CHƯƠNG II: HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH CÁP
3) Giải pháp truyền hình cáp
Những cố gắng để giải quyết những khó khăn về vấn đề thu nhận thông tin ở xa thì liên quan đến một số sự sắp xếp những tín hiệu truyền hình chất lượng cao đang được áp dụng ở một số vị trí tốt. Vị trí này cho đến nay được gọi là thiết bị đầu cuối (head-end),
SVTH: HUỲNH MINH HẢI 1212 tại đây có một tháp bằng thép có độ cao phù hợp cùng với những anten thu có độ lợi và hướng cao được về anten phát hình mà thường cung cấp tín hiệu chất lượng cao như mong muốn. Thỉnh thoảng những cột gỗ đặt trên đỉnh núi được sử dụng để thay thế cho những tháp anten này. Anten thu càng cao thì mức tín hiệu thu được càng cao.
Những anten có hướng cao trong hầu hết trường hợp có thể phân biệt giữa tín hiệu mong muốn và tín hiệu gây ra nhiễu, vì vậy loại trừ được hiện tượng co-channel, và hiện tượng thu đa đường cũng giảm bớt khi sửdụng anten này.
Một hệ thống cáp đơn giản nối những tín hiệu truyền hình thu được từ anten tới những thuê bao được tạo ra bởi cáp đồng trục và những bộ khuếch đại băng rộng. Những bộ khuếch đại đầu tiên được chế tạo bằng việc sử dụng đèn điện tử và được cấp nguồn riêng 120VAC, nguồn điện thếnày thì rất nguy hiểm. Những bộkhuếch đại này được sử dụng trong thời gian dài trước khi Hội Chăm sóc sức khỏe và An toàn nghề nghiệp (OSHA) của Sở Lao động Hoa Kỳthành lập. Tầng khuếchđại cáp rất dễbị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, sự điểu chỉnh liên tục của nhân viên kỹthuật là cần thiết để hạn chế độ lợi làm cho những hệthống cáp ban đầu chỉ có thể mang từ kênh 2 đến kênh 6, và hệ thống này gọi là những hệ thống 5 kênh. Những trạm truyền hình nhận tín hiệu ở tần số siêu cao (UHF) hoặc trên kênh 7 đến 13 và sau đó tại thiết bị đầu cuối nó được biến đổi thành những kênh trong băng tần từ 2 đến 6. Tại thời điểm đó, vào đầu những năm 1950, năm kênh đã là nhiều và những người thuê bao phải chịu đựng nhiều sự lỗi thời và những vấn đềkỹthuật của hệthống hơn chúng ta ngày nay.
Khi mà dây cáp trởnên khan hiếm và có thêm nhiều hệthống được xây dựng, những nhà sản xuất đãđáp lại bằng việc cải thiện lại bộ khuếch đại và dây cáp. Cáp với vỏ bọc bằng nhôm bên trong được đổ đầy bọt polyethelence và dây dẫn nhôm phủ đồng ở giữa sớm trở thành tiêu chuẩn công nghiệp. Trong suốt những năm 60 và 70 kiểu dây cáp có hai loại kích cỡ chính: loại có đường kính ngoài 0,412 inch và 0,500 inch. Cáp 0,412 inch được sử dụng làm dây feeder và loại 0,500 inch được sửdụng cho mục đích trung chuyển.
Bên cạnh đó, việc thiết kếhệthống cũng được cải thiện, thay vì nối những thuê bao tới một hệthống khuếch đại cáp đơn thì một sơ đồvận chuyển tín hiệu theo dạng hệthống trunk-feeder được phát triển. Tại đây hệ thống cáp chính (trunk) cho những tín hiệu truyền hình từ thiết bị đầu cuối tới những đầu của hệthống, mà những đầu này biến đổi theo khoảng cách và số lượng những đường chia hệthống. Những cáp dẫn (feeder) nối tới thuê bao được bắc cầu ra từ hệ thống đường cáp chính tại những bộ khuếch đại trung chuyển (trunk amplifier), do vậy nó cung cấp sự cách ly hệthống với hệthống cáp chính.
Với sự phát triển của transistor, những bộkhuếch đại cáp sớm được cải thiện vềhiệu suất và tiêu hao công suất thấp.
Trong những năm 1960 mạng dây dẫn (feeder) đã cung cấp những tín hiệu tới thuê bao được gọi là pressure tap. Về cơ bản, một lỗ được lấy lõi bên trong vỏbọc ngoài bằng nhôm và chân trung tâm của bộnối ra được đặt vào giữa lỗ để nối tới dây dẫn trung tâm.
Những sợi nối ra cùng loại và một bộ giữ cung cấp áp suất dểgiữ chặt thiết bị nối ra với dây cáp. Một mạng nhỏcủa những điện trởvà những tụ điện được cung cấp cáp trở kháng 75Ω đểcho phù hợp với dây cáp và sự cách ly dây dẫn tới thuê bao.
Việc kết nối cáp cũng được cải thiện, nhiều kiểu thiết kế được dùng trong những năm 60 và 70. Vấn đề chính lúc đó là giữcho những chỗnối được kín và có thểchịu đựng được sự thay đổi của thời tiết, để tránh hơi ẩm làm hư hỏng cáp cũng như sựhạn chếphản xạ và suy hao tín hiệu. Bằng việc những hệ thống cáp được xây dựng bởi những công nghệ và sản phẩm được cải tiến, những hình ảnh được cung cấp tốt hơn, xác thực hơn.
Thêm vào đó, những kênh tần số rất cao (VHF), từ kênh 7 đến kênh 13 có thể được sử dụng nâng tổng sốkênh lên 12 kênh.
Khi hệthống phát triển hơn thì bộnối định hướng và bộchia tín hiệu được cải thiện, điều này làm xuất hiện thiết bị nối ra nhiều đường tới thuê bao. Những thiết bị nối ra này ban đầu chỉ có 2 hoặc 4 cổng tới thuê bao. Ngày nay thiết bị nối ra có 8 cổng là thông dụng, đặc biệt là những vùng dân cư đông đúc. Những bộ khuếch đại cũng được cải thiện vềhình thức và giá cả. Từkhi bộkhuếch đại truyền âm không chuẩn từ kênh 2 đến kênh 6 giảm xuống băng tần giữa thì được loại ra bởi những bộ khuếch đại hiện đại, thường phổ của băng tần giữa mang nhiều chương trình. Nhiều hệ thống cáp nơi khu vực băng tần giữa được mang những sóng chuẩn được điều chế FM trong khoảng tần số từ 88 – 108 Mhz trong không gian. Vẫn còn khoảng tần số từ 108 Mhz trở lên tới kênh 7 (175Mhz) thêm 9 tín hiệu truyền hình có thể được mang, như vậy là có một hệ thống 21 kênh. Vấn đề chính tại thời điểm này đó là những người sử dụng những bộ thu hình có thể không chỉnh được những kênh này, bởi vì tất cả họ có là những kênh 2 đến kênh 13 và kênh UHF 14 đến 83. Làm sáng tỏvấn đề này, một khối biến đổi được sử dụng. Khối biến đổi này lựa chọn băng tần giữa và biến đổi 9 kênh thành các kênh, ví dụ như: kênh UHF 27 đến 35. Kết nối chuyển đổi được biểu diễn trong hình sau:
SVTH: HUỲNH MINH HẢI 1414 Hình 3: Kết nối chuyển đổi
Tại thời gian này (1970), số lượng trạm truyền hình UHF được gia tăng nhiều.
Những hệthống cáp chỉcó thểmang tới kênh 13 (216Mhz), vì vậy sự lựa chọn hoạt động hệ thống truyền hình cáp để chuyển đổitại head-end của một số trạm UHF thành 9 kênh băng tần giữa có thểsử dụng được.
Đầu những năm 1980 các chương trình giải trí trở nên sẵn có thông qua các kênh vệ tinh, các chương trình này đầu tiên được chuyển đổi sang hệ NTSC để điều chế một số kênh sóng manghướng lên vệtinh và hệthống phát của vệtinh chuyển tới trạm anten thu mặt đất của một hệthống truyền hình cáp địa phương. Hệthống thu tại thời điểm này sử dụng những anten lớn (10m) bởi vì những bộkhuếch đại anten vi sóng có nhiễu và độlợi bị hạn chế. Suốt những năm 1980 đã cải thiện được những bộ khuếch đại anten thu nhiễu thấp hay những bộ khuếch đại nhiễu thấp (LNAs) và bộ này thì nhỏ và chi phí thấp hơn.
Những anten thu parabol đã xuất hiện nhiều trong thời điểm này. Sự ra đời của những bộ chuyển đổi nhiễu thấp (LNBC) trong những năm sau 1980 chất lượng được cải thiện và trị giá thấp hơn. LNBC về cơ bản là bộ khuếch đại nhiễu thấp được lắp trên anten. Tín hiệu tần số 4000Mhz (4Ghz) thấp hơn bao gồm 24 kênh chương trình được chuyển đổi thành 24 kênh trong băng tần, ví dụ như từ 950 đến 1450Mhz. Vì thếcáp từ anten xuống bộthu có suy hao thấp hơn tại 950 đến 1450Mhz so với tại 3.7 đến 4.2Ghz.
Bởi vì những kênh truyền hình vệ tinh là các kênh xem phải trả tiền nên một vài cách thức của việc chia tín hiệu tại đường nối ra tới thuê bao là cần thiết để ngăn tín hiệu tới những thuê bao không muốn trảtiền cho dịch vụ. Một mạng gồm các điện trở, tụ điện và cuộn dây được làm theo dạng ống như một bộ lọc bẫy và được đặt trong một cái hộp bằng kim loại. Bộlọc này có tiện ích loại bỏcác kênh không mong muốn từ nhà của thuê
bao, và nó được gọi là bộ bẫy tín hiệu kiểu negative. Muốn làm thất bại kĩ thuật này thì chỉ cần loại bỏcái bẫy này ra khỏi đường dây dẫn, điều này rất khó vì dễ bị phát hiện và nguy hiểm.
Các chương trình vệ tinh xuất hiện ngày càng nhiều, vì vậy những hệ thống nhiều hơn 24 kênh được dùng, điều này làm cho những nhà khai thác hệ thống truyền hình cáp đặt kế hoạch tăng dung lượng kênh lên. Dĩ nhiên, loại cáp chất lượng tốt nhất và những bộ khuếch đại được cải thiện và những hệ thống mới được thiết kế tới 30 kênh (55÷270Mhz), 35 kênh (55÷300Mhz), 40 kênh (55÷350Mhz), 52 kênh (55÷400Mhz), 62 kênh (55÷450Mhz), đến 78 kênh (55÷550Mhz).
Phương pháp bẫy đểbảo mật kênh sớm trở nên khó điều khiển, bởi vì những cái bẫy này phải được sắp xếp để bẫy lại những thuê bao không trả phí dịch vụ. Để làm sáng tỏ vấn đề này, thì kĩ thuật mã hóa tín hiệu được phát triển. Ở lối vào đặt một tín hiệu gây nhiễu lên tín hiệu thực (tới thuê bao), do đó thuê bao không thể xem được cá chương trình trên TV. Bẫy này đặt trên cổng nối tới thuê bao để loại đi tín hiệu gây nhiễu này để thuê bao có thể xem được. Một vài kênh thuộc gói dịch vụ sẽ được xáo trộn bởi tín hiệu gây nhiễu. Một vài gói cũng có thể được trộn bởi một vài kiểu của tín hiệu gây nhiễuở những nơi mà bẫy tín hiệu là cần thiết cho mỗi chương trình. Phương pháp này được gọi là bẫy positive, và những bẫy này thường được xem như là những bộ lọc phân lớp. Các bẫy negative cũng được hình thành để loại bỏ băng tần của tín hiệu. Cả hai phương pháp bẫy này giúp hạn chếsố lượng bẫy gắnở đầu nối. Có một điều nên nhớ là bẫy negative loại bỏ dịch vụtừ những người không thuê bao còn bẫy positive cung cấp dịch vụtrảtiền tới thuê bao. Vì vậy một hệ thống với vài thuê bao trả tiền sẽcó nhiều bẫy negative và có ít bẫy positive.
Với sự gia tăng số lượng kênh, các bộ thu hình có thể điều hưỡng các kênh này là cần thiết. Vẫn còn nhiều bộthu hình chỉ điều hưỡng từ kênh 2 đến kênh 13 và UHF (14 đến kênh 83). Những bộ thu mới hơn thường được gọi là cable-ready, thì có thể điều hưỡng một số kênh mới. Việc chuyển đổi tín hiệu được làm sáng tỏ vấn đề này: nó nhận tín hiệu từ cáp và được chuyển đổi lựa chọn thành kênh cố định, thường là kênh 2, 3 hay 4 và cung cấp những kênh này để đến truyền hình thu. Hình sau minh họa một vài phương pháp kết nối với bộchuyển đổi.
SVTH: HUỲNH MINH HẢI 1616 Hình 4:Phương pháp kết nối với bộ chuyển đổi
Trong những năm đầu 1980 đã phát triển những phương pháp triệt tiêu (tiếng ồn) làm cho đồng bộtín hiệu. Phương pháp này sử dụng những mạch xử lý tín hiệu video tại đầu cuối (head-end) đểchuyển đổi hoặc khử nhiễu nằm ngang những xung đồng bộtừ tín hiệu video. Không truyền hình thu nào có thểxem một dịch vụmà những tín hiệu chuyển đổi được giữ nằm ngang. Những hình ảnh mong muốn được xem nếu giữ chặt tín hiệu nằm ngang trong máy thu hình thì phải được điều chỉnh. Những mạch điện khôi phục lại tín hiệu được gắn vào những mạch chuyển đổi thuê bao. Những thuê bao yêu cầu những dịch vụ chuyển đổi chương trình được cài sẵn của họ với chip IC (Intergrated Circuit) chương trình nhớ chỉ đọc (PROM) thì kích hoạt những mạch khôi phục lại đểtriệt tiêu tín hiệu nằm ngang làm cho tín hiệu đồng bộ.
Sau những năm 1980 với sự phát triển của máy tính cá nhân, có thể điều chỉnh chuyển đổi thuê bao với sự gắn liền thiết bị xáo trộn âm mà có thể điều khiển được (máy tính “talks” đến bộ chuyển đổi; mỗi bộchuyển đổi thì có một địa chỉ). Những mạch điện được thêm vào để thuê bao chuyển đổi xử lý dữ liệu được mang bởi sóng mang dữ liệu xuôi dòng (data carrier). Sóng mang dữ liệu này thì có trong hầu hết các trường hợpở đầu của băng tần sóng vô tuyến FM (106 – 205Mhz) và được điều mà có thể điều khiển được dòng dữ liệu. Khi bộ chuyển đổi thấy được địa chỉ của nó hiện ra trên dòng dữ liệu, nó được rút ra để mã hóa thành sốtheo lệnh. Những lệnh đó về bản chất được thay thếchỗ của PROM theo thông tin được cung cấp ban đầu. Thuê bao sẽ tiếp xúc với công ty cáp, nếu họmuốn thay đổi dịch vụthì người thư ký tại công ty cáp sẽthêm vào những thay đổi trên máy tính thông qua một giao tiếp giữa máy tính và cáp (computer-to-cable modem)
đểchỉdẫn bộ chuyển đổi để đáp ứng yêu cầu của thuê bao, vì vậy không cần thiết tới nhà của thuê bao đểthực hiện sự thay đổi này.
Tất cả các phương pháp cho việc bảo mật tín hiệu lúc này hay lúc khác có thểbị làm hư hỏng. Những người chỉ muốn xem mà không muốn trả tiền thì họ làm hoặc mua các bẫy positive trái phép và đặt chúng trong nhà của họ ở những nơi kín đáo. Những người này được gọi là “kẻ ăn cắp tín hiệu”, họ bán và cài đặt các con chip PROM trái phép để đánh bại bộ biến đổi giải trộn. Ngoài ra những cái được gọi là hộp đen được bán cho những thuê bao và chúng được đặt giữa bộ biến đổi có thể định địa chỉ và bộ thu hình.
Hầu hết các công ty truyền hình cáp dùng các chương trình khác nhau để quản lý vấn đề bảo mật tín hiệu mà họcung cấp.