Hệ Thống Mạng Truyền Hình Cáp GVHD: GS Nguyễn Khuyến TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ – VIỄN THÔNG ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG MẠNG TRUYỀN HÌNH CÁP TP.Hồ Chí Minh – 2009 SVTH Cao Tiến Nhữ Trang Trường ĐHBK Hà Nội Lớp PTH 04 Hệ Thống Mạng Truyền Hình Cáp GVHD: GS Nguyễn Khuyến Lời nói đầu Truyền hình cáp (CATV) từ lâu không xa lạ người dân nước phát triển giới Thuật ngữ CATV xuất lần vào năm 1948 Mỹ thực thành công hệ thống truyền hình cáp hữu tuyến thuật ngữ CATV hiểu hệ thống truyền hình cáp hữu tuyến (cable TV) năm sau, Mỹ hệ thống truyền hình Anten cộng đồng (Community Antena Television-TV) cung cấp dịch vụ cho thuê bao đường truyền vô tuyến lắp đặt thành công Từ thuật ngữ CATV dùng để chung cho hệ thống truyền hình cáp vô tuyến hữu tuyến Những năm gần đây, nhu cầu thưởng thức chương trình truyền hình chất lượng cao, nội dung phong phú người ngày tăng, với tiến vượt bậc khoa học công nghệ, mạng truyền hình cáp đặc biệt truyền hình cáp hữu tuyến có bước phát triển mạnh mẽ Giờ truyền hình cáp không cung cấp chương trình truyền hình chất lượng cao mà cung cấp dịch vụ truyền số liệu, truy nhập Internet tốc độ cao dịch vụ tương tác Cùng với lên công nghệ truyền hình giới, truyền hình Việt nam có bước phát triển Một số dịch vụ truyền hình xuất truyền hình cáp vô tuyến MMDS truyền hình qua vệ tinh phần thoả mãn nhu cầu xem truyền hình nhiều kênh người dân Các chương trình MMDS cung cấp phong phú hấp dẫn, nhiên MMDS gặp số hạn chế lớn vấn đề phủ sóng, chất lượng tín hiệu khả cung cấp dịch vụ Truyền hình qua vệ tinh gặp số vấn đề Hiện việt nam có vệ tinh VINASAT1 cung cấp dịch vu ïcho thuê băng tần vệ tinh Truyền hình quốc tế, truyền hình lưu động, truyền hình vệ tinh DTH, truyền hình cápVSAT, kênh thuê riêng vvv, nhiên đăng ký dịch vụ phức tạp, chi phí thuê bao cao Vì nhũng lý mà số người xem truyền hình qua vệ tinh Việt nam Vì vậy, để đáp ứng cách tốt nhu cầu xem truyền hình người dân, xây dựng mạng truyền hình cáp hữu tuyến dẫn thẳng sợi cáp tín hiệu từ trung tâm chương trình đến hộ dân Nhờ đó, người dân xem chương trình có chất lượng cao mà không cần phải nâng cao cột anten để thu tín hiệu, không hình ảnh dàn anten lộn xộn, cao thấp nhà, mỹ quan đô thị đưộc cải thiện Hiện nay, truyền hình cáp hữu tuyến giải pháp cung cấp dịch vụ truyền hình hầu phát triển Có khả cung cấp nhiều chương trình dịch vụ, chất lượng tín hiệu tốt đặc biệt giá thuê bao hợp lý, nên truyền hình cáp hữu tuyến phát triển rộng rãi Có thể nói, tương lai, truyền hình cáp hữu tuyến phát triển mạnh mẽ Việt nam phát triển truyền hình cáp thành phố lớn tất yếu Trong giải pháp đưa ra, mạng truyền hình cáp hữu tuyến sử dụng công nghệ HFC – Hybrid Fiber Coaxial (kết hợp cáp quang cáp đồng trục) giải pháp phù hợp thời điểm Mạng HFC triển khai Hà Nội Thành Phố Hồ Chí Minh thu thành công ban đầu Cùng với phát triển này, đề tài tốt nghiệp “Hệ Thống Mạng Truyền Hình Cáp” trình bày nội dung công nghệ sử dụng mạng truyền hình cáp SVTH Cao Tiến Nhữ Trang Trường ĐHBK Hà Nội Lớp PTH 04 Hệ Thống Mạng Truyền Hình Cáp GVHD: GS Nguyễn Khuyến hữu tuyến kể từ kiến trúc mạng hoàn toàn cáp đồng trục hướng phát triển tương lai với kiến trúc mạng HFC băng rộng sử dụng ghép kênh theo bước sóng mật độ cao (DWDM) Cụ thể nội dung trình bày theo phần sau: Phần I: Tổng Quan Về Truyền Hình - Trình bày vấn đề sở kỹ thuật truyền truyền hình cáp Phần điểm qua chuẩn tín hiệu truyền hình màu phổ biến PAL, SECAM, NTSC, thuật toán nén hình tiếng MPEG, kỹ thuật điều chế số ứng dụng hệ thống truyền hình số Phần II: Truyền Hình Cáp - Trình bày tổng quan truyền hình cáp hữu tuyến, vị trí chúng mạng viễn thông xu hướng phát triển, Đề tài thực với mong muốn tìm hiểu hệ thống mạng truyền hình cáp – đặc biệt truyền hình cáp hữu tuyến với công nghệ HFC, vấn đề mẽ Việt nam Do kiến thức nhiều hạn chế, nội dung đề tài tránh khỏi thiếu sót, em mang nhận quan tâm góp ý để nội dung ngày hoàn thiện Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới GS Nguyễn Khuyến hướng dẫn tận tình để em hoàn thành đề tài tốt nghiệp SVTH Cao Tiến Nhữ Trang Trường ĐHBK Hà Nội Lớp PTH 04 Hệ Thống Mạng Truyền Hình Cáp GVHD: GS Nguyễn Khuyến MỤC LỤC I MỞ ĐẦU 1.1 Tín hiệu Truyền Hình toàn phần 1.2 Tín hiệu truyền hình đen trắng 1.3 tín hiệu hình 1.4 vấn đề quyét truyền hình 1.5 Đồng truyền hình II CÁC TIÊU CHUẨN TÍN HIỆU MÀU TƯƠNG T 2.1 Hệ truyền hình màu NTSC 2.2 Hệ truyền hình màu PAL 2.3 Hệ truyền hình màu SECAM 2.4 Số hoá tín hiệu video 2.5 Số hóa tín hiệu video tổng hợp 2.5 Số hoá tín hiệu video thành phần III KỸ THUẬT NÉN ẢNH SỐ 3.1 Giới thiệu chung MPEG 3.2 Các cấu trúc ảnh 3.3 Tiêu chuẩn MPEG-2 IV KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU 4.1 Phương pháp điều chế PSK 4.2 Điều chế biên độ vuông góc QAM 4.3 Phương pháp điều chế VSB V BĂNG TẦN + CẤU TRÚC KÊNH TRUYỀN HÌNH VI ĐẶC ĐIỂM THIẾT BỊ PHÁT TÍN HIỆU TRUYỀN HÌNH VII CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CƠ BẢN CỦA MÁY THU HÌNH 7.1 Đồng sóng mang 7.2 Đồng tín hiệu 7.3 Dải số làm việc – kênh sóng 7.4 Độ nhạy 7.5 Độ chọn lọc 7.5 Độ chọn loïc SVTH Cao Tiến Nhữ Trang Trường ĐHBK Hà Nội Lớp PTH 04 Hệ Thống Mạng Truyền Hình Cáp 7.6 Dải thông PHẦN II: GVHD: GS Nguyễn Khuyến TRUYỀN HÌNH CÁP I GIỚI THIỆU HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH CÁP VÀ SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT 1.1 Giới Thiệu Hệ Thống Truyền Hình Cáp 1.2 Sơ Đồ Khối Tổng Quát Hệ Thống Truyền Hình Cáp II.TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 2.1 Lịch sử phát triển 2.2 Cấu trúc hệ thống thông tin quang 2.2.1 Thiết bị đầu cuối ( phía phát ) 2.2.2 Bộ lặp đường dây 2.2.3 Thiết bị đầu cuối ( phía thu ) 2.3 Những ưu, nhược điểm hệ thống cáp sợi quang 2.3.1 Những ưu điểm 2.3.2 Những nhược điểm 2.4 Xu hướng phát triển hệ thống truyền dẫn cáp sợi quang 2.4.1 Sử dụng kỹ thuật phân kênh theo bước sóng (WDM) 2.4.2 Các hệ thống truyền dẫn Coherent sử dụng kỹ thuật phân kênh theo tần số (FDM) 1.5 Những ứng dụng hệ thống thông tin quang III MẠNG PHÂN PHỐI TÍN HIỆU TRUYỀN HÌNH CÁP HỮU TUYẾN 3.1 Mạng toàn cáp đồng trục 3.2 Mạng kết hơp cáp quang cáp đồng trục (HFC – Hybrid Fiber/Coaxial) 3.2.1 Khái niệm 3.2.2 Hoạt động mạng 3.2.3 Ưu điểm mạng HFC 3.3 Mạng có cấu trúc kết hợp cáp quang cáp xoắn đồng 3.4 Mạng toàn cáp quang IV XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN MẠNG TRUYỀN HÌNH CÁP 4.1 Vị trí mạng truyền hình cáp xu hướng phát triển 4.2 Tình hình phát triển truyền hình cáp giới khu vực 4.3 Các công nghệ truy nhập cạnh tranh SVTH Cao Tiến Nhữ Trang Trường ĐHBK Hà Nội Lớp PTH 04 Heä Thống Mạng Truyền Hình Cáp 4.3.1 ADSL GVHD: GS Nguyễn Khuyến 4.3.2 Fiber-In-The-Loop 4.3.3 Vệ tinh quảng bá trực tiếp DBS (Direct Broadcast Satellite) 4.3.4 Hệ thống truyền hình cáp MMDS (Multichannel Multipiont Distribution Service) V TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU TRÊN MẠNG TRUYỀN HÌNH CÁP 5.1 Truyền dẫn tín hiệu tương tự 5.2 Truyền dẫn tín hiệu số VI CÁC THIẾT BỊ MẠNG VÀ CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG TỚI MẠNG TRUYỀN HÌNH CÁP 6.1 Hệ Thống Cáp Đồng Trục 6.1.1 Cáp đồng trục 6.1.2 Các khuếch đại RF 6.1.3 Bộ chia rẽ tín hiệu 6.2 Hệ thống cáp quang 6.2.1 Cáp sợi quang 6.2.2 Nguồn quang mạng HFC 6.2.3 Các thu quang mạng HFC 6.2.4 Khuếch đại quang sợi EDFA 6.3 Modem QAM số RF 6.4 Thiết bị đầu cuối thuê bao 6.4.1 Set-top-box (STB) 6.4.2 Modem cáp 6.5 Chuẩn truyền số liệu mạng truyền hình cáp 6.5.1 Giao thức truyền thông DOCSIS 6.5.2 Chuẩn DBV-RCC 6.6 Các mạng truy nhập quang EDFA WDM đa kênh video AM/QAM 6.6.1 Kiến trúc tính mạng quang đa kenh video AM-VSB/QAM 6.6.2 Các vấn đề mạng HFC 6.6.3 Kiến trúc mạng truy nhập DWDM phần đường xuống 6.6.4 Kiến trúc đường lên mạng truy nhập DWDM 6.6.5 Truyền tải số đường lên SVTH Cao Tiến Nhữ Trang Trường ĐHBK Hà Nội Lớp PTH 04 Hệ Thống Mạng Truyền Hình Cáp 6.7 Méo phi tuyến: CSO, CTB, XMOD GVHD: GS Nguyễn Khuyến 6.8 nh hưởng nhiễu tần số radio gây Kết luận SVTH Cao Tiến Nhữ Trang Trường ĐHBK Hà Nội Lớp PTH 04 Hệ Thống Mạng Truyền Hình Cáp GVHD: GS Nguyễn Khuyến PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH I MỞ ĐẦU:  Hệ thống truyền hình tập hợp thiết bị cần thiết để đảm bảo trình phát thu tin tức trông thấy.Truyền hình dùng vào nhiều mục đích khác nhau.Tùy theo mục đích truyền hình mà xác định tiêu kỹ thuật hệ thống cho phù hợp.Yêu cầu chung ảnh nhận máy thu hình phải phản ảnh trung thực vật cần truyền đi.Nhưng chất lượng ảnh cao,thì thiết bị hệ thống truyền hình phức tạp, cồng kềnh, đắt tiền Do đó, thiết kế hệ thống truyền hình phải dung hòa tiêu chất lượng ảnh, kích thước, kinh tế… vv.Song, dù với hệ thống truyền hình nào, phải có sơ đồ khối tổng quát hình 1.1 cảnh vật A Ống kính Hình ảnh A’ Bộ chuyển đổi ảnhquang – tín hiệudien ddien Bộ khuếch đại gia công tín hiệu Kênh thông tin Bộ tạo xung đồng Bộ khuếch đại tín hiệu Bộ chuyển đổi tín hiệudien – quangảnh Bộ tách xung đồng Hình 1-1: Sơ đồ khối tổng quát hệ thống truyền hình  nh vật cần truyền qua hệ thống quang học máy quay (camera) hội tụ catốt quang điện chuyển đổi ảnh –tín hiệu.Ở chuyển đổi này, ảnh quang chuyển đổi thành tín hiệu điện, tức chuyển đổi lượng ánh sáng thành lượng điện, gọi tắt chuyển đổi ảnh –tín hiệu  Hình ảnh tin tức cần truyền đi.Tín hiệu điện mang tin tức hình ảnh, nên gọi tín hiệu hình hay tín hiệu video.Quá trình chuyển đổi ảnh quang thành tín hiệu điện trình phân tích ảnh.Dụng cụ chủ yếu để thực chuyển đổi phần tử biến đổi quang điện, hay gọi ống phát hình  Tín hiệu hình khuếch đại, gia công truyền theo kênh thông tin (hữu tuyến vô tuyến) sang phía thu.Ở phía thu, tín hiệu hình khuếch đại lên đến mức cần thiết đưa đến chuyển đổi tín hiệu – ảnh.Bộ chuyển đổi có tác dụng ngược lại với chuyển đổi phía phát, chuyển đổi tín hiệu hình nhận thành ảnh quang (chuyển đổi lượng điện thành lượng ánh sáng) Quá trình chuyển đổi tín hiệu thành ảnh quang trình tổng hợp ảnh, hay khôi phục ảnh.Dụng cụ để thực chuyển đổi phần tử biến đổi quang – điện, gọi oáng thu hình SVTH Cao Tiến Nhữ Trang Trường ĐHBK Hà Nội Lớp PTH 04 Hệ Thống Mạng Truyền Hình Cáp GVHD: GS Nguyễn Khuyến  Quá trình chuyển đổi tín hiệu – ảnh phải hòan tòan đồng đồøng pha với trình chuyển đổi ảnh – tín hiệu, khôi phục ảnh quang truyền Để thực đồng đồng pha, hệ thống truyền hình phải dùng tạo xung đồng bộ.Xung đồng đưa đến chuyển đổi ảnh – tín hiệu để khống chế trình phân tích ảnh, đồng thời đưa đến khuếch đại gia công tín hiệu hình để cộng với tín hiệu hình truyền sang phía thu, tín hiệu hình cộng thêm xung đồng gọi tín hiệu truyền hình.Ở phía thu, xung đồng tách khỏi tín hiệu hình, để khống chế trình tổng hợp ảnh (khôi phục ảnh) 1.1 TÍN HIỆU VÔ TUYẾN TRUYỀN HÌNH TOÀN PHẦN : - Tín vô tuyến truyền hình toàn phần bao gồm : + Tín hiệu toàn phần : + Tín hiệu tiếng : Các tiêu chuẩn tín hiệu tiếng giống phát hình Do phần ta xét thông số tín hiệu hình Như biết giới có ba hệ truyền hình màu 1- NTSC 2- PAL 3- SECAM Các hệ màu kết hợp với hệ đen trắng màu từ có hệ mang tên khác Ở Việt Nam phát hệ PAL - D/k (các tiêu hệ màu PAL kết hợp với hệ đen trắng OIRT) Nên ta xét khảo sát tiêu chuẩn kỹ thuật, thông số tín hiệu hình toàn phần tín hiệu chuẩn hệ PAL-D 1.1.1 TÍN HIỆU MÀU TOÀN PHẦN CỦA HỆ PAL - D - Tín hiệu màu toàn phần tạo hình tín hiệu chói E y, tín hiệu màu Em, xung đồng màu Esm, xung xóa tổng hợp Ex xung tổng hợp Es Biểu thức biểu thị : Emt = Ey + Em + Esm + Ex + Es Trong : Emt : Tín hiệu màu toàn phần Ey : 0.3 ER + 0.59E + 0.11E (tín hiệu chói) ER : Tín hiệu màu đỏ EG : Tín hiệu màu lục EB : Tín hiệu màu xanh (lam) Em = m1(EB - Ey) sin wt ± m1 (ER - Ey) cos wt (tín hiệu màu) m1, m2 : hệ số điều chế biên độ màu Fm : tần số sóng mang màu Esm : đồng màu SVTH Cao Tiến Nhữ Trang Trường ĐHBK Hà Nội Lớp PTH 04 Hệ Thống Mạng Truyền Hình Cáp GVHD: GS Nguyễn Khuyến Ex : xung xóa tổng hợp Es : xóa tổng hợp kênh truyền hệ PALD 6.5 MHZ 1.2 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA TÍN HIỆU MÀU TOÀN PHẦN 1.2.1> Màu máy thu hình Để định nghóa tần số màu toàn phần cần xác định màu tọa độ màu MKO : Màu đỏ (R) X = 0.67 Y = 0.33 Màu xanh luïc (G) X = 0.27 Y = 0.08 1.2.2> Tín hiệu màu Tín hiệu màu Er, EG, EB tương ứng với màu phần thu (R, G, B) cho sửa phi tuyến đèn hình máy thu 1.2.3> Ánh sáng trắng Khi truyền tín hiệu màu bản, ánh sáng trắng so sánh thu nhập có giá trị giống ER=EG=EB tọa độ ánh sáng trắng XC=0.310; Y=0.316 1.2.4> Tín hiệu chói : Tín hiệu chói tạo tổng hợp tuyến tính tín hiệu màu sau sửa phi tuyến : EY = 0.03ER + 0.5EG = 0.11EB 1.2.5> Tín hiệu dạng hiệu (tín hiệu sắc) Tín hiệu (ER - EY), (EB - EY) tạo thành từ tín hiệu màu sau sửa phi tuyến tín hiệu chói Hai tín hiệu (E r - EY) truyền đồng thời dòng thành phần (Er - EY) truyền ngược pha 180o theo hàng 1.2.6> Tần số sóng mang màu Tần số sóng mang màu cho truyền hiệu : Fm = 4.43361875 MHz ± 5Hz 1.2.7> Tín hiệu sóng mang màu Tín hiệu sóng mang màu cấu tạo từ hai phần màu hiệu (E R - EY), (EB - EY) điều chế sóng mang hình có tần số fm = 4.43361875 MHZ 1.2.8> Xung đồng màu Xung đồng màu tạo pha chuẩn cho tín hiệu mang màu đồng thời xác định đồng chuyển mạch điện tử thành tín hiệu (ER - EY) Xung đồng vai sau xung hóa dòng (hình - ) có khởi điểm bắt đầu xung đồng ; (5,6 + 1) Ms Thời gian kéo dài xung đồng dòng 2.26M s Tương ứng với (10 + 1) chu kỳ dao động sóng mang màu Biên xung đồng màu 0.3V p-p ± 0,03Vp-p SVTH Cao Tiến Nhữ Trang 10 Trường ĐHBK Hà Nội Lớp PTH 04 ... thường dùng là: Chuẩn CCITT T.4 CCITT T.6 JPEG JPIG CCITT H.261 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 Phạm vi ứng dụng Fax, ảnh liệu Fax, ảnh liệu nh Fax, ảnh liệu Điện thoại hình nh, lưu trữ liệu số (DSM) nh, HDTV,... RF 6.1.3 Bộ chia rẽ tín hiệu 6.2 Hệ thống cáp quang 6.2.1 Cáp sợi quang 6.2.2 Nguồn quang mạng HFC 6.2.3 Các thu quang mạng HFC 6.2.4 Khuếch đại quang sợi EDFA 6.3 Modem QAM số RF 6.4 Thiết bị... Chuẩn truyền số liệu mạng truyền hình cáp 6.5.1 Giao thức truyền thông DOCSIS 6.5.2 Chuẩn DBV-RCC 6.6 Các mạng truy nhập quang EDFA WDM đa kênh video AM/QAM 6.6.1 Kiến trúc tính mạng quang đa kenh