Điện tử viễn thông HFC va cable modem (nhom5) khotailieu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

HFC và Cable modem
MÔN: MẠNG TRUY NHẬP
GVHD: Lê Anh Ngọc
Sinh viên thực hiện: Nhóm 5 Lớp Đ6 ĐTVT2
1. Nguyễn Văn Hà
2. Nguyễn Thanh Hải
3. Nguyễn Mạnh Hiếu
4. Vũ Đình Hoan
5. Vũ Văn Hoan

0


LỜI NÓI ĐẦU
Như chúng ta đã biết, công nghệ truyền thanh truyền hình đã ra đời từ rất lâu, nó
đã cung cấp nhiều thông tin thiết thực cho con người. Ngày nay khả năng của
Truyền hình cáp, nhất là truyền hình cáp hữu tuyến HFC là hệ thống truyền hình
mà tín hiệu truyền hình được truyền dẫn bằng cáp đến từng hộ thuê bao. Hơn nữa,
công nghệ truyền số liệu trên mạng truyền hình cáp là công nghệ Cable Modem. Vì
thế, trong bài tiểu luận này của chúng em xin giới thiệu cho các bạn và thầy biết về
công nghệ HFC và Cable Modem (CM).
Chúng em hy vọng rằng cuốn tiểu luận này sẽ cung cấp được một góc nhìn nào đó
về công nghệ HFC và Cable Modem (CM). Mặc dù đã cố gắng rất nhiều song do
thời gian và trình độ có hạn, nội dung của cuốn tiểu luận này không thể tránh khỏi
những thiếu sót, chúng em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các bạn
và thầy cô để tiếp tục chỉnh sửa và hoàn thiện cuốn tiểu luận này hơn nữa.
Hà Nội, tháng 9 năm 2014
Nhóm 5 – Lớp Đ6ĐTVT2

1


MỤC LỤC
PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MẠNG HFC........................................3
1. Khái niệm về HFC............................................................................................3
2. Cấu trúc mạng HFC..........................................................................................3
2.1. Các đặc điểm cơ bản mạng HFC..................................................................3
2.2 Ưu và nhược điểm của mạng HFC................................................................4
PHẦN II: TRUYỀN DẪN TRONG MẠNG HFC.....................................................6
1. Truyền dẫn quang trong mạng HFC....................................................................6
2. Công nghệ truy nhập trong mạng HFC 2 chiều..................................................7
3. Đặc điểm tiêu chuẩn kỹ thuật trong mạng truyền hình cáp HFC........................9
Ứng dụng của HFC tại Úc....................................................................................10
PHẦN III: KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ CABLE MODEM.............................12
1. Khái niệm về công nghệ Cable Modem.........................................................12
2. Lịch sử và mục đích ra đời của công nghệ Cable Modem.............................12
3. Cấu trúc của Cable Modem............................................................................13
3.1. Sơ đồ cấu trúc của Cable Modem...............................................................13
3.2. Các thành phần của hệ thống CM...............................................................16
KẾT LUẬN..............................................................................................................19
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT........................................................................................19
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................21

2


PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MẠNG HFC
1. Khái niệm về HFC

HFC (Hybrid Fiber coaxial) là một mạng kết hợp giữa cáp quang và cáp đồng
trục để tạo ra một mạng băng rộng.
HFC được sử dụng cho cable TV (mạng cap TV) từ thập niên 1990.
Nguyên nhân ra đời mạng HFC:
- Là do mạng cable TV truyền thống trước đây chỉ dùng thiết bị điện và cáp
đồng trục cũng như các bộ khuếch đại. Chính vì vậy mà chất lương tín hiệu cũng
như bán kính phục vụ là thấp, không đáp ứng được nhu cầu người xem cả về chất
lượng hình ảnh cùng các dịch vụ.
- Mạng HFC khắc phục nhược điểm trên bằng cách nối cáp quang từ trung tâm
đến một loạt điểm phân phối quang. Tại các điểm phân phối này, tín hiệu quang sẽ
được chuyển thành tín hiệu điện và cáp đồng trục sé được sử dụng để kết nối đến
các thuê bao khác, các ưu điểm của HFC là :
 Dải thông cực lớn, suy hao tín hiệu rất thấp, ít bị nhiễu điện từ, chống lão
hóa và ăn mòn hóa học tốt.
 Cho phép truyền tín hiệu có tần số hàng tram THz.
 Độ ổn định và chất lượng dịch vụ của mạng được nâng cao (VOD, VoIP và
internet)
 Tính kinh tế cao.
2. Cấu trúc mạng HFC
2.1. Các đặc điểm cơ bản mạng HFC
Trong mạng HFC 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.

3


Hình 1.1 Mô hình mạng Cáp Đồng truyền thống (trái) và HFC (phải)

* Mạng HFC gồm 3 thành phần chính
- Hệ thống thiết bị tại trung tâm

- Hệ thống phân phối mạng tín hiệu.
- Thiết bị thuê bao tại nhà.
1, Hệ thống thiết bị tại trung tâm: cung cấp quản lý chương trình hệ thống mạng
truyền hình cáp gồm các headend chủ và các headend vùng.
2, Hệ thống phân phối mạng tín hiệu là môi trường truyền dẫn tín hiệu từ trung tâm
đến các mạng thuê bao gồm các nút chuyển đổi quang điện (fiber optic node).
3, Thiết bị thuê bao tại nhà là một máy thu hình để thu tín hiệu từ mạng phân phối
tín hiệu.
2.2 Ưu và nhược điểm của mạng HFC
- Sử dụng cáp quang để truyền tín hiệu, mạng HFC sẽ có các ưu điểm vượt trội
của cáp quang so với các phương 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 được 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. Đây là dải thông tín hiệu vô
cùng lớn, có thể đáp ứng mọi yêu cầu dải thông đường truyền mà không một
phương tiện truyền dẫn nào khác có thể có được.
4


- Tín hiệu quang truyền trên sợi quang hiện nay chủ yếu nằm trong 2 cửa sổ bước
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 bước sóng 1310 nm và 0,2 nm với bước sóng 1550 nm.Trong khi đó
với một sợi cáp đồng trục loại suy hao thấp nhất cũng phải mất43 dB/km tại tần số
1 GHz.
- Tín hiệu truyền trên sợi cáp là tín hiệu quang, vì vậy không bị ảnh hưởng bởi các
nhiễu điện từ từ môi trường dẫn đến đảm bảo được chất lượng tín hiệu trên đường
truyền. Các 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 trường hợp sợi quang bị đứt. Trước đây các mạng
con truy nhập thường 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. 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 ngược dòng dẫn đến độ ổn định của mạng giảm.. Một mạng
HFC chỉ sử dụng các thiết bị cao tần thụ động được gọi là mạng HFC thụ động
HFPC (Hybrid Fiber/Passive Coaxial) như thể hiện trong hình 2.3. Sử dụng mạng
truy nhập thụ động hoàn toàn sẽ tạo ra các ưu điểm sau:
- Chất lượng tín hiệu được 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 hưởng 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 lượng 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 dưỡng, 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 lượng thuê bao tại một node quang sẽ
giảm đi, dẫn đến dung lượng đường truyền cho tín hiệu hướng lên sẽ tăng lên, tạo
ra khả năng cung cấp tốt các dịch vụ 2 chiều tốc độ cao cho thuê bao.Tuy nhiên,
mạng truy nhập cáp đồng trục thụ động HFPC cũng có một số nhược điểm sau:
Do không sử dụng các bộ khuếch đại tín hiệu cao tần, tín hiệu suy hao trên cáp sẽ
không được bù dẫn đến hạn chế lớn bán kính phục vụ của mạng.

5


Do không kéo cáp đồng trục đi xa, số lượng thuê bao có thể phục vụ bởi một
node quang có thể giảm 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 đến gần thuê bao hơn và tăng

số node quang dẫn đến tăng chi phí rất lớn cho mạng.

PHẦN II: TRUYỀN DẪN TRONG MẠNG HFC
1. Truyền dẫn quang trong mạng HFC

Hình 2.1 Cấu trúc mạng truyền dẫn tín hiệu quang đơn giản

Trong mạng HFC, truyền dẫn quang được thực hiện từ Head-end đến HUB rồi đến
các Node quang. Hệ thống truyền dẫn này gồm:
6


- Headend
- Máy phát/thu quang
- Node quang
- Bộ chia quang
- Cáp quang

7


1.1. Headend
Nguyên lý hoạt động của các Headend
Các chương trình quảng bá mặt đất (VTV1, VTV2, VTV3, ...) được thu qua các
anten VHF (very hight frequency), mỗi một kênh truyền hình được thu qua một
anten riêng, các kênh truyền hình thu được sau đó đưa vào khối chuyển đổi từ tín
hiệu cao tần RF thành tín hiệu trung tần IF (upconverter). Lúc này tín hiệu thu được
tò 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 nhưng trong tín hiệu thu được có cả
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
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 được đổi lên tần số RF qua bộ chuyển đổi
IF/RF để được tín hiệu RF nằm trong dải tần đường xuống của mạng CATV. Sau đó
tín hiệu RF này được đưa vào bộ kết hợp (combiner 16:1) để ghép kênh với
cáckênh tín hiệu khác theo phương thức ghép kênh theo tần số (FDM: Friquency
Division Multiplexing). Các tín hiệu vệ tinh được 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 được chia thành nhiều đường bằng các bộ chia vệ
tinh. Sau đó mỗi đường sẽ được đưa vào bộ thu vệ tinh (dovvnconverter) để chuyến
từ tần số cao thành tần số thấp, tín hiệu ra khỏi bộ thu là tín hiệu A/V. Đây chưa
phải là tín hiệu mà CATV cần nên sau đó chúng được đưa 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 được đưa qua bộ lọc trung tần giống như khi thu các chương trình truyền
hình quảng bá và tín hiệu ra là kênh tín hiệu cần thu. Các kênh này tiếp tục được
đưa vào bộ chuyển đổi IF/RF để được tín hiệu RF nằm trong dải tần CATV. Sau đó
được đưa 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 đường 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 thể đưa vào máy thu hình của thuê bao giải 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 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 đường được đưa vào một
máy phát quang, tại đây tín hiệu RF được chuyển thành tín hiệu quang và ghép vào
sợi quang để truyền đến thuê bao qua mạng HFC.

8

1.2. Node quang
a. Sơ đồ khối của node quang 4 cổng ra

Hình 2.4: Sơ đồ node quang 4 cổng ra

Cấu tạo node quang bao gồm:
(1) Khối thu quang.
(2) Khối khôi phục tín hiệu.
(3) Khối khuếch đại công suất trước khi đưa ra đầu ra.
(4) Khối Diplexer ba cổng.
(5) Các bộ rẽ tín hiệu (trích tín hiệu ra ) để kiểm tra.
(6) Khối kết hợp (Combiner) tín hiệu từ hai cổng theo hướng lên (Hướng trở về
trung tâm).
TP (Test Point): là đầu kiểm tra
b. Nguyên lý hoạt động của Node quang
Tín hiệu quang tại đầu vào được chuyển thành tín hiệu cao tần (RF) qua đi ốt
quang điện vào bộ khuếch đại, tín hiệu cao tần (RF) được chia đều thành hai hướng
vào hai khối tương tự nhau. Tại đây tín hiệu được khôi phục lại nhờ bộ cân chỉnh
và khuếch đại lên đưa vào bộ chia, tín hiệu lại tiếp tục được chia thành hai hướng
vào bộ khuếch đại công suất trước khi đưa ra cổng. Tín hiệu hướng xuống đi qua
khối Diplexer sẽ đi qua cổng H ra cổng ra. Còn tín hiệu cao tần hướng lên (đi từ
phía thuê bao) sẽ đi qua cổng L vào khối Combiner và được kết hợp với tín hiệu
đến từ các cổng khác qua bộ lọc, bộ lọc sẽ lọc lấy khoảng tín hiệu trong băng tần
hướng lên (5 MHz÷65MHz) sau đó được khuếch đại và được đưa vào khối phát
quang. Tại đây tín hiệu cao tấn (RF) sẽ được chuyển thành tín hiệu quang qua điôt
điện quang để truyền về trung tâm trên các sợi cáp hướng lên.

9

c. Chức năng của Node quang
Chức năng chính của node quang là chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu cao
tần (RF) và ngược lại. Đồng thời nó cũng khuếch đại tín hiệu và cần chỉnh lại tín
hiệu tương tự như tín hiệu tại máy phát. Vì tín hiệu khi truyền trên sợi quang bị suy
hao và các xung bị giãn ra do hiện tượng tán sắc của sợi quang mà đặc biệt là
truyền trên sợi đơn mode nên sự ảnh hưởng này lại càng lớn. Chúng làm suy giảm
chất lượng tín hiệu vì vậy cần cân chỉnh và khuếch đại. Tín hiệu vào của node
quang nằm trong khoảng -2.5dBm ÷ +2dBm và tín hiệu ra thông thường của một
node quang trong khoảng 108dBμV. Khoảng bước sóng hoạt động là từ
1270÷l550nm, trong truyền hình cáp dùng cửa sổ quang 1310nm để có suy hao trên
sợi quang thấp
2. Công nghệ truy nhập trong mạng HFC 2 chiều
Sự phát triển từ các mạng HFC một chiều sang các mạng truy nhập HFC băng
rộng hai chiều được thúc đẩy bởi sự ra đời của ba hệ thống thiết bị mới:
- Đầu thu tín hiệu truyền hình số cao cấp: STB cao cấp (Advance STB).
- Modem cáp: Cable Modem.
- Các hệ thống thoại IP hoạt động qua mạng HFC.
Vị trí các thiết bị trên trong mạng HFC 2 chiều như trong hình 2.10

Hình 2.10: Thiết bị đầu cuối thuê bao trong mạng HFC 2 chiều

10


a. Set – Top – Box (STB)

Hình 2.11 Thiết bị Set-Top-Box

STB bao gồm các loại số và tương tự, là thành phần rất quan trọng trong mạng
HFC. STB số là kết nối cho sự phát triển từ các TV tương tự hiện nay tới các TV số

cao cấp trong tương lai.
STB số có các chức năng cơ bản sau:
- Dò tìm kênh số (MFEG - 2) và các dịch vụ Video tương tự trong dải tần đường
xuống.
- Giải điều chế kênh tín hiệu số thu được.
- Điều chế tín hiệu số đường lên.
- Mã hoá/giải mã các dịch vụ lựa chọn.
- Quản lý báo hiệu thuê bao từ CATV Headend.
- Cung cấp giao điện thuê bao người sử dụng.
b. Thoại IP (Voice IP)
Thuật ngữ thoại IP có nghĩa là sử dụng giao thức IP để truyền tín hiệu thoại qua
mạng viễn thông. Thuật ngữ này được viết tắt là VOIP. Do sự bùng nổ của Internet,
giao thức IP trở thành giao thức chuẩn cho lớp chuyển mạch gói trong mạng LAN
và WAN. Sự thích hợp các dịch vụ thoại vào trong mạng HFC băng rộng truyền tải
cả tín hiệu Video và dữ liệu có những ưu điểm lớn để thực hiện xa lộ thông tin.
Thoại IP có thể được thực hiện bằng một IP phone hoặc một máy điện thoại truyền
thống kết nối với một Modem cáp hoặc bằng STB số. IP phone có thể hoạt động
như một thiết bị IP chuẩn có địa chỉ IP riêng, có các chức năng tích hợp nén tín hiệu
thoại. Để kết nối một máy điện thoại truyền thống với Modem các khối giao diện
mới (Module) được phát triển cắm thêm vào modem cáp /STB và cung cấp các
11


chức năng này. Các gói IP này sẽ được gửi đi qua mạng HFC sử dụng giao thức
DOCSIS.
c. Modem cáp ( Cable Modem )
Modem cáp cung cấp truy nhập Internet hai chiều tốc độ cao qua các mạng HFC.
3. Đặc điểm tiêu chuẩn kỹ thuật trong mạng truyền hình cáp HFC
Phương pháp nguyên thủy để truyền video trên mạng HFC mà cho đến bây giờ
vẫn sử dụng rộng rãi là điều chế các kênh TV tương tự tiêu chuẩn, cũng giống như

phương pháp sử dụng để truyền dẫn các kênh truyền hình quảng bá trong không
gian.
Nhóm làm việc IEEE 802.14 được hình thành vào tháng 11 năm 1994 để chuẩn
hóa lớp vật lý (PHY layer) và lớp điều khiển truy nhập đa phương tiện (MAC layer)
cho các hệ thống HFC.
a. Tiêu chuẩn cho lớp vật lí
- 500 thuê bao tại điềm thiết kế tham chiếu.
- Hỗ trợ sub-split (5 MHz÷40 MHz upstream), mid-split (5MHz÷120 MHz
upstream ), và high-split (800 MHz÷1000 MHz upstream).
- Sử dụng lại tần số chiều lên.
- Lựa chọn điều chế QAM 64 cho chiều xuống.
- QAM-64 với 6 bit/Hz tạo ra 30 Mbps trong 6 MHz.
- Điều chế QPSK được chọn cho chiều lên để chịu đựng nhiễu lớn.
Có bốn kỹ thuật điều chế sử dụng 5,12 Msymbols/second cho chiều xuống và
một kỹ thuật điều chế sử dụng 1,28 Msymbols/second cho chiều lên. Tốc độ bit của
năm kỹ thuật điều chế này là:
- QPSK: 2 bits/symbol X 5,12 Msymbols/second = 10,24 Mbps.
 16 QAM: 4 bits/symbol X 5,12 Msymbols/second = 20,48 Mbps.
 64 QAM: 6 bits/symbol X 5,12 Msymbols/second = 30,72 Mbps.
- 256 QAM: 8 bits/symbol X 5,12 Msymbols/second = 40,96 Mbps.
- QPSK: 2 bits/symbol X 1,28 Msymbols/second = 2,56 Mbps.
b. Khả năng băng thông
- Phổ kênh chiều xuống 550MHz – 750 MHz.
- Phổ kênh chiều lên 5 MHz – 42MHz.
- Phổ 5 MHz-42 MHz cho kênh 1,8MHz.
Chiều xuống:
- QPSK: 33 kênh FDM x10,24 Mbps/kênh =337Mbps.
- 16 QAM: 33 kênh FDM x 20,48 Mbps/ kênh =1031Mbps.
- 64 QAM: 33 kênh FDM x 40,96 Mbps/kênh =1351 Mbps.
Chiều lên:

- QPSK: 20 kênh FDM x 2,56 Mbps/kênh =51 Mbps.
12


Ứng dụng của HFC tại Úc
Không giống như ở các nước như Mỹ, Canada và nhiều nước châu Âu, Úc đã
không có một cơ sở hạ tầng CATV truyền thống hiện có. Các mạng CATV đầu tiên
được cài đặt ở Úc là mạng HFC. Hai công ty, Telstra và Optus, chạy đua để xây
dựng hai trong số các mạng HFC hiện đại, thường phục vụ cùng một khu vực. Điều
này có nghĩa rằng chúng ta có hai mạng HFC hiệu suất cao hiện đại trong một số
khu vực của các thành phố lớn của chúng tôi (Whittle 2001).
Bởi vì điều này, đã có nghiên cứu cho thấy rằng thị trường tại Úc là không đủ lớn
cho hai nhà cung cấp CATV. Trong thực tế, nó thậm chí còn gợi ý rằng một hệ
thống cáp độc quyền sẽ mang lại lợi nhuận trong 10 năm tiếp theo (APRO 1996) do
chi phí đặt xuống cáp cho mạng hoàn toàn mới này tại Úc.
Mạng Optus bắt đầu triển khai của HFC mạng trong Blacktown tại Sydney và
Đông Burwood tại Melbourne vào tháng Hai năm 1995. Bây giờ nó cũng có sẵn ở
Brisbane. Nó cung cấp truyền hình cao cấp, điện thoại địa phương, hoàn toàn hai
chiều truyền dẫn tốc độ cao và các dịch vụ kỹ thuật số và tương tác khác (ACCC
2001). Hiện nay, hầu hết, nếu không phải tất cả, của Optus HFC mạng được kết nối
bằng dây cáp trên không trên cột điện. Điều này là dễ bị vỡ từ xe bão nhưng là rẻ
hơn so với cáp chôn. Được biết, Sydney điện phí Optus $ 9,00 cho mỗi thuê cực
mỗi năm, đem lại cho nó một thu nhập khoảng $ 3 triệu cho mỗi năm (APRO
1996). Đến cuối năm 2000, Brisbane, Melbourne và Sydney chứa 21.000 km cáp
đồng trục (0,625 "đồng trục) và 5.500 km cáp (cáp quang đơn chế độ 24-144 sợi
mỗi vỏ) (BIS 2001). Optus ngừng triển khai này trong năm 1997, chi tiêu khoảng 3
tỷ USD trên mạng HFC của nó.
Telstra bắt đầu triển khai HFC vào năm 1994. Bởi năm 1997, tuy nhiên, mạng đã
thông qua 2,5 triệu ngôi nhà, 1,5 triệu ngắn so với kế hoạch 4 triệu. Mạng triển khai
dừng lại vào năm 1999 sau khi một đầu tư 4 tỷ USD trong mạng HFC. Telstra hiện

đang cung cấp CATV và Internet cáp cho người dùng ở Sydney, Melbourne,
Brisbane và Gold Coast qua cả hai loại cáp trên và dưới mặt đất. Telstra hiện đang
đầu tư bằng hình thức khác của công nghệ băng thông rộng, không đồng bộ Digital
Subscriber Line (ADSL).
Năm 1998/1999, cả hai Telstra và Optus đã quyết định không mở rộng mạng lưới
của họ. Điều này phần lớn là do ý kiến cho rằng có sự trùng lặp mạng HFC trong
một số khu vực ở Úc. (Dưới đây: HFC triển khai mạng lưới tại Úc, biểu không của
ACCC).

13


PHẦN III: KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ CABLE MODEM
1. Khái niệm về công nghệ Cable Modem
Công nghệ Cable Modem (CM) là công nghệ truyền số liệu trên mạng truyền
hình cáp (CATV) vốn là mạng lai giữa cáp quang và cáp đồng trục, dùng để cung
cấp tín hiệu một chiều.

Hình 3.1: Mô hình Cable Modem

2. Lịch sử và mục đích ra đời của công nghệ Cable Modem
Cable Modem đã được các thành phố lớn cung cấp dịch vụ từ năm 1998. Và hiện
nay ở Việt Nam dịch vụ này ứng dụng khá rộng rãi.
Dịch vụ cable-modem thường được cung cấp ở mức băng thông nhiều megabit
tùy vào từng nhà cung cấp dịch vụ. Đối với khách hàng, cable modem có thể được
xếp vào nhóm giải pháp SOHO. Cũng giống như ADSL, những người dùng đầu
tiên của Cable Modem (CM) sẽ thấy đây là một dịch vụ rất tuyệt; tuy nhiên, khi số
lượng người dùng nhiều lên, chất lượng dịch vụ sẽ giảm xuống.
Công nghệ băng thông rộng là công nghệ được sử dụng giữa thiết bị của khách
hàng và nhà cung cấp dịch vụ thoại, cho phép cung cấp một dải thông rộng hơn trên

14


đôi cáp đồng truyền thống. Mục đích ra đời của công nghệ bǎng rộng nhằm đáp
ứng cho người dùng sử dụng những ứng dụng, dịch vụ mới trên Internet như: nghe
nhạc xem phim trực tuyến, các nhu cầu kết nối mạng, truyền số liệu tốc độ
cao...Cable Modem cho phép người tiêu dùng truy cập Internet tốc độ cao hơn và ở
một phần nhỏ của thời gian, nó có Telephone Modems truyền thống dial-up.
3. Cấu trúc của Cable Modem
3.1. Sơ đồ cấu trúc của Cable Modem
Cable Modem gồm loại lắp trong và lắp ngoài PC. Trong một vài trường hợp
Cable Modem có thể được tích hợp trong hộp thu Set-top. Thực tế thì khi hệ thống
Cable được nâng cấp lên dạng Digital Cable, hộp thu set-top Cable có khả năng kết
nối thẳng vào Internet qua đường kết nối CATV cho dù người sử dụng có truy nhập
Internet hay không.
Dù ở loại nào thì sơ đồ cấu trúc của Cable Modem đều có chung một dạng như
sau:

Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc Cable Modem

Trong đó :
Tuner :

Bộ điều chỉnh tín hiệu

Demodulator : Bộ giải mã tín hiệu dạng tuần tự sang dạng số
Modulator :

Bộ giải mãi tín hiệu từ dạng số sang dạng tuần tự

Media Access Control (MAC): Thiết bị điều khiển truy nhập
Microprocessor :Bộ xử lý
15


3.1.1. Tuner
Tuner-Bộ điều chỉnh tín hiệu, nối Modem Cable với đường cáp tín hiệu hoặc
với bộ tách Splitter dùng để tách kênh dữ liệu Internet ra khỏi kênh CATV thông
thường. Từ đó các dữ liệu Internet được Tuner tiếp nhận dưới dạng tín hiệu số đã
giải mã sang dạng tương tự và chuyển tới Demodulator. Tuner có thể được tích hợp
thêm một thiết bị Diplexer cho phép nó có thể sử dụng một đoạn tần số (trong
khoảng 42-850 MHz) dành riêng cho Downstream và một đoạn khác (trong khoảng
5-42 MHz) cho Upstream.
Cable modem Tuner là một thành phần của bộ thu phát sóng RF và được
thiết kế dành cho việc sử dụng các ứng dụng trong Cable modem. Nó là kết quả của
việc tích hợp một bộ lọc, máy phát RF và IF agc.

Hình 3.2: Mô hình TUNER-CABLE MODEM

3.1.2 Demodulator:
Đây là thành phần được sử dụng để giải điều chế các tín hiệu đầu vào. Nó có vai
trò quan trọng trong việc giải mã các tín hiệu đã được chuyển đổi từ dạng tương tự
sang số.

16


Các Demodulator đều có 4 chức năng chính. QAM (Quadrature Amplitude
Modulation) sẽ thu các tín hiệu tuần tự gồm các thông tin đã mã hoá gồm cả bước
sóng và pha rồi chuyển chúng sang dạng tín hiệu đơn giản có thể xử lý bởi A/D

Converter (Analog to Digital Converter). A/D Converter nhận được các tín hiệu
biến đổi theo điện áp và chuyển chúng thành chuỗi số 0 và 1.
Bộ sửa lỗi (Error Correction Module) sẽ liên tục kiểm tra các thông tin nhận
được và so sánh với dữ liệu chuẩn do vậy các vấn đề xảy ra khi truyền dữ liệu luôn
được kiểm tra và khắc phục. Trong hầu hết các trường hợp các gói dữ liệu hay
Network frame là dạng MPEG và một thiết bị đồng bộ hoá MPEG được sử dụng để
chắc chắn rằng mọi dữ liệu đều được đảm bảo truyền đến đích.
Chức năng cụ thể của các thành phần như sau:
a. Bộ nhập thông tin sửa lỗi:

Bộ nhập thông tin sửa lỗi (Error Correction Module) là thành phần có nhiệm vụ
kiểm tra giám sát một cách liên tục các thông tin đầu vào. Nhờ sử dụng cơ chế so
sánh với dữ liệu chuẩn, nó dễ dàng tìm ra những vấn đề xảy ra khi truyền dữ
liệu,nếu có sự cố, sẽ ngay lập tức được khắc phục.
b. Bộ điều chế biên độ cầu phương QAM:

Bộ điều chế biên độ cầu phương QAM (Quadrature Amplitude Modulation) là
một chương trình đơn giản với nhiệm vụ truyền tải tín hiệu tương tự và điều chế để
thay đổi biên độ của tín hiệu đầu vào. Sự mã hóa dữ liệu bằng cách thay đổi cả biên
độ và pha của sóng mang . QAM dùng một dạng sóng Sin và một dạng sóng Cosine
với cùng bộ phân tạo tần số để chuyển đổi thông tin. Tính trực giao giữa sóng Sin
và Cosine cho phép truyền dữ liệu đồng thời trên kênh. Xem xét một chu kì đơn
mỗi sóng, nguyên lý trực giao có thể trình bày như hình sau:

Hình 3.3: Mô hình điều chế QAM

17


c. Bộ chuyển đổi D/A (Digital to Analog Convenrter)

Chuyển đổi số sang tương tự là tiến trình lấy một giá trị được biểu diễn dưới
dạng mã số (digital code) và chuyển đổi nó thành mức điện thế hoặc dòng điện tỉ lệ
với giá trị số. Có nhiều phương pháp được sử dụng để chuyển đổi D/A như phương
pháp thang điện trở, phương pháp mạng điện trở…

3.2. Các thành phần của hệ thống CM
3.2.1. Thiết bị kết cuối truyền hình - STB
Là một thiết bị thu tín hiệu truyền hình với 2 loại: STB tương tự và STB số. STB
tương tự cho thuê bao thu các kênh truyền hình tương tự qua mạng HFC thay vì các
kênh phát quảng bá vô tuyến mặt đất trước đây. Đến 1996, STB số được giới thiệu
với một số chức năng cơ bản:
- Dò tìm kênh số và các dịch vụ video tương tự trong các dải tần đường xuống.
- Giải điều chế kênh số thu được/Điều chế kênh số phát lên.
- Giải mã/ Mã hóa các kênh đã chọn.
- Quản lý báo hiệu thuê bao từ Headend.
- Cung cấp giao diện thuê bao cho người sử dụng.
Gần đây, các STB cải tiến được triển khai bởi Motorola/General Intrument. Các
STB này có chứa các bộ dò sóng kép và modem cáp tích hợp bên trong, cho phép
thuê bao sử dụng dịch vụ truyền hình và dịch vụ mạng Internet băng rộng như: IP
telephony, IP video phone, Interactive games.Lúc này, STB cải tiến hoạt động như
một cổng gia đình-RGW:
- Phân phát các gói giao thức IP đến các thiết bị bên ngoài như là IP voice, IP
video phone.
- Truyền tải, xử lý, giải mã các tín hiệu truyền hình có độ phân giải cao HDTV.

18


3.2.2. Modem Cable

Là thiết bị nằm trong nhà thuê bao, cho phép truy nhập đến mạng máy tính
(thường là mạng Internet) trên phương tiện vật lý dùng cho truyền hình. Có 3 loại
modem cáp:
- Loại khối cắm ngoài: Kết nối máy tính thông qua kết nối Ethernet (có thể có
nhiều máy tính cùng kết nối vào mạng Ethernet, lúc này modem cáp còn có
chức năng của bộ định tuyến) hoặc giao diện kết nối USB.
- Loại card cắm trong: thường là dạng cắm thêm PCI cho máy tính.Loại này
có giá thành rẻ nhất song chỉ dùng được cho máy tính để bàn còn sẽ phải có
sự thiết kế khác cho dạng máy tính MAC và máy tính xách tay.
- Loại thứ ba của modem cáp là dạng được tích hợp bên trong các STB cải tiến
tương tác.

3.2.3. Hệ thống kết cuối Modem Cable - CMTS
Hệ thống này nằm trong Headend, thuộc về phía bên kia của mạng so với
modem cáp.Là thiết bị kết cuối cho đường lên từ phía thuê bao đến đích là các
Headend của các công ty cáp, do đó CMTS cũng được coi là giao diện giữa các
modem cáp và mạng Interrnet IP.
- CMTS có nhiều chức năng giống như một DSLAM trong hệ thống DSL.
- CMTS đón lưu lượng đường lên từ một nhóm thuê bao trên một kênh đơn và
định tuyến nó đến ISP để kết nối vào mạng Internet.
- Mỗi CMTS chứa một hoặc nhiều card đường dây modem cáp (CMLC). Các
CMLC chuyển các dòng số liệu IP thành các tín hiều đường xuống (đến nhà
thuê bao), sau đó đưa bộ nâng tần để đưa các kênh tín hiệu đó vào một kênh
xác định và ghép chung với các tín hiệu truyền hình và trình tự ngược lại với
đường lên.
3.2.4. Hệ thống IP Phone
Đây là hệ thống sử dụng giao thức IP để truyền tín hiệu thoại qua mạng viễn
thông, trong đó giao thức IP là giao thức chuẩn cho lớp chuyển mạch gói trong
mạng LAN, WAN,… Mạng IP mang số liệu độc lập với lớp vật lý.
Việc tích hợp được hệ thống truyền tải thoại vào mạng băng rộng HFC có ý

nghĩa lớn trong việc tạo thuận lợi để HFC thực hiện một xa lộ thông tin thực sự
-truyền mọi loại tín hiệu: voice, data, video.
19


Hệ thống VoIP sử dụng thiết bị kết cuối là máy điện thoại IP phone hoặc máy
điện thoại truyền thống – POTS phone kết nối với một modem cáp/ một STB số.
Máy IP phone không kết nối đến một tổng đài sở hữu nào mà kết nối đến cổng
Ethernet chuẩn trong một modem cáp/ một STB số/ một PC trong nhà. Máy IP
phone hoạt động như một thiết bị IP tiêu chuẩn và có địa chỉ IP riêng của nó. Để kết
nối một POTS phone đến một modem cáp/ STB số thì phải có các modun giao
diện mới được phát triển và gắn vào trong các modem cáp/ STB số để cung cấp
chức năng này.
3.2.5. Hệ thống thiết bị quản lý thuê bao và tính cước dịch vụ
Điều cốt yếu nhất với các nhà cung cấp dịch vụ truyền hình trả tiền là có thể
quản lý truy nhập dịch vụ thuê bao và tính cước cho thuê bao theo dịch vụ. Một
phương pháp phổ thông và hiệu quả nhất là sử dụng các thuật toán mã khóa tín hiệu
(chỉ các thuê bao được phép của nhà cung cấp dịch vụ mới có khả năng giải mã tín
hiệu để xem). Hệ thống thiết bị quản lý truy nhập của thuê bao và tính cước được
gọi là hệ thống truy nhập có điều kiện.
Trong các hệ thống truy nhập có điều kiện, phương pháp mã hóa tín hiệu để
chống xem trộm là ‘xáo trộn tín hiệu’. Thực chất của sự xáo trộn tín hiệu này là sắp
xếp tín hiệu video theo một quy tắc đặc biệt, chỉ có các thuê bao được cung cấp quy
tắc sắp xếp lại thì mới có khả năng giải trộn tín hiệu để xem.
Việc trộn tín hiệu được thực hiện tại nơi cung cấp dịch vụ. Tín hiệu truyền hình
đã trộn sẽ được truyền đến mọi thuê bao và được thu bởi các bộ thu STB của thuê
bao hoặc được cài trong một bản mạch có thể cắm vào bộ. Sau đó tín hiệu cho phép
bộ giải trộn thực hiện nhiệm vụ giải trộn tín hiệu được nhà cung cấp dịch vụ gửi
đến thuê bao kèm theo tín hiệu đã được trộn.
Các hệ thống truyền hình trả tiền có thể là các hệ thống không đánh địa chỉ

hoặc đánh địa chỉ.
Trong hệ thống không đánh địa chỉ, các thuê bao khác nhau đều được cung cấp
một mức dịch vụ, số lượng các chương trình dịch vụ giống nhau. Các hệ thống này
không cho phép các nhà cung cấp dịch vụ quản lý đến tận thuê bao, không thể cắt
dịch vụ đến một hoặc vài nhà thuê bao ngay tai trung tâm điều hành và cũng không
thể cung cấp các chương trình khác nhau theo sở thích của từng thuê bao.
Trong hệ thống đánh địa chỉ, mỗi thuê bao được cung cấp một địa chỉ duy nhất
trong hệ thống mạng, tín hiệu quản lý thuê bao, quản lý dịch vụ cũng như là các
thông tin tính phí dịch vụ có thể được truy nhập chính xác đến từng thuê bao.

20


KẾT LUẬN
Như đã trình bày ở trên, ưu điểm của mạng này là nhược 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 lượng node
quang lớn hơn mạng HFC. Vì vậy:
- Trong điều kiện mạng quang đã có sẵn, nên chọn phương án xây dựng mạng
HPFC nhằm mục đích giảm chi phí đầu tư cho mạng đồng trục, đẩy nhanh tốc độ
triển 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, để đẩy nhanh tốc độ mở rộng mạng phải vươn dài mạng
đồng trục bằng cách sử dụng các bộ khuếch đại cao tần. Đối với tình hình nước
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 được đưa vào sử dụng trong khoảng thời
gian ngắn nên cơ sở hạ tầng còn thiếu thốn. Hệ thống mạng hầu như 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.

21


THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Nghĩa tiếng anh

Nghĩa tiếng việt

CM

Cable Modem

Modem cáp

FM

Frequency Modulation

Điều tần

RF

Radio Frequency

Tần số vô tuyến

MAC

Medium Access Control

Điều khiển truy nhập môi
trường

QAM

Quadrature
Modulation

Điều chế biên độ cầu phương

CATV

Communitty
Television

Amplitude
Attenna Truyền hình quảng bá cộng
đồng
Mạng lai cáp quang cáp đồng
trục

HFC

Hybrid Fiber Coaxial

CMTS

Cable Modem Terminater

System
Hệ thống kết cuối modem cáp

DWDM

Density
Wavelength Ghép kênh theo bước sóng
Division Multiplexing
mật độ cao

ISI

Inter Symbol Interference Nhiễu giữa các Symbol

FN

Fiber Node

ADSL

Asymmmetric
Subcriber Line

LAN

Local Area Network

Mạng vùng cục bộ

WAN

Wide Area Network

Mạng diện rộng

MAN

Metropolitan
Control

Mạng đô thị

UHF

Ultra High Frequency

Nút quang
Digital Đường dây thuê bao số bất
đối xứng

Access
Siêu cao tần
22


Division

FDM

Frequency

Multiplexing

Digital

SDH

Synchronous
Hierarchy

Ghép phân chia theo tần số
Phân cấp số đồng bộ

IRT

Integrated
Transcoder

Receiver

VOD

Video On Demand
Fiber

Thiết bị nhận, giải mã, mã
hoá
tín hiệu số
Truyền hình theo yêu cầu

Mạng lai cáp quang cáp đồng

Passive trục
thụ động

HFPC

Hybrid
Coaxial

VHF

Very High Frequency

Tần số rất cao

HDTV

High Density Television

Truyền hình độ phân giải cao

IEEE

Institute of Electrical and
Electronic Engineers

Viện nghiên cứu kỹ thuật
điện và điện tử

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Lê Duy Khánh, “Mạng truy nhập”, bài giảng cho hệ ĐHTX, Học viện CNBCVT

23