ケーブルテレビヘッドエンド

ケーブルテレビのヘッドエンドは、ケーブルテレビシステムで処理および配信するためにテレビ信号を受信するマスター施設です。ヘッドエンド施設にはスタッフが常駐している場合と常駐していない場合があります。通常、何らかのセキュリティ フェンスで囲まれています。建物は通常頑丈で、セキュリティ、冷却、およびローカル ケーブル インフラストラクチャ経由でビデオを受信および再送信する電子機器の容易なアクセスを提供する目的で建設されています。ヘッドエンドは、電力線通信(PLC)変電所やインターネット通信ネットワークにも見られます。

ほぼすべてのケーブルテレビ システムは、静止軌道上の衛星から中継される加入者コンテンツを伝送します。このコンテンツは、不正使用を防ぐために暗号化され、さまざまなコンテンツ配信会社が運営する 1 つ以上の地上局からアップリンクされます。その後、コンテンツはアナログまたはデジタルで変調され、地中に埋設された同軸ケーブルまたは光ファイバー ケーブル、または電柱から張られたケーブル ネットワーク (OSP または「OutSide Plant」) を通じて加入者宅に送信されます。

ほとんどのケーブルテレビ システムでは、配信用に地元の地上波テレビ局も運んでいます。地上波の各チャンネルは特定の周波数を表しますが、ケーブル会社が配信したい複数のチャンネルを受信するために、1 つ以上の商用受信テレビ アンテナが使用されます。これらのアンテナは、マスター アンテナ テレビ構造と呼ばれる単一のタワー構造に組み込まれることがよくあります。商用テレビプリアンプは、通常、ケーブル固有のアナログまたはデジタル方式を使用して再変調した後、弱くなった地上波テレビ信号を配信用に強化します。

一部のケーブルテレビ システムでは、ローカル ステーションとヘッドエンドの間に敷設された専用の同軸ケーブル、マイクロ波リンク、または光ファイバーラインによってローカル テレビ局の番組を受信します。ローカル ステーションの施設にある変調器と呼ばれるデバイスが、このラインを介して番組をケーブルテレビ ヘッドエンドに送り、ヘッドエンドはそれを復調器と呼ばれる別のデバイスで受信します。その後、番組はケーブルテレビ ヘッドエンドを通じて加入者に配信されます。これは通常、アンテナを使用してローカル ステーションの放送を無線で受信するよりも信頼性が高くなります。ただし、オフエア受信は、障害が発生した場合に備えてヘッドエンドによるバックアップとして使用されます。場合によっては、システムが衛星によってローカル チャンネルを受信します。

その他の番組ソースには、光ファイバー、電話線、インターネット、マイクロ波塔、ケーブル システム自体のアップストリーム周波数でケーブル ヘッドエンドに送信されるローカル公共アクセス テレビチャンネル (業界では「T」チャンネルとして知られています) を介して配信されるもの、または前述のように、ヘッドエンドによるローカル テレビ局の番組の受信用にケーブル会社が設置した専用回線を介して配信されるものがあります。

テレビ信号は受信されると、処理する必要があります。デジタル衛星テレビ信号の場合、ケーブル システムで配信される各チャンネルに専用の商用衛星受信機が必要です。これらは通常、ラックマウント可能な受信機で、消費者向け受信機よりも場所を取らないように設計されています。これらの受信機は、ビデオ信号とステレオ オーディオ信号、およびデジタル プラント用のデジタル信号を出力します。

アナログ地上波テレビ信号には、ビデオとオーディオを出力する RF 受信機であるプロセッサが必要です。プロセッサには、モジュレータが組み込まれている場合もあります。

地上デジタルテレビ信号には特別なデジタルプロセッサが必要です。

デジタル チャネルは通常、多重化を使用する衛星からのL バンド QAMストリームで受信されます。モトローラ MPS などの特殊な受信機を使用すると、信号を逆多重化または「デマルチプレックス」して、多重化された信号から特定のチャネルを抽出できます。この時点で、ローカル挿入を実行して、特にローカルの地理的領域を対象としたコンテンツを追加できます。

ケーブルテレビ信号は、一連のケーブル変調器(各チャネルに 1 つ)を使用してケーブル システムのチャネル番号方式に従って混合され、周波​​数マルチプレクサまたは信号コンバイナに送られます。混合された信号はブロードバンド アンプに送信され、トランク ラインによってケーブル システムに送られ、必要に応じて継続的に再増幅されます。

変調器は基本的に入力信号を受け取り、それを特定の周波数に付加します。たとえば、北米では、NTSC規格により、CH2 は 6 MHz 幅のチャネルで、輝度キャリアは 55.25 MHz と規定されているため、チャネル 2 の変調器は、チャネル 2 にチューニングされたすべてのテレビで受信できるように、適切な入力信号を 55.25 MHz 周波数に付加します。

デジタル チャネルも変調されますが、各チャネルが特定の周波数に変調されるのではなく、複数のデジタル チャネルが 1 つの特定の ATSC 周波数に変調されます。QAM (直交振幅変調) を使用すると、CATV オペレータは通常、各チャネルに最大 8 つのサブチャネルを配置できるため、チャネル 2 は視聴者の都市では実際にはチャネル 1 ～ 8 を伝送している可能性があります。これらのデジタル信号を受信するには、セットトップ ボックス(STB) またはケーブルカードが必要であり、ケーブル オペレータ自身によって提供されます。

現代のケーブル システムの多くは現在「すべてデジタル」になっており、アナログ ビデオ信号はスペクトルを再利用するために廃止されています。アナログが占有していたRFチャネルは、現在ケーブル システムが再利用できるように解放されており、加入者のインターネットのダウンロード/アップロード速度を向上させるために、高速データ(業界では一般に「HSD」と呼ばれます) チャネルとして最も一般的に使用されています。( DOCSIS を参照) アナログ ビデオの削除により、アナログ信号は暗号化されずに送信されていたため、ケーブルの盗難も実質的に排除されます。ほとんどのデジタル ビデオ信号は、複数のビデオ ストリームを QAM に組み合わせてスペクトルを最も効率的に使用するためにMPEG-2およびMPEG-4形式に圧縮されており、顧客のケーブル セット トップ ボックスはこれを受信し、復調し、復号化して、視聴者が認識できる仮想チャネル番号として表示します。多くの場合、同じ TV ネットワークが、視聴者が見る別のチャンネルとしてローカル チャンネル ラインナップに複数回表示されることがあります (例: CNN は 34、334、1034)。これは、以前の世代のチャンネル ラインナップが引き続き使用されているためであり、慣れ親しんだ番号で表示されるネットワークに慣れている視聴者を混乱させないようにすることを目的としています。チャンネルが複数回ラインナップに表示されることがありますが、結合または「多重化」される RF QAM は、1 回だけ変調および圧縮されます。セット トップ ボックスは、視聴者がそのネットワークのインスタンスを呼び出すと、同じ QAM にチューニングします。仮想チャネリングにより、ケーブル オペレータは、ラインナップのチャンネル番号が変わったことに視聴者が気付かないように、QAM の物理周波数を変更することもできます。

ほとんどのデジタル ケーブル システムでは、不正な受信を排除するために信号 (データとビデオの両方) を暗号化します。

全国規模の大規模ケーブル システムでは、中央または「スーパー ヘッドエンド」が光ファイバー トランスポート回線を介してローカル ハブに信号を供給するために最も一般的に使用されています。場合によっては、1 つのスーパー ヘッドエンドでケーブル会社のサービス フットプリント全体を処理できます。スーパー ヘッドエンドを使用すると、衛星放送受信範囲と信号強度の最適な場所 (通常は高地や開けた地形) に、衛星放送受信アンテナを 1 か所に配置できます。大規模ケーブル システムでは、プロバイダーは障害発生時の冗長性として複数のスーパー ヘッドエンドを運用する場合があります。また、スーパー ヘッドエンドにより、ケーブル オペレーターにとってコスト効率の高い環境が実現します。機器と設備の数が大幅に削減され、信号を複製してコミュニティや都市に信号を供給するローカル ハブに送信できるためです。

大規模な全国規模のケーブル システムの中には、大規模なスーパー ヘッドエンドとローカル ハブの間に中間点のようなものがあり、マーケット センター ヘッドエンドまたはリージョン ヘッドエンドと呼ばれています。通常、マーケット センター ヘッドエンドはスーパー ヘッドエンドから全国規模のビデオ コンテンツを受信し、それをローカル広告スプライシングおよびローカル チャンネルとともにローカル ハブに転送します。マーケット センター ヘッドエンドには定期的にスタッフが配置されますが、ハブにはスタッフが配置されません (通常の保守およびサービス以外)。マーケット センター ヘッドエンドの主な利点は、全国規模のスーパー ヘッドエンドよりもローカル サービスと詳細に注意を払うことができることです。たとえば、マーケット センター ヘッドエンドを使用すると、エンジニアはパブリック アクセス チャンネルやローカル チャンネルなどのローカル ビデオ フィードをプルして、ローカルではすぐには気づかないような問題でもビデオ品質の欠陥を表示および分析できます。もう 1 つの利点は、放送局との伝送契約紛争時に特定のエリアでチャンネル ブラックアウトを迅速に処理できることです。マーケット センター ヘッドエンドは、大都市、州全体、または複数の州のハブにサービスを提供できます。

ケーブル ハブは、通常ヘッドエンドよりも小さい建物またはシェルターで、ヘッドエンドから既に処理されたビデオ信号を受け取り、それをローカル コミュニティ (または複数のコミュニティ) に送信します。ほとんどのケーブル ハブは、HFC プラントと組み合わせて使用​​されます。結合された IP ビデオとデータは、マイクロ波または光ファイバー トランスポート回路を介してハブに入り、ケーブル モデム終端システムなどの QAM デバイスにルーティングされます。ケーブル モデム終端システムは、IP データを RF QAM に変換して、他のサービス (ビデオ オン デマンド、スイッチ ビデオなど) と組み合わせて加入者に送信します。各サービスからの RF は、ハブで結合されて最終的にノードごとに分割された 1 本の同軸ケーブルになりますが、ハブを出て顧客に供給する直前に、光ファイバー光に変換されて、大規模な建物、近隣地域、または田舎の地域ではコミュニティ全体をカバーするローカル ケーブル ノードに供給されます。次に、現場にあるケーブル ノードは、ハブからの光光を反転し、同軸ケーブルを介して信号を RF に戻します。これは、「フォワード」パス (ダウンロード) と呼ばれます。アップロードまたは「戻り」パスでは、顧客がデータをハブに送り返すときに逆のことが起こります。ケーブル ノードは当初、アンプのカスケードを減らし、ハブから離れた加入者への信号品質を向上させることを目的としていました。現代のケーブル ノードは、アンプのカスケードを減らすという同じ目的を果たしていますが、現在はデータ密度の高いエリアに戦略的に配置され、帯域幅の可用性をより適切に割り当て、特定のエリアでのオーバーサブスクライブを減らしています。ケーブル ノードでは、同じハブから複数のチャネル ラインナップやパブリック アクセス マーケットも実現できます。

ハブに電力を供給するスーパー ヘッドエンドは市場外に設置される場合があるため、ハブには、その特定の市場のローカル チャンネルを受信するためのアンテナ タワーとオフエア アンテナが装備されていることもあります。ハブで受信されたローカル チャンネルは、そのエリア内の他のハブに配信されます。ハブは、その地理的範囲と場所に応じて、近隣の市場からローカル チャンネルを受信し、それを直近の市場と組み合わせて、その特定のハブの視聴者にマルチ市場プログラミングを提供することもできます。ケーブル会社は、運送契約とFCC規制に従って、特定のプログラミングをブラックアウトすることができます。ケーブル システムは、プログラミングをケーブル システムに取り込むための追加手段として、ローカル テレビ局へのプライマリ パスとして光ファイバー回線を構築し、オフエア アンテナをバックアップとして利用することができます。

OTN (光端末ノード) ハブは、通常、より大きなハブから派生したリモート サイトであり、農村地域に設置され、農村地域にサービスを提供することを目的としています。また、コミュニティ内の限られた数の光ノード用の HFC 結合機器のみを備えています。OTN の主な目的は、CMTS やビデオ エッジ QAM デバイスなどのコア ネットワーク機器を現場に設置することなく、HFC ケーブル プラントを農村地域に拡張することです。OTN は、親ハブ (コア ネットワーク機器が実際に設置されている場所) に依存して、そのエリアにビデオ サービスと HSD サービスを提供します。OTN は通常、数個の機器ラックのみを備えた小さなシェルターまたは建物です。

コア ネットワーク機器 (CMTS、ビデオ エッジ デバイス、コア ルーター/スイッチ) は OTN 自体には配置されていないため、HSD およびビデオ サービスは多重化され、親ハブから RF からファイバーへのリンクを介して OTN に送信されます。OTN では、個々のサービスが多重化解除され、コミュニティに配信するために OTN のフォワード/リターン結合プラントに接続されます。また、OTN により、ケーブル オペレータが限られた数の潜在的顧客のためにファイバーの追加構築やネットワーク機器に多額の投資をしなくても、都市コミュニティが受けられるのと同じレベルのサービスを農村コミュニティに提供できます。

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