ADSL - TỔNG QUAN VỀ MẠNG THUÊ BAO NỘI HẠT part 6

Đặng Quốc Anh

ADSL – Thực tiễn, giải pháp và triển khai

thế hoàn toàn một phần quan trọng của hệ thống cáp. Cũng còn may là đoạn tự điểm
cáp quang về đến nhà thuê bao vẫn còn sử dụng cáp đồng trục.

Hình 1.28 Hệ thống HFC
Có 3 dạng modem cáp thông dụng là:
Modem rời,
Modem lắp trong máy tính cá nhân,
Hộp set-top tương tác.
Có thể sau một thời gian sẽ có các dạng modem cáp mới xuất hiện.
Modem cáp rời là một hộp bên ngoài nối với máy tính cá nhân qua một kết nối
Ethernet thông thường. Cần phải có một card Ethernet (giá rất rẻ) trước khi kết nối với
modem cáp. Hơn nữa có thể kết nối nhiều máy tính cá nhân với Ethernet. Tất cả các
modem cáp đều hoạt động tốt với hầu hết các hệ điều hành và phần cứng bao gồm Mac,
UNIX, laptop, ...
Một dạng giao tiếp nữa của modem cáp là USB, có ưu điểm lắp đặt nhanh chóng
hơn nhiều. Hình 1.12 minh hoạ dạng modem cáp rời.

Hình 1.29 Modem cáp rời
Modem cáp internal thường sử dụng dạng card giao tiếp PCI với máy tính. Loại
modem này rẻ tiền nhất nhưng lại có những vấn đề kỹ thuật của nó. Vấn đề là chỉ có thể
dùng được với máy tính cá nhân để bàn. Các loại máy Mac và laptop không sử dụng
được. Hình 1.13 là dạng modem cáp internal.

Hình 1.30 Modem cáp internal

26

Tổng quan về mạng thuê bao nội hạt

Đặng Quốc Anh

Hộp set-top tương tác thực sự khác với modem cáp. Chức năng cơ bản của hộp
set-top là cung cấp nhiều kênh truyền hình trên cùng một số giới hạn các băng tần. Có
thể thực hiện được điều này bằng mã hoá truyền hình số (DVB: digital television
encoding). Vấn đề là đầu nối cáp không cách ly tốt với nguồn điện AC. Điều này gây ra
khó khăn cho một số mạng truyền hình cáp cần phải có thêm nhiều nâng cấp lắp đặt cáp
mắc tiền. Một vài quốc gia, hệ thống truyền hình cáp không thể sử dụng được modem
cáp internal do lý do kỹ thuật hay pháp lý. Trước đây, các hộp set-top tương tác cho phép
truyền dữ liệu theo chiều upstream thường là qua hệ thống POTS (Plain Old Telephone
System) để duyệt trang web, e-mail trực tiếp trên màn hình truyền hình. Bây giờ với kỹ
thuật mới có thể cho phép các hộp set-top tạo đường truyền upstream ngay trên mạng
truyền hình cáp. Hình 1.14 là cấu hình kết nối hộp set-top tương tác.

Hình 1.31 Cấu hình kết nối hộp set-top tương tác
Hình 1.15 là cấu trúc bộ modem cáp bao gồm:
Bộ bắt sóng (tuner): Bộ bắt sóng được nối trực tiếp với ổ cắm truyền hình
cáp. Thường một bộ bắt sóng được tích hợp bộ thu phát song công để phục
vụ cho cả chiều downstream và upstream. Bộ băét sóng phải có chất lượng
cao để có thể nhận được tín hiệu điều chế QAM. Khái niệm bộ chọn sóng
silic đang được nghiên cứu. Bộ chọn sóng silic dựa trên các chip bán dẫn
và đem lại hy vọng giảm giá thành so với các bộ bắt sóng thông thường.
Bộ giải điều chế: Trong chiều thu, tín hiệu IF được đưa tới bộ giải điều chế.
Bộ giải điều chế thông thường bao gồm mạch chuyển đổi số tương tự ADC,
bộ giải điều chế QAM 64/256, bộ đồng bộ khung MPEG và bộ giải mã sửa
sai Reed Solomon. Bộ giải điều chế cần thiết cho cả các modem cáp, settop box kỹ thuật số nên có rất nhiều hãng đã phát triển sản xuất bộ phận
này.

Hình 1.32 Cấu trúc bộ modem cáp
-

Bộ điều chế cụm (burst modulator): Trong chiều phát, bộ điều chế cụm
cung cấp tín hiệu cho bộ chọn sóng. Bộ điều chế cụm thực hiện mã hoá
Reed Solomon cho mỗi cụm dữ liệu, điều chế QPSK/QAM-16 trên dải tần
cần thiết và thực hiện biến đối số sang tương tự. Tín hiệu ngõ ra có nhiều
mức khác nhau để bù với suy hao truyền dẫn không lường trước được trên
đường cáp đồng trục. Bộ điều chế cụm cần thiết cho modem cáp và một số

27


Đặng Quốc Anh

ADSL – Thực tiễn, giải pháp và triển khai

loại hộp set-top hai chiều. Người ta cũng đã tích hợp nhiều tính năng dưới
dạng chip.
Bộ điều khiển truy xuất môi trường (MAC: Media Access Control) nằm giữa
các đường truyền thu và phát. Bộ điều khiển truy xuất môi trường có thể là
phần cứng hay kết hợp giữa phần cứng và phần mềm. MAC của modem
cáp phức tạp hơn MAC của Ethernet và thực sự thì không có bộ MAC nào
có thể thực hiện hết được các chức năng của lớp MAC mà không có sự trợ
giúp của các bộ vi xử lý.
Với các bộ modem cáp DOCSIS thì nhiều công ty có tiêu chuẩn sản phẩm
MAC ASIC có kiến trúc sử dụng nhiều phần mềm để xử lý các chức năng
và đạt được độ mềm dẻo cao. Các hãng khác sản xuất các chip MAC dùng
cho cả DOCSIS và DVB/DAVIC với sự khác nhau trong cả phần cứng lẫn

phần mềm. Một số nhà sản xuất lại phát triển các sản phẩm MAC của
mình theo các tiêu chuẩn riêng để cạnh tranh hay phân biệt các sản phẩm
của họ.
Giao tiếp: Dữ liệu chuyển qua MAC đi đến giao tiếp máy tính hay hộp settop của modem cáp là Ethernet, USB, PCI.
CPU: Bộ vi xử lý không được vẽ trên sơ đồ khối của modem cáp nhưng với
các modem cáp rời thì phải có khác với các modem PSTN sử dụng CPU
trong máy tính cá nhân.
Các thiết bị bao gồm MAC, bộ giải điều chế, bộ điều chế cụm, bộ vi xử lý,
các giao tiếp Ethernet, PCI, USB đều có khuynh hướng tích hợp trong một
chip bán dẫn. Tuy nhiên vẫn còn các thành phần như bộ nhớ bán dẫn, bộ
bắch sóng, nguồn cung cấp, ... nên không thể thực sự có được một modem
cáp một chip được.
Modem cáp sử dụng được mạng truyền hình cáp sẵn có nên giảm được chi phí
đầu tư. Không cần phải thực hiện thêm hạ tầng cơ sở mới dù sự thay đổi mạng truyền
hình cáp là không thể tránh được. Hơn nữa, các linh kiện tần số cao cần thiết cho hoạt
động của modem cáp đã trở nên rất rẻ và được bán đại trà. Nhiều bộ chip (chipset) đã
được đưa ra với giá cả rất cạnh tranh và khả năng tương thích rất cao. Cũng không nên
bỏ qua một điều là bằng nhiều cách, modem cáp đã đáp ứng những hứa hẹn ban đầu về
các hệ thống và dịch vụ truyền hình cáp tương tác. Thay vì phải xây dựng các chức năng
cho hộp set-top người ta có thể dùng máy tính cá nhân để thay thế.
Nhược điểm thứ nhất của modem cáp là hầu hết các máy tính cá nhân đều không
đặt gần máy thu hình. Màn hình và tần số bus cao của máy tính cá nhân sẽ gây nhiễu
cho máy thu hình và cần phải đi lại dây ở nhà. Tuy nhiên, nếu cần phải đi dây ở một nơi
mới thì có thể dùng cáp đồng trục hay cáp xoắn đôi không chắn từ UTP với giá cả rẻ và
dễ lắp đặt, sử dụng.
Modem cáp đòi hỏi phải lắp đặt lại tới 90 phần trăm cáp đi vào nhà (drop cable)
đem lại dịch vụ cho thuê bao. Cáp đi vào nhà thường được lắp đặt vội vã và cẩu thả làm
sinh ra nhiều nhiễu. Một vấn đề nữa là nhiều chủ nhà tự lắp đặt một bộ chuyển đổi
đường vào của truyền hình cáp cho nhiều máy thu hình và các lắp đặt này rất cẩu thả.
Một nhược điểm nghiêm trọng nữa của modem cáp là dải tần chiều upstream từ 5MHz

đến 50MHz sẽ thu thập rất nhiều nhiễu từ các thiết bị khác trong gia đình. Để khắc phục,
nhiều mạng truyền hình cáp lọc bỏ dải tần này khỏi tín hiệu của hệ thống. Chỉ có khoảng
5 phần trăm số mạng truyền hình cáp là còn sử dụng dải tần này. Với các trường hợp cáp
một chiều thì phải sử dụng thêm modem điện thoại để thực hiện chiều upstream. Đó là
28


Tổng quan về mạng thuê bao nội hạt

Đặng Quốc Anh

do trong mạng truyền hình cáp cũ không có các bộ khuếch đại dành cho chiều upstream.
Các dịch vụ truyền hình cáp cũ thậm chí không xử lý nổi lưu lượng khiêm tốn của chiều
upstream để đặt các dịch vụ này. Cuối cùng, vì các kênh upstream phải được chia ra cho
nhiều người sử dụng (có thể lên đến hàng người sử dụng cùng một lúc) nên mối nguy
hiểm tắc nghẽn là thực sự khi tất cả các gói số liệu đều được gởi về phía head end.
1.3.5 MMDS
Công nghệ Dịch vụ phân phối đa điểm đa kênh MMDS (Multichannel Multipoint
Distribution Service) là một hỗn hợp mới các dịch vụ video và truyền số liệu tốc độ cao.
Một thành phần của MMDS là Dịch vụ cố định truyền hình theo lệnh (ITFS:Intructional
Television Fixed Service). Hai mươi kênh ITFS được sử dụng để phân phối các tài liệu
giáo dục. Các trường học như các trường cao đẳng và các trường đại học phải sử dụng
tối thiểu 20 giờ mỗi tuần để được phép sử dụng ITFS. Muốn dùng các kênh ITFS để xây
dựng một hệ thống hoàn chỉnh các nhà cung cấp dịch vụ MMDS phải dùng một kỹ thuật
gọi là sắp xếp kênh (channel mapping). Bằng cách này khi một kênh ITFS đang được
MMDS sử dụng nhận một yêu cầu từ một nhà cung cấp dịch vụ giáo dục thì tín hiệu đang
truyền tải được chuyển mạch sang một kênh ITFS còn trống. Dó nhiên, bộ chuyển mạch
phải trong suốt đối với thuê bao sao cho các tín hiệu phức tạp giữa head end và set-top
box được thông suốt. Mười một kênh khác được gán cho các dịch vụ MMDS và hai kênh
nữa được lấy từ các Dịch vụ phân phối đa điểm (MDS: Multipoint Distribution Services).

Như vậy một hệ thống MMDS có tất cả 33 kênh cho dịch vụ video, truy xuất Internet tốc
độ cao theo các đường dây cable modem. Máy phát trung tâm được MMDS sử dụng có
giá thành rất cao, khoảng 1,5 triệu USD và giá thành trên mỗi thuê bao bao gồm
antenna, đi dây, set top là khoảng 400 USD. Với số liệu này, hãng Wireless Cable
Association đánh giá điểm hoà vốn (BEP: Break Even Point) là khoảng 10 000 thuê bao
cho mỗi máy phát MMDS. Kiến trúc cơ bản của hệ thống MMDS được minh hoạ ở hình
1.33.

Hình 1.33 Kiến trúc cơ bản hệ thống MMDS
Mặc dù MMDS có trên một triệu thuê bao qua 73 hệ thống tại Hoa Kỳ và đang
được nghiên cứu, sử dụng bởi các nhà cung cấp dịch vụ lớn sự phát triển thật sự của hệ
thống vẫn là ở bên ngoài nước Mỹ do có các hệ thống hữu tuyến nhỏ hơn nhiều so với ở
Mỹ. Thật vậy, hãng Scientific Atlanta loan báo rằng họ đã bán được các bộ chuyển đổi
29


Đặng Quốc Anh

ADSL – Thực tiễn, giải pháp và triển khai

MMDS ra nước ngoài nhiều hơn trong nước rất nhiều. Trên thế giới (ngoài Hoa Kỳ) có
khoảng 90 nhà cung cấp dịch vụ MMDS cung cấp cho khoảng 5 triệu thuê bao. Ưu điểm
rõ rệt nhất của MMDS là tương lai của MMDS gắn liền với tương lai của thông tin vô
tuyến. Sự chấp nhận của thị trường với điện thoại không dây (cordless phone) và điện
thoại di động (cellular phone) đã tạo ra một tiền lệ đầy thuận tiện cho MMDS. Những
người bị hạn chế chỗ ở từ lâu được xem như là những tù nhân thì nay có thể có một tương
lai thông tin hứa hẹn qua MMDS. Mặt khác, dải thông vô tuyến và tốc độ truyền đã phát
triển nhảy vọt và lan rộng. Trên hầu hết các kênh MMDS đều đạt được tốc độ chiều
downstream lên đến 54 Mbps (tuy nhiên thiết bị này lại khá mắc tiền).
Một ưu điểm nữa của MMDS là FCC đã đưa ra các giấy phép thu phát hai chiều là

một điều kiện rất cần thiết vì việc thu phát hai chiều cần phải có máy phát sóng ở gia
đình và điều này phải nằm trong tầm quản lý của FCC. Tuy nhiên, nhược điểm quan
trọng của MMDS là nếu MMDS không đem lại một dịch vụ hoàn toàn mới hay một giá cả
thật mềm thì MMDS cũng chỉ là một chiêu dụ khách hàng. Chính vì lý do này mà các thử
nghiệm ban đầu của MMDS trên đất Mỹ đã gây thất vọng. Cường độ tín hiệu rất thất
thường ngay cả với các hệ thống được chăm sóc kỹ thuật chu đáo. Một nhược điểm nữa
của MMDS là với bước sóng của tín hiệu MMDS thì ngay cả vật cản như cây cối cũng có
tác dụng như một bức tường đá nên phải thực hiện liên lạc tầm nhìn thẳng (line-of-sight).
Điều này trên thực tế đã giới hạn nhiều vùng phủ sóng, đặc biệt là với các vùng có nhiều
cây cối như miền đông bắc Hoa Kỳ chẳng hạn.
Cuối cùng, MMDS sử dụng các hệ thống và công nghệ hoàn toàn mới nên chắc
chắn phải cần có một khoảng thời gian để mạng ổn định và cũng cần phải đầu tư thêm
nhiều tiền của. Một ví dụ để so sánh là sau 15 năm dịch vụ điện thoại di động ở Hoa Kỳ
vẫn chưa phải là phổ biến.
1.3.6 LMDS
Dịch vụ phân phối đa điểm nội hạt (Local Multipoint Distribution Service) là một hệ
thống phân phối vô tuyến điểm đa điểm, đa tế bào hoạt động ở dải tần từ 27,5GHz đến
29,5GHz. LMDS đôi lúc còn được gọi là "truyền hình cáp tế bào" ("cellular cable TV")
được Bernard Bossard phát minh dưới giấy phép thực nghiệm của FCC. Công ty Cellular
Vision do ông sáng lập lúc đầu được sự hỗ trợ tài chính của cơ quan phát triển địa ốc
New Jersey. Sau đó hãng Bell Atlantic đã mua lại một phần và điều hành và tiếp thị các
dịch vụ của Cellular Vision.
Về mặt lý thuyết, Cellular Vision phủ sóng một vùng với nhiều tế bào và như vậy
sẽ tránh được vấn đề tầm nhìn thẳng của MMDS. Các vùng tối (shadow area) được phủ
sóng bằng các trạm tiếp vận hay các bộ phản xạ sóng thụ động. Các tế bào lân cận sử
dụng cùng tần số nhưng với phân cực khác nhau. Tất cả lan truyền phát xạ điện từ (bao
gồm ánh sáng và tín hiệu truyền hình) từ một nguồn đến máy thu dưới dạng sóng. Hướng
của các trường điện và từ trong tín hiệu thay đổi so với đường lan truyền. Giả sử một thiết
bị nào đó được xây dựng để ngăn chặn trường điện từ theo một hướng xác định. Sóng
điện từ sẽ tiếp tục lan truyền qua thiết bị này nhưng sẽ bị mất một phần năng lượng và

như vậy sóng đã bị phân cực. Hiện tượng phân cực sóng thường thấy nhất là hiện tượng
phản xạ sóng ánh sáng bởi mặt nước. Ánh sáng phản xạ từ mặt nước bị phân cực ngang
(nghóa là nước phản xạ bất cứ trường điện nào không nằm trên mặt phẳng nằm ngang).
Các thấu kính hội tụ phân cực ánh sáng mặt trời chỉ cho qua ánh sáng được phân cực

30