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详解最新一代DVB卫星电视广播标准DVB-S2X

时间:2014-10-13 20:17:42  来源:  作者:

2014年,欧洲DVB组织正式发布了最新一代DVB上海卫星电视广播标准DVB-S2X。相比DVB-S2,DVB-S2X具有更高频谱效率、更大接入速率、更好移动性能、更强健的服务能力提供、更小成本。

5)更高阶的调制

卫星电视广播是通过非线性信道进行的,所以常采用包络恒定的PSK(Phase Shift Keying,相移键控)调制方式,另外,PSK也可以方便地实现变速率调制。DVB-S2就采用了4 APSK、8 APSK、16 APSK、32 APSK这4种PSK调制方式。而DVB-S2X则采用了更高阶数的PSK调制——最高可达256 APSK。因此,DVB-S2X比DVB-S2更容易对卫星转发器的非线性进行补偿、频谱利用率更高。另外,星载天线可以做得更大,卫星的转发功率可以得到提高,这对于实现Ka频段的点波束区域广播具有重大意义。

由于可以采用更高阶的调制方式,加之采用了更小粒度的MODCOD与FEC,如上文图4所示,DVB-S2X相比于DVB-S2的频谱效率提高了51%,更接近香农极限。

6)面向移动应用的VLSNR技术

DVB-S2X的一个应用场景是陆地、海洋、航空里的低速及高速移动环境。为保证在这些环境中以更小的接收天线来更稳定地使用DVB-S2X链路所提供的服务,DVB-S2X采用了VLSNR(Very Low Signal-to-Noise Ratio,极低信噪比)技术,在BPSK与QPSK调制中增加了9个额外的MODCOD。

DVB-S2X技术规范中,BPSK的MODCOD采用了频谱扩展技术,信号的功率/频谱被扩展到很宽的频带,频谱密度得以降低,抗外部干扰能力得以提高,陆地、海洋、航空里的低速及高速移动接收器就可以使用更小的接收天线并获得更高的信噪比。另外,整个卫星链路的可用性及安全性能也得到提高。

VLSNR MODCOD帧加入了一个扩展的物理层首部,提高了纠错能力,可把SNR数值降低至-10dB。

7)分别考虑了线性MODCOD与非线性MODCOD

DVB-S2的MODCOD仅聚焦于卫星直播到户,所以其星座就很适合于准饱和转发器的分发应用。而与之不同的是,DVB-S2X技术规范里面则分为线性MODCOD与非线性MODCOD,聚焦于高速数据应用及分发应用,增益可提高0.2dB。另外,虽然线性MODCOD与非线性MODCOD可能会使用相同的代码/名称,但两者之间却是不可互换的。

8)WBT单载波技术

卫星广播传统的处理方式为把一个宽带转发器的带宽划分成多个小信道,并用相应数量的多个载波去调制,这种方式容易降低转发器的下行功率,从而不能获得最优的效率。

而如图5所示,DVB-S2X技术规范支持采用WBT(Wide Band Transponders,宽带转发器)单载波技术,WBT单载波技术可减小转发器的功率回退从而最大限度地利用好整个转发器的容量,目前已开始用于卫星的高速数据链路。DVB-S2X里的WBT的带宽一般为从72MHz(典型的C波段转发器带宽值)到几百MHz(Ka波段高容量卫星的转发器带宽值。带宽为250MHz~500MHz)。DVB-S2X接收机里的解调器直接接收解调整个转发器宽度(72MHz、250MHz~500MHz)内的信号,从而获得非常高的数据率。

图5 WBT多载波与WBT单载波的比较

但是,WBT单载波技术的应用也面临诸如接收机滤波、对超高速率数据的解码、FEC解码等技术难题,为此,DVB TM-S2就研发了基于时间分片的“虚拟载波”技术来予以解决,如图6所示,频谱占据整个转发器的单载波被若干个时间分片划分成了相对应的相同个数的虚拟载波(物理帧),接收机只对其所需的虚拟载波进行接收及后续处理,从而大大减小了接收机的实现复杂度。

图6 降低WBT单载波实现复杂度的“虚拟载波”技术

由于采用了WBT单载波技术,DVB-S2X的频谱效率比DVB-S2的提高了约20%。另外,Newtec面向DVB-S2X推出的Equalink预失真技术,可在采用WBT单载波技术时带来2dB增益,从而可以采用64/128/256 APSK高阶调制方式,可将处于饱和状态下的非线性转发器的频谱效率提高10%左右。

9)信道绑定/转发器绑定技术

目前,卫星电视直播到户业务发展得如火如荼,下一个相关的蓝海业务是超高清电视的卫星直播到户。然而,当采用相同信源编码方式(如H.264/MPEG-AVC)时,超高清卫星直播电视的码率(40Mbit/s)是高清卫星直播电视码率(10Mbit/s)的4倍,即使采用更先进的编码方式H.265/MPEG-HEVC,超高清卫星直播电视的码率也高达20Mbit/s。

一个36MHz宽度的卫星转发器的总容量为60Mbit/s,因此:(1)可同时传输6套由H.264/MPEG-AVC编码的高清电视节目(60Mbit/s÷10Mbit/s/套=6套),如果采用统计复用方式,可获得20%的容量增益,从而可同时传输7套由H.264/MPEG-AVC编码的高清电视节目(60Mbit/s×1.2÷10Mbit/s/套≈7套);(2)仅可同时传输3套由H.265/MPEG-HEVC编码的高清电视节目(60Mbit/s÷20Mbit/s/套=3套),如果采用统计复用方式,只可获得12%的容量增益,但仍只能同时传输3套由H.264/MPEG-AVC编码的高清电视节目(60Mbit/s×1.12÷20Mbit/s/套≈3套),而且还白白浪费了12%的带宽容量。

为此,DVB-S2X技术规范采用了信道绑定技术来提高统计复用的频谱利用效率,而且主要的应用目的是提高超高清卫星电视直播的信道容量/频谱利用率。又由于DVB-S2X采用了上文所述的WBT单载波技术,所以,这种信道绑定又可以被称为“转发器绑定”。此时,几个被绑定的转发器的容量全部融合在了一起,并被同时下行与接收。可以计算一下:如果绑定了3个转发器且进行统计复用,则其容量增益可达(180+60×0.12×3)/180=12%,从而就可以额外地多传输(180×0.12)/20≈1套超高清电视节目。

DVB-S2X所能绑定的转发器可达到3个。

10)重新定义的扰码序列

目前,卫星电视直播到户的业务类型越来越多(电视直播、富媒体业务、数据接入等),加之点波束高容量卫星逐渐开始应用到这个市场,CCI(Co -Channel Interference,同信道干扰)现象变得越来越显著。为此,DVB-S2X技术规范采用了相关的技术来更好地区分各相邻业务,从而消除CCI。

该技术之所以能区分各业务、消除CCI,是由于DVB-S2X在物理层新增了扰码序列。DVB-S2的物理层仅有一个缺省代码——0#扰码序列,而DVB-S2X则新定义了6个代码,当DVB-S2X接收机接收到加扰的信号后,会先使用缺省代码,然后再使用新定义的代码来对信号进行解扰操作。

4、结语

另外,DVB-S2X还采用了超帧结构及面向交互式宽带业务的高级抗干扰技术,具体实现时,Newtec还采用了带宽抵消技术(可节约33%的转发器容量)及跨层优化技术(在卫星调制器里也进行加速、压缩、带宽管理、IP整形,从而可在无线微波链路条件发生变化时自动进行参数优化,保证了服务质量)。

DVB-S2X技术规范还采用了DVB-GSE/GSE-Lite里的相关协议,从而加速了在未来提供全IP服务的步伐,尤其适合于为家庭用户提供电视广播及宽带融合型服务。DVB-S2X可提供的其他服务包括:IP传输中继、IP/电信骨干传输网、电视直播画面回传、移动基站回传、专业IP接入、政务高速通信、卫星应急通信、多业务服务提供型网络。产品方面,比如已有Newtec 6000系列卫星调制解调器与集线器,TeamCast也推出了DVB-S2X相关产品。DVB认为,DVB-S2X应用前景广阔。 


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