Mạng quang trong truyền hình cáp

MỤC LỤC

MỤC LỤC............................................................................................................... 1

DANH MỤC HÌNH VẼ......................................................................................... 4
BĂNG TƠNG HỌP CÁC TÙ VIẾT TẨT............................................................ 6

LỜI MỚ ĐÀU........................................................................................................ 7

CHƯƠNG I - TƠNG QUAN VÈ TRUN HÌNH CÁP.................................... 8
1.

Truyền hình cáp................................................................................................ 8

2.

VỊ trí các mạng truyền hình cáp và xu thế phát triền....................................... 9

3.

Kiến trúc mạng CATV truyền thống:.............................................................. 10

4.

Tổng quan ve mạng HFC................................................................................ 12

4.1.

Giới thiệu.......................................................................................................... 12
4.1.1. Khái niệm..............................................................................................12

4'2 L^l^ỊpyíỈỊlrVỉệỉrỄtỉỉtliộC MỠ Hầ Nộỉ......................... 12
4.2.

Cấu trúc, nguyên lý hoạt động mạng HFC........................

4.3.

ưu và nhược điểm cùa mạng HFC và HFPC.................................................. 14

4.4.

Kết luận.............................................................................................................16

12

CHƯƠNG II - CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRONG MẠNG QUANG............... 17
1.

Cấu tạo và hoạt động cùa Headend................................................................. 17

1.1.

Sơ đồ khối cơ bán của Headend...................................................................... 17

1.2.

Nguyên lý hoạt động của Hcadend.................................................................. 18

1.3.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy phát quang.................................... 18

2.

1.3.1.

Cấu tạo............................................................................................... 18

1.3.2.

Hoạt động của máy phát...................................................................22

Cấu tạo và hoạt động của node quang............................................................ 23

3.

Sợi quang.........................................................................................................24

3.1.

Cấu tạo............................................................................................................. 24

3.2.

Phân loại sợi quang.......................................................................................... 25

3.3.

Các đặc tính của sợi quang.............................................................................. 26
GVHD: TRÀN TUÁN HUNG

1SVTH: ĐỎ THỊ THU THÚY


3.3.1.

Suy hao............................................................................................. 26

3.3.1.1.

Hệ số suy hao............................................................................ 26

3.3.1.2.

Các yếu tố gây lên suy hao....................................................... 26

3.3.1.3.

Các giới hạn bởi suy hao.......................................................... 28

3.3.2.

Đặc tính tán sắc của sợi quang......................................................... 28

3.3.2.1.

Khái niệm................................................................................. 28

3.3.2.2.

Tán sắc mode........................................................................... 29

3.3.2.2.

Tán sắc vật liệu........................................................................ 30

3.3.2.3.

Tán sắc phân cực mode............................................................ 32

3.3.2.4.

Mối quan hệ giữa tán sắc và dái thông.................................... 33

3.3.3.

Các hiệu ứng phi tuyến..................................................................... 33

4.

Các mối hàn và các bộ kết nối (Connector) trong mạng quang.................... 34

4.1.

Phương pháp hàn cáp....................................................................................... 36

4.2.

Các Connector................................................................................................. 37

Ghép công suất quang......................................................................................... 38

5.

CHƯƠNG III -PHƯƠNGPHÁPTHIỆT ^^^Gj^IjJA^;.......................40
1.

Lựa chọn các thơng số kỹ thuật cho mạng truyền hình cáp hữu tuyến.........40

1.1.

Phân bố dải tần tín hiệu................................................................................... 40

1.2.

Tính tốn kích thước node quang cho yêu cầu hiện tại................................. 41

2.

Thiết kế.......................................................................................................... 42

2.1.

Lựa chọn sợi quang........................................................................................ 42

2.2.

Tính tốn suy hao cùa hệ thống.......................................................................42

3.

Tn thủ ngun tắc thiết kế mạng quang......................................................44

4.

Tính tốn mạng quang.................................................................................... 45

CHƯƠNG IV - GIÁM SÁT MẠNG QUANG...................................................47
1.

Máy do OTDR................................................................................................ 47

1.1.

Khái niệm......................................................................................................... 47

1.2.

Sơ đồ tổng quát của máy đo OTDR............................................................... 48

1.3.

Nguyên lý hoạt động cùa máy đo OTDR....................................................... 51

1.4.

Các thơng số chính của máy đo OTDR.......................................................... 51
1.4.1.

Tần số phát xung.............................................................................. 51

GVHD: TRÁN TUÁN HƯNG

2SVTH: ĐỎ THỊ THU THỦY


1.4.2.

Độ phân giải......................................................................................53

1.4.3.

Dài động........................................................................................... 53

1.4.4.

Vùng chết.......................................................................................... 54

1.5.

Những đặc điểm cơ bàn của một vet OTDR................................................... 55

1.6.

Cách thiết đặt một máy đo OTDR.................................................................. 56

1.7.

Thực hiện phép đo bàng máy đo OTDR........................................................ 57

1.8.

1.7.1.

Các chỉ tiêu kỹ thuật......................................................................... 57

1.7.2.

Sơ đồ mặt máy................................................................................. 58

1.7.3.

Đo OTDR........................................................................................ 60

Một số ứng dụng của máy đo OTDR............................................................. 60

1.8.1.

Do suy hao toàn tuyến...................................................................... 60

1.8.2.

Do chiều dài sợi............................................................................... 61

1.8.3

Các định chỗ sợi bị đứt......................................................................61

1.8.4.

Do suy hao của mối hàn và khớp nối.............................................. 62

1.8.5.

Kết luận............................................................................................ 64

2.

Hệ thống giátiỊ^Ị^^ Việtt Đạrhọc MỞ Hà-Nội..................... 64

2.1.

Cấu trúc............................................................................................................ 65

2.2.

Nguyên lý......................................................................................................... 66

2.3.

Tính năng......................................................................................................... 67

KÉT LUẬN.......................................................................................................... 68

GVHD: TRÀN TUÂN HUNG

3SVTH: ĐỎ THỊ THU THỦY


DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: cấu hình mạng truyền dẫn và phân phối tín hiệu........................................ 8
Hình 1.2: Kiến trúc đơn giàn mạng CATV truyền thống........................................... 10
Hình 1.3: Kiến trúc mạng HFC................................................................................... 12
Hình 1.4: cấu trúc mạng HFPC.................................................................................. 14
Hình 2.1: Trung tâm Headend.................................................................................... 17
Hình 2.2: Sơ đồ khối máy phát tín hiệu quang........................................................... 19
Hình 2.3: Laser Fabry-perot: (a) cấu tạo của khoang cộnghưởng; (b) Hình thành
sóng đứng trong khoang cộng hường; (c) Phổ phát xạ của FP-LD.......................... 20
Hình 2.4: Đặc tính p -1 của laser diode..................................................................... 20
Hình 2.5: cấu trúc diode laser hồi tiếpphân tán DFB................................................ 21
Hình 2.6 (a): Điều chế tín hiệu số.............................................................................. 22
Hình 2.6 (b); Điều chế tương tự..................................................................................22
Hình 2.7: Sơ đồ khối của node quang 4 cống ra....................................................... 23
Hình 2.8: cấu tạo sợi quang......................................................................................24
Hình 2.9: Mặt cắt và các tia sáng truyền trong: (a) sợi đa mode chiết xuất phân bậc,
(b) sợi đa mode chiết xuất Gradien và (c) sợi đơn mode chiết xuất phân bậc......... 25
Hình 2.10: Suy hao tổng của sựi quang.................................................................... 27
Hình 2.11: Tán sẳc.mọde trong sợi dạ mode Sl......>L,<.....i.f.:...x.i.5.;........................ 29
Hình 2.12: Minh hoạ tan sarphan cịrc mode............................. :..........................32
Hình 2.13: Các mối hàn gây suy hao giữa haisợi quang: (a) có khe hở, (b) Trục...35
Hình 2.14: Suy hao ghép trong sợi đơn mode đối với nguồn MDF và bước sóng
10pm trong các trường hợp: Khe hờ, lệch trục và bẻ góc......................................... 36
Hình 2.15: Phương pháp hàn sợi quang nóng chảy...................................................37
Hình 2.16: cấu tạo của các connector........................................................................ 37
Hình 2.17: Ghép góc các nguồn quang vào sợi quang............................................ 38
Hình 3.1: Phân bố dải tần cho các mạng truyền hình cáp tạiMỹ............................. 40
Hình 3.2: Phân bổ dái tần cho các mạng truyền hình cáp ChâuÂu......................... 41
Hình 4.1: Sơ đồ khối cùa thiết bị đo OTDR.............................................................. 48
Hình 4.2: Kết quả hiến thị trên máy OTDR tương ứng với các vị trí trên đường
truyền cáp quang..........................................................................................................49

Hình 4.3: Chọn xung hẹp để độ phân giải tốt hơn..................................................... 52
Hình 4.4: Xung rộng cho dải động lớn hơn............................................................... 53
Hình 4.5: Sơ đồ phân bố cơng suất quang của một máy OTDR.............................. 54
Hình 4.6: Các loại vùng chết...................................................................................... 55
Hình 4.7: Bốn đặc điểm cơ bàn của vết OTDR..........................................................55
Hình 4.8: Sơ đồ mặt trước thiết bị OTDR................................................................. 58
Hình 4.9: Sơ đồ mặt sau thiết bị OTDR.................................................................... 58
Hình 4.11: Xác định chỗ đứt cách dùng OTDR đo từ hai phía................................. 62
GVHD: TRÀN TUÁN HUNG

4SVTH: ĐỎ THỊ THU THÚY


Hình 4.12. Suy hao cúa mối hàn và khớp nối............................................................ 63
Hình 4.13. Suy hao của mối hàn đo theo hai chiều.................................................... 63
Hình 4.14: Dùng một OTDR để do suy hao cùa mối hàntheo hai chiều................ 64
Hình 5.1: Thiết bị truyền dữ liệu từ xa RTU phiên bân4 do hãngActerna sán xuất
............................
65
Hình 5.2: Mơ hình hệ thống OMNS........................................................................... 66

Thư viện Viện Đại học Mơ Hà Nội

GVHD: TRÀN TUẤN HUNG

5SVTH: ĐÒ THI THU THÚY


BẢNG TÓNG HỢP CÁC TÙ VIÉT TẤT
APC

BER
CATV
CPM
DBS
DFB
DWDM
EDFA
FDM
FP
FWM
GVD
HFC
HFPC
MMDS
OFM
ONMS
OTDR
QAM
RF Tht

Angled Physical Contact
Bit Error Rate
Community Antenna Television
Cross Phase Modulation
Direct Broadcast Satellite
Distributed Feedback
Dense Wavelength Division Multiplexing
Erbium Doped Fiber Amplifier
Friquency Division Multiplexing
Fabry-perot

Four Wave Mixing
Group Velocity Dispersion
Hybrid Fiber Coaxial
Hybrid Fiber Passive Coaxial
Multipoint Multichanel Distribution Service
Optical Fiber Mapping
Optical Network Management System
Optical Time Domain Reflectometer
Quadrature.Ampliture Modulation

RTU
SDH
SMF
SNI
STB
STM
SPM
SWDR
TDM
TP
VHF
VFL
WDM

Remote Test Units
Synchronous Digital Hierarchy
Single Mode Fiber
Signal Noise Improvement
Set - Top - Box
Synchronous Transfer Mode

Self Phase Modulation
Single Way Dynamic Range
Time Division Multiplexing
Test Point
Very Hight Friquency
Visible Fault Locator
Wavelength Division Multiplexing

nọc Mơ Ha Nọi

GVHD: TRÀN TUẤN HUNG

6SVTH: Đỏ THI THU THÚY


LỜI MỞ ĐÀU
Ngày nay. đi cùng với sự phát triền của xã hội. nhu cầu và đòi hỏi về chất lượng
cuộc sống, cập nhật thông tin ngày càng tăng cao. Đế phục vụ cho nhu cầu đó bên
cạnh việc tra cứu trên các thiết bị di động, máy tính, truyền hình cáp cũng là một
cơng cụ hữu dụng. Những năm gần đây, do nhu cầu thưmig thức các chương trình
truyền hình chất lượng cao, nội dung phong phú ngày càng tăng cũng như sự tiến bộ
trong công nghệ, các mạng truyền hình cáp đã có những bước phát triển mạnh mẽ
và mờ rộng ra trớ thành đối thủ cạnh tranh trực tiếp với các nhà mạng viễn thông
hiện hành trong lĩnh vực cung ứng các dịch vụ viền thơng. Chìa khóa cho bước phát
triến đó là sự hình thành của cơng nghệ truyền hình cáp hữu tuyến CATV. Nó đã
giải quyết được vấn đề lớn mà truyền hình Hoa Kỳ vấp phải trước đó. Đó là mâu
thuẫn giữa việc gia tăng kênh phát sóng với tình trạng cạn kiệt quỹ tần số và van đề
can nhiễu. Giờ đây, những kênh truyền hình mới phát qua dây dẫn khơng làm nhiễu
sóng các kênh truyền hình dã có và truyền hình dây dần đã là một vùng đất mới đế
xây dựng các đài truyền hình cỡ nhỏ với một số lượng khá lý tưởng. Thành cơng đó

đến từ việc ứng dụng cáp quang vào trong CATV nhằm truyền dẫn và phân phối tín
hiệu. Nhờ dó tận dụng dược các ưu diem cùa cáp quang so với các phương tiện
truyền dẫn khác: có băng thông rất lớn. suy hao trên đường truyền nhỏ, không bị
anh hường bới yếu tố nhiễu cùa, mội trường bên ngồi hay diện từ đồng thời có thể
tích hợp được nhiều dịch vụ trên cùng một đường truyền. Và đề một hệ thống có

băng thơng lớn đến vậy hoạt động ốn định, tránh được các hịng hóc sự cố luôn cần
những thiết bị. phương pháp giám sát, bào hành tương xứng. Hiện nay, có 2 phương
pháp đang được áp dụng nhằm mục đích theo dõi, đo đạc và khắc phục sự cố cho
cáp quang đó là sừ dụng máy đo OTDR và hệ thống giám sát tự động ONMS
(Optical Network Management System).
Và để trình bày rõ hơn về các vấn đề này, đồ án “MẠNG QUANG TRONG
TRUYÊN HỈNH CÁP”cùa em sẽ bao gồm các nội dung cơ bán:
> Truyền hình cáp hữu tuyến
> Các thiết bị chính trong mạng quang
> Phương pháp thiết kế mạng quang
> Các phương pháp giám sát mạng quang

Trong quá trình làm dồ án, do thời gian tìm hiểu cịn hạn hẹp và kiến thức có phần
hạn che. bàn đồ án này của em vần cịn nhiều thiếu sót, một số nội dung chưa được
chi tiết, em rất mong nhận được sự thông cảm và góp ý cùa các thầy cơ đe em hồn
thiện hơn.

GVHD: TRÀN TUẤN HUNG

7SVTH: ĐÒ THI THU THÚY


t>Ị ÁNTĨTNGHIẸP

CHƯƠNG I - TỎNG QUAN vfc TRƯN HÌNH CÁP

CHNG I - TỐNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH CÁP
1. Truyền hình cáp
Truyền hình cáp hay cịn gọi là CATV (Community Antenna Television) là một hệ
thống các chương trình truyền hình trà tiền theo thuê bao được truyền qua tín hiệu
tần số vô tuyến(RF) được truyền tài qua cáp đồng trục hoặc cáp quang.
Mạng truyền hình cáp bao gồm 3 phần chính: Hệ thống thiết bị tại trung tâm. hệ
thống mạng phân phối tín hiệu và hệ thống mạng th bao.

• Hệ thống trung tâm Headend:
Hệ thống trung tâm (Headend System) là nơi cung cấp. quan lý chương trình hệ
thống mạng truyền hình cáp sau khi đã qua các bước xử lý như: giái mã, giải điều
che. phân mã. phân kênh, mã hóa, trộn... Đây cũng chính là nơi thu thập các thông
tin quan sát trạng thái, kiếm tra hoạt dộng mạng và cung cấp các tín hiệu điều khiến.
Với các hệ thống mạng hiện đại có khà năng cung cấp các dịch vụ truyền tương tác,
truyền số liệu, hệ thống thiết bị trung tâm cịn có thêm các nhiệm vụ như: mã hố
tín hiệu qn lý truy nhập, tính cước truy nhập, giao tiếp với các mạng viễn thơng
như mạng Internet...

• Mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp
Mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp là mơi trường truyền dần tín hiệu tù trung
tâm mạng đen các thuê bao. Tuỳ theo đặc trưng cùa mồi hệ thống truyềnhình cáp.
mơi trường truyền dẫn tín hiệu sẽ thay đối: với hệ thống truyền hình cápnhư MMDS
mơi trường truyền dần tín .hìệd ẩỄ là 'sõng Võ tuỹểh. Ngược lại, đốivới hệ thống
truyền hình cáp hữu tuyến (Cable TV) môi trường truyền dẫn sẽ làcác hệ thống cáp
hữu tuyến (cáp quang, cáp đồng trục, cáp dồng xoan ...). Mạngphân phoi tín hiệu
truyền hình cáp hữu tuyến có nhiệm vụ nhận tín hiệu phát ra từ các thiết bị trung
tâm. điều chế, khuếch đại và truyền vào mạng cáp. Các thiết bị khác trong mạng có
nhiệm vụ khuếch đại, cấp nguồn và phân phối tín hiệu hình đến lận thiết bị cùa thuê

bao. Hệ thống mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp làbộ phận quyết định đến
đối tượng dịch vụ, khoảng cách phục vụ, số lượng thuêbao và khả năng mở rộng
cung cấp mạng.

Hình 1.1: cấu hình mạng truyền dẫn và phân phối tín hiệu

GVHD: TRÀN TUẤN HƯNG

8SVTH: ĐỎ THỊ THU THÚY


ĐỊ ÁN TĨT NGHIỆP

CHƯƠNG I - TỊNG QUAN VÈ TRƯN HÌNH CÁP

• Thiết bị tại nhà th bao
Với một mạng truyền hình cáp sử dụng cơng nghệ tương tự. thiết bị tại thuê bao có
thể chi là một máy thu hình, thu tín hiệu từ mạng phân phối tín hiệu. Với mạng
truyền hình cáp sư dụng cơng nghệ hiện đại hơn, thiết bị thuê bao gom các bộ chia
tín hiệu, 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 đe thuê bao sử dụng các
dịch vụ cùa mạng: chương trình TV. truy nhập Internet, truyền dừ liệu...

2. Vị trí các mạng truyền hình cáp và xu thế phát triển.
Các mạng CATV dã trải qua các giai doạn phát triển từ mạng tương tự quảng bá
một chiều đồng trục tới mạng HFC tương tác 2 chiều truyền tài các kênh Video
tương tự/số và dữ liệu tốc độ cao. Mạng đồng trục băng rộng kiến trúc cây và nhánh
truyền thống được hỗ trợ bời công nghiệp RF phục vụ tốt các dịch vụ quàng bá và
các dịch vụ điểm - đa điểm. Dùng nhiều bộ khuếch đại (30 40), có thề làm giảm
chất lượng và tính năng cùa kênh Video AM-VSB. làm giâm thị hiếu cúa khách

hàng. Việc sứ dụng các kết nối vi ba mặt đất đã giám số lượng các bộ khuếch đại,
cài thiện được hiệu năng truyền dần các kênh quàng bá tương tự.
Sự tiến bộ vượt bậc trong công nghệ sợi quang từ cuối những năm 80 đã khiến cho
công nghiệp truyền hình cáp phát triển mạnh mẽ. Sự ra đời của laser điều chế trực
tiếp DM-DFB550 MHz và các bộ thu quang hoạt động ở dái bước sóng 1310 nm đã
làm thay đối kiến trục truyền ihpng mạng cáp đồng trục. Mạng HFC cho phép
truyền dần tin cậy các kênh Video tương tự quãng bá qua sợi đơn mode SMF tới các
node quang, do đó số lượng các bộ khuếch đại RF đã được giâm đi rất nhiều. Hơn
nữa các nhà điều hành còn thực hiện triền khai thiết bị Headend sữ dụng các Ring
sợi quang đề kết nối giữa Hcadcnd trung tâm và các Headend thứ cấp hoặc các Hub
tại những vị trí quan trọng. Do vậy, các nhà điều hành cáp có thể hạ giá thành và cãi
thiện hơn nữa chất lượng và tính hữu dụng cảu các dịch vụ quảng bá truyền thống.
Sự phát triền cúa nhiều thiết bị quan trọng như: Các bộ điều chế QAM. các bộ thu
QAM giá thành hạ. các bộ mã hóa và giái mã tín hiệu Video số, cho phép các nhà
điều hành cáp cung cấp thêm khoảng 10 dịch vụ Video số mới trong các kênh Video
AM/VSB dùng với STB số. Việc triển khai nhanh chóng mạng HFC 750 MHz và
một số dịch vụ viễn thông cung cap khả năng cạnh tranh truy nhập và nhiều loại
hình kinh doanh cho khách hàng tại các thị trường quan trọng.
Vào giữa thập kỷ 1990. kiến trúc mạng HFC đã bat đầu có hướng phát triển mới.
Cuộc cách mạng này là do những áp lực sau của thị trường:
- Bùng nổ nhu cầu truy nhập dừ liệu tốc độ cao trong các khu vực dân cư.
- Nhu cầu chuyển phát các dịch vụ số tương tác.
- Gia tăng cạnh tranh từ nhiều nhà cung cấp dịch vụ viền thông và các nhà cung
cấp dịch vụ DBS (Direct Broadcast Satellite).
- Sự tiến bộ trong công nghệ sợi quang, đặc biệt là laser và bộ thu quang vàquản lý
mạng cáp.
GVHD: TRÁN TUÁN HUNG

9 SVTH: ĐỎ THỊ THU THÚY

t>Ị ÁNTĨTNGHIẸP

CHƯƠNG I - TỎNG QƯAN vfc TRƯN HÌNH CÁP

Những nhu cầu và áp lực thị trường đã tác động tới các nhà điều hành cáp xem lại
kiến trúc mạng HFC hiện tại và tiến tới mạng truy nhập CATV DWDM (Dense
Wavelength Division Multiplexing).

3. Kiến trúc mạng CATV truyền thống:
Kiến trúc của mạng CATV truyền thống bao gồm 3 phần:
• Headend

• Mạng phân phố tín hiệu truyền hình cáp
- Cáp chính trung ke (Trunk cable)
- Fidơ cáp: Cáp rẽ ra từ các cáp trung kế
- Cáp thuê bao (Drop cable): Phan cáp kết nối từ cáp nhánh tìdơ đến thuê bao
hộ gia đình.
• Thiết bị tại nhà th bao

Hình 1.2: Kiến trúc đơn giãn mạng CATV truyền thống

Lưu lượng Video tống đường xuống phát lừ headend và được đưa tới cáccáp trung
kế. Đe cung cấp cho toàn một vùng, các bộ chia tín hiệu (spliter) sẽ chia lưu lượng
tới các cáp nhánh tìdơ từ cáp trung kế. Tín hiệu đưa đến thuê bao được trích ra từ
các cáp nhánh (fidơ cáp) nhờ bộ trích tín hiệu Tap.Mức tín hiệu suy hao tỷ lệ với
bình phương tan số trung tâm khi truyền quacáp trục (cáp trung kế, cáp fidơ và cáp
thuê bao). Do vậy tín hiệu ở tần số càng cao suy hao càng nhanh so với tần số thấp.
Đó là lý do tại sao các nhà cung cấp mong muốn ít kênh. Mức tín hiệu cũng bị suy
giảm khi đi qua các bộ spliter và Tap.Trên đường đi của tín hiệu, các bộ khuếch đại

tín hiệu được đặt ờ cáckhoăng cách phù hợp đế khơi phục tín hiệu bị suy hao. Các
GVHD: TRÁN TUÁN HƯNG

10 SVTH: ĐÒ THỊ THƯ THÚY


ĐỊ ÁN TĨT NGHIỆP

CHƯƠNG I - TỊNG QUAN VÈ TRƯN HÌNH CÁP

bộ khuếch đại được cấp nguồn nhờ các bộ cấp nguồn đặt rái rác trên đường đi của
cáp, các bộ nguồn này được nuôi từ mạng điện sờ tại. Các bộ khuếch đại xa nguồn
được cấp nguồn cũng chính bằng cáp đồng trục: dòng điện một chiều được cộng
chung với tín hiệu nhờ bộ cộng. Đen các bộ khuếch đại, dòng một chiều sẽ được
tách riêng để cap nguồn cho bộ khuếch dại.Vì các kênh tan số cao tín hiệu suy hao
nhanh hơn nhất là trên khoáng cách truyền dẫn dài, các kênh tần số cao cần có mức
khuếch dại cao hơn so với các kênh tần số thấp. Do đó cần phài cân bằng cơng suất
trong dái tần phát tại những điếm cuối đế giảm méo. Đố phủ cho một vùng, một bộ
khuếch đại có thể đặt ở mức cao, kết quả là câ tín hiệu và méo đều lớn. Do vậy tại
nhà thuê bao gần headend cần một thiết bị thụ động làm suy giám bớt mức tín hiệu
gọi là Pad.
Các hệ thống cáp đồng trục cải thiện đáng kê chất lượng tín hiệu thu củaTV. Mặc
dù nhiều vùng tín hiệu truyền hình vơ tuyến qng bá thu được có chất lượng khá
tốt nhưng CATV vẫn được lựa chọn phổ biến vì khá năng lựa chọn nhiều chương
trình. Tuy nhiên mạng tồn cáp đồng trục có một số nhược điềm sau:
• Mặc dù đạt được một số thành cơng về cung cấp dịch vụ truyền hình, các hệ
thống thuần túy cáp trục khơng thế thóa mãn các dịch vụ băng rộng tốc độ cao.
• Dung lượng kênh của hệ thống không đù để đáp ứng cho phát vệ tinh quãng bá
trực tiếp DBS. Hệ thống cáp đong trục có thề cung cấp hơn 40 kênh nhưng các
thuê bao DBS có thế thu được gấp 2 lần số kênh trên, đủ cho họ lựa chọn

chương trình. Các mạng cáp yêu cầu thêm dung lượng kênh đế tăng cạnh
tranh.
• Truyền dẫn tín hiệu bằng páp.^ồng (pp CQ sụy hao tjất. lớn, nên cần phải đặt
nhiều bộ khuếch đại tín hiệu :trên dường truyền. Do vậy phái có các chi phí
khác kèm theo: nguồn cấp cho bộ khuếch đại. cơng suất tiêu thụ cùa mạng tăng
lên... dần đen chi phí cho mạng lớn.
• Các hệ thống cáp đồng trục thiêu độ tin cậy. Nẻu một bộ khuếch đại ở gần
headend khơng hoạt động (ví dụ như mất nguồn ni), tất cà các thuê bao do
bộ khuếch đại đó cung cấp sẽ mất các dịch vụ.
• Mức tín hiệu (chất lượng tín hiệu) sẽkhơng đùđáp ứng cho sốlượng lớn các
th bao. Do sứdụng các bộkhuếch dại đểbù suy hao cáp, nhiều dường truyền
tác động vào tín hiệu và nhiễu nội bộcùa bộkhuếch đại được loại bịkhơng hết
và tích tụtrên đường truyền, nên càng xa trung lâm, chất lượng tín hiệu càng
giảm, dẫn đến hạn chếbán kính phục vụcủa mạng.
• Các hệ thống cáp đồng trục rất phức tạp khi thiết kế và vận hành hoạt động.
Việc giữ cho công suất cân bằng cho tất cá các thuê bao là vấn đề rất khó.
Để giãi quyết các nhược điểm trên, các nhà cung cấp cùng đi tới ý tướng sử dụng
cáp quang thay cho cáp trung kế đồng trục. Toàn hệ thống sẽ có cả cáp quang và
cáp đồng trục gọi là mạng lai giữa cáp quang và đồng trục (mạng lai HFC). Yêu cẩu
đối với hệ thống quang tương tự là duy trì sự tương thích với các thiết bị cáp kim
loại hiện có.

GVHD: TRÁN TUÂN HƯNG

11 SVTH: ĐỎ THỊ THU THÚY


t)Ị ÁNTĨTNGH1ẸP

CHƯƠNG I - TỎNG QUAN vfc TRƯN HÌNH CÁP

4. Tống quan về mạng HFC
4.1. Giói thiệu
4. ỉ. ỉ. Khái niệm
HFC (Hybrid Fiber Coaxial) là một mạng kết hợp giữa cáp quang và cáp đồng trục
để tạo ra một mạng băng rộng được sử dụng cho Cable TV (mạng cáp TV) lừ thập
niên 1990.VÌỘC truyền tín hiệu từ trung tâm den các node quang là cáp quang, còn
từ các node quang đến thuê bao là cáp đồng trục.

4. 1.2. Lịch sử hình thành
Do mạng Cable TV truyền thống trước đây chi dùng thiết bị điện và cáp đồng
trụccũng như các bộ khuếch đại. Chính vì vậy mà chất lượng tín hiệu cũng như bán
kính phục vụ là thấp, khơng đáp ứng được nhu cầu người xem cà về chất lượng hình
ảnh cùng các dịch vụ. Đề giãi quyết cho vấn đề đó mạng HFC ra đời với mục đích
khác phục nhược điểm trên bang cách nối cáp quang từ trung tâm đến mộtloạt diêm
phân phối quang. Tại các điếm phân phoi này, tín hiệu quang sẽ được chuyểnthành
tín hiệu diện và cáp đồng trục sẽ được sứ dụng đề kết nối đến các thuê bao khác.

4.2. Cấu trúc, nguyên lý hoạt động mạng HFC
* Mạng HFC bao gồm 3 mạng con (segment) gồm:
- Mạng truyền dẫn (Transport segment),................................
- Mạng phân phối <t>ỉể/ribẢSỈ>n se^nlli^'11
Met

- Mạng truy nhập (Acess segment)
Thông thường, cấu trúc mạng còn tùy thuộc vào nhiều yếu tố: địa lý, mật độ dân cư,
liên quan đến việc nâng cấp...Tuy nhiên, hầu hết các mạng phân phối và truyền dẫn
tín hiệu đều có cấu trúc dạng vịng hoặc hình sao. Cịn mạng truy cập thường có cấu
trúc cây hoặc rẽ nhánh.

Mạng truyên dẫn ! Mạng phân phôi I Mạng truy nhập
(backbone)
Hình 1.3: Kiến trúc mạng HFC

GVHD: TRÁN TUẤN HƯNG

12 SVTH: ĐÒ THỊ THU THÚY

I


ĐỊ ÁN TĨT NGHIỆP

CHƯƠNG I - TỊNG QUAN VÈ TRƯN HÌNH CÁP

Mạng truyền dần bao gồm hệ thống cáp quang và các Hub sơ cấp, nhiệm vụ cùa nó
là truyền dẫn tín hiệu từ headend đen các khu vực xa. Các Hub sơ cấp có chức năng
thu/phát quang từ/đến các node quang và chuyền tiếp tín hiệu quang tới các Hub
khác.
Mạng phân phối tín hiệu bao gồm hệ thống cáp quang, các Hub thứ cấp và các node
quang. Tín hiệu quang từ các Hub sẽ được chuyến thành tín hiệu điện tại các node
quang đế truyền đến thuê bao. Ngược lại trong trường hợp mạng 2 chiều, tín hiệu
điện từ mạng truy nhập sẽ được thu tại node quang và chuyển thành tínhiệu quang
đe truyền đến Hub ve headend.
Mạng truy nhập bao gồm hệ thống cáp đồng trục, các thiết bị thu phát caotần có
nhiệm vụ truyền tài các tín hiệu cao tần RF giữa node quang và các thiết bị th
bao. Thơng thường bán kính phục vụ cùa mạng con truy nhập tối đa khoàng300m.
* Hoạt dộng cửa mạng HFC:
Tín hiệu Video tương tự cũng như số từ các nguồn khác nhau như: Các bộ phát đáp
vệ tinh, nguồn quãng bá mặt đất. Video sever được đưa tới headendtrung tâm. Tại

đây tín hiệu được ghép kênh và truyền đi qua Ring sợi đơn mode(SMF). Tín hiệu
được truyền từ headend trung tâm tới thông thường là 4 hoặc 5Hub sơ cấp. Mỗi
Hub sơ cap cung cap tín hiệu cho khống hơn 150.000 th bao.Có khống 4 hoặc 5
hub thứ cấp và headend nội hạt, mỗi hub sơ cấp chi cung cấpcho khoáng 25000 thuê
bao. Hub thứ cấp được sứ dụng đe phân phối phụ thêmcác tín hiệu video tương tự
hoặc số đã ghép kênh với mục đích giám việc phátcùng kênh video tại các headend
sơ cấp và thứ cấp khác nhau. Các kênh số vàtương tự cúa headend trung tâm có the
cùng được chia se sừ dạng trên mạngbackbónè. Mạng backbone được xây dựng
theo kiến trúc Ring sứ dụng công nghệ SONET/SDH hoặc một số công nghệ độc
quyền.
Các đặc điếm của SONET/SDH được định nghĩa cấp tốc độ số liệu chuẩn từ tốc độ
OC-1 (51,84 Mb/s)/STM-1 (155,52 Mb/s) tới các tốc độ gấp nguyên lần tốc độ này.
Trong mạng SONET/SDH, tín hiệu Video tương tự dược số hóa, điều chế. ghép
kênh TDM và được tuyên tuyền ờ các tốc độ khác nhau từ OC-12/STM-4
(622Mb/s) tới OC-48/STM-16 (2448 Mb/s). Ở đây sứ dụng kỳ thuật ghép kênh
thống kê TDM đế tăng độ rộng băng tần sứ dụng. Ghép kênh thống kê TDM thực
hiện cấp phát động các khe thời gian theo yêu cầu đế thực hiện các dịch vụ có tốc
độ bít thay đồi qua mạng SONET/SDH. Để giãm chi phí lắp đặt, phần lớn các nhà
điều hành CATV lựa chọn sừ dụng thiết bị tương thích với chuấn SONET/SD, tùy
theo các giao diện mạng. Dung lượng node quang được xác định bới so lượng th
bao mà nó cung cấp tín hiệu. Node quang có thế là node cỡ nhỡ với khoáng 100
thuê bao hoặc cỡ lớn với khoáng 2000 thuê bao.
* Mạng truy cập thụ dộng HFPC
Trước đây các mạng con truy nhập thường sử dụng các thiết bị tích cực là các bộ
khuếch đại tín hiệu nham bù suy hao cáp đe truyền tín hiệu đi xa. Theo kinh nghiệm
cùa các nhà điều hành mạng cáp của châu Âu và châu Mỳ, trục trặc cùa mạng
truyền hình cáp phần lớn xày ra do các bộ khuếch đại và các thiết bị ghép nguồn
cho chúng. Các thiết bị này nằm rải rác trên mạng, vì thế việc định vị, sửa chữa
thông thường không thế thực hiện nhanh được nên ánh hường đến chất lượng phục
GVHD: TRÁN TUÂN HƯNG

13 SVTH: ĐỎ THỊ THU THÚY


CHƯƠNG I - TỎNG QUAN vfc TRƯN HÌNH CÁP

t>Ị ÁNTĨTNGHIẸP

vụ khách hàng của mạng. Với các mạng truy nhập đồng trục, khi cung cấp dịch vụ 2
chiều, các bộ khuếch đại can tích hợp phần tứ khuếch đại tín hiệu cho các tín hiệu
ngược dịng dẫn đến độ ồn định của mạng giảm. Hiện nay xu hướng trên thế giới
đang chuyên dân sang sử dụng mạng truy nhập thụ động, tại đó khơng sứ dụng bât
cứ một thiết bị tích cực nào nữa, mà chi cịn các bộ chia tín hiệu, các bộ ghép định
hướng và các bộ trích tín hiệu thụ động. Một mạng HFC chi sử dụng các thiết bị cao
tần thụ động dược gọi là mạng HFC thụ động HFPC (Hybrid Fiber/Passive Coaxial)
như the hiện trong hình 1.4.

(Backbond)
Hình 1.4: cấu trúc mạng HFPC

Thư viên Viện Đại học Mở Hà Nội

* Đặc điêin của mạng HFPC:

+ Đáp ứng cả yêu cầu xây dựng mạng 1 chiều và 2 chiều.
+ Sừ dụng mạng node quang có cơng suất lớn.

+Mạng quang chiếm ti trọng lớn trong toàn bộ tống thê mạng.
+Mạng đồng trục chí có các tuyển trục chính và tuyến cáp thuê bao với các
thiết bị chia thụ động.

+Khà nàng phục vụ từ 400-600 thuê bao\l node quang.

4.3. Cu và nhược điểm của mạng HFC và HFPC
Sừ dụng cáp quang de truyền tín hiệu, mạng HFC sẽ có các ưu điềm vượt trội cùa
cáp quang so với các phương tiện truyền dẫn khác: Dái thông cực lớn, suy hao tín
hiệu rấtthấp, ít bị nhiều điện từ, chống lão hóa và ăn mịn hóa học lốt. Với các sợi
quang được sản xuất với công nghệ hiện đại ngày nay, các sợi quang cho phép
truyền các tín hiệu có tầnsố lên tới hàng trăm THz. Đây là dãi thơng tín hiệu vơ
cùng lớn, có thế dáp ứng mọi u cầu dái thông dường truyền mà không một
phương tiện truyền dần nào khác có the có được.

Ưu điểm mang HFC:
GVHD: TRÁN TUẤN HƯNG

14 SVTH: ĐÒ THỊ THU THÚY


ĐỊ ÁN TĨT NGHIỆP

CHƯƠNG I - TỊNG QUAN VÈ TRƯN HÌNH CÁP

- Tín hiệu quang truyền trên sợi quang hiện nay chú yếu nằm trong 2 cửa sổ bước
sóngquang là 1310 nm và 1550 nin. Đây là 2 cừa số có suy hao tín hiệu rất nhó: 0,3
dB/km với bước sóng 1310 nm và 0,2 nm với bước sóng 1550 nm.Trong khi đó với
một sợi cáp đồngtrục loại suy hao thấp nhất cũng phải mất43 dB/km tại tần số I
GHz.
- Tín hiệu truyền trên sợi cáp là tín hiệu quang, vì vậy khơng bị ánh hướng bởi các
nhiễuđiện từ từ mơi trường dẫn đến đàm bão được chất lượng tín hiệu trên đường
truyền. Cácsợi quang là các vật liệu không bị ăn mịn hóa học dần đến tuổi thọ của
sợi cao.

- Chi phí ban đau thấp nhờ sừ dụng ít node quang.
- Thích hợp với địa bàn ờ Việt Nam.

Nhu’O'c diem mạng HFC:
- Cơ chế thi công vận hành, báo dưỡng phức tạp. khơng thích hợp cho mạng 2
chiều.
-u cầu chặt chẽ về nguồn cấp điện trung gian, nếu một nguồn nào đó mất điện thì
tồn bộ hệ thống phía sau sẽ khơng có tín hiệu.
* Đê khắc phục được một sơ nhược điểm cùa mạng HFC thì mạng HFPC ra đời,
tuy nhiên nó cũng chưa phái là hồn hảo và cớ những hạn chế nhất định.
Ưu điểm mang HÌìWvièn Viện Đại học MỞ Hà Nội
- Chất lượng tín hiệu được nâng cao do không sừ dụng các bộ khuếch đại tín hiệu
mà hồn tồn chi dùng các thiết bị thụ động nên tín hiệu tới th bao sẽ khơng bị
ảnh hưởngcúa nhiễu tích tụ do các bộ khuếch đại.
- Do không sứ dụng bộ khuếch đại cao tằn nên việc thi công, lắp đặt trờ lên dề dàng
hơn.
- Sự cố cùa mạng sẽ giàm rất nhiều dẫn đến tăng độ ổn định và chất lượng phục vụ
tnạngvì trục trặc của mạng truyền hình cáp phần lớn xảy ra do các bộ khuếch đại và
thiết bịghép nguồn cho chúng.
- Neu sir dụng mạng đồng trục thụ động, số lượng thuê bao tại một node quang sẽ
giãmđi, dần đen dung lượng đường truyền cho tín hiệu hướng lên sê tăng lên, tạo ra
khả năngcung cấp tốt các dịch vụ 2 chiều tốc độ cao cho thuê bao.
- Giám chi phí cho nguồn cấp điện, bão dưỡng cho các thiết bị tích cực.

Nhược diem mang HFPC:
- Do không kéo cáp đong trục đi xa, số lượng thuê bao có thế phục vụ bời một node
quang có thề giám đi. Để có thể phục vụ số lượng thuê bao lớn như khi sử dụng các
bộ khuếch đại tín hiệu, cần kéo cáp quang đen gần thuê bao hơn và tăng so node
quang dần đến tăng chi phí rất lớn cho mạng.

GVHD: TRÁN TUÂN HƯNG

15 SVTH: ĐỎ THỊ THU THÚY


ĐỊ ÁN TĨT NGHIỆP

CHƯƠNG I - TỊNG QUAN VÈ TRƯN HÌNH CÁP

- Do khơng sứ dụng các bộ khuếch đại tín hiệu cao tần, tín hiệu suy hao trên cáp sẽ
khơngđược bù dẫn đến hạn chế lớn bán kính phục vụ của mạng.
- Phù hựp với khu vực có quy hoạch tập trung, khơng phù hợp với dịa hình ớ Việt
Nam.

4.4. Kết luận
Như đã trình bày ớ trên, ưu điếm của mạng này là nhược điếm của mạngkia. Tuỳ
thuộc vào mơ hình kinh tế, điều kiện địa lý để áp dụng loại mạng nào cho phù hợp.
Nếu xét trong cùng một phạm vi phục vụ, mạng HFPC yêu cầu số lượng node
quang lớn hơn mạng HFC. Vì vậy:
- Trong điều kiện mạng quang đã có sẵn, nên chọn phương án xây dựng mangHPFC
nhằm mục đích giám chi phí đau tư cho mạng đồng trục, đầy nhanh tốc độ triền
khai 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 mạng
HFC. Khi đó, đề đây nhanh tốc độ mở rộng mạng phái vươn dài mạng đồng trục
bằng cách sử dụng các bộ khuếch dại cao tần.
Đối với tình hình nước ta hiện nay thì cấu trúc mạng HFC hợp lý hơn vì ỞViệt Nam
mạng truyền hình cáp vẫn đang cịn mới mẽ, mạng mới được đưa vào sừ dụng trong
khoảng thời gian ngắn nên cơ sở hạ tầng còn thiếu thốn. Hệ thống mạng hầu như
phải kéo mới nên đế giám chi phí lap đặt cho cá nhà khai thác lẫn các thuê bao thì
mạng HFC là hợp lý nhất nên trong phạm vi đồ án này em chi xét cấu trúc mạng

HFC và phương pháp thiết kế mạng này.

Thư viện Viện Đại học Mớ Hà Nội

GVHD: TRÁN TUÁN HƯNG

16 SVTH: ĐÒ THỊ THU THÚY


ĐỊ ÁN TĨT NGHIỆPCHƠONG II - CÁC TH1ÉT BJ CHÍNH TRONG MẠNG Ql ANG

CHƯƠNG II - CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRONG MẠNG QUANG
1. Cấu tạo và hoạt động của Headend

1.1. Sơ đồ khối CO' bản của Headend

Hình 2.1: Trung tâm Headend

1 - Khối RF/IF là khối chuyến đối từ tín hiệu cao tần (RF) cúa truyền hình quảng bá
lên tín hiệu trung tần (IF) của hệ thống truyền hình cáp (hay cịn gọi là bộ
upconverter).
2- Khối thu tín hiệu vệ tinh là khối có chức năng chuyển đồi từ tín hiệu vệ tinh (là
hai tín hiệu audio và video tách biệt) có tần số cao xuống tín hiệu trung tan (IF) cùa
hệ thống truyền hình cáp (gọi là bộ downconverter).
3- Khối 1F/IF là bộ lọc trung tan có chức năng lọc đúng tan số của kênh truyền hình
cần thu.
4- Khối 1F/RF là khối chuyến đơi từ tín hiệu trung tần lên tín hiệu cao tần trong dài
tan của hệ thống truyền hình cáp đế ghép kênh và truyền lên mạng đến thuê bao.
5-Khối combiner là khối kết hợp kênh hay cịn gọi là khối ghép kênh nó có chức
năng ghép các kênh truyền hình thu được từ truyền hình quàng bá và từ vệ tinh vào

GVHD: TRÁN TUÁN HƯNG

17 SVTH: ĐÒ THỊ THU THÚY


ĐỊ ÁN TOT NGHIỆPCHƯƠNG II - CÁC THIÉT BỊ CHÍNH TRONG MẠNG QUANG

một dái tần đường xuống (65MHz ~ 862MHz) của hệ thống truyền hình cáp theo
phương thức ghép kênh theo tần số (FDM).
6- Khuếch đại RF là bộ khuếch đại tín hiệu cao tần trước khi đưa vào bộ chia tín
hiệu cao tân đê vào máy phát.
7- Máy phát quang có chức năng chun đơi từ tín hiệu diện thành tín hiệu quang và
ghép nó vào sợi quang đề truyền đi.

1.2. Nguyên lý hoạt động của Headend
Các chương trình quáng bá mặt đất (VTV1, VTV2, VTV3, ...) được thu qua các
anten VHF (Very Hight Friqucncy), mỗi một kênh truyền hình được thu qua một
anten riêng, các kênh truyền hình thu được sau đó dưa vào khơi chun dơi từ tín
hiệu cao tần RF thành tín hiệu trung tần IF (upconverter). Lúc này tín hiệu thu dược
từ mỗi anten là một dái 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 cà
các kênh khác 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
chinh để chi thu một kênh tín hiệu. Tín hiệu trung tần ra khỏi bộ lọc chì có một
kênh duy nhất. Các kênh tín hiệu này sẽ được đối lên tần số RF qua bộ chuyền đồi
IF/RF đề được tín hiệu RF nằm trong dái tần đường xuống cùa mạng CATV. Sau đó
tín hiệu RF này được đưa vào bộ kết hợp (combiner 16:1) đê ghép kênh với các
kênh tín hiệu khác theo phương thức ghép kênh theo tần số (FDM: Friquency
Division Multiplexing).
Các tín hiệu vệ tinh được thu qùa anten parabo) là eắc tín h'iệù truyền hình bao gồm

nhiều kênh ghép lại với nhau, đế tách các kênh này ra thành các kênh độc lập thì
chúng được chia thành nhiều đường bàng các bộ chia vệ tinh. Sau đó mỗi đường sẽ
được đưa vào bộ thu vệ tinh (downconverter) để chuyển từ tần số cao thành tần số
thấp, tín hiệu ra khỏi bộ thu là tín hiệu A/V. Đây chưa phái là tín hiệu mà CATV
cần nên sau đó chúng được đưa vào bộ chuyến đối A/V thành IF.Tin hiệu ra là tín
hiệu IF trộn cà Audeo và Video. Tín hiệu trung tan này vẫn là sự kết hợp cùa nhiều
kênh tín hiệu, đế lấy ra một kênh theo yêu cầu thì chúng được đưa qua bộ lọc trung
tần giống như khi thu các chương trình truyền hình qng bá và tín hiệu ra là kênh
tín hiệu cần thu. Các kênh này tiếp tục được đưa vào bộ chuyền đồi 1F/RF đế được
tín hiệu RF năm trong dái tân CATV. Sau đó được đưa vào combiner 16:1 dê ghép
kênh với các kênh truyền hình khác thu từ vệ tinh và các kênh truyền hình quang bá
trong dài tần dường xuống (70MHz ~ 862MHz). Tín hiệu ra là tín hiệu RF đã ghép
kênh bao gồm nhiều kênh được ghép lại với nhau. Tín hiệu này đã có thế đưa vào
máy thu hình cùa th bao giái mã và xem được, nhưng để truyền đi xa và theo
nhiều hướng khác nhau thì nó được đưa vào bộ khuếch đại để khuếch dại lên sau đó
chia ra bằng bộ chia tín hiệu cao tần (bộ chia ký hiệu ISV hoặc IS). Tín hiệu sau bộ
chia mồi đường được đưa vào một máy phát quang, tại đây tín hiệu RF được chuyến
thành tín hiệu quang và ghép vào sợi quang đế truyền đến thuê bao qua mạng HFC.

1.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy phát quang
1.3.1. Cẩu tạo
GVHD: TRÁN TUÂN HƯNG

18 SVTH: ĐỎ THỊ THU THÚY


ĐỊ ÁN TĨT NGHIỆPCHƠONG II - CÁC TH1ÉT BJ CHÍNH TRONG MẠNG QUANG

Hình 2.2: Sơ đồ khối máy phát tín hiệu quang

Máy 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 mã
Manchester.
+ Bộ điều khiến có chức năng chuyến tín hiệu vào biếu diễn theo áp thành tín hiệu
biếu diễn theo dịng phù hợp với nguồn laser. Vì nguồn laser chi làm việc với tín
hiệu dịng.
+ Nguồn quang trong trường hợp này dùng nguồn laser loại phân bố phàn hồi
(DFB) để nâng cao chất lượng tín hiệu.
Có các loại nguồn quang thường dùng sau:
• Laser diode có khoang cộng hưởng Fabry - perot:
Laser dice có cấu trúc dị thể kép như LED. nhưng có khá nàng khuếch đại. Đểđạt
được mục đích này thường dùng khoang cộng hướng Fabry-pcrot, bang cách mài
nhẵn hai đầu dị thể kép thành hại gương phản xạ Jthư bình 2-3ạ. cấu trúc này cứa
laser diode được viết tat là FP-LD .:
Khoáng cách hai gương trong laser diode Fabry-perot là L. các gương này có kha
năng tạo ra hồi tiếp tích cực, tức là sự quay lại cùa các photon kích thích trong vùng
hoạt tính sẽ kích thích nhicu photon hơn. Ánh sáng đi ra ngoài qua hai gương phan
xạ.
Xét điều kiện khuếch dại trong laser diode Fabry-perot: một sóng truyền từ gương
bên trái tới gương bên phái, như hình 2.3b. Tại gương bên phải, sóng này sẽ phán xạ
và tiếp tục truyền như thế. Dạng sóng này gọi là sóng đứng. Để trong buồng cộng
hường chi có sóng với bước sóng on định thì nó phai là sóng đứng.
u cầu vật lý này có thểđược viết như sau:

N=ĩ

(1)

Trong đó:

L: là khoảng cách hai gương
N: là số nguyên
Đe thoá mãn điều kiện cộng hường, hai gương phàn xạ phải cách nhau một khoảng
là L bằng số nguyên lần nửa bước sóng.
Q trình phát xạ cúa FP-LD được thực hiện khi một vài bước sóng cộng hưởng
nằm trong đường cong khuếch đại có hệ số khuếch đại lớn hơn suy hao, như trong
hình 2.3c
GVHD: TRÁN TUẤN HƯNG

19 SVTH: ĐỊ THỊ THU THÚY


ĐỊ ÁN TĨT NGHIỆPCHƠONG II - CÁC TH1ÉT BJ CHÍNH TRONG MẠNG QUANG

Hình 2.3: Laser Fabry-perot: (a) cấu tạo cùa khoang cộng hường; (b) Hình thành
sóng đứng trong khoang cộng hường; (c) Phố phát xạ cùa FP-LD
Đặc tính p - I cứa laser diode như hình 2.4. Đặc tính phố cùa FP - LD như hình 2.3.

• Laser diode DFB (Distributed FeedBack)
Nguyên lý hoạt động cùa laser DFB là sử dụng hiện tượng phán xạ Bragg vào mục
đích nén các mode bên trong và chọn lọc tần số. Trong thiết bị này buồng cộng
hường Fabry-perot được thay thế bàng cách từ nhiều xạ (Hình 2.5).
GVHD: TRÁN TN HƯNG

20 SVTH: ĐỊ THỊ THU THÚY


ĐỊ ÁN TĨT NGHIỆPCHƠONG II - CÁC TH1ÉT BJ CHÍNH TRONG MẠNG QUANG

Sóng quang lan truyền song song với cách tứ, do cách từ có cấu trúc tuần hồn chu
kỳ tạo hiện tượng giao thoa giữa hai sóng ghép là truyền ngược nhau. Đế hiện tượng
giao thoa sóng xảy ra thì sau một chu kỳ của cách tử pha của sóng phái thay đơi
2trm, trong đó m là số ngun, được gọi là bậc nhiều xạ Bragg tức là:

2nm = 2\2-^-

(2)

Với ncn là chiết suất hiệu dụng cùa mode (neff« 3,4 đối với bước sóng 1550nm
InGaAsP laser). A là chu kỳ cách tứ, hệ số 2 xuất hiện trong biếu thức trên vì ánh
sáng phải phân xạ hai lần đế trùng pha với pha cùa sóng tới.
Neu điều kiện (2) khơng thố mãn thì ánh sáng tán xạ từ cách tử sẽ giao thoa triệt
tiêu lẫn nhau, kết quà là sóng khơng thế lan truyền đi được. Khi m = I thì bước sóng
ẤBđược gọi là bước sóng Bragg bậc I và:
ẤB-

2 Aneff

(3)

Lớp tiếp xúc

Cách từ
Vùng hoạt
tính

Lớp tiếp xúc

Hình 2.5: cấu trúc diode laser hồi liếp phân tán DFB

Công thức (3) là trường hợp đặc biệt cùa định luật Bragg và nếu m = I đơn vị thì
sóng được gọi là thố mãn điều kiện Bragg thứ nhất. Ngồi ra cũng có thể ánh sáng
phán xạ thố mãn điều kiện Bragg thứ hai. Thực tế thì khi m = 2, chu kỳ cách tư
tăng lên và dề chế tạo hơn. Lưu ý rằng cách tử không nam trong lớp hoạt tính
nguyên nhân là do cách lứ nằm trong vùng hoạt tính sẽ gây ra sự chuyển vị bề mặt
và điều này sẽ làm tăng tỳ lệ tái hợp không bức xạ. Lớp cách tứđược thực hiện nhờ
công nghệ quang khắc hoặc cơng nghệăn mịn hố học.
Đặc tuyến P-l cùa laser dược thê hiện như trong hình 2.4 và chức nâng điều chế tín
hiệu tương tựđược thề hiện như trong hình 2.6a và điều chế tín hiệu sốđược thể hiện
như trong hình 2.6b. Ờđây logic 0 tương ứng với trạng thái tối và logic 1 tương ứng
với trạng thái sáng của ánh sáng laser. Một tín hiệu thay đối thẳng từ giá trị dưới
ngưỡng đến giá trị trên ngưỡng cùa đặc tuyến laser (dịng bơm).
GVHD: TRÁN TUẤN HƯNG

21 SVTH: ĐỊ THỊ THU THÚY


ĐỊ ÁN TĨT NGHIỆPCHƠONG II - CÁC TH1ÉT BJ CHÍNH TRONG MẠNG QUANG

1.3.2. Hoạt động của máy phát
Tín hiệu cao tan RF qua bộ lập mã (nếu là tín hiệu số thì nó sẽ được chuyền đối mà
đường truyền hiện tại thành mã đường truyền thích hợp cho đường truyền quang
thường là mã Manchester) sau đó tín hiệu được đưa vào bộ điêu khiên đê chuyên tín
hiệu điện áp thành tín hiệu dịng 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.
GVHD: TRÁN TUẤN HƯNG

22 SVTH: ĐÒ THỊ THU THÚY

ĐỊ ÁN TĨT NGH1ỆPCHƠONG II - CÁC TH1ÉT BJ CHÍNH TRONG MẠNG QUANG

2. Cấu tạo và hoạt động của node quang
* Sư đồ khối của node quang 4 cong ra:
03

04

05

Hình 2.7: Sơ đồ khối cùa node quang 4 cống ra
Trong độ:
Thư viện Viện Đại học Mở Hà Nội
(01) Khôi thu quang có chức năng thu tín hiệu từ tun đên và sau đó chunthành
tín hiệu cao tan (RF).
(02) Khối khơi phục tín hiệu: khối này bao gồm các bộ chia tín hiệu, bộ suy
hao(pad), bộ khuếch đại, chúng có chứ năng lan lượt là chia đều tín hiệu cho
cáccổng khác, điều chinh mức tín hiệu phù hợp với yêu cầu đầu ra và khuếch đại
tínhiệu.
(03) Khối khuếch đại cơng suất trước khi đưa ra đau ra,
(04) Khối Diplexer ba cồng: có chức năng rẽ tín hiệu đường xuống và đường
lên.Tín hiệu có đường xuống sẽ đi theo cổng H (Hight) còn dường lên sẽ theo cổng
L(Low).
(05) Là các bộ rẽ tín hiệu (trích tín hiệu ra) đế kiếm tra.
(06) Là khối kết hợp (Combiner) tín hiệu từ hai cổng theo hướng lên (Hướng
trờvềtrung tâm).
TP (Test Point): là đầu kiểm tra,tại mồi đầu ra sỗ có một đầu kiểm tra tín hiệuđược
trích ra bằng khối chia tín hiệu.
* Nguyên lý hoạt động của node quang:

Tín hiệu quang lại đầu vào được chuyển thành tín hiệu cao tần (RF) quađiốt quang
điện vào bộ khuếch đại, tín hiệu cao tần (RF) được chia đều thành haihướng vào hai
khối tương tự nhau. Tại đây tín hiệu được khơi phục lại nhờ bộ cânchinh và khuếch
đại lên đưa vào bộ chia, tín hiệu lại tiếp tục được chia thành haihướng vào bộ
khuếch đại công suất trước khi đưa ra cổng. Tín hiệu hướng xuốngđi qua khối
GVHD: TRÁN TUẤN HƯNG

23 SVTH: ĐÒ THỊ THU THÚY


ĐỊ ÁN TĨT NGHIỆPCHƠONG II - CÁC TH1ÉT BJ CHÍNH TRONG MẠNG QUANG

Diplexer sẽ đi qua cống H ra cổng ra. Cịn tín hiệu cao tần hướng lên(đi từ phía thuê
bao) sẽ đi qua cổng L vào khối Combiner và được kết hợp với tínhiệu đến từcác
cống khác qua bộ lọc, bộ lọc sè lọc lay khống tín hiệu trong băngtần hướng lên
(5MHz -? 65MHz) sau đó được khuếch đại và được đưa vào khốiphát quang. Tại
dây tín hiệu cao tan (RF) sẽ được chuyến thành tín hiệu quangqua diốtdiện quang dẻ
truyền về trung tâm trên các sợi cáp hướng lên.
* Chức năng của node quan:
Chức năng chính của node quang là chun dơi tín hiệu quang thành tínhiệu cao tân
(RF) và ngược lại. Đồng thời nó cũng khuếch đại tín hiệu và cânchinh lại tín hiệu
tương tự như tín hiệu tại máy phát. Vì tín hiệu khi truyền trên sợiquang bị suy hao
và các xung bị giãn ra do hiện tượng tán sẳc cùa sợi quang màđặc biệt là truyền trên
sợi dơn mode nên sự ánh hướng này lại càng lớn. Chúnglàm suy giâm chất lượng
tín hiệu vì vậy cần cân chinh và khuếch đại. Tín hiệu vàocúa node quang nằm trong
khoảng -2.5dBm -? +2dBm và tín hiệu ra thơng thườngcúa một node quang trong
khoảng 108dBpV. Khống bước sóng hoạt động là từl270 -rl550nm, trong truyền
hình cáp dùng cứa sổ quang 131 Onm để có suy hao trên sợi quang thấp.

3. Sợi quang

3.1. Cấu tạo
Vó

Hình 2.8: cấu tạo sợi quang
Đố lan truyền dược trong ánh sáng, một sợi quang cơ bàn có cấu tạo như hình 2.8.
Mặc dù trên thực tế, sợi quang có thề có nhiều lớp nhưng chỉ có hai lớp cơ bản là
lớp lõi (core) và lớp vó (cladding) đóng vai trị quan trọng trong q trình truyền lan
ánh sáng. Cá lớp lõi và lớp vỏ được che tạo từ thúy tinh Silic. tuy nhiên chúng có
chiết xuất khác nhau, lõi có chiết xuất lớn hơn võ để đảm bão điều kiện phán xạ để
có thể duy trì việc lan truyền ánh sáng bên trong lõi sợi quang. Chênh lệch chiết
xuất giữa lớp lõi và lớp thường khoáng vài phần trăm. Hầu hết các loại sợi quang
đều có đường kính lớp vó 125|im. Bên ngồi lớp vò này thường là một vài lớp bọc
bào vệ đế tránh sự tác động cơ học vào sợi gây biến đối các đặc tính cơ lý cùa sợi.

GVHD: TRÁN TUẤN HƯNG

24 SVTH: ĐÒ THỊ THU THÚY


ĐỊ ÁN TĨT NGHIỆPCHƠONG II - CÁC TH1ÉT BJ CHÍNH TRONG MẠNG QUANG

3.2. Phân loại sợi quang
Khi ánh sáng lan truyền bên trong lõi cùa 1 sợi quang phụ thuộc vào hệ số khúc xạ
của lõi (hệ số khúc xạ là hàng số hoặc thay đơi), có thể có các phân bố trường điện
từ khác nhau qua mặt cắt cùa sợi. Mồi một phân bố thường thỏa mãn phương trình
Maxwell và các điều kiện biên tại mặt phàn cách lõi-vó được gọi là một mode
quang (Transverse). Các mode khác nhau truyền lan dọc trên sợi quang ớ các vận
tốc khác nhau. Sợi quang cho phép chi lan truyền một mode duy nhất được gọi là
sợi quang đơn mode (Single mode fiber). Sợi quang cho phép truyền lan nhiều
mode đồng thời được gọi là sợi quang đa mode (Multimode fiber).

Hình 2.9: Mặt cắt và các tia sáng truyền trong: (a) sợi đa mode chiết xuất phân bậc,
(b) sợi đa mode chiết xuất Gradien và (c) sợi đơn mode chiết xuất phân bậc.

Điều mấu chốt trong việc thiết kế, chế tạo sợi đế truyền đơn mode là đường kính lõi
sợi phải nhỏ, xuất phát từ mối quan hệ giữa bước sóng cắt của sợi với đường kính
lõi. Bước sóng cát Ảc là bước sóng mà trên sợi chi có một mode được truyền và
được tính như sau:

2ĩĩa .---------= -Ỵ-V«t -n2
Trong đó:
V = 2.405 đối với sợi có chiết xuất bậc (SI Fiber)
a[|im] là bán kính cúa lõi
m là chiết xuất của lõi
m là chiết xuất của vỏ
Khi đường kính lõi cúa sợi đơn mode khơng lớn hơn nhiêu so với bước sóng thì sẽ
có một sự phân chia cơng suất đáng kế ở lớp vị. Vì thế cần phái định nghĩa một
tham số khác được gọi là đường kính trường mode (Mode Field Diameter). Một
GVHD: TRÁN TUẤN HƯNG

25 SVTH: ĐÒ THỊ THU THÚY