Tekniken för kabel-tv är relativt enkel. Det är ett system av ledningar och förstärkare som används för att samla in tv- och radiosignaler från olika källor och leverera dem till hushållen i ett visst geografiskt område. Det jämförs ibland med en stads vattensystem, som tar vatten från en eller två primära källor och distribuerar det till kunder i hela staden. Kabel-TV distribuerar på samma sätt ett antal TV-kanaler till alla invånare i ett område som är anslutna till kabelnätet. Kabelsystemen utökar sina tjänster till att även omfatta höghastighetsinternet och traditionell telefontjänst. De grundläggande komponenterna i ett kabelsystem omfattar det lokala systemets huvudkontor, en så kallad ”headend”, där de olika signalerna samlas in, kombineras och förs ut i systemet, fiberoptiska ledningar och koaxialkablar, de kablar som transporterar informationen, förstärkare som förstärker signalen med jämna mellanrum och upprätthåller signalstyrkan, och ofta set-top-boxar, som omvandlar kabelsignalerna till elektronisk information som hemmets tv-apparater kan använda.
Huvudstationen
Processen för att få program till hemmet börjar långt från det lokala systemets huvudstation. Nationella och multinationella företag som AOL-Time Warner och Disney skapar programmen och driver välkända kanaler som CNN, ESPN, HBO, Discovery och MTV. Dessa företag distribuerar programsignalerna, vanligen via satellit, från ett fåtal huvudsakliga utgångspunkter och sänder materialet till de mer än tiotusen enskilda kabelsystemen i Förenta staterna och till kabelsystem runt om i världen. Stora parabolantenner vid det lokala systemets huvudstation tar emot dessa signaler. Programföretagen sänder samtidigt sina signaler till andra leverantörer av flerkanals-tv, t.ex. företag som sänder direktsändningar via satellit (t.ex. Direc TV).
Förutom bas- och premiumkabelpaketen sänder systemen lokala och regionala tv-stationer, radiostationer och nationella ljudtjänster. Ofta producerar de också sina egna program eller sänder program som produceras av andra i samhället. Lokala radio- och tv-stationer fångas upp av kraftfullaversioner av hem-tv-antenner, eller så sänds de ibland till huvudstationen via mikrovågslänk (en specialiserad sändningsteknik) eller tråd. Vanligtvis är dessa lokala programföretag anslutna till och sänder de stora nationella nätverken (t.ex. NBC, CBS, ABC, PBS, Fox, WB och UPN). Sändningsstationer som inte är anslutna till nationella programföretag, inklusive religiösa stationer, kommer också att ingå i paketet. Nationella ljudtjänster som innehåller mängder av digitala musikkanaler matas via satellit på samma sätt som nationell videoprogrammering.
Signaler från TV- och radiostationer som ligger utanför systemets normala mottagningsområde, t.ex. stationer från en annan del av staten, kan fångas upp i närheten av den stationens sändarantenn och importeras via mikrovågsugn eller fast telefon. Program som skapas i tv-studior (vanligtvis små) vid huvudstationen videofilmas för senare uppspelning med hjälp av professionella videobandsmaskiner. Dessa maskiner kan också spela upp band som skapats av andra i samhället för att sändas på systemets kanaler för allmän eller statlig tillgång. Ibland matas programutbudet via kabel till huvudstationen från en lokal statlig TV-anläggning eller en TV-studio vid en gymnasieskola eller en högskola i området. Många moderna kabel-tv-system lagrar och spelar också upp program, vanligtvis reklam, med hjälp av digitala servrar med hög kapacitet.
Alt detta programmaterial organiseras elektroniskt, och varje signal läggs sedan på en separat bärvåg, eller kanal. Den kombinerade signalen skickas sedan ut på systemet mot abonnentens hem.
Det trådbundna systemet
Det finns tre typer av trådar som används i moderna telekommunikationer: det så kallade tvinnade paret, fiberoptisk kabel och koaxialkabel. Det tvinnade paret är den välkända ledningen som används av telefonbolag för att överföra röst och data. Jämfört med fiberoptiska kablar och koaxialkablar är twisted pair, utan särskild konditionering, ganska begränsad när det gäller den informationsmängd som den kan överföra, och det är ett alldeles för smalt elektroniskt rör för att överföra flerkanaliga TV-program. Kabeloperatörer använder därför koaxial- och fiberoptiska kablar.
Kabel-tv-industrin har fått sitt namn från koaxialkabeln. Innan fiberoptik infördes på 1980-talet bestod ett kabelsystem nästan helt och hållet av ”koax”. Termen ”koaxial” hänvisar till kabelns två axlar, en solid kopparcentratråd (den första axeln) omgiven av ett metallhölje eller rör (den andra axeln). De två axlarna är separerade med antingen donutformade distanser eller ett fast, plastliknande material som är genomskinligt för radiovågor. Ett hållbart yttre plastskikt täcker kabeln.
Fiber är i princip en tunn glastråd som är ungefär lika bred som ett människohår. I stället för att överföra information i form av radiovågor överför fiberoptik information på strålar av lasergenererat ljus. Eftersom den huvudsakligen tillverkas av glas (vars råvaror finns i överflöd) i stället för koppar är fiber billigare än koaxialkabel. Den kan också bära betydligt mer information än koax och är mindre utsatt för signalförlust och störningar.
Både fiber och koax kan bära ett stort antal tv-kanaler, tillsammans med annan information, delvis på grund av deras sätt att utnyttja det elektromagnetiska spektrumet. Det elektromagnetiska spektrumet är det medium genom vilket och inom vilket tv- och radiosignaler överförs; det är en osynlig del av den naturliga miljön och omfattar sådant som synligt ljus, röntgenstrålar, gammastrålar och kosmisk strålning. En stor del av detta naturliga spektrum kan användas för att överföra information, och den amerikanska regeringen har tilldelat vissa delar av det för många olika typer av trådlös kommunikation. Detta omfattar militär kommunikation, tvåvägsradioapparater, mobiltelefoner och till och med garageportöppnare. Kommersiella sändare, som t.ex. de inhemska TV- och radiostationerna, delar därför denna begränsade resurs med andra användare.
Vajerburna system som kabel-TV, å andra sidan, replikerar det naturliga spektrumet i en isolerad och kontrollerad miljö. De kan använda allt tillgängligt spektrumutrymme som skapas av det systemet utan att behöva dela det med andra tjänster. Den mängd spektrumutrymme som är tillgänglig i ett visst system eller för en viss tillämpning kallas ”bandbredd” och mäts i hertz, eller vanligare, kilohertz (kHz) och megahertz (MHz). Telefonlinjen till ett hem är något mer än 4 kHz och kallas ”smalband”. En TV-signal som sänds kräver 6 MHz, och de flesta moderna ”bredbandiga” kabelsystem arbetar på 750 till 860 MHz, eller 110-plus analoga TV-kanaler.
Förstärkare
När TV-signalen passerar genom kabellinjerna, både fiber- och koaxialledningar, förlorar den signalen sin styrka. Motstånd i koaxialkabeln eller orenheter i fibern gör att signalen försämras och bleknar med tiden. Signalerna måste därför förstärkas med jämna mellanrum. I moderna kabelsystem är dessa förstärkare placerade ungefär varannan tusen meter för koaxialledningar; en serie förstärkare kallas för en ”kaskad”. Fiberns överlägsna överföringsförmåga innebär att färre förstärkare behövs för att täcka samma avstånd. Det totala antalet förstärkare som kan användas i en kaskad eller i ett system är begränsat eftersom varje förstärkare introducerar en liten mängd störningar i linjen. Denna störning ackumuleras och med för många förstärkare kommer den att nå en punkt med oacceptabel distorsion. Antalet förstärkare som används och avståndet mellan dem i ett verkligt system beror på systemets bandbredd och mediet (dvs. koaxial eller fiber). Ett givet kabelsystem kan ha hundratals, till och med tusentals kilometer fiber och koax och hundratals förstärkare.
Förstärkarens sofistikering är också huvudansvarig för den utnyttjbara bandbredden i systemet, eller antalet kanaler som ett system kan bära. De tidigaste kabel-tv-förstärkarna kunde endast vidarebefordra en kanal åt gången, och ett kabelsystem med tre kanaler var tvunget att ha en separat uppsättning förstärkare för varje kanal. Moderna bredbandsförstärkare överför mängder av kanaler samtidigt.
Nätverksarkitekturer
Mönstret i vilket ett kabelsystem är arrangerat (dvs. konfigurationen av ledningar från huvudstationen till abonnentens hem) är systemarkitekturen. Från kabelns tidigaste dagar i slutet av 1940-talet var den klassiska arkitekturen för ett kabelsystem känd som ”tree and branch” (träd och grenar). Föreställ er ett diagram av ett släktträd, där släktens stamgrenar utgår från stammen, och dessa stora grenar delar sig och sprider sig i finare och fler grenar. Det klassiska kabelsystemet är utformat på detta sätt. Signalerna lämnar huvudstationen via stamledningar med hög kapacitet, vanligen fiberoptik, som slingrar sig fram genom samhällets huvudleder, längs stadsgatorna till de lokala bostadsområdena. ”Feeder-” eller distributionskablar grenar av från fiberstammen, eller stamnätet, och sprider sig längs kvartersgatorna till hundratals, ibland tusentals, bostäder. Slutligen finns det mindre koaxiala ”drop lines” som utgår från matarkablarna och ansluter till de enskilda husen. Alla dessa ledningar är antingen nedgrävda under jord eller uppförda på stolpar som vanligtvis hyrs av det lokala telefon- eller elbolaget. Eftersom stam- och matarledningarna inte kan bära sin egen vikt är de surrade till tunga ståltrådar, så kallade ”strängar”, som också bär förstärkarnas vikt.
Med utvecklingen av kostnadseffektiv fiberoptisk teknik på 1980-talet började kabelsystemen ersätta en stor del av sina koaxialledningar med den nya tekniken med högre kapacitet, och började med stamledningarna för att sedan övergå till matarledningarna. Med förändringen av hårdvaran följde en förändring av systemarkitekturen. Användning av fiber innebar minskade kostnader på lång sikt, en minskning av antalet förstärkare som behövdes och en ökning av signalens allmänna kvalitet. Fiber kunde ledas direkt från huvudstationen till hubbar, eller noder, som betjänar stora grupper av bostäder. Från dessa fiberhubbar skulle mini-träd- och grenkoaxsystem betjäna kunderna i området. Denna kombination av fiber och koaxialkabel är HFC-arkitekturen (Hybrid Fiber Coax).
Set-Top Boxes
Många kabelabonnenter, även de som har moderna ”kabelklara” TV-apparater, har ytterligare kabelavkodare, eller konverterare, som sitter på eller bredvid sina apparater. Set-top-boxar utför flera viktiga uppgifter för kabelsystemet. För vissa tv-apparater, särskilt äldre apparater som inte är kabelfärdiga, fungerar de som tv-tuner, dvs. den enhet som väljer de kanaler som ska visas. Eftersom det trådbundna spektrumet är ett slutet universum kan kabeloperatörer placera sina kanaler på nästan vilken frekvens de vill, och de gör det för att utnyttja utrymmet och tekniken så effektivt som möjligt. Operatörerna har t.ex. VHF-kanalerna 2-13 på sin ”normala” plats på vridskivan, men UHF-kanalerna 14-69, som i det öppna spektrumet ligger högre än och är åtskilda från VHF-kanalerna, har flyttats in i ”kabelutrymmet”. Hela kabelspektrumet är i själva verket uppdelat i egna band. Kanalerna 2-6 sänds i det låga bandet, kanalerna 7-13 i det höga bandet, och andra program i kabelnätet fördelas över kanalerna i mellanbandet, superbandet och hyperbandet. En del av det låga bandet (dvs. 0-50 MHz) används ofta för att överföra signaler från konsumentens hem ”uppströms” och tillbaka till kabelföretagets huvudstation. TV-apparater som inte är inställda för att ta emot kabelns många specialband kräver set-top-boxar för konverteringen.
Men även om kabelanpassade TV-apparater har tagit över de flesta av de enkla funktionerna för signalmottagning i moderna system, förblir konverterare en viktig del av branschen för tillhandahållande av mer avancerade tjänster, t.ex. premiumprogram och ”pay-per-view”-filmer. Boxarna hjälper till att styra distributionen av sådana program till abonnenternas hem. Många kabelsystem är ”adresserbara”, vilket innebär att varje abonnent har en elektronisk adress, och operatörerna kan slå på eller stänga av signalen till det hemmet från huvudstationen. Den teknik som gör det möjligt att adressera ett program är ofta inbyggd i en digitalbox. I takt med att kabeln övergår till den digitala eran används digitalboxar för att omvandla de digitala kanalerna och tjänsterna till signaler som en vanlig analog TV-apparat kan använda.
Kabelns interaktivitet och avancerade tjänster
Som de flesta kabelsystem är adresserbara är den verkliga interaktiviteten fortfarande begränsad i de flesta system. Interaktivitet har ingen fastställd definition och kan ta sig många uttryck, t.ex. att beställa filmer när kunden vill se dem (video on demand) eller att låta kabelsystemet övervaka hemmets brandvarnare. I alla fall krävs det något sätt att få en signal från hemmet tillbaka till huvudstationen. Kabel-tv-systemen var ursprungligen utformade för att effektivt kunna leverera stora mängder program från en punkt (huvudstationen) till flera användare – ett distributionssystem med punkt-till-multipunkt-distribution. Detta arrangemang har varit mycket framgångsrikt för envägsmassadistribution av innehåll, men det är begränsat i sin tvåvägskapacitet. Som nämnts utser kabel-tv-system en liten del av sitt spektrumutrymme för kommunikation uppströms, men den bandbredden har historiskt sett underutnyttjats av kabelindustrin.
Till skillnad från detta är telefonsystem, trots sin begränsade bandbredd, konfigurerade för fullständig tvåvägskommunikation, punkt-till-punkt-kommunikation. Till skillnad från kabel använder telefonbolagen ett växelsystem för att skapa en dedikerad linje mellan två uppringare. Traditionella kabelsystem har inte arkitekturen eller växeln för att tillhandahålla en sådan tjänst. Kabelföretagen försöker övervinna detta tekniska handikapp genom att utveckla tekniker, med hjälp av både hårdvara och mjukvara, för att göra sina system mer interaktiva. Konverteringen till digital teknik ses särskilt som ett sätt att tillhandahålla ytterligare och förbättrade tjänster, inklusive interaktiv television, telefontjänster och tillgång till Internet.
Ett tidigt exempel på denna strävan är kabelmodemet. Genom att distribuera datadata, t.ex. webbsidor på Internet, via kabelsystemet kan kabeloperatörer utnyttja sin bredbandskapacitet och dramatiskt öka modemhastigheterna. Kunder som ansluter sina datorer till ett kabelsystem i stället för att använda ett vanligt telefonmodem kan ladda ner sidor på några sekunder i stället för minuter, och kabelmodemet är påslaget hela tiden, så man behöver inte vänta på att datorn ska ”ringa upp” en Internetanslutning.
Kabeloperatörerna håller också på att utveckla tekniker som gör det möjligt för dem att erbjuda telefontjänster med hjälp av sin kabelanläggning. I slutändan kommer kabelns bredbandskapacitet att utgöra en av de viktigaste distributionsplattformarna för den interaktiva digitala höghastighetsåldern – informationsmotorvägen – och bidra till att skapa en sömlös integration av video, röst och data.
Se även: Kabel-tv; Kabel-tv, karriär inom kabel-tv; Kabel-tv, historia; Kabel-tv, programmering av kabel-tv; Kabel-tv, reglering av kabel-tv; Digital kommunikation; Internet och World Wide Web; Satelliter, kommunikation; Telefonindustri, teknik; TV-sändningar, teknik.
Bibliografi
Baldwin, Thomas; McVoy, D. Stevens; och 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; och Large, David.(2000). Modern kabel-tv-teknik: Video, röst och datakommunikation. San Francisco, CA: Morgan Kaufmann.
Crisp, John. (1999). Introduktion till fiberoptik. Woburn, MA: Butterworth-Heinemann.
Jones, Glen. (1996). Jones Dictionary of Cable Television Terminology. Boston: Information Gatekeepers.
Maxwell, Kim. (1998). Bredband för bostäder: 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. och Frieden, Robert M. (1998). Kabel- och satellit-tv-industrin. Boston: Allyn & Bacon.
Southwick, Thomas. (1998). Distant Signals: How Cable TV Changed the World of Telecommunications. Overland Park, KS: Primedia Intertec.
Patrick R. Parsons