| 词条 | DVB-S.2 |
| 释义 | § 摘要 DVB-S.2作为新一代数字卫星广播标准即将出台，草案已正式发布，新标准在提升原有信道传输容量的同时，还将大大拓展业务范围，得到了广电、电信、计算机等领域的广泛关注。在与以往标准相比较的基础上，本文阐述了新标准技术上的主要优势，并简要介绍了标准的研发背景、目前的进展及未来应用前景。 数字卫星广播标准发展始于1990年代初，应用较多的制式主要有两种，即欧洲的DVB-S标准和美国GI公司开发的Digicipher标准，两种方式互不兼容，其差别主要在于数字信号的传输方式即信道编码，而信源编码部分都采用了MPEG-2。 从欧洲电信标准协会（ETSI）的ETS 300 421算起，DVB-S作为当今广播电视领域的主流卫星传输标准，问世已逾十年，在世界范围内得到广泛应用。1995年中央电视台通过卫星播出数字压缩加扰电视节目时，我国尚未公布将DVB-S作为试行标准，当时采用了美国GI的Digicipher系统，随着近年来国内模拟卫星传输方式淡出市场，国内各上星频道普遍采用了DVB-S技术。 十年的使用期同时意味着DVB-S的核心技术与当今相关领域的前沿技术水平渐行渐远，因此，基于当前硬件支持能力和编码算法的最新成果，开发更适应当前乃至未来中长期业务发展需求的技术标准就成为当务之急，DVB-S.2也因此呼之欲出。 DVB-S.2由JTC（联合技术委员会）制定，JTC最初于1990年由EBU（欧广联）、ETSI联合组建，负责制定广播电视及相关领域的技术标准，1995年该组织吸纳CENELEC（欧洲电工标准化委员会）加入，后者负责广播电视接收机方面的标准化工作。DVB-S.2的制定采用ETSI的“两步式” 程序，2004年6月，公开发布DVB-S.2草案（即Draft ETSI EN 302 307 V1.1.1），目前进入公开的意见征询阶段（2004.6.2～2004.10.1）。DVB-S2设计的指导思想是在合理的复杂程度下达到最优的传输性能及可扩展性。 § 系统流程 DVB-S.2系统流程，由于其良好的扩展性，因而每一部分都包括较多的选件、适配等单元，复杂程度远胜DVB-S。 模式适配（Mode Adaption）是输入数据流的接口，用来适配DVB-S.2种类繁多的输入流格式。对于固定编码调制（CCM）模式来说，模式适配部分包括对DVB-ASI流（或DVB并行传输流）的透明解包和8位循环冗余校验。 流适配完成基带成帧、加扰两个功能。为配合后续纠错编码，基带成帧需要将输入数据按固定长度打包（不同的纠错编码方案有不同的“固定长度”），不足处则填充无用字节补足。 前向纠错采用LDPC（内码）与BCH（外码）级联的形式。 映射部分按后续采用的具体的调制方式（QPSK、8PSK、16APSK、32APSK），将输入的经过前向纠错的串行码流转换成满足特定星座图样式的并行码流。 物理层成帧部分通过加扰实现能量扩散，以及空帧插入等。 调制部分完成基带成形和调制。 § 改进方面 1. 多业务支持 广电数字化带来了节目与数据业务在传输流程上的统一，新的数字卫星广播标准也就不再局限于广电领域，而是面向更广阔的业务领域。准确地说，DVB- S.2是服务于宽带卫星应用的新一代DVB系统，服务范围包括广播业务（BS）、数字新闻采集（DSNG）、数据分配/中继，以及Internet接入等交互式业务。与DVB-S相比，在相同的传输条件下，DVB-S.2提高传输容量约30%以上，同样的频谱效率下可得到更强的接收效果。 在广播业务（BS）方面，DVB-S.2提供DTH（直播卫星）服务，也考虑到了地面共用天线系统和有线电视系统的需求。从与以往的兼容角度考虑，有两种模式供选用，即NBC-BS（不支持后向兼容）和BC-BS（支持后向兼容）。由于目前有大量DVB-S接收机投入使用，后向兼容模式将满足今后一定时期的兼容使用需求，在这种模式下，旧的DVB-S接收机可以继续接收原来的节目，新的接收机则可以接收到比前者更多的信息。当将来DVB-S接收机逐步淘汰后，采用兼容模式的信号发端将改成非兼容模式，从而真正意义上充分利用DVB-S.2的信道传输优势。 除广播业务外，DVB-S.2还支持交互式服务（包括Internet接入）、数字新闻采集及数据分配/中继等其它专业服务。在交互式服务中，回传通道使用不同的DVB反向方式，如DVB-RCS、DVB-RCP、DVB-RCC。 2. 新的信道编码方案 DVB-S.2最引人注目的革新在于信道编码方式，包括纠错编码和调制。纠错编码和调制是在实际的信道情况下，寻找最佳途径传输信息。香农的编码理论给出了最佳编码方案可以达到的信道容量，却没有给出具体的编码方案，以及没有描述实现起来的复杂程度，因此，编码和调制的研究集中于在最充分的利用传输资源（即带宽、功率、复杂度）的条件下，选择传输和接收方案，以逼近香农给出的极限。DVB-S.2纠错编码使用LDPC（Low Density Parity Check code低密度奇偶校验码）与BCH码级联，调制则以多种高阶调制方式取代QPSK。 DVB-S.2在设计中充分考虑了业务多样性需求，具有很好的适应性。如DVB-S.2支持1/4, 1/3, 2/5, 1/2, 3/5, 2/3, 3/4, 4/5, 5/6, 8/9, 9/10等多种内码码型；频谱成形中的升余弦滚降系数α可在0.35、0.25、0.2三种中选择，而不是DVB-S固定的0.35，自然α越小，频谱利用率越高。 新的编码调制方案8PSK&LDPC已经十分接近香农极限，在距离理论上的香农极限0.7～1dB的情况下可得到QEF（准无误码）的接收（DVB-S.2的QEF标准为：在解码器接收5Mbps的单路电视节目时，每传输1小时产生少于一次无法校正的错误，近似相当于解复用前TS流PER<10-7），比DVB-S标准提高了3dB，以致于DVB官员认为这已是卫星广播信道的终极标准，不需要再开发DVB-S.3了。 （1）LDPC-BCH DVB-S.2纠错编码由包括休斯、菲力浦、意法半导体等七家公司参与角逐，形成四个候选方案，即Parallel Turbo codes、Serial Turbo codes、Turbo Product codes和LDPC，最初的焦点集中于20世纪90年代中后期大显身手的Turbo码，不少公司已经先期投资开发基于Turbo编码的芯片，然而LDPC码最终胜出。LDPC码的发展颇具几分传奇色彩，麻省理工学院的Gallager 1962年在其博士论文中首次提出LDPC，但由于当时VLSI（超大规模集成电路技术）尚未成熟，难以逾越的复杂程度将其束之高阁，逐渐被人淡忘，九十年代末，受Turbo码成功的启示，LDPC技术的的价值被重新挖掘，成为当前编码领域的热点之一。 LDPC码是一种有稀疏校验矩阵（校验矩阵中1的个数较少）的线性分组码，具有能够逼近香农极限的优良特性，并且由于采用稀疏校验矩阵，译码复杂度只与码长成线性关系，编解码复杂度适中，在长码长的情况下，仍然可以有效译码。目前该技术已得到国际上的广泛重视，今后将在通信中得到广泛应用，尤其是在质量较差的信道环境如移动通信、卫星通信等领域，此前已有在第四代移动通信系统中使用LDPC码的研究报告。 （2）调制 DVB-S.2另一个比较大的革新是其调制方式，与DVB-S采用单一的QPSK调制方式相比，DVB-S.2有更多的选择，即QPSK、8PSK、16APSK、32APSK。对于广播业务来说，QPSK和8PSK均为标准配置，而16APSK、32APSK是可选配置；对于交互式业务、数字新闻采集及其它专业服务，四者则均为标准配置。 APSK是另一种幅度相位调制方式，与传统方型星座QAM（如16QAM、64QAM）相比，其分布呈中心向外沿半径发散，所以又名星型QAM。与QAM相比，APSK便于实现变速率调制，因而很适合目前根据信道及业务需要分级传输的情况。当然，16APSK、32APSK是更高阶的调制方式，可以获得更高的频谱利用率。16APSK的星座示意见图2。 在卫星信道中使用高阶调制方式，显然也意味着在抗噪声接收方面的技术进步。DVB-S.2特别组的研究表明，采用LDPC与8PSK的编码-调制组合，可以获得更好的传输性能，此前8PSK与原纠错编码方式的组合在误码率指标测试方面不太理想。 |
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