W swojej koncepcji, technologia telewizji kablowej jest stosunkowo prosta. Jest to system przewodów i wzmacniaczy używanych do zbierania sygnałów telewizyjnych i radiowych z różnych źródeł i dostarczyć je do domów w danym obszarze geograficznym. Czasami porównuje się go do miejskiego systemu wodociągowego, który pobiera wodę z jednego lub dwóch głównych źródeł i rozprowadza ją do odbiorców na terenie całego miasta. Telewizja kablowa podobnie rozprowadza spis kanałów telewizyjnych do wszystkich mieszkańców danego obszaru, którzy podłączą się do jej przewodu. Systemy kablowe rozszerzają swoje usługi o szybki dostęp do Internetu i tradycyjne usługi telefoniczne. Podstawowe komponenty systemu kablowego obejmują główne biuro lokalnego systemu, zwane „stacją czołową”, gdzie różne sygnały są gromadzone, łączone i wprowadzane do systemu; linie światłowodowe i kable koncentryczne, przewody, które przenoszą informacje; wzmacniacze, które wzmacniają sygnał w regularnych odstępach czasu i utrzymują siłę sygnału; i często set-top boxy, które tłumaczą sygnały kablowe na informacje elektroniczne, które może wykorzystać domowy telewizor.
Stacja czołowa
Proces dostarczania programów do domu rozpoczyna się daleko od stacji czołowej lokalnego systemu. Krajowe i międzynarodowe korporacje, takie jak AOL-Time Warner i Disney tworzą programowanie i obsługiwać znane kanały, takie jak CNN, ESPN, HBO, Discovery i MTV. Firmy te rozprowadzają sygnały programowe, zwykle za pomocą satelity, z kilku głównych punktów początkowych, przesyłając materiały do ponad dziesięciu tysięcy indywidualnych systemów kablowych w Stanach Zjednoczonych, a także do systemów kablowych na całym świecie. Sygnały te odbierają duże anteny antenowe umieszczone w stacji czołowej lokalnego systemu. Firmy programujące jednocześnie przekazują swoje sygnały do innych dostawców telewizji wielokanałowej, takich jak firmy zajmujące się bezpośrednią transmisją satelitarną (DBS) (np. Direc TV).
Oprócz podstawowych i dodatkowych pakietów kablowych, systemy transmitują lokalne i regionalne stacje telewizyjne, stacje radiowe i krajowe usługi audio. Często produkują one również własne programy lub nadają programy produkowane przez innych w danej społeczności. Lokalne stacje radiowe i telewizyjne są odbierane przez potężne wersje domowych anten telewizyjnych, lub czasami są przesyłane do stacji czołowej za pomocą łącza mikrofalowego (wyspecjalizowana technologia nadawania) lub drutu. Zazwyczaj ci lokalni nadawcy będą powiązani z głównymi sieciami krajowymi (np. NBC, CBS, ABC, PBS, Fox, WB i UPN) i będą je nadawać. Stacje nadawcze, które nie są powiązane z krajowymi programistami, w tym stacje religijne, będą również zawarte w pakiecie. Krajowe usługi audio, które zawierają dziesiątki cyfrowych kanałów muzycznych są dostarczane przez satelitę w taki sam sposób, jak krajowe programowanie wideo.
Sygnały z telewizji i stacji radiowych, które są poza normalnym zasięgu odbioru systemu, takich jak stacje z innej części stanu, mogą być odbierane w pobliżu anteny nadawczej tej stacji i importowane przez mikrofalówkę lub telefon stacjonarny. Programy, które są tworzone w studiach telewizyjnych (zwykle małych) w stacji czołowej, są nagrywane na wideo w celu późniejszego odtworzenia przy użyciu profesjonalnych maszyn do nagrywania na kasety wideo. Maszyny te mogą również odtwarzać taśmy, które są tworzone przez innych w społeczności, aby być przenoszone na publiczne lub rządowe kanały dostępu do systemu. Czasami programy są doprowadzane przewodem do stacji czołowej z lokalnego rządowego ośrodka telewizyjnego lub studia telewizyjnego w miejscowej szkole średniej lub wyższej. Wiele nowoczesnych systemów telewizji kablowej również przechowuje i odtwarza programy, zazwyczaj komercyjne, przy użyciu serwerów cyfrowych o dużej pojemności.
Wszystkie te materiały programowe są organizowane elektronicznie, a każdy sygnał jest następnie nakładany na oddzielną falę nośną lub kanał. Połączony sygnał jest następnie wysyłany do systemu w kierunku domu abonenta.
System przewodowy
Są trzy rodzaje przewodów, które są używane w nowoczesnej telekomunikacji: tak zwana skrętka, kabel światłowodowy i kabel koncentryczny. Skrętka jest znany przewód, który jest używany przez firmy telefoniczne do przenoszenia głosu i danych. W porównaniu do światłowodów i kabli koncentrycznych, skrętka, bez specjalnego przygotowania, jest dość ograniczona w ilości informacji, które może przenosić, a także jest zbyt wąską rurą elektroniczną do transmisji wielokanałowych programów telewizyjnych. Dlatego operatorzy kablowi używają kabli koncentrycznych i światłowodowych.
Przemysł telewizji kablowej wywodzi swoją nazwę od kabla koncentrycznego. Przed przyjęciem światłowodów w latach 80-tych XX wieku, system kablowy składał się prawie w całości z „koncentryków”. Termin „koncentryczny” odnosi się do dwóch osi kabla, solidnego miedzianego drutu centralnego (pierwsza oś) otoczonego metalową osłoną lub rurką (druga oś). Obie osie są oddzielone od siebie przekładkami w kształcie pączków lub stałym, plastikowym materiałem, który jest przezroczysty dla fal radiowych. Trwała, plastikowa warstwa zewnętrzna pokrywa kabel.
Fiber jest w zasadzie cienka nić szklana, która jest o szerokości ludzkiego włosa. Zamiast przenosić informacje w postaci fal radiowych, światłowody przesyłają informacje na wiązkach światła generowanego laserowo. Ponieważ światłowód jest wykonany głównie ze szkła (którego surowce są obfite), a nie z miedzi, jest on tańszy niż kabel koncentryczny. Może również przenosić znacznie więcej informacji niż koncentryczne i jest mniej podatny na utratę sygnału i interference.
Both fiber i koncentryczne mogą przenosić dużą liczbę kanałów telewizyjnych, wraz z innymi informacjami, w części ze względu na sposób, w jaki wykorzystują widmo elektromagnetyczne. Widmo elektromagnetyczne jest medium, przez które i w którym sygnały telewizyjne i radiowe są przekazywane, jest to niewidoczna część środowiska naturalnego i obejmuje takie rzeczy jak światło widzialne, promieniowanie rentgenowskie, promieniowanie gamma i promieni kosmicznych. Duża część tego naturalnego spektrum może być wykorzystana do przesyłania informacji, a rząd Stanów Zjednoczonych przeznaczył pewne jego części dla wielu różnych rodzajów komunikacji bezprzewodowej. Obejmuje to łączność wojskową, radia dwukierunkowe, telefony komórkowe, a nawet otwieracze do drzwi garażowych. Nadawcy komercyjni, takie jak stacje telewizyjne i radiowe w mieście rodzinnym, zatem dzielić ten ograniczony zasób z innymi użytkownikami.
Systemy przewodowe, takie jak telewizja kablowa, z drugiej strony, replikować naturalne widmo w izolowanym i kontrolowanym środowisku. Mogą wykorzystać całą dostępną przestrzeń widmową, która jest tworzona przez ten system bez konieczności dzielenia się nią z innymi usługami. Ilość miejsca w widmie, które jest dostępne w danym systemie lub dla konkretnego zastosowania nazywana jest „szerokością pasma” i jest mierzona w hercach, lub bardziej powszechnie, kilohercach (kHz) i megahercach (MHz). Linia telefoniczna do domu ma nieco więcej niż 4 kHz i jest określana jako „wąskopasmowa”. Sygnał telewizyjny wymaga 6 MHz, a większość nowoczesnych „szerokopasmowych” systemów kablowych działa na częstotliwości od 750 do 860 MHz, czyli 110 plus analogowych kanałów telewizyjnych.
Wzmacniacze
Jak sygnał telewizyjny przechodzi przez linie kablowe, zarówno światłowodowe, jak i koncentryczne, sygnał ten traci swoją siłę. Opór w kablu koncentrycznym lub zanieczyszczenia w światłowodzie powodują, że sygnał pogarsza się i zanika na odległość. Dlatego sygnały muszą być wzmacniane w regularnych odstępach czasu. We współczesnych systemach kablowych wzmacniacze takie umieszczane są co około dwa tysiące stóp w przypadku linii koncentrycznych; seria wzmacniaczy nazywana jest „kaskadą”. Lepsza zdolność przenoszenia światłowodu oznacza, że do pokonania tej samej odległości potrzebna jest mniejsza liczba wzmacniaczy. Całkowita liczba wzmacniaczy, które mogą być używane w kaskadzie lub w systemie jest ograniczona, ponieważ każdy wzmacniacz wprowadza niewielką ilość zakłóceń do linii. Zakłócenia te kumulują się i przy zbyt dużej liczbie wzmacniaczy osiągają punkt niedopuszczalnych zniekształceń. Liczba stosowanych wzmacniaczy oraz odstępy między nimi w danym systemie zależą od szerokości pasma systemu i medium (np. koncentrycznego lub światłowodowego). Dany system kablowy może mieć setki, a nawet tysiące kilometrów włókien i koncentrycznych i setki wzmacniaczy.
Wyrafinowanie wzmacniacza jest również odpowiedzialny za wykorzystanie pasma w systemie, lub liczbę kanałów, które system może przenosić. Najwcześniejsze wzmacniacze telewizji kablowej może retransmitować tylko jeden kanał w tym samym czasie, a trzy-kanałowy system kablowy musiał mieć oddzielny zestaw wzmacniaczy dla każdego kanału. Nowoczesne wzmacniacze szerokopasmowe przenoszą jednocześnie wiele kanałów.
Architektury sieci
Schemat ułożenia systemu kablowego (tzn. konfiguracja przewodów od stacji czołowej do domu abonenta) to architektura systemu. Od początku istnienia sieci kablowej, czyli od końca lat 40. ubiegłego wieku, klasyczna architektura systemu kablowego była znana jako „drzewo i gałąź”. Wyobraźmy sobie schemat drzewa genealogicznego, gdzie od pnia odchodzą gałęzie przodków rodziny, a te duże gałęzie dzielą się i rozprzestrzeniają na coraz drobniejsze i liczniejsze odrosty. Klasyczny system kablowy jest zaprojektowany w ten sposób. Sygnały opuszczają stację czołową za pośrednictwem linii magistralnych o wysokiej przepustowości, zazwyczaj światłowodowych, które wiją się głównymi arteriami komunikacyjnymi gminy, ulicami miasta w kierunku lokalnych osiedli. „Kable doprowadzające lub dystrybucyjne odgałęziają się od magistrali światłowodowej i rozprzestrzeniają się ulicami dzielnic w kierunku setek, a czasem tysięcy domów. Wreszcie, mniejsze linie koncentryczne „drop lines” wyrastają z kabli feederowych, aby połączyć się z poszczególnymi domami. Wszystkie linie są albo zakopane pod ziemią, albo rozciągnięte na słupach, które są zwykle wynajmowane od lokalnej firmy telefonicznej lub energetycznej. Ponieważ linie magistralne i doprowadzające nie mogą utrzymać własnego ciężaru, są one przymocowane do ciężkich stalowych drutów zwanych „splotami”, które również przenoszą ciężar wzmacniaczy.
Wraz z rozwojem opłacalnej technologii światłowodowej w latach 80-tych, systemy kablowe zaczęły zastępować większość swoich linii koncentrycznych nową, bardziej wydajną technologią, zaczynając od linii magistralnych i kierując się w stronę linii doprowadzających. Wraz ze zmianą sprzętu nastąpiła zmiana w architekturze systemu. Zastosowanie światłowodów oznaczało długoterminową redukcję kosztów, zmniejszenie liczby potrzebnych wzmacniaczy oraz wzrost ogólnej jakości sygnału. Światłowód można było poprowadzić bezpośrednio ze stacji czołowej do koncentratorów lub węzłów, obsługujących duże skupiska domów. Z tych węzłów światłowodowych, mini drzewa i oddziałów systemów koncentrycznych będzie obsługiwać klientów obszaru. Takie połączenie światłowodu i kabla koncentrycznego to architektura hybrydowego światłowodu koncentrycznego (HFC).
Konwertery
Wielu abonentów telewizji kablowej, nawet tych, którzy mają współczesne telewizory „gotowe do odbioru sygnału kablowego”, ma dodatkowe dekodery kablowe lub konwertery, które znajdują się na ich odbiornikach lub obok nich. Set-top boksy wykonują kilka ważnych zadań dla systemu kablowego. W przypadku niektórych odbiorników telewizyjnych, zwłaszcza starszych lub niegotowych do odbioru telewizji kablowej, pełnią one funkcję tunera telewizyjnego, czyli urządzenia wybierającego kanały, które mają być oglądane. Ponieważ widmo przewodowe jest zamkniętym wszechświatem, operatorzy kablowi mogą umieszczać swoje kanały na prawie każdej częstotliwości, na której chcą, i robią to w celu jak najbardziej efektywnego wykorzystania przestrzeni i technologii. Operatorzy, na przykład, nadają kanały VHF od 2 do 13 w ich „normalnym” miejscu na tarczy, ale kanały UHF od 14 do 69, które w otwartym spektrum znajdują się wyżej i są oddzielone od kanałów VHF, zostały przeniesione do „przestrzeni kablowej”. Pełne spektrum kablowe jest w rzeczywistości podzielone na własne pasma. Kanały od 2 do 6 są przenoszone w paśmie niskim, kanały od 7 do 13 w paśmie wysokim, a pozostałe programy sieci kablowych są rozprowadzane w kanałach środkowopasmowych, superpasmowych i hiperpasmowych. Część pasma niskiego (tzn. od 0 do 50 MHz) jest często wykorzystywana do przenoszenia sygnałów z domu konsumenta „w górę” i z powrotem do stacji czołowej firmy kablowej. Odbiorniki telewizyjne, które nie są skonfigurowane do odbioru wielu specjalnych pasm kablowych wymagają set-top boxów do konwersji.
While cable-ready telewizory przejęły większość prostych funkcji odbioru sygnału w nowoczesnych systemach, konwertery pozostają zszywką w branży do świadczenia bardziej zaawansowanych usług, takich jak programowanie premium i „payper-view” filmów. Skrzynki pomagają kontrolować dystrybucję takich programów do domów abonentów. Wiele systemów kablowych jest „adresowalnych”, co oznacza, że każdy abonent posiada adres elektroniczny, a operatorzy mogą włączać lub wyłączać sygnał do danego domu ze stacji czołowej. Technologia, która umożliwia adresowalność, jest często umieszczona w dekoderze. Wreszcie, w miarę jak telewizja kablowa wkracza w erę cyfrową, dekodery są używane do konwersji kanałów cyfrowych i usług na sygnały, które może wykorzystać standardowy analogowy odbiornik telewizyjny.
Interaktywność telewizji kablowej i usługi zaawansowane
Choć większość systemów kablowych jest adresowalna, prawdziwa interaktywność pozostaje ograniczona w większości systemów. Interaktywność nie ma ustalonej definicji i może przybierać różne formy, w tym zamawianie filmów, gdy klient chce je obejrzeć (wideo na żądanie) lub monitorowanie przez system kablowy domowego alarmu dymowego. We wszystkich przypadkach wymaga to jakiegoś sposobu na doprowadzenie sygnału z domu do stacji czołowej. Systemy telewizji kablowej zostały pierwotnie skonfigurowane w celu efektywnego dostarczania dużych ilości programów z jednego punktu (stacji czołowej) do wielu użytkowników – schemat dystrybucji punkt-wielopunkt. Układ ten był bardzo udany w przypadku jednokierunkowej masowej dystrybucji treści, ale jego możliwości dwukierunkowe są ograniczone. Jak wspomniano, systemy telewizji kablowej przeznaczają niewielką część swojego pasma częstotliwości na komunikację w górę pasma, ale ta szerokość pasma była historycznie niewykorzystywana przez przemysł kablowy.
Natomiast systemy telefoniczne, pomimo ich ograniczonej szerokości pasma, są skonfigurowane do pełnej dwukierunkowej komunikacji punkt-punkt. W przeciwieństwie do sieci kablowych, firmy telefoniczne wykorzystują system przełączania w celu utworzenia dedykowanej linii między dwoma rozmówcami. Tradycyjne systemy kablowe nie posiadają architektury ani przełącznika umożliwiającego świadczenie takiej usługi. Firmy kablowe starają się przezwyciężyć tę techniczną niedogodność, opracowując techniki, zarówno sprzętowe, jak i programowe, dzięki którym ich systemy stają się bardziej interaktywne. Przejście na technologię cyfrową jest szczególnie postrzegane jako sposób na zapewnienie dodatkowych i rozszerzonych usług, w tym telewizji interaktywnej, usług telefonicznych i dostępu do Internetu.
Wczesnym przykładem tego wysiłku jest modem kablowy. Poprzez dystrybucję danych komputerowych, takich jak strony internetowe, za pośrednictwem systemu kablowego, operatorzy kablowi są w stanie wykorzystać swoją szerokopasmową przepustowość i radykalnie zwiększyć prędkość modemu. Klienci, którzy podłączają swoje komputery do systemu kablowego zamiast korzystać ze standardowego modemu telefonicznego, mogą pobierać strony w ciągu kilku sekund zamiast minut, a modem kablowy jest włączony przez cały czas – nie trzeba więc czekać, aż komputer „wykręci” połączenie z Internetem.
Operatorzy kablowi opracowują również techniki, które pozwolą im oferować usługi telefoniczne z wykorzystaniem ich sieci kablowej. Ostatecznie, szerokopasmowa pojemność sieci kablowej zapewni jedną z głównych platform dystrybucyjnych dla szybkiej interaktywnej ery cyfrowej – autostrady informacyjnej – i pomoże stworzyć płynną integrację wideo, głosu i danych.
Zobacz także:Telewizja kablowa; Telewizja kablowa, kariera w; Telewizja kablowa, historia; Telewizja kablowa, programowanie; Telewizja kablowa, regulacja; Komunikacja cyfrowa; Internet i World Wide Web; Satelity, komunikacja; Przemysł telefoniczny, technologia; Transmisja telewizyjna, technologia.
Bibliografia
Baldwin, Thomas; McVoy, D. Stevens; and Steinfeld, Charles. (1996). Convergence: Integrating Media, Information, and Communication. Thousand Oaks, CA: Sage Publications.
Bartlett. Eugene. (1999). Cable Television Handbook: Systems and Operations. New York: McGraw-Hill.
Ciciora, Walter; Farmer, James; and Large, David.(2000). Modern Cable Television Technology: Video, Voice, and Data Communications. San Francisco, CA: Morgan Kaufmann.
Crisp, John. (1999). Wprowadzenie do optyki światłowodowej. 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., and 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 (Jak telewizja kablowa zmieniła świat telekomunikacji). Overland Park, KS: Primedia Intertec.
Patrick R. Parsons
.