Thiết kế mạng truyền hình cáp

Đoạn văn này giới thiệu truyền hình cáp như một hệ thống truyền tín hiệu đến từng điểm bằng cáp đồng trục hoặc cáp quang. Ưu điểm nổi bật là nội dung chương trình phong phú với nhiều kênh: tin tức, thể thao, giải trí, phim ảnh, giáo dục,... và khả năng khắc phục các nhược điểm của truyền hình sóng vô tuyến như vùng phủ sóng kém, chất lượng tín hiệu không đồng đều, và việc phải lắp đặt ăng-ten cồng kềnh. Truyền hình cáp đáp ứng nhu cầu xem truyền hình đa dạng và tức thời của người xem hiện đại, bao gồm cả nhu cầu học tập, giải trí và mua sắm trực tuyến. Đây là một giải pháp truyền hình tiên tiến so với các hệ thống cũ. Việc tích hợp các dịch vụ giá trị gia tăng như internet cũng được đề cập đến như một hướng phát triển quan trọng của truyền hình cáp trong tương lai.

Phần này mô tả MMDS như một công nghệ truy nhập không dây (wireless) sử dụng sóng viba (sóng vô tuyến) để truyền tín hiệu video tương tự và số. MMDS có kiến trúc cơ bản bao gồm các trạm phát đặt trên tháp radio, ăng-ten thu tại thuê bao, bộ hạ tần và đầu thu (STB). Mỗi vùng phủ sóng được chia thành các cell với bán kính khoảng 40km. Ưu điểm của MMDS là chi phí triển khai thấp và đơn giản, không cần kéo cáp đến từng hộ gia đình. Tuy nhiên, chất lượng truyền hình phụ thuộc vào tầm nhìn giữa ăng-ten phát và thu, dễ bị ảnh hưởng bởi nhà cao tầng. Do đó, bài báo chỉ ra MMDS từng được triển khai nhưng hiện nay đang dần bị thay thế bởi các hệ thống truyền hình cáp và DTH hiện đại hơn, có chất lượng tốt hơn và cạnh tranh hơn trong thị trường truyền hình trả tiền.

Truyền hình vệ tinh DTH được giới thiệu như một giải pháp truyền hình trả tiền thu trực tiếp từ vệ tinh. Ưu điểm nổi bật là khả năng phủ sóng rộng khắp cả nước, kể cả vùng sâu, vùng xa, biên giới và hải đảo. DTH cung cấp các chương trình truyền hình trong nước và quốc tế, với nội dung hấp dẫn và được biên tập phù hợp với khán giả Việt Nam. Ngoài truyền hình, DTH có tiềm năng cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng khác như internet, truyền số liệu và truyền theo yêu cầu. Tuy nhiên, bài viết không đi sâu vào những nhược điểm của công nghệ này, chỉ tập trung vào những ưu điểm vượt trội của nó so với các phương pháp khác. Việc đầu tư mạnh của Đài THVN vào sản xuất chương trình trong nước và mua bản quyền chương trình quốc tế cũng được đề cập.

Phần này miêu tả kiến trúc mạng truyền hình cáp HFC (Hybrid Fiber Coax), kết hợp cáp quang và cáp đồng trục. Cáp quang được sử dụng làm đường truyền chính từ Headend đến các node quang (Optical Node), mang lại ưu điểm về băng thông lớn và suy hao thấp. Tại các node quang, tín hiệu quang được chuyển đổi thành tín hiệu RF và phân phối đến thuê bao thông qua cáp đồng trục. Mạng truy nhập sử dụng cáp đồng trục, các thiết bị chia tách và khuếch đại cao tần. Hệ thống mạng phân phối tín hiệu đảm nhiệm việc truyền dẫn tín hiệu từ trung tâm đến thuê bao và ngược lại, hỗ trợ cả tín hiệu analog và digital. Thiết kế mạng cần cân nhắc các yếu tố như khoảng cách phục vụ, số lượng thuê bao, và khả năng mở rộng. Nhược điểm của cáp đồng trục như độ tin cậy thấp và hạn chế về dung lượng kênh cũng được đề cập.

Phần này tập trung vào việc lựa chọn và tính toán các thông số thiết bị cho mạng HFC. Việc lựa chọn sợi quang đơn mode hay đa mode phụ thuộc vào yêu cầu về chất lượng và chi phí. Các yếu tố ảnh hưởng đến suy hao tín hiệu trên sợi quang như mối hàn, connector (ví dụ: FC/APC, SC/APC), và độ cong của cáp được phân tích. Máy phát quang đóng vai trò quan trọng, cần được lựa chọn công suất phù hợp với số lượng node quang và độ dài tuyến cáp. Tín hiệu RF sau khi được xử lý tại Headend được chuyển đổi thành tín hiệu quang và truyền đến các node quang. Công suất tín hiệu vào và ra của node quang cũng là yếu tố cần được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo chất lượng tín hiệu đến từng thuê bao. DVB-C là tiêu chuẩn mã hóa và điều chế tín hiệu kỹ thuật số được sử dụng trong hệ thống.

Phần này trình bày thiết kế mạng cáp đồng trục từ node quang đến từng thuê bao. Việc lựa chọn vị trí đặt các thiết bị như bộ khuếch đại, bộ chia phụ thuộc vào mật độ dân cư và địa hình. Cáp đồng trục RG6 và RG11 được sử dụng để phân phối tín hiệu đến thuê bao, với connector F-F để nối giữa các loại cáp khác nhau. Yêu cầu thi công như kéo cáp căng, néo cẩn thận, và tiếp đất các thiết bị để tránh rò rỉ điện cũng được đề cập. Thiết bị phân nhánh và cấp tín hiệu thuê bao cần đảm bảo phối hợp trở kháng tốt để tránh phản xạ tín hiệu. Kích thước node quang (số lượng thuê bao/node) ảnh hưởng đến nhiều thông số quan trọng của mạng, bao gồm cả khả năng mở rộng và nâng cấp hệ thống trong tương lai. Nguyên tắc cấp nguồn phân bố cũng được đề cập.

Phần này nhấn mạnh việc tính toán suy hao của toàn bộ hệ thống, bao gồm suy hao trên sợi quang, mối hàn, connector, và các yếu tố khác. Tổng suy hao cần nằm trong phạm vi cho phép của thiết bị quang để đảm bảo hoạt động ổn định. Bài báo cũng đề cập đến một số vấn đề về chất lượng tín hiệu và cách khắc phục như: đầu nối vào thuê bao bị suy hao, kênh bị nhiễu từ các hệ thống vô tuyến bên ngoài. Giải pháp được đề xuất là kiểm tra và thay thế các bộ chia, tăng cường khả năng bọc kim chống nhiễu, và kiểm tra các vị trí bị hở vỏ bọc kim loại. Việc sử dụng truyền hình cáp hữu tuyến mang lại nhiều lợi ích như chất lượng tín hiệu cao, không bị ảnh hưởng bởi môi trường bên ngoài, và khả năng mở rộng dịch vụ trong tương lai (như internet).

Headend là trung tâm của hệ thống truyền hình cáp, có nhiệm vụ thu nhận và xử lý các nguồn tín hiệu khác nhau. Tín hiệu từ các nguồn như truyền hình mặt đất (VTV1, VTV2, VTV3,...), truyền hình vệ tinh, và video server được thu thập và ghép kênh trong dải tần đường xuống (60-862MHz). Quá trình xử lý tín hiệu bao gồm chèn quảng cáo, thêm key chữ, mã hóa, và điều chế tín hiệu. Sau khi xử lý, tín hiệu cao tần RF được khuếch đại và chia công suất trước khi được đưa vào các máy phát quang. Headend cũng có nhiệm vụ quản lý và cung cấp các chương trình truyền hình trên mạng cáp. Loại máy phát quang sử dụng trong thiết kế này là 1RU 1550nm QAM hoặc 1550nm QAM (Quadrature Amplitude Modulated), công nghệ mới với độ suy hao thấp, thích hợp cho tín hiệu video số, internet, thoại, VOD, PPV, và có khả năng tăng bước sóng lên 8 loại.

Mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp là môi trường truyền dẫn từ Headend đến các thuê bao. Nó được chia thành hai phần chính: truyền dẫn bằng cáp quang và cáp đồng trục. Cáp quang sử dụng công nghệ hiện đại, cho phép truyền tín hiệu với tần số lên đến hàng trăm THz và suy hao rất thấp (0.3 dB/km ở 1310nm và 0.2 dB/km ở 1550nm). Cáp đồng trục được sử dụng trong mạng truy nhập để phân phối tín hiệu đến từng thuê bao. Tuy nhiên, cáp đồng trục có nhược điểm là độ tin cậy thấp, chất lượng tín hiệu giảm theo khoảng cách, và dung lượng kênh hạn chế. Hệ thống sử dụng các thiết bị như nút quang (Optical Node), bộ khuếch đại điện, và bộ chia (trong nhà và ngoài trời) để phân phối và khuếch đại tín hiệu. Việc lựa chọn phương pháp truyền dẫn phụ thuộc vào quy mô mạng và chi phí. Mạng HFC kết hợp cả hai loại cáp để tận dụng ưu điểm của từng loại.

Thiết bị đầu cuối của thuê bao thường sử dụng cáp đồng trục RG6, hoặc RG11 cho khoảng cách lớn hơn 40m. Connector F-F được sử dụng để nối giữa các loại cáp. Thiết bị phân nhánh và cấp tín hiệu thuê bao cần đảm bảo phối hợp trở kháng tốt để tránh hiện tượng phản xạ tín hiệu. Hai loại thiết bị phân chia chính được đề cập: loại chỉ phân phối tín hiệu cao tần và loại có khả năng cấp nguồn điện (bộ outdoor). Nguyên tắc cấp nguồn cho mạng là cấp nguồn tại chỗ (phân bố), lấy nguồn từ lưới điện thành phố và có thể cấp ngược trở lại. Mỗi thiết bị có cầu chì để bảo vệ. Công suất tín hiệu vào thiết bị của nhà thuê bao khoảng 10-4dBV. Máy phát quang hoạt động bằng cách chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang, sử dụng nguồn laser loại phân bố phản hồi (DFB) để nâng cao chất lượng. Tín hiệu RF trước khi phát cần được mã hóa (ví dụ: mã Manchester) để phù hợp với đường truyền quang.

Phần này trình bày thiết kế mạng quang trong dự án truyền hình cáp tại huyện An Dương, Hải Phòng. Thiết kế sử dụng một máy phát quang công suất 13dBm (tương đương 20mW) đặt tại Headend để cung cấp tín hiệu cho các node quang. Vị trí đặt node quang được lựa chọn dựa trên mật độ dân cư và vùng phủ sóng tối ưu. Ví dụ, node quang đặt tại số 18 Trần Hưng Đạo, An Dương, Hải Phòng. Mỗi node quang cần tối thiểu 4 sợi quang: 2 sợi cho tín hiệu đường xuống (1 sợi hoạt động, 1 sợi dự phòng) và 2 sợi cho tín hiệu đường lên (phát triển mạng hai chiều trong tương lai). Tuy nhiên, nếu không cần mở rộng mạng, có thể chỉ cần 2 sợi quang/node. Việc lựa chọn số lượng sợi quang cũng cần xem xét đến việc sản xuất cáp quang thường có số lượng sợi chẵn (8, 16, 24, 32...). Các thông số kỹ thuật khác như bước sóng (1310nm và 1550nm) cũng được xem xét để tối ưu hóa suy hao tín hiệu trên sợi quang.

Sau khi thiết kế mạng quang, phần này tập trung vào thiết kế mạng cáp đồng trục. Lấy ví dụ node quang Nam Sơn đặt tại 61A Quỳnh Hoàng, An Dương, với 4 cổng ra, mỗi cổng có công suất khoảng 114dBV. Thiết kế mạng đồng trục phụ thuộc vào đặc điểm địa hình và mật độ dân cư, có thể sử dụng hoàn toàn cáp treo hoặc kết hợp cáp treo và cáp chôn. Các thiết bị như bộ khuếch đại, bộ chia được bố trí để đảm bảo chất lượng tín hiệu đến từng thuê bao. Cáp phân phối tín hiệu đến hộ thuê bao sử dụng cáp đồng trục RG6, hoặc RG11 cho khoảng cách trên 40m, kết nối bằng connector F-F. Yêu cầu thi công về kéo cáp căng, néo cẩn thận, và tiếp đất các thiết bị được nhấn mạnh. Mạng đồng trục sử dụng nguyên tắc cấp nguồn tại chỗ, lấy nguồn từ lưới điện thành phố. Công suất tín hiệu vào thiết bị của nhà thuê bao khoảng 10-4dBV.