Tổng quan về mạng thuê bao nội hạt Đặng Quốc Anh 21 giữa kênh dữ liệu trên cáp đồng trục với kênh tương tự thông thường bao gồm cả sự khác nhau theo chiều downstream cũng như chiều upstream. Một bộ modem cáp gởi và nhận tín hiệu theo hai kiểu hơi khác nhau. Ở chiều downstream, dữ liệu số được điều chế và đặt vào kênh truyền hình 6 MHz ở một vò trí nào đó trong dải tần từ 50 MHz đến 750 MHz. Hiện nay, đang sử dụng kỹ thuật điều chế 64 QAM cho chiều xuống để đạt được tốc độ dữ liệu lên đến 27 Mbps cho kênh tín hiệu 6 MHz. Tín hiệu này có thể đặt ở kênh 6 MHz bên cạnh tín hiệu truyền hình về phía nào cũng được miễn là không làm ảnh hưởng đến tín hiệu truyền hình. Ở chiều upstream thì phức tạp hơn nhiều. Nhìn chung trong mạng cáp hai chiều thì chiều upstream (còn gọi là chiều ngược) được phát tín hiệu giữa 5 MHz và 42 MHz (xem bảng 1.2 - Sử dụng dải tần). Điều này dẫn đến một môi trường nhiều nhiễu với nhiễu tần số vô tuyến RF và nhiễu xung. Hơn nữa, nhiễu được tạo ra một cách dễ dàng từ trong nhà do các mối nối thấp và đi cáp không tốt. Vì mạng cáp đồng trục có dạng "cây đẻ nhánh" ("tree and branch") nên khi tín hiệu đi theo chiều lên thì nhiễu sẽ dồn lại và tăng lên. Để khắc phục hiện tượng này nhiều nhà sản xuất sử dụng kỹ thuật điều chế QPSK hay các kỹ thuật điều chế tương tự cho chiều upstream vì QPSK kháng nhiễu tốt hơn QAM. Tuy nhiên tín hiệu QPSK cho tốc độ dữ liệu thấp hơn tín hiệu QAM nhiều. Bảng 1.1 liệt kê các dải tần truyền hình và tần số của chúng. Một kênh truyền hình có thể nằm trong khoảng 1 trong 7 dải tần này. Bảng 1.2 cho thấy vò trí của các dải tần truyền hình trong dải tần số của tất cả các ứng dụng khác. Bảng 1.1 Các dải tần truyền hình Dải tần Tầm tần số (MHz) Low Very High Frequency (VHF) 54 - 88 Midband 88 - 174 High Very High Frequency (VHF) 174 - 216 Superband 216 - 300 Hyperband 300 - 468 Ultraband 468 - 648 Ultra High Frequency 470 - 806 Trong năm 1994, nhóm công tác (workinggroup) 802.14 về nghi thức TV Media Access Control (MAC) and Physical (PHY) của Institute of Electronics and ElectricalEngineering (IEEE) được hình thành dựa trên các nhà cung cấp, sản xuất để phát triển các tiêu chuẩn quốc tế cho việc truyền dữ liệu trên cáp đồng trục. Mục đích ban đầu của nhóm công tác là đệ trình cho IEEE một tiêu chuẩn cho modem cáp vào năm 1995. Thật không may là sự phát triển tiêu chuẩn bò trì hoãn tới cuối năm 1997. Trong thời gian chờ tiêu chuẩn của IEEE, một số nhà điều hành mạng cáp đồng trục đã liên kết với nhau để đưa ra các tiêu chuẩn của họ. Vào tháng Giêng năm 1996 các hãng Comcast, Cox Cable, TCI và Time Warner đã phát triển một công ty trách nhiệm hữu hạn là Multimedia Cable Network Systems Partners Ltd. (MCNS). Kết quả là tiêu chuẩn đặc tính giao tiếp của hệ thống truyền dữ liệu qua cáp đồng trục (DOCSIS: Data Over Cable System Interface Specification) đã được ban hành tháng Ba năm 1997. Bảng 1.3 cho các đặc tính tổng quát DOCSIS của MCNS. Đặng Quốc Anh ADSL – Thực tiễn, giải pháp và triển khai 22 Hình 1.24 Công nghệ cable modem Hình 1.25 Hệ thống cable TV Upstream Demodulator QPSK/16-QAM f: 5-65 MHz BW: e.g. 2 MHz Rates: e.g. 3 Mbps Downstream Modulator 64-QAM/256-QAM f: 65-850 MHz BW: 6/8 MHz Rates: 27-56 Mbps Upstream Modulator QPSK/16-QAM f: 5-65 MHz BW: e.g. 2 MHz Rates: e.g. 3 Mbps Downstream Demodulator 64-QAM/256-QAM f: 65-850 MHz BW: 6/8 MHz Rates: 27-56 Mbps CMTS (Headend) Cable modem Tổng quan về mạng thuê bao nội hạt Đặng Quốc Anh 23 Bảng 1.2 Sử dụng băng tần Frequency Wavelength Designation Typical service 3 - 30 KHz 100 - 10 Km Very Low Frequency (VLF) navigation, sonar 30 - 300 KHz 10 - 1 Km Low Frequency (LF) Radio beacons 300 – 3000 KHz 1000 - 100 m Medium Frequency (MF) AM radio (535 - 1635 KHz) 3 - 30 MHz 100 - 10 m High Frequency (HF) Short-wave radio, telephone, telegraph, citizen's band radio, ship-to-coast, ship-to- aircraft 30 - 300 MHz 10 - 1 m Very High Frequency (VHF) Analog cordless telephone (44 - 49 MHz), TV (54 - 88 MHz), TV (174 - 216 MHz), air traffic control, police, taxi, 300 - 3000 MHz 100 - 10 cm Ultra High Frequency (UHF) TV (470 - 806 MHz), RF wireless modem (800 MHz), cellular (806 - 890 MHz), digital cordless (900 MHz), PCs (900 - 929 MHz), nationalwide paging (929 - 932 MHz), satellite telephone uplink (1610 - 1626.5 MH), satellite telephone downlink (2483.5 - 2500 MHz) 3 - 30 GHz 10 - 1 cm Super High Frequency Large dish satellite TV (4 - 6 GHz), Small dish satellite TV (11.7 - 12.7 GHz), wireless cable TV (28 - 29 GHz) Sự khác nhau giữa các tiêu chuẩn modem cáp của DOCSIS và IEEE phản ánh mục tiêu thiết kế khác nhau của các tổ chức này. Các tiêu chuẩn của IEEE được các nhà cung cấp thiết bò đònh hướng vào công nghệ công nghiệp chung. Trong khi đó thì các nhà phát triển tiêu chuẩn DOCSIS lại tập trung vào việc tối thiểu hoá chi phí của modem cáp để có thể bán được với số lượng lớn. Hơn nữa, các nhà phát triển tiêu chuẩn DOCSIS cũng chú tâm tới việc sử dụng công nghệ có thể tối thiểu hoá thời gian đưa ra sản phẩm đầu tiên cho thò trường khách hàng. Hình 1.8 minh hoạ so sánh giữa mô hình OSI và DOCSIS. Đặng Quốc Anh ADSL – Thực tiễn, giải pháp và triển khai 24 Hình 1.26 So sánh giữa mô hình OSI và DOCSIS Tốc độ của modem thay đổi rất nhiều và phụ thuộc vào các tham số sau: - Hệ thống modem cáp, - Kiến trúc mạng cáp đồng trục, - Lưu lượng trên mạng modem cáp. Bảng 1.3 Tổng quan về DOCSIS của MCNS Các tham số kênh chiều upstream Modulation QPSK và QAM 16 trạng thái Carrier Biến đổi từ 200 KHz tới 3,2 MHz Tốc độ dữ liệu 320 Kbps tới 10 Mbps Forward Error Control Reed-Solomon Encryption DES Các tham số kênh chiều Downstream Modulation 64/256 QAM Carrier 6 MHz Tốc độ dữ liệu 27 tới 36 Mbps Framing MPEG-2 Forward Error Control Reed-Solomon Encryption DES Điều khiển truy xuất Tranh chấp dựa trên gói và dùng các khe riêng Quản lý SNMP với các đònh nghóa MIB Giao tiếp thuê bao 10 BASE-T, USB, IEEE 1394 Giao tiếp mạng 10 BASE-T, 100 BASE-T, ATM, FDDI Tổng quan về mạng thuê bao nội hạt Đặng Quốc Anh 25 Theo chiều downstream (từ server CMTS - Cable Modem Termination System xuống người sử dụng) tốc độ mạng có thể lên đến 27 Mbps. Đây là dung lượng tổng cộng được tất cả người sử dụng chia ra. Chỉ có ít hệ thống mà người sử dụng có khả năng kết nối với tốc độ cao như vậy. Thường thì dung lượng chỉ từ 1 Mbps tới 3 Mbps. Trong chiều upstream tốc độ có thể lên tới 10 Mbps. Tuy nhiên, hầu hết các nhà sản xuất modem cáp đều chọn tốc độ từ 1 Mbps tới 2,5 Mbps. Phần lớn các hệ thống truy xuất modem cáp đều là bất đối xứng. Tốc độ chiều downstream lớn hơn tốc độ chiều upstream nhiều và điều này phù hợp với việc sử dụng cable modem, nghóa là dùng cho dòch vụ video on demand hay truy xuất Internet. Các ứng dụng như duyệt các trang web (http: HyperText Transmission Protocol) và đọc báo (nntp: Network News Transfer Protocol) đều có chiều gởi dữ liệu xuống máy tính nhiều hơn chiều gởi dữ liệu cho mạng. Các click chuột hay e- mail (chủ yếu của chiều upstream) dó nhiên là không thể chiếm nhiều dung lượng bằng tải các file hay audio, video (chủ yếu của chiều downstream). Mỗi hộp truyền hình cáp đều nhận tín hiệu truyền dẫn theo chiều downstream và mỗi kênh truyền hình đều được phát ở một dải tần khác nhau. Hệ thống cáp truyền hình nguyên thủy dựa trên cơ sở cáp đồng trục end to end. Máy phát truyền hình cáp cung cấp phim từ nhiều nguồn và đưa tín hiệu lên cáp đồng trục. Các bộ khuếch đại tín hiệu được đặt đều đặn trong hệ thống. Có thể có đến 35 bộ khuếch đại nối tiếp nhau từ máy phát tới các thuê bao. Hình 1.9 minh hoạ một hệ thống cáp đồng trục truyền thống. Hình 1.27 Hệ thống cáp đồng trục truyền thống Các nhà điều hành mạng cáp đồng trục đang tiến hành cải tiến hạ tầng mạng cáp bằng cách đưa vào thêm cáp quang vào mạng cáp đồng trục, thay cho truyền dẫn tín hiệu tương tự bằng truyền dẫn tín hiệu số và thay các bộ khuếch đại một chiều bằng các trạm tiếp vận theo hai chiều. Hạ tầng cơ sở mạng cáp đồng trục mới này gọi là hệ thống cáp đồng trục kết hợp cáp quang (HFC: Hybrid Fiber Coaxial). Với HFC, máy phát sử dụng giao tiếp cáp quang và với cáp quang, nhiều đặc tính của mạng cáp truyền thống đã bò thay đổi. Quan trọng hơn là các trạm tiếp vận không chỉ khuếch đại tín hiệu mà còn phục hồi và phát lại nguyên dạng tín hiệu số. Các bộ khuếch đại RF lọc thông dải được thay thế bằng các bộ triệt tiếng dội. Các bộ lọc này cho phép một dải tần nào đó truyền theo một hướng và dải tần khác truyền theo hướng ngược lại. Như vậy, HFC là một hệ thống hai chiều. Lưu ý rằng việc nâng cấp lên mạng HFC không đơn giản. Cần phải thay . QPSK/16-QAM f: 5- 6 5 MHz BW: e.g. 2 MHz Rates: e.g. 3 Mbps Downstream Modulator 64-QAM/ 256 -QAM f: 6 5- 8 50 MHz BW: 6/8 MHz Rates: 2 7 -5 6 Mbps Upstream Modulator QPSK/16-QAM f: 5- 6 5 MHz. 3 Mbps Downstream Demodulator 64-QAM/ 256 -QAM f: 6 5- 8 50 MHz BW: 6/8 MHz Rates: 2 7 -5 6 Mbps CMTS (Headend) Cable modem Tổng quan về mạng thuê bao nội hạt Đặng Quốc Anh 23 Bảng 1.2. tiếp thuê bao 10 BASE-T, USB, IEEE 1394 Giao tiếp mạng 10 BASE-T, 100 BASE-T, ATM, FDDI Tổng quan về mạng thuê bao nội hạt Đặng Quốc Anh 25 Theo chiều downstream (từ server CMTS - Cable