Dans son concept, la technologie de la télévision par câble est relativement simple. C’est un système de fils et d’amplificateurs utilisés pour recueillir les signaux de télévision et de radio provenant de diverses sources et les acheminer vers les foyers d’une zone géographique donnée. On le compare parfois au système de distribution d’eau d’une ville, qui prend l’eau à une ou deux sources primaires et la distribue aux clients dans toute la ville. De même, la télévision par câble distribue une liste de chaînes de télévision à tous les résidents d’une zone qui se connectent à son câble. Les systèmes de câblodistribution étendent leurs services pour inclure également l’accès à l’Internet à haut débit et le service téléphonique traditionnel. Les composants fondamentaux d’un système câblé comprennent le bureau principal du système local, appelé « tête de réseau », où les différents signaux sont rassemblés, combinés et envoyés dans le système ; les lignes à fibres optiques et les câbles coaxiaux, les fils qui transportent l’information ; les amplificateurs qui amplifient le signal à intervalles réguliers et maintiennent la force du signal ; et souvent les boîtiers décodeurs, qui traduisent les signaux du câble en informations électroniques que le téléviseur domestique peut utiliser.
La tête de réseau
Le processus d’acheminement des programmes jusqu’au domicile commence loin de la tête de réseau du système local. Des sociétés nationales et multinationales comme AOL-Time Warner et Disney créent la programmation et exploitent des chaînes familières comme CNN, ESPN, HBO, Discovery et MTV. Ces sociétés distribuent les signaux des programmes, généralement par satellite, à partir de quelques points d’origine principaux, et transmettent le matériel aux plus de dix mille systèmes de câble individuels aux États-Unis, ainsi qu’aux systèmes de câble du monde entier. De grandes antennes paraboliques situées à la tête du système local reçoivent ces signaux. Les sociétés de programmation envoient simultanément leurs signaux à d’autres fournisseurs de télévision multicanaux tels que les sociétés de diffusion directe par satellite (DBS) (par exemple, Direc TV).
En plus des paquets de câble de base et de première qualité, les systèmes transportent des stations de télévision de diffusion locales et régionales, des stations de radio et des services audio nationaux. Souvent, ils produisent également leur propre programmation ou transmettent des programmes produits par d’autres dans la communauté. Les stations de radio et de télévision locales sont captées par de puissantes antennes de télévision domestiques, ou elles sont parfois envoyées à la tête de réseau par liaison micro-ondes (une technologie de diffusion spécialisée) ou par fil. En général, ces diffuseurs locaux sont affiliés aux grands réseaux nationaux (par exemple, NBC, CBS, ABC, PBS, Fox, WB et UPN) et les transmettent. Les stations de radiodiffusion qui ne sont pas affiliées à des programmateurs nationaux, y compris les stations religieuses, seront également incluses dans le bouquet. Les services audio nationaux qui comportent des dizaines de chaînes de musique numérique sont alimentés par satellite de la même manière que les programmes vidéo nationaux.
Les signaux des stations de télévision et de radio qui se trouvent en dehors de la portée de réception normale du système, comme les stations d’une autre partie de l’État, peuvent être captés près de l’antenne émettrice de cette station et importés par micro-ondes ou par ligne terrestre. Les programmes créés dans les studios de télévision (généralement de petite taille) de la tête de réseau sont enregistrés sur vidéo pour être lus ultérieurement à l’aide de magnétoscopes de qualité professionnelle. Ces machines lisent également les bandes créées par d’autres membres de la communauté pour être diffusées sur les canaux d’accès publics ou gouvernementaux du système. Parfois, la programmation est acheminée par câble jusqu’à la tête de réseau à partir d’une installation de télévision du gouvernement local ou d’un studio de télévision dans une école secondaire ou un collège de la région. De nombreux systèmes modernes de télévision par câble stockent et lisent également la programmation, généralement des publicités, en utilisant des serveurs numériques de grande capacité.
Tout ce matériel de programmation est organisé électroniquement, et chaque signal est ensuite imposé sur une onde porteuse séparée, ou canal. Le signal combiné est ensuite envoyé sur le système vers le domicile de l’abonné.
Le système câblé
Il existe trois types de fils utilisés dans les télécommunications modernes : la paire dite torsadée, le câble à fibre optique et le câble coaxial. La paire torsadée est le fil familier qui est utilisé par les compagnies de téléphone pour transporter la voix et les données. Comparée à la fibre optique et au câble coaxial, la paire torsadée, sans conditionnement spécial, est assez limitée dans la quantité d’informations qu’elle peut transporter, et c’est un tuyau électronique bien trop étroit pour transmettre des programmes de télévision multicanaux. Les câblo-opérateurs utilisent donc des câbles coaxiaux et des fibres optiques.
L’industrie de la télévision par câble tire son nom du câble coaxial. Avant l’adoption de la fibre optique dans les années 1980, un système de câble était presque entièrement constitué de « coax ». Le terme « coaxial » fait référence aux deux axes du câble, un fil central en cuivre massif (le premier axe) entouré d’une gaine ou d’un tube métallique (le second axe). Les deux axes sont séparés par des entretoises en forme de beignet ou par un matériau solide, semblable à du plastique, transparent aux ondes radio. Une couche extérieure en plastique durable recouvre le câble.
La fibre est essentiellement un mince fil de verre qui a la largeur d’un cheveu humain. Au lieu de transporter l’information sous forme d’ondes radio, la fibre optique transmet l’information sur des faisceaux de lumière générée par laser. Comme elle est principalement constituée de verre (dont les matières premières sont abondantes) et non de cuivre, la fibre est moins chère que le câble coaxial. Elle peut également transporter beaucoup plus d’informations que le câble coaxial et est moins sujette à la perte de signal et aux interférences.
La fibre et le câble coaxial peuvent tous deux transporter un grand nombre de chaînes de télévision, ainsi que d’autres informations, en partie grâce à la façon dont ils exploitent le spectre électromagnétique. Le spectre électromagnétique est le support par lequel et à l’intérieur duquel les signaux de télévision et de radio sont transmis ; c’est une partie invisible de l’environnement naturel et comprend des éléments tels que la lumière visible, les rayons X, les rayons gamma et les rayons cosmiques. Une grande partie de ce spectre naturel peut être utilisée pour transmettre des informations, et le gouvernement américain en a alloué certaines parties pour de nombreux types de communication sans fil. Cela inclut les communications militaires, les radios bidirectionnelles, les téléphones cellulaires et même les ouvreurs de portes de garage. Les diffuseurs commerciaux, tels que les stations de télévision et de radio de la ville natale, partagent donc cette ressource limitée avec d’autres utilisateurs.
Les systèmes câblés tels que la télévision par câble, en revanche, reproduisent le spectre naturel dans un environnement isolé et contrôlé. Ils peuvent utiliser tout l’espace spectral disponible qui est créé par ce système sans avoir à le partager avec d’autres services. La quantité d’espace spectral disponible dans un système donné ou pour une application particulière est appelée « bande passante » et se mesure en hertz, ou plus couramment en kilohertz (kHz) et en mégahertz (MHz). La ligne téléphonique d’une maison a une largeur de bande légèrement supérieure à 4 kHz, et elle est qualifiée de « bande étroite ». Un signal de télévision radiodiffusé nécessite 6MHz, et la plupart des systèmes câblés modernes « à large bande » fonctionnent à 750 à 860 MHz, soit plus de 110 canaux de télévision analogiques.
Amplificateurs
A mesure que le signal de télévision passe dans les lignes câblées, qu’elles soient en fibre ou coaxiales, ce signal perd de sa force. La résistance dans le câble coaxial ou les impuretés dans la fibre font que le signal se détériore et s’estompe avec la distance. Les signaux doivent donc être amplifiés à intervalles réguliers. Dans les systèmes de câble contemporains, ces amplificateurs sont placés environ tous les deux mille pieds pour les lignes coaxiales ; une série d’amplificateurs est appelée « cascade ». La puissance de transport supérieure de la fibre optique signifie que moins d’amplificateurs sont nécessaires pour couvrir la même distance. Le nombre total d’amplificateurs pouvant être utilisés dans une cascade ou dans un système est limité car chaque amplificateur introduit une petite quantité d’interférences dans la ligne. Ces interférences s’accumulent et, avec un trop grand nombre d’amplificateurs, elles atteignent un point de distorsion inacceptable. Le nombre d’amplificateurs utilisés et l’espacement entre eux dans un système réel dépendent de la largeur de bande du système et du support (c’est-à-dire coaxial ou fibre). Un système de câble donné peut avoir des centaines, voire des milliers, de kilomètres de fibre et de coaxial et des centaines d’amplificateurs.
La sophistication de l’amplificateur est aussi principalement responsable de la largeur de bande exploitable dans le système, ou du nombre de canaux qu’un système peut transporter. Les premiers amplificateurs de télévision par câble ne pouvaient retransmettre qu’un seul canal à la fois, et un système de câble à trois canaux devait disposer d’un ensemble d’amplificateurs distinct pour chaque canal. Les amplificateurs modernes à large bande transportent des dizaines de canaux simultanément.
Architectures de réseau
Le modèle selon lequel un système de câblodistribution est disposé (c’est-à-dire la configuration des fils de la tête de réseau au domicile de l’abonné) est l’architecture du système. Dès les premiers jours du câble, à la fin des années 1940, l’architecture classique d’un système câblé était connue sous le nom d' »arbre et branche ». Imaginez le schéma d’un arbre généalogique, avec les branches ancestrales de la famille partant du tronc, et ces grandes branches se divisant et s’étendant en ramifications plus fines et plus nombreuses. Le système de câble classique est conçu de cette manière. Les signaux quittent la tête de réseau par des « lignes principales » à haute capacité, généralement en fibre optique, qui serpentent à travers les artères principales de la communauté, dans les rues de la ville vers les quartiers locaux. « Les câbles d’alimentation, ou de distribution, partent de la ligne principale en fibre optique et descendent les rues du quartier jusqu’à des centaines, voire des milliers, de foyers. Enfin, des lignes coaxiales plus petites partent des câbles d’alimentation pour rejoindre les maisons individuelles. Toutes ces lignes sont soit enfouies sous terre, soit suspendues à des poteaux généralement loués à la compagnie de téléphone ou d’électricité locale. Comme les lignes principales et les lignes d’alimentation ne peuvent pas supporter leur propre poids, elles sont arrimées à de lourds fils d’acier appelés « torons », qui supportent également le poids des amplificateurs.
Avec le développement de la technologie rentable de la fibre optique dans les années 1980, les systèmes de câblodistribution ont commencé à remplacer une grande partie de leur ligne coaxiale par la nouvelle technologie de plus grande capacité, en commençant par les lignes principales et en allant vers les lignes d’alimentation. Le changement de matériel s’est accompagné d’un changement de l’architecture du système. L’utilisation de la fibre optique a permis de réduire les coûts à long terme, de diminuer le nombre d’amplificateurs nécessaires et d’améliorer la qualité globale du signal. La fibre pouvait être acheminée directement de la tête de réseau vers des concentrateurs, ou nœuds, desservant de grands groupes de foyers. À partir de ces concentrateurs de fibres, des systèmes coaxiaux en arborescence et en dérivation desserviraient les clients de la région. Cette combinaison de fibre et de câble coaxial est l’architecture hybride fibre-câble (HFC).
Boîtes décodeuses
De nombreux abonnés au câble, même ceux qui ont des téléviseurs contemporains « prêts pour le câble », ont des boîtes décodeuses de câble supplémentaires, ou des convertisseurs, qui sont assis sur ou à côté de leurs appareils. Les boîtiers décodeurs effectuent plusieurs tâches importantes pour le système de câblodistribution. Pour certains téléviseurs, en particulier les plus anciens ou ceux qui ne sont pas prêts pour le câble, ils font office de tuner de télévision, c’est-à-dire de dispositif qui sélectionne les chaînes à regarder. Le spectre câblé étant un univers fermé, les câblo-opérateurs peuvent placer leurs chaînes sur presque toutes les fréquences qu’ils souhaitent, et ils le font pour utiliser le plus efficacement possible l’espace et la technologie. Les opérateurs, par exemple, diffusent les canaux VHF 2 à 13 à leur place « normale » sur le cadran, mais les canaux UHF 14 à 69, qui, dans le spectre ouvert, sont plus élevés et séparés des canaux VHF, ont été déplacés dans « l’espace câble ». Le spectre complet du câble est, en fait, divisé en bandes distinctes. Les canaux 2 à 6 sont transmis dans la bande basse, les canaux 7 à 13 dans la bande haute, et les autres programmes des réseaux câblés sont distribués dans les canaux de la bande moyenne, de la super bande et de l’hyper bande. Une partie de la bande basse (c’est-à-dire de 0 à 50 MHz) est souvent utilisée pour acheminer les signaux depuis le domicile du consommateur « en amont » jusqu’à la tête de réseau de la société de câblodistribution. Les téléviseurs qui ne sont pas configurés pour recevoir les nombreuses bandes spéciales du câble nécessitent des boîtiers pour la conversion.
Bien que les téléviseurs prêts pour le câble aient pris en charge la plupart des fonctions simples de réception des signaux dans les systèmes modernes, les convertisseurs restent un élément de base dans l’industrie pour la fourniture de services plus avancés tels que la programmation premium et les films « à la carte ». Les boîtiers permettent de contrôler la distribution de ces programmes aux foyers des abonnés. De nombreux systèmes de câblodistribution sont « adressables », ce qui signifie que chaque abonné a une adresse électronique et que les opérateurs peuvent activer ou désactiver un signal vers ce foyer depuis la tête de réseau. La technologie qui rend l’adressage possible est souvent logée dans le boîtier décodeur. Enfin, à mesure que le câble entre dans l’ère numérique, les boîtiers décodeurs sont utilisés pour convertir les canaux et les services numériques en signaux que le téléviseur analogique standard peut utiliser.
Interactivité et services avancés du câble
Bien que la plupart des systèmes de câble soient adressables, la véritable interactivité reste limitée dans la plupart des systèmes. L’interactivité n’a pas de définition fixe et peut prendre de nombreuses formes, notamment commander des films quand le client le souhaite (vidéo à la demande) ou faire en sorte que le système câblé surveille l’alarme incendie de la maison. Dans tous les cas, elle nécessite un moyen de transmettre un signal du domicile à la tête de réseau. Les systèmes de télévision par câble ont été configurés à l’origine pour assurer la diffusion efficace de grandes quantités de programmes d’un point (la tête de réseau) à de multiples utilisateurs – un schéma de distribution point à multipoint. Ce système s’est avéré très efficace pour la distribution massive de contenu dans un sens, mais il est limité dans sa capacité bidirectionnelle. Comme indiqué, les systèmes de télévision par câble désignent une petite partie de leur espace spectral pour la communication en amont, mais cette bande passante a été historiquement sous-exploitée par l’industrie du câble.
En revanche, les systèmes téléphoniques, malgré leur bande passante limitée, sont configurés pour une communication bidirectionnelle complète, de point à point. Contrairement au câble, les compagnies de téléphone utilisent un système de commutation pour créer une ligne dédiée entre deux appelants. Les systèmes câblés traditionnels ne disposent pas de l’architecture ou du commutateur permettant de fournir un tel service. Les câblo-opérateurs cherchent à surmonter ce handicap technique en développant des techniques, tant matérielles que logicielles, pour rendre leurs systèmes plus interactifs. La conversion à la technologie numérique est particulièrement considérée comme un moyen de fournir des services supplémentaires et améliorés, y compris la télévision interactive, le service téléphonique et l’accès à Internet.
Un premier exemple de cet effort est le modem câble. En distribuant des données informatiques, telles que des pages Web sur Internet, par le biais du système de câble, les câblo-opérateurs sont en mesure d’exploiter leur capacité à large bande et d’augmenter considérablement la vitesse des modems. Les clients qui branchent leur ordinateur à un système de câble au lieu d’utiliser un modem téléphonique standard peuvent télécharger des pages en quelques secondes au lieu de quelques minutes, et le modem du câble est en marche tout le temps – il n’y a donc pas d’attente pour que l’ordinateur » compose » une connexion Internet.
Les opérateurs de câble développent également des techniques qui leur permettront d’offrir un service téléphonique en utilisant leur installation de câble. En fin de compte, la capacité à large bande du câble fournira l’une des principales plates-formes de distribution de l’ère numérique interactive à grande vitesse – l’autoroute de l’information – et contribuera à créer une intégration transparente de la vidéo, de la voix et des données.
Voir aussi:Télévision par câble ; Télévision par câble, carrières en ; Télévision par câble, histoire de ; Télévision par câble, programmation de ; Télévision par câble, réglementation de ; Communication numérique ; Internet et le World Wide Web ; Satellites, communication ; Industrie téléphonique, technologie de ; Télédiffusion, technologie de.
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Patrick R. Parsons
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