Do an tot nghiep_Phuong phap thiet ke mang truyen hinh cap huu tuyen CATV (HFC)

MỤC LỤC
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
Đồ án tốt nghiệp 1

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

BẢNG CHỮ VIẾT TẮT
ADSL
AGC
APD
ATM
BER
CATV
CNR
CO
DFB
DWDM
DBS
DSL
DSLAM
EQ
FDM
FTTC
FTTB
FTTH
FITL
GI
GVD
HDT
HFC
HFPC
HFW
HFR
HPF
ISDN
LPF
MDF
MMDS
NA
ONU
Asymetric Digital Subcriber Loop
Automatic Gain Control
Angled Physical Contact
Asynchronous Transfer Mode
Bit Error Rate
Community Antenna Television
System
Carrier-to-Noise Ratio
Central Office
Distributed Feedback laser
Dense Wavelength Division
Multiplexing
Direct Broatcast Satellite
Digital Subscriber Line
DSL Access Multiplexing
Equalizer
Frequency Division Multiplexing
Fiber To The Curb
Fiber To The Building
Fiber To The Home
Fiber In The Loop
Gratded Index
Group Velocity Dispersion
Host Digital Terminal
Hybrid Fiber/ Coaxial network
Hybrid Fiber Passive/ Coaxial network
Hybrid Fiber/ Wireless network
Hybrid Fiber/ Radio network
Hight Pass Filter
Intergrated Services Digital Network
Low Pass Filter
Main Distribution Frame
Multipoint Multichanel Distribution
Service
Numerical Aperture
Vòng Thuê bao số không đối xứng
Tự điều chỉnh hệ số khuếch đại
Tiếp xúc góc
Phương thức truyền không đồng bộ
Tỉ số lỗi bit
Hệ thống truyền hình cáp cộng đồng
Tỉ số sóng mang trên nhiễu
Tổng đài trung tâm
Laser hồi tiếp phân tán
Ghép kênh phân chia theo mật độ
bước sóng
Vệ tinh quảng bá trực tiếp
Đường thuê bao số
Ghép kênh truy nhập đường thuê bao
số
Khối cân bằng
Ghép kênh phân chia theo tần số
Cáp quang đến khu vực
Cáp quang đến toà nhà
Cáp quang đến gia đình
Cáp quang trong mạng thuê bao
Chỉ số chiết suất Gradient
Tán sắc vận tốc nhóm
Thiết bị đầu cuối số trung tâm
Mạng lai cáp quang/ cáp đồng trục
Mạng HFC thụ động
Mạng lai cáp quang/ không dây
Mạng lai cáp quang/ vô tuyến
Bộ lọc thông cao
Mạng liên kết số đa dịch vụ
Bộ lọc thông thấp
Giá phối dây chính
Dịch vụ phân phối đa điểm đa kênh
Khẩu độ số
Đơn vị mạng quang

OTU
POTS
QPSK
QAM
RF
SDH
SI
STB
SMF
STM
VOD
Optical Network Unit
Optical Terminal Unit
Plain Old Telephone Service
Quadrature Phase Shift Keying
Quadrature Ampliture Modulation
Radio Frequency
Synchronous Digital Hierarchy
Step Index
Set – Top - Box
Single Mode Fiber
Synchronous Transfer Mode
Video On Demand
Đơn vị đầu cuối quang
Dịch vụ thoại thông thường
Điều chế khoá dịch pha cầu phương
Điều chế biên độ cầu phương
Tần số cao tần
Phân cấp số đồng bộ
Chỉ số chiết suất phân bậc
Đầu thu tín hiệu số
Sợi quang đơn mode
Phương thức truyền đồng bộ
Truyền hình theo yêu cầu

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.
Trong quá trình làm đồ án do thời gian hạn hẹp nên không tránh khỏi
những sơ suất và một số nội dung chưa được chi tiết, mong các thầy cô giáo góp ý
và thông cảm.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo cũng như các anh chị trong phòng
thiết kế của công ty truyền hình cáp Hà Nội đã tận tính giúp đỡ trong quá
trình làm đồ án.

CHƯƠNG I -TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH CÁP HỮU TUYẾN
1.1 – Tổng quan về truyền hình cáp
Mạng truyền hình cáp bao gồm 3 thành phần chính: Hệ thống thiết bị tại trung
tâm, hệ thống mạng phân phối tín hiệu và thiết bị thuê bao.
 Hệ thống thiết bị trung tâm
Hệ thống trung tâm (Headend System) là nơi cung cấp, quản lý chương trình
hệ thống mạng truyền hình cáp. Đây cũng chính là nơi thu thập các thông tin quan
sát trạng thái, kiểm tra hoạt động mạng và cung cấp các tín hiệu điều khiển.
Với các hệ thống mạng hiện đại có khả năng cung cấp các dịch vụ truyền
tương tác, truyền số liệu, hệ thống thiết bị trung tâm còn có thêm các nhiệm vụ
như: mã hoá tín hiệu quản lý truy nhập, tính cước truy nhập, giao tiếp với các
mạng viễn thông như mạng Internet...
 Mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp:
Mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp là môi trường truyền dẫn tín hiệu từ
trung tâm mạng đến các thuê bao. Tuỳ theo đặc trưng của mỗi hệ thống truyền
hình cáp, môi trường truyền dẫn tín hiệu sẽ thay đổi: với hệ thống truyền hình cáp
như MMDS môi trường truyền dẫn tín hiệu sẽ là sóng vô tuyến. Ngược lại, đối
với hệ thống truyền hình cáp hữu tuyến (Cable TV) môi trường truyền dẫn sẽ là
các hệ thống cáp hữu tuyến (cáp quang, cáp đồng trục, cáp đồng xoắn ...). Mạng
phân phối tín hiệu truyền hình cáp hữu tuyến có nhiệm vụ nhận tín hiệu phát ra từ
các thiết bị trung tâm, điều chế, khuếch đại và truyền vào mạng cáp. Các thiết bị
khác trong mạng có nhiệm vụ khuếch đại, cấp nguồn và phân phối tín hiệu hình
đến tận thiết bị của thuê bao. Hệ thống mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp là
bộ phận quyết định đến đối tượng dịch vụ, khoảng cách phục vụ, số lượng thuê
bao và khả năng mở rộng cung cấp mạng.

 Thiết bị tại nhà thuê bao
Với một mạng truyền hình cáp sử dụng công nghệ tương tự, thiết bị tại thuê
bao có thể chỉ là một máy thu hình, thu tín hiệu từ mạng phân phối tín hiệu. Với
mạng truyền hình cáp sử dụng công nghệ hiện đại hơn, thiết bị thuê bao gồm các
bộ chia tín hiệu, các đầu thu tín hiệu truyền hình (Set-top-box) và các cáp dẫn...
Các thiết bị này có nhiệm vụ thu tín hiệu và đưa đến TV để thuê bao sử dụng các
dịch vụ của mạng: Chương trình TV, truy nhập Internet, truyền dữ liệu...
1.2 - Vị trí các mạng truyền hình cáp và xu hướng phát triển
Các mạng CATV đã trải qua các giai đoạn phát triển từ mạng tương tự
quảng bá một chiều đồng trục tới mạng HFC tương tác 2 chiều truyền tải các kênh
headend
hub s¬ cÊp
hub thø cÊp
node quang
TAP
M¹ng truyÒn
dÉn
M¹ng ph©n
phèi
M¹ng truy
nhËp
node quang
H×nh 1.2 CÊu h×nh m¹ng truyÒn dÉn vµ ph©n
phèi tÝn hiÖu

Video tương tự/ số và dữ liệu tốc độ cao. Mạng đồng trục băng rộng kiến trúc cây
và nhánh truyền thống được hỗ trợ bởi công nghệ RF phục vụ tốt các dịch vụ
quảng bá và các dịch vụ điểm-đa điểm. Dùng nhiều bộ khuếch đại (30 ÷ 40), có
thể làm giảm chất lượng và tính năng của kênh Video AM-VSB, làm giảm thị
hiếu của khách hàng. Việc sử dụng các kết nối vi ba mặt đất đã giảm số lượng các
bộ khuếch đại, cải thiện được hiệu năng truyền dẫn các kênh quảng bá tương tự.
Sự tiến bộ vượt bậc trong công nghệ sợi quang từ cuối những năm 80 đã
khiến cho công nghiệp truyền hình cáp phát triển mạnh mẽ. Sự ra đời của laser
điều chế trực tiếp DM-DFB 550 MHz và các bộ thu quang hoạt động ở dải bước
sóng 1310 nm đã làm thay đổi kiến trúc truyền thống mạng cáp đồng trục. Mạng
HFC cho phép truyền dẫn tin cậy các kênh Video tương tự quảng bá qua sợi đơn
mode SMF tới các node quang, do đó số lượng các bộ khuếch đại RF đã được
giảm đi rất nhiều. Hơn nữa các nhà điều hành còn thực hiện triển khai thiết bị
headend sử dụng các Ring sợi quang để kết nối giữa headend trung tâm và các
headend thứ cấp hoặc các Hub tại những vị trí quan trọng. Do vậy, các nhà điều
hành cáp có thể hạ giá thành và cải thiện hơn nữa chất lượng và tính hữu dụng của
các dịch vụ quảng bá truyền thống.
Sự phát triển của nhiều thiết bị quan trọng như: Các bộ điều chế QAM, các
bộ thu QAM giá thành hạ, các bộ mã hóa và giải mã tín hiệu Video số, cho phép
các nhà điều hành cáp cung cấp thêm khoảng 10 dịch vụ Video số mới trong các
kênh Video AM/VSB dùng với STB số. Việc triển khai nhanh chóng mạng HFC
750 MHz và một số dịch vụ viễn thông cung cấp khả năng cạnh tranh truy nhập
và nhiều loại hình kinh doanh cho khách hàng tại các thị trường quan trọng.
Vào giữa thập kỷ 1990, kiến trúc mạng HFC đã bắt đầu có hướng phát triển
mới. Cuộc cách mạng này là do những áp lực sau của thị trường:
- Bùng nổ nhu cầu truy nhập dữ liệu tốc độ cao trong các khu vực dân cư.
- Nhu cầu chuyển phát các dịch vụ số tương tác.
- Gia tăng cạnh tranh từ nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông và các nhà cung
cấp dịch vụ DBS (Direct Broadcast Satellite).
- Sự tiến bộ trong công nghệ sợi quang, đặc biệt là laser và bộ thu quang và
quản lý mạng cáp.
Những nhu cầu và áp lực của thị trường đã tác động tới các nhà điều hành cáp
xem lại kiến trúc mạng HFC hiện tại và tiến tới mạng truy nhập CATV DWDM
(Dense Wavelength Division Multiplexing).
1.3 - Các công nghệ truy nhập cạnh tranh

Có nhiều công nghệ truy nhập có thể phục vụ các dịch vụ băng rộng tới
thuê bao. Phần này sẽ cung cấp tổng quan một số công nghệ cạnh tranh cùng
những ưu nhược điểm từng loại.
1.3.1 - Công nghệ ADSL (Asymetric Digital Subscriber Line)
Công nghệ ADSL sử dụng đường dây thoại xoắn đôi hiện có để cung cấp
băng thông yêu cầu cho các dịch vụ băng rộng như truy nhập Internet, thoại hội
nghị, đa phương tiện tương tác và VOD. Công nghệ ADSL được thiết kế để giải
quyết tình trạng tắc nghẽn nghiêm trọng hiện nay trong các mạng thoại giữa tổng
đài trung tâm (CO: Central Office) và thuê bao. ADSL có thể chuyển phát tốc độ
dữ liệu trong khoảng từ 64 kb/s đến 8,192 Mb/s cho kênh đường xuống và tốc độ
trong khoảng 16 kb/s tới 768 kb/s cho các kênh đường lên trong khi vẫn đồng thời
dùng các dịch vụ thoại truyền thống POTS (Plain Old Telephone Service).
ADSL rất phù hợp để đáp ứng nhu cầu truy nhập Internet tốc độ cao.
Đường truyền dẫn ADSL cung cấp tốc độ dữ liệu tới 8 Mbit/s xuống khách hàng
và 640 Kbit/s luồng lên mở rộng dung lượng truy nhập mà không cần lắp đặt thêm
cáp mới. Ngoài ra, việc sử dụng ADSL sẽ chuyển lưu lượng dịch vụ Internet qua
các mạng chuyển mạch gói hoặc ATM giúp hoạt động hiệu quả hơn, giải quyết
được vấn đề tắc nghẽn trên mạng thoại.

Cấu trúc mạng cơ bản :
Mạch vòng thuê bao là một đôi dây đồng xoắn đôi nối cụm thuê bao và
tổng đài trung tâm. Đối với ADSL full-rate (cung cấp tốc độ 6÷ 8 Mbit/s luồng
xuống), bộ Splitter được lắp đặt tại cả hai đầu cuối mạch vòng. Phía khách hàng
modem ADSL mà dây ADSL kết nối tới gọi là khối kết cuối ADSL đầu xa (ATU-
R). ở phía tổng đài, các bộ Splitter được lắp đặt nơi các mạch vòng thuê bao kết
cuối trên giá phối dây chính MDF (Main Distribution Frame), đầu ra có hai đôi
dây. Đôi thứ nhất kết nối tới mạng chuyển mạch thoại để cung cấp dịch vụ thoại
truyền thống. Đôi dây thứ hai kết nối tới khối kết cuối ADSL trung tâm (ATU-C).
Để truyền dẫn hiệu quả, các khối ATU-C được kết hợp với chức năng ghép
kênh tạo nên bộ ghép kênh truy nhập DSL (DSLAM: Digital Subscriber Line
Access Multiplexer) trong tổng đài trung tâm và được kết nối tới mạng các nhà
cung cấp dịch vụ. Số liệu qua ADSL được đóng gói trong các tế bào ATM.
DSLAM cần có khả năng xử lý các tế bào ATM để thực hiện ghép kênh lưu
Intern
et
ChuyÓn m¹ch ATM
SDLA
M
ATU-C
splitter MDF
PSTN
ChuyÓn m¹ch CO
POTS/ISD
N
SPLITTER
ATU-
R
PC
M¹ch
vßng
TB
C¸c ®êng
kh«ng ph¶i
xDSL
POTS/ISD
N
H×nh 1.4 CÊu h×nh hÖ thèng sö dông c«ng
nghÖ ADSL

lượng thống kê. Tổng tốc độ các đường ADSL qua tất cả các khối ATU-C có thể
lớn hơn tốc độ đường STM-1.
 ứng dụng của ADSL
Đặc điểm truyền tốc độ hai chiều không đối xứng của ADSL làm cho kỹ thuật
này phù hợp với hầu hết các ứng dụng yêu cầu băng thông luồng xuống lớn hơn
băng thông luồng lên. VoD là hướng phát triển ban đầu của ADSL nhưng sau đó
truy nhập Internet tốc độ cao nhanh chóng trở thành hướng phát triển chủ yếu.
Ngoài ra còn một số ứng dụng khác đang được phát triển và sử dụng công nghệ
này như sau:
- Telecommuting: Dịch vụ thoại và truy nhập dữ liệu từ xa, cho phép người sử
dụng làm việc tại nhà và kết nối tới cơ sở dữ liệu tại nơi làm việc.
- Dịch vụ truyền video hoặc thông tin thời gian thực: ADSL cho phép phân phối
những ứng dụng băng rộng theo thời gian thực như tin tức, token chứng khoán,
thời tiết ...
- Chương trình đào tạo từ xa: ADSL full-rate với chất lượng dịch vụ đảm bảo có
thể cung cấp luồng video theo tiêu chuẩn MPEG-2 cho phép các trung tâm
giảng dạy gửi video minh hoạ bài dạy và trao đổi trực tiếp với học viên từ
nhiều vị trí.
- Chữa bệnh từ xa: Các bác sĩ có thể chẩn đoán và khám chữa bệnh từ xa.
- Hội nghị truyền hình: Mặc dù dịch vụ này yêu cầu băng thông hai chiều đối
xứng nhưng ADSL full-rate có thể cung cấp một kênh H0 (384× 384Kbit/s)
chuyên dụng ngoài băng thông có sẵn của ADSL cho ứng dụng này trong khi
vẫn đảm bảo phục vụ các ứng dụng khác.
1.3.2 - Fiber-In-The-Loop (FITL)
Công nghệ truy nhập FITL thường dùng cáp quang theo kiến trúc hình sao
(điểm-đa điểm), gồm một họ các kiến trúc như:
- Cáp quang tới tận node FTTN
- Cáp quang tới tận hộ dân cư FTTC
- Cáp quang tới tận hộ thuê bao FTTH
Các hệ thống FITL được phát triển theo hướng tương thích với các dịch vụ,
hệ thống truyền dẫn, hệ thống điều hành của các nhà khai thác nội vùng (LEC).
Kiến trúc nguyên thủy FITL được chỉ ra trong hình 1.5.
Một mạng FITL gồm một kết cuối host số (HDT: Host Digital Terminal)
với các khối ONU trong kiến trúc hình sao, được HDT quản lý. HDT cung cấp
các hoạt động và giao diện cần thiết của hệ thống FITL cho phần còn lại của mạng
LEC.

Ví dụ, HDT có thể tách riêng lưu lượng chuyển mạch nội hạt và ra bên
ngoài để quản lý định tuyến. Các dịch vụ băng rộng như Internet, tương tác đa
phương tiện và thoại được phát tới HDT, HDT có thể được đặt tại CO hoặc tại
đầu xa, như tín hiệu băng gốc. Điều này trái ngược với các mạng HFC, trong đó
các dịch vụ băng rộng được điều chế RF. Tại HDT, tín hiệu số băng gốc được
chuyển mạch và gửi tới các khối mạng băng rộng qua cáp quang. ONU được đặt
gần thuê bao và phục vụ nhiều khách hàng. ONU thực hiện chuyển đổi quang điện
và các chức năng quan trọng khác. Tín hiệu điện sau đó được phát tới thuê bao
qua cáp đồng trục hoặc cáp đồng xoắn đôi. Một khối giao diện mạng đặt tại phía
thuê bao sẽ tách tín hiệu Video, tín hiệu dữ liệu, và tín hiệu thoại như chỉ ra trong
hình 1.5. Tín hiệu Video số được tách kênh và giải mã bởi một STB.
Một kiến trúc FITL khác là FTTH. Như tên gọi của nó, cáp quang sẽ thay
thế cáp đồng trục hoặc cáp đồng xoắn đôi từ ONU đến thuê bao. Sự khác nhau
giữa kiến trúc FTTH và FTTC nằm ở vị trí lắp đặt của ONU.
Video
server
splitt
er
Video
server
t¬ng t¸c
Cæng
Internet
HÖ thèng
truy nhËp
chuyÓn m¹ch
sè
ON
U
C¸p
®ång
trôc
M¹ng
ATM
M¹ng
PSTN
H×nh 1.5 CÊu h×nh hÖ thèng Fiber – in – the –
loop

Trong kiến trúc FTTH, ONU được đặt tại nhà thuê bao. Vì vậy, nhu cầu dùng
công nghệ cáp xoắn đôi ngoài nhà thuê bao được loại bỏ trong kiến trúc FTTH.
Phần mạng giữa HDT và các ONU trở thành mạng quang thụ động, điều này trở
nên rất quan trọng khi nâng cấp trong tương lai. Băng thông rộng sẵn có (hàng
THz) của sợi quang để chuyển phát các dịch vụ băng rộng cho thuê bao là một
trong những ưu điểm của kiến trúc mạng toàn quang này. Với việc dùng công
nghệ WDM, các hệ thống FTTH có khả năng truyền tải tốc độ hàng Gb/s ví dụ
OC-48/STM-16 (2.5GHz) hoặc các dịch vụ băng rộng tương thích với
SONET/SDH tới thuê bao. Hơn nữa, vì mỗi ONU được đặt tại nhà thuê bao, do
vậy không cần thiết công suất ngoài hoặc bảo dưỡng thêm.
Nhược điểm chính của FTTH là giá thành mỗi OTU tương đối cao và chi
phí lắp đặt cáp quang ban đầu. Bất chấp nhược điểm này, kiến trúc FTTH có
nhiều tiềm năng hứa hẹn để cung cấp các dịch vụ băng rộng cho thuê bao.
1.3.3 - Vệ tinh quảng bá trực tiếp DBS (Direct Broadcast Satellite)
Công nghệ DBS dựa trên các vệ tinh đồng bộ địa tĩnh cung cấp các chương
trình truyền hình đa kênh cho các thuê bao có trang bị các bộ thu DBS. Tuy nhiên
ở Việt Nam hiện nay chưa có vệ tinh riêng và cũng chưa có các kênh truyền hình
trả tiền qua vệ tinh riêng. Các chương trình truyền hình qua vệ tinh được cung cấp
bởi các nhà cung cấp dịch vụ nước ngoài và thông qua các vệ tinh nước ngoài.
Người dân muốn đăng ký dịch vụ truyền hình qua vệ tinh cần phải được sự cho
phép của Bộ Văn Hoá Thông Tin. Vì vậy, truyền hình trả tiền qua vệ tinh ở Việt
Nam gặp nhiều hạn chế như: không có kênh truyền hình và ngôn ngữ tiếng việt
đăng ký dịch vụ phức tạp, chi phí thuê bao cao. Chính vì những lý do này mà số
lượng người xem truyền hình qua vệ tinh ở Việt Nam rất ít.
1.3.4 - Dịch vụ phân phối đa điểm đa kênh (MMDS)
(MMDS: Multipoint Multichanel Distribution Service)
Công nghệ truy nhập MMDS là một công nghệ không dây (wireless) khác
được dựa trên các kênh Video tương tự và số quảng bá mặt đất. Kiến trúc cơ bản
MMDS gồm các khối phát vô tuyến MMDS đặt tại các tháp radio cùng với anten,
một anten của thuê bao, một bộ hạ tần và một STB. Mỗi vùng phục vụ được chia
thành các cell có phần giao nhau, mỗi cell có bán kính 40 km. Đối với truyền dẫn
yêu cầu mức tin cậy cao, tầm nhìn giữa anten phát và thu được yêu cầu bình
thường. Vì tầm nhìn luôn không thuận lợi nên nhân tố ảnh hưởng tới chất lượng
chủ yếu trong hệ thống MMDS là tín hiệu fading nhiều đường. Sử dụng công
nghệ MMDS có những thuận lợi và khó khăn sau:

1 – Thuận lợi
Triển khai mạng đơn giản, chi phí thấp: Do môi trường truyền dẫn tín hiệu
MMDS là sóng vi ba (sóng vô tuyến) cho nên khi triển khai mạng đến thuê bao
không cần phải kéo cáp tới tận hộ thuê bao, mà chỉ cần dựng cột anten thu tại thuê
bao sao cho có thể nhìn thấy cột anten phát (tại cột anten của đài THVN) là có thể
thu được tín hiệu và giải mã để xem. Đặc điểm này sẽ giúp nhà cung cấp dịch vụ
MMDS không mất thời gian, công sức và chi phí đào đường rải cáp, đảm bảo mỹ
quan đô thị.
2 – Khó khăn
- Hạn chế vùng phủ sóng: Do sử dụng sóng viba tại dải tần 900MHz để truyền
tín hiệu Video, MMDS đòi hỏi anten phát và anten thu phải nhìn thấy nhau thì
mới thu được tín hiệu tốt. Vì vậy đối với các hộ dân cư nằm ở phía sau các khu
khách sạn cao tầng, các khu cao ốc, việc thu tín hiệu MMDS rất khó thực hiện.
Điều này cũng xảy ra đối với các gia đình ở trong các ngôi nhà thấp, bị các vật
cản như cây cối che chắn. Đât chính là trở ngại lớn cho việc cung cấp dịch vụ
MMDS đến với mọi người dân sử dụng dịch vụ.
- Chịu tác động mạnh bởi nhiễu công nghiệp: Do sử dụng phương thức điều chế
tín hiệu truyền hình tương tự (analog) không có khả năng chống lỗi, lại truyền
bằng sóng vô tuyến, tín hiệu MMDS bị ảnh hưởng rất mạnh bởi các nguồn
nhiễu công nghiệp: nhiễu từ mạng điện lưới, nhiễu từ các thiết bị điện: môtơ
điện, quạt điện… mà không có cách hạn chế và khắc phục. Điều này dẫn đến
giảm chất lượng hình ảnh của dịch vụ MMDS.
- Chịu ảnh hưởng lớn bởi thời tiết: khi thời tiết xấu, ví dụ như mưa to, sét… tín
hiệu MMDS vô tuyến bị suy hao rất lớn trong không gian, dẫn đến giảm mạnh
chất lượng tín hiệu hình ảnh.
- Yêu cầu phổ tần số vô tuyến quá lớn: Muốn có khả năng cung cấp nhiều
chương trình truyền hình tương tự, MMDS đòi hỏi phải có dải tần đủ lớn . Ví
dụ: để có thể cung cấp 13 kênh truyền hình tương tự, MMDS đòi hỏi phải có
dải tần tối thiểu là 13kênh x 8MHz/kênh = 104MHz. Đây là một dải tần vô
tuyến rất lớn, và khi càng tăng số lượng chương trình thì yêu cầu độ rộng băng
tần cũng tăng theo. Trong khi đó phổ tần vô tuyến là nguồn tài nguyên quý giá
đối với mỗi một quốc gia. Không chỉ có dịch vụ truyền hình MMDS, truyền
hình quảng bá mặt đất sử dụng nguồn tải nguyên quý giá này, mà còn rất nhiều
các dịch vụ viễn thông khác cũng như các trạm phát vô tuyến thuộc nghiệp vụ
an ninh – quốc phòng tham gia sử dụng nguồn tài nguyên quý giá này. Vì thế
việc chiếm dụng phổ tần vô tuyến quá lớn của MMDS là không hiệu quả.
- Gây can nhiễu các đài phát vô tuyến khác: Mặc dù được phân một dải tần
riêng, nhưng máy phát MMDS cũng như các máy phát vô tuyến khác luôn sinh

ra các tần số hài bậc cao có thể ảnh hưởng đến các trạm phát vô tuyến nghiệp
vụ khác.
- Khó khăn trong việc cung cấp dịch vụ truyền hình số: Hiện nay việc không sử
dụng MMDS để cung cấp dịch vụ truyền hình là xu hướng thực tế trên thế giới
(do các nhược điểm trên) . Chính vì thế việc các thiết bị phát tín hiệu truyền
hình số MMDS không được phát triển, thêm nữa, các thiết bị giải mã ở phía
thuê bao cũng không được các nhà sản xuất thiết bị nghiên cứu và sản xuất. Do
đó việc ứng dụng truyền hình số để nâng cao chất lượng hình ảnh, dịch vụ của
MMDS sẽ không có tính khả thi.

Một công nghệ gần với MMDS là công nghệ lai ghép giữa cáp quang và
không dây (HFW) hay còn gọi là lai ghép giữa quang và vô tuyến (HFR). Kiến
trúc này tương tự như HFC ở đó một headend trung tâm phát các dịch vụ băng
rộng tới nhiều cell RF qua cáp đơn mode SMF, tới thuê bao được thực hiện qua 2
chiều MMDS.
Có nhiều ưu điểm trong kiến trúc này:
- Tăng độ tin cậy truyền dẫn 2 chiều giữa thuê bao và headend so với kiến trúc
MMDS truyền thống.
- Giảm lắp đặt vùng RF và chi phí bảo dưỡng.
- Kiến trúc này thường phù hợp triển khai trên diện rộng trong các khu vục
thành thị tại đó mạng cáp quang đã được xây dựng.
Khèi ph¸t v«
tuyÕn MMDS
M«i tr
êng
truyÒn
dÉn
STB
Trung
t©m
Khèi h¹ tÇn
H×nh 1.6 CÊu h×nh m¹ng dÞch vô ph©n phèi ®a kªnh
®a ®iÓm MMDS

CHƯƠNG II – KIẾN TRÚC MẠNG TRUYỀN HÌNH CÁP
2.1 - Kiến trúc mạng CATV truyền thống
Hình 2.1 là sơ đồ đơn giản của một mạng cáp toàn đồng trục. Các chương
trình thu được từ vệ tinh hoặc viba tại headend, headend thực hiện nhiệm vụ sau:
- Thu các chương trình (ví dụ từ NBC, CBS, và các mạng cáp như MTV&
ESPN)
- Chuyển đổi từng kênh tới kênh tần số RF mong muốn, ngẫu nhiên hóa các
kênh khi có yêu cầu.
- Kết hợp tất cả các tần số vào một kênh đơn tương tự băng rộng (ghép FDM).
- Phát quảng bá kênh tương tự tổng hợp này xuống cho các thuê bao .
Hình 2.1 Kiến trúc đơn giản mạng CATV truyền thống
Head
end
Cáp fidơ
Cáp
thuê bao
Cáp
trung kế
Thuê
bao
Thuê
bao
Thuê
bao
Chú thích
Pa
d
Bộ khuếch
đại
Spliter
Tap

Hệ thống mạng truyền dẫn bao gồm:
- Cáp chính trung kế (Trunk cable).
- Fidơ cáp: Cáp rẽ ra từ các cáp trung kế
- Cáp thuê bao (Drop cable): Phần cáp kết nối từ cáp nhánh fidơ đến thuê bao hộ
gia đình.
Lưu lượng Video tổng đường xuống phát từ headend và được đưa tới các
cáp trung kế. Để cung cấp cho toàn một vùng, các bộ chia tín hiệu (spliter) sẽ chia
lưu lượng tới các cáp nhánh fidơ từ cáp trung kế. Tín hiệu đưa đến thuê bao được
trích ra từ các cáp nhánh (fidơ cáp) nhờ bộ trích tín hiệu Tap.
Mức tín hiệu suy hao tỷ lệ với bình phương tần số trung tâm khi truyền qua
cáp trục (cáp trung kế, cáp fidơ và cáp thuê bao). Do vậy tín hiệu ở tần số càng
cao suy hao càng nhanh so với tần số thấp. Đó là lý do tại sao các nhà cung cấp
mong muốn ít kênh. Mức tín hiệu cũng bị suy giảm khi đi qua các bộ Spliter và
Tap .
Trên đường đi của tín hiệu, các bộ khuếch đại tín hiệu được đặt ở các
khoảng cách phù hợp để khôi phục tín hiệu bị suy hao. Các bộ khuếch đại được
cấp nguồn nhờ các bộ cấp nguồn đặt rải rác trên đường đi của cáp, các bộ nguồn
này được nuôi từ mạng điện sở tại. Các bộ khuếch đại xa nguồn được cấp nguồn
cũng chính bằng cáp đồng trục: dòng điện một chiều được cộng chung với tín hiệu
nhờ bộ cộng. Đến các bộ khuếch đại, dòng một chiều sẽ được tách riêng để cấp
nguồn cho bộ khuếch đại.
Vì các kênh tần số cao tín hiệu suy hao nhanh hơn nhất là trên khoảng cách
truyền dẫn dài, các kênh tần số cao cần có mức khuếch đại cao hơn so với các
kênh tần số thấp. Do đó cần phải cân bằng công suất trong dải tần phát tại những
điểm cuối để giảm méo. Để phủ cho một vùng, một bộ khuếch đại có thể đặt ở
mức cao, kết quả là cả mức tín hiệu và méo đều lớn. Do vậy tại nhà thuê bao gần
headend cần một thiết bị thụ động làm suy giảm bớt mức tín hiệu gọi là Pad.
Các hệ thống cáp đồng trục cải thiện đáng kể chất lượng tín hiệu thu của
TV. Mặc dù nhiều vùng tín hiệu truyền hình vô tuyến quảng bá thu được có chất
lượng khá tốt nhưng CATV vẫn được lựa chọn phổ biến vì khả năng lựa chọn
nhiều chương trình. Tuy nhiên mạng toàn cáp đồng trục có một số nhược điểm
sau:
 Mặc dù đạt được một số thành công về cung cấp dịch vụ truyền hình, các hệ
thống thuần túy cáp trục không thể thỏa mãn các dịch vụ băng rộng tốc độ cao.
 Dung lượng kênh của hệ thống không đủ để đáp ứng cho phát vệ tinh quảng bá
trực tiếp DBS. Hệ thống cáp đồng trục có thể cung cấp hơn 40 kênh nhưng các
thuê bao DBS có thể thu được gấp 2 lần số kênh trên, đủ cho họ lựa chọn
chương trình. Các mạng cáp yêu cầu cần thêm dung lượng kênh để tăng cạnh
tranh.

 Truyền dẫn tín hiệu bằng cáp đồng trục có suy hao rất lớn, nên cần phải đặt
nhiều bộ khuếch đại tín hiệu trên đường truyền. Do vậy phải có các chi phí
khác kèm theo: nguồn cấp cho bộ khuếch đại, công suất tiêu thụ của mạng tăng
lên… dẫn đến chi phí cho mạng lớn.
 Các hệ thống cáp đồng trục thiếu độ tin cậy. Nếu một bộ khuếch đại ở gần
headend không hoạt động (ví dụ như mất nguồn nuôi), tất cả các thuê bao do
bộ khuếch đại đó cung cấp sẽ mất các dịch vụ.
 Mức tín hiệu (chất lượng tín hiệu) sẽ không đủ đáp ứng cho số lượng lớn các
thuê bao. Do sử dụng các bộ khuếch đại để bù suy hao cáp, nhiễu đường truyền
tác động vào tín hiệu và nhiễu nội bộ của bộ khuếch đại được loại bỏ không hết
và tích tụ trên đường truyền, nên càng xa trung tâm, chất lượng tín hiệu càng
giảm, dẫn đến hạn chế bán kính phục vụ của mạng.
 Các hệ thống cáp đồng trục rất phức tạp khi thiết kế và vận hành hoạt động.
Việc giữ cho công suất cân bằng cho tất cả các thuê bao là vấn đề rất khó.
Để giải quyết các nhược điểm trên, các nhà cung cấp cùng đi tới ý tưởng sử dụng
cáp quang thay cho cáp trung kế đồng trục. Toàn hệ thống sẽ có cả cáp quang và
cáp đồng trục gọi là mạng lai giữa cáp quang và đồng trục (mạng lai HFC). Yêu
cầu đối với hệ thống quang tương tự là duy trì sự tương thích với các thiết bị cáp
kim loại hiện có.
2.2 - Kiến trúc mạng có cấu trúc
2.2.1 - Các đặc điểm cơ bản mạng HFC
 Khái niệm:
Mạng HFC (Hybrid Fiber/Coaxial network) là mạng lai giữa cáp quang và
cáp đồng trục, sử dụng đồng thời cáp quang và cáp đồng trục để truyền và phân
phối tín hiệu. 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.
Mạng HFC bao gồm 3 mạng con (segment) gồm:
- Mạng truyền dẫn (Transport segment)
- Mạng phân phối (Distribution segment)
- Mạng truy nhập (Acess segment)
Mạng truyền dẫn bao gồm hệ thống cáp quang và các Hub sơ cấp, nhiệm vụ
của nó là truyền dẫn tín hiệu từ headend đến các khu vực xa. Các Hub sơ cấp có
chức năng thu/phát quang từ/đến các node quang và chuyển tiếp tín hiệu quang tới
các Hub khác.
Mạng phân phối tín hiệu bao gồm hệ thống cáp quang, các Hub thứ cấp và
các node quang. Tín hiệu quang từ các Hub sẽ được chuyển thành tín hiệu điện tại
các node quang để truyền đến thuê bao. Ngược lại trong trường hợp mạng 2 chiều,

tín hiệu điện từ mạng truy nhập sẽ được thu tại node quang và chuyển thành tín
hiệu quang để truyền đến Hub về headend.
Mạng truy nhập bao gồm hệ thống cáp đồng trục, các thiết bị thu phát cao
tần có nhiệm vụ truyền tải các tín hiệu cao tần RF giữa node quang và các thiết bị
thuê bao. Thông thường bán kính phục vụ của mạng con truy nhập tối đa khoảng
300m.
 Hoạt động của mạng:
Tín hiệu Video tương tự cũng như số từ các nguồn khác nhau như: Các bộ
phát đáp vệ tinh, nguồn quảng bá mặt đất, Video sever được đưa tới headend
trung tâm. Tại đây tín hiệu được ghép kênh và truyền đi qua Ring sợi đơn mode
(SMF). Tín hiệu được truyền từ headend trung tâm tới thông thường là 4 hoặc 5
Hub sơ cấp. Mỗi Hub sơ cấp cung cấp tín hiệu cho khoảng hơn 150.000 thuê bao.
Có khoảng 4 hoặc 5 hub thứ cấp và headend nội hạt, mỗi hub sơ cấp chỉ cung cấp
cho khoảng 25000 thuê bao. Hub thứ cấp được sử dụng để phân phối phụ thêm
các tín hiệu video tương tự hoặc số đã ghép kênh với mục đích giảm việc phát
cùng kênh video tại các headend sơ cấp và thứ cấp khác nhau. Các kênh số và
tương tự của headend trung tâm có thể cùng được chia xẻ sử dụng trên mạng
backbone. Mạng backbone được xây dựng theo kiến trúc Ring sử dụng công nghệ
SONET/SDH hoặc một số công nghệ độc quyền.
Các đặc điểm của SONET/SDH được định nghĩa cấp tốc độ số liệu chuẩn từ tốc
độ OC-1 (51,84 Mb/s)/STM-1 (155,52 Mb/s) tới các tốc độ gấp nguyên lần tốc độ
này.
Trong mạng SONET/SDH, tín hiệu Video tương tự được số hoá, điều chế,
ghép kênh TDM và được truyền ở các tốc độ khác nhau từ OC-12/STM-4 (622
Mạng truyền dẫn
(backbone)
Mạng phân phối Mạng truy nhập
Hình 2.2 Kiến trúc mạng HFC

Mb/s) tới OC-48/STM-16 (2448 Mb/s). ở đây sử dụng kỹ thuật ghép kênh thống
kê TDM để tăng độ rộng băng tần sử dụng. Ghép kênh thống kê TDM thực hiện
cấp phát động các khe thời gian theo yêu cầu để thực hiện các dịch vụ có tốc độ
bít thay đổi qua mạng SONET/SDH. Để giảm chi phí lắp đặt, phần lớn các nhà
điều hành CATV lựa chọn sử dụng thiết bị tương thích với chuẩn SONET/SDH,
tuỳ theo các giao diện mạng. Dung lượng node quang được xác định bởi số lượng
thuê bao mà nó cung cấp tín hiệu. Node quang có thể là node cỡ nhỏ với khoảng
100 thuê bao hoặc cỡ lớn với khoảng 2000 thuê bao.
2.2.2 - Ưu và nhược điểm của mạng HFC
- Sử dụng cáp quang để truyền tín hiệu, mạng HFC sẽ sử dụng 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 (1014
÷
1015
Hz). 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.
- 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 mất
43 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. Được chế tạo từ các chất trung tính là Plastic và thủy tinh, 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. Theo
kinh nghiệm của các nhà điều hành mạng cáp của châu Âu và châu Mỹ, trục trặc
của mạng truyền hình cáp phần lớn xảy ra do các bộ khuếch đại và các thiết bị
ghép nguồn cho chúng. Các thiết bị này nằm rải rác trên mạng, vì thế việc định vị,
sửa chữa thông thường không thể thực hiện nhanh được nên ảnh hưởng đến chất
lượng phục vụ khách hàng của mạng. 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 dẫ đến độ ổn định của mạng giảm. Hiện nay xu
hướng trên thế giới đang chuyển dần sang sử dụng mạng truy nhập thụ động, tại

đó không sử dụng bất cứ một thiết bị tích cực nào nữa, mà chỉ còn các bộ chia tín
hiệu, các bộ ghép định hướng và các bộ trích tín hiệu thụ động. 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.
- 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.

2.2.3 - 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 nhất nên trong phạm vi đồ án này em chỉ xét
cấu trúc mạng HFC và phương pháp thiết kế mạng này.
Hình 2.3 Cấu trúc mạng HFPC
Mạng truyền dẫn
(Backbond)
Mạng phân phối Mạng truy nhập
Bộ chia
Bộ chia

CHƯƠNG III – CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRONG MẠNG QUANG
3.1 – Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Headend
3.1.1 - Sơ đồ khối cơ bản của Headend
1/ Khối RF/IF là khối chuyển đổi từ tín hiệu cao tần (RF) của truyền hình quảng
bá lên tín hiệu trung tần (IF) của hệ thống truyền hình cáp (hay còn gọi là bộ
upconverter).
2/ Khối thu tín hiệu vệ tinh là khối có chức năng chuyển đổi từ tín hiệu vệ tinh (là
hai tín hiệu audio và video tách biệt) có tần số cao xuống tín hiệu trung tần (IF)
của hệ thống truyền hình cáp (gọi là bộ downconverter).
3/ Khối IF/IF là bộ lọc trung tần có chức năng lọc đúng tần số của kênh truyền
hình cần thu.
4/ Khối IF/RF là khối chuyển đổi từ tín hiệu trung tần lên tín hiệu cao tần trong
dải tần của hệ thống truyền hình cáp để ghép kênh và truyền lên mạng đến thuê
bao.
5/ Khối combiner là khối kết hợp kênh hay còn gọi là khối ghép kênh nó có chức
năng ghép các kênh truyền hình thu được từ truyền hình quảng bá và từ vệ tinh
vào một dải tần đường xuống (65MHz ~ 862MHz) của hệ thống truyền hình cáp
theo phương thức ghép kênh theo tần số (FDM).
6/ Khuếch đại RF là bộ khuếch đại tín hiệu cao tần trước khi đưa vào bộ chia tín
hiệu cao tần để vào máy phát.
7/ Máy phát quang có chức năng chuyển đổi từ tín hiệu điện thành tín hiệu quang
và ghép nó vào sợi quang để truyền đi.

RF
RF
RF
RF
RF
RF
RF
RF
RF
RF
RF
RF
RF
RF
IF
IF
IF
IF
IF
IF
IF
IF
IF
IF
IF
IF
IF
IF
IF
IF
IF
IF
IF
IFIF
IF
IF
IF
A/V
A/V
A/V
A/V
A/V
A/V
IF
IF
IF
IF
Thuvệ
tinh(IF)
Thuvệ
tinh(IF)
Thuvệ
tinh(IF)
Thuvệ
tinh(IF)
Thuvệ
tinh(IF)
Thuvệ
tinh(IF)
Combiner
RF
IS
Phát quang
(Tx)
Sợi quangCáp đồng trục
Hình 3.1 Trung tâm Headen
IS
ISIS
IS

3.1.2 - Nguyên lý hoạt động của Headend
Các chương trình quảng bá mặt đất (VTV1, VTV2, VTV3, …) được thu
qua các anten VHF (very hight friquency), 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 từ 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 các kênh 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 (downconverter) để chuyển 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.

3.1.3 - Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy phát quang
3.1.3.1 – Cấu tạo
Máy phát quang bao gồm 3 khối chính như sau:
+ Bộ lập mã có chức năng chuyển các mã đường truyền khác nhau (RZ, NRZ,
AMI…) thành mã đường truyền thích hợp trên đường truyền quang, thường là mã
Manchester.
+ Bộ điều khiển có chức năng chuyển tín hiệu vào biểu diễn theo áp thành tín hiệu
biểu diễn theo dòng phù hợp với nguồn laser. Vì nguồn laser chỉ làm việc với tín
hiệu dòng.
+ Nguồn quang trong trường hợp này dùng nguồn laser loại phân bố phản hồi
(DFB) để nâng cao chất lượng tín hiệu. Có các loại nguồn quang thường dùng
sau:
1/ Laser điode có khoang cộng hưởng Fabry – perot
Laser đioe có cấu trúc dị thể kép như LED , nhưng có khả năng khuếch đại. Để
đạt được mục đích này thường dùng khoang cộng hưởng Fabry-perot, bằng cách
mài nhẵn hai đầu dị thể kép thành hai gương phản xạ như hình 3.2a. Cấu trúc này
của laser diode được viết tắt là FP-LD.
Khoảng cách hai gương trong laser diode Fabry-perot là L. các gương này
có khả năng tạo ra hồi tiếp tích cực, tức là sự quay lại của các photon kích thích
trong vùng hoạt tính sẽ kích thích nhiều photon hơn. Ánh sáng đi ra ngoài qua hai
gương phản xạ.
Xét điều kiện khuếch đại trong laser diode Fabry-perot: một sóng truyền từ
gương bên trái tới gương bên phải, như hình 3.3b. Tại gương bên phải, sóng này
sẽ phản xạ và tiếp tục truyền như thế. Dạng sóng này gọi là sóng đứng. Để trong
buồng cộng hưởng chỉ có sóng với bước sóng ổn định thì nó phải là sóng đứng.
Yêu cầu vật lý này có thể được viết như sau:
N = (3.1)
Bộ lập
mã
Bộ điều
khiển
Nguồn
quang
Hình 3.2 Sơ đồ khối máy phát tín hiệu quang
Tín hiệu
vào
Tín hiệu
quang ra
Ip

Trong đó:
L: là khoảng cách hai gương
N: là số nguyên
Để thoả mãn điều kiện cộng hưởng, hai gương phản xạ phải cách nhau một
khoảng là L bằng số nguyên lần nửa bước sóng.
Quá trình phát xạ của FP-LD được thực hiện khi một vài bước sóng cộng hưởng
nằm trong đường cong khuếch đại có hệ số khuếch đại lớn hơn suy hao, như trong
hình 3.3c
Vùng hạn chế
Vùng hạn chế
GươngVùng hoạt tính
∆ λ
λ
(nm)
Côngsuấtđầura(mW)
L
(a)
(b)
(c)
Hình 3.3 Laser Fabry-perot: (a) Cấu tạo của khoang cộng
hưởng; (b) Hình thành sóng đứng trong khoang cộng hưởng;
(c) Phổ phát xạ của FP-LD

Đặc tính P – I của laser diode như hình 3.4. Đặc tính phổ của FP – LD như hình
3.3d.
2/ Laser diode DFB (Distributed FeedBack)
Nguyên lý hoạt động của laser DFB là sư dụng hiện tượng phản xạ Bragg
vào mục đích nén các mode bên trong và chọn lọc tần số. Trong thiết bị này
buồng cộng hưởng Fabry-perot được thay thế bằng cách tử nhiễu xạ (Hình 3.5).
Sóng quang lan truyền song song với cách tử, do cách tử có cấu trúc tuần
hoàn chu kỳ tạo hiện tượng giao thoa giữa hai sóng ghép la truyền ngược nhau.
Để hiện tượng giao thoa sóng xảy ra thì sau một chu kỳ của cách tử pha của sóng
phải thay đổi 2π m, trong đó m là số nguyên, được gọi là bậc nhiễu xạ Bragg tức
là:
2π m = 2Λ (3.2)
Với neff là chiết suất hiệu dụng của mode (neff ≈ 3,4 đối với bước sóng
1550nm InGaAsP laser). Λ là chu kỳ cách tử, hệ số 2 xuất hiện trong biểu thức
trên vì ánh sáng phải phản xạ hai lần để trùng pha với pha của sóng tới.
Dòng (mA)
Côngsuấtra(mW)
Hình 3.4 Đặc tính P – I của laser diode
0

Nếu điều kiện (3.2) không thoả mãn thì ánh sáng tán xạ từ cách tử sẽ giao
thoa triệt tiêu lẫn nhau, kết quả là sóng không thể lan truyền đi được. Khi m = 1
thì bước sóng λ B được gọi là bước sóng Bragg bậc 1 và:
λ B = 2Λ neff (3.3)
Công thức (3.3) là trường hợp đặc biệt của định luật Bragg và nếu m = 1
đơn vị thì sóng được gọi là thoả mãn điều kiện Bragg thứ nhất. Ngoài ra cũng có
thể ánh sáng phản xạ thoả mãn điều kiện Bragg thứ hai. Thực tế thì khi m = 2,
chu kỳ cách tử tăng lên và dễ chế tạo hơn. Lưu ý rằng cách tử không nằm trong
lớp hoạt tính nguyên nhân là do cách tử nằm trong vùng hoạt tính sẽ gây ra sự
chuyển vị bề mặt và điều này sẽ làm tăng tỷ lệ tái hợp không bức xạ. Lớp cách tử
được thực hiện nhờ công nghệ quang khắc hoặc công nghệ ăn mòn hoá học.
Đặc tuyến P-I của laser được thể hiện như trong hình 3.4 và chức năng điều
chế tín hiệu tương tự được thể hiện như trong hình3.6a và điều chế tín hiệu số
được thể hiện như trong hình 3.6b. Ở đây logic 0 tương ứng với trạng thái tối và
logic 1 tương ứng với trạng thái sáng của ánh sáng laser. Một tín hiệu thay đổi
thẳng từ giá trị dưới ngưỡng đến giá trị trên ngưỡng của đặc tuyến laser (dòng
bơm).
Hình 3.5 Cấu trúc diode laser hồi tiếp phân tán DFB
P
Λ
Lớp tiếp xúc
Cách tử
Lớp tiếp xúc
Vùng hoạt
tính
n

Tín hiệu quang đầu ra
Tín hiệu điện đầu vào
Hình 3.6.(a) Điều chế tín hiệu số
IF
(mA)Ith
Ib
P(mW
)
Tín hiệu quang đầu ra
Tín hiệu điện đầu vào
Hình 3.6.(b) Điều chế tương tự
IF
(mA)Ith
Ib
P(mW
)

3.1.3.2 – Hoạt động của máy phát
Tín hiệu cao tần RF qua bộ lập mã (nếu là tín hiệu số thì nó sẽ được chuyển
đổi mà đường truyền hiện tại thành mã đường truyền thích hợp cho đường truyền
quang thường là mã Manchester) sau đó tín hiệu được đưa vào bộ điều khiển để
chuyển tín hiệu điện áp thành tín hiệu dòng bơm thích hợp cho nguồn laser và
nguồn laser có chức năng chuyển tín hiệu điện đó thành tín hiệu ánh sáng và ghép
vào sợi quang qua bộ nối.
3.2 – Cấu tạo và hoạt động của node quang
1 - Sơ đồ khối của node quang 4 cổng ra:
2 - Cấu tạo của node quang bao gồm các khối cơ bản sau:
01
03
02
04 05
06
TP1
RF1
0708
RF2
RF3
RF4
TP2
TP3
TP4
Hình 3.7 Sơ đồ khối của node quang 4 cổng ra

(01) Khối thu quang có chức năng thu tín hiệu từ tuyến đến và sau đó chuyển
thành tín hiệu cao tần (RF)
(02) Khối khôi phục tín hiệu: khối này bao gồm các bộ chia tín hiệu, bộ suy hao
(pad), bộ khuếch đại, chúng Có chứ năng lần lượt là chia đều tín hiệu cho các
cổng khác, điều chỉnh mức tín hiệu phù hợp với yêu cầu đầu ra và khuếch đại tín
hiệu.
(03) Khối khuếch đại công suất trước khi đưa ra đầu ra.
(04) Khối Diplexer ba cổng: có chức năng rẽ tín hiệu đường xuống và đường lên.
Tín hiệu có đường xuống sẽ đi theo cổng H (Hight) còn đường lên sẽ theo cổng L
(Low).
(05) Là các bộ rẽ tín hiệu (trích tín hiệu ra ) để kiểm tra.
(06) Là khối kết hợp (Combiner) tín hiệu từ hai cổng theo hướng lên (Hướng trở
về trung tâm)
TP (Test Point): là đầu kiểm tra,tại mỗi đầu ra sẽ có một đầu kiểm tra tín hiệu
được trích ra bằng khối chia tín hiệu.
3 - Nguyên lý hoạt động của node quang
Tín hiệu quang tại đầu vào được chuyển thành tín hiệu cao tần (RF) qua
điốt 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 (5MHz ÷ 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.
4 - 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 cân
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 108dBµ V. Khoảng bước sóng

hoạt động là từ 1270 ÷ 1550nm, trong truyền hình cáp dùng cửa sổ quang 1310nm
để có suy hao trên sợi quang thấp.
3.3 – Sợi quang
3.3.1 - Cấu tạo và dạng sợi quang
Để truyền lan được ánh sáng, một sợi quang cơ bản có cấu tạo như hình
3.8. Mặc dù trên thực tế, sợi quang có thể có nhiều lớp nhưng chỉ có hai lớp cơ
bản là lớp lõi (core) và lớp vỏ (cladding) đóng vai trò quan trọng trong quá trình
truyền lan ánh sáng. Cả lớp lõi và lớp vỏ được chế tạo từ thuỷ tinh Silic, tuy nhiên
chúng có chiết xuất khác nhau, lõi có chiết xuất lớn hơn vỏ để đảm bảo điều kiện
phản xạ để có thể duy trì việc truyền lan ánh sáng bên trong lõi sợi quang. Chênh
lệch chiết xuất giữa lớp lõi và lớp vỏ thường khoảng một vài phần trăm. Hầu hết
các loại sợi quang đều có đường kính lớp vỏ khoảng 125µ m. Bên ngoài lớp vỏ
này thường là một vài lớp bọc bảo vệ để tránh sự tác động cơ học vào sợi gây biến
đổi các đặc tính cơ lý của sợi.
3.3.2 - Sợi đơn mode và sợi đa mode
Khi ánh sáng truyền lan bên trong lõi của một sợi quang phụ thuộc vào hệ
số khúc xạ của lõi (hệ số khúc xạ là hằng số hoặc thay đổi), có thể có các phân bố
trường điện từ khác nhau qua mặt cắt của sợi. Mỗi một phân bố thường thoả mãn
phương trình Maxwell và các điều kiện biên tại mặt phân cách lõi-vỏ được gọi là
một mode quang (Transverse mode). Các mode khác nhau truyền lan dọc trên sợi
quang ở các vận tốc khác nhau. Sợi quang cho phép lan truyền chỉ một mode duy
nhất được gọi là sợi quang đơn mode (single mode fiber). Sợi quang cho phép
Lớp vỏ bảo vệ
Hình 3.8 Cấu tạo sợi quang
Vỏ
Lõi

truyền lan nhiều mode đồng thời được gọi là sợi quang đa mode (Multimode
fiber).
Điều mấu chốt trong việc thiết kế, chế tạo sợi để truyền đơn mode là đường
kính lõi sợi phải nhỏ, xuất phát từ mối quan hệ giữa bước sóng cắt của sợi với
đường kính lõi. Bước sóng cắt λ c là bước sóng mà trên sợi chỉ có một mode được
truyền và được tính như sau:
λ c = (3.4)
Trong đó:
V = 2,405 đối với sợi có chiết xuất bậc (SI fiber)
a[µ m]: là bán kính của lõi
(a)
(c)
(b)n1
n2
2a
2a
2a
n1
n1
n2
n2
Hình 3.9 Mặt cắt và các tia sáng truyền trong (a) sợi đa mode chiết
xuất phân bậc, (b) sợi đa mode chiết xuất Gradien và (c) sợi đơn
mode chiết xuất phân bậc

n1 là chiết xuất của lõi
n1 là chiết xuất của vỏ
Khi đương kính lõi của sợi đơn mode không lớn hơn nhiều so với bước
sóng thì sẽ có một sự phân chia công suất đáng kể ở lớp vỏ. Vì thế cần phải định
nghĩa một tham số khác được gọi là đương kính trường mode (Mode Field
Diameter). Một cách trực giác, đó chính là độ rộng của trường mode. Đặc biệt,
đường kính trường mode chính là trung bình bình phương độ rộng của trường nếu
phân bố trương theo Gauss. Khi phân bố trường không phải dạng Gauss thì có
nhiều cách định nghĩa đường kính trường mode.
3.3.3 - Các đặc tính của sợi quang
3.3.3.1 – Suy hao
- Công suất quang truyền lên sợi giảm theo quy luật hàm số mũ:
P(z) = P(0).10(-z)
(3.5)
Trong đó:
P(0)[mW]: là công suất quang đầu sợi
P(z)[mW]: là công suất quang ở cự ly z
α là hệ số suy hao
- Độ suy hao của sợi quang được tính bởi công thức:
A[dB] = -10lg (3.6)
Trong đó:
P1[dBm]: là công suất quang đầu vào
P2[dBm]: là công suất quang đầu ra
- Hệ số suy hao trung bình (suy hao trên một đơn vị chiều dài):
α [dB/km] = (3.7)
Trong đó:
A[dB]: là độ suy hao của sợi quang
L[km]: là chiều dài sợi quang
3.3.3.2 – Các nguyên nhân gây nên suy hao
có 4 yếu tố gây suy hao cơ bản như sau:
1 – Suy hao hấp thụ của vật liệu
Ánh sáng truyền lan trong sợi quang bị hấp thụ do các vật liệu sợi và được
biến đổi thành nhiệt gây nên suy hao mà không lọt ánh sánh ra ngoài. Có hai dạng
suy hao hấp thụ vật liệu cơ bản là suy hao do bản thân sợi quang và suy hao do có
tạp chất trong thuỷ tinh chế tạo sợi quang. Suy hao do bản thân vật liệu sợi là do

các cộng hưởng nguyên tử của vật liệu sợi. Trên hình 3.9 cho chúng ta thấy sự hấp
thụ xảy ra ở cá hai miền hồng ngoại và cực tím. Sự hấp thụ không phải do bản
thân vật liệu chế tạo sợi gây ra bởi các cộng hưởng nguyên tử của các thành phần
khác còn gọi là tạp chất như các ion kim loại, ion Hydroxyn và các liên kết OH
mà tần số cộng hưởng cơ bản của nó ở bước sóng 2.8µ m. Do liên kết OH có thể
hấp thụ ánh sáng tại tần số cộng hưởng và các sóng hài, do đó có nhiều đỉnh hấp
thụ tại các bước sóng 2.8/(n + 1) µ m, ví dụ như ở 1.4µ m, 0.93µ m và 0.7µ m
(với n = 1,2 và 3) như thể hiện ở hình 3.10. Các đỉnh hấp thụ khác như là đỉnh ở
1.24µ m là do tác động giữa liên kết OH và SiO2.

2 – Suy hao do tán sắc
Có 4 loại suy hao tán sắc trong sợi quang là Rayleigh, Mie, Brillouin và
Raman mà trong đó quan trọng nhất là suy hao do tán sắc Rayleigh. Suy hao do
tán sắc Rayleigh tỉ lệ thuận với 1/λ 4
và được tính như sau:
α R = CR[dB/km] (3.8)
Ở đây, CR được gọi là hệ số tán sắc Rayleigh. Giá trị thực tế đo được thể
hiện ở hình 3.10 và nằm trong khoảng từ 0.8 ÷ 1.0 (dB/km)/(µ m)2
và là một hàm
của chênh lệch chiết xuất giữav lõi với vỏ, đường kính lõi và kiểu của vật liệu.
Nói một cách tổng quát, chênh lệch chiết xuất giữa lõi và vỏ càng lớn thì suy hao
do tán sắc Rayleigh càng lớn.
Suy hao tổng bao gồm suy hao vật liệu và suy hao do tán sắc Rayleigh được
thể hiện như ở hình 3.10 cho thấy có hai cửa sổ thấp ở 1.3µ m và 1.55µ m. Do
vậy hầu hết các nguồn quang thường hoạt động ở các bước sóng đó để có suy hao
là nhỏ nhất.
Suy hao tổng
Tán xạ Rayleigh
Hấp thụ
cực tím
Hấp thụ
hồng ngoại
OH
850nm
1.cửa sổ
1300nm
2.cửa sổ
1550nm
3.cửa sổ
0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
0
1
2
3
4
5
ion OH
Bước sóng λ
(µ m)
Suyhao
(dB/km)
Hình 3.10 Suy hao tổng của sợi quang

Các tán sắc Rayleigh và Mie là các tán sắc tuyến tính, trong đó công suất
một mode của từng loại thiết bị biến thành mode bức xạ bởi tính không đồng nhất
của chỉ số chiết xuất (Rayleigh) hoặc tính không đồng nhất của bề mặt dẫn sóng
(Mie). Các tán cắc Brillouin và Raman là các tán sắc không tuyến tính , trong đó
công suất một mode của từng loại bị biến thành một mode có tần số khác. Tán sắc
Brillouin có thể coi như một sự điều chế sóng mang ánh sáng bởi sự dao động
phân tử nhiệt, tần số của ánh sáng bị điều chế sẽ bị dịch lên hoặc dịch xuống so
với tần số sóng mang vốn có. Tán sắc Raman giống như tán sắc Brillouin. Thực
tế, cả hai tán sắc Brillouin và Raman cần công suất lớn, thông thường 100mW với
Brillouin và 1W với Raman. Vì thế chúng không đáng kể khi công suất được
truyền chỉ cỡ vài mW.
3 – Suy hao uốn cong
Tín hiệu trong sợi quang còn chịu suy hao bức xạ tại các điểm uốn cong bởi
các mode vi phân được tạo ra. Trong thực tế, suy hao uốn cong không đáng kể trừ
khi bán kính uốn cong sợi quá nhỏ, do vậy thường bỏ qua suy hao uốn cong này.
Tuy nhiên khi tuyến truyền dẫn quang dài và có nhiều điểm uốn cong thì suy hao
do uốn cong có thể đáng kể. Khi đó cần sử dụng các sợi có đường kính trường
mode nhỏ hơn để giảm suy hao uốn cong.
4 – Suy hao ghép nối và mối hàn
Tín hiệu quang còn bị suy hao tại điểm kết nối giữa hai sợi bằng bộ ghép
nối hoặc mối hàn. Suy hao này gây ra bởi nhiều nguyên nhân sau đây:
- Suy hao bởi các yếu tố bên ngoài:
+ Không đồng tâm giữa hai lõi sợi
+ Mặt cắt sợi bị nghiêng
+ Có khe hở giữa hai đầu sợi được nối với nhau
+ Bề mặt đầu sợi không phẳng
- Suy hao bởi các yếu tố nội tại:
+ Lõi sợi bị elip
+ Không tương thích về chiết xuất
+ Không đồng nhất về đường kính trường mode
Thông thường suy hao nối ghép khoảng 0.2dB và suy hao mối nối khoảng
0.05dB.
3.3.4 - Độ nhạy thu và quỹ công suất
Do suy hao sợi quang, công suất ánh sáng sẽ bị suy giảm khi lan truyền và
suy hao sợi sẽ hạn chế cự ly liên lạc và tốc độ bít. Giới hạn suy hao đó có thể
được thấy rõ thông qua khái niệm độ nhạy thu và quỹ công suất.

1 - Độ nhạy thu
Trong mỗi hệ thống viễn thông, một công suất thu tối thiểu cần thiết phải
có để đạt được các đặc tính nhất định, công suất thu tối thiểu đó được gọi là độ
nhạy thu. Nếu công suất tín hiệu thu được thấp hơn công suất tối thiểu cần thiết
thì hệ thống sẽ không thoả mãn các chỉ tiêu kỹ thuật hoặc thậm chí có thể không
làm việc được.
2 – BER của truyền dẫn số
Trong truyền dẫn số, phẩm chất được đánh giá dựa trên thông số BER mà
nó là phần trăm các bít lỗi thu được. Một nguyên nhân cơ bản gây ra các bít lỗi
chính là tạp âm. Công suất tín hiệu càng lớn hơn công suất tạp âm thì BER càng
nhỏ. Từ kết quả các nghiên cứu, BER đối với các tạp âm trắng phân bố Gauss
(chính là tạp âm nhiệt) được tính như sau:
Với tỉ số tín hiệu trên tạp âm SNR >>1.
Nếu BER yêu cầu nhỏ hơn 10-9
thì SNR sẽ phải ít nhất là 36 lần tức là
16dB. Vì vậy, với một công suất tạp âm tổng cộng đã cho của hệ thống, độ nhạy
thu sẽ phải gấp 36 lần công suất tạp âm.
3 – Quỹ công suất
Quỹ công suất được định nghĩa là hiệu số giữa mức công suất phát và công
suất thu cần thiết và được tính theo công thức:
Bp = (3.10)
Hoặc:
BD[dB] = PTx[dBm] – PRxmin[dBm] (3.11)
Với: PTx[dBm]: là công suất phát
PRxmin[dBm]: là công suất thu tối thiểu cần thiết (độ nhạy thu)
Như vậy, suy hao tổng cộng trên đường truyền phải thấp hơn quỹ công suất.
Trong sợi quang, suy hao được tính theo dB/km. Nếu một sợi quang có độ dài
L[km] và có suy hao α sợi[dB/km] thì suy hao tổng cộng của sợi là α sợi.L[dB]. Vì
vậy ta cần có:
α sợi.L + α ghép nối.N + Aloss ≤ Quỹ công suất (3.12)
Trong đó:
α sợi[dB/km]: là suy hao sợi
BER = ) ∫
∞
SNR
e -
dx = Q() ≈ ) e
-
(3.9)

α ghép nối[dB/mối hàn]: là suy hao mỗi ghép nối
N: là tổng số điểm ghép nối trên tuyến truyền dẫn
Alos[dB]: là các suy hao khác
Quỹ công suất có thể được cải thiện bằng một số cách, ví dụ như: có thể
tăng PTx bằng cách tăng công suất ra của laser hoặc giảm PRxmin bằng các bộ tách
sóng quang dạng thác lũ (Avalanche Photodetector). Quỹ công suất còn có thể
tăng lên bằng cách sử dụng các bộ khuếch đại quang mà chúng có thể rất quan
trọng trong các hệ thống thông tin xuyên đại dương bởi ở các hệ thống này thì suy
hao là yếu tố vô cùng quan trọng ảnh hưởng đến hệ thống.
3.3.5 - Các giới hạn bởi suy hao
Từ biểu thức về quỹ công suất (3.12) ta thấy cự ly truyền dẫn bị hạn chế
bởi:
Lmax = {10lgPTx – 10lgPRxmin - Aloss} (3.13)
Trong đó:
α sợi[dB/km]: là suy hao sợi
PTx[dBm]: là công suất phát
PRxmin[dBm]: là độ nhạy thu để đảm bảo chất lượng truyền dẫn nhất
định.
Alos[dB]: là các suy hao khác
Nếu công suất ra PTx của bộ phát và suy hao sợi quang α sợi là cho trước thì
khoảng cách liên lạc có thể đạt được phụ thuộc cơ bản vào PRxmin.
Ví dụ: Nếu PTx = 0dBm, PRxmin = -45dBm, α sợi = 0.2dB/km, N = 2 và các
suy hao khác trên hệ thống Aloss = 5dB thì ta có:
Quỹ công suất = 45dB.
Từ đó ta tính được khoảng cách tối đa:
Lmax = (45 – 5 -2)/0.2 = 190[km]
3.3.6 - Truyền lan ánh sáng trong sợi quang
Ngoài vấn đề suy hao, tán sắc sợi (Dispersion) cũng là một yếu tố hạn chế
khác đến việc truyền dẫn sóng ánh sáng. Tán sắc là một hiện tượng mà các photon
(tức là các mode) có tần số khác nhau truyền lan với các vận tốc khác nhau. Do
vậy, một xung ánh sáng sẽ trở nên rộng hơn và chồng lấn lên nhau khi nó truyền
lan trên sợi quang. Trong phần này sẽ đi vào cơ sở vật lý của việc truyền lan ánh
sáng trong sợi quang, sau đó sẽ đề cập đến các dạng tán sắc khác nhau trong sợi
và các hạn chế do tán sắc. Việc truyền lan tín hiệu trong sợi quang có thể được mô
tả bằng phương pháp quang hình hoặc bằng các hàm Maxwell có thể thể hiện một

cách chính xác, tuy nhiên rất phức tạp. Để đơn giản trong đồ án này chủ yếu xem
xét bản chất vật lý của việc truyền sóng với một mức độ toán học đơn giản nhất.
3.3.6.1 – Truyền lan tín hiệu trong sợi quang
Để truyền được trong sợi quangthì tia sáng phải tuân theo định luật phản xạ
toàn phần của Snell. Trong sợi quang có hai loại tia có thể truyền đi trong đó là tia
kinh tuyến (Hình 3.11) và tia nghiêng (Hình 3.12). Tia kinh tuyến là tia truyền
dọc theo sợi quang theo đường zic zắc và các tia này cắt ngang trục của lõi sợi sau
mỗi lần phản xạ, còn tia nghiêng là tia truyền dọc theo sợi quang theo đường xoắn
ốc và đường đi của các tia này thường dài hơn các đương kinh tuyến do đó suy
hao mạnh hơn. Vì vậy, việc đi vào phân tích loại tia nghiêng này là không cần
thiết vì nó không phản ánh về các tia lan truyền trong sợi. Nên chỉ xem xét các tia
kinh tuyến mới có ý nghĩa trong mục đích này. Tuy nhiên, các tia nghiêng cũng
góp phần vào việc kết luận quá trình tiếp nhận các tia sáng và suy hao tín hiệu của
sợi quang.
Các tia kinh tuyến được thể hiện trong hình 3.11 là xét cho loại sợi có chỉ
số chiết xuất phân bậc. Với góc vào của tia sáng hợp với lõi trục một góc θ 0.
Theo định luật Snell thì gócφ min tạo ra sự phản xạ toàn phần sẽ được xác định
như sau:
sinφ min = (3.14)
Trong đó:
φ min là góc tới hạn
n1 là chiết xuất lõi
n2 là chiết xuất vỏ
Như vậy, mọi tia sáng khi tiếp xúc vào ranh giới lõi-vỏ với góc φ < φ min
sẽ bị khúc xạ ra ngoài vỏ và sẽ bị suy hao ở lớp vỏ. Điều kiện của phương trình
3.14 sẽ bị ràng buộc với góc vào lớn nhất θ 0max theo phương trình:
n0sinθ 0max = n1sinθ c = (3.15)
Trong đó θ c là góc khúc xạ tới hạn. Do vậy, các tia có góc vào θ 0 < θ 0max
thì sẽ phản xạ hoàn toàn bên trong tại ranh giới lõi-vỏ của sợi quang. Hình 3.10
còn cho chúng ta rút ra được hai nhận xét quan trọng. Thứ nhất, các tia với các
góc φ > φ min có các vận tốc theo trục z là khác nhau. Cụ thể, vận tốc theo trục z
được tính bởi:
vz = sinφ (3.16)
Vận tốc này phụ thuộc vào θ 1 do vậy gây ra trễ truyền lan khác nhau, đó
chính là tán sắc. Thứ hai, là các tia có θ 1 càng lớn thì vận tốc theo trục z càng lớn
và do đó có vận tốc góc càng nhỏ. Như trên hình thể hiện thì ta thấy rằng vận tốc

góc càng lớn thì sự thẩm thấu của năng lượng ánh sáng vào lớp vỏ càng lớn. Các
tia có vận tốc góc lớn tương ứng với các mode truyền lan bậc cao. Khi vận tốc góc
quá lớn, tức là φ < φ min thì tia sáng sẽ truyền lan vào lớp vỏ và không phản xạ
trở lại lõi được.
Phương trình (3.15) cũng xác định khẩu độ số NA (Numerical Aperture) và
được định nghĩa như sau:
NA = n1sinθ 0max = = n1 (3.17)
Với ∆ = là độ chênh lệch chiết xuất tương đối giữa lõi và vỏ. Khẩu độ số
NA là một thông số rất quan trọng đối với sợi quang vì nó thể hiện sự tiếp nhận
ánh sáng và khả năng tập trung các tia sáng của sợi, cũng vì thế mà cho phép
chúng ta tính toán được hiệu quả của quá trình ghép nguồn phát vào sợi dẫn
quang. Giá trị của khẩu độ số NA luôn nhỏ hơn một đơn vị và nằm trong khoảng
từ 0.14 ÷ 0.5. Đối với các ứng dụng trong viễn thông thì NA nằm trong khoảng
0.1 ÷ 0.2 tương ứng với các góc vào từ 5.70
÷ 11.50
. Do đó các connector quang
thường có góc nghiêng tiếp xúc là 80
. Ý nghĩa của khẩu độ số NA được thể hiện
trong hình 3.11.
Hình 3.11 Tia kinh tuyến trong sợi chiết xuất phân bậc
Tia khúc xạ
Tia phản xạ
Lõi
Vỏ
Vỏn2
n1
n2
Trục
φ
θ
θ 0
n0

3.3.6.2 – Các mode truyền lan
Phương pháp quang hình trên chỉ cho thấy một cách gần đúng sự truyền lan
ánh sáng trong thực tế. Để nghiên cứu chính xác hơn chúng ta phải dùng các hàm
Maxwell. Tuy nhiên nếu chỉ để hiểu các đặc tính truyền lan trong sợi và tán sắc
của sợi chúng ta có thể sử dụng các phương pháp toán học không phức tạp lắm.
Với điều kiện biên tại giao diện lõi-vỏ (tương ứng với định luật Snell ở công thức
(3.14) trong phần phân tích quang hình), chỉ có một tập xác định các hàm sóng
thoả mãn phương trình Maxwell mới có thể truyền lan trong sợi quang, mỗi một
hàm sóng đó được gọi là một mode truyền lan và được biều diễn dưới dạng:
ψ i(r,φ ,z) = Ai(r,φ )ej(ω t - β ziZ)
(3.18)
Trong đó:
i là chỉ số của mode truyền lan ψ i
Ai(r,φ ): là phân bố trường ngang
β zi: là hằng số truyền lan theo trục z
Biểu thức (3.18) cho thấy hàm sóng là hàm theo thời gian và các tham số
không gian r, φ , z. Hệ toạ độ trụ được dùng ở đay bởi sợi quang chính là một ống
dẫn sóng tròn. Trong biểu thức (3.18), tham số ej(ω t - β ziZ)
biểu thị việc truyền lan
sóng dọc theo trục z của sợi.
Hằng số truyền lan hướng z: Từ khái niệm các mode truyền lan β zi thoả mãn biểu
thức tán sắc như sau:
β 1
2
= = β zi
2
+ Ki
2
(3.19)
Hình 3.12 Tia nghiêng trong sợi chiết xuất phân bậc
n1
n2
Trục

Với β 1
2
= là hằng số truyền lan của một sóng hài ở tần số ω và trong môi
trường điện môi đồng nhất có chiết xuất n1. Ki là hằng số truyền lan theo phương
ngang của mode truyền lan thứ i.
Từ đó ta có, mỗi mode truyền lan có một cặp Ki, β zi là số thực thoả mãn bất đẳng
thức sau:
β 1
2
- β zi
2
= Ki
2
> 0 (3.20)
Các mode truyền lan bậc càng cao (i càng lớn) thì Ki càng lớn và β zi càng
nhỏ. Khi Ki vượt quá β 1 thì β zi trở thành số ảo và mode đó có một sự suy giảm
hàm mũ khi nó truyền lan.
Biểu thức (3.20) là điều kiện truyền lan cho các sóng bên trong lõi sợi. Có
một sự tương tự cho lớp vỏ nhưng với điều kiện khác:
β zi
2
- β 2
2
> 0 (3.21)
Với β 2 =
Điều kiện này có nghĩa là không có truyền lan trên lớp vỏ, nói cách khác là
sóng trong lớp vỏ bị suy hao.
Các biểu thức (3.20) và (3.21) đều yêu cầu β zi nằm trong khoảng:
< < 1 (3.22)
Điều kiện (3.22) chính là tương ứng điều kiện phản xạ toàn phần trong phần
phân tích quang hình. Biểu thức (3.17) cho thấy khi n2 xấp xỉ n1 thì NA càng nhỏ,
do đó chỉ có rất ít mode lan truyền được.
Vận tốc truyền lan theo trục z: Tương tự với nhận xét được nêu trong phần phân
tích quang hình, vận tốc của tia sáng phụ thuộc vào góc tới φ . Vận tốc theo trục z
của mode lan truyền thứ i là hàm của hằng số truyền lan β zi của nó và được tính
như sau:
vgi = (3.23)
Với vgi thường được gọi là vận tốc nhóm và cho thấy rằng công suất của tín
hiệu quang lan truyền nhanh như thế nào. Vận tốc nhóm khác với vận tốc pha vpi
= ω /β zi. Vận tốc pha vpi cho biết pha của tín hiệu quang thay đổi nhanh như thế
nào.Mặc dù để việc tính toán chính xác vận tốc nhóm vgi cần phải biết β zi là một
hàm của ω , biểu thức (3.20) có thể được tính xấp xỉ khi sự phụ thuộc tần số của
Ki là nhỏ, khi đó:
≈
Bởi vì β 1 = n1ω /C
= = (n1 + ω ) = = (3.24)
Với n1g là chỉ số khúc xạ nhóm:
n1g = n1 + ω (3.25)
Từ kết quả trên, dùng phép ràng buộc ta có:
vgi = = ()-1
= ()-1
≈ ()-1
= = vg (3.26)

So sánh (3.26) với (3.16) ta thấy tỉ số β zi/β 1 là tương đương với sinθ 1
hoặc tỉ lệ với C/n1 trong biểu thức (3.10). Bởi mỗi mode truyền lan có β zi riêng
nên mỗi mode có trễ truyền lan khác nhau. Điều này khẳng định điều đã nhận xét
quá trình truyền lan trong phần phân tích quang hình rằng các tia tới với góc tới
khác nhau có vận tốc theo trục z là khác nhau.
3.3.7 - Tán sắc sợi quang
Như đã nêu ở trên, vận tốc nhóm vgi trong biểu thức (3.26) là một hàm của
tần số và của các mode truyền lan. Nếu một xung quang có chứa các thành phần
tần số khác nhau và các mode truyền lan khác nhau thì các trễ truyền lan khác
nhau của các thành phần này sẽ làm xung bị giãn rộng và chồng lấn lên nhau ở
cuối sợi quang.
Tổng quát, có ba loại tán săc sợi như sau:
- Tán sắc vật liệu (Material Dispersion).
- Tán sắc ống dẫn sóng (Waveguide Dispersion).
- Tán sắc mode (Modal Dispersion).
Hai loại tán sắc đầu (tán sắc vật liệu và tán sắc ống dẫn sóng) có thể quy
cho sự phụ thuộc tần số của vận tốc truyền lan và gộp chúng lại gọi chung là tán
sắc trong mode (intramode) hay còn gọi là tán sắc vận tốc nhóm (Group Velocity
Dispersion - GVD). Loại thứ ba (tán sắc mode) được gọi là tán sắc giữa các mode
(intermode) do sự phụ thuộc của các vận tốc truyền lan vào các mode truyền lan
khác nhau. Từ cách phân loại này, sợi đơn mode chỉ có tán sắc trong mode.
3.3.7.1 – Tán sắc trong mode (Intramode Dispersion)
Tán sắc trong mode có thể hiểu như sau: bởi vận tốc nhóm của một mode là
phụ thuộc tần số nên trễ truyền lan đơn vị (tức là nghịch đảo của vận tốc nhóm)
cũng phụ thuộc tần số. Khai triển chuỗi Taylor đối với trễ đơn vị tại bước sóng
xác định ta có:
τ g = τ g (λ 0) + (λ - λ 0) + 0.5(λ - λ 0)2
+ … (3.27)
Trong đó τ g (λ 0) là trễ truyền lan khoảng cách đơn vị ở bước sóng trung
tâm λ 0. Từ khai triển trên, tán sắc trong mode được tính bởi:
Dintra = = () = () (3.28)
Trong đó chỉ số i đối với β zi được bỏ đi cho đơn giản. Biểu thức (3.27) có
thể tính gần đúng như sau:
τ g = τ g (λ 0) + (λ - λ 0)Dintra + 0.5(λ - λ 0)2
(3.29)
Nếu chỉ giữ lại hai toán hạng đầu, độ rộng xung tăng do tán sắc bản thân
mode Dintra sẽ được tính bởi:

∆ τ g = Dintra∆ λ (3.30)
Với ∆ λ là độ rộng phổ tín hiệu.
Để tìm Dintra ta dùng định nghĩa ở (3.28) và phép ràng buộc ta có:
Dintra = () (3.31)
Từ (3.24) ta có Dintra:
Dintra = + () = Dmaterial + Dwaveguide (3.32)
Ở đây tán sắc vật liệu:
Dmaterial = ≈ (-λ ) ≈ (-λ ) (3.33)
Và tán sắc ống dẫn sóng:
Dwaveguide = () (3.34)
Từ các định nghĩa trên, lưu ý rằng Dmaterial là tham số không phụ thuộc mode
lan truyền mà chỉ phụ thuộc vào n1. Tán sắc vật liệu của sợi quang Silic thông
thường được coi là một hàm của bước sóng và được mô tả ở hình 3.12

Do an tot nghiep_Phuong phap thiet ke mang truyen hinh cap huu tuyen CATV (HFC)

Do an tot nghiep_Phuong phap thiet ke mang truyen hinh cap huu tuyen CATV (HFC)

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Destacado

Destacado (20)

Similar a Do an tot nghiep_Phuong phap thiet ke mang truyen hinh cap huu tuyen CATV (HFC)

Similar a Do an tot nghiep_Phuong phap thiet ke mang truyen hinh cap huu tuyen CATV (HFC) (20)

Más de Đinh Công Thiện Taydo University

Más de Đinh Công Thiện Taydo University (20)

Último

Último (20)

Do an tot nghiep_Phuong phap thiet ke mang truyen hinh cap huu tuyen CATV (HFC)