Đồ Án Phương pháp thiết kế mạng truyền hình cáp hữu tuyến CATV

Đồ án tốt nghiệp: Phương pháp thiết kế mạng truyền hình cáp hữu tuyến CATV

MỤC LỤC 1

BẢNG CHỮ VIẾT TẮT .4

LỜI NÓI ĐẦU 6

CHƯƠNG I -TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH CÁP HỮU TUYẾN

.9

1.1 – Tổng quan về truyền hình cáp .9

1.2 - Vị trí các mạng truyền hình cáp và xu hướng phát triển 10

1.3 - Các công nghệ truy nhập cạnh tranh .11

1.3.1 - Công nghệ ADSL (Asymetric Digital Subscriber Line) 12

1.3.2 - Fiber-In-The-Loop (FITL) 14

1.3.3 - Vệ tinh quảng bá trực tiếp DBS (Direct Broadcast

Satellite) 16

1.3.4 - Dịch vụ phân phối đa điểm đa kênh (MMDS) 16

CHƯƠNG II – KIẾN TRÚC MẠNG TRUYỀN HÌNH CÁP 20

2.1 - Kiến trúc mạng CATV truyền thống .20

2.2 - Kiến trúc mạng có cấu trúc .22

2.2.1 - Các đặc điểm cơ bản mạng HFC .22

2.2.2 - Ưu và nhược điểm của mạng HFC 24

2.2.3 - Kết luận .26

CHƯƠNG III – CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRONG MẠNG QUANG 27

3.1 – Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Headend 27

3.1.1 - Sơ đồ khối cơ bản của Headend 27

3.1.2 - Nguyên lý hoạt động của Headend .32

3.1.3 - Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy phát quang33

3.1.3.1 – Cấu tạo 33

3.1.3.2 – Hoạt động của máy phát .40

3.2 – Cấu tạo và hoạt động của node quang 40

3.3 – Sợi quang 42

3.3.1 - Cấu tạo và dạng sợi quang .42

3.3.2 - Sợi đơn mode và sợi đa mode .42

3.3.3 - Các đặc tính của sợi quang .44

3.3.3.1 – Suy hao .44

3.3.3.2 – Các nguyên nhân gây nên suy hao .44

3.3.4 - Độ nhạy thu và quỹ công suất 47

3.3.5 - Các giới hạn bởi suy hao .49

3.3.6 - Truyền lan ánh sáng trong sợi quang .49

3.3.6.1 – Truyền lan tín hiệu trong sợi quang 50

3.3.6.2 – Các mode truyền lan .52

3.3.7 - Tán sắc sợi quang .54

3.3.7.1 – Tán sắc trong mode (Intramode Dispersion) .54

3.3.7.2 – Tán sắc mode 58

3.3.7.3 – Tán sắc tổng cộng của sợi .59

3.3.7.4 – Sự hạn chế do tán sắc .60

3.4 - Các mối hàn và các bộ kết nối (Connector) trong mạng

quang 61

3.4.1 - Phương pháp hàn cáp .63

3.4.2 - Các Connector 65

3.5 – Ghép công suất quang 66

CHƯƠNG IV - CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRONG MẠNG ĐỒNG

TRỤC .67

4.1 - Cáp đồng trục 67

4.1.1 - Suy hao do phản xạ 67

4.1.2 - Trở kháng vòng .68

4.2 - Các bộ khuếch đại RF (Radio Friquency) 69

4.2.1 - Đặc điểm các bộ khuếch đại .69

4.2.1.1 - Bộ khuếch đại trung kế .69

4.2.1.2 - Bộ khuếch đại fidơ .70

4.2.1.3 - Bộ khuếch đại đường dây 71

4.2.2 - CNR của một bộ khuếch đại đơn và nhiều bộ khuếch

đại nối tiếp 71

4.3 - Bộ chia và rẽ tín hiệu .72

CHƯƠNG V – PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠNG TRUYỀN HÌNH

CÁP HỮU TUYẾN 74

5.1 – Lựa chọn các thông số kỹ thuật cho mạng truyền hình cáp

hữu tuyến 74

5.1.1 - Phân bố dải tần tín hiệu 74

5.1.2 - Tính toán kích thước node quang cho yêu cầu hiện tại

75

5.2 – Thiết kế .76

5.2.1 - Lựa chọn sợi quang .76

5.2.2 - Tính toán suy hao của hệ thống .77

5.3 – Nguyên tắc thiết kế phần mạng quang .78

5.4 – Nguyên tắc thiết kế phần mạng đồng trục 80

5.5 – Thuyết minh phần mạng quang .81

5.6 – Tính toán phần mạng quang .82

5.7 – Thuyết minh thiết kế phần mạng đồng trục 86

5.8 – Tính toán phần mạng đồng trục 87

5.9 – Thuyết minh thiết kế mạng HFPC 93

5.10 – Tính toán mạng HFPC 93

5.11 – So sánh mạng HFC và mạng HFPC 97

KẾT LUẬN 98

TÀI LIỆU THAM KHẢO 99


LỜI NÓI ĐẦU

Truyền hình cáp (CATV) từ lâu đã không còn xa lạ đối với người dân ở các

nước phát triển trên thế giới. Tuy nhiên việc phát triển và mở rộng các mạng

truyền hình cáp vẫn chưa được quan tâm nhiều bởi vì trước đây mạng truyền hình

cáp chỉ đơn thuần cung cấp các dịch vụ về truyền hình, không thể cung cấp các

dịch vụ khác như thoại, số liệu Thuật ngữ CATV xuất hiện lần đầu tiên vào năm

1948 tại Mỹ khi thực hiện thành công hệ thống truyền hình cáp hữu tuyến và thuật

ngữ CATV được 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

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.

Những năm gần đây, 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,

các mạng truyền hình cáp đã có những bước phát triển mạnh mẽ. Giờ đây không

chỉ cung cấp các chương trình truyền hình thỏa mãn nhu cầu ngày càng cao của

người xem mà chúng còn trở thành một tiềm lực cạnh tranh đáng kể đối với các

mạng viễn thông khác trong cung cấp các dịch vụ viễn thông.

Tại Việt Nam hiện nay có các dịch vụ truyền hình như truyền hình quảng

bá, dịch vụ truyền hình MMDS và dịch vụ truyền hình cáp hữu tuyến. Truyền

hình quảng bá sử dụng môi trường hoàn toàn không khí để truyền tín hiệu và các

thuê bao chỉ việc cắm anten để thu tín hiệu từ anten phát của các đài truyền hình

là đã có thể xem chương trình nên các thuê bao không cần phải đóng cước dịch vụ

và các nhà sản xuất chương trình cũng không phải tốn kém về phương tiện truyền

dẫn. Tuy nhiên vì là chương trình truyền hình tương tự và sử dụng dải tần số

ngoài không gian nên tài nguyên bị hạn hẹp dẫn đến số lượng kênh phát ra của

dịch vụ truyền hình quảng bá rất hạn chế và nó chịu ảnh hưởng mạnh mẽ bởi các

nguồn nhiễu của môi trường truyền dẫn như: nhiễu công nghiệp, nhiễu từ các đài

phát lân cận và nó cũng chịu ảnh hưởng rất lớn của thời tiết. Dịch vụ truyền

hình quảng bá không thể tăng thêm kênh chương trình khác do băng thông bị hạn

chế. Vì tài nguyên tần số không gian là một tài nguyên quý giá đối với mỗi quốc gia và ngoài việc dành cho dịch vụ truyền hình nó còn dành cho nhiều dịch vụ

khác nữa như: thông tin liên lạc trong quân đội, thông tin di động

Còn dịch vụ truyền hình MMDS thì sử dụng sóng mang phụ của thông tin

vi ba (900MHz) để truyền tải các kênh truyền hình và kéo cáp từ trung tâm truyền

hình đến trạm vi ba, sử dụng anten phát của trạm vi ba để phát sóng đến các vùng

xung quanh trạm trong một phạm vi bán kính nhất định, nó được chia thành các

cell hình dải quạt để phủ sóng. Đối với dịch vụ này thì thuê bao cũng chỉ cần

dựng cột anten là có thể thu được chương trình truyền hình và giải mã để xem.

Tuy nhiên đây là phương thức truyền trong tầm nhìn thẳng nên anten thu của thuê

bao bắt buộc phải nhìn thấy anten phát của trạm vi ba gần nó thì mới thu được tín

hiệu. Đây là một nhược điểm của dịch vụ vì nó sẽ hạn chế đối với các vùng dân

cư trong khu vực có nhiều toà nhà cao tầng che chắn (như là các khách sạn) hoặc

các khu vực dân cư có nhiều cây cối che phủ. Các khu vực đó không thể bắt được

tín hiệu do tín hiệu không thể xuyên qua chướng ngại vật hoặc đi cong xuống.

Còn nữa nó cũng tương tự như dịch vụ truyền hình quảng bá ở chỗ băng thông bị

hạn chế nên kênh truyền hình phát ra cũng bị hạn chế và nó cũng chịu ảnh hưởng

mạnh mẽ của các nguồn nhiễu công nghiệp, nhiễu của các đài phát lân cận và

chính nó cũng gây nhiễu cho các đài phát khác, cũng chịu ảnh hưởng mạnh của

thời tiết.

Do các hạn chế của các dịch vụ truyền hình như ở trên nên việc phát triển

truyền hình cáp hữu tuyến HFC là điều tất yếu vì: Mạng HFC sử dụng cáp quang

ở mạng truyền dẫn và phân phối tín hiệu nên đã sử dụng được các ưu điểm của

cáp quang so với các phương tiện truyền dẫn khác như: Băng thông của cáp quang

rất lớn (1014 ~ 1015 Hz), suy hao đường truyền rất nhỏ, không chịu ảnh hưởng bởi

nhiễu của môi trường ngoài và nhiễu điện từ, có thể tích hợp được nhiều dịch vụ

trên cùng một đường truyền

Tại Hà Nội, nhu cầu phát triển mạng truyền hình cáp hữu tuyến qui mô,

hiện đại cung cấp nhiều chương trình cho người dân Thủ đô đã được lập kế hoạch

phát triển và đang được triển khai trên diện rộng.

Cùng với sự phát triển này, đề tài tốt nghiệp “Phương pháp thiết kế mạng

truyền hình cáp hữu tuyến” trình bày những nội dung cơ bản nhất các công nghệ

sử dụng trong mạng truyền hình cáp hữu tuyến về kiến trúc mạng HFC, hướng

phát triển của mạng và so sánh các ưu nhược điểm của mạng HFC với các dịch vụ

truyền dẫn cạnh tranh khác. Nội dung bản đồ án gồm năm chương được giới

thiệu sơ lược sau đây:

Chương I: Giới thiệu tổng quan về truyền hình cáp hữu tuyến nói chung, vị

trí của truyền hình cáp trên thị trường thông tin và xu hướng phát triển của nó

trong thời gian tiếp theo sau này. Ngoài ra còn điểm qua một số công nghệ truy

nhập cạnh tranh với mạng truyền hình cáp.

Chương II: Giới thiệu về các mạng truyền hình cáp truyền thống và mạng

truyền hình kết hợp. Giới thiệu và so sánh giữa các cấu trúc mạng khác nhau.

Chương III: Giới thiệu về một số thiết bị quan trọng sử dụng trong việc

thiết kế và lắp đặt mạng quang (mạng truyền dẫn và mạng phân phối tín hiệu

truyền hình). Nêu nguyên tắc làm việc của một trạm trung tâm truyền hình cáp cơ

bản, cấu tạo của thiết bị trung tâm.

Chương IV: Giới thiệu về các thiết bị chính dùng trong mạng cáp đồng

trục (mạng truy nhập tín hiệu).

Chương V: Nêu nguyên tắc thiết kế mạng truyền hình cáp hữu tuyến và

thiết kế một mạng truyền hình cáp cụ thể trên địa bàn thành phố Hà Nội. Ngoài ra

có thiết kế thêm thí dụ về kiến trúc mạng HFPC để so sánh với kiến trúc mạng

HFC và đưa ra kết luận về việc lựa chọn kiến trúc mạng nào thì phù hợp cho tình

hình nước ta hiện nay.Trong chương này có tính toán chi tiết tín hiệu từ trung tâm

đến tận thiết bị nhà thuê bao. Tuy nhiên chỉ chọn lựa thí điểm một số vùng nhất

định.