No seu conceito, a tecnologia da televisão a cabo é relativamente simples. É um sistema de fios e amplificadores usado para recolher sinais de televisão e rádio de uma variedade de fontes e entregá-los às casas em uma determinada área geográfica. Por vezes é comparado com o sistema de água de uma cidade, que retira água de uma ou duas fontes primárias e a distribui aos clientes em toda a cidade. A televisão a cabo distribui igualmente uma lista de canais de televisão a todos os residentes de uma área que se ligam ao seu cabo. Os sistemas de cabo estão expandindo seus serviços para incluir o acesso à Internet de alta velocidade e o serviço telefônico tradicional também. Os componentes fundamentais de um sistema de cabo incluem o escritório principal do sistema local, chamado “headend”, onde os vários sinais são reunidos, combinados e alimentados no sistema; linhas de fibra óptica e cabos coaxiais, os fios que transportam a informação; amplificadores que aumentam o sinal em intervalos regulares e mantêm a força do sinal; e muitas vezes set-top boxes, que traduzem os sinais de cabo em informação eletrônica que o aparelho de televisão doméstico pode usar.
The Headend
O processo de levar a programação para a casa começa longe do headend do sistema local. Empresas nacionais e multinacionais como a AOL-Time Warner e Disney criam a programação e operam canais familiares como CNN, ESPN, HBO, Discovery, e MTV. Estas empresas distribuem os sinais do programa, geralmente por satélite, a partir de alguns pontos de origem principais, transportando o material para os mais de dez mil sistemas de cabo individuais nos Estados Unidos, bem como para sistemas de cabo em todo o mundo. Grandes antenas parabólicas na cabeceira do sistema local recebem estes sinais. As empresas de programação alimentam simultaneamente seus sinais para outros provedores de televisão multicanal, tais como empresas de transmissão direta via satélite (DBS) (por exemplo, Direc TV).
Além dos pacotes básicos e premium de cabos, os sistemas transportam estações de televisão de transmissão local e regional, estações de rádio e serviços de áudio nacionais. Muitas vezes, eles também produzem sua própria programação ou carregam programas que são produzidos por outros na comunidade. As estações locais de rádio e televisão são captadas por potentes versões de antenas de televisão domésticas, ou às vezes são enviadas para o headend através de ligação por microondas (uma tecnologia de transmissão especializada) ou por cabo. Tipicamente, essas emissoras locais serão afiliadas e portadoras das principais redes nacionais (por exemplo, NBC, CBS, ABC, PBS, Fox, WB, e UPN). Estações de radiodifusão que não são afiliadas a programadores nacionais, incluindo estações religiosas, também serão incluídas no pacote. Os serviços de áudio nacionais que apresentam partituras de canais de música digital são alimentados por satélite da mesma forma que a programação de vídeo nacional.
Sinais de estações de televisão e rádio que estão fora do alcance normal de recepção do sistema, como estações de outra parte do estado, podem ser captados perto da antena de transmissão dessa estação e importados por microondas ou linha fixa. Os programas que são criados em estúdios de televisão (geralmente pequenos) no headend são gravados em vídeo para reprodução posterior usando máquinas de gravação de vídeo de grau profissional. Essas máquinas também reproduzem fitas que são criadas por outras pessoas da comunidade para serem transmitidas nos canais de acesso público ou governamental do sistema. Às vezes, a programação será transmitida por fio para o headend de uma instalação de televisão do governo local ou de um estúdio de televisão de uma escola secundária ou faculdade da área. Muitos sistemas modernos de televisão a cabo também armazenam e reproduzem programação, geralmente comerciais, usando servidores digitais de alta capacidade.
Todo esse material de programação é organizado eletronicamente, e cada sinal é então imposto a uma onda portadora separada, ou canal. O sinal combinado é então enviado para o sistema em direção à casa do assinante.
O sistema com fio
Existem três tipos de fio que são utilizados nas telecomunicações modernas: o chamado par trançado, o cabo de fibra óptica, e o cabo coaxial. O par trançado é o fio familiar que é usado pelas companhias telefônicas para transportar voz e dados. Em comparação com os cabos de fibra óptica e coaxial, o par trançado, sem condicionamento especial, é bastante limitado na quantidade de informação que pode transportar, e é um tubo eletrônico muito estreito para transmitir programação televisiva multicanal. Os operadores de cabo, portanto, usam cabos coaxiais e de fibra óptica.
A indústria de televisão a cabo deriva seu nome do cabo coaxial. Antes da adopção da fibra óptica nos anos 80, um sistema de cabo consistia quase inteiramente em “coaxial”. O termo “coaxial” refere-se aos dois eixos do cabo, um sólido fio central de cobre (o primeiro eixo) rodeado por uma bainha ou tubo metálico (o segundo eixo). Os dois eixos são separados por espaçadores em forma de donut ou por um material sólido, semelhante a plástico, transparente às ondas de rádio. Uma camada externa de plástico durável cobre o cabo.
Fibra é basicamente um fio de vidro fino que é aproximadamente a largura de um cabelo humano. Em vez de transportar informações na forma de ondas de rádio, a fibra óptica transmite informações sobre feixes de luz gerados por laser. Por ser feita principalmente de vidro (cujos ingredientes crus são abundantes) em vez de cobre, a fibra é mais barata do que o cabo coaxial. Ela também pode transportar significativamente mais informação do que o cabo coaxial e é menos propensa a perda de sinal e interferência.
A fibra e o cabo coaxial podem transportar um grande número de canais de televisão, juntamente com outras informações, em parte devido à forma como eles aproveitam o espectro eletromagnético. O espectro eletromagnético é o meio pelo qual e dentro do qual os sinais de televisão e rádio são transmitidos; é uma parte invisível do ambiente natural e inclui coisas como luz visível, raios X, raios gama e raios cósmicos. Uma grande parte desse espectro natural pode ser empregada para transmitir informações, e o governo dos Estados Unidos alocou certas partes dele para muitos tipos diferentes de comunicação sem fio. Isso inclui comunicações militares, rádios bidirecionais, telefones celulares e até mesmo abridores de portas de garagem. As emissoras comerciais, como as estações de televisão e rádio da cidade natal, portanto compartilham este recurso limitado com outros usuários.
Sistemas com fio, como a televisão a cabo, por outro lado, replicam o espectro natural em um ambiente isolado e controlado. Eles podem usar todo o espaço de espectro disponível que é criado por esse sistema sem ter que compartilhá-lo com outros serviços. A quantidade de espaço de espectro disponível em um determinado sistema ou para uma determinada aplicação é chamada de “largura de banda” e é medida em hertz, ou mais comumente, kilohertz (kHz) e megahertz (MHz). A linha telefónica para uma casa é ligeiramente superior a 4 kHz, e é chamada de “banda estreita”. Um sinal de televisão broadcast requer 6MHz, e a maioria dos modernos sistemas de cabo “banda larga” operam em 750 a 860 MHz, ou 110-plus canais de televisão analógicos.
Amplificadores
Como o sinal de televisão passa pelas linhas de cabo, tanto de fibra como coaxial, esse sinal perde a sua força. A resistência no cabo coaxial ou as impurezas na fibra causam a deterioração do sinal e o desbotamento ao longo da distância. Os sinais, portanto, têm que ser amplificados em intervalos regulares. Nos sistemas de cabos contemporâneos, esses amplificadores são colocados a cada dois mil metros para linhas coaxiais; uma série de amplificadores é chamada de “cascata”. A superior potência de transporte da fibra significa que são necessários menos amplificadores para cobrir a mesma distância. O número total de amplificadores que podem ser usados numa cascata ou num sistema é limitado porque cada amplificador introduz uma pequena quantidade de interferência na linha. Essa interferência se acumula e, com muitos amplificadores, atingirá um ponto de distorção inaceitável. O número de amplificadores usados e o espaçamento entre eles em um sistema real depende da largura de banda do sistema e do meio (ou seja, coaxial ou fibra). Um dado sistema de cabo pode ter centenas, até milhares, de milhas de fibra e coaxial e centenas de amplificadores.
A sofisticação do amplificador também é responsável principalmente pela largura de banda explorável no sistema, ou pelo número de canais que um sistema pode carregar. Os primeiros amplificadores de televisão a cabo podiam retransmitir apenas um canal de cada vez, e um sistema de cabo de três canais tinha que ter um conjunto separado de amplificadores para cada canal. Os amplificadores de banda larga modernos transportam dezenas de canais simultaneamente.
Arquiteturas de rede
O padrão no qual um sistema de cabo é arranjado (ou seja, a configuração dos fios do headend até a casa do assinante) é a arquitetura do sistema. Desde os primeiros dias do cabo no final dos anos 40, a arquitetura clássica para um sistema de cabo era conhecida como “árvore e ramo”. Imagine um diagrama de árvore familiar, com ramos ancestrais da família saindo do tronco, e esses grandes ramos dividindo-se e espalhando-se em ramos mais finos e mais numerosos. O clássico sistema de cabos é desenhado desta forma. Os sinais deixam a cabeceira sobre “linhas de tronco” de alta capacidade, geralmente de fibra óptica, que serpenteiam pelas principais artérias da comunidade, pelas ruas da cidade em direção aos bairros locais. O “alimentador”, ou distribuição, os cabos se ramificam do tronco de fibra, ou espinha dorsal, e se espalham pelas ruas do bairro em direção a centenas, às vezes milhares, de casas. Finalmente, pequenas “linhas de queda” coaxiais brotam dos cabos alimentadores para se ligarem a casas individuais. Todas as linhas são enterradas no subsolo ou enfiadas em postes que normalmente são alugados à companhia local de telefone ou energia. Como as linhas de tronco e de alimentação não suportam seu próprio peso, elas são amarradas a pesados fios de aço chamados “cordões”, que também carregam o peso dos amplificadores.
Com o desenvolvimento da tecnologia de fibra ótica econômica nos anos 80, os sistemas de cabos começaram a substituir grande parte de sua linha coaxial pela nova tecnologia de maior capacidade, começando com as linhas de tronco e indo em direção às linhas de alimentação. Com a mudança no hardware veio uma mudança na arquitetura do sistema. O uso de fibra significou uma redução de custos a longo prazo, uma diminuição no número de amplificadores necessários e um aumento na qualidade geral do sinal. A fibra poderia ser executada diretamente do headend para os hubs, ou nós, servindo grandes clusters de residências. A partir desses hubs de fibra, mini árvores e sistemas coaxiais de galhos serviriam os clientes da área. Esta combinação de fibra e cabo coaxial é a arquitetura híbrida de fibra coaxial (HFC).
Set-Top Boxes
Muitos assinantes de cabo, mesmo aqueles que têm televisores contemporâneos “prontos para o cabo”, têm set-top boxes adicionais de cabo, ou conversores, que estão sentados sobre ou ao lado de seus conjuntos. Os set-top boxes executam várias tarefas importantes para o sistema a cabo. Para alguns aparelhos de televisão, especialmente os mais antigos ou os que não estão prontos para serem ligados, eles funcionam como sintonizador de televisão, o dispositivo que seleciona os canais a serem vistos. Como o espectro com fio é um universo fechado, os operadores de cabo podem colocar seus canais em quase todas as freqüências que quiserem, e o fazem para fazer o uso mais eficiente do espaço e da tecnologia. Os operadores, por exemplo, transportam os canais VHF de 2 a 13 no seu lugar “normal” no mostrador, mas os canais UHF 14 a 69, que no espectro aberto são mais altos e separados dos canais VHF, foram movidos no “espaço do cabo”. O espectro total dos cabos está, de fato, dividido em suas próprias bandas. Os canais 2 a 6 são transportados na banda baixa, os canais 7 a 13 na banda alta, e outra programação da rede de cabos é distribuída pelos canais de banda média, superbandas e hiperbandas. Parte da banda baixa (ou seja, 0 a 50 MHz) é frequentemente utilizada para transportar sinais do “upstream” da casa do consumidor e de volta para o headend da empresa de cabo. Os aparelhos de televisão que não são configurados para receber as muitas bandas especiais de cabo requerem set-top boxes para a conversão.
Embora os aparelhos de televisão a cabo tenham assumido a maioria das funções simples de recepção de sinais nos sistemas modernos, os conversores continuam a ser um elemento fundamental na indústria para a prestação de serviços mais avançados, como programação premium e filmes “payper-view”. As caixas ajudam a controlar a distribuição dessa programação para as residências dos assinantes. Muitos sistemas de cabo são “endereçáveis”, o que significa que cada assinante tem um endereço eletrônico, e os operadores podem ligar ou desligar um sinal para aquela casa a partir do headend. A tecnologia que ajuda a tornar a endereçabilidade possível está muitas vezes alojada no set-top box. Finalmente, à medida que o cabo entra na era digital, os set-top boxes estão sendo usados para converter os canais e serviços digitais em sinais que o aparelho de televisão analógico padrão pode usar.
Cable Interactivity and Advanced Services
Apesar de a maioria dos sistemas a cabo serem endereçáveis, a verdadeira interatividade permanece limitada na maioria dos sistemas. A interatividade não tem definição definida e pode assumir muitas formas, incluindo a encomenda de filmes quando o cliente quiser vê-los (vídeo sob demanda) ou ter o sistema de cabo monitorando o alarme de fumaça doméstico. Em todos os casos, é necessário algum meio de obter um sinal da casa de volta para o head-end. Os sistemas de televisão a cabo foram originalmente configurados para a entrega eficiente de grandes quantidades de programação de um ponto (o headend) para vários usuários – um esquema de distribuição ponto a multiponto. O arranjo foi muito bem sucedido para a distribuição em massa unidirecional do conteúdo, mas é limitado em sua capacidade bidirecional. Como foi observado, os sistemas de televisão a cabo designam uma pequena porção do seu espaço de espectro para comunicação a montante, mas essa largura de banda tem sido historicamente subexplorada pela indústria de cabo.
Em contraste, os sistemas telefônicos, apesar de sua limitada largura de banda, são configurados para comunicação ponto-a-ponto bidirecional completa. Ao contrário do cabo, as companhias telefônicas utilizam um sistema de comutação para criar uma linha dedicada entre dois chamadores. Os sistemas de cabo tradicionais não possuem a arquitetura ou o switch para fornecer tal serviço. As empresas de cabo estão buscando superar essa desvantagem técnica desenvolvendo técnicas, utilizando tanto hardware como software, para tornar seus sistemas mais interativos. A conversão para a tecnologia digital é especialmente vista como uma forma de fornecer serviços adicionais e aprimorados, incluindo televisão interativa, serviço telefônico e acesso à Internet.
Um exemplo inicial deste esforço é o modem a cabo. Ao distribuir dados de computador, como páginas da Internet, através do sistema a cabo, as operadoras de cabo são capazes de explorar sua capacidade de banda larga e aumentar drasticamente as velocidades do modem. Clientes que conectam seus computadores a um sistema a cabo em vez de usar um modem telefônico padrão podem baixar páginas em segundos em vez de minutos, e o modem a cabo está em todo o tempo, de modo que não há espera para o computador “discar” uma conexão à Internet.
Os operadores de cabo também estão desenvolvendo técnicas que lhes permitirão oferecer serviço telefônico usando sua planta de cabos. Em última análise, a capacidade de banda larga do cabo fornecerá uma das principais plataformas de distribuição de alta velocidade digital interativa – a auto-estrada da informação – e ajudará a criar uma integração perfeita de vídeo, voz e dados.
Veja também: Televisão a Cabo; Televisão a Cabo, Carreiras em; Televisão a Cabo, História de; Televisão a Cabo, Programação de; Televisão a Cabo, Regulação de; Comunicação Digital; Internet e World Wide Web; Satélites, Comunicação; Indústria Telefônica, Tecnologia de; Radiodifusão Televisiva, Tecnologia de.
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Patrick R. Parsons