ケーブルテレビの技術は、その概念においては比較的シンプルである。 さまざまなソースからテレビやラジオの信号を集め、特定の地理的エリアの家庭に届けるために使用される電線と増幅器のシステムである。 これは、1つか2つの主要な水源から水を取り、街中の顧客に配給する都市の水道システムに例えられることがあります。 ケーブルテレビも同様に、テレビチャンネルの名簿を、その電線に接続する地域のすべての住民に配給する。 ケーブルテレビは、高速インターネットアクセスや従来の電話サービスも提供するようになり、サービス内容が拡大している。 ケーブルシステムの基本構成は、様々な信号を集め、合成し、システムに送り出す「ヘッドエンド」と呼ばれる地域システムのメインオフィス、情報を運ぶワイヤーである光ファイバーラインと同軸ケーブル、一定間隔で信号を増幅し信号強度を維持するアンプ、そして多くの場合、ケーブル信号を家庭用テレビが使用できる電子情報に変換するセットトップボックスが含まれています。
ヘッドエンド
家庭への番組供給は、ローカルシステムのヘッドエンドから遠く離れたところから始まる。 AOL-Time WarnerやDisneyなどの全米および多国籍企業が番組を作成し、CNN、ESPN、HBO、Discovery、MTVなどのおなじみのチャンネルを運営しています。 これらの企業は、いくつかの主要な発信地から、通常は衛星を使って番組信号を配信し、米国内の1万以上の個々のケーブルシステム、および世界中のケーブルシステムに素材を送り込んでいる。 この信号を受信するのは、ローカルシステムのヘッドエンドにある大型アンテナである。 番組制作会社は同時に、直接放送衛星（DBS）会社（例：Direc TV）など他の多チャンネルテレビプロバイダーに信号を送っている。
基本およびプレミアムケーブルパッケージに加えて、システムは地元および地域の放送テレビ局、ラジオ局、全国規模のオーディオサービスも放送している。 多くの場合、独自の番組を制作したり、地域の他者が制作した番組を放送したりしている。 地元のラジオ局やテレビ局は、強力な家庭用テレビアンテナで拾われるか、マイクロ波リンク（特殊な放送技術）や有線でヘッドエンドに送られることもある。 一般に、これらのローカル放送局は、主要な全国ネットワーク（NBC、CBS、ABC、PBS、Fox、WB、UPNなど）と提携し、これを放送しています。 宗教局など、全国規模の番組制作会社に所属していない放送局もパッケージに含まれる。 数十のデジタル音楽チャンネルを特徴とする全米オーディオサービスは、全米ビデオ番組と同じ方法で衛星から供給される。
このシステムの通常の受信範囲外にあるテレビやラジオ局、たとえば州の他の地域の局からの信号は、その局の送信アンテナ近くで拾ってマイクロ波や固定電話によって取り込むことが可能である。 ヘッドエンドにあるテレビスタジオ（通常は小さなスタジオ）で制作された番組は、後で再生するために業務用のビデオテープマシンでビデオ撮影される。 これらの機械は、システムの公共または政府アクセスチャンネルで放送されるためにコミュニティの他の人が作成したテープも再生することができます。 時には、地方自治体のテレビ施設や地域の高校や大学のテレビスタジオからヘッドエンドに有線で番組が送られることもあります。 最近のケーブルテレビシステムの多くは、大容量のデジタル・サーバーを使用して、番組（通常はコマーシャル）を保存、再生しています。
これらの番組素材はすべて電子的に整理され、各信号は個別の搬送波またはチャネルに課されます。
有線システム
現代の電気通信で使用されるワイヤには、いわゆるツイストペア、光ファイバーケーブル、同軸ケーブルの 3 種類があります。 ツイストペアは、電話会社が音声やデータの伝送に使っているおなじみの電線です。 光ファイバーや同軸ケーブルに比べ、ツイストペアは特別な調整を行わないと伝送できる情報量がかなり制限され、多チャンネルのテレビ番組を伝送するにはあまりにも細い電子パイプである。 そのため、ケーブル事業者は同軸ケーブルと光ファイバーケーブルを使用しています。
ケーブルテレビ業界の名前は、同軸ケーブルに由来しています。 1980年代に光ファイバーが採用される以前は、ケーブルシステムはほとんど “同軸” で構成されていました。 同軸」とは、ケーブルの2つの軸のことで、固い銅の中心線（第1軸）を金属のシースまたはチューブ（第2軸）が取り囲んでいます。 この2つの軸は、ドーナツ状のスペーサーか、電波に対して透明なプラスチックのような固形物で隔てられています。
ファイバは基本的に人間の髪の毛の幅ほどの細いガラスの糸です。 光ファイバーは、情報を電波の形で運ぶ代わりに、レーザーで生成された光のビームで情報を伝送します。 銅の代わりにガラス（原料は豊富にある）を主成分とするため、同軸ケーブルよりも安価である。 また、同軸ケーブルよりもはるかに多くの情報を伝送でき、信号の損失や干渉も少なくなります。
ファイバーも同軸ケーブルも、電磁スペクトルを利用する方法によって、多数のテレビチャンネルやその他の情報を伝送できます。 電磁スペクトルは、テレビやラジオの信号を伝送する媒体であり、自然環境の目に見えない部分であり、可視光、X線、ガンマ線、宇宙線などが含まれます。 この自然界のスペクトルの大部分は情報伝達に利用することができ、米国政府はその一部をさまざまな種類の無線通信に割り当てています。 軍事通信、双方向無線、携帯電話、車庫のドア開閉器などです。 そのため、地元テレビ局やラジオ局のような商業放送局は、この限られた資源を他のユーザーと共有しています。
一方、ケーブルテレビなどの有線システムは、自然のスペクトルを分離し制御された環境で再現しています。 一方、ケーブルテレビのような有線システムは、孤立した制御された環境で自然のスペクトルを再現します。 あるシステムまたは特定のアプリケーションで利用可能なスペクトル空間の量は「帯域幅」と呼ばれ、ヘルツ、またはより一般的にはキロヘルツ（kHz）およびメガヘルツ（MHz）で測定されます。 一般家庭の電話回線は4kHzをわずかに超える程度で、”ナローバンド “と呼ばれる。 テレビ放送の信号には 6MHz が必要で、最近の「ブロードバンド」ケーブル システムのほとんどは 750 ～ 860MHz で動作し、110 を超えるアナログ テレビ チャンネルがあります。
アンプ
テレビ信号がケーブル ライン（ファイバと同軸）を通過すると、その信号が強度を失います。 同軸ケーブルの抵抗やファイバー内の不純物により、信号が距離とともに劣化し、フェードアウトしてしまうのです。 そのため、一定時間ごとに信号を増幅する必要がある。 現在のケーブルシステムでは、この増幅器は同軸ケーブルの場合、約2,000フィートごとに設置されており、一連の増幅器を「カスケード」と呼んでいる。 ファイバーの伝送パワーが優れているため、同じ距離をカバーするために必要な増幅器の数は少なくなります。 カスケードやシステムで使用できるアンプの総数には限りがあります。 この干渉は蓄積され、アンプが多すぎると、許容できない歪みが発生します。 実際のシステムで使用されるアンプの数と間隔は、システムの帯域幅と媒体（同軸または光ファイバーなど）に依存します。 あるケーブル システムには、何百、何千マイルものファイバーと同軸があり、何百ものアンプがあります。
システムで利用できる帯域幅、つまりシステムが伝送できるチャンネル数には、アンプの精巧さも大きく関わっています。 初期のケーブル テレビ用アンプは一度に 1 つのチャネルしか再送信できず、3 チャネルのケーブル システムでは各チャネルに別々のアンプを用意する必要がありました。
Network Architectures
ケーブル システムが配置されるパターン（ヘッドエンドから加入者宅までの配線の構成）は、システム アーキテクチャです。 1940 年代後半のケーブルの初期から、ケーブル システムの古典的なアーキテクチャは、「ツリーとブランチ」として知られていました。 家系図に例えると、幹から先祖代々の枝が出て、その大きな枝が細かく枝分かれして、より多くの分枝に分かれていく様子をイメージしてください。 ケーブルシステムの典型は、このような設計になっています。 信号はヘッドエンドから大容量の「幹線」（通常は光ファイバー）に送られ、幹線は地域社会の大動脈を通り、街路から地域近隣へと曲がりくねって進みます。 「フィーダーケーブルは、ファイバートランク（バックボーン）から分岐し、近所の通りを数百、時には数千の家庭に向かって広がっていきます。 最後に、フィーダーケーブルから小さな同軸ケーブル「ドロップライン」が生えて、個々の家につながっています。 これらのケーブルはすべて、地下に埋設されるか、または地域の電話会社や電力会社からレンタルされた電柱に張られている。
1980年代に費用対効果の高い光ファイバー技術が開発されると、ケーブルシステムは幹線からフィーダー線へと、同軸線の多くを新しい、より容量の大きい技術に置き換え始めた。 ハードウェアの変更に伴い、システムアーキテクチャも変更された。 ファイバーの使用は、長期的なコスト削減、必要な増幅器の数の減少、そして信号の全体的な品質の向上を意味します。 ファイバーは、ヘッドエンドからハブ（ノード）へ直接引き込まれ、大規模な家庭の集合体にサービスを提供することができます。 これらのファイバーハブから、ミニツリーやブランチ同軸システムがエリア内の顧客にサービスを提供します。 6724>
Set-Top Boxes
多くのケーブル加入者は、現代の「ケーブル対応」テレビを持っている人たちでさえ、自分のセットの上か横に、追加のケーブル・セットトップ・ボックス、またはコンバータを置いています。 セットトップボックスは、ケーブルシステムにとっていくつかの重要な役割を担っています。 一部のテレビ、特に古いテレビやケーブルテレビに対応していないテレビでは、視聴するチャンネルを選択する装置であるテレビチューナーとして機能します。 有線スペクトラムは閉じた世界なので、ケーブル事業者はチャンネルをほぼすべての周波数に配置することができ、スペースと技術を最も効率的に利用するためにそうしているのです。 例えば、事業者は、放送用のVHFチャンネル2から13をダイヤル上の “通常の “場所に載せていますが、UHFチャンネル14から69は、オープンスペクトラムではVHFチャンネルより高く、別になっていますが、”ケーブルスペース “に移動されています。 ケーブルスペクトラムの全帯域は、実は、それぞれの帯域に分割されている。 チャンネル2から6はローバンド、チャンネル7から13はハイバンドで放送され、その他のケーブルネットワークの番組はミッドバンド、スーパーバンド、ハイパーバンドのチャンネルに分散して放送されています。 ローバンドの一部（0〜50MHz）は、消費者宅からケーブル会社のヘッドエンドに信号を伝送するために使われることが多い。 ケーブルの多くの特殊な帯域を受信するように設定されていないテレビは、変換のためにセットトップボックスを必要とします。
ケーブル対応のテレビは、現代のシステムにおける信号受信の単純な機能のほとんどを引き継いでいますが、変換器は、プレミアム番組や「ペイパービュー」映画などのより進んだサービスを提供する業界の主役のままになっています。 このボックスは、加入者宅への番組配信をコントロールするのに役立つ。 多くのケーブルシステムは「アドレサブル」であり、各加入者は電子的なアドレスを持っており、オペレーターはヘッドエンドからその家庭への信号をオン・オフすることができます。 アドレサビリティを実現するための技術は、セットトップボックスの中に入っていることが多い。 最後に、ケーブルがデジタル時代に移行するにつれ、セットトップボックスは、デジタルチャンネルやサービスを標準的なアナログテレビが使用できる信号に変換するために使用されています。
Cable Interactivity and Advanced Services
ほとんどのケーブルシステムはアドレス可能ですが、真のインタラクティブ性はほとんどのシステムで制限されたままになっています。 インタラクティブ性には決まった定義はなく、顧客が見たいときに映画を注文したり (ビデオ オン デマンド)、ケーブル システムで家庭の煙探知機を監視したりと、さまざまな形態があります。 どのような場合でも、家庭からヘッドエンドに信号を戻す何らかの手段が必要です。 ケーブルテレビシステムはもともと、1つの地点（ヘッドエンド）から複数のユーザーに大量の番組を効率的に配信するために構成されています（ポイント・トゥ・マルチポイント配信方式）。 この方式は、コンテンツの一方向の大量配信には非常に有効ですが、双方向の配信には限界があります。 前述のとおり、ケーブルテレビシステムは、周波数空間のごく一部をアップストリーム通信用に指定していますが、その帯域幅は、ケーブル業界によって歴史的に十分に活用されてきませんでした。 ケーブルとは異なり、電話会社は交換システムを使用して、2 人の発信者間に専用回線を作成します。 従来のケーブルシステムには、このようなサービスを提供するためのアーキテクチャもスイッチもありません。 ケーブル会社は、この技術的ハンディキャップを克服するために、ハードウェアとソフトウェアの両方を用いて、システムをよりインタラクティブにする技術を開発しようとしている。 デジタル技術への変換は、インタラクティブなテレビ、電話サービス、インターネット・アクセスなど、追加的で強化されたサービスを提供する方法として、特に注目されています。 インターネットのウェブページのようなコンピュータ・データをケーブル・システム上で配信することにより、ケーブル事業者はそのブロードバンド容量を活用し、モデムの速度を劇的に向上させることができる。 標準的な電話モデムを使用する代わりに、コンピュータをケーブルシステムに接続する顧客は、数分ではなく数秒でページをダウンロードでき、ケーブルモデムは常にオンになっているので、コンピュータがインターネット接続を「ダイヤルアップ」するのを待つ必要がありません。 最終的には、ケーブルのブロードバンド容量が、高速インタラクティブ・デジタル時代（情報ハイウェイ）の主要な配信プラットフォームの1つとなり、ビデオ、音声、データのシームレスな統合の実現に貢献することになるでしょう。
ケーブルテレビ、ケーブルテレビのキャリア、ケーブルテレビの歴史、ケーブルテレビ、プログラミング、ケーブルテレビ、規制、デジタル通信、インターネットとワールドワイドウェブ、衛星、通信、電話産業、技術、テレビ放送、技術も参照
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Patrick R. Parsons
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