有線電視工作原理

有線電視工作原理

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

6. 從模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)

引言

在20世紀(jì)50年代，美國有四個(gè)電視網(wǎng)絡(luò)。由于電視頻率分配的原因，只能從發(fā)射天線接收“視線”范圍內(nèi)的信號(hào)。在偏遠(yuǎn)地區(qū)尤其是偏遠(yuǎn)山區(qū)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(jié)目。

在1948年，居住在賓夕法尼亞州偏遠(yuǎn)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?，F(xiàn)在，這種曾被偏遠(yuǎn)小村和某些城市采用的技術(shù)卻讓全國觀眾都能夠按自己的需要和喜好觀看各種節(jié)目和頻道。到20世紀(jì)90年代初，美國有線電視已經(jīng)普及到近一半的美國家庭。

如今，美國的有線電視系統(tǒng)向大約6000萬家庭提供數(shù)百個(gè)頻道，同時(shí)還允許能高速接入互聯(lián)網(wǎng)的用戶在線觀看電視節(jié)目。有些有線電視系統(tǒng)甚至通過撥打電話來收看電視節(jié)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(jié)目的。

早期的有線電視系統(tǒng)

實(shí)際上，最早的有線電視系統(tǒng)通過在地勢(shì)好的地方架設(shè)天線，用非常長(zhǎng)的電纜將天線連接到用戶的電視機(jī)。由于來自天線的信號(hào)在經(jīng)過電纜傳輸時(shí)會(huì)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(qiáng)信號(hào)，使其能滿足觀看的需要。領(lǐng)先的電視系統(tǒng)設(shè)備領(lǐng)先制造商Scientific-Atlanta公司的用戶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)總監(jiān)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(tǒng)設(shè)計(jì)者面臨的一個(gè)重要課題。

“在一個(gè)有線電視系統(tǒng)中，信號(hào)在到達(dá)你的房屋之前可能要經(jīng)過30到40個(gè)放大器，大約相隔305米就有一個(gè)，”沃說： “每經(jīng)過一個(gè)放大器，信號(hào)都會(huì)產(chǎn)生干擾和失真。 此外，如果有一個(gè)放大器出現(xiàn)故障，您就會(huì)看不到畫面。因此有線電視給人留下的印象是畫面質(zhì)量不是最好而且不穩(wěn)定?！?在20世紀(jì)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(shí)已經(jīng)開發(fā)出了能夠?yàn)橛芯€電視服務(wù)增加更多節(jié)目的技術(shù)。

增加頻道

20世紀(jì)50年代初，有線電視系統(tǒng)開始試驗(yàn)用微波發(fā)射和接收塔捕捉遠(yuǎn)處電視臺(tái)的信號(hào)。在有些情況下，這種方法可能將電視信號(hào)發(fā)送給了標(biāo)準(zhǔn)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(qū)，這樣做使用戶能夠收看同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)電視臺(tái)。這是人們首次利用有線電視來豐富電視的收看內(nèi)容，而不只是為了能夠進(jìn)行普通的觀看。由此掀起一股有線電視潮流，并在70年代進(jìn)入高潮階段。

有線電視（CATV）電視臺(tái)的增加以及有線電視系統(tǒng)的普及最終促使制造商在大多數(shù)新電視機(jī)上增設(shè)了一個(gè)開關(guān)。用戶可以根據(jù)美國聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)頻率分配方案來設(shè)定電視的頻道，也可以按照大多數(shù)有線電視系統(tǒng)的方案進(jìn)行設(shè)定。 這兩種方案有重大差異。

在兩種調(diào)諧系統(tǒng)中，都會(huì)為每個(gè)電視臺(tái)指定一個(gè)6兆赫(MHz)的無線電頻譜頻段。美國聯(lián)邦通信委員會(huì)最初將部分甚高頻(VHF)頻譜用于12個(gè)電視頻道。這些頻道并沒有放到一個(gè)頻率區(qū)塊，而是分成兩組，以避免干擾現(xiàn)有的無線電服務(wù)。

后來，隨著電視越來越普及，需要增加頻道，美國聯(lián)邦通信委員會(huì)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(tǒng)無需擔(dān)心現(xiàn)有的服務(wù)。對(duì)于14～22頻道，工程師可以使用由于其他信號(hào)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(guān)指示了電視的調(diào)諧器應(yīng)該是在中頻帶范圍外調(diào)諧還是該范圍內(nèi)調(diào)諧。

在討論調(diào)諧主題時(shí)有必要思考一個(gè)問題，為什么有線電視系統(tǒng)在1～6頻道不使用電視臺(tái)的空中廣播頻率？這是因?yàn)橛芯€設(shè)備可以屏蔽對(duì)電纜信號(hào)的外界干擾，電視則設(shè)計(jì)為只接收來自電纜或天線接入點(diǎn)的信號(hào)，但干擾仍然可以進(jìn)入系統(tǒng)，尤其在接頭處。當(dāng)干擾來自電纜所傳送的相同頻道時(shí)，則會(huì)因?yàn)閮煞N信號(hào)的廣播速度有差異而出現(xiàn)問題。

無線電信號(hào)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(hào)傳送到房屋的同軸電纜）中，無線電信號(hào)的傳輸速度大約為光速的2/3。如果廣播信號(hào)和電纜信號(hào)到達(dá)電視調(diào)諧器的時(shí)間存在不足1秒的時(shí)差，您會(huì)看到雙重圖像，稱為“重像”。

節(jié)目上星

1972年，賓夕法尼亞州威爾克斯-巴里市(Wilkes-Barre)的一個(gè)有線電視系統(tǒng)開始提供第一個(gè)“付費(fèi)觀看”頻道?？蛻粜枰顿M(fèi)，才能觀看單獨(dú)的電影和體育節(jié)目。他們稱這項(xiàng)新服務(wù)為Home Box Office或HBO。在1975年之前，它一直只是地區(qū)性的服務(wù)，之后HBO開始將信號(hào)發(fā)射到地球同步軌道中運(yùn)轉(zhuǎn)的衛(wèi)星，然后廣播到佛羅里達(dá)州和密西西比州的有線電視系統(tǒng)。Scientific-Atlanta的比爾·沃說，這些早期的衛(wèi)星最多可接收和轉(zhuǎn)播24個(gè)頻道。接收信號(hào)的有線電視系統(tǒng)采用直徑為10米的碟形天線，每個(gè)頻道都單獨(dú)使用一個(gè)碟形天線！ 自從開始采用衛(wèi)星向有線電視系統(tǒng)發(fā)送節(jié)目后，現(xiàn)代有線電視系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)就成形了。

隨著可選節(jié)目的增多，有線電視系統(tǒng)的帶寬也隨之增加。早期系統(tǒng)的工作帶寬有200MHz，可容納33個(gè)頻道。 隨著技術(shù)的進(jìn)步，帶寬逐步增加到300、400、500MHz，現(xiàn)在是550MHz，頻道已經(jīng)增加到91個(gè)。另外兩項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步（光纖和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換）也在繼續(xù)增加可用頻道數(shù)量的同時(shí)改善了有線電視的功能和廣播質(zhì)量。

光纖電纜的使用

在1976年，一種新的有線電視系統(tǒng)開始受到關(guān)注。該系統(tǒng)使用光纖電纜作為中繼電纜將有線電視前端的信號(hào)傳送到附近地區(qū)。前端是有線電視系統(tǒng)從各種來源接收節(jié)目，然后將節(jié)目分配給頻道并轉(zhuǎn)發(fā)到電纜上的位置。到20世紀(jì)70年代末，光纖得到長(zhǎng)足發(fā)展，成為長(zhǎng)距離傳送有線電視信號(hào)的最經(jīng)濟(jì)合理的方法。光纖電纜的主要優(yōu)勢(shì)是不會(huì)像同軸電纜那樣出現(xiàn)信號(hào)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(tǒng)中，前端與客戶之間的放大器數(shù)量從30或40個(gè)減少到大約6個(gè)。在1988年以后鋪設(shè)的系統(tǒng)中，放大器數(shù)量進(jìn)一步減少，對(duì)于大多數(shù)客戶只需要一到兩個(gè)放大器。放大器數(shù)量的減少使信號(hào)質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定性得到顯著提高。

改用光纖電纜的另一個(gè)好處是能夠獲得更強(qiáng)大定制能力。由于一條光纖電纜可以供應(yīng)500個(gè)家庭，因此可以為一個(gè)社區(qū)提供消息和服務(wù)。20世紀(jì)90年代，有線電視提供商發(fā)現(xiàn)這種社區(qū)劃分非常適合建立局域網(wǎng)，能夠通過電纜調(diào)制解調(diào)器訪問互聯(lián)網(wǎng)。

從模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)

1989年，General Instruments公司證實(shí)可以將模擬有線電視信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后在標(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)可以在一個(gè)模擬頻道的6MHz帶寬中傳輸多達(dá)10個(gè)頻道的視頻。與550MHz的總帶寬配合使用時(shí)，在一個(gè)系統(tǒng)上幾乎可以有1000個(gè)視頻頻道。此外，數(shù)字技術(shù)還允許糾錯(cuò)，有助于確保接收信號(hào)質(zhì)量。

數(shù)字技術(shù)的采用還改變了有線電視的一項(xiàng)最顯著特征：頻道加擾。

從加擾到藍(lán)屏
1971年出現(xiàn)了第一個(gè)在有線電視系統(tǒng)上對(duì)頻道進(jìn)行加擾的系統(tǒng)。在第一款加擾系統(tǒng)中，用來同步電視畫面的信號(hào)之一在傳輸電視信號(hào)時(shí)被除去，然后通過客戶家中的一個(gè)小裝置重新插入。后來的加擾系統(tǒng)通過插入與頻道頻率存在少量偏移的信號(hào)來干擾畫面，然后在客戶的電視上從混合信號(hào)中濾掉干擾信號(hào)。在這兩種情況下，被加擾的頻道一般都會(huì)呈現(xiàn)參差不齊的混亂視頻圖像。

在數(shù)字系統(tǒng)中，信號(hào)不是被加擾，而是進(jìn)行加密。 加密的信號(hào)必須使用正確的密鑰解碼。如果沒有密鑰，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器就不能將數(shù)字流轉(zhuǎn)換成電視調(diào)諧器可用的信號(hào)。在收到“非信號(hào)”時(shí)，有線電視系統(tǒng)就會(huì)將畫面替換為廣告或常見的藍(lán)屏。