễu là bộ khuếch đại truyền hình cáp đặt tại khu vực gây can nhiễu Phát

xạ này là của tín hiệu hình một kênh truyền hình cáp sử dụng chuẩn PAL B/G (BW:7 MHz, Video Carrier 154.250 MHz, Audio Carrier 159.750 MHz)

Hình 3.1: Phổ của phát xạ gây can nhiễu có tần số trung tâm tại 154.250 MHz

- Sử dụng máy phân tích phổ đo tại một số bộ khuếch đại truyền hình cáp khác trong khu vực thành phố cũng thu được phát xạ tương tự và các phát xạ khác bức xạ ra từ các bộ khuếch đại này

- Khắc phục can nhiễu: thực hiện thi công lại các đầu nối vào ra của bộ khuếch đại, thực hiện che chắn bộ khuếch đại bằng hộp kim loại Kết quả đã loại bỏ được phát xạ trên tần số 154.250 MHz, mạng đài VTĐ của Công ty Việt Phương đã không còn can nhiễu

2) 3.1.2 Can nhiễu của Truyền hình cáp Hải Phòng đối với mạng thông tin di động CDMA450 của EVN Telecom tại Hải Phòng

- Tần số bị can nhiễu: Can nhiễu đường lên của mạng CDMA450, tần số 455.225 MHz

- Hiện tượng can nhiễu: thống kê chỉ số RSSI cao, khoảng từ - 94 dBm đến -88 dBm

Hình 3.3: Phổ phát xạ can nhiễu đường lên CDMA

- Thiết bị sử dụng để xác định nguồn can nhiễu: Xe kiểm soát Thales, máy phân tích phổ Agilent E4402B, Máy định hướng Cubic, Anten của các BTS bị can nhiễu, xác định nguồn gây can nhiễu do các phát xạ từ truyền hình tương tự từ bộ khuếch đại truyền hình cáp, từ các cáp truyền dẫn bị hỏng

- khắc phục hiện tượng can nhiễu: thực hiện tiếp đất các bộ khuếch đại, xiết lại các đầu nối, làm lại các đầu nối bị hỏng tại các bộ khuếch đại, bộ chia tín hiệu

B 3.2 Phương pháp đo

- Sau khi phân tích và nhận dạng phát xạ gây can nhiễu thì sử dụng các thiết bị định hướng để tìm hướng

và vị trí của phát xạ

- Sử dụng xe thiết bị kiểm soát tại khu vực đã xác định hướng hoặc vị trí để xác định chính xác vị trí, nguyên nhân gây phát xạ Mở rộng dải tần số xung quanh tần số bị can nhiễu Có thể sử dụng các máy định hướng cầm tay, xách tay như PA1555, Cubic, Tayo hoặc kết hợp sự dụng máy thu, máy phân tích phổ cùng với anten loga chu kì, anten Yagi để tìm vị trí phát xạ

1) 3.2.1 vị trí đo

Trong đó: b: độ gồ ghề tối đa cho phép

h1,h2: độ cao của thiết bị, anten so với mặt đất

D: khoảng cách đo

λ: bước sóng

2) 3.2.2 Xử lý kết quả đo

Chuẩn hóa kết quả đo ở khoảng cách đo thực tế so với khoảng cách đo tiêu chuẩn:

Phương pháp tính toán:

Nếu không thể đo được tại các khoảng cách khác nhau kết quả đo có thể được đổi sang khoảng cách tiêu chuẩn sử dụng công thức sau:

Estd = Emea + n*20log(dmea/dstd) (3.1)

Trong đó:

- Estd: cường độ điện trường được chuẩn hóa theo khoảng cách tiêu chuẩn (dBuV/m) để so sánh với giới hạn phát xạ

- Emea: cường độ điện trường đo được theo khoảng cách đo thực tế (dBuV/m)

- dmea: khoảng cách đo thực tế (m)

- dstd: khoảng cách đo tiêu chuẩn (m)

- Hệ số n được chọn như sau:

+ n = 1 với dmea ≥ 30m

+ n=0,8 với 10m ≤ d < 30m

+ n=0,6 với 3m ≤ d < 10m

3) 3.2.3 Tiêu chuẩn áp dụng:

Áp dụng tiêu chuẩn châu Âu: ETSI EN 302 262 V.1.1.1: Tương thích điện từ trường và phổ tần

số VTĐ – Tiêu chuẩn phát xạ đối với các mạng thông tin hữu tuyến ( Electromagnetic compatibility and Radio spectrum Matters (ERM): Product family standard for wire-line telecommunication networks)

Giới hạn phát xạ cho các mạng thông tin có tần số trên 30 MHz:

Dải tần

(MHz)

Giới hạn cường độ trường ứng với tách sóng QP ( dBuV/m)

Khoảng cách đo (m) Băng thông phân giải ( KHz)

Chú ý: Áp dụng giới hạn thấp hơn tại tần số chuyển tiếp

Bảng 3.3: Các giới hạn đối với nhiễu phát xạ của các mạng có tần số trên 30 MHz

IV CHƯƠNG4-ĐOKIỂMPHÁTXẠRÒRỈTỪMẠNGTRUYỀNHÌNHCÁPVÀĐÁNHGIÁ

KHẢNĂNGGÂYCANNHIỄU

A 4.1 Đo kiểm phát xạ rò rỉ theo chuẩn của một số loại khuếch đại tín hiệu truyền hình cáp

Vấn đề quan tâm lớn nhất trong đề tài này là sự rò rỉ tín hiệu từ các khuếch đại lặp tín hiệu của mạng CATV Đây là phần tử tích cực, vừa có thể phát xạ, vừa có thể dẫn xạ tín hiệu phát tán ra ngoài không gian Mức tín hiệu rò rỉ từ các phần tử này thường cao và có khả năng gây can nhiễu cho các mạng thông tin vô tuyến được cấp phép trong dải tần (5 – 860) MHz

B 4.1.1 Các thiết bị đo sử dụng và sơ đồ triển khai thiết bị đo

a Các thiết bị đo được sử dụng:

- Máy phân tích phổ Anritsu và anten HL 223

- Xe thu đo semifixed Thomson CSF của Pháp

b Sơ đồ triển khai thiết bị đo [8]:

Giải thích sơ đồ đo:

h2: độ cao điểm đặt anten đo so với mặt đất, theo khuyến nghị h2 thường là 1m đến 4m

Trường hợp tối ưu nhất là d2=d1, h2=h1

C 4.1.2 Các bước tiến hành đo

Bước 1: Tìm hướng tối ưu nhất để triển khai thiết bị (không có dây dẫn cắt ngang, không có vật cản và cách các vật phản xạ tối thiểu 0.5m)

Bước 2: Đo khoảng cách h1, h2 và tính ra khoảng cách d1 sau khi đo khoảng cách d2 bằng thước dây

Bước 3: Triển khai thiết bị đo tại điểm cách chân cột đặt thiết bị cần đo khoảng cách d2, anten thu đo đặt đúng vị trí đã xác định và hướng về thiết bị cần đo nếu sử dụng anten có hướng

Bước 4: Tiến hành thiết lập bài đo theo chuẩn và in kết quả đo được

Bước 5: Xử lý kết quả đo

D 4.1.3 Kết quả đo khảo sát

- Đã đưa ra kết quả đo từng đơn vị truyền hình cáp, số điểm đạt chuẩn và chưa chuẩn

E 4.2 Đánh giá chất lượng các bộ khuếch đại hiện đang sử dụng và khả năng gây can nhiễu của chúng

F 4.2.1 Đánh giá chất lượng các bộ khuếch đại

- Đa số các thiết bị khuếch đại lặp tín hiệu truyền hình cáp đang được sử dụng trên địa bàn khảo sát đều

có xuất xứ từ Trung Quốc, Denmark, một số từ Đài Loan và Mỹ Những thiết bị có xuất xứ từ những hãng có uy tín như Danlab- Denmark, mức phát xạ rò rỉ thấp hơn những hãng khác, việc khắc phục cũng

dễ dàng hơn, chỉ cần tiếp đất cho bộ khuếch đại đã có thể giải quyết được Thiết bị có mức phát xạ cao đều có xuất xứ từ Trung Quốc như Maiwai - Hồng Kông-China và khắc phục rò rỉ khó khăn hơn nhiều,

có khi phải kết hợp nhiều biện pháp

Hình 1: Sơ đồ triển khai thiết bị đo

G 4.2.2 Khả năng gây can nhiễu

- Với các kết quả khảo sát ở trên và qua thực tế xử lý nhiễu tại Trung tâm cho thấy, khả năng gây can nhiễu của các phát xạ rò rỉ từ khuếch đại mạng cáp đồng trục của hệ thống mạng truyền hình cáp là rất lớn

- Vấn đề đặt ra là vậy với mức và điều kiện cụ thể như thế nào thì các phát xạ rò rỉ từ khuếch đại truyền hình cáp có thể gây can nhiễu cho mạng thông tin vô tuyến khác Theo tiêu chuẩn châu Âu (ETSI) giới hạn của nhiễu bức xạ từ mạng viễn thông hữu tuyến được quy định:

+ Trong dải tần 30 MHz đến 230 MHZ với khoảng cách đo là 10m thì giới hạn cường độ trường của tín hiệu rò rỉ được quy định tối đa là 30dBV/m;

+ Trong dải 230 MHz đến 1000 MHz, khoảng cách đo là 10m thì giới hạn là 37dBV/m

H 4.3 Nguyên nhân rò rỉ tín hiệu của các bộ khuếch đại truyền hình cáp

- Do phát xạ mạch in bộ khuếch đại

- Nguyên nhân do phối hợp trở kháng

- Do các đầu connector bị hở

- Nguyên nhân do tiếp đất thiết bị

- Các nguyên nhân khác

I 4.4 Biện pháp khắc phục

 Đối với nguyên nhân do thiết kế mạch in và linh kiện kém chất lượng thì có thể khắc phục theo khuyến cáo của nhà sản xuất thiết bị, đặt khuếch đại trong lồng Faraday kín và tiếp đất ngoài cho bộ khuếch đại

 Có biện pháp cách nhiệt và bảo quản khuếch đại phù hợp với điều kiện ẩm ướt để tăng tuổi thọ của khuếch đại

 Khuyến cáo nên sử dụng thiết bị đồng bộ của một hãng có uy tín

 Thường xuyên kiểm tra lại các kết nối và bao bọc các kết nối hở bằng tải giả và cao su chuyên dụng Khi phát hiện các đầu nối không đảm bảo tiêu chuẩn hoặc hỏng phải thay thế ngay

 Tiếp đất ngoài cho các bộ khuếch đại, các thiết bị chia theo đúng tiêu chuẩn tiếp đất đối với các thiết bị viễn thông triển khai trên mạng lưới

 Tăng thêm lớp che chắn bằng các hộp cách điện và tiếp đất nhiều tầng

 Thay cáp trong trường hợp phát hiện cáp bị hư hỏng gây rò rỉ tín hiệu Không sử dụng biện pháp cắt nối cáp nếu không có thiết bị mang xông đảm bảo tiêu chuẩn

V KẾTLUẬN Luận văn đã trình bày tổng quan về mạng truyền hình cáp, đo kiểm đánh giá can nhiễu mạng truyền hình cáp, tình hình triển khai truyền hình cáp ở cấc tỉnh duyên hải phía bắc Việt Nam

Nghiên cứu ảnh hưởng can nhiễu các mạng truyền hình cáp đến các hệ thống thông tin vô tuyến Xây dựng phương pháp đo xác định can nhiễu từ truyền hình cáp tới các hệ thông tin vô tuyến

Đã tiến hành đo kiểm phát xạ rò rỉ từ mạng truyền hình cáp và đánh giá khả năng gây can nhiễu từ truyền cáp đến các hệ thống thông tin vô tuyến ở sáu tỉnh duyên hải phía bắc Việt Nam

Các kết quả thực nghiệm đo được có ý nghĩa thiết thực phục vụ cho công tác kiểm soát tần số vô tuyến điện, phát hiện và kịp thời xử lý loại bỏ can nhiễu vô tuyến của mạng truyền hì nh cáp hữu tuyến CATV-HFC

Hướng phát triển đề tài luận văn là đánh giá các can nhiễu bởi các đài vô tuyến công suất lớn (phát thanh FM, phát truyền hình…) lên tín hiệu mạng truyền hình cáp

References

1 Phan Anh (2002) – Trường điện từ và truyền sóng – NXB Đại học Quốc gia Hà Nội

2 Phan Anh – Lý thuyết và kỹ thuật Anten – NXB Khoa học và Kỹ thuật – Tái bản lần 4 có sửa

chữa và bổ sung, xuất bản năm 2003

3 Phạm Minh Hà - Kỹ thuật mạch điện tử - NXB Khoa học và Kỹ thuật

4 ĐỗThanh Hải, Nguyễn Xuân Mai, Phan quốc Ngọc (2007) - Kỹ thuật truyền hình cáp – Nxb

Giao thông vận tải

5 Kiều Khắc Lâu (2006) - Cơ sở kỹ thuật siêu cao tần – NXB Giáo dục

6 Tổng cục Bưu điện – TCN 68-193:2000 – Nhà xuất bản Bưu điện

7 Bộ Bưu chính, Viễn thông – TCN 68-191:2003

8 Phương pháp đo can nhiễu rò rỉ từ mạng truyền hình cáp CATV – Trung tâm kỹ thuật và tin học

– Cục tần số VTĐ năm 2005

9 D.Fukushi, M.Wantanabe and S.Nakajima - High Speed 0.18µm Ion-Implanted GaAs MESFET

Process with High Uniformity & Excellent Reproducibility

10 EN 300 421 V1.2.1(1997-08) – Digital Video Broadcasting (DVB); Framing structure, channel

coding and modulation for 11/12 GHz satelite services – European Broadcasting Union

11 Eugene R.Bartlett - Cable communications technology – McGraw Hill

12 EN 300 429 V1.2.1(1998-04) – Digital Video Broadcasting (DVB); Framing structure, channel

coding and modulation for cable systems – European Broadcasting Union

13 ETSI EN 302 307 V1.2.1 (2009-08) – Digital Video Broadcasting (DVB); Second generation

framing structure, channel coding and modulation systems for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and other broadband satellite applications (DVB – S2)

14 Tim Williams – EMC for Product Designers – Newnes Editor –Fourth Edition

15 V.Prasad Koladi – Engineering Electromagnetic Compatibility: Principles, Measurements and

Technologies -1996 IEEE Press

16 Walter Ciciora, James Farmer, David Large, Michael Adams – Modern Cable Television

Technology: Video, Voice and Data communications – The Morgan Kaufmann Serries in Networking Editor – 2nd Edition

17 ROHDE & SCHWARZ - SOUND and TV BROADCASTING – CCIR and FFC tv standards –

Printed in the federal republic of Germany

18 3GPP2 C.S0011-C, version 2.0 – Recommended Minimum Performance Standards for

cdma2000 Spread Spectrum Mobile Stations