有線電視工作原理

1. 引言 2. 早期的有線電視系統 3. 增加頻道 4. 節目上星 5. 光纖電纜的使用

6. 從模擬信號到數字信號

引言

在20世紀50年代，美國有四個電視網絡。由于電視頻率分配的原因，只能從發射天線接收“視線”范圍內的信號。在偏遠地區尤其是偏遠山區生活的人們可能無法看到已成為美國文化重要組成部分的電視節目。

在1948年，居住在賓夕法尼亞州偏遠山谷的人們通過在山上放置天線，然后用電纜連接至房屋，解決了接收問題。現在，這種曾被偏遠小村和某些城市采用的技術卻讓全國觀眾都能夠按自己的需要和喜好觀看各種節目和頻道。到20世紀90年代初，美國有線電視已經普及到近一半的美國家庭。

如今，美國的有線電視系統向大約6000萬家庭提供數百個頻道，同時還允許能高速接入互聯網的用戶在線觀看電視節目。有些有線電視系統甚至通過撥打電話來收看電視節目！在本文中，我們將介紹有線電視是如何為您帶來這么多的信息以及教育、宗教和各種奇特的電視節目的。

早期的有線電視系統

實際上，最早的有線電視系統通過在地勢好的地方架設天線，用非常長的電纜將天線連接到用戶的電視機。由于來自天線的信號在經過電纜傳輸時會衰減，有線電視提供商必須按一定的間隔放置放大器來增強信號，使其能滿足觀看的需要。領先的電視系統設備領先制造商Scientific-Atlanta公司的用戶網絡技術總監比爾·沃（Bill Wall）介紹說，克服這些放大器的限制是有線電視問世后30年里系統設計者面臨的一個重要課題。

“在一個有線電視系統中，信號在到達你的房屋之前可能要經過30到40個放大器，大約相隔305米就有一個，”沃說： “每經過一個放大器，信號都會產生干擾和失真。 此外，如果有一個放大器出現故障，您就會看不到畫面。因此有線電視給人留下的印象是畫面質量不是最好而且不穩定。” 在20世紀70年代后期，人們開始尋找有線電視放大器問題的解決方案。那時已經開發出了能夠為有線電視服務增加更多節目的技術。

增加頻道

20世紀50年代初，有線電視系統開始試驗用微波發射和接收塔捕捉遠處電視臺的信號。在有些情況下，這種方法可能將電視信號發送給了標準廣播距離之外的用戶。在另外一些情況下，尤其是在美國東北部地區，這樣做使用戶能夠收看同一個網絡的多個電視臺。這是人們首次利用有線電視來豐富電視的收看內容，而不只是為了能夠進行普通的觀看。由此掀起一股有線電視潮流，并在70年代進入高潮階段。

有線電視（CATV）電視臺的增加以及有線電視系統的普及最終促使制造商在大多數新電視機上增設了一個開關。用戶可以根據美國聯邦通信委員會(FCC)頻率分配方案來設定電視的頻道，也可以按照大多數有線電視系統的方案進行設定。 這兩種方案有重大差異。

在兩種調諧系統中，都會為每個電視臺指定一個6兆赫(MHz)的無線電頻譜頻段。美國聯邦通信委員會最初將部分甚高頻(VHF)頻譜用于12個電視頻道。這些頻道并沒有放到一個頻率區塊，而是分成兩組，以避免干擾現有的無線電服務。

后來，隨著電視越來越普及，需要增加頻道，美國聯邦通信委員會又給電視分配了頻譜的超高頻(UHF)部分。他們確定14～69頻道使用470MHz ～812MHz之間的頻率。

由于他們采用電纜而不是天線，因此有線電視系統無需擔心現有的服務。對于14～22頻道，工程師可以使用由于其他信號干擾而被廣播電視棄用的中頻帶頻率。1～6頻道使用低頻率，其余的頻道使用高頻率。“有線電視/天線”開關指示了電視的調諧器應該是在中頻帶范圍外調諧還是該范圍內調諧。

在討論調諧主題時有必要思考一個問題，為什么有線電視系統在1～6頻道不使用電視臺的空中廣播頻率？這是因為有線設備可以屏蔽對電纜信號的外界干擾，電視則設計為只接收來自電纜或天線接入點的信號，但干擾仍然可以進入系統，尤其在接頭處。當干擾來自電纜所傳送的相同頻道時，則會因為兩種信號的廣播速度有差異而出現問題。

無線電信號在空氣中的傳輸速度非常接近光速。在同軸電纜（例如將有線電視信號傳送到房屋的同軸電纜）中，無線電信號的傳輸速度大約為光速的2/3。如果廣播信號和電纜信號到達電視調諧器的時間存在不足1秒的時差，您會看到雙重圖像，稱為“重像”。

節目上星

1972年，賓夕法尼亞州威爾克斯-巴里市(Wilkes-Barre)的一個有線電視系統開始提供第一個“付費觀看”頻道。客戶需要付費，才能觀看單獨的電影和體育節目。他們稱這項新服務為Home Box Office或HBO。在1975年之前，它一直只是地區性的服務，之后HBO開始將信號發射到地球同步軌道中運轉的衛星，然后廣播到佛羅里達州和密西西比州的有線電視系統。Scientific-Atlanta的比爾·沃說，這些早期的衛星最多可接收和轉播24個頻道。接收信號的有線電視系統采用直徑為10米的碟形天線，每個頻道都單獨使用一個碟形天線！ 自從開始采用衛星向有線電視系統發送節目后，現代有線電視系統的基本結構就成形了。

隨著可選節目的增多，有線電視系統的帶寬也隨之增加。早期系統的工作帶寬有200MHz，可容納33個頻道。 隨著技術的進步，帶寬逐步增加到300、400、500MHz，現在是550MHz，頻道已經增加到91個。另外兩項技術進步（光纖和模擬數字轉換）也在繼續增加可用頻道數量的同時改善了有線電視的功能和廣播質量。

光纖電纜的使用

在1976年，一種新的有線電視系統開始受到關注。該系統使用光纖電纜作為中繼電纜將有線電視前端的信號傳送到附近地區。前端是有線電視系統從各種來源接收節目，然后將節目分配給頻道并轉發到電纜上的位置。到20世紀70年代末，光纖得到長足發展，成為長距離傳送有線電視信號的最經濟合理的方法。光纖電纜的主要優勢是不會像同軸電纜那樣出現信號損失，因此不再需要那么多的放大器。在早期光纖有線電視系統中，前端與客戶之間的放大器數量從30或40個減少到大約6個。在1988年以后鋪設的系統中，放大器數量進一步減少，對于大多數客戶只需要一到兩個放大器。放大器數量的減少使信號質量和系統穩定性得到顯著提高。

改用光纖電纜的另一個好處是能夠獲得更強大定制能力。由于一條光纖電纜可以供應500個家庭，因此可以為一個社區提供消息和服務。20世紀90年代，有線電視提供商發現這種社區劃分非常適合建立局域網，能夠通過電纜調制解調器訪問互聯網。

從模擬信號到數字信號

1989年，General Instruments公司證實可以將模擬有線電視信號轉換為數字信號，然后在標準的6MHz電視頻道中傳輸。利用MPEG壓縮，目前安裝的有線電視系統可以在一個模擬頻道的6MHz帶寬中傳輸多達10個頻道的視頻。與550MHz的總帶寬配合使用時，在一個系統上幾乎可以有1000個視頻頻道。此外，數字技術還允許糾錯，有助于確保接收信號質量。

數字技術的采用還改變了有線電視的一項最顯著特征：頻道加擾。

從加擾到藍屏
1971年出現了第一個在有線電視系統上對頻道進行加擾的系統。在第一款加擾系統中，用來同步電視畫面的信號之一在傳輸電視信號時被除去，然后通過客戶家中的一個小裝置重新插入。后來的加擾系統通過插入與頻道頻率存在少量偏移的信號來干擾畫面，然后在客戶的電視上從混合信號中濾掉干擾信號。在這兩種情況下，被加擾的頻道一般都會呈現參差不齊的混亂視頻圖像。

在數字系統中，信號不是被加擾，而是進行加密。 加密的信號必須使用正確的密鑰解碼。如果沒有密鑰，數字模擬轉換器就不能將數字流轉換成電視調諧器可用的信號。在收到“非信號”時，有線電視系統就會將畫面替換為廣告或常見的藍屏。