Konseptiltaan kaapelitelevision tekniikka on suhteellisen yksinkertaista. Se on johdoista ja vahvistimista koostuva järjestelmä, jota käytetään keräämään televisio- ja radiosignaaleja eri lähteistä ja toimittamaan ne tietyn maantieteellisen alueen koteihin. Sitä verrataan joskus kaupungin vesijohtoverkkoon, joka ottaa vettä yhdestä tai kahdesta ensisijaisesta lähteestä ja jakaa sen asiakkaille eri puolilla kaupunkia. Kaapelitelevisio jakaa samalla tavalla televisiokanavien luettelon kaikille alueen asukkaille, jotka kytkeytyvät sen johtoon. Kaapelijärjestelmät laajentavat palveluitaan siten, että ne tarjoavat myös nopean Internet-yhteyden ja perinteisen puhelinpalvelun. Kaapelijärjestelmän peruskomponentteihin kuuluvat paikallisen järjestelmän pääkonttori, jota kutsutaan ”pääkeskukseksi” ja jossa eri signaalit kerätään, yhdistetään ja johdetaan järjestelmään; kuituoptiset linjat ja koaksiaalikaapelit, jotka kuljettavat tietoa; vahvistimet, jotka vahvistavat signaalia säännöllisin väliajoin ja ylläpitävät signaalin voimakkuutta; ja usein myös digisovittimet, jotka muuttavat kaapelisignaalit sähköiseksi informaatioksi, jota kodin televisiovastaanotin voi käyttää.
Pääteasema
Ohjelmien toimittaminen kotiin alkaa kaukana paikallisen järjestelmän pääteasemasta. Kansalliset ja monikansalliset yhtiöt, kuten AOL-Time Warner ja Disney, luovat ohjelmiston ja ylläpitävät tuttuja kanavia, kuten CNN:ää, ESPN:ää, HBO:ta, Discoverya ja MTV:tä. Nämä yhtiöt jakavat ohjelmasignaalit yleensä satelliitin välityksellä muutamasta päälähetyspisteestä ja välittävät materiaalia yli kymmeneen tuhanteen yksittäiseen kaapelijärjestelmään Yhdysvalloissa sekä kaapelijärjestelmiin eri puolilla maailmaa. Paikallisen järjestelmän päätepisteessä olevat suuret lautasantennit vastaanottavat nämä signaalit. Ohjelmayhtiöt syöttävät signaalinsa samanaikaisesti muille monikanavaisten televisiopalvelujen tarjoajille, kuten suoratoistosatelliittiyhtiöille (Direct Broadcast Satellite, DBS) (esim. Direc TV).
Perus- ja premium-kaapelipakettien lisäksi järjestelmät välittävät paikallisia ja alueellisia yleisradioasemia, radioasemia ja valtakunnallisia äänipalveluja. Usein ne myös tuottavat omia ohjelmia tai välittävät muiden yhteisöjen tuottamia ohjelmia. Paikalliset radio- ja televisioasemat vastaanotetaan kotitalouksien televisioantennien tehokkailla muunnoksilla, tai ne lähetetään joskus pääkeskukseen mikroaaltoyhteyden (erikoistunut lähetystekniikka) tai johdon välityksellä. Tyypillisesti nämä paikalliset lähetystoiminnan harjoittajat ovat sidoksissa suuriin kansallisiin verkkoihin (esim. NBC, CBS, ABC, PBS, Fox, WB ja UPN) ja välittävät niitä. Pakettiin kuuluvat myös lähetysasemat, jotka eivät ole sidoksissa kansallisiin ohjelmatoimittajiin, mukaan lukien uskonnolliset asemat. Kansalliset äänipalvelut, joissa on lukuisia digitaalisia musiikkikanavia, syötetään satelliitin kautta samaan tapaan kuin kansalliset video-ohjelmat.
Järjestelmän normaalin kuuluvuusalueen ulkopuolella olevien televisio- ja radioasemien, kuten toisesta osavaltiosta tulevien asemien, signaalit voidaan vastaanottaa aseman lähetysantennin läheisyydestä, ja ne voidaan tuoda maahan mikroaalto- tai lankapuhelimella. Televisiostudioissa (yleensä pienet studiot) pääkeskuksessa luodut ohjelmat videoidaan myöhempää toistoa varten ammattikäyttöön tarkoitetuilla videonauhakoneilla. Näillä laitteilla voidaan myös toistaa nauhoja, jotka muut yhteisön toimijat ovat luoneet ja jotka lähetetään järjestelmän julkisilla tai viranomaiskanavilla. Joskus ohjelmat syötetään johtoa pitkin pääkeskukseen paikallisesta valtion televisiolaitoksesta tai alueen lukion tai korkeakoulun televisiostudiosta. Monet nykyaikaiset kaapelitelevisiojärjestelmät myös tallentavat ja toistavat ohjelmia, yleensä mainoksia, suurikapasiteettisilla digitaalisilla palvelimilla.
Kaikki tämä ohjelmamateriaali järjestetään elektronisesti, ja jokainen signaali asetetaan sitten erilliselle kantoaallolle eli kanavalle. Yhdistetty signaali lähetetään sitten järjestelmässä kohti tilaajan kotia.
Kaapeloitu järjestelmä
Nykyaikaisessa tietoliikenteessä käytetään kolmenlaisia johtoja: niin sanottua kierrettyä paria, valokaapelia ja koaksiaalikaapelia. Kierretty pari on tuttu johto, jota puhelinyhtiöt käyttävät puheen ja datan siirtämiseen. Kuituoptiseen kaapeliin ja koaksiaalikaapeliin verrattuna kierretty parikaapeli on ilman erityistä muokkausta varsin rajallinen tiedonsiirtomäärältään, ja se on aivan liian kapea elektroninen putki monikanavaisten televisio-ohjelmien siirtämiseen. Kaapelioperaattorit käyttävätkin koaksiaali- ja valokaapeleita.
Kaapelitelevisioteollisuus on saanut nimensä koaksiaalikaapelista. Ennen valokuidun käyttöönottoa 1980-luvulla kaapelijärjestelmä koostui lähes kokonaan ”koaksiaalista”. Termi ”koaksiaali” viittaa kaapelin kahteen akseliin, kiinteään kupariseen keskusjohtimeen (ensimmäinen akseli), jota ympäröi metallinen vaippa tai putki (toinen akseli). Nämä kaksi akselia on erotettu toisistaan joko donitsin muotoisilla välikappaleilla tai kiinteällä, muovin kaltaisella materiaalilla, joka on läpinäkyvää radioaalloille. Kestävä muovinen ulkokerros peittää kaapelin.
Kuitu on pohjimmiltaan ohutta lasikuitua, joka on noin ihmisen hiuksen levyinen. Sen sijaan, että informaatiota siirrettäisiin radioaaltojen muodossa, kuituoptiikka välittää informaatiota laserilla tuotettujen valonsäteiden avulla. Koska kuitu valmistetaan pääasiassa lasista (jonka raaka-aineita on runsaasti) eikä kuparista, se on halvempaa kuin koaksiaalikaapeli. Sillä voidaan myös siirtää huomattavasti enemmän tietoa kuin koaksiaalilla, ja se on vähemmän altis signaalin häviämiselle ja häiriöille.
Kaikki kuitu- ja koaksiaalikaapelit pystyvät siirtämään suuren määrän televisiokanavia ja muuta tietoa osittain siksi, että ne hyödyntävät sähkömagneettista spektriä. Sähkömagneettinen spektri on väline, jonka kautta ja jonka sisällä televisio- ja radiosignaaleja lähetetään; se on näkymätön osa luonnonympäristöä, ja siihen kuuluvat muun muassa näkyvä valo, röntgensäteet, gammasäteet ja kosmiset säteet. Suurta osaa tästä luonnollisesta spektristä voidaan käyttää tiedonsiirtoon, ja Yhdysvaltain hallitus on osoittanut tiettyjä osia siitä monille erilaisille langattomille viestintätyypeille. Näihin kuuluvat sotilasviestintä, kaksisuuntaiset radiot, matkapuhelimet ja jopa autotallin ovenavaajat. Kaupalliset lähetystoiminnan harjoittajat, kuten kotikaupungin televisio- ja radioasemat, jakavat siis tämän rajallisen resurssin muiden käyttäjien kanssa.
Johtimelliset järjestelmät, kuten kaapelitelevisio, sen sijaan jäljittelevät luonnollista spektriä eristetyssä ja valvotussa ympäristössä. Ne voivat käyttää kaikkea kyseisen järjestelmän luomaa käytettävissä olevaa taajuustilaa ilman, että niiden tarvitsee jakaa sitä muiden palvelujen kanssa. Tietyssä järjestelmässä tai tietyssä sovelluksessa käytettävissä olevan taajuustilan määrää kutsutaan ”kaistanleveydeksi”, ja se mitataan hertseinä tai yleisemmin kilohertseinä (kHz) ja megahertseinä (MHz). Kotiin tulevan puhelinlinjan taajuus on hieman yli 4 kHz, ja sitä kutsutaan ”kapeakaistaiseksi”. Yleisradioitu televisiosignaali vaatii 6 MHz, ja useimmat nykyaikaiset ”laajakaistaiset” kaapelijärjestelmät toimivat 750-860 MHz:n taajuudella eli yli 110 analogista televisiokanavaa.
Vahvistimet
Kun televisiosignaali kulkee kaapelijohtojen, sekä kuitu- että koaksiaalijohtojen, läpi, tuo signaali menettää voimakkuuttaan. Koaksiaalikaapelissa oleva vastus tai kuidussa olevat epäpuhtaudet aiheuttavat signaalin heikkenemisen ja haalistumisen etäisyyden myötä. Sen vuoksi signaalia on vahvistettava säännöllisin väliajoin. Nykyaikaisissa kaapelijärjestelmissä nämä vahvistimet on sijoitettu noin kahden tuhannen metrin välein koaksiaalijohtojen osalta; vahvistinsarjaa kutsutaan ”kaskadiksi”. Kuidun parempi siirtoteho tarkoittaa, että saman matkan kulkemiseen tarvitaan vähemmän vahvistimia. Kaskadissa tai järjestelmässä käytettävien vahvistimien kokonaismäärä on rajoitettu, koska jokainen vahvistin aiheuttaa pienen määrän häiriöitä linjaan. Tämä häiriö kasaantuu, ja jos vahvistimia on liikaa, se saavuttaa pisteen, jossa säröä ei voida hyväksyä. Käytettävien vahvistimien lukumäärä ja niiden välinen etäisyys todellisessa järjestelmässä riippuu järjestelmän kaistanleveydestä ja väliaineesta (esim. koaksiaali- tai kuitu). Tietyssä kaapelijärjestelmässä voi olla satoja, jopa tuhansia kilometrejä kuitua ja koaksiaalia ja satoja vahvistimia.
Vahvistimen hienostuneisuus on myös pääasiallisesti vastuussa järjestelmän hyödynnettävissä olevasta kaistanleveydestä eli kanavien määrästä, jonka järjestelmä voi siirtää. Varhaisimmat kaapelitelevisiovahvistimet pystyivät välittämään vain yhtä kanavaa kerrallaan, ja kolmikanavaisessa kaapelijärjestelmässä oli oltava erillinen vahvistinsarja kutakin kanavaa varten. Nykyaikaiset laajakaistavahvistimet välittävät useita kanavia samanaikaisesti.
Verkkoarkkitehtuurit
Järjestelmäarkkitehtuuri on malli, jonka mukaan kaapelijärjestelmä on järjestetty (eli johtojen konfiguraatio pääkeskuksesta tilaajan kotiin). Kaapelijärjestelmän klassista arkkitehtuuria kutsuttiin kaapelijärjestelmän alkuaikoina 1940-luvun lopulla ”puuksi ja haaraksi”. Kuvittele sukupuukaavio, jossa suvun esi-isien oksat lähtevät rungosta ja nämä suuret oksat jakautuvat ja leviävät hienojakoisemmiksi ja lukuisammiksi sivuhaaroiksi. Klassinen kaapelijärjestelmä on suunniteltu tällä tavalla. Signaalit lähtevät pääkeskuksesta suurikapasiteettisten ”runkolinjojen”, yleensä valokuitulinjojen, kautta, jotka kulkevat yhteisön pääväylien kautta kaupungin katuja pitkin kohti paikallisia asuinalueita. ”Syöttökaapelit” eli jakelukaapelit haarautuvat valokuiturunkojohdosta eli runkojohdosta ja leviävät naapuruston katuja pitkin satoihin, joskus jopa tuhansiin koteihin. Lopuksi syöttökaapeleista lähtevät pienemmät koaksiaaliset ”pudotusjohdot”, jotka johtavat yksittäisiin taloihin. Kaikki linjat on joko upotettu maan alle tai ripustettu pylväisiin, jotka yleensä vuokrataan paikalliselta puhelin- tai sähköyhtiöltä. Koska runko- ja syöttöjohdot eivät pysty kantamaan omaa painoaan, ne on kiinnitetty raskaisiin teräsvaijereihin, joita kutsutaan ”säikeiksi” ja jotka kantavat myös vahvistimien painon.
Kustannustehokkaan valokuitutekniikan kehittyessä 1980-luvulla kaapelijärjestelmät alkoivat korvata suuren osan koaksiaalijohdoistaan uudella, kapasiteetiltaan suuremmalla tekniikalla aloittaen runkojohdoista ja siirtyen kohti syöttöjohtoja. Laitteiston muutoksen myötä myös järjestelmäarkkitehtuuri muuttui. Kuidun käyttö alensi kustannuksia pitkällä aikavälillä, vähensi tarvittavien vahvistimien määrää ja paransi signaalin yleistä laatua. Kuitua voitiin johtaa suoraan pääkeskuksesta keskittimiin tai solmupisteisiin, jotka palvelivat suuria kotiryhmiä. Näistä kuitukeskuksista minipuu- ja haarakoaksiaalijärjestelmät palvelisivat alueen asiakkaita. Tämä kuitu- ja koaksiaalikaapelin yhdistelmä on hybridi-kuitu-koaksiaali (HFC) -arkkitehtuuri.
Set-top-boxit
Monilla kaapelitilaajilla, jopa niillä, joilla on nykyaikaiset ”kaapelivalmiit” televisiovastaanottimet, on ylimääräisiä kaapelisovittimia tai -muunninlaitteita televisiovastaanottimiensa päällä tai niiden vieressä. Set-top-boksit suorittavat useita tärkeitä tehtäviä kaapelijärjestelmälle. Joissakin televisiovastaanottimissa, erityisesti vanhemmissa tai ei-kaapelikelpoisissa laitteissa, ne toimivat televisiovirittimenä eli laitteena, joka valitsee katseltavat kanavat. Koska langallinen taajuusspektri on suljettu maailmankaikkeus, kaapelioperaattorit voivat sijoittaa kanavansa lähes mille tahansa haluamalleen taajuudelle, ja ne tekevät niin hyödyntääkseen tilaa ja tekniikkaa mahdollisimman tehokkaasti. Operaattorit käyttävät esimerkiksi yleisradiolähetysten VHF-kanavia 2-13 ”normaalilla” paikallaan, mutta UHF-kanavat 14-69, jotka avoimessa spektrissä ovat korkeammalla ja erillään VHF-kanavista, on siirretty ”kaapelitilaan”. Koko kaapelitaajuus on itse asiassa jaettu omiksi kaistoikseen. Kanavat 2-6 lähetetään matalalla kaistalla, kanavat 7-13 korkealla kaistalla, ja muut kaapeliverkon ohjelmat on jaettu keskikaistan, superkaistan ja hyperkaistan kanaville. Osaa matalasta kaistasta (eli 0-50 MHz) käytetään usein signaalien siirtämiseen kuluttajan kotoa ”ylävirtaan” ja takaisin kaapeliyhtiön pääkeskukseen. Televisiovastaanottimet, joita ei ole asennettu vastaanottamaan kaapelin monia erikoiskaistoja, vaativat muuntamiseen digisovittimia.
Vaikka kaapelivalmiit televisiovastaanottimet ovat ottaneet hoitaakseen suurimman osan signaalin vastaanoton yksinkertaisista toiminnoista nykyaikaisissa järjestelmissä, muuntimet ovat edelleen alan peruspilari edistyneempien palveluiden, kuten maksullisten ohjelmien ja maksullisten elokuvien, tarjoamisessa. Laatikot auttavat ohjaamaan tällaisten ohjelmien jakelua tilaajakoteihin. Monet kaapelijärjestelmät ovat ”osoitteellisia”, mikä tarkoittaa, että jokaisella tilaajalla on sähköinen osoite, ja operaattorit voivat kytkeä signaalin kyseiseen kotiin päälle tai pois pääkeskuksesta. Osoitteistettavuuden mahdollistava tekniikka on usein sijoitettu digisovittimeen. Kaapelin siirtyessä digitaaliaikaan digisovittimia käytetään muuntamaan digitaaliset kanavat ja palvelut sellaisiksi signaaleiksi, joita tavallinen analoginen televisiovastaanotin voi käyttää.
Kaapelin vuorovaikutteisuus ja kehittyneet palvelut
Kaapelin vuorovaikutteisuus ja edistykselliset palvelut
Kaapelijärjestelmistä suurin osa on osoitekelpoisia, mutta todellinen vuorovaikutteisuus on edelleen rajallista useimmissa järjestelmissä. Vuorovaikutteisuutta ei ole määritelty, ja se voi olla monenlaista, kuten elokuvien tilaaminen silloin, kun asiakas haluaa niitä katsoa (video on demand), tai se, että kaapelijärjestelmä valvoo kodin savuhälytintä. Kaikissa tapauksissa se edellyttää jotakin keinoa saada signaali kotoa takaisin päätelaitteeseen. Kaapelitelevisiojärjestelmät konfiguroitiin alun perin suurten ohjelmamäärien tehokasta jakelua varten yhdestä pisteestä (päätepisteestä) useille käyttäjille (point-to-multipoint-jakelujärjestelmä). Järjestely on ollut erittäin onnistunut sisällön yksisuuntaisessa massajakelussa, mutta sen kaksisuuntainen kapasiteetti on rajallinen. Kuten todettiin, kaapelitelevisiojärjestelmät varaavat pienen osan taajuusalueestaan nousevaa tiedonsiirtoa varten, mutta kaapeliteollisuus on historiallisesti käyttänyt tätä kaistanleveyttä liian vähän.
Sen sijaan puhelinjärjestelmät on rajallisesta kaistanleveydestään huolimatta konfiguroitu täyteen kaksisuuntaiseen, pisteestä pisteeseen tapahtuvaan tiedonsiirtoon. Toisin kuin kaapelissa, puhelinyhtiöt käyttävät kytkentäjärjestelmää luodakseen kahden soittajan välille erillisen linjan. Perinteisissä kaapelijärjestelmissä ei ole sellaista arkkitehtuuria tai kytkentää, joka mahdollistaisi tällaisen palvelun tarjoamisen. Kaapeliyhtiöt pyrkivät voittamaan tämän teknisen haitan kehittämällä tekniikoita, joissa käytetään sekä laitteistoja että ohjelmistoja, jotta niiden järjestelmät olisivat vuorovaikutteisempia. Digitaalitekniikkaan siirtyminen nähdään erityisesti keinona tarjota lisä- ja parannettuja palveluja, kuten vuorovaikutteista televisiota, puhelinpalvelua ja Internet-yhteyttä.
Varhainen esimerkki tästä pyrkimyksestä on kaapelimodeemi. Jakamalla tietokonedataa, kuten Internet-sivuja, kaapeliverkon kautta kaapelioperaattorit pystyvät hyödyntämään laajakaistakapasiteettiaan ja nostamaan huomattavasti modeemin nopeuksia. Asiakkaat, jotka kytkevät tietokoneensa kaapeliverkkoon tavallisen puhelinmodeemin sijaan, voivat ladata sivuja muutamassa sekunnissa minuuttien sijasta, ja kaapelimodeemi on päällä koko ajan, joten tietokoneen ei tarvitse odottaa, että se ”valitsee” Internet-yhteyden.
Kaapelioperaattorit kehittävät myös tekniikoita, jotka mahdollistavat puhelinpalvelun tarjoamisen kaapeliverkon kautta. Loppujen lopuksi kaapelin laajakaistakapasiteetti tarjoaa yhden tärkeimmistä jakelualustoista nopealle vuorovaikutteiselle digitaaliselle aikakaudelle – tiedon valtatielle – ja auttaa luomaan videon, äänen ja datan saumattoman integraation.
Katso myös:Kaapelitelevisio; Kaapelitelevisio, ura; Kaapelitelevisio, historia; Kaapelitelevisio, ohjelmointi; Kaapelitelevisio, sääntely; Digitaalinen viestintä; Internet ja World Wide Web; Satelliitit, viestintä; Puhelinteollisuus, tekniikka; Televisiolähetystoiminta, tekniikka.
Bibliografia
Baldwin, Thomas; McVoy, D. Stevens; ja Steinfeld, Charles. (1996). Konvergenssi: Integrating Media, Information, and Communication. Thousand Oaks, CA: Sage Publications.
Bartlett. Eugene. (1999). Kaapelitelevision käsikirja: Systems and Operations. New York: McGraw-Hill.
Ciciora, Walter; Farmer, James; and Large, David.(2000). Moderni kaapelitelevisiotekniikka: Video, Voice, and Data Communications. San Francisco, CA: Morgan Kaufmann.
Crisp, John. (1999). Johdatus kuituoptiikkaan. Woburn, MA: Butterworth-Heinemann.
Jones, Glen. (1996). Jones Dictionary of Cable Television Terminology. Boston: Information Gatekeepers.
Maxwell, Kim. (1998). Residential Broadband: An Insider’s Guide to the Battle for the Last Mile. New York: Wiley.
O’Driscoll, Gerard. (1999). The Essential Guide to Digital Set-Top Boxes and Interactive TV. Paramus, NJ: Prentice-Hall.
Parsons, Patrick R. ja Frieden, Robert M. (1998). The Cable and Satellite Television Industries. Boston: Allyn & Bacon.
Southwick, Thomas. (1998). Distant Signals: How Cable TV Changed the World of Telecommunications. Overland Park, KS: Primedia Intertec.
Patrick R. Parsons
.