CHƯƠNG II: HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH CÁP
4) Giới thiệu về mạng cáp
4.1) Giới thiệu
Ý tưởng cơ bản của hệthống truyền hình cáp là cung cấp các tín hiệu truyền hình từ thiết bị đầu cuối đến thuê bao qua một mạng cáp. Thuê bao phải trả phí mỗi tháng.
Việc thiết kếmột mạng cáp đòi hỏi quy trình rất phức tạp. Trước tiên, phải nắm được nhu cầu cần đáp ứng. Sau đó phải xem xét vùng dân cư tập trung, nắm rõ bản đồ địa giới của khu vực cần lắp đặt, lộ trình cho đường cáp chính... Mô hình mạng cáp được sử dụng nhiều trong truyền hình cápđó là mạng cây–nhánh cải tiến (mạng HFC).
Trước kia, mạng chỉ cung cấp dịch vụ theo một chiều từ nhà cung cấp đến thuê bao. Do đó chỉcần dùng bộkhuếch đại một chiều. Ngày nay, mạng cung cấp dịch vụtheo hai chiều, từ nhà cung cấp đến thuê bao hoặc từ thuê bao đến nhà cung cấp. Do đó phải sử dụng bộkhuếch đại hai chiều.
Nhìn chung, một mạng cáp gồm các thành phần chính sau:
o Đầu cuối (Head-end): đầu cuối là nơi chịu trách nhiệm tiếp sóng kênh truyền hình từ nhiều nguồn khác nhau như truyền hình mặt đất, vệ tinh, các chương trình địa phương... Sau đó điều chếcác kênh này và dùng kỹthuật ghép kênh tương tựhoặc số để truyền đi trên cáp.
o Đường cáp chính (trunk): đây là đường cáp nối từ đầu cuối đến một nhóm thuê bao. Đường cáp chính có thểdài tối đa 25km. Trước đây, đường cáp chính dùng cáp đồng trục chất lượng cao. Ngày nay, loại cáp thường dùng là cáp quang vì chất lượng cao hơn.
o Bộkhuếch đại: bộ khuếch đại dùng để tăng cường mức tín hiệu truyền qua hệ thống cáp, khắc phục suy hao xảy ra trên cáp phân phối và cung cấp thêm công suất đến thiết bị đầu cuối. Những bộkhuếch đại một chiều chỉ khuếch đại tín hiệu từ thiết bị đầu
SVTH: HUỲNH MINH HẢI 1818 cuối đến thuê bao. Ngày nay, với mạng cáp đa dịch vụthì bộ khuếch đại hai chiều được sử dụng thay thếcho bộkhuếch đại một chiều.
o Cáp Feeder: cáp Feeder thường được chôn ngầm dọc theo lộ trình để phục vụ việc phân phối tín hiệu từ nút cáp chính đến một số bộtrích (bộtrích –tap là thành phần cài đặt trong cáp phân phối để tách một phần tín hiệu dòng truyền xuống (downstream) cung cấp cho từ 2 đến 8 thuê bao). Cáp Feeder thường ngắn và giới hạn trong khoảng từ 1,5km đến 3 km.
o Cáp Drop: kết nối từ bộ trích đến từng thuê bao, cáp Drop thường là cáp đồng trục chấp lượng thấp.
Ngoài các thành phần kể trên, mạng cáp còn có các thành phần sau: bộ ghép định hướng, bộchia, bộtrích...
4.2) Các thành phần trong mạng
Bộ khuếch đại
Bộ khuếch đại là một thiết bị tích cực trong hệ thống phân phối. Việc sử dụng bộ khuếch đại để tăng cường mức tín hiệu là cần thiết, nhưng dùng bộkhuếch đại tín hiệu sẽ gây ra các tác động xấu như: nhiễu khuếch đại, méo... Sau đây ta sẽ xét một sốvấn đềkhi sử dụng bộkhuếch đại.
Nhiễu ngẫu nhiên băng tần rộng:
Nhiễu ngẫu nhiên xuất hiện hầu như trong tất cả các đường truyền. Trong đường truyền cáp, nhiễu ngẫu nhiên sinh ra từ sự chuyển động ngẫu nhiên của các điện tử trong lớp dẫn. Tất cảcác chuyển động điện tử này tạo ra một lượng công suất nhiễu. Nhiễu này được tính theo nhiệt độtuyệt đối và độ rộng băng thông, và còn được gọi là nhiễu nhiệt.
Công suất nhiễu nhiệt nhỏnhất (nhiễu nền) được tính theo công thức:
NP= KTB (1.1) Với:
NP: công suất nhiễu tính theo đơn vịWatt.
K: hằng sốbolsman = 1,38x10-23J/K.
T: nhiệt độ tuyệt đối, đơn vịtính0K.
B: băng thông, tính theo đơn vịHz.
Công suất tín hiệu trong các hệ thống truyền hình cáp thường tính theo dBmw (tính trên chuẩn 1mwở75Ω), công suất nhiễu nhiệtở 620F được tính xấp xỉ:
NP(dBmw) = -125,2 +10 logB (1.2)
Như vậy ứng với một băng thông B (Mhz), ta dễ dàng tính được công suất nhiễu nhiệt theo công thức (1.2). Khi xét trong một kênh truyền hình, nhiễu nhiệt không ảnh hưởng đến toàn bộmà chỉ tác động lên một phần băng thông của kênh.
Khuếch đại nhiễu:
Bộ khuếch đại ngoài tác dụng khuếch đại tín hiệu còn khuếch đại nhiễu. Sau khi được khuếch đại, nhiễu sẽxuất hiện thêm ở các vị trí khác nhau. Để thuận lợi, người ta xem như nhiễu xuất hiện thêm đến từ một bộ phát độc lập và được tổng hợp trước khi đưa đến ngõ vào của bộ khuếch đại. Tổng công suất nhiễu ngõ vào được tính theo công thức:
NA(dBàw) = NP(dBàw) + FA(dB) (1.3) Trong đó:
NA: tổng công suất nhiễu ngõ vào.
NP: công suất nhiễu nhiệt.
FA: tỉsốgiữa tổng công suất nhiễu ngõ vào trên nhiễu nền.
Công suất nhiễu ngõ ra sẽbằng công suất nhiễu ngõ vào cộng với độlợi G của bộkhuếch đại tính theo dB.
Nout(dBàw) = NA(dBàw) + G (dB) (1.4)
Thay đổi về đáp ứng tần sốvà phối hợp trởkháng:
o Các bộkhuếch đại thực tế không khuếch đại tín hiệu như nhau ở tất cảcác tần số. Mục đích của các thay đổi này là đểbù cho các thay đổi trong suy hao trên cáp và đểgiảm méo. Tuy nhiên bất kỳsai lệch nào xảy ra khác với thay đổi có mục đích thìđược xem là thay đổi về đáp ứng tần số. Sự thay đổi về đáp ứng được định nghĩa là sự sai lệch độlợiở đầu thấp của băng thông đến độlợiở đầu cao của băng thông.
o Đáp ứng tần số qua một đường truyền có thể bị tác động do phối hợp trở kháng không tốt giữa bộkhuếch đại và đường truyền.
Hình 5: Định nghĩa về sự biến thiên trong tần số.
SVTH: HUỲNH MINH HẢI 2020
Bộ ghép định hướng Xét bộ định hướng sau:
Hình 6: Bộ định hướng 4 cổng.
Lượng suy hao giữa cổng vào (port 1) và cổng 2 (port 2):
Lthp = -10 log (P2/P1)
Lượng suy hao giữa cổng vào và cổng trích–tap (port 3):
Ltap= -10 log (P3/P1)
Lượng suy hao giữa cổng vào và cổng cách ly (port 4):
Ld= -10 log (P4/P1)
Năng lượng mất đi bên trong bộ ghép định hướng bao gồm: sự phản xạ, sự tán xạ, hấp thu và ghép vào bộcách ly:
LC= 10 log (P2+P3)
Nếu P4= 0 thì LD→ ∞, lúc đó P1 = P2 + P3.
Một bộ ghép đinh hướng tốt có LC< 1dB và khả năng định hướng LD> 40dB.
Bộ chia
Bộ chia là một thiết bị có ít nhất 3 ngõ, dùng để chia một tín hiệu RF đến nhiều đường dẫn. Các bộchia phổbiến là chia 4, chia 8.
Hình 7: Bộ chia 2 và chia 4
Bộ chia cũng có suy hao và được gọi là suy hao phẳng. Ví dụ như trong bộ chia 2, hai tín hiệu ở cổng 2 và cổng 3 là như nhau, theo lý thuyết thì suy hao từ cổng 1 so với một trong hai cổng ra là 10lg(1/2) ≈-3,01dB. Tuy nhiên thực tếsẽ cao hơn do có suy hao trong lõi Ferrite của biến thế và suy hao trở kháng trong dây dẫn biến thế và suy hao trở kháng trong dây dẫn biến thế. Suy hao sẽ tăng khi tần số tăng.
Bộ trích
Là thiết bị cài đặt trong cáp phân phối để trích một phần tín hiệu phân phối trong dòng truyền xuống (downstream) và tách nó để cung cấp cho từ 2 đến 8 thuê bao, theo hướng ngược lại, nó kết hợp các tín hiệu từ thuê bao và chèn chúng vào dòng truyền lên (upstream) của cáp phân phối.
Hầu hết cấu hình bộ trích gồm một bộ ghép định hướng trích tín hiệu chính sau đó chia 2, 4 hoặc 8 để tạo các đường dẫn đến khách hàng. Ngõ vào và ngõ ra được nối với các bộkết nối thích hợp với các phân phối. Tín hiệu trích cần để phối hợp với các bộkết nối phù hợp với cáp Drop.
Bộ trích có thể không có ngõ ra. Đó là bộ trích được dùng ở cuối đường dẫn gọi là Tap cuối (Terminating). Nó là một bộtrích cho các chân trang bịbộkết nối Drop.
Nguồn cung cấp
Trước đây, các hệ thống truyền hình cáp dùng nguồn 30VAC. Nhưng yêu cầu về nguồn đã tăng lên do các đòi hỏi về băng thông rộng hơn và các bộ khuếch đại nhiều ngõ
SVTH: HUỲNH MINH HẢI 2222 ra cần nguồn hệthống là 60VAC (từ sau năm 1970). Ngày nay nguồn cung cấp có thểlà 90VAC.
Nguồn cung cấp được chia làm một sốloại như: nguồn chờ (standby) và nguồn trực tiếp (non-standby).