{Đồ án} nghiên cứu kỹ thuật truyền hình cáp

lời nói đầu
Hòa chung với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghệ thông
tin, Truyền hình Việt Nam đã đóng góp rất nhiều trong việc đa thông tin, tin
tức, tuyên truyền đờng lối của Đảng, pháp luật của Nhà Nớc tới mọi ngời dân
trên mọi miền đất nớc. Đặc biệt Đài Truyền Hình Việt Nam luôn đổi mới, ứng
dụng công nghệ kỹ thuật hiện đại trong việc truyền dẫn tín hiệu, nhằm nâng
cao chất lợng hình ảnh, âm thanh tới phục vụ ngời xem truyền hình. Vì vậy để
thoả mãn nhu cầu của ngời dân thì ngoài các kênh truyền hình quảng bá Đài
Truyền Hình Việt Nam hiện đang phát triển mạng truyền hình cáp hữu tuyến
với nội dung phong phú và chất lợng ngày càng cao. Để khai thác có hiệu quả
công nghệ kỹ thuật mới, đòi hỏi các kỹ thuật viên trong ngành truyền hình
phải có sự nắm bắt, hiểu biết sâu về cơ chế hoạt động và các giải pháp công
nghệ kỹ thuật trong việc gia công xử lý và truyền dẫn tín hiệu truyền hình.
Sau những năm học tập ở Học Viện, qua 8 tuần thực tập và việc tham
khảo một số tài liệu, đặc biệt có sự giúp đỡ chỉ bảo tận tình của thầy giáo hớng
dẫn , cho đến nay em đã nắm bắt đợc một số vấn đề cơ bản trong kỹ thuật
truyền hình với nội dung:
Nghiên cứu kỹ thuật truyền hình cáp.
Song vì thời gian có hạn nên nội dung trình bầy trong đồ án còn hạn chế.
Em rất mong có đợc sự thông cảm và sự chỉ bảo tận tình của thầy cô.
Em xin chân thành cảm ơn!
Chơng 1
Tổng quan về mạng truyền hình cáp hữu tuyến
1.1. Truyền hình và lịch sử phát triển của hệ thống Truyền hình
Truyền hình là một hệ thống viễn thông trong đó các ảnh nhất thời của
các đối tợng tĩnh hoặc động đợc truyền đi từ nơi phát đến nơi thu.
Thí nghiệm đầu tiên về Truyền hình là các phơng pháp quét cơ học, sau
đó là phơng pháp quét điện tử. Truyền hình đen trắng đợc nghiên cứu từ những
1
năm 30 và bắt đầu đợc đa vào thử nghiệm phát sóng. Do có nhiều lí do khác
nhau về kinh tế và kỹ thuật Truyền hình đen trắng tồn tại ba loại khác nhau:

FCC : Truyền hình đen trắng xuất hiện ở Mỹ.

CCIR : Truyền hình đen trắng xuất hiện ở Châu Âu.

OIRT : Truyền hình đen trắng xuất hiện ở Liên Xô.
Ba hệ này khác nhau chủ yếu về mặt dải tần :
FCC : (0
ữ
4,2) MHz.
CCIR : (0
ữ
5,2) MHz.
OIRT : (0
ữ
6,5) MHz.
Cùng với sự phát triển của Truyền hình đen trắng ngời ta nghiên cứu
Truyền hình mầu dựa trên cơ sở ba hệ của Truyền hình đen trắng.

Hệ Truyền hình mầu NTSC ( Mỹ) có từ 1953
(525 dòng/60 Hz)

Hệ Truyền hình SECAM (Pháp) có từ năm 1956
(625 dòng/50 Hz)

Hệ Truyền hình mầu PAL (Đức) có từ năm 1962
(625 dòng/50Hz)
Truyền hình mầu với 3 hệ NTSC, SECAM và PAL xuất hiện vào thập kỉ
50 đã tạo ra một bớc ngoặt mới trong quá trình phát triển của công nghệ

truyền hình. Điều khác nhau cơ bản của ba hệ là phơng pháp điều chế tín hiệu
mầu, tần số sóng mang mầu và phơng thức ghép kênh.
Các hệ truyền hình mầu trên đợc phát sóng với nhiều tiêu chuẩn khác
nhau: (B, G, D/K, I, M/D).
Cuối thập niên 70 bắt đầu xuất hiện các hệ truyền hình có độ phân dải
cao trên 1000 dòng với tỉ lệ khuôn hình 16:9 (thay vì 4:3). Truyền hình tiêu
chuẩn đó là các hệ truyền hình có độ phân giải cao HDTV (hỗn hợp vừa tơng
tự vừa số):
2
HDTV 1125 dòng (Nhật), HDTV 1250 dòng (Châu Âu), HDTV 1050
dòng (Mỹ). Các hệ truyền hình HDTV này nhanh chóng đợc chuyển sang
HDTV số hoàn toàn.
Ngày nay do điều kiện kinh tế các quốc gia khác nhau nên việc ứng dụng
truyền hình của các quốc gia cũng khác nhau, song vấn đề là phát triển công
nghệ kỹ thuật số để dần thay thế kỹ thuật tơng tự bởi nhiều u việt nổi bật nh
chất lợng tín hiệu, có thể ghép nhiều kênh thông tin.
Trong mạng truyền hình Việt Nam hiện nay đã sử dụng kỹ thuật số hoàn
toàn trong việc truyền tín hiệu truyền hình qua vệ tinh, sử dụng 2 băng tần cơ
bản: băng C và băng Ku. Hệ mầu tiêu chuẩn cho Truyền hình Việt Nam là
PAL - D/K (Tiêu chuẩn Châu Âu).
Các trạm phát lại tại mặt đất đa số vẫn đang sử dụng kĩ thuật tơng tự đợc
phát trên băng tần VHF và UHF, ở một số thành phố lớn ta đã sử dụng truyền
hình cáp hoặc Truyền hình số mặt đất và đang ngày càng đợc đầu t phát triển.
1.2. Tổng quan về Truyền hình cáp
1.2.1.

Lịch sử phát triển Truyền hình cáp
Thuật ngữ CATV xuất hiện đầu tiên vào năm 1948 tại Mỹ khi thực hiện
thành công hệ thống Truyền hình cáp hữu tuyến và thuật ngữ CATV đợc hiểu
là hệ thống Truyền hình cáp hữu tuyến (Cable TV).

Một năm sau, cũng tại Mỹ, hệ thống Truyền hình cộng đồng sử dụng
anten (Community Antenna Television - CATV) cung cấp dịch vụ cho thuê
bao bằng đờng truyền vô tuyến đã đợc lắp thành công. Từ đó, thuật ngữ
CATV đợc dùng để chỉ chung cho các hệ thống Truyền hình cáp vô
tuyến và hữu tuyến .
Những năm gần đây, do tăng nhu cầu thởng thức các chơng trình truyền
hình chất lợng cao, nội dung phong phú. Nhờ sự tiến bộ trong công nghệ, các
mạng Truyền hình cáp đã có những bớc phát triển mạnh mẽ. Giờ đây không
chỉ cung cấp các chơng trình Truyền hình thỏa mãn nhu cầu ngày càng cao
của ngời xem mà chúng còn trở thành một tiềm lực cạnh tranh đáng kể đối với
các mạng viễn thông khác trong việc cung cấp các dịch vụ viễn thông.
1.2.2. Cấu trúc mạng Truyền hình cáp
3
Mạng Truyền hình cáp bao gồm 3 thành phần chính: Hệ thống thiết bị tại
trung tâm, hệ thống mạng phân phối tín hiệu và thiết bị thuê bao.

Hệ thống thiết bị trung tâm:
Hệ thống trung tâm (Headend System) là nơi cung cấp, quản lý chơng trình
hệ thống mạng Truyền hình cáp. Đây cũng chính là nơi thu thập các thông tin
quan sát trạng thái, kiểm tra hoạt động mạng và cung cấp các tín hiệu điều
khiển.
Với các hệ thống mạng hiện đại có khả năng cung cấp các dịch vụ truyền t-
ơng tác, truyền số liệu, hệ thống thiết bị trung tâm còn có thêm các nhiệm vụ
nh: mã hoá tín hiệu quản lý truy nhập, tính cớc truy nhập, giao tiếp với các
mạng viễn thông nh mạng Internet

Mạng phân phối tín hiệu Truyền hình cáp :
Mạng phân phối tín hiệu Truyền hình cáp là môi trờng truyền dẫn tín hiệu
từ trung tâm mạng đến các thuê bao. Tuỳ theo đặc trng của mỗi hệ thống
Truyền hình cáp, môi trờng truyền dẫn tín hiệu sẽ thay đổi : với hệ thống

Truyền hình cáp nh MMDS môi trờng truyền dẫn tín hiệu sẽ là sóng vô tuyến.
Ngợc lại, đối với hệ thống Truyền hình cáp hữu tuyến (Cable TV) môi trờng
truyền dẫn sẽ là các hệ thống cáp hữu tuyến (cáp quang, cáp đồng trục, cáp
đồng xoắn ). Mạng phân phối 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 tận thiết bị của thuê bao. Hệ thống
mạng phân phối tín hiệu Truyền hình cáp là bộ phận quyết định đến đối tợng
dịch vụ, khoảng cách phục vụ, số lợng thuê bao và khả năng mở rộng cung
cấp mạng.
4
Hình 1.1. Mạng Truyền hình cáp hữu tuyến.
Hệ thống trung tâm
(Headend System)
Mạng Truyền
dẫn và phân
phối tín hiệu
Thiết bị thuê bao
(Customer System)

Thiết bị tại nhà thuê bao:
Với một mạng Truyền hình cáp sử dụng công nghệ tơng tự, thiết bị tại thuê
bao có thể chỉ là một máy thu hình, thu tín hiệu từ mạng phân phối tín hiệu.
Với mạng Truyền hình cáp sử dụng công nghệ hiện đại hơn, thiết bị thuê bao
gồm 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 đa đến TV để thuê
bao sử dụng các dịch vụ của mạng : Chơng trình TV, truy nhập Internet,
truyền dữ liệu
5
headend

hub sơ cấp
hub thứ cấp
node quang
TAP
Mạng truyền
dẫn
dẫn
Mạng phân phối Mạng truy nhập
node quang
Hình 1.2. Cấu hình mạng truyền dẫn và phân phối tín hiệu.
Hình 1.3.
Công nghệ tích hợp nhiều loại thuê bao khác nhau.
1.2.3. Phân bố dải tần mạng Truyền hình cáp hữu tuyến
Một vấn đề hết sức quan trọng khi lên phơng án xây dựng hệ thống
Truyền hình cáp hữu tuyến là việc phân bố dải tần tín hiệu. Việc phân bố dải
tần cho mạng cáp đơn giản hơn rất nhiều so với một mạng vô tuyến do tín hiệu
đợc truyền trong một môi trờng độc lập. Tính độc lập là một u điểm nổi bật
mà một mạng Truyền hình cáp đem lại. Yêu cầu đặt ra cho một nhà thiết kế là
làm sao phải sử dụng tối đa phổ tần cho mục đích của mạng.
Hầu hết, các hệ thống HFC hiện nay đều phân bố giải tần nh sau: từ 5 -
40 MHz dành cho dải tần ngợc (truyền số liệu từ thuê bao đến trung tâm), từ
52 - 750 MHz dành cho dải tần hớng xuống, trong đó : dải tần từ 52 - 550
MHz dùng cho các kênh Truyền hình tơng tự, từ 550 - 750 MHz dùng cho các
kênh Truyền hình số và các kênh truyền số liệu hớng xuống (downstream
data). Vậy dải thông của kênh số và kênh truyền số liệu hớng lên chỉ là 35
MHz, trong khi đó dải thông của kênh truyền số liệu hớng xuống đến 200
MHz. Từ đó có thể nhận thấy dải thông cho kênh hớng lên nhỏ hơn nhiều so
với kênh hớng xuống. Ngoài ra, hầu hết nhiễu hệ thống cũng đều xuất hiện tại
các tần số thấp, điều này lại càng làm dải thông hớng lên nhỏ hơn.
Do yêu cầu dải thông ngày càng tăng, đặc biệt là dải thông tín hiệu hớng

lên, hiện nay các thiết bị Truyền hình cáp mới ra đời đều hỗ trợ cho phơng
thức phân bố dải tần mới, trong đó dải tần hớng xuống lên đến 860 hoặc
870 MHz, đồng thời dải tần số hớng lên cũng tăng từ 5 - 65 MHz. Với phân
bố dải tần này, dải thông hớng lên tăng gần gấp đôi, trong đó dải thông hớng
xuống cũng tăng hơn 100MHz.



6
5 65 70 500 550 862
Tần số
(MHz)
5 40 52 500 550 750

Tần số
(MHz)
Data, interative
Upstream
Analog Video
Downstream
Digital Video, data
Downstream
Data, interative Analog Video Digital Video, data
Upstream Downstream Downstream
Hình 1.4. Phân bố dải tần tín hiệu trên các mạng Truyền hình cáp.

1.2.4. Vị trí các mạng Truyền hình cáp và xu hớng phát triển
Từ nhiều thập kỷ trớc, mạng viễn thông đợc cấu thành bởi các thành
phần riêng biệt. Thông thờng, mạng viễn thông có thể đợc chia thành các
nhóm nh sau :

- Mạng truyền hình cộng đồng (Commurity Antena Network - CATV).
- Mạng máy tính nội hạt LAN và mạng diện rộng WAN.
- Mạng điện thoại công cộng PSTN.
Các nhóm này thực sự là các mạng độc lập vì chúng cung cấp các dịch
vụ riêng biệt mà các mạng khác không thực hiện đợc. Do vậy mạng
CATV không cung cấp cho thuê bao Thoại hoặc các dịch vụ dữ liệu tốc độ
cao và các mạng PSTN cũng không cung cấp các dịch vụ Video số hoặc t-
ơng tự quảng bá. Giữa những năm 90, có 2 ảnh hởng mạnh mẽ đã đóng vai
trò quan trọng trong việc thay đổi diện mạo toàn mạng :
* Thứ nhất, việc truy nhập Internet dễ dàng và chi phí thấp đã mở ra siêu lộ
thông tin cho nhiều thuê bao và các doanh nghiệp thực hiện thơng mại điện tử,
mua sắm trực tuyến, quảng cáo và các thông tin về dịch vụ dễ dùng, nhanh
chóng và miễn phí khác.
* Thứ hai, đó là việc ban hành đạo luật về viễn thông năm 1996 của Mỹ
(U.Stele communications Act). Nội dung là bãi bỏ những quy định về viễn
thông trong đó cho phép các công ty Thoại (nội hạt và đờng dài), các nhà cung
cấp dịch vụ không dây, hữu tuyến, quảng bá có thể thâm nhật vào lĩnh vực mà
mình không phụ trách. Đạo luật này đã tạo ra hội chứng hợp nhất nhiều công
ty tạo thành các công ty lớn.
Hình 1.5 chỉ ra sự hội tụ của 3 mạng viễn thông trong một mạng băng rộng
để cung cấp nhiều dịch vụ thông tin và giải trí. Tuy nhiên, có nhiều nhân tố
7
kinh tế, lợi nhuận và điều tiết tác động đến tính khả thi trong việc xây dựng
một mạng viễn thông nh vậy


Các mạng CATV đã trải qua các giai đoạn phát triển từ mạng tơng tự
quảng bá một chiều đồng trục tới mạng HFC tơng tác 2 chiều truyền tải các
kênh Video tơng tự, số và dữ liệu tốc độ cao. Mạng đồng trục băng rộng kiến
trúc cây và nhánh truyền thống đợc hỗ trợ bởi công nghệ RF phục vụ tốt các

dịch vụ quảng bá và các dịch vụ điểm - đa điểm. Dùng nhiều bộ khuếch đại
(30 - 40), có thể giảm chất lợng và tính năng của kênh Video AM - VSB, làm
giảm thị hiếu của khách hàng. Việc sử dụng các kênh viba nối mặt đất đã
giảm số lợng các bộ khuếch đại, cải thiện đợc hiệu năng truyền dẫn các kênh
quảng bá tơng tự.
Sự tiến bộ vợt 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
dải bớc sóng 1310mm đã làm thay đổi kiến trúc truyền thông mạng các đồng
trục. Mạng HFC cho phép truyền dẫn tin cậy các kênh Video tơng tự quảng bá
qua sợi đơn Mode SMF tới các Node quang. Do đó, số lợng các bộ khuếch đại
RF đã đợc giảm đi rất nhiều. Hơn nữa các nhà điều hành còn thực hiện triển
khai thiết bị Headed sử dụng các Ring sợi quang để kết nối giữa Heađen
trung tâm và các Heađen thứ cấp hoặc các Hub tại các vị trí quan trọng. Do
8
Các mạng
máy tính

Các mạng thoại

Các
mạng Các mạng
cáp băng rộng

Hình 1.5 : Hội tụ mạng HFC, mạng máy tính và mạng PSTN.
vậy, các nhà điều hành cáp có thể hạ giá thành và cải thiện hơn nữa chất lợng
và tính hiệu dụng của các dịch vụ quảng bá truyền thống.
Sự phát triển của nhiều thiết bị quan trọng nh: Các bộ điều chế QAM, các
bộ thu QAM giá thành hạ, các bộ mã hóa và giải 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 750MHZ và một số dịch vụ viễn thông cung cấp khả năng cạnh
tranh truy nhập và nhiều loại hình kinh doanh cho khách hàng tại các thị trờng
quan trọng.
1.2.5. Dịch vụ phân phối đa điểm đa kênh (MMDS)
(MMDS : Multipoint Multichanel Distribution Service).
Công nghệ truy nhập MMDS là một công nghệ không dây (wireless)
khác đợc dựa trên các kênh Video tơng tự và số quảng bá mặt đất. Kiến trúc
cơ bản MMDS gồm các khối phát vô tuyến MMDS đặt tại các tháp radio cùng
với anten, một anten của thuê bao, một bộ hạ tần và một STB (Set - Top - Box).
Mỗi vùng phục vụ đợc chia thành các cell có phần giao nhau, mỗi cell có bán
kính 40 km. Đối với truyền dẫn yêu cầu mức tin cậy cao, tầm nhìn giữa anten
phát và thu đợc yêu cầu bình thờng. Vì tầm nhìn luôn không thuận lợi nên
nhân tố ảnh hởng tới chất lợng chủ yếu trong hệ thống MMDS là tín hiệu
fading nhiều đờng. Sử dụng công nghệ MMDS có những thuận lợi và khó
khăn sau:
1.2.5.1. Thuận lợi
Triển khai mạng đơn giản, chi phí thấp: Do môi trờng truyền dẫn tín hiệu
MMDS là sóng vi ba (sóng vô tuyến) cho nên khi triển khai mạng đến thuê
bao không cần phải kéo cáp tới tận hộ thuê bao, mà chỉ cần dựng cột anten thu
tại thuê bao sao cho có thể nhìn thấy cột anten phát (tại cột anten của đài
THVN) là có thể thu đợc tín hiệu và giải mã để xem. Đặc điểm này sẽ giúp
nhà cung cấp dịch vụ MMDS không mất thời gian, công sức và chi phí đào đ-
ờng rải cáp, đảm bảo mỹ quan đô thị.
1.2.5.2. Khó khăn
- Hạn chế vùng phủ sóng: Do sử dụng sóng viba tại dải tần 900MHz để
truyền tín hiệu Video, MMDS đòi hỏi anten phát và anten thu phải nhìn thấy
nhau thì mới thu đợc tín hiệu tốt. Vì vậy đối với các hộ dân c nằm ở phía sau
9
các khu khách sạn cao tầng, các khu cao ốc, việc thu tín hiệu MMDS rất khó

thực hiện. Điều này cũng xảy ra đối với các gia đình ở trong các ngôi nhà
thấp, bị các vật cản nh cây cối che chắn. Đât chính là trở ngại lớn cho việc
cung cấp dịch vụ MMDS đến với mọi ngời dân sử dụng dịch vụ.
- Chịu tác động mạnh bởi nhiễu công nghiệp: Do sử dụng phơng thức điều
chế tín hiệu Truyền hình tơng tự (analog) không có khả năng chống lỗi, lại
truyền bằng sóng vô tuyến, tín hiệu MMDS bị ảnh hởng rất mạnh bởi các
nguồn nhiễu công nghiệp : nhiễu từ mạng điện lới, nhiễu từ các thiết bị
điện: môtơ điện, quạt điện mà không có cách hạn chế và khắc phục. Điều
này dẫn đến giảm chất lợng hình ảnh của dịch vụ MMDS.
- Chịu ảnh hởng lớn bởi thời tiết: khi thời tiết xấu, ví dụ nh ma to, sét tín
hiệu MMDS vô tuyến bị suy hao rất lớn trong không gian, dẫn đến giảm
mạnh chất lợng tín hiệu hình ảnh.
- Yêu cầu phổ tần số vô tuyến quá lớn: Muốn có khả năng cung cấp nhiều
chơng trình truyền hình tơng tự, MMDS đòi hỏi phải có dải tần đủ lớn. Ví
dụ : để có thể cung cấp 13 kênh truyền hình tơng tự, MMDS đòi hỏi phải
có dải tần tối thiểu là 13 kênh x 8MHz/kênh = 104MHz. Đây là một dải tần
vô tuyến rất lớn, và khi càng tăng số lợng chơng trình thì yêu cầu độ rộng
băng tần cũng tăng theo. Trong khi đó phổ tần vô tuyến là nguồn tài
nguyên quý giá đối với mỗi một quốc gia. Không chỉ có dịch vụ truyền
hình MMDS, truyền hình quảng bá mặt đất sử dụng nguồn tải nguyên quý
giá này, mà còn rất nhiều các dịch vụ viễn thông khác cũng nh các trạm
phát vô tuyến thuộc nghiệp vụ an ninh - quốc phòng tham gia sử dụng
nguồn tài nguyên quý giá này. Vì thế việc chiếm dụng phổ tần vô tuyến
quá lớn của MMDS là không hiệu quả.
- Gây can nhiễu các đài phát vô tuyến khác: Mặc dù đợc phân một dải tần
riêng, nhng máy phát MMDS cũng nh các máy phát vô tuyến khác luôn
sinh ra các tần số hài bậc cao có thể ảnh hởng đến các trạm phát vô tuyến
nghiệp vụ khác.
- Khó khăn trong việc cung cấp dịch vụ truyền hình số : Hiện nay việc
không sử dụng MMDS để cung cấp dịch vụ Truyền hình là xu hớng thực tế

trên thế giới (do các nhợc điểm trên). Chính vì thế việc các thiết bị phát tín
hiệu truyền hình số MMDS không đợc phát triển, thêm nữa, các thiết bị
giải mã ở phía thuê bao cũng không đợc các nhà sản xuất thiết bị nghiên
10
cứu và sản xuất. Do đó việc ứng dụng truyền hình số để nâng cao chất lợng
hình ảnh, dịch vụ của MMDS sẽ không có tính khả thi.
Hình 1.6. Cấu hình mạng dịch vụ phân phối đa kênh đa điểm MMDS.
Một công nghệ gần với MMDS là công nghệ lai ghép giữa cáp quang và
không dây (HFW) hay còn gọi là lai ghép giữa quang và vô tuyến (HFR).
Kiến trúc này tơng tự nh HFC ở đó một headend trung tâm phát các dịch vụ
băng rộng tới nhiều cell RF qua cáp đơn mode SMF, tới thuê bao đợc thực
hiện qua 2 chiều MMDS.
Có nhiều u điểm trong kiến trúc này:
- Tăng độ tin cậy truyền dẫn 2 chiều giữa thuê bao và headend so với kiến
trúc MMDS truyền thống.
- Giảm lắp đặt vùng RF và chi phí bảo dỡng.
- Kiến trúc này thờng phù hợp triển khai trên diện rộng trong các khu vục
thành thị tại đó mạng cáp quang đã đợc xây dựng.
1.3. Cấu trúc mạng Truyền hình cáp
1.3.1. Cấu trúc mạng CATV truyền thống
11
Hình 1.7. Kiến trúc đơn giản mạng CATV truyền
thống
Head
end
Cáp fidơ
Cáp
thuê bao
Cáp
trung kế

Thuê
bao
Thuê
bao
Thuê
bao
Chú thích
Pad
Bộ khuếch
đại
Spliter
Tap
Hình 1.7 là sơ đồ đơn giản của một mạng cáp toàn đồng trục. Các ch-
ơng trình thu đợc từ vệ tinh hoặc viba tại Headend, Headend thực hiện nhiệm
vụ sau:
-
Thu các chơng trình từ các nguồn khác nhau.
-
Chuyển đổi từng kênh tới kênh tần số RF mong muốn, ngẫu nhiên hóa các
kênh khi có yêu cầu.
-
Kết hợp tất cả các kênh tần số vào một kênh tơng tự băng rộng (ghép
FDM).
-
Phát quảng bá kênh tơng tự tổng hợp này xuống cho các thuê bao .
Hệ thống mạng truyền dẫn bao gồm:
-
Cáp chính trung kế (trunk cable).
-
Fidơ cáp : Cáp rẽ ra từ các cáp trung kế.

-
Cáp thuê bao (drop cable) : Phần cáp kết nối từ cáp nhánh fidơ đến thuê
bao hộ gia đình.
Lu lợng Video tổng đờng xuống phát từ Headend đợc đa tới các cáp
trung kế. Để cung cấp cho toàn một vùng, các bộ chia tín hiệu (spliter) sẽ chia
lu lợng tới các cáp nhánh fidơ từ cáp trung kế. Tín hiệu đa đến thuê bao đợc
trích ra từ các cáp nhánh (fidơ cáp) nhờ bộ trích tín hiệu Tap.
12
Mức tín hiệu suy hao tỷ lệ với bình phơng tần số trung tâm khi truyền
qua cáp 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 đờng đi của tín hiệu, các bộ khuếch đại tín hiệu đợc đặt ở các
khoảng cách phù hợp để khôi phục tín hiệu bị suy hao. Các bộ khuếch đại đợc
cấp nguồn nhờ các bộ cấp nguồn đặt rải rác trên đờng đi của cáp, các bộ
nguồn này đợc nuôi từ mạng điện sở tại. Các bộ khuếch đại xa nguồn đợc cấp
nguồn cũng chính bằng cáp đồng trục : dòng điện một chiều đợc cộng chung
với tín hiệu nhờ bộ cộng. Đến các bộ khuếch đại, dòng một chiều sẽ đợc tách
riêng để cấp nguồn cho bộ khuếch đại.
Vì các kênh tần số cao tín hiệu suy hao nhanh hơn nhất là trên khoảng
cách truyền dẫn dài, các kênh tần số cao cần có mức khuếch đại cao hơn so
với các kênh tần số thấp. Do đó cần phải cân bằng công suất trong dải tần phát
tại những điểm cuối để giảm méo. Để phủ cho một vùng, một bộ khuếch đại
có thể đặt ở mức cao, kết quả là cả mức tín hiệu và méo đều lớn. Do vậy tại
nhà thuê bao gần headend cần một thiết bị thụ động làm suy giảm bớt mức tín
hiệu gọi là Pad.
Các hệ thống cáp đồng trục cải thiện đáng kể chất lợng tín hiệu thu của
TV. Mặc dù nhiều vùng tín hiệu Truyền hình vô tuyến quảng bá thu đợc có
chất lợng khá tốt nhng CATV vẫn đợc lựa chọn phổ biến vì khả năng lựa chọn

nhiều chơng trình. Tuy nhiên mạng toàn cáp đồng trục có một số nhợc điểm
sau:

Mặc dù đạt đợc một số thành công về cung cấp dịch vụ Truyền hình, các hệ
thống thuần túy cáp trục không thể thỏa mãn các dịch vụ băng rộng tốc độ
cao.

Dung lợng kênh của hệ thống không đủ để đáp ứng cho phát vệ tinh quảng
bá trực tiếp DBS. Hệ thống cáp đồng trục có thể cung cấp hơn 40 kênh nhng
các thuê bao DBS có thể thu đợc gấp 2 lần số kênh trên, đủ cho họ lựa chọn
chơng trình. Các mạng cáp yêu cầu cần thêm dung lợng kênh để tăng cạnh
tranh.

Truyền dẫn tín hiệu bằng cáp đồng trục có suy hao rất lớn, nên cần phải đặt
nhiều bộ khuếch đại tín hiệu trên đờng truyền. Do vậy phải có các chi phí
13
khác kèm theo : nguồn cấp cho bộ khuếch đại, công suất tiêu thụ của mạng
tăng lên dẫn đến chi phí cho mạng lớn.

Các hệ thống cáp đồng trục thiếu độ tin cậy. Nếu một bộ khuếch đại ở gần
headend không hoạt động (ví dụ nh mất nguồn nuôi), tất cả các thuê bao do bộ
khuếch đại đó cung cấp sẽ mất các dịch vụ.

Mức tín hiệu (chất lợng tín hiệu) sẽ không đủ đáp ứng cho số lợng lớn các
thuê bao. Do sử dụng các bộ khuếch đại để bù suy hao cáp, nhiễu đờng truyền
tác động vào tín hiệu và nhiễu nội bộ của bộ khuếch đại đợc loại bỏ không hết
và tích tụ trên đờng truyền, nên càng xa trung tâm, chất lợng tín hiệu càng
giảm, dẫn đến hạn chế bán kính phục vụ của 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 cả các thuê bao là vấn đề rất
khó. Để giải quyết các nhợc điểm trên, các nhà cung cấp cùng đi tới ý tởng 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 cầu đối với hệ thống quang tơng tự là duy trì sự tơng thích với các
thiết bị cáp kim loại hiện có.
1.3.2. Cấu trúc mạng HFC
1.3.2.1. Các đặc điểm cơ bản mạng HFC

Khái niệm :
Mạng HFC (Hybrid Fiber/Coaxial network) là mạng lai giữa cáp quang
và cáp đồng trục, sử dụng đồng thời cáp quang và cáp đồng trục để truyền và
phân phối tín hiệu. Việc truyền tín hiệu từ trung tâm đến các Node quang là
cáp quang, còn từ các Node quang đến thuê bao là cáp đồng trục.
Mạng HFC bao gồm 3 mạng con (segment) gồm:
-
Mạng truyền dẫn (Transport segment).
-
Mạng phân phối (Distribution segment).
-
Mạng truy nhập (Acess segment).
Mạng truyền dẫn bao gồm hệ thống cáp quang và các Hub sơ cấp, nhiệm
vụ của nó là truyền dẫn tín hiệu từ headend đến các khu vực xa. Các Hub sơ
cấp có chức năng thu/phát quang từ/đến các node quang và chuyển tiếp tín
hiệu quang tới các Hub khác.
14
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 đợc chuyển thành tín hiệu
điện tại các Node quang để truyền đến thuê bao. Ngợc lại trong trờng hợp

mạng 2 chiều, tín hiệu điện từ mạng truy nhập sẽ đợc thu tại Node quang và
chuyển thành tín hiệu quang để truyền đến Hub về Headend.
Mạng truy nhập bao gồm hệ thống cáp đồng trục, các thiết bị thu phát
cao tần có nhiệm vụ truyền tải các tín hiệu cao tần RF giữa Node quang và các
thiết bị thuê bao. Thông thờng bán kính phục vụ của mạng con truy nhập tối
đa khoảng 300m.

Hoạt động của mạng:
Tín hiệu Video tơng tự cũng nh số từ các nguồn khác nhau nh : Các bộ
phát đáp vệ tinh, nguồn quảng bá mặt đất, Video sever đợc đa tới Headend
trung tâm. Tại đây tín hiệu đợc ghép kênh và truyền đi qua Ring sợi đơn mode
(SMF). Tín hiệu đợc truyền từ Headend trung tâm tới thông thờng là 4 hoặc 5
Hub sơ cấp. Mỗi Hub sơ cấp cung cấp tín hiệu cho khoảng hơn 150.000 thuê
bao. Có khoảng 4 hoặc 5 hub thứ cấp và headend nội hạt, mỗi hub thứ cấp chỉ
cung cấp cho khoảng 25000 thuê bao. Hub thứ cấp đợc sử dụng để phân phối
phụ thêm các tín hiệu video tơng tự hoặc số đã ghép kênh với mục đích giảm
việc phát cùng kênh video tại các Headend sơ cấp và thứ cấp khác nhau. Các
15
Mạng truyền dẫn
(Backbone)
Mạng phân phối
Mạng truy nhập
Hình 1.8. Kiến trúc mạng HFC.
kênh số và tơng tự của Headend trung tâm có thể cùng đợc chia xẻ sử dụng
trên mạng backbone. Mạng backbone đợc xây dựng theo kiến trúc Ring sử
dụng công nghệ SONET/SDH hoặc một số công nghệ độc quyền.
Các đặc điểm của SONET/SDH đợc 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 tơng tự đợc số hoá, điều chế,

ghép kênh TDM và đợc truyền ở các tốc độ khác nhau từ OC-12/STM-4 (622
Mb/s) tới OC-48/STM-16 (2448 Mb/s), ở đây sử dụng kỹ thuật ghép kênh
thống kê TDM để tăng độ rộng băng tần sử dụng. Ghép kênh thống kê TDM
thực hiện cấp phát động các khe thời gian theo yêu cầu để thực hiện các dịch
vụ có tốc độ bít thay đổi qua mạng SONET/SDH. Để giảm chi phí lắp đặt,
phần lớn các nhà điều hành CATV lựa chọn sử dụng thiết bị tơng thích với
chuẩn SONET/SDH, tuỳ theo các giao diện mạng. Dung lợng node quang đợc
xác định bởi số lợng thuê bao mà nó cung cấp tín hiệu. Node quang có thể là
node cỡ nhỏ với khoảng 100 thuê bao hoặc cỡ lớn với khoảng 2000 thuê bao.
1.3.2.2
.
Ưu và nhợc điểm của mạng HFC
-
Sử dụng cáp quang để truyền tín hiệu, mạng HFC sẽ sử dụng các u điểm v-
ợt trội của cáp quang so với các phơng tiện truyền dẫn khác: Dải thông cực
lớn, suy hao tín hiệu rất thấp, ít bị nhiễu điện từ, chống lão hóa và ăn mòn hóa
học tốt. Với các sợi quang đợc sản xuất với công nghệ hiện đại ngày nay, các
sợi quang cho phép truyền các tín hiệu có tần số lên tới hàng trăm THz (10
14

ữ
10
15
Hz). Đây là dải thông tín hiệu vô cùng lớn, có thể đáp ứng mọi yêu cầu
dải thông đờng truyền mà không một phơng tiện truyền dẫn nào khác có thể
có đợc.
-
Tín hiệu quang truyền trên sợi quang hiện nay chủ yếu nằm trong 2 cửa sổ
bớc sóng quang là 1310 nm và 1550 nm. Đây là 2 cửa sổ có suy hao tín hiệu
rất nhỏ: 0,3 dB/km với bớc sóng 1310 nm và 0,2 dB/km với bớc sóng 1550

nm. Trong khi đó với một sợi cáp đồng trục loại suy hao thấp nhất cũng phải
mất 43 dB/km tại tần số 1 GHz.
-
Tín hiệu truyền trên sợi cáp là tín hiệu quang, vì vậy không bị ảnh hởng bởi
các nhiễu điện từ từ môi trờng dẫn đến đảm bảo đợc chất lợng tín hiệu trên
đờng truyền. Đợc chế tạo từ các chất trung tính là Plastic và thủy tinh, các
16
sợi quang là các vật liệu không bị ăn mòn hóa học dẫn đến tuổi thọ của sợi
cao.
-
Có khả năng dự phòng trong trờng hợp sợi quang bị đứt.
Trớc đây các mạng con truy nhập thờng sử dụng các thiết bị tích cực là các
bộ khuếch đại tín hiệu nhằm bù suy hao cáp để truyền tín hiệu đi xa. Theo
kinh nghiệm của các nhà điều hành mạng cáp của châu Âu và châu Mỹ, trục
trặc của mạng Truyền hình cáp phần lớn xảy 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 thờng không thể thực hiện nhanh đợc nên ảnh h-
ởng đến chất lợng phục vụ khách hàng của mạng. Với các mạng truy nhập
đồng trục, khi cung cấp dịch vụ 2 chiều, các bộ khuếch đại cần tích hợp phần
tử khuếch đại tín hiệu cho các tín hiệu ngợc dòng dẫn đến độ ổn định của
mạng giảm. Hiện nay xu hớng trên thế giới đang chuyển dần sang sử dụng
mạng truy nhập thụ động, tại đó không sử dụng bất cứ một thiết bị tích cực
nào nữa, mà chỉ còn các bộ chia tín hiệu, các bộ ghép định hớng và các bộ
trích tín hiệu thụ động. Một mạng HFC chỉ sử dụng các thiết bị cao tần thụ
động đợc gọi là mạng HFC thụ động HFPC (Hybrid Fiber/Passive Coaxial)
nh thể hiện trong hình 1.9. Sử dụng mạng truy nhập thụ động hoàn toàn sẽ tạo
ra các u điểm sau:
-
Chất lợng tín hiệu đợc nâng cao do không sử dụng các bộ khuếch đại tín
hiệu mà hoàn toàn chỉ dùng các thiết bị thụ động nên tín hiệu tới thuê bao

sẽ không bị ảnh hởng của nhiễu tích tụ do các bộ khuếch đại.
-
Sự cố của mạng sẽ giảm rất nhiều dẫn đến tăng độ ổn định và chất lợng
phục vụ mạng vì trục trặc của mạng Truyền hình cáp phần lớn xảy ra do
các bộ khuếch đại và thiết bị ghép nguồn cho chúng.
-
Các thiết bị thụ động đều có khả năng truyền tín hiệu theo 2 chiều vì thế độ
ổn định của mạng vẫn cao khi cung cấp dịch vụ 2 chiều.
-
Sử dụng hoàn toàn các thiết bị thụ động sẽ giảm chi phí rất lớn cho việc
cấp nguồn bảo dỡng, thay thế và sửa chữa các thiết bị tích cực dẫn đến
giảm chi phí điều hành mạng.
-
Nếu sử dụng mạng đồng trục thụ động, số lợng thuê bao tại một node
quang sẽ giảm đi, dẫn đến dung lợng đờng truyền cho tín hiệu hớng lên sẽ
tăng lên, tạo ra khả năng cung cấp tốt các dịch vụ 2 chiều tốc độ cao cho
thuê bao.
17
Tuy nhiên, mạng truy nhập cáp đồng trục thụ động HFPC cũng có một số
nhợc điểm sau:
-
Do không sử dụng các bộ khuếch đại tín hiệu cao tần, tín hiệu suy hao trên
cáp sẽ không đợc bù dẫn đến hạn chế lớn bán kính phục vụ của mạng.
-
Do không kéo cáp đồng trục đi xa, số lợng thuê bao có thể phục vụ bởi một
node quang có thể giảm đi. Để có thể phục vụ số lợng thuê bao lớn nh khi
sử dụng các bộ khuếch đại tín hiệu, cần kéo cáp quang đến gần thuê bao
hơn và tăng số node quang dẫn đến tăng chi phí rất lớn cho mạng.
1.3.2.3. Kết luận
Nh đã trình bày ở trên, u điểm của mạng này là nhợc điểm của mạng kia.

Tuỳ thuộc vào mô 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 l-
ợng node quang lớn hơn mạng HFC. Vì vậy:
-
Trong điều kiện mạng quang đã có sẵn, nên chọn phơng án xây dựng mạng
HPFC nhằm mục đích giảm chi phí đầu t cho mạng đồng trục, đẩy nhanh tốc
độ triển khai mạng, nâng cao chất lợng tín hiệu và hiệu quả khai thác.
-
Trong điều kiện mạng quang còn hạn hẹp, nên chọn phơng án xây dựng
mạng HFC. Khi đó, để đẩy nhanh tốc độ mở rộng mạng phải vơn dài mạng
đồng trục bằng cách sử dụng các bộ khuếch đại cao tần.
18
Hình 1.9. Cấu trúc mạng HFPC.
Mạng truyền dẫn
(Backbone)
Mạng phân phối Mạng truy nhập
Bộ chia
Bộ chia
Đối với tình hình nớc ta hiện nay thì cấu trúc mạng HFC hợp lý hơn vì ở
Việt Nam mạng Truyền hình cáp vẫn đang còn mới mẻ, mạng mới đợc đa vào
sử dụng trong khoảng thời gian ngắn nên cơ sở hạ tầng còn thiếu thốn. Hệ
thống mạng hầu nh phải kéo mới nên để giảm chi phí lắp đặt cho cả nhà khai
thác lẫn các thuê bao thì mạng HFC là hợp lý nhất.
19
Chơng 2
Các thiết bị chính trong mạng quang
2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Headend
2.1.1. Sơ đồ khối cơ bản của Headend
1/ Khối RF/IF là khối chuyển đổi từ tín hiệu cao tần (RF) của Truyền hình
quảng bá lên tín hiệu trung tần (IF) của hệ thống Truyền hình cáp (hay còn gọi

là bộ Upconverter).
2/ Khối thu tín hiệu vệ tinh là khối có chức năng chuyển đổi từ tín hiệu vệ tinh
(là hai tín hiệu audio và video tách biệt) có tần số cao xuống tín hiệu trung tần
(IF) của hệ thống Truyền hình cáp (gọi là bộ Downconverter).
3/ Khối IF/IF là bộ lọc trung tần có chức năng lọc đúng tần số của kênh
Truyền hình cần thu.
4/ Khối IF/RF là khối chuyển đổi từ tín hiệu trung tần lên tín hiệu cao tần
trong dải tần của hệ thống Truyền hình cáp để ghép kênh và truyền lên mạng
đến thuê bao.
5/ Khối combiner là khối kết hợp kênh hay còn gọi là khối ghép kênh nó có
chức năng ghép các kênh Truyền hình thu đợc từ Truyền hình quảng bá và từ
vệ tinh vào một dải tần đờng xuống (65MHz ~ 862MHz) của hệ thống Truyền
hình cáp theo phơng thức ghép kênh theo tần số (FDM).
6/ Khuếch đại RF là bộ khuếch đại tín hiệu cao tần trớc khi đa vào bộ chia tín
hiệu cao tần để vào máy phát.
7/ Máy phát quang có chức năng chuyển đổi từ tín hiệu điện thành tín hiệu
quang và ghép nó vào sợi quang để truyền đi
20
21
RF
RF
RF
RF
RF
RF
RF
RF
RF
RF
RF

RF
RF
RF
IF
IF
IF
IF
IF
IF
IF
IF
IF
IF
IF
IF
IF
IF
IF
IF
IF
IF
IF
IF
IF
IF
IF
IF
A/V
A/V
A/V

A/V
A/V
A/V
IF
IF
IF
IF
Thu vÖ
tinh(IF)
Thu vÖ
tinh(IF)
Thu vÖ
tinh(IF)
Thu vÖ
tinh(IF)
Thu vÖ
tinh(IF)
Thu vÖ
tinh(IF)
Combiner
RF
IS
Ph¸t quang
(Tx)
Sîi quangC¸p ®ång trôc
H×nh 2.1. Trung t©m Headend.
IS
ISIS
IS
2.1.2. Nguyên lý hoạt động của Headend

Các chơng trình quảng bá mặt đất (VTV1, VTV2, VTV3 ) đợc thu qua
các anten VHF (very high frequency), mỗi một kênh Truyền hình đợc thu qua
một anten riêng, các kênh Truyền hình thu đợc sau đó đa vào khối chuyển đổi
từ tín hiệu cao tần RF thành tín hiệu trung tần IF (upconverter). Lúc này tín
hiệu thu đợc từ mỗi anten là một dải tần bao gồm kênh tín hiệu cần thu và các
kênh tín hiệu khác lọt vào (ví dụ: anten VHF cần thu kênh VTV3 nhng trong
tín hiệu thu đợc có cả các kênh khác nh HTV, VTV2). Tín hiệu trung tần
chung này đợc đa qua bộ lọc trung tần để lọc lấy kênh tín hiệu cần thu
(VTV3). Mỗi bộ lọc trung tần đợc điều chỉnh để chỉ thu một kênh tín hiệu.
Tín hiệu trung tần ra khỏi bộ lọc chỉ có một kênh duy nhất. Các kênh tín hiệu
này sẽ đợc đổi lên tần số RF qua bộ chuyển đổi IF/RF để đợc tín hiệu RF nằm
trong dải tần đờng xuống của mạng CATV. Sau đó tín hiệu RF này đợc đa vào
bộ kết hợp (combiner 16:1) để ghép kênh với các kênh tín hiệu khác theo ph-
ơng thức ghép kênh theo tần số (FDM: Frequency Division Multiplexing).
Các tín hiệu vệ tinh đợc thu qua anten parabol là các tín hiệu Truyền hình
bao gồm nhiều kênh ghép lại với nhau, để tách các kênh này ra thành các kênh
độc lập thì chúng đợc chia thành nhiều đờng bằng các bộ chia vệ tinh. Sau đó
mỗi đờng sẽ đợc đa 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 cha phải là
tín hiệu mà CATV cần nên sau đó chúng đợc đa vào bộ chuyển đổi A/V thành
IF.Tín hiệu ra là tín hiệu IF trộn cả Audeo và Video. Tín hiệu trung tần này
vẫn là sự kết hợp của nhiều kênh tín hiệu , để lấy ra một kênh theo yêu cầu thì
chúng đợc đa qua bộ lọc trung tần giống nh khi thu các chơng trình Tuyền
hình quảng bá và tín hiệu ra là kênh tín hiệu cần thu. Các kênh này tiếp tục đ-
ợc đa vào bộ chuyển đổi IF/RF để đợc tín hiệu RF nằm trong dải tần CATV.
Sau đó đợc đa vào combiner 16:1 để ghép kênh với các kênh truyền hình khác
thu từ vệ tinh và các kênh truyền hình quảng bá trong dải tần đờng xuống
(70MHz ~ 862MHz). Tín hiệu ra là tín hiệu RF đã ghép kênh bao gồm nhiều
kênh đợc ghép lại với nhau. Tín hiệu này đã có thể đa vào máy thu hình của
thuê bao giải mã và xem đợc, nhng để truyền đi xa và theo nhiều hớng khác

nhau thì nó đợc đa vào bộ khuếch đại để khuếch đại lên sau đó chia ra bằng
bộ chia tín hiệu cao tần (bộ chia ký hiệu ISV hoặc IS). Tín hiệu sau bộ chia
mỗi đờng đợc đa vào một máy phát quang, tại đây tín hiệu RF đợc chuyển
22
thành tín hiệu quang và ghép vào sợi quang để truyền đến thuê bao qua mạng
HFC.
2.2. Hệ thống thông tin quang
2.2.1. Khái niệm về thông tin quang
Các hệ thống thông tin thực hiện chức năng truyền tin tức từ nơi này tới
nơi khác. Thông tin thờng đợc truyền đi nhờ các sóng mang có tần số có thể từ
một vài MHz tới hàng trăm THz ( 1THz = 10
12
). Thông tin quang có tần số
sóng mang tải tin cao, cỡ 100 THz, trong dải nhìn thấy hoặc cận hồng ngoại.
Đờng truyền : sợi quang học ( fiber Optic ).
2.2.2. Sơ đồ khối hệ thống thông tin quang
Hình 2.2. Sơ đồ khối hệ thống thông tin quang.
Chức năng các khối trong sơ đồ:

Kênh thông tin:
Tuỳ theo hệ thống thông tin quang là dẫn hớng hay không dẫn hớng mà t-
ơng ứng dùng hay không dùng sợi quang.
Trong trờng hợp không dẫn hớng, chùm ánh sáng đợc phát ra khoảng
không. Trờng hợp này thờng áp dụng trong thông tin quang giữa các vệ tinh ở
trên bầu khí quyển.
Đối với các hệ thống thông tin trên mặt đất đều là loại dẫn hớng dùng sợi
quang.

Máy phát quang:
Có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điện cần truyền đi thành dạng ánh sáng

( biến đổi E/O ) và truyền ánh sáng đó vào trong sợi quang.
Máy phát quang có sơ đồ khối nh hình 2.3.
23
Máy phát
quang
Máy thu
quang
Kênh
thông tin
T/h
vào
T/h ra
Bộ điều khiển

Nguồn
quang
Điều
chế
Ghép vào
kênh
Đầu ra quang
Lối vào điện
Hình 2.3. Sơ đồ khối máy phát quang.
- Nguồn quang: có thể là laser bán dẫn hoặc điôt phát quang. Mức công suất
ở đầu ra các nguồn quang tơng ứng là:
Laser bán dẫn: ( 0ữ 10) dBm
Điôt phát quang: < -10 dBm
Hiện nay dùng thông dụng laser bán dẫn làm nguồn quang.
- Khối ghép vào kênh:
Bản chất là hệ thống thấu kính hội tụ nguồn ánh sáng để ghép vào lõi sợi

quang.
- Khối điều chế :
Với hệ thống IM - DD (Intensity Modulation - Direct Detection) thì bộ điều
chế suy biến, tín hiệu điện qua mạch điều khiển sẽ điều chế (khống chế) trực
tiếp cờng độ xung quang ở lối của Laser.
Với hệ thống kết hợp (Coherent): bộ điều chế là một khối riêng. Khối điều
chế có cấu trúc khá phức tạp, là một mạch điện tử khá đắt tiền.

Máy thu quang:
Có nhiệm vụ biến đổi ngợc tín hiệu quang nhận đợc ở cuối đầu cáp thành tín
hiệu điện ban đầu (biến đổi O/E).
Sơ đồ khối máy thu quang biểu diễn trên hình 2.4

Hình 2.4. Sơ đồ khối máy thu quang.
- Khối ghép vào kênh:
là hệ thống thấu kính hội nhằm hội tụ tín hiệu quang nhận đợc từ sợi quang
vào mặt làm việc của bộ tách quang.
24
Các mạch
điện tử
Photodetector
Giải
điều chế
Ghép vào
kênh
Lối vào
quang
Lối ra
điện
- Khối tách quang (Photodetector): thờng là diot quang bán dẫn.

- Khối giải điều chế:
Với hệ thống IM-DD: Khối giải điều chế suy biến vào khối Photodetector mà
không cần các mạch điện tử điều khiển đắt tiền và phức tạp.
Với hệ thống Coherent: cần các mạch điện tử nhằm duy trì điều khiển kết hợp
thu - phát (đồng bộ sóng mang) và mạch giải điều chế đợc tách riêng.
2.2.3. Cấu trúc sợi quang và cáp quang
2.2.3.1. Cấu tạo sợi quang
Sợi quang có thể coi là một dây dẫn hình trụ trong suốt có tác dụng
truyền sóng ánh sáng. Cấu tạo sợi quang đợc thể hiện nh hình 2.5
Sợi quang gồm lõi sợi (core) và vỏ sợi (cladding). Trong viễn thông dùng
loại sợi có cả hai lớp trên bằng thuỷ tinh. Lõi để dẫn ánh sáng và vỏ sợi để giữ
ánh sáng tập trung trong lõi nhờ sự phản xạ toàn phần giữa lõi và vỏ sợi.
Để bảo vệ sợi quang, tránh nhiều tác dụng do điều kiện bên ngoài, sợi
quang còn đợc bọc thêm một lớp nữa đó là vỏ bảo vệ sợi quang (lớp phủ). Lớp
này đợc tuốt sạch khi tách ra hàn nối. Mỗi lớp có mô đun đàn hồi khác nhau,
lớp trong mềm hơn lớp ngoài, lớp vỏ này bảo vệ sợi quang không bị suy hao
khi bị uốn cong trầy xớc.
Lớp phủ có tác dụng bảo vệ sợi quang:
Chống lại sự xâm nhập của hơi nớc.
Tránh sự trầy xớc gây nên những vết nứt.
Giảm ảnh hởng vì uốn cong.
Lớp phủ đợc bọc ngay trong quá trình kéo sợi. Chiết suất của lớp phủ lớn
hơn chiết suất của lớp vỏ sợi để loại bỏ các tia sáng truyền trong lớp vỏ sợi vì
khi đó sự phản xạ toàn phần không thể xảy ra phân cách giữa lớp vỏ sợi và lớp
25
Mặt cắt ngang Mặt cắt dọc
Lõi Sợi
Vỏ sợi
Hình 2.5. Cấu tạo sợi quang.