LỜI NÓI ĐẦU


CHƯƠNG 1: MẠNG HFC( Hybrid Fiber Coaxial)
1.1. Tổng quan về mạng HFC
HFC (Hybrid Fiber Coaxial) là một mạng “lai” giữa cáp quang và cáp đồng
trục để tạo ra một mạng băng rộng. Nó 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.
HFC đã được sử dụng cho cable TV từ thập niên 1990. Sơ đồ kiến trúc cơ bản
của mạng HFC được thể hiện ở hình vẽ sau:

Hình 1.1: Kiến trúc cơ bản mạng HFC
Mạng cáp quang mở rộng từ headend chủ (master headend) đến các headend
vùng (regional headend), hubsite của mạng lân cận và sau cùng là nút chuyển đổi
quang điện (fiber optic node) để phục vụ từ 500 thuê bao÷2000 thuê bao ở mọi nơi.
Master headend thường có các antenparabol vệ tinh để thu các tín hiệu video trong
không gian cũng như các luồng IP. Một số masterheadend còn bao gồm các thiết bị
điện thoại để cung cấp các dịch vụ viễn thông đến cộng đồng. Một regional headend
thu tín hiệu video từ master headend và thêm vào các kênh của chính phủ, kênh giáo
dục, kênh công cộng khi được phép, hoặc đưa vào chương trình quảng cáo.


Sơ đồ của hệ thống headend được chỉ ra ở hình vẽ dưới đây:

Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống headend
Headend là nơi thu nhận tín hiệu từ nhiều nguồn khác nhau ( tín hiệu quảng bá,
vệ tinh, tín hiệu sản xuất chương trình ). Sau khi qua các bước xử lý như: điều chế,
phân kênh, mã hóa , trộn... Tín hiệu được đưa ra mạng truyền dẫn và phân phối đến
các thuê bao.
Fiber optic node có một bộ thu phát quang băng rộng có khả năng chuyển đổi

tín hiệu điều chế quang chiều xuống đến từ headend ra thành tín hiệu điện gởi đến
thuê bao, cũng như chuyển đổi tín hiệu điện đến từ thuê bao ra thành tín hiệu quang
cho chiều ngược lại. Tín hiệu điện chiều xuống gởi đến thuê bao là tín hiệu điều chế
RF nằm trong dải tần từ 50 MHz ÷1000 MHz. Cáp quang nối optical node đến
headend hoặc hub theo point-to-point hoặc star topology hoặc ring topology. Fiber
optic node cũng có một reverse path transmitter để gởi thông tin từ thuê bao đến
headend. Ở Mỹ tín hiệu theo chiều ngược lại này có điều chế RF nằm trong dải tần từ
5MHz÷42MHz, ở những khu vực khác từ 5 MHz ÷ 65 MHz.
Phần cáp đồng trục của mạng kết nối từ 25 ÷2000 thuê bao (thông thường 500
thuê bao) theo cấu hình dạng cây và nhánh. Các bộ khuếch đại RF được sử dụng để
khuếch đại tín hiệu, bù lại suy hao do cáp, và các suy hao khác có nguyên nhân từ
chia cáp hoặc rẽ cáp. Các cáp đồng trục trung kế được kết nối đến optical node và có
dạng của coaxial backbone để phân phối các cáp kết nối nhỏ hơn. Các cáp trung kế
cũng tải nguồn AC từ 60V đến 90V. Nguồn AC này cung cấp cho các bộ khuếch đại.
Từ các cáp trung kế, các cáp phân phối nhỏ hơn được kết nối đến một cổng của bộ
khuếch đại trung kế để tải tín hiệu RF và nguồn AC xuống các nhánh mạng riêng biệt.


Cổng của bộ khuếch đại trung kế để tải tín hiệu RF và nguồn AC xuống các
nhánh mạng riêng biệt. Khi cần thiết, các bộ kéo dài dây với các bộ khuếch đại phân
phối nhỏ sẽ khuếch đại tín hiệu để giữ công suất của tín hiệu TV ở mức mà TV có thể
chấp nhận được. Các dây phân phối được mắc vào các bộ rẽ nhánh từ những điểm rẽ
riêng biệt để dẫn đến nhà thuê bao. Các bộ rẽ nhánh dẫn tín hiệu RF và chặn lại nguồn
AC trừ khi có các thiết bị điện thoại cần thiết có nguồn dự phòng an toàn cung cấp từ
hệ thống nguồn cáp đồng trục. Các bộ kết cuối rẽ nhánh với các điểm rẽ nhánh riêng
biệt thường sử dụng đầu nối loại F. Dây rẽ nối đến nhà thuê bao, cần có nối đất để bảo
vệ hệ thống từ những điện áp nhiễu. Tùy vào thiết kế mạng, tín hiệu có thể đi qua bộ
chia để đến cùng lúc nhiều TV. Trường hợp có quá nhiều TV kết nối, thì chất lượng
hình ảnh của tất cả TV trong nhà rất xấu.
Mạng HFC bao gồm 3 mạng con (segment) là: mạng truyền dẫn (transport

segment), mạng phân phối (Distribution segment) và mạng truy nhập ( Acess
segment).

Hình 1.3: Sơ đồ kiến trúc mạng HFC
 Mạng truyền dẫn:
Là môi trường truyền dẫn headend đến các hộ thuê bao. Trong truyền hình
cáp hữu tuyến HFC, môi trường truyền dẫn là cáp quang, điển hình là một hay
một số vòng cáp quang kết nối giữa HE sơ cấp và các HUB sơ cấp, trong một số
trường hợp khác thì vòng thứ cấp lại liên kết giữa các HUB sơ cấp với các HUB
thứ cấp từ các node quang FN được liên kết với các HE theo cấu trúc hình sao.


Ngày nay mạng truyền dẫn HFC đã trở thành sự lựa chọn của phần lớn các
nhà cung cấp dịch vụ qua mạng cáp trên thế giới bởi những ưu điểm nổi bật của
hệ thống...
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.

Hình 1.4: Mạng truyền dẫn HFC
Tín hiệu từ trung tâm qua bộ chuyển đổi điện quang thành tín hiệu quang
sau đó được truyền dẫn qua cáp sợi quang tới các HUB. Tại các điểm HUB có
thể là một trạm thu phát lại nếu như cung cấp tín hiệu cho một phạm vi lớn
(giữa hai thành phố), đó có thể chỉ là bộ chia quang thông thường để chia tín
hiệu quang tới các node quang. Tuỳ thuộc vào yêu cầu độ an toàn của hệ thống
mà tín hiệu từ trung tâm truyền tải tới các HUB được thiết kế theo cấu trúc
mạng vòng (Ring) hoặc hình sao (Star). Tín hiệu sau node quang được chuyển
đổi từ quang sang điện sau đó được truyền dẫn và cáp đồng trục để truyền dẫn
tín hiệu đến từng hộ thuê bao qua mạng cáp đồng trục nhờ các bộ khuếch đại tín

hiệu RF, các bộ chia cao tần.
 Mạng phân phối:


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 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:
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 cập tối đa
khoảng 300m.
Mạng truy nhập truyền tín hiệu từ node quang tới thuê bao. Thông thường
được chia thành 2 kiểu: HFC và HFPC.
Mạng truy nhập kiểu HFPC (Hybrid Fiber Pasive Coaxal):
Là mạng lai giữa cáp quang và cáp đồng trục mà trong đó chỉ dùng các
thiết bị thụ động chia tín hiệu mà không có bất kì một thiết bị tích cực nào trên
mạng đồng trục.

Hình 1.5: Cấu trúc mạng truy nhập HFPC
Đặc điểm của mạng truy nhập HFPC:


+ Đáp ứng được các yêu cầu xây dựng theo mạng 1 chiều hay 2 chiều.
+ Sử dụng node quang có công suất lớn.
+ Mạng quang chiếm tỉ trọng lớn trong toàn bộ mạng tổng thể.
+ Mạng đồng trục chỉ có các tuyến trục chính và tuyến cáp thuê bao
với các thiết bị chia thụ động.

+ Khả năng phục vụ từ 400-600 thuê bao / node quang.
Ưu điểm:
+ Chất lượng tín hiệu tốt do không sử dụng các bộ khuếch đại.
+ Do không sủ dụng các bộ khuếch đại cao tần nên việc thi công lắp
đặt, vận hành dễ dàng hơn.
+ Các thiết bị thụ động có khả năng truyền tín hiệu 2 chiều nên độ ổn
định mạng vẫn cao khi triển khai mạng 2 chiều.
+ Số lượng thuê bao / node quang nhỏ nên khả năng cung cấp tốt dịch
vụ 2 chiều với tốc độ cao.
+ Giảm chi phí cấp nguồn công tơ điện, bảo dưỡng, thay thế các thiết
bị tích cực.
Nhược điểm:
+ Khả năng bao phủ của 1 node quang nhỏ do không sử dụng khuếch
đại.
+ Yêu cầu node quang sử dụng phải có công suất lớn, chất lượng cao,
ổn định.
Mạng truy nhập kiểu HFC (Hybrid Fiber Coaxial)
Là mạng lai giữa cáp quang và cáp đồng trục trong đó có sử dụng các thiết
bị tích cực ( bộ khuếch đại cao tần ) trên mạng đồng trục. Cấu trúc của nó được
trình bày ở hình vẽ dưới đây:


Hình 1.6: Cấu trúc mạng truy nhập HFC
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 sẻ sử dụng
trên mạng backbone.
Đặc điểm của mạng truy nhập HFC:
+ Đáp ứng được các yêu cầu xây dựng theo mạng 1 chiều hay 2 chiều.
+ Mạng đồng trục chiếm tỉ trọng lớn trong toàn bộ mạng tổng thể.


+ Mạng đồng trục được chia thành 3 cấp:
- Cấp trục chính: bao gồm cáp đồng trục trục chính, khuếch đại
trục, bộ chia tín hiệu đường trục.
- Cấp trục nhánh: bao gồm cáp đồng trục nhánh, khuếch đại
nhánh, bộ chia tín hiệu đường nhánh.
- Cấp mạng thuê bao: bao gồm cáp đồng trục thuê bao, TV.
+ Khả năng phục vụ từ 1500-2000 thuê bao / node quang.
Ưu điểm:
+ Phạm vi bao phủ của 1 node quang lớn nhờ kéo dài mạng đồng trục
bởi sử dụng các khuếch đại cao tần.
+ Chi phí ban đầu thấp nhờ sử dụng ít node quang.
Nhược điểm:
+ Chất lượng tín hiệu thấp hơn kiểu mạng HFPC.
+ Không thuận lợi khi triển khai thành mạng 2 chiều.
+ Yêu cầu chặt chẽ về nguồn cấp tín hiệu. nếu điểm cấp nguồn nào đó
mất điện thì toàn bộ tuyến phía sau cũng mất tín hiệu.
+ Cơ chế thi công, vận hành, bảo dưỡng phức tạp.
So sánh HFPC và HFC:
Mạng HFPC cần nhiều node quang hơn HFC. Vì vậy trong điều kiện mạng
quang có sẵn thì nên chọn xây dựng mạng HFPC. Còn trong điều kiện mạng quang

còn hạn hẹp thì nên chọn mạng HFC. Đối với Việt Nam nên chọn HFC.
HFPC có độ ổn định cao hơn khi triển khai mạng 2 chiều.
1.2. Truyền dẫn trên mạng HFC
1.2.1. Thiết bị truyền dẫn trong mạng HFC
1.2.1.1. Bộ khuếch đại hai chiều
Trong phần mạng cáp đồng trục, các bộ khuếch đại hai chiều được sử dụng bao
gồm hai loại:


- Bộ khuếch đại phân phối ( khuếch đại tín hiệu RF và đặt vào 2 hoặc 4 đầu
cáp ra khác nhau)
- Bộ khuếch đại đường dây mở rộng Line Extender Amplifier một hệ thống
HFC hiện đại thường có từ 4 đến 6 bộ khuếch đại cho tầng khuếch đại RF sau mỗi
node.
- Đa số các bộ khuếch tự điều chỉnh để bù đắp những thay đổi khác nhau theo
nhiệt độ suy hao và đáp ứng tần số.

Hình 1.7: Bộ khuếch đại 2 chiều
1.2.1.2. Cáp quang và cáp đồng trục trong mạng

Hình 1.8: Kiến trúc mạng truyền hình cáp truyền dẫn bằng cáp quang và cáp
đồng trục
Cáp quang:
Mỗi cáp quang có chứa từ 12 đến 14 sợi quang tùy theo kích cỡ mỗi loại cáp.
Loại sợi cáp được sử dụng ở đây thường là sợi đơn mode-SM có suy hao khoảng 0,4


dB/km ở bước sóng hoạt động l=1310 nm hoặc suy hao 0,25 dB/km ở l=1550 nm
(mức suy hao này ổn định trong dải nhiệt độ thường và độc lập với dải tần số vô
tuyến).


Hình 1.9: Hình ảnh và cấu tạo của cáp quang
Cáp đồng trục:
Đoạn xuất phát từ mode quang to ra có đường kính lớn nhất (từ 0,78 đến
1,09 cm) chất lượng tốt nhất, suy hao 45 dB/km ở 750 MHz hoặc 9dB/km ở 40 Mhz.
Đoạn cuối gần sát nhà thuê bao dài khoảng 25 cm – 50 cm, đường kính nhỏ, suy
hao khoảng 114 dB/km ở 40 MHz (mức suy hao này phụ thuộc vào nhiệt độ và chiều
dài của cáp).

Hình 1.10: Cáp đồng trục và cấu tạo của cáp
1.2.1.3. Cầu rẽ (Tap)
Mỗi cầu rẽ có 2 phần tử chức năng chính: khối ghép định hướng và bộ chia
công suất. Trong đó bộ chia công suất tín hiệu tùy theo số lượng cổng của cầu rẽ (có
thể là 2, 4, 8...) còn khối ghép định hướng có nhiệm vụ đổi hướng 1 số tín hiệu đầu vào
xác định.


Hình 1.11: Bộ chia tín hiệu truyền hình cáp Pacific 1 vào 4 ra
1.2.1.3. Node quang
Là phần tử nằm trên đường ranh giới giữa cáp quang và cáp đồng trục, có nhiệm
vụ cơ bản chuyển đổi tín hiệu điện cho đường xuống ( và ngược lại ) khuếch
đại và phân phối trên mạng cáp đồng trục với 3 hoặc 4 đầu ra ở mỗi node.

Hình 1.12: Node quang
1.2.1.4. Thiết bị kết cuối truyền hình – STB (Set-Top-Box)
Thiết bị kết cuối thu tín hiệu truyền hình với hai loại: STB tương tự và STB số.
STB tương tự cho thuê bao thu các kênh truyền hình tương tự như mạng HFC thay vì
các kênh phát quảng bá vô tuyến mặt đất trước đây. Thông qua nó các nhà điều hành
cáp cung cấp dịch vụ xem phim và một số dịch vụ đặc biệt khác theo hình thức thanh
toán ngay IPPV và sử dụng điện thoại làm đường lên cho các hoạt động tương tác

mạng. Đến 1996 STB số được giới thiệu với một số chức năng cơ bản:
+ Dò tìm kênh số và các dịch vụ video,tương tự trong các dải tần đường xuống .
+ Giải điều chế kênh số thu được. Điều chế kênh số phát lên.
+ Giải mã / Mã hóa các kênh đã chọn.


+ Quản lý báo hiệu thuê bao từ Headend.
Cung cấp giao diện thuê bao cho người sử dụng. Gần đây các STB cải tiến được
triển khai bởi Motorola/ General Instrument. Các STB này có chứa các bộ dò sóng kép
và modem cáp tích hợp bên trong, cho phép thuê bao sử dụng dịch vụ truyền hình và
dịch vụ Internet băng rộng như: IP telephoy, IP video phone , Interactive games. Lúc
này STB cải tiến hoạt động như một cổng gia đình – RGW.
Phân phát các gói giao thức IP đến các thiết bị bên ngoài như là IP voice, IP
video phone.
Truyền tải, xử lý, giải mã các tín hiệu truyền hình có độ phân giải cao HDTV.

Hình 1.13: Set – Top – Box trong truyền hình cáp
1.2.1.5. Modem cáp CM (Cable Modem)
Là thiết bị nằm trong thuê bao cho phép truy nhập đến các mạng máy tính
(thường là mạng Internet) trên phương tiện vật lý dùng cho truyền hình. Có ba loại
modem cáp:
+ Loại khối cắm ngoài : kết nối với máy tính thông qua kết nối Ethernet ( có
thể có nhiều máy tính cùng kết nối vào mạng Ethernet, lúc này modem cáp
còn có chức năng của một bộ định tuyến ) hoặc giao diện kết nối USB.
+ Loại card cắm nằm trong: thường là dạng cắm trên PCI cho máy tính. Loại
này có giá thành rẻ nhất song chỉ dùng được cho máy tính để bàn còn sẽ phải
có sự thiết kế khác cho dạng máy tính MAC và máy tính xách tay.
+ Loại thứ ba của modem cáp là dạng được tích hợp bên trong các STB cải
tiến tương tác.



Hình 1.14: Modem cáp
1.2.1.6. Hệ thống kết nối modem cáp – CMTS
Hệ thống này nằm trong Headend, thuộc về bên kia của mạng so với modem
cáp. Là thiết bị kết nối cho đường từ phía thuê bao đến đích là các headend của các
công ty cáp, do đó CMTS cũng được coi là giao diện giữa các modem cáp và mạng
Internet IP.
+ CMTS có nhiều chức năng giống như một DSLAM trong hệ thống DSL.
+ CMTS đón lượng đường lên từ một nhóm thuê bao trên một kênh đơn và
định tuyến nó đến ISP để kết nối vào mạng Internet.
+ Mỗi CMTS chứa một hoặc nhiều card đường dây modem ( CMLC ). Các
CMLC chuyển các dòng số liệu IP thành các tín hiệu RF đường xuống ( đến
nhà thuê bao ) sau đó đưa qua bộ nâng tần để đưa các kênh tín hiệu đó vào một
kênh tín hiệu đó vào một kênh xác định và ghép chúng với các tín hiệu truyền
hình và trình tự ngược lại với đường lên. Một số server trong mạng modem
cáp máy chủ DHCP (Dynamic Hort Protocol) được xác định bởi RF2181.
Server này cung cấp các địa chỉ Ip theo nhu cầu cho modem cáp và các thiết bị
PC theo sau nó. Máy chủ ToD ( Time of Day) được xác định bởi RFC 868, có
nhiệm vụ là gán các tem thời gian cho các sự kiện điều hành hệ thống. Máy
chủ TFP ( Trivial File Protocol ) được xác định bởi RFC 1350 để đăng ký và
tải về các file cấu hình modem cáp cho các dịch vụ thuê bao riêng lẻ.
1.2.1.7. Hệ thống IP Phone
Đây là hệ thống sử dụng giao thức IP để truyền tín hiệu thoại qua mạng viễn
thông trong đó giao thức IP là giao thức chuẩn cho lớp chuyển mạch gói trong mạng
LAN, WAN,... Mạng IP mạng số liệu độc lập với lớp vật lý. Việc tích hợp được hệ
thống truyền tải thoại vào mạng băng rộng HFC có ý nghĩa lớn trong việc tạo thuận lợi


để HFC thực hiện một xa lộ thông tin thực sự truyền mọi loại tín hiệu : voice, data,
video. Hệ thống VoIP này sử dụng thiết bị kết cuối là máy điện thoại IP phone hoặc

máy điện thoại truyền thống POTS phone kết nối với một modem cáp / một STB số.
Máy IP phone là thiết bị khá mới. Nó không kết nối đến một tổng đài sở hữu nào mà
kết nối đén cổng Ethernet chuẩn trong một modem cáp / một STB số / một PC trong
nhà. Máy IP phone hoạt động như một thiết bị IP tiêu chuẩn và có địa chỉ IP riêng của
nó. Để kết nối một POTS phone đến một modem cáp / STB số thì phải có các modun
giao diện mới được phát triển và gắn vào trong các modem cáp / STB số để cung cấp
chức năng này.
1.2.1.8. Hệ thống thiết bị thuê bao và tính cước dịch vụ
Điểm cốt yếu nhất đối với các nhà cung cấp dịch vụ truyền hình trả tiền là có
thể quản lý truy nhập và tính cước của thuê bao theo dịch vụ. Một phương pháp phổ
thông và hiệu quả nhất là sử dụng các thuật toán mã hóa tín hiệu ( chỉ những thuê bao
được nhà cung cấp dịch vụ cho phép mới có thể được giải mã tín hiệu để xem ).
Hệ thống quản lý truy nhập của thuê bao và tính cước được gọi là hệ thống truy
nhập có điều kiện.
1.2.2. Truyền dẫn trên mạng HFC
Sử dụng ghép kênh phân tần số (frequency division multiplexing), nên một
mạng HFC có thể tải nhiều dịch vụ khác nhau, bao gồm truyền hình tương tự, truyền
hình số (HDTV-High Definition Television), truyền hình theo yêu cầu (VoD-Video on
Demand), video số có chuyển mạch, điện thoại, và truyền dữ liệu tốc độ cao. Đường
truyền hướng tới và hướng lui đều dùng chung một cáp đồng trục, đây là đường truyền
hai chiều trên cùng một mạng từ headend/hub office đến thuê bao, và từ thuê bao đến
headend/hub office. Các tín hiệu chiều tới hoặc chiều xuống tải tin tức từ headend/hub
office đến thuê bao, như là nội dung video, thoại và dữ liệu internet. Các tín hiệu chiều
lui hoặc chiều lên tải tin tức từ thuê bao đến headend/hub office, như các tín hiệu điều
khiển STB, dữ liệu cable modem, và thoại. Như vậy, mạng HFC được cấu trúc là
không đối xứng. Những năm trước đây, kênh chiều lui chỉ được sử dụng cho một vài
tín hiệu điều khiển để yêu cầu các bộ phim, hoặc các tín hiệu giám sát trạng thái. Các
ứng dụng này đòi hỏi băng thông rất bé. Sau này các dịch vụ cộng thêm đã được đưa



vào mạng HFC, như dữ liệu internet và thoại, do đó kênh chiều lui được sử dụng nhiều
hơn.
Cable Multiple System Operators (MSOs) phát triển các phương pháp để gởi
các dịch vụ bằng tín hiệu RF trên cáp quang và cáp đồng trục. Phương pháp nguyên
thủy để truyền video trên mạng HFC mà cho đến bây giờ vẫn sử dụng rộng rãi là điều
chế các kênh TV tương tự tiêu chuẩn, cũng giống như phương pháp sử dụng để truyền
dẫn các kênh truyền hình quảng bá trong không gian. Một kênh TV tương tự chiếm
băng thông 6 MHz. Mỗi kênh có một tần số trung tâm làm sóng mang (ví dụ: kênh 2
có tần số trung tâm là 55,25 MHz), do đó không có va chạm giữa các kênh liền kề .
Các kênh TV số tạo ra một cách truyền video hiệu quả hơn bằng cách dùng mã hóa
MPEG-2 hoặc MPEG-4 trên các kênh QAM (Quadrature amplitude modulation).
1.3. IEEE 802.14
Nhóm làm việc IEEE 802.14 được hình thành vào tháng 11 năm 1994 để chuẩn
hóa lớp vật lý (PHY layer) và lớp điều khiển truy nhập đa phương tiện (MAC layer)
cho các hệ thống HFC.
MAC layer:
 Hỗ trợ các dịch vụ cho connectionless và connection-oriented
 Hỗ trợ QoS.


Hỗ trợ CBR, VBR, ABR.



Hỗ trợ các dịch vụ unicast, multicast, broadcast.

PHY layer:
 500 thuê bao tại điểm thiết kế tham chiếu.
 Hỗ trợ sub-split (5 MHz÷40 MHz upstream), mid-split (5 MHz÷120
MHz upstream), và high-split (800 MHz÷1000 MHz upstream).

 Sử dụng lại tần số chiều lên.


Lựa chọn điều chế QAM 64 cho chiều xuống.



QAM-64 với 6 bit/Hz tạo ra 30 Mbps trong 6 MHz.



Điều chế QPSK được chọn cho chiều lên để chịu đựng nhiễu lớn.




Có một vài kênh chiều lên trên một kênh chiều xuống.

Có bốn kỹ thuật điều chế sử dụng 5,12 Msymbols/second cho chiều xuống và
một kỹ thuật điều chế sử dụng 1,28 Msymbols/second cho chiều lên.
Tốc độ bit của năm kỹ thuật điều chế này là:
 QPSK: 2 bits/symbol x 5,12 Msymbols/second = 10,24 Mbps.


16 QAM: 4 bits/symbol x 5,12 Msymbols/second = 20,48 Mbps.



64 QAM: 6 bits/symbol x 5,12 Msymbols/second = 30,72 Mbps.




256 QAM: 8 bits/symbol x 5,12 Msymbols/second = 40,96 Mbps.

 QPSK: 2 bits/symbol x 1,28 Msymbols/second = 2,56 Mbps.
1.4. Khả năng băng thông
Phổ kênh chiều xuống 550 MHz÷750 MHz.
Phổ kênh chiều lên 5 MHz÷42 MHz.
Phổ 550 MHz÷750 MHz cho 33 kênh 6 MHz.
Phổ 5 MHz÷42 MHz cho 20 kênh 1,8 MHz.
Chiều xuống:
 QPSK: 33 kênh FDM x 10,24 Mbps/kênh = 337 Mbps.
 16 QAM: 33 kênh FDM x 20,48 Mbps/kênh = 1013 Mbps.


64 QAM: 33 kênh FDM x 40,96 Mbps/kênh = 1351 Mbps.

Chiều lên:
 QPSK: 20 kênh FDM x 2,56 Mbps/kênh = 51 Mbps.
1.5. Post trên HFC
Cấu hình POST trên HFC được chỉ ra trong hình 1.15. Một bộ chuyển mạch
hoặc DLC(Digitar Loop Carrier: bộ cung cấp vòng thuê bao số) được đặt tại headend.
Bộ điều khiển headend nhận kênh thoại từ các cable modem đặt tại nhà thuê bao và nó
thông qua DLC hoặc bộ chuyển mạch để tiến hành xử lý. Nếu headend có trang bị


DLC thì các trung kế T1 truyền dẫn các mạch thoại sẽ được kết nối đến một tổng đài
class 5 ở gần đó dùng để xử lý cuộc gọi.
Headdend cũng được trang bị đầy đủ các tính năng của tổng đài chuyển mạch
class 5, với khả năng này headend có thể thực hiện:


Hình 1.15: Headend với các khả năng POST và IP
 Chuyển mạch nội hạt.
 Tính cước.
 Rẽ tắt các đường truyền tổng đài nội hạt và giao tiếp trực tiếp đến các
đường truyền tổng đài đường dài, do đó tiết kiệm các chi phí truy nhập
cho khách hàng.
Headend cũng có thể được trang bị các IP router để điều khiển các dịch vụ IP và
liên kết với mạng internet. Bộ điều khiển headend sẽ tách lưu lượng IP và chuyển giao
nó cho các router để xử lý.
ATM MUX (cũng là một chuyển mạch ATM) là một nút truy nhập ATM
để kết nối các truyền dẫn ATM đến bộ chuyển mạch ATM trong mạng công
cộng. Bộ điều khiển headend có thể phân biệt lưu lượng ATM, nó là dữ liệu,
video hoặc là các dịch vụ CBR. Diễn đàn ATM định nghĩa giao tiếp này là ANI.
1.6. Ưu, 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 hoá và ăn mòn hoá 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 (10145 - 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 sợi quang hiện nay chủ yếu nằm trong 2 cửa sổ bước
sóng quang là 1310nm và 1550nm. Đây là 2 cửa sổ có suy hao tín hiệu rất nhỏ; 0,3
dB/km với bước sóng 1310nm và 0,2nm với bước song 1550nm. Trong khi đó với một
sợi cáp đồng trục loại suy hao thấp nhất cũng phải mất 43dB/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 trung tính là Plastic và thủy tinh, các sợi quang là các vật
liệu không bị ăn mòn hoá học dẫn đến tuổi thọ của sợi cao.
Có khả năng dự phòng trong trường hợp sợi quang bị đứt.
Mặc dù mạng HFC đã cải thiện đáng kể chất lượng tín hiệu truyền hình, nhưng
các mạng con truy nhập vẫn 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 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 đã đến độ ổn định của mạng giảm. Do
vậy xu hướng trên thế giới đang chuyển dần sang sử dụng mạng truy nhập thụ động.
1.7. An toàn trong môi trường HFC
1.7.1. Giới thiệu
An toàn đã trở thành một chủ đề rất quan trọng kể từ khi phát triển internet. Hầu
hết tất cả các ứng dụng tương tác đều yêu cầu một mức độ an toàn. Các mục tiêu cho
an toàn nói chung đề cập đến ba đối tượng sau đây:
+ Những người sử dụng dịch vụ (Users).
+ Những người điều hành quản lý (Operators).


+ Các cơ quan chính phủ (Government agencies).
Về phương diện người sử dụng dịch vụ, an toàn có nghĩa là đảm bảo tính riêng
tư, bí mật, toàn vẹn dữ liệu, tính cước chính xác, kích hoạt và ngừng kích hoạt dịch vụ.
Về phương diện người điều hành quản lý, an toàn có nghĩa là toàn vẹn dữ liệu,
độc lập, giữ gìn danh tiếng và uy tín tốt đối với các khách hàng, tính cước chính xác
không gian lận hoặc lừa gạt, làm đúng chức năng mạng, và có trách nhiệm giải trình
khi dịch vụ không hoạt động do sự cố. Tóm lại, chính những nhà cung cấp dịch
vụ/điều hành quản lý mạng cần sự an toàn để giữ gìn các hấp dẫn trong kinh doanh của

họ, các nghĩa vụ của họ đối với các khách hàng và cộng đồng.
Về phương diện các cơ quan chính phủ, yêu cầu an toàn để hợp lệ với các chỉ
thị, các quy định pháp luật, nhằm đảm bảo lợi ích của các dịch vụ, cạnh tranh lành
mạnh, và bảo vệ sự bí mật.
Với những vấn đề đặt ra ở trên, trong diễn đàn ATM, một nhóm làm việc về an
toàn mạng định nghĩa một bộ các loại an toàn gồm những chức năng an toàn ứng dụng
cho khách hàng, điều khiển, và các dịch vụ. Các chức năng đó bao gồm:
+ Điều khiển truy nhập.
+ Xác thực.
+ Bí mật dữ liệu.
+ Toàn vẹn dữ liệu.
1.7.2. An toàn và bí mật trong mạng HFC
Các vấn đề an toàn và bí mật trong mạng HFC khác nhau từ những mạng có kết
nối dây theo điểm-điểm truyền thống. Trong trường hợp của cáp đồng, mạng này cung
cấp kết nối trực tiếp thuê bao đến một mạch đường dây tại tổng đài nội hạt, việc nghe
trộm thực hiện không dễ dàng như đối với đường dây dùng chung. Các cuộc điện đàm
riêng tư dĩ nhiên không thể bị giám sát bởi người sử dụng ở những nhà khác. Trong
một mạng cáp, vấn đề an toàn trở nên khó khăn hơn bởi vì có nhiều thuê bao truy nhập
vật lý đến cùng một đường dây. Như đã trình bày ở phần trên, mạng HFC hai chiều có
các truyền dẫn nhiều-đến-một và một-đến-nhiều trên cùng một trung kế.
Các yêu cầu an toàn tại lớp MAC:


Cố gắng tạo ra các cơ chế an toàn cho các mạng truy nhập đa phương tiện dùng
chung có thể so sánh với các mạng truy nhập đa truy nhập không dùng chung. Các cơ
chế an toàn bao gồm sau đây:
 Xác thực (Authentication): Thuê bao phải tự xác nhận tính hợp lệ đối với
mạng truy nhập. Thuê bao này phải xác định thiết bị thuê bao nào được
quyền phục vụ và thừa nhận đối với profile của dịch vụ. Sự phức tạp của
quá trình xác thực phải là tối thiểu. Đòi hỏi này dẫn ra các giao thức

nhanh và đối xứng.
 Mật mã (encryption): Dữ liệu người dùng giữa thuê bao và giao diện
HFC phải được bí mật.
 Bảo vệ sự phát lại (Replay protection): Mạng truy nhập phải được bảo vệ
ngăn chặn sự phát lại các bảng tin trước đó.
 Quản lý khóa (Key management): Duy trì bí mật thông tin người sử dụng
là then chốt đối với bất kỳ mạng an toàn nào.
 Sự thuận lợi đối với người sử dụng đầu cuối (End user convenience): Các
chức năng an toàn hoạt động mà không đòi hỏi người sử dụng đầu cuối
thực thi các hoạt động hỗ trợ đối với an toàn hệ thống.
 Tính trong suốt (Transparency): Các chức năng an toàn phải hoạt động
mà không làm giảm đi cấp của dịch vụ (CoS-Class of Service) cung cấp
cho người sử dụng.
 Khả năng xuất khẩu (Exportability): Các mạng truy nhập đa phương tiện
có tính chia sẻ sẽ sử dụng world wide. Rất nhiều quốc gia có các qui định
về sử dụng, nhập khẩu và xuất khẩu các hoạt động an toàn. Các hoạt
động an toàn phải tôn trọng triệt để các quy định về xuất khẩu và nhập
khẩu.
 Truyền dữ liệu tin cậy (Data transport reliability): Các mạng truy nhập đa
phương tiện chia sẻ phải có dung sai của các lỗi bit sao cho tối thiểu mở
rộng lỗi. Các lỗi bit của một đường truyền dẫn đơn phải không là nguyên
nhân làm cho các khối bit bị gián đoạn do việc mở rộng lỗi vô hạn. Hệ


thống phải khôi phục đồng bộ một cách tức thì sau khi có sự gián đoạn
truyền dẫn dữ liệu.
 An toàn vật lý (Physical security): An toàn truy nhập đa phương tiện chia
sẻ phải không lệ thuộc vào các phần tử của an toàn vật lý ngoại trừ các
thuộc tính có trong các loại mạng HFC.
 Khôi phục sự an toàn (Security recorvery): An toàn mạng truy nhập đa

phương tiện chia sẻ phải được thiết kế sao cho nó có khả năng thiết lập
lại các thông tin bảo mật (ví dụ như các khóa).
 Khả năng nâng cấp (Upgradability): Các cơ chế an toàn đã chọn cho các
mạng truy nhập đa phương tiện chia sẻ phải cho phép nâng cấp hay thay
mới các cơ chế an toàn, các thuật toán, và các mô hình an toàn.
Mật mã và giải mật mã:
Mật mã và giải mật mã được thực hiện bằng thuật toán DES. Chế độ mật mã sử
dụng là CBC (Cypher Block Chaining).
Có một số vấn đề về kỹ thuật mật mã cần biết như sau:
 Mật mã sử dụng phải được chứng minh và công nhận.
 Mật mã phải được thực thi trên phần cứng hoặc phần mềm.
 Mật mã phải không chiếm băng thông nhiều. Dữ liệu trước và sau khi
mật mã có kích thước như nhau.
 Mật mã phải có độ trễ bé.
 Giải mật mã phải giới hạn khuếch đại lỗi.
 Mật mã phải tự đồng bộ .
Với các nguyên tắc ở trên, IEEE 802.14 kết hợp kỹ thuật mật mã vào hệ thống
MAC sao cho truyền thông giữa một trạm và headend được bí mật và xác thực. Thực
hiện điều này một cách rốt ráo, sẽ biết địa chỉ người nghe trộm và các vấn đề thật giả
có tự nhiên trên mạng cáp truyền dẫn chia sẻ. Qui trình mật mã có thể tóm tắt như sau:
 Trao đổi khóa (Key exchange): IEEE 802.14 đề nghị sử dụng giao thức
trao đổi khóa Diffie-Hellman cho HFC.


 Provisioning: Trong chức năng này headend cho phép thuê bao đăng ký.
Chứng thực ID của thuê bao trong cable modem sẽ được sử dụng để xác
định tính hợp pháp của thuê bao. Có hai bước cần thiết để truy nhập các
dịch vụ: đăng ký ID phần cứng thuê bao (certification number or serial
number của thiết bị) và sử dụng trao đổi khóa bí mật Diffie-Hellman.
 Đăng ký (Registration): Trong chức năng này, thuê bao gởi các yêu cầu

ID duy nhất của nó cho headend. Headend quan tâm đến thuê bao hợp
pháp mới này (thông qua provisioning) sẽ xử lý bằng khóa bí mật trao
đổi để thử đăng ký cho thuê bao. Chứng thực ID được sử dụng để xác
thực tính hợp pháp của thuê bao. Nếu headend không chấp nhận ID này
coi như việc đăng ký của thuê bao bị thất bại.
 Trao đổi khóa bí mật Diffie-Hellman: Thuật toán cho phép hai người sử
dụng trao đổi an toàn một khóa dùng để mật mã thông tin. Thuật toán chỉ
dùng để trao đổi khóa không dùng để mật mã và giải mật mã thông tin.
Thuật toán Diffie-Hellman dựa trên tính khó của bài toán logarit rời rạc trong
trường có hạn, so sánh với việc tính lũy thừa trên cùng một trường.


CHƯƠNG 2: CABLE MODEM
2.1. Khái niệm về công nghệ Cable Modem
Công nghệ Cable Modem ( CM ) là công nghệ truyền số liệu trên mạng truyền
hình cáp (CATV) vốn là mạng lai giữa cáp quang và cáp đồng trục , dùng để cung cấp
tín hiệu một chiều.
Mạng Internet của truyền hình cáp là mạng truy cập Internet thông qua Cable
Modem. Internet và truyền hình đi chung trên một đường dây cáp.

Hình 2.1: Mô hình Cable Modem
2.2. Lịch sử và mục đích ra đời của công nghệ Cable Modem
Cable Modem đã được các thành phố lớn cung cấp dịch vụ từ năm 1998. Và
hiện nay ở Việt Nam dịch vụ này ứng dụng khá rộng rãi.
Dịch vụ cable-modem thường được cung cấp ở mức băng thông nhiều megabit.
Mức băng thông cung cấp thực sự sẽ thay đổi phụ thuộc vào từng nhà cung cấp dịch
vụ. Đối với khách hàng, cable modem có thể được xếp vào nhóm giải pháp SOHO.
Cũng giống như ADSL, những người dùng đầu tiên của Cable Modem (CM) sẽ thấy



đây là một dịch vụ rất tuyệt, tuy nhiên, khi số lượng người dùng nhiều lên, chất lượng
dịch vụ sẽ giảm xuống.
Theo các chuyên gia công nghệ thông tin, hạn chế mà người sử dụng VN
thường gặp phải hiện nay khi sử dụng truyền số liệu qua hệ thống điện thoại là giới
hạn về tốc độ. Với chuẩn mã mới V90, tốc độ tối đa chỉ có thể là 56 Kbps. Công nghệ
băng thông rộng là công nghệ được sử dụng giữa thiết bị của khách hàng và nhà cung
cấp dịch vụ thoại, cho phép cung cấp một dải thông rộng hơn trên đôi cáp đồng truyền
thống. Mục đích ra đời của công nghệ bǎng rộng nhằm đáp ứng cho người dùng sử
dụng những ứng dụng, dịch vụ mới trên Internet như: nghe nhạc trực tuyến, xem phim
trực tuyến, các nhu cầu kết nối mạng, truyền số liệu tốc độ cao...Cable Modem cho
phép người tiêu dùng truy cập Internet tốc độ cao hơn và ở một phần nhỏ của thời
gian, nó có Telephone Modems truyền thống dial-up. Điều này đúng vì hai lý do:
1) Băng thông rộng mạng lưới kết nối lên đến một trăm lần nhanh hơn,
2) Các dịch vụ là "luôn luôn", có nghĩa là khách hàng nhận được thông tin mà
họ muốn, khi họ muốn. Không giống như Telephone Modem, Cable Modem cho phép
người tiêu dùng để giữ cho dòng điện thoại mở của họ đối với cuộc hội thoại bằng
giọng nói.
2.3. Cấu trúc của Cable Modem
2.3.1. Sơ đồ cấu trúc của Cable Modem
Cable Modem gồm loại lắp trong và lắp ngoài PC. Trong một vài trường hợp
Cable Modem có thể được tích hợp trong hộp thu Set-top Cable và thường đòi hỏi phải
có thiết bị bàn phím hoặc chuột để điều khiển khi kết nối Internet. Thực tế thì khi hệ
thống Cable được nâng cấp lên dạng Digital Cable, hộp thu set-top Cable có khả năng
kết nối thẳng vào Internet qua đường kết nối CATV cho dù người sử dụng có truy nhập
Internet hay không.
Dù ở loại nào thì sơ đồ cấu trúc của Cable Modem đều có chung một dạng như
sau :