Введение
Узел головной станции кабельного телевидения — это центральный узел для приема телевизионных сигналов, их обработки и распределения по кабельной телевизионной сети. Узел головной станции может быть обслуживаемым или автоматизированным и обычно огорожен системой безопасности. Здание, как правило, прочное и специально спроектировано для обеспечения безопасности, охлаждения и удобного доступа к электронному оборудованию, используемому для приема и повторной передачи видеосигнала по локальной кабельной инфраструктуре. Узлы головных станций также можно встретить на подстанциях передачи данных по линиям электропередач (PLC) и в сетях интернет-связи.
A cable television headend is a master facility for receiving television signals for processing and distribution over a cable television system. A headend facility may be staffed or unstaffed and is typically surrounded by some type of security fencing. The building is typically sturdy and purpose built to provide security, cooling, and easy access for the electronic equipment used to receive and re transmit video over the local cable infrastructure. One can also find head ends in power line communication (PLC) substations and Internet communications networks.
Прием
Почти все кабельные телевизионные системы передают контент по подписке, который ретранслируется со спутника на геосинхронной орбите. Зашифрованный для предотвращения несанкционированного использования, этот контент передается с одной или нескольких наземных станций, принадлежащих различным компаниям, осуществляющим доставку контента. Затем контент аналоговым или цифровым способом модулируется и передается по кабельной сети (OSP или "OutSide Plant") в дома абонентов по коаксиальным или волоконно-оптическим кабелям, проложенным под землей или подвешенным к столбам. Большинство кабельных телевизионных систем также передают местные эфирные телевизионные станции для распространения. В то время как каждый наземный канал представляет собой определенную частоту, для приема нескольких каналов, которые кабельная компания желает распространять, используются одна или несколько коммерческих телевизионных антенн. Эти антенны часто встроены в единую башню, называемую главной антенной телевизионной установкой. Коммерческие предусилители ТВ усиливают ослабленные эфирные телевизионные сигналы для распространения, обычно после повторной модуляции с использованием аналоговой или цифровой схемы, специфичной для кабельного телевидения. Некоторые кабельные телевизионные системы принимают программное обеспечение местных телевизионных станций по выделенному коаксиальному кабелю, микроволновой линии или волоконно-оптической линии, проложенной между местной станцией и головным оборудованием. Устройство, называемое модулятором, расположенное на территории местной станции, передает свою программу по этой линии на головное оборудование кабельного телевидения, которое, в свою очередь, принимает ее с помощью другого устройства, называемого демодулятором. Затем она распространяется через головное оборудование кабельного телевидения абонентам. Как правило, это более надежно, чем прием эфирного вещания местных станций с помощью антенны. Однако, в случае отказа, эфирный прием используется в качестве резервного. В некоторых случаях системы принимают местные каналы со спутника. Другие источники программного обеспечения включают в себя те, которые доставляются по оптоволоконным линиям, телефонным проводам, через Интернет, микроволновые башни и местные общедоступные телевизионные каналы, которые отправляются на головное оборудование кабельного телевидения на восходящей частоте по самой кабельной системе (известные в отрасли как каналы "T") или по выделенной линии, установленной кабельной компанией, как упоминалось ранее для приема программного обеспечения местных телевизионных станций головным оборудованием.
Обработка сигналов
После того, как телевизионный сигнал был получен, он должен быть обработан. Для цифровых спутниковых телевизионных сигналов требуется выделенный коммерческий спутниковый приемник для каждого канала, который предстоит распространять по кабельной сети; обычно это приемники для монтажа в стойку, разработанные для более компактного размещения, чем потребительские приемники. Они выдают видео- и стерео-аудиосигналы, а также цифровой сигнал для цифровых установок. Для аналоговых эфирных телевизионных сигналов требуется процессор – радиочастотный приемник, выдающий видео- и аудиосигналы. В некоторых случаях процессор включает встроенный модулятор. Для цифрового эфирного телевидения требуется специальный цифровой процессор. Цифровые каналы обычно принимаются в виде L-диапазонного QAM-потока со спутника, использующего мультиплексирование. С помощью специальных приемников, таких как Motorola MPS, сигнал можно демультиплексировать или "демуксер" для извлечения конкретных каналов из мультиплексированного сигнала. На этом этапе может быть выполнена локальная вставка для добавления контента, ориентированного на конкретный географический регион.
Аналоговая модуляция
Сигналы кабельного телевидения затем смешиваются в соответствии со схемой нумерации каналов кабельной системы с использованием серии кабельных модуляторов (по одному на каждый канал), которые, в свою очередь, поступают в частотный мультиплексор или комбинирующее устройство сигналов. Смешанные сигналы передаются в широкополосный усилитель, затем по магистральной линии в кабельную сеть и непрерывно усиливаются по мере необходимости. Модуляторы, по сути, принимают входной сигнал и накладывают его на определенную частоту. Например, в Северной Америке стандарты NTSC определяют, что канал CH2 имеет полосу пропускания 6 МГц, а частота несущей яркости составляет 55,25 МГц, поэтому модулятор для канала 2 наложит соответствующий входной сигнал на частоту 55,25 МГц, который будет принят любым телевизором, настроенным на канал 2.
Цифровая модуляция
Цифровые каналы также модулируются, однако вместо того, чтобы каждый канал модулировался на определенную частоту, несколько цифровых каналов модулируются на одну конкретную частоту ATSC. Используя QAM (Quadrature Amplitude Modulation), оператор CATV может разместить обычно до восьми подканалов на каждом канале, поэтому канал 2 может фактически транслировать каналы с 1 по 8 в городе зрителя. Для приема этих цифровых сигналов требуются приставки (STB) или CableCards, которые предоставляются самим кабельным оператором. Многие современные кабельные системы теперь "полностью цифровые", что означает, что аналоговые видеосигналы были отключены для повторного использования спектра. Радиочастотные каналы, которые ранее занимали аналоговые сигналы, теперь доступны для кабельной системы для повторного использования, чаще всего в качестве каналов высокоскоростной передачи данных (обычно называемых в отрасли "HSD") для увеличения скорости загрузки и выгрузки данных для абонентов. Отключение аналогового видео также практически исключает кражу кабельного сигнала, поскольку аналоговые сигналы передавались в незашифрованном виде. Большинство цифровых видеосигналов сжимаются в форматы MPEG 2 и MPEG 4, чтобы объединить несколько видеопотоков в QAM, максимально эффективно используя спектр, который клиентская кабельная приставка принимает, демодулирует, расшифровывает и отображает как виртуальный номер канала, который зритель узнает. Во многих случаях одна и та же телевизионная сеть может отображаться несколько раз в списке каналов как разные каналы (например, CNN как 34, 334, 1034). Это связано с тем, что предыдущие поколения списков каналов сохраняются в работе, чтобы не запутать зрителей, привыкших к тому, что сеть транслируется на определенном номере. Хотя канал может быть включен в список несколько раз, RF QAM, в который он объединен или "мультиплексирован", модулируется и сжимается только один раз. Приставка настраивается на тот же QAM, когда зритель выбирает любой из этих каналов. Виртуальная канализация также позволяет кабельному оператору изменять физическую частоту QAM, не заставляя зрителя замечать изменение номера канала в списке. Большинство цифровых кабельных систем шифруют свои сигналы (как данные, так и видео) для предотвращения несанкционированного приема.
Супер-глава
Чаще всего в крупных общенациональных кабельных сетях используется центральный или "супер-хедэнд" для передачи сигнала на локальный хаб по волоконно-оптической линии связи. В некоторых случаях один супер-хедэнд может обслуживать всю зону охвата услуг кабельной компании. Супер-хедэнды позволяют разместить спутниковые антенны в одном месте, оптимальном для обеспечения спутникового покрытия и силы сигнала, как правило, в районах с большой высотой над уровнем моря и открытой местностью. В крупных кабельных сетях провайдер может использовать несколько супер-хедэндов для обеспечения резервирования на случай отказа. Супер-хедэнды также создают экономически выгодную среду для кабельных операторов, поскольку значительно сокращается количество необходимого оборудования и помещений, а сигналы могут быть реплицированы и переданы в локальные хабы, обслуживающие населенный пункт или город.
Рыночный центр
В некоторых крупных общенациональных кабельных системах существует своего рода промежуточное звено между крупным супер-хедэнд и локальными хабами, известное как рыночный или региональный хедэнд. Как правило, рыночный хедэнд получает национальный видеоконтент от супер-хедэнда, а затем передает его вместе с локальной вставкой рекламы и местными каналами в локальные хабы. Рыночные хедэнды обычно укомплектованы персоналом, в то время как хабы нет (за исключением планового обслуживания и ремонта). Основное преимущество рыночного хедэнда заключается в том, что он может уделять больше внимания местному обслуживанию и деталям, чем общенациональный супер-хедэнд. Например, рыночный хедэнд позволяет инженерам просматривать и анализировать качество местных видеосигналов, таких как каналы общественного доступа и местные телеканалы, для выявления дефектов, которые могут быть не сразу замечены на местах. Другое преимущество – оперативное отключение каналов в определенных регионах во время споров с вещателями по вопросам договоров на передачу сигнала. Рыночные хедэнды могут обслуживать хабы в крупном городе, в пределах одного штата или даже нескольких штатов.
Кабельные узлы и узлы
Кабельный узел — это здание или укрытие, как правило, меньшее по размеру, чем головная станция, которое принимает уже обработанный видеосигнал от головной станции и передает его в местное сообщество (или несколько сообществ). Большинство кабельных узлов используются совместно с гибридной волоконно-коаксиальной сетью (ГВК). Комбинированные IP-видео и данные поступают в узел через микроволновую или волоконно-оптическую транспортную линию и направляются на QAM-устройства, такие как система завершения кабельного модема (CMTS), которая преобразует IP-данные в RF QAM для объединения с другими сервисами (например, видео по запросу, коммутируемое видео) и передачи абоненту. RF-сигналы от каждого сервиса объединяются в узле, в конечном итоге формируя единый коаксиальный кабель, разделяемый по узлам, но непосредственно перед отправкой клиентам преобразуются в волоконно-оптический сигнал для питания локальных кабельных узлов, которые могут обслуживать большое здание, район или, в сельской местности, целое сообщество. Кабельный узел, расположенный вне помещения, в свою очередь, преобразует оптический сигнал от узла обратно в RF-сигнал по коаксиальному кабелю. Этот процесс называется "прямым" каналом (загрузка). Обратный процесс происходит на канале загрузки или "возврата", когда абоненты передают данные обратно в узел. Изначально кабельные узлы предназначались для уменьшения каскадного усиления и повышения качества сигнала для абонентов, находящихся далеко от узла. Современные кабельные узлы по-прежнему выполняют ту же функцию по снижению каскадного усиления, но теперь стратегически размещаются в районах с высокой плотностью трафика для более эффективного распределения полосы пропускания и снижения перегрузки в определенной области. Кабельные узлы также позволяют формировать несколько канальных линеек или рынков общественного доступа из одного узла.
Прием местного канала
Поскольку супер-хедэнд, обслуживающий хаб, может располагаться за пределами региона вещания, хаб также может быть оснащен антенной мачтой и эфирными антеннами для приема местных каналов в данном регионе. Местные каналы, принятые на этом хабе, затем распространяются на другие хабы в этой зоне. В зависимости от географического охвата и местоположения, хаб может также принимать местные каналы из соседних регионов и объединять их с каналами текущего региона, предоставляя зрителям, подключенным к этому хабу, многорегиональное вещание, которое кабельная компания может блокировать в соответствии с условиями договоров на передачу сигнала и правилами FCC. Кабельная система может построить волоконно-оптическую линию как основной канал связи с местной телекомпанией, как дополнительный способ доставки ее программ в кабельную сеть, используя эфирные антенны в качестве резервного канала.
Площадка OTN
Центры OTN (оптический терминальный узел) обычно представляют собой удалённый объект, ответвляющийся от более крупного узла, расположенный в сельской местности и предназначенный для обслуживания сельских населённых пунктов. Они оснащены только оборудованием для объединения HFC, рассчитанным на ограниченное количество оптических узлов в данной местности. Основная задача OTN – расширить кабельную сеть HFC в сельские районы без необходимости размещения на месте основного сетевого оборудования, такого как CMTS или устройства QAM для обработки видеосигнала. OTN полагается на головной узел (где фактически размещено основное сетевое оборудование) для предоставления видео- и высокоскоростного доступа в Интернет (HSD) в зоне своего покрытия. Как правило, OTN представляет собой небольшое помещение или здание, в котором размещается всего несколько стоек с оборудованием.
Транспортные услуги для ОТН
Поскольку основное сетевое оборудование (CMTS, устройства обработки видеосигнала, основные маршрутизаторы/коммутаторы) не находится непосредственно в OTN, услуги HSD и видео мультиплексируются и передаются в OTN от головного узла по RF-волоконно-оптической линии связи. В OTN отдельные услуги демультиплексируются и подключаются к коммутационной установке OTN для прямой и обратной передачи, обеспечивая распределение услуг абонентам. OTN также позволяют предоставлять сельским населенным пунктам услуги того же уровня, что и городским, без необходимости для кабельного оператора инвестировать значительные средства в дополнительное строительство волоконно-оптических линий и сетевого оборудования для ограниченного числа потенциальных пользователей.