有线电视工作原理

有线电视工作原理

1. 引言 2. 早期的有线电视系统 3. 增加频道 4. 节目上星 5. 光纤电缆的使用

6. 从模拟信号到数字信号

引言

在20世纪50年代，美国有四个电视网络。由于电视频率分配的原因，只能从发射天线接收“视线”范围内的信号。在偏远地区尤其是偏远山区生活的人们可能无法看到已成为美国文化重要组成部分的电视节目。

在1948年，居住在宾夕法尼亚州偏远山谷的人们通过在山上放置天线，然后用电缆连接至房屋，解决了接收问题。现在，这种曾被偏远小村和某些城市采用的技术却让全国观众都能够按自己的需要和喜好观看各种节目和频道。到20世纪90年代初，美国有线电视已经普及到近一半的美国家庭。

Scientific-Atlanta的8600模拟机顶盒支持交互收视指南(IVG)、即时付费观看(IPPV)和虚拟频道等服务。

如今，美国的有线电视系统向大约6000万家庭提供数百个频道，同时还允许能高速接入互联网的用户在线观看电视节目。有些有线电视系统甚至通过拨打电话来收看电视节目！在本文中，我们将介绍有线电视是如何为您带来这么多的信息以及教育、宗教和各种奇特的电视节目的。

早期的有线电视系统

实际上，最早的有线电视系统通过在地势好的地方架设天线，用非常长的电缆将天线连接到用户的电视机。由于来自天线的信号在经过电缆传输时会衰减，有线电视提供商必须按一定的间隔放置放大器来增强信号，使其能满足观看的需要。领先的电视系统设备领先制造商Scientific-Atlanta公司的用户网络技术总监比尔·沃（Bill Wall）介绍说，克服这些放大器的限制是有线电视问世后30年里系统设计者面临的一个重要课题。

“在一个有线电视系统中，信号在到达你的房屋之前可能要经过30到40个放大器，大约相隔305米就有一个，”沃说： “每经过一个放大器，信号都会产生干扰和失真。 此外，如果有一个放大器出现故障，您就会看不到画面。因此有线电视给人留下的印象是画面质量不是最好而且不稳定。” 在20世纪70年代后期，人们开始寻找有线电视放大器问题的解决方案。那时已经开发出了能够为有线电视服务增加更多节目的技术。

增加频道

20世纪50年代初，有线电视系统开始试验用微波发射和接收塔捕捉远处电视台的信号。在有些情况下，这种方法可能将电视信号发送给了标准广播距离之外的用户。在另外一些情况下，尤其是在美国东北部地区，这样做使用户能够收看同一个网络的多个电视台。这是人们首次利用有线电视来丰富电视的收看内容，而不只是为了能够进行普通的观看。由此掀起一股有线电视潮流，并在70年代进入高潮阶段。

有线电视（CATV）电视台的增加以及有线电视系统的普及最终促使制造商在大多数新电视机上增设了一个开关。用户可以根据美国联邦通信委员会(FCC)频率分配方案来设定电视的频道，也可以按照大多数有线电视系统的方案进行设定。 这两种方案有重大差异。

在两种调谐系统中，都会为每个电视台指定一个6兆赫(MHz)的无线电频谱频段。美国联邦通信委员会最初将部分甚高频(VHF)频谱用于12个电视频道。这些频道并没有放到一个频率区块，而是分成两组，以避免干扰现有的无线电服务。

后来，随着电视越来越普及，需要增加频道，美国联邦通信委员会又给电视分配了频谱的超高频(UHF)部分。他们确定14～69频道使用470MHz ～812MHz之间的频率。

由于他们采用电缆而不是天线，因此有线电视系统无需担心现有的服务。对于14～22频道，工程师可以使用由于其他信号干扰而被广播电视弃用的中频带频率。1～6频道使用低频率，其余的频道使用高频率。“有线电视/天线”开关指示了电视的调谐器应该是在中频带范围外调谐还是该范围内调谐。

在讨论调谐主题时有必要思考一个问题，为什么有线电视系统在1～6频道不使用电视台的空中广播频率？这是因为有线设备可以屏蔽对电缆信号的外界干扰，电视则设计为只接收来自电缆或天线接入点的信号，但干扰仍然可以进入系统，尤其在接头处。当干扰来自电缆所传送的相同频道时，则会因为两种信号的广播速度有差异而出现问题。

无线电信号在空气中的传输速度非常接近光速。在同轴电缆（例如将有线电视信号传送到房屋的同轴电缆）中，无线电信号的传输速度大约为光速的2/3。如果广播信号和电缆信号到达电视调谐器的时间存在不足1秒的时差，您会看到双重图像，称为“重像”。

节目上星

1972年，宾夕法尼亚州威尔克斯-巴里市(Wilkes-Barre)的一个有线电视系统开始提供第一个“付费观看”频道。客户需要付费，才能观看单独的电影和体育节目。他们称这项新服务为Home Box Office或HBO。在1975年之前，它一直只是地区性的服务，之后HBO开始将信号发射到地球同步轨道中运转的卫星，然后广播到佛罗里达州和密西西比州的有线电视系统。Scientific-Atlanta的比尔·沃说，这些早期的卫星最多可接收和转播24个频道。接收信号的有线电视系统采用直径为10米的碟形天线，每个频道都单独使用一个碟形天线！ 自从开始采用卫星向有线电视系统发送节目后，现代有线电视系统的基本结构就成形了。

随着可选节目的增多，有线电视系统的带宽也随之增加。早期系统的工作带宽有200MHz，可容纳33个频道。 随着技术的进步，带宽逐步增加到300、400、500MHz，现在是550MHz，频道已经增加到91个。另外两项技术进步（光纤和模拟数字转换）也在继续增加可用频道数量的同时改善了有线电视的功能和广播质量。

光纤电缆的使用

在1976年，一种新的有线电视系统开始受到关注。该系统使用光纤电缆作为中继电缆将有线电视前端的信号传送到附近地区。前端是有线电视系统从各种来源接收节目，然后将节目分配给频道并转发到电缆上的位置。到20世纪70年代末，光纤得到长足发展，成为长距离传送有线电视信号的最经济合理的方法。光纤电缆的主要优势是不会像同轴电缆那样出现信号损失，因此不再需要那么多的放大器。在早期光纤有线电视系统中，前端与客户之间的放大器数量从30或40个减少到大约6个。在1988年以后铺设的系统中，放大器数量进一步减少，对于大多数客户只需要一到两个放大器。放大器数量的减少使信号质量和系统稳定性得到显著提高。

改用光纤电缆的另一个好处是能够获得更强大定制能力。由于一条光纤电缆可以供应500个家庭，因此可以为一个社区提供消息和服务。20世纪90年代，有线电视提供商发现这种社区划分非常适合建立局域网，能够通过电缆调制解调器访问互联网。

从模拟信号到数字信号

1989年，General Instruments公司证实可以将模拟有线电视信号转换为数字信号，然后在标准的6MHz电视频道中传输。利用MPEG压缩，目前安装的有线电视系统可以在一个模拟频道的6MHz带宽中传输多达10个频道的视频。与550MHz的总带宽配合使用时，在一个系统上几乎可以有1000个视频频道。此外，数字技术还允许纠错，有助于确保接收信号质量。

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数字技术的采用还改变了有线电视的一项最显著特征：频道加扰。

从加扰到蓝屏
1971年出现了第一个在有线电视系统上对频道进行加扰的系统。在第一款加扰系统中，用来同步电视画面的信号之一在传输电视信号时被除去，然后通过客户家中的一个小装置重新插入。后来的加扰系统通过插入与频道频率存在少量偏移的信号来干扰画面，然后在客户的电视上从混合信号中滤掉干扰信号。在这两种情况下，被加扰的频道一般都会呈现参差不齐的混乱视频图像。

在数字系统中，信号不是被加扰，而是进行加密。 加密的信号必须使用正确的密钥解码。如果没有密钥，数字模拟转换器就不能将数字流转换成电视调谐器可用的信号。在收到“非信号”时，有线电视系统就会将画面替换为广告或常见的蓝屏。