Một số giải pháp nâng cao chất lượng cho hệ thống truyền hình cáp.

Đồ án tốt nghiệp Đại học

Lời cảm ơn

LỜI CẢM ƠN
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô
giáo tại trường

về sự dạy bảo của thầy cô trong quá trình em học tại trường.

Em xin đặc biệt cảm ơn Giảng viên

, người đã hướng dẫn trực tiếp,

chỉ bảo tận tình cho em. Đồ án này sẽ khó có thể hoàn thành nếu thiếu sự giúp đỡ,
khuyến khích và những ý kiến đóng góp quý báu của cô.
Cảm ơn bố mẹ, em gái, bạn bè và các bạn trong lớp

đã luôn bên cạnh cổ vũ,

động viên tinh thần để em có thể vượt qua mọi khó khăn.
Đồ án được thực hiện trong thời gian ngắn, mặc dù cố gắng tìm hiểu nhưng do
kiến thức có hạn nên chắc chắn vẫn còn nhiều thiếu sót. Rất mong thầy cô góp ý để đồ
án được hoàn hiện hơn.
Cuối cùng, em xin kính chúc các thầy, cô và gia đình luôn luôn mạnh khỏe và
thành công hơn nữa trong sự nghiệp cao quý.

Hà Nội, ngày tháng năm 201
Sinh viên

1

Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

MỤC LỤC

2


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Danh mục hình vẽ

DANH MỤC HÌNH VẼ

3


Đồ án tốt nghiệp Đại học
tự

Từ viết tắt và kí

TỪ VIẾT TẮT VÀ KÍ TỰ
Từ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

CA

Conditional Access

Truy cập có điều kiện

CBC

Cypher Block Chaining

Mã hóa CBC

CATV

Community Antenna Televison Hệ thống truyền hình cáp

CoS

Class of Service

Cấp của dịch vụ

DOCSIS

Data Over cable Service
Interface Specification

Chuẩn truyền dữ liệu tốc độ cao

EMM

Entitlement Management
Message

Bản tin quản lý quyền truy cập

FCC

Federal Communications
Commission

Ủy ban truyền thông liên bang

FDM

Frequency Division
Multiplexing

Ghép kênh theo tần số.

HFC

Hybrid Fiber Coaxial

Mạng kết hợp cáp quang và cáp
đồng trục

HS

Headend system

Hệ thống trung tâm

GOP

Group of picture

Nhóm hình ảnh

IGMP

Internet Group Management
Protocol

Giao thức quản lý nhóm Internet

IP

Internet Protocol

Giao thức mạng Internet

IPTV

Internet Protocol Television

Truyền hình qua giao thức Internet

MPEG

Moving Picture Experts Group

Nhóm các chuyên gia hình ảnh
động

OSI

Open Systems Interconnection
Reference Model

Mô hình tham chiếu kết nối các hệ
thống mở

QPSK

Quadrature Phase Shift
Keying

Dịch pha bậc hai

QAM

Quadrature Amplitude
Modulation

Điều chế biên độ bậc hai

SAS

Subscruber Authorization
System

Hệ thống quản lý kỹ thuật của hệ
thống CA

SMS

Subscriber Management
System

Hệ thống quản lý thuê bao

4


Đồ án tốt nghiệp Đại học
tự

VoD

Từ viết tắt và kí

Video-on demand

Video theo yêu cầu

5

Đồ án tốt nghiệp Đại học

Lời nói đầu

LỜI NÓI ĐẦU
Những năm gần đây truyền hình quảng bá không đáp ứng kịp do tăng nhu cầu
thưởng thức các chương trình truyền hình chất lượng cao, nội dung phong phú cũng
như sự tiến bộ trong công nghệ, truyền hình cáp đã tạo những bước phát triển mạnh
mẽ. Lợi ích của truyền hình cáp đối với xã hội như: Làm giảm số hộ gia đình thu sóng
truyền hình bằng anten trời, bảo đảm mỹ quan thành phố và khu dân cư, nâng cao chất
lượng hình ảnh, âm thanh; Tăng số kênh phục vụ để đáp ứng nhu cầu, thị hiếu của
nhân dân. Kết hợp với mạng internet và cung cấp những dịch vụ gia tăng khác. Người
xem không những các chương trình truyền hình quảng bá mà còn có nhu cầu nhận
được thông tin tức thời các diễn biến, biến cố xảy ra mọi lúc mọi nơi trên thế giới, kể
cả những đòi hỏi về học tập giải trí, giao dịch mua sắm ngay trên thiết bị truyền hình
của mình. Ngoài ra trong từng khán giả còn có nhu cầu khác nhau, thời gian khác nhau
và yêu cầu đáp ứng các nhu cầu riêng lẻ. Hiện nay Truyền hình cáp có thể đáp ứng các
yêu cầu trên.
Vì vậy em chọn đề tài: Một số giải pháp nâng cao chất lượng cho hệ thống
truyền hình cáp với những nội dung sau:
Chương 1: Tổng quan về truyền hình cáp.
Chương 2: Cấu trúc và hoạt động của hệ thống truyền hình cáp hiện tại.
Chương 3: Một số giải pháp nâng cao chất lượng hệ thống truyền hình cáp
Mặc dù em đã nỗ lực hoàn thành đề tài này nhưng do còn những hạn chế về
thời gian và hiểu biết của bản thân nên không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, em
mong nhận được sự góp ý của các thầy cô và các bạn để phục vụ thêm cho công tác
học tập và nghiên cứu của mình trong tương lai.

6

Đồ án tốt nghiệp Đại học
tại

Chương 2: Cấu trúc và hoạt động của hệ thống truyền hình cáp hiện

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH CÁP

1.1. Lịch sử phát triển
Tín hiệu truyền hình quảng bá là một trong những tín hiệu phức tạp nhất được sử
dụng trong truyền thông thương mại. Tín hiệu bao gồm một sự kết hợp của kỹ thuật
điều chế biên độ, tần số, pha tất cả đều ở kênh 6MHz với quá trình phát đơn biên.
Hệ thống truyền hình cáp (CATV) xuất hiện vào những năm cuối của thập niên
40. Thuật ngữ CATV xuất hiện đầu tiên vào năm 1948 tại Mỹ khi thực hiện thành
công hệ thống truyền hình cáp hữu tuyến (Cable Televison). Một năm sau, cũng tại
Mỹ hệ thống truyền hình anten chung (CATV- Community Antenna Televison) cung
cấp dịch vụ thuê bao bằng đường truyền vô tuyến đã được lắp đặt thành công. từ đó
thuật ngữ CATV được dùng để chỉ chung cho các hệ thống truyền hình cáp vô tuyến
và hữu tuyến. Mục tiêu ban đầu của truyền hình cáp là phân phát các chương trình
quảng bá tới những khu vực do các điều kiện khó khăn về địa hình không thể thu được
bằng anten thông thường. Theo thời gian cùng với sự phát triển của công nghệ điện tử
- viễn thông, truyền hình cáp đã phát triển mạnh mẽ trên toàn thế giới với hàng trăm
triệu thuê bao : Phát triển nhất là Mỹ, Châu Âu và hiện nay đang phát triển mạnh mẽ
tại Châu Á từ Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc, Ấn Độ, Đài Loan, Singapore, Thái
Lan, và ngay cả Việt Nam, Băngladesh, Campuchia cũng phát triển mạnh mẽ loại
Truyền hình Cáp.
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 120 VAC, nguồn điện thế này thì rất nguy hiểm. Những bộ khuếch đại
này được sử dụng trong thời gian dài trước khi hội chăm sóc sức khoẻ và an toàn nghề
nghiệp của sở lao động Hoa Kỳ thành lập. Tầng khuếch đại cáp rất dễ bị ảnh hưởng
bởi nhiệt độ, sự điều chỉnh liên tục của nhân viên kĩ thuật thì cần thiết để hạn chế độ
lợi và đáp ứng tần số. Sự suy giảm cáp gia tăng rõ rệt khi tần số mang hình tăng, điều
này làm cho những hệ thống cáp ban đầu chỉ có thể mang từ kênh 2 đến kênh 6, và hệ
thống này gọi là hệ thống năm kênh. Những trạm truyền hình nhận tín hiệu ở tần số
7


Đồ án tốt nghiệp Đại học
tại

Chương 2: Cấu trúc và hoạt động của hệ thống truyền hình cáp hiện

siêu cao (UHF) hoặc trên kênh từ 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 đề kỹ thuật của hệ thống hơn chúng ta ngày nay.
Những mạng ban đầu được lắp đặt sử dụng một cấu trúc cây cơ bản mà trong đó
tất cả các tín hiệu được bắt nguồn từ vị trí đầu cuối và được phân phối đến những
người đăng ký riêng lẻ qua một chuỗi của những cây chính, nhánh và nhánh nhỏ như
trong hình sau. Mạng topo này cần những bộ khuếch đại tương tự để nâng mức tín
hiệu đến những mức chấp nhận được dựa trên vùng dịch vụ bao phủ. Tuy nhiên tất cả
những lợi ích của việc giải quyết những vấn đề đội lợi hay tổn hao được bù đắp bởi
nhiễu và méo được quy cho những mạch khuếch đại. Những mạch khuếc đại tương tự
như được chú ý trong bất cứ cuộc thảo luận truyền thông nào đều không thể loại trừ
hết nhiễu.

8

Đồ án tốt nghiệp Đại học
tại

Chương 2: Cấu trúc và hoạt động của hệ thống truyền hình cáp hiện

Hình 1.1. Cấu trúc CATV
Khi mà dây cáp trở nên khan hiếm và có thêm nhiều hệ thống được xây dựng,
những nhà sản xuất đã đáp lại bằng việc cải thiện lại bộ khuếch đại và dây cáp. Cáp
với vỏ bọc bằng nhôm bên trong được đổ đầy bột 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 này có hai loại kích cở 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 sử
dụng cho những mục đích trung chuyển.
9


Đồ án tốt nghiệp Đại học
tại

Chương 2: Cấu trúc và hoạt động của hệ thống truyền hình cáp hiện

- Bên cạnh đó, việc thiết kế hệ thống cũng được cải thiện, thay vì nối những thuê
bao tới một hệ thống khuếch đại cáp đơn thì một sơ đồ vận chuyển tín hiệu theo dạng
hệ thống 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 hệ thống, mà những đầu này
biến đổi theo khoảng cách và số lượng những đường chia hệ thống. 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 hệ thống

thuê bao với hệ thống cáp chính. Với sự phát triển của transistor, những bộ khuếch đại
cáp sớm được cải thiện về hiệu suất và tiêu hao công suất thấp.
Trong những năm 1960 mạng dây dẫn (feeder) đã cung cấp những tín hiệu
tới thuê bao thì được gọi là pressure tap. Về cơ bản, một lỗ được lấy lõi bên trong vỏ
bọc ngoài bằng nhôm và chân trung tâm của bộ nối ra được đặt vào giữa lổ để nối tới
dây dẫn trung tâm. Những sợi nối ra cùng loại và một bộ giữ cung cấp áp suất để giữ
chặt thiết bị nối ra với dây cáp. Một mạch nhỏ của những điện trở và những tụ điện
được cung cấp cáp trở kháng 75 ohm (Ω) để cho phù hợp với dây cáp và sự cách ly với
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 giử cho chổ nối được kính và có thể chịu
đựng được thời tiết , để tránh hơi ẩm làm hư hỏng cáp cũng như hạn chế phản 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 sử dụng
nâng tổng số kênh lên 12 kênh.
Khi hệ thống phát triển hơn thì bộ nối định hướng và bộ chia 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, đặt biệt là ở những vùng dân cư đông đúc. Những bộ khuếch đại
cũng được cải thiện về hình thức và giá cả. Từ khi bộ khuếch 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 có thể mang nhiều chương trình.
10


Đồ án tốt nghiệp Đại học
tại

Chương 2: Cấu trúc và hoạt động của hệ thống truyền hình cáp hiện

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 ÷108MHZ 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 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 tỏ vấn 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 UHF
27 đến 35. Kết nối khối chuyển đổi thì được biểu diễn trong hình 1.2 :

Hình 1.2. Kết nối chuyển đổi
- Năm 1970 thời gian này số lượng trạm truyền hình UHF được gia tăng đáng kể.
Những hệ thống cáp chỉ có thể mang tới kênh 13 (216MHZ), vì vậy sự lựa chọn hoạt
động hệ thống truyền hình cáp để chuyển đổi tại head end của một số trạm UHF thành
9 kênh băng tần giữa có thể sử dụng được.
- Năm 1980 vào thời gian đầu 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 mang hướng lên vệ tinh và hệ thống phát của vệ tinh
11


Đồ án tốt nghiệp Đại học
tại

Chương 2: Cấu trúc và hoạt động của hệ thống truyền hình cáp hiện

chuyển tới trạm anten thu mặt đất của một hệ thống truyền hình cáp địa phương. Hệ
thống thu tại thời điểm này dùng những anten lớn (10m) bởi vì những bộ khuếch đại
anten vi sóng có nhiễu và độ lợi bị hạn chế. Suốt những 1980 đã cải thiện được những

bộ khuếch đại anten thu nhiễu thấp hay những bộ khuếch đại nhiễu thấp (LNAS) có
kích thước nhỏ và chi phí thấp. Những anten thu parabol được xuất hiện nhiều trong
thời điểm này. Sự ra đời của những bộ chuyển đổi nhiễu thấp (LNBC) sau những năm
1980 thì chất lượng được cải thiện và giá thành thấp. LNBC về bản chất là bộ khuếch
đại nhiễu thấp được lắp trên anten. Tín hiệu tần số 4000 MHz (4GHz) thấp hơn bao
gồm 24 kênh chương trình được chuyển đổi thành 24 kênh trong băng tần, ví dụ như
từ 950 đến 1450 MHz. Vì thế cáp từ anten xuống bộ thu có suy hao thấp hơn tại 950
đến 1450MHz so với tại 3.7 đến 4.2 GHz.
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 rất cần thiết để
ngăn tín hiệu tới thuê bao không muốn trả tiền cho dịch vụ. Một mạch gồm các điện
trở, tụ điện và cuộn dây được làm theo dạng ống như một bộ lọc bẫy và được cài đặt
trong một cái hộp bằng kim loại. Bộ lọc này có ý nghĩa loại bỏ các kênh không mong
muốn từ nhà của thuê bao và nó được gọi là bộ bẫy tín hiệu kiễu negative. Muốn làm
thất bại kĩ thuật này thì chỉ cần loại bỏ cái bẫy này ra khỏi đường dây truyền dẫn, điều
này rất khó và dể bị phát hiện và nguy hiểm.
Các chương trình vệ tinh xuất hiện ngày càng nhiều và vì vậy những hệ thống
vệ tinh 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, những hệ thống mới được thiết kế tới
30 kênh (55 đến 270 MHz) 35 kênh (55 đến 300 MHz), 40 kênh (55 đến 450 MHz) ,
52 kênh (55 đến 400 MHz), 62 kênh (55 đến 450 MHz), cho đến 78 kênh (55 đến 550
MHz).
Phương pháp bẫy để bảo 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. Làm
sáng tỏ vấn đề này, thì kĩ thuật mã hoá 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 các
chương trình trên TV. Bẫy này đặt trên cổng nối tới thuê bao, để loại đi tín hiệu gây
12

Đồ án tốt nghiệp Đại học
tại

Chương 2: Cấu trúc và hoạt động của hệ thống truyền hình cáp hiện

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
những tín hiệu gây nhiễu ở những nơi mà bẫy tín hiệu thì cần thiết cho mỗi chương
trình. Phương pháp bẫy này được gọi là bẫy positive, và những cái bẫy này thường
được xem như là 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 chế số lượng bẫy gắn ở
đầu nối. Có một điều là bẫy negative loại bỏ dịch vụ từ những người không thuê bao
còn bẫy positive cung cấp dịch vụ trả tiền tới thuê bao. Vì vậy một hệ thống với vài
thuê bao trả tiền sẽ có nhiều bẫy negative và có ít bẫy positive.
Với sự gia tăng số lượng kênh, các bộ thu hình có thể điều hưởng các kênh
là cần thiết. Vẫn còn nhiều bộ thu hình chỉ điều hưởng từ kênh 2 đến kênh 13 và UHF
(14 đến 83). Những bộ thu mới hơn thường được gọi là cable-ready, thì có thể điều
hưởng một số kênh mới. Nó nhận tín hiệu từ cáp và được chuyển đổi lựa chọn thành
kênh cố định, thường là kênh 2, 3 hoặc 4 và cung cấp những kênh này để đến truyền
hình thu. Hình sau minh hoạ một vài phương pháp kết nối với bộ chuyển đổi.

Hình 1.3. Kết nối với bộ chuyển đổi
13


Đồ án tốt nghiệp Đại học
tại

Chương 2: Cấu trúc và hoạt động của hệ thống truyền hình cáp hiện

Trong những năm đầu 1980 đã phát triển phương pháp triệt tiêu (tiếng ồn) làm
cho đồng bộ tín hiệu. Phương pháp này sử dụng những mạch xử lý tín hiệu video tại
đầu cuối (head end) để chuyển đổi hoặc khử nhiễu nằm ngang những xung đồng bộ từ
tín hiệu video. Những hình ảnh mong muốn được xem nếu giữ chặt tín hiệu nằm
ngang trong máy thu hình thì được điều chỉnh. Những mạch điện khôi phục lại tín hiệu
thì được gắn vào mạch chuyển đổi thuê bao. Những thuê bao yêu cầu dịch vụ chuyển
đổi chương trình được cài sẵn của họ với chíp IC (Intergrated circuit) chương trình
nhớ chỉ đọc (PROM) thì kích hoạt những mạch khôi phục lại để triệt tiêu tín hiệu nằm
ngang làm cho tín hiệu đồng bộ.
Sau những năm 1980 với sự phát triễn của máy tính cá nhân, có thể chuyển
đổi điều chỉnh thuê bao với sự găn liền thiết bị xáo trộn âm mà có thể điều khiển được
(máy tính “ talks” đến bộ chuyển đổi, mỗi bộ chuyển 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 trong hầu hết các
trường hợp ở đầu của băng tần sóng vô tuyến FM (106.250 MHz) và được điều chế 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 hoá thành số theo lệnh. Những lệnh đó về
bản chất được thay thế chổ của PROM theo thông tin được cung cấp ban đầu. Thuê
bao sẽ tiếp xúc với công ty cáp, nếu họ muốn thay đổi dịch vụ thì người thư kí tại công
ty cáp sẽ thêm vào những thay đổi trên máy tính thông qua một giao tiếp giữa máy tính
và cáp (computer-to-cable modem) để chỉ dẫn bộ chuyển đổi để đáp ứng yêu cầu của
thuê bao. Vì vậy không cần thiết tới nhà của thuê bao để thực hiện việc thay đổi này.
Tất cả các phương pháp cho việc bảo mật tín hiệu lúc này hay lúc khác có thể
bị 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 được gọi là “ người 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 họ cung cấp.

14


Đồ án tốt nghiệp Đại học
tại

Chương 2: Cấu trúc và hoạt động của hệ thống truyền hình cáp hiện

Vào đầu năm 1988, những công ty truyền hình anten cộng đồng (CATV)
khám phá ra rằng cáp fiberoptic có thể dùng như là phương tiện của việc cải tiến cơ sở
hạ tầng cáp cả về chất lượng và dung lượng. Sự triển khai ban đầu sử dụng một
Backbone Fiber-Based phủ trên bề mặt của những mạng cây đã tồn tại để đặt được:

• Cải tiến hiệu suất.
• Những vần đề của tầng khuếch đại.
• Tăng độ tin cậy.
• Chia những hệ thống thành nhỏ hơn.
• Làm cho thuận tiện việc lập trình mục tiêu.
• Cải tiến hoạt động ngược dòng.
Những mạng Hybrid Fiber Coaxial này đưa fiber đền gần với cổng cùa khách
hàng. Chúng vẫn sử dụng cấu trúc cây qui ước mà tách ra tại “dặm cuối” từ nút của
người đăng ký. Không may thay những mạch khuếch đại vẫn được đặt một cách vô
ích, những tầng khuếch đại thường dài hơn cần thiết và những số đếm tích cực mỗi
dặm có thể cao hơn nhu cầu.
Mỗi nhân tố làm này tăng giá trị đầu tư ban đầu mà không cải tiến độ tin cậy
của mạng hay giảm giá thành hoạt động diễn ra. Qua thập kỷ qua, những mạng
CATV đã chuyển từ cấu trúc cây sang FBB và đến nền tảng HFC hiện tại. Việc so
sánh số lượng nút trong suốt quá trình tiến triển thì ngành kinh doanh đã giảm số

nút dịch vụ từ 5000 đến 20000 nhà mỗi nút đến còn khoảng 500 nhà. Việc thay đổi
trong 10 năm đã minh họa sự phát triển mau lẹ trong cấu trúc kỹ thuật hay giá
thành.
Nhiều nhà cung cấp CATV tin rằng một sự cân bằng giữa giá thành và dung
lượng dịch vụ ở 500 nhà mỗi nút là có thể chấp nhận được. Tuy nhiên nếu bùng nổ
tỷ lệ người đăng ký thì một nền tảng của công ty CATV phải dễ dàng điều chỉnh
được đến ít nút hơn. Trong quan niệm giá thành đầu tư ban đầu của một hệ thống
nâng cấp hay xây dựng lại thì những điều hành viên phải luôn tính toán đến một hệ
thống mà sẽ cải tiến độ tin cậy với người dùng cuối trong khi giảm giá thành ban
đầu và giá thành hoạt đông hiện tại.

15


Đồ án tốt nghiệp Đại học
tại

Chương 2: Cấu trúc và hoạt động của hệ thống truyền hình cáp hiện

Trong quá khứ, công nghệ CATV đều được thiết kế giống nhau; việc thiết kế
bắt đầu tại đầu đầu hay tại nút vị trí, phần cáp đồng trục của hệ thông được duy trì
một cái nhìn như nhau và cảm giác của cây và nhánh. Điều này luôn có nghĩa lạc
quan trong thiết kế qua những phương pháp thử nghiệm và lỗi của những tầng thiết
bị để tiến đến tất cả vùng của hệ thống. Phương pháp qui ước thiết kế này được dựa
trên những kỹ thuật thiết kế đã được chứng minh mà được phát triển trước tiên đến
phạm vi thiết kế những sản phẩm sẵn có ngày nay.
Sự tiến đến cáp fiber kết hợp với những sản phẩm khuếch đại mới và nhu cầu
tính đến những khả năng của dịch vụ trong tương lai (như là truy xuất Internet và dữ
liệu) và giá thành tối ưu là việc đưa đến bắt buộc bên cạnh sự phát triển của những
phương pháp thiết kế thay đổi.

1.2. Định nghĩa truyền hình cáp
Như vậy, Truyền hình cáp được hiểu một cách đơn giản là hệ thống truyền hình mà tín
hiệu được truyền đến từng điểm bằng cáp có thể là cáp đồng trục, cáp quang, thay thế
cho anten thông thường trên nóc nhà. Nội dung chương trình hết sức phong phú vì
phát triển nhiều kênh : Tin tức, thể thao, giải trí, phim ảnh, giáo dục, và phát triển các
kênh đài truyền hình địa phương, trung ương… Đồng thời khắc phục các nhược điểm
của truyền hình bằng sóng vô tuyến như: không thu được sóng tại các điểm khuất, chất
lượng thu sóng không đều, tại các điểm thu không còn các trụ anten tua tủa lên trời
nữa. Một trung tâm truyền hình cáp có thể khai thác chương trình từ nhiều nguồn tín
hiệu phát khác nhau (vệ tinh, viba mặt đất, các trung tâm sản xuất chương trình…).
Tuy nhiên, cần phải mua bản quyền phát sóng ở các đơn vị cung cấp. Mục đích truyền
hình cáp là chọn lọc, cung cấp nhiều chương trình truyền hình hay phục vụ cho khán
giả. Để phục vụ cho nhu cầu cao hơn các trung tâm truyền hình cáp còn có thể cung
cấp hệ thống mạng truyền hình tương tác, truyền hình Internet…
Các mạng truyền hình cáp truyền thống CATV đã có được sự vượt trội trong việc
phân phối hàng trăm kênh truyền hình đồng thời tới hàng ngàn user. Mỗi user có thể
chọn một kênh bất kỳ trong hàng trăm kênh chỉ đơn giản bằng cách dò Tivi hoặc thông
qua bộ giải mã STB. Các hệ thống này dễ dàng thêm các thuê bao mới bằng cách tách
và khuếch đại tín hiệu.

16


Đồ án tốt nghiệp Đại học
tại

Chương 2: Cấu trúc và hoạt động của hệ thống truyền hình cáp hiện

Trong quá khứ, tính tương tác đã bị giới hạn hoặc không được sử dụng, tất cả nội
dung chỉ gửi trực tiếp tới người xem. Ngày nay các nhà khai thác CATV đã bắt đầu

tìm kiếm các hệ thống phân phối video với nhiều cải tiến, điều đó cho phép họ đưa ra
dịch vụ triple-play video, voice và dịch vụ dữ liệu.
1.3. Tổng quan kỹ thuật truyền hình cáp
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.
1.3.1. Hệ thống trung tâm
Hệ thống trung tâm (headend system) là nơi cung cấp quản lý chương 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
tương tác, truyền số liệu, hệ thống thiết bị trung tâm còn có thêm các nhiệm vụ như
sau : mã hóa tín hiệu quản lý truy nhập, tính cước truy nhập, giao tiếp với các mạng
viễn thông như internet…
1.3.2. Mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp.
Mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp là môi trường truyền dẫn tín hiệu từ
trung tâm mạng đến các thuê bao. Mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp hữu tuyến
có nhiệm vụ phân 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 tượng dịch vụ, khoảng cách phục
vụ, số lượng thuê bao và khả năng mở rộng cung cấp mạng.
1.3.3. Thiết bị tại nhà thuê bao
Với một mạng truyền hình cáp sử dụng công nghệ tương 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

17

Đồ án tốt nghiệp Đại học
tại

Chương 2: Cấu trúc và hoạt động của hệ thống truyền hình cáp hiện

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 để thuê bao sử dụng các dịch vụ của mạng.

Hình 1.4. Cấu hình mạng truyền dẫn và phân phối tín hiệu
1.4. Băng tần sử dụng trong truyền hình cáp
Dải tần sử dụng trong mạng truyền hình cáp khoảng từ 5 - 862 MHz. Trong đó dải tần
từ 5 - 65 MHz được dùng cho chiều ngược (upstream) – từ khách hàng đến nhà cung
cấp dịch vụ truyền hình cáp. Dải tần từ 87 - 862 MHz được dùng cho chiều đi
(downstream) - từ nhà cung cấp dịch vụ truyền hình đến khách hàng. Đường đi về trên
thực tế là được truyền trên cùng một sợi cáp theo hai hướng. Tín hiệu đường đi mang
thông tin từ HE/HUB đến thuê bao như tín hiệu video, thoại, dữ liệu internet. Đường
ngược mang thông tin từ thuê bao đến HE/HUB như tín hiệu từ các bộ STB, modem…
Những tín hiệu truyền được phát vào không khí ở Mỹ đã được phát ở những
kênh 6MHz mà được cung cấp đến các đài truyền hình bởi Ủy ban truyền thông liên
bang (FCC- Federal Communications Commission). FCC qui định vị trí, công suất và
tần số sử dụng bởi những trạm truyền hình để bảo đảm rằng những trạm mà sử dụng

18


Đồ án tốt nghiệp Đại học
tại

Chương 2: Cấu trúc và hoạt động của hệ thống truyền hình cáp hiện

kênh tương tự nhau là cách nhau đủ xa để chúng không gây nhiễu đến những kênh
khác trong bất cứ khu vực nào mà trong đó họ được nhận. Nhưng việc ngăn ngừa
nhiễu cũng phụ thuộc vào hai trạm không sử dụng những kênh liền kề trong một khu
vực như nhau với một lý do nhạy cảm hơn. Trong không khí chiều dài tín hiệu phát
giảm sút mau lẹ với khoảng cách từ máy phát và khi đó kết quả là tín hiệu từ máy phát
gần có thể là độ lớn lớn hơn nhiều so với là từ máy phát xa.
Vì những máy phát không thể bao gồm những tín hiệu hoàn hảo trong phạm vi
băng thông được thiết kế và vì những máy nhận không thể phân biệt hoàn toàn giữa
những tín hiệu của những kênh liền kề, tín hiệu gần mạnh có thể can nhiễu đến tín hiệu
xa yếu. Điều này được biết đến như là vấn đề gần-xa và kết quả là thực tế luôn không
sử dụng những kênh liền kề trong một khu vực.
Những tín hiệu truyền hình được cung cấp qua những mạng truyền hình cáp cổ
điển là được gửi qua đường như nhau khi chúng qua không khí: bằng cách chia phổ
cáp thành những kênh 6MHz của băng thông và việc điều chế mỗi tín hiệu truyền hình
vào một kênh. Nhưng những hệ thống cáp này có thể mang lại nhiều kênh hơn truyền
hình quảng bá với hai lý do.
Thứ nhất, vấn đề gần-xa của truyền hình quảng bá không là vấn đề của
những hệ thống cáp vì những kênh có thể được phát ở mức công suất như nhau qua
mạng, cho phép những kênh liền kề được dùng trên cáp.
Những hệ thống cáp không bị hạn chế băng thông mà được thiết kế bởi FCC
cho truyền hình quảng bá; một cáp có thể mang được nhiều kênh như cơ sở hạ tầng
cho phép mà trong những hệ thống modem có thể là hàng trăm kênh hay nhiều hơn
nữa.
Vì việc phát hay mã hóa của những tín hiệu truyền hình tương tự được thực hiện
theo kiểu như nhau cho truyền hình quảng bá thì việc nhận những tín hiệu này là
không phức tạp. Nhưng một tivi mà không được thiết kế một cách rõ ràng để nhận
cáp sẽ cần một bộ nhận bên ngoài vì phạm vi tần số rộng được sử dụng trong những
hệ thống cáp và đôi khi vì bộ nhận của tivi không thể phân biệt đúng giữa những
kênh liền kề. Bộ nhận ngoài này truyền lại một kênh được chọn đến tivi mà tivi có

19


Đồ án tốt nghiệp Đại học
tại

Chương 2: Cấu trúc và hoạt động của hệ thống truyền hình cáp hiện

thể nhận. Tuy nhiên những tivi hiện đại thường có thể dò được trực tiếp của những
kênh cáp.
1.5. Cơ sở hạ tầng cáp
Cáp đồng trục và kỹ thuật khuếch đại dải rộng minh họa những khả năng chủ yếu của
những mạng cáp. Những chúng ta cũng cần phải hiểu những hệ thống cáp thực sự
được xây dựng như thế nào và những thành phần khác nhu là cáp quang khi điều này
được giới thiệu cho cả sự kiềm chế kỹ thuật và kinh tế trong việc sử dụng cáp để cung
cấp những ứng dụng truyền thông khác. Mặc dù những hệ thống cáp ở Mỹ được xây
dựng độc lập bởi những công ty cáp khác nhau và nhà cung cấp thiết bị khác nhau
nhưng cơ sở hạ tầng là như nhau mà chúng ta có thể bàn về những hệ thống cáp trong
giới hạn chung. Cái chúng ta cần hiểu kà vấn đề của kỹ thuật được sử dụng để miêu tả
những phần khác nhau của mạng.
CATV luôn được xem là hệ thống phát một chiều được thiết kế để phân phối
truyền hình và những gói giải trí đến thị trường dân cư. Khi phát triển những cấu trúc
qua quốc gia, kinh doanh CATV giống như những chức năng tiện ích khác trở nên đôc
quyền. Ngành công nghệ thích được tự do để cung cấp những sản phẩm và dịch vụ để
phục vụ cộng đồng địa phương. Như là một tiện ích thì những công ty CATV được
chấp nhận độc quyền. có một ít nhu cầu được đặt trong những hệ thống cáp vì những
nhà cung cấp phân phối một số lượng kênh đủ đến những người tiêu dùng trên cơ sở
sử dụng kỹ thuật cáp đồng trục. Việc hoạt động sử dụng một kênh 6 MHz mà sau đó
được lọc để ngăn chặn những tín hiệu chồng lên nhau từ nhiễu vớI những kênh truyền
hình khác như trong hình 1.5. Những bộ lọc kênh sau đó được hạn chế dung lượng còn

khoảng 4.2 đến 4.5 MHz để mang tín hiệu truyền hình. Điều này đủ để cung cấp
những tín hiệu quảng bá CATV chất lượng đến những khách hàng miễn phí.

20


Đồ án tốt nghiệp Đại học
tại

Chương 2: Cấu trúc và hoạt động của hệ thống truyền hình cáp hiện

Hình 1.5. Công suất của kênh cáp đồng trục tại 6MHz
Trong trường hợp mà hoạt động ra ngoài dung lượng thì tồn tại một kỹ thuật mớI
để cung cấp 3-4 kênh truyền hình trong dung lượng 6 MHz của một kênh CATV đơn
thông qua việc sử dụng việc nén chuẩn 2-3 MPEG (Moving Picture Experts Group).
Với việc tăng 3-4 lần trong dung lượng mang kênh trên một cáp thì những hoạt động
phải thỏa mãn điều này. Điều này đặc biệt đúng khi chuẩn MPEG mới cho phép tăng
dung lượng mà không cần hoạt động CATV để đào những fiber mới hà những cáp
đồng trục thông qua vùng lân cận.
Khi cáp được chuyển thành những kỹ thuật 6MHz hiện tại với bộ lọc thông dảI
cho phép dung lượng 4.5MHz thì những sóng mang sử dụng những dung lượng dải
biên cho những hoạt động khác:

•

Những dải lọc bảo vệ có thể ngăn chặn 2 kênh khỏi can nhiễu với kênh
khác.

•

Thanh màu đen nằm ngang trên cùng của màn hình TV khoảng cách dọc
luôn bao gồm những tín hiệu thử được sử dụng bởi hệ thống quảng bá với hoạt động
trực tuyến kiểm tra cái mà sẽ không nhiễu với những chương trình qui ước.

•

Thông tin audio trong một kênh truyền hình là sóng mang điều chế tần số ở
4.5 MHz trên sóng mang trực quan tại 1/8 công suất của chính nó.

21


Đồ án tốt nghiệp Đại học
tại

Chương 2: Cấu trúc và hoạt động của hệ thống truyền hình cáp hiện

Hình 1.6. Những dải bảo vệ ngăn chặn sự can nhiễu lẫn nhau giữa các kênh
1.6. Hệ thống phân phối truyền hình cáp
Lúc ban đầu những hệ thống phân phối cáp truyền hình được thiết lập để phục vụ
những cộng đồng mà những cư dân trong đó không thể nhận chương trình qua không
khí vì nhiễu địa lý. Những điều kiện khí quyển và sự giảm âm là chủ yếu trong việc
phân phối những tín hiệu trên không. Khoảng cách từ những máy phát cũng là nhân tố
then chốt như có lẽ bị hạn chế bởi những vật thể điều tiết. Khi một khu vực không thể
nhận tín hiệu vớI bất cứ lý do gì thì việc phân phối hợp lý của một cáp đến những khu
vực được làm theo chiều hướng kinh doanh khôn ngoan. Bất chấp lý do, CATV được
dùng để cung cấp những hệ thống TV thương mại mà những khách hàng là:
• Bên cạnh một cái núi.
• Ngoài vùng phủ sóng của anten trực tiếp Omni.
• Nằm ngoài phạm vi vùng công suất thu được của một nhà cung cấp chính.

Vấn đề thật sự là sự độc quyền mà đã được thiết lập để cung cấp một động cơ
cho những công ty cáp để làm những việc đầu tư lớn và và cố gắng phục vụ ngườI
tiêu dùng.

22


Đồ án tốt nghiệp Đại học
tại

Chương 2: Cấu trúc và hoạt động của hệ thống truyền hình cáp hiện

Thuật ngữ CATV đã được mở rộng để định nghĩa bất cứ vùng nào với sự tiếp
nhận của chương trình phát dù không có sẵn anten tiếp nhận của dân cư tốt. những
người đăng ký những hệ thống này nhìn chung phải trả phí hàng tháng cho dịch vụ
mà luôn bao gồm việc lựa chọn kênh được tăng lên, và chuơng trình bắt đầu tại chỗ.
Những dịch vụ mới hơn liên tục được xem lại và được giới thiệu với những thay đổi
trong kỹ thuật và sự thay đổi qui định.
1.7. Mức tín hiệu:
Hệ thống cáp cần những thông số nào đó để hoạt động chính xác. Đầu tiên được
phân phối qua một việc phân phối sóng microwave và những cáp đồng trục, những hệ
thống này dưới sự kiểm soát ổn định và thay đổi. Thông qua hệ thống CATV công
suất được phân phối dưới dạng:

•

Những sóng mang TV và FM.

•

Những tín hiệu kiểm tra.

•

Công suất DC.

•

Nhiễu.

Những mức được chỉ rõ phải được duy trì tại mỗi điểm trong một hệ thống bảo
đảm hoạt động tốt. Những mức tín hiệu ở những tần số khác nhau là rất quan trọng. Ở
đây chúng đã được đo như thế nào: truyền hình cáp sử dụng kỹ thuật FDM trên cáp
đồng trục nhưng trình bày trong hình 1.7.

23


Đồ án tốt nghiệp Đại học
tại

Chương 2: Cấu trúc và hoạt động của hệ thống truyền hình cáp hiện

Hình 1.7. FDM trên CATV
Việc chia tần số này cho phép nhà cung cấp những kênh đa thành phần khác
nhau trên một hệ thống sóng mang tương tự đơn và cung cấp những dạng khác nhau
của ngành giải trí sẵn có trên cáp. Tất cả các nhả cung cấp không như nhau nhưng
nhiều đề nghị hơn chỉ là TV và giải trí. Một vài nhà cung cấp cung cấp dịch vụ âm
nhạc stereo chất lượng cao. Những nhà cung cấp khác cung cấp thông tin như Dow
Jones hay Reuters trong những dải tần bảo vệ mà đi dọc theo cáp. Nếu người dùng

cuốI có một bộ nhận đặc biệt thì dữ liệu là sẵn có. Nếu không thì dữ liệu là không có
sẵn trong bộ đặc biệt. Thực tế dữ liệu truyền dọc trong cáp nhưng thích hợp trong
thanh nằm ngang trong cùng màn hình. Những dịch vụ giá trị thêm vào này là một
máy tạo ra lợi nhuận thêm vào cho công ty cáp. Sự thuận tiện cho người dùng cuối là
những gì điều khiển trường hợp kinh doanh. Hầu hết những ngườI dùng mà không
nhận được chương trình qua không khí (truyền hình công cộng) hầu như chắc chắn có
vấn đề vể việc nhận sóng vô tuyến qua không khí.
Trở kháng đặc tính của cáp phân phối là 75Ω. Trở kháng này là lượng điện trở
mà những tín hiệu cáp “thấy” từ dây dẫn trung tâm đến lớp ngoài của cáp tại tần số

24


Đồ án tốt nghiệp Đại học
tại

Chương 2: Cấu trúc và hoạt động của hệ thống truyền hình cáp hiện

phát. Trở kháng này chi phối tất cả điện áp và dòng điện tín hiệu trong cáp theo định
luật Ohm. Hầu hết những những kích thước của hệ thống CATV bao hàm một sự khác
nhau vể công suất tín hiệu vì mỗi lần thay đổi công suất được đo và được tính. Decibel
giải quyết những khó khăn trong hình dạng công suất của hệ thống.
1.8. Ưu nhược điểm của truyền hình cáp
1.8.1. Ưu điểm
- Không bị ảnh hưởng bởi địa hình, CATV đặc biệt thích hợp với các khu có
nhiều nhà cao tầng , nơi không thu được sóng TH phát ra từ các tháp anten .
- CATV không cần dùng anten, chỉ cần một đường dây nối từ nơi cấp tín hiệu
đến tivi là có thể xem được rất nhiều chương trình .
- Tín hiệu truyền trong dây dẫn nên không bị ảnh hưởng bởi thời tiết và khả năng
hạn chế nhiễu cũng cao hơn do không gặp chướng ngại vật .

- Khả năng tăng kênh phát sóng ở CATV là rất cao .
- CATV rất thuận tiện trong việc khai thác truyền hình trả tiền do các tiện lợi mà
nó mang lợi như : hình ảnh chất lượng cao ( cao hơn UHF và VHF ), xem được nhiều
kênh ……
1.8.2. Nhược điểm
- Việc triển khai hoàn chỉnh mạng cáp dây dẫn cho một thành phố là rất khó khăn
và tốn kém , hệ thống dây cáp chằng chịt sẽ làm mất vẻ mỹ quan cuả thành phố.
- CATV có ưu điểm đơn giản là chỉ cần kết nối từ hộp tín hiệu đến thuê bao là có
tín hiệu để xem nhưng đó cũng chính là nhược điểm vì tín hiệu có thể bị câu trộm .
- So với TH cáp vô tuyến thì CATV có phạm vi phục vụ hẹp hơn, tốc độ phát
triển thuê bao chậm.
- Chất lượng hình ảnh của công nghệ CATV tuy cao hơn so với truyền hình
analog thông thường nhưng vẫn kém so với công nghệ truyền hình số hiện nay đang
được triển khai ở truyền hình vệ tinh.
- Truyền hình cáp CATV tuy có diện phục vụ rộng hơn MATV nhưng chưa đáp
ứng được số lượng thuê bao và không thể kéo dài cự ly truyền tín hiệu. Nó chỉ cho
25