Phác thảo dự án cung cấp các dịch vụ truyền hình, thoại và internet trên hạ tầng CATV và XDSL

PHÁC THẢO DỰ ÁN CUNG CẤP CÁC DỊCH VỤ TRUYỀN HÌNH, THOẠI VÀ INTERNET TRÊN HẠ TẦNG CATV VÀ XDSL TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG CÁP. Giới thiệu về hệ thống truyền hình cáp. Hệ thống truyền hình cáp xuất hiện vào những năm cuối của thập niên 40. Các hệ thống này được gọi là truyền hình ăng ten chung hay CATV (community antenna telivision). Mục tiêu ban đầu của truyền hình cáp là phân phát các chương trình quảng bá tới những khu vực do các điều kiện khó khăn về địa hình không thể thu được bằng các ăng ten thông thường. Tuy nhiên, do những ưu điểm vượt trội so với các hệ thống truyền hình cũ CATV được chấp nhận rộng rãi và ngày càng phát triển. Nhờ sự phát triển của hệ thống chuyển tiếp viba, CATV có thể phục vụ một phạm vi rộng lớn và vào cuối những năm 70, vệ tinh viễn thông ra đời cho phép hệ thống truyền hình cáp nhận được tất cả các chương trình truyền hình trên toàn thế giới. Một ưu điểm của hệ thống truyền hình cáp là có thể sử dụng các kênh kề nhau để truyền tín hiệu trong tất cả các phạm vi mà không xuất hiện hiện tượng nhiễu đồng kênh, đồng thời dung lượng kênh truyền ngày càng tăng nên hệ thống CATV có thể truyền được hàng trăm kênh phục vụ được nhiều nhu cầu phong phú của thuê bao. Cấu hình một hệ thống truyền hình cáp. Cấu hình của một hệ thống truyền hình cáp bao gồm các thành phần sau: Headend: Bao gồm các headend chính và các headend thứ cấp có chức năng: Tiếp nhận các chương trình truyền hình từ vệ tinh hoặc các chương trình quảng bá, điều chế tín hiệu vào các kênh khác nhau, chèn các kênh vào đường truyền. Trunk: Cáp trung kế nối giữa headend với các hub hay với các node. Đường cáp trung kế ngày nay thường được thiết kế bằng cáp quang nhằm giảm thiểu các bộ repeater và nâng cao chất lượng tín hiệu. Distribution cable: Các đường cáp chính xuyên các khu dân cư đông đúc cần phục vụ. Trên các đường các này phải có các bộ khuếch đại công suất để tín hiệu đủ lớn khi tới các thuê bao. Các đường truyền chính có thể là các sóng vi ba AML, FML. Drop cable: Các đường cáp nhỏ từ bộ chia công suất tới máy thu của từng thuê bao. Terminal equiptment: Các thiết bị đầu cuối thuê bao: bộ giải mã, bộ đổi tần, cáp modem, máy thu... Căn cứ vào dải thông hay số lượng kênh mà hệ thống có thể phục vụ người ta chia làm các hệ thống nhỏ vừa hay lớn. Bảng dưới đây chỉ ra một cách phân chia các hệ thống: Dải thông Phạm vi tần số hoạt động Số lượng kênh Small 170 MHz 50 MHz- 220MHz 12-22 220 MHz 50 MHz- 270MHz 30 Medium 280 MHz 50 MHz- 330MHz 40 350 MHz 50 MHz- 400MHz 52 Large 400 MHz 50 MHz- 450MHz 60 500 MHz 50 MHz- 550MHz 80 700 MHz 50 MHz- 750MHz 110 950 MHz 50 MHz- 1000MHz 150 Dải thông được chia ra thành các khe, mỗi khe có độ rộng 6-8MHz được gọi là một kênh. Kênh này đủ để truyền tải một kênh truyền hình tương tự theo tiêu chuẩn NTSC, với các kĩ thuật nén số ngày nay các kênh này có thể truyền được một kênh truyền hình số độ phân giải cao HDTV hoặc truyền đồng thời 4 kênh truyền hình số tiêu chuẩn hoặc truyền 16 kênh truyền hình số theo tiêu chuẩn VHS. Có ba kế hoạch phân kênh để chuẩn hoá tần số của các kênh. Đầu tiên là kế hoạch liên quan đến sự phân chia của FFC cho các trạm truyền hình quảng bá VHF. Kế hoạch phân chia này gọi là kế hoạch phân chia chuẩn. Kế hoạch phân kênh thứ hai được thực hiện bởi sự khoá pha sóng mang kênh truyền hình và được gọi là IRC (incrementally related cariers). IRC được phát triển để giảm thiểu méo third-order tạo ra bởi sự khuếch đại lặp của các tín hiệu truyền hình khi chúng truyền qua hệ thống cáp. Kế hoạch phân kênh thứ ba là HRC (harmonically related carriers). Nó khác với sự phân kênh chuẩn và IRC ở chỗ tần số sóng mang thấp hơn khoảng 1.25MHz. với HRC các sóng mang được khoá pha và là số nguyên lần của 6MHz bắt đầu với kênh 2 ở 54MHz. Kế hoạch này được tạo ra để làm giảm tác động nhìn thấy được của méo do các bộ khuếch đại gây ra. Các kế hoạch phân kênh được thiết kế để giảm tác động của méo bằng cách làm cho tần số của các kênh đồng bộ với các sóng mang nhiễu. Những hạn chế của công nghệ truyền hình hiện tại. Hạn chế thứ nhất và lớn nhất là cả công nghệ truyền hình tương tự và số đều là "Truyền hình một chiều”. Hạn chế thứ hai là sự đơn điệu trong dịch vụ. Hạn chế thứ ba là không phát huy được hết các lợi ích, thế mạnh, đặc thù riêng của từng đối tượng nhà cung cấp dịch vụ khác nhau. Mục đích phát triển của hệ thống truyền hình cáp trong thời gian tới. Có thể lựa chọn xem các nội dung mà mình thích hơn là phát gì thì xem đó, chọn trở lại bất cứ khi nào mình muốn và bao nhiêu lần tuỳ thích như DVD/VCD. Chơi game, duyệt web, check mail, chat, mua sắm, thanh toán dịch vụ, học tập, gửi tin nhắn… thậm trí cả làm việc qua chiếc TV. Các dịch vụ cung cấp đa dạng, và phù hợp với các môi trường kinh doanh khác nhau. Tận dụng được các thế mạnh công nghệ hiện tại, phát huy được các ưu thế cạnh tranh mới và mang về nhiều lợi nhuận hơn. Cùng với các mục đích này có 2 xu hướng công nghệ đang được nghiên cứu để phát triển VOD( Video On Demand) và NEOD( Near Video On Demand). VOD là bạn có thể xem video bất cứ lúc nào bạn muốn với các chức năng như một đầu VCR ảo, có nghĩa là bạn có thể dừng hình, tạm dừng, tua nhanh, chậm... tất cả những điều đó nghe như không thể thực hiện được, cần có sự thoả thuận với khách hàng. Một câu hỏi đặt ra là mức độ như thế nào thì khách hàng chấp nhận được và sự cân nhắc giữa giá cả và sự thuận lợi. NEOD dựa trên nguyên lí Pareto, nguyên lí này nói rằng tất cả các mong muốn chỉ tập trung vào một số chủ để thông dụng. Có lẽ khoảng 80% thậm chí ít hơn các chủ đề là thông dụng. Tiếp theo nữa là giới hạn tần suất truy nhập dịch vụ cũng như giới hạn yêu cầu của thuê bao. Thay vì thuê bao có thể xem ngay lập tức một bộ phim bất kì mà mình yêu cầu thì một số bộ phim đang được ưa thích sẽ được phát nối tiếp trên một vài kênh. Ví dụ trong hệ thống Time Warner Quantum, giả sử mỗi khi yêu cầu một bộ phim khách hàng phải đợi tối đa 30 phút, độ dài mỗi bộ phim là 2 giờ thì mỗi bộ phim sẽ yêu cầu 4 kênh. Khi đó trên mỗi kênh liên tục phát bộ phim đó lệch nhau 30 phút. Với kĩ thuật nén video số, khả năng tăng dung lượng kênh là rất lớn do đó có thể xem các bộ phim với thời gian đợi nhỏ hơn bằng việc tăng số kênh cho mỗi bộ phim. Xét cụ thể một ví dụ sau: một hệ thống cáp có tần số tối đa là 750MHz. phạm vi từ 50 đến 450MHz để mang các kênh tương tự (dưới 50MHz được sử dụng cho dành cho đường lên). Phổ 400MHz này được dùng cho các dịch vụ cáp thông thường. Phổ tần 300MHz từ 450MHz đến 750MHz chứa 50 kênh mỗi kênh 6MHz. Nếu chúng ta có thể nén các bộ phim trong một dòng 3Mbps và nếu sử dụng phương pháp điều chế 16VSB, 64QAM hay 256QAM tương ứng với tốc độ 38.5, 27, 38.5 Mbps tương ứng ta sẽ có thể mang 12, 12, 9 bộ phim trong một kênh 6MHz. Vì vậy 50 kênh 6MHz tương ứng với 600, 450 hoặc 600 kênh ảo cho mỗi bộ phim. Xem xét trường hợp một danh sách 10 bộ phim hay nhất được phát (mỗi bộ phim dài 135 phút), mỗi bộ phim được phát trên 12 kênh ảo. Như vậy thời gian đợi cho yêu cầu một bộ phim nào đó là 135/12 = 11,25 phút. tiếp tục sắp xếp 20 bộ phim khác vào 160 kênh mỗi bộ phim chiếm 8 kênh, thời gian đợi là 16.9 phút. Tiếp tục đặt 40 bộ phim vào 160 kênh, 60 bộ phim vào 60kênh. Tóm lại chúng ta phát được trong hệ thống cáp quang 130 bộ phim trong tổng số 500 kênh, và chúng ta còn dư ra 100 kênh phục vụ cho các dịch vụ khác. HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH CÁP HIỆN NAY. Hiện nay, tại Bắc Mỹ đã có 105 triệu thuê bao cáp đồng trục băng thông rộng (broadband coaxial cable) trong đó có hơn 75 triệu là thuê bao cáp tivi. Người ta muốn sử dụng hệ thống cáp tivi để có thể vừa có thể truyền các kênh truyền hình vừa có thể truyền số liệu tốc độ cao trên hệ thống này. Tuy nhiên để có thể trở thành dịch vụ truyền thông chất lượng cao, hệ thống truyền hình cáp một chiều phải được nâng cấp thành mạng hai chiều hiện đại. Điều này đòi hỏi một sự đầu tư thích đáng cả về kỹ thuật lẫn tài chính. Mô hình tổng quan hệ thống thông tin cáp hiện nay. Thiết bị đầu cuối. Dịch vụ truyền hình một chiều: Có thể phát truyền hình tương tự hoặc truyền hình số. Đối với hệ thống kênh tương tự, tivi có thể thu trực tiếp tín hiệu trên cáp và giải điều chế để lấy ra tín hiệu của tivi. Đối với các kênh số, tại đầu thu của tivi cần thiết phải có bộ nhận tín hiệu số và giải mã. Do số lượng kênh có thể phát trên hệ thống cáp là rất lớn, hiện nay có thể có tới khoảng 100 luồng 6MHz, cộng với kỹ thuật nén tín hiệu, hệ thống cáp có thể truyền đồng thời 500 - 600 kênh video cùng một thời điểm. Nếu tại đài phát, người ta phát theo nguyên lý Pareto, thì ta có thể có một dịch vụ truyền hình theo yêu cầu có thể chấp nhận được. Dịch vụ truyền hình hai chiều: Kết hợp với một số thiết bị đầu cuối, người ta có thể sử dụng cơ sở hạ tầng của hệ thống truyền hình cáp để kết nối Internet, duyệt Web tivi, truyền hình tương tác. Hệ thống cáp chỉ có chức năng truyền dữ liệu trên đến thiết bị đầu cuối. Trên hệ thống cáp, dữ liệu sẽ được đóng gói vào các luồng 6MHz sau đó được ghép kênh và truyền trên hệ thống cáp. Các thiết bị đầu cuối sẽ có chức năng phân tách các tín hiệu thu được để giải mã ra tín hiệu yêu cầu. GIẢI PHÁP TRUYỀN HÌNH CÁP HAI CHIỀU PHÂN PHỐI DỊCH VỤ CHO CÁC CHUNG CƯ CAO TẦNG, KHÁCH SẠN VÀ CÁC KHU VỰC DÂN CƯ QUY MÔ NHỎ Để thiết lập hệ thống truyền hình cáp hai chiều thì cần có một vài thay đổi như sau: Thay các bộ khuếch đại một chiều bằng các bộ khuếch đại tín hiệu hai chiều. Có thể đồng thời phát tín hiệu thu được từ hệ thống truyền hình cáp của hệ thống truyền hình chung với tín hiệu phát từ hệ thống truyền hình hai chiều. Quá trình nâng cấp dịch vụ từ hạ tầng CATV một chiều: Dịch vụ phim theo yêu cầu: Để phát thêm dịch vụ phim theo yêu cầu, các thiết bị gồm có: Website để người sử dụng lựa chọn các chương trình. Căn cứ vào lựa chọn này, nhà cung cấp dịch vụ sẽ lập được list các chương trình nhiều người yêu thích nhất và phát theo nguyên lý Paretto. Đầu phát tín hiệu truyền hình: Mỗi đầu phát sẽ phát được tín hiệu của một kênh truyền hình. Tín hiệu số sau khi được mã hóa (64QAM hoặc 256 QAM,..) sẽ được vào đầu phát để phát lên mạng truyền dẫn. Storage Server: Server này là một máy tính có cấu hình mạnh, có dung lượng lưu trữ lớn (hàng trăm Giga byte). Các chương trình có thể lưu trữ hàng trăm bộ phim hoặc chương trình giải trí dùng để phát lên hệ thống truyền hình cáp. Mỗi khu chung cư có thể xây dựng một hệ thống Storage Server hoặc nhiều khu chung cư có thể xây dựng chung một hệ thống Storage Server. Bộ mã hóa QAM: Thiết bị này dùng để mã hóa tín hiệu số từ Storage Server thành tín hiệu của một kênh truyền hình. Thiết bị này có khả năng mã hóa 12 phim VCD trên một kênh truyền hình hoặc 4 bộ phim DVD trên một kênh truyền hình. Căn cứ số kênh cần phát mà người ta tính ra số bộ mã hóa QAM và số đầu phát tín hiệu truyền hình cần sử dụng. Nhà cung cấp có thể xây dựng một chung tâm xử lý chung cho các nhà cao tầng và tại đầu vào của các khu chung cư cao tầng chỉ cần lắp thêm thiết bị ghép nối tín hiệu truyền hình cáp từ nhà cung cấp. Như vậy tại một chung cư cao tầng có thể sử dụng đồng thời chương trình truyền hình cáp của nhiều nhà cung cấp. Để xem được tín hiệu truyền hình cáp, người sử dụng sẽ đăng ký dịch vụ với nhà cung cấp và nhận từ nhà cung cấp thiết bị thu tín hiệu truyền hình số (Settop box). Có hai hình thức cung cấp tín hiệu truyền hình cáp một chiều từ nhà cung cấp dịch vụ. Thứ nhất là nhà cung cấp dịch vụ phát các kênh truyền hình tương tự trên hệ thống truyền hình cáp và người sử dụng có thể sử dụng trực tiếp tín hiệu này cho tivi. Thứ hai là nhà cung cấp sẽ phát tín hiệu số trên hệ thống truyền hình cáp và người sử dụng buộc phải sử dụng thiết bị giải mã tín hiệu số để có thể xem được các chương trình truyền hình. Đối với hình thức thứ hai, nhà cung cấp có thể quản lý người sử dụng theo thuê bao tháng hoặc quản lý thời lượng xem của nhà sử dụng hoặc có thể quản lý theo hình thức xem chương trình nào thì trả tiền chương trình đấy (PPV). Truyền hình tương tác. Để cung cấp hệ thống truyền hình tương tác nhà cung cấp cần lắp đặt thêm hệ thống thu phát hai chiều (CMTS). CMTS CSU/DSU : Kết nối với đường lease line để cung cấp dịch vụ Internet. Billing Server: Server giám sát và tính cước phí sử dụng của thuê bao. Cáp Modem (CM): Được lắp đặt tại đầu cuối của người sử dụng để giải mã tín hiệu được phát đi từ CMTS và mã hóa tín hiệu từ máy tính gửi lên CMTS. Mỗi CMTS có khả năng cung cấp nhiều đường gửi dữ liệu xuống cáp modem (DS). Mỗi đường DS có băng thông 27Mbps có thể cung cấp cho 1000 người sử dụng. CMTS có nhiều đường tín hiệu cho phép CM gửi dữ liệu lên CMTS (US). Mỗi đường US có thể dùng chung cho 250 CM. Tích hợp thêm các dịch vụ mở rộng trên nền Web TV: Nhà thông minh; Điện thoại truyền hình IP; Games, âm nhạc chất lượng cao; Home Banking, e-Commerce, Tính toán sơ bộ thiết bị cho một khu Resort Sơ đồ hệ thống Thiết kế cho một khu Resort có khoảng 500 hộ gia đình. Ngoài thiết bị lưu trữ và phát video (Storage Server) cần có thêm: Chương trình phát phim: Muốn phát 12 kênh số cần 1 bộ QAM và 1 bộ đầu phát truyền hình. Muốn phát mỗi một kênh analog cần 1 bộ đầu thu phát truyền hình. Các bộ settop box cho thu tín hiệu số. Phát truyền hình tương tác. 1 bộ CMTS với 1 kênh DS và 2 kênh US. ( Khuyến nghị C2000) 1 bộ CSU/DSU. 500 bộ CM cho mỗi hộ sử dụng. Các bộ khuếch đại tín hiệu hai chiều cho truyền hình tương tác, số lượng cụ thể tùy theo thiết kế. Đầu phát tín hiệu truyền hình. Đường thuê bao leased line từ nhà cung cấp dịch vụ Internet. Settop box có đường phản hồi trong trường hợp duyệt Web TV. Ngoài ra để cung cấp hệ thống điện thoại IP hệ thống cần có: Call Agent (CA) System, which includes Connection Manager (CM), and Service Control and Management System (SCMS). Signaling System 7 (SS7) Gateway. Announcement Server (AS). Voice Mail Server (VMS) Connection. Wiretap Server (WS) Cable Modem Terminal System (CMTS). Cung cấp dịch vụ Game on Demand cần có thêm. Game Cluster Storage Server