DVB-S2 - це оновлена версія DVB-S. Міжнародна організація DVB розпочала модернізацію DVB-S на початку 2002 року. Приблизно за два роки вона провела 4 раунди програмних змагань, і нарешті перемогла компанія Hughes Network System (HNS) на основі програми LDPC + BCH. Завдяки створенню великої кількості систем моделювання та демонстрації, ця програма була спочатку схвалена організацією DVB у листопаді 2003 р. Текст програми був завершений у січні 2004 р. Та був рекомендований ETSI як стандарт EN 302 207 у червні 2004 р.
1. Основні особливості DVB-S2
Експерименти показують, що за заданої пропускної здатності транспондера та умов потужності передачі система отримає виграш близько 30% відповідно до обраного методу модуляції та швидкості кодування. Застосування технології модуляції змінного коду (VCM) може забезпечити різні рівні захисту від помилок для різних служб, таких як телевізор із стандартною роздільною здатністю, телебачення високої чіткості, аудіомовлення та мультимедіа. Особливо в інтерактивних послугах або послугах "точка-точка", технологія модуляції змінного коду поєднується із зворотним каналом для формування адаптивної модуляції коду (ACM, Adaptive Code Modulation). Технологія адаптивного кодування та модуляції може забезпечувати різні рівні схем кодування та методів модуляції захисту від помилок відповідно до інформації зворотного зв'язку середовища розповсюдження сигналу, в якому розташований приймальний термінал, для досягнення найкращої відповідності продуктивності, так що пропускну здатність системи можна збільшити на 1 - 2 рази. Також була посилена надійність різних служб. З розвитком технологій вдосконалення формату єдиного введення DVB-S / DVB-DSGN (потік MPEG TS) до багатоформатного потоку даних (мульти-TS або елементарний потік даних) не суттєво збільшить складність реалізації.
Як модернізована система технології кодування та модуляції каналів DVB-S, DVB-S2 повністю використовує вищезазначені нові технології, щоб забезпечити новий технічний стандарт з високою гнучкістю та широким покриттям супутникових послуг. Він має наступні п’ять основних характеристик:
1) Гнучка відповідність інтерфейсу введення: Він може приймати одиничний вхідний потік або декілька вхідних потоків у різних форматах, таких як транспортний мультиплексний потік MPEG-2 та основний потік даних. Вхідним сигналом може бути дискретний пакет даних або безперервний потік даних.
2) Високоефективна система прямого виправлення помилок: внутрішній код використовує контрольний код низької щільності (код LDPC), а зовнішній код використовує код Босса-Чаудхурі-Хоккенгема (BCH, Бос-Чаудхурі-Хоккенгема). Ця схема кодування відрізняється від межі Шеннона лише на 0.7-1 дБ, а частота помилок пакетів (PER) нижче 10-7 при заданому порозі сигнал / шум. В даний час це найбільш ефективна схема кодування.
3) Швидкість кодування, мультимодуляція, ефективна та гнучка: швидкість кодування підтримує 1/4, 9/10, тощо, 2b / s / Hz ～ 5b / s / Hz, режими відображення символів відповідають QPSK, 8PSK, 16APSK , 32APSK режими модуляції відповідно. Вибір збільшений, гнучкий та ефективний, а нелінійність транспондера також спеціально оптимізована.
4) Адаптивна технологія кодування та модуляції: Ця технологія (ACM) може забезпечити кодування та оптимізацію модуляції на рівні кадру відповідно до різних середовищ передачі сигналу та значно покращити надійність передачі системного сигналу.
5) Безліч варіантів коефіцієнта згортання спектру: 0.35, 0.25, 0.20, який може задовольнити різні бізнес-потреби, такі як аудіо, відео (SD / HD) та дані.
2. DVB-S2 обробка сигналу потік
DVB-S2 приймає останню схему кодування каналів (LDPC + BCH) на основі DVB-S, розширює відповідність режиму введення сигналу (декілька транспортних потоків та елементарних потоків) та вводить адаптивні сигнали на основі QPSK, 8PSK, 16APSK та 32APSK Режим модуляції (ACM), є також нові досягнення у відновленні несучої приймача та технологіях швидкої синхронізації кадру.
Обробку сигналу DVB-S2 можна приблизно розділити на п’ять частин, щоб сформувати три форматні кадри (кадр базової смуги, кадр виправлення помилок та фізичний кадр. Перші два типи кадрів належать до логічних кадрів.). П’ять частин:
1) Режим введення та відповідна частина транспортного потоку: забезпечують інтерфейс введення сигналу, повну синхронізацію вхідного потоку, видалення порожнього пакета та виконують циклічну перевірку надмірності (CRC-8) на послідовності вхідних пакетів даних. Якщо це режим багатовхідного потоку, він також буде виконаний. Злиття або розбиття вхідного потоку полягає в реорганізації поля даних вхідного потоку, і нарешті вставити позначку базової смуги, заповнити її і, нарешті, вивести кадр базової смуги, формат якого показаний на малюнку 4. Довжина кадру базової смуги Kbch пов'язана з обраною швидкістю кодування та режимом модуляції. Крім того, DVB-S2 також забезпечує псевдовипадкове скремблювання для цього кадру базової смуги.
2) Частина кодування виправлення помилок: головним чином завершує функцію кодування виправлення помилок каналу захисту, в основному поділяється на три етапи: захист зовнішнього коду (код BCH), захист внутрішнього коду (код LPDC) та інші методи модуляції, крім QPSK. перемежовані. Бітове чергування тут дуже просте. За винятком 8PSK зі швидкістю кодування 3/5, введення даних записується послідовно в стовпці, а вихід виводиться послідовно в рядки. Запис і читання - все з найзначнішого біта (MSB). почати. Після того, як кадр базової смуги проходить ці три етапи кодування виправлення помилок, формується так званий кадр виправлення помилок (FEC Frame).
3) Частина відображення символу кодування: Вона в основному завершує роботу зі збору передавальних бітів на символ модуляції. Кожен кадр корекції помилок введення виконує послідовно-паралельне перетворення відповідно до різного паралелізму (2, 3, 4, 5), а перетворена паралельна послідовність виконує відображення сузір'їв відповідно до обраної ефективності модуляції для формування послідовності (I, Q). Таким чином, вхідна послідовність виправлення помилок (кадр) стає відповідною складною послідовністю, що складається з 64800/16200 символів модуляції. Після цієї частини обробки вхідний кадр виправлення помилок (FEC Frame) стає висновком складної послідовності (I, Q), який називається складним кадром виправлення помилок послідовності (XFEC Frame).
4) Частина кодування фізичного кадру: Тут складний кадр корекції помилок послідовності розділений на S сегменти в одиницях 90 символів. Значення S визначається довжиною складної послідовності (кадру) (64800/16200) та обраною ефективністю модуляції (2/3) / 4/5) Спільне рішення. Для полегшення конфігурації приймача також необхідно додати фізичний заголовок кадру (PLHREADER) на передньому кінці складної послідовності, а довжина заголовка фізичного кадру також дорівнює 90. У сегментах S, розділених на багаторазова серіалізація, пілотний блок (пілотний блок) вставляється через кожні 16 сегментів, щоб допомогти приймачу синхронізуватися. Цей пілотний блок, що складається з немодульованого носія, має довжину 36. Таким чином, довжина фізичного кадру стає:
90 × (S + 1) + P × ent {S / 16}
У формулі P = 36, ent {} - функція округлення.
Очевидно, ефективність кодування фізичного кадру така: коли немає кадру XFEC, який можна обробити, система вставить фіктивний кадр, щоб забезпечити безперервність обробки приймача та плавність передачі сигналу. . Цей фіктивний кадр складається з фізичного заголовка кадру та немодульованої несучої довжиною 36 × 90 (I = 1 /, Q = 1 /).
Нарешті, кожен фізичний кадр повинен пройти складне скремблювання послідовності, за винятком заголовка кадру, перед тим, як відправити його в модулятор.
5) Частина модуляції сигналу
Частина модуляції в основному виконує дві основні функції формування базової смуги та квадратурної модуляції. Для скрембованих фізичних кадрів для коефіцієнта фільтрування та формування косинусів із квадратним коренем підбираються різні коефіцієнти згортання (0.35 / 0.25 / 0.20) відповідно до різних бізнес-вимог.
Після формування компоненти сигналу I та Q потрібно помножити на sin (2πfot) та cos (2πfot) відповідно (fo - несуча частота), а потім направити в модулятор для отримання необхідного модульованого сигналу.
Наразі DVB-S2 завершив кодування та модуляцію сигналу. Вихідний сигнал модулятора може бути надісланий на супутниковий радіочастотний канал для передачі сигналу.
3. Основна нова технологія, прийнята DVB-S2
1) Кодування BCH + LDPC: Основна схема цієї технології: зовнішній код використовує код BCH, а внутрішній - код LDPC. Код BCH - це звичайний циклічний код, який має характеристики простої генерації кодового слова та потужних можливостей виявлення та виправлення помилок. Код LDPC - це тип лінійного коду виправлення помилок, який може бути визначений дуже розрідженою матрицею перевірки або дводольним графіком. Спочатку його відкрив Галлагер, тому його ще називають кодом Галлагера. Він схожий на добре відомий код Turbo, має продуктивність, близьку до межі Шеннона, і застосовується майже до всіх каналів, тому за останні роки він став гарячою точкою у галузі кодування. На додаток до чудової продуктивності в порівнянні з кодами Turbo, важливою причиною успіху кодів LDPC є його переваги в алгоритмах декодування.
Алгоритм декодування канального кодування є важливим фактором, який визначає продуктивність кодування та перспективи застосування. Через розрідженість матриці перевірки парності коду LDPC він має ефективний алгоритм декодування. Його складність декодування має лінійну залежність від довжини коду, що долає величезну складність обчислення декодування, з якою стикається блок-код, коли довжина коду довга. Ступінь складності робить можливим застосування довгих закодованих пакетів. Більше того, через розріджений характер матриці перевірки, коли використовується довга група кодів, інформаційні біти, що знаходяться далеко один від одного, беруть участь в єдиній перевірці, що робить безперервні помилки сплеску майже не впливають на декодування, а сам код стійкий до помилок серій. . Характеристики перемежувача не потрібно вводити, і немає затримки часу, яка може бути викликана існуванням перемежувача.
2) Адаптивне кодування та модуляція (ACM): Після впровадження цієї технології ефективність передачі покращується. DVB-S має лише один метод модуляції, це QPSK. Один символ модуляції відображає 2 біти. Тому здатність супутників передавати сигнали значно обмежена. DVB-S2 розширює його до декількох режимів, що вибираються, а саме QPSK, 8PSK, 16APSK, 32APSK, і, відповідно, кількість бітів, що відображаються для кожного символу модуляції, становить 2, 3, 4 та 5 відповідно. Таким чином, потужність супутникової передачі значно покращується. Це особливо важливо для операторів супутникових систем прямого мовлення, тобто однакова кількість супутників і транспондерів може подвоїти кількість переданих сигналів або програм.
Що ще важливіше, DVB-S2 використовує схему адаптивного кодування та модуляції (ACM), що робить передачу сигналу більш гнучкою та надійною. Цей метод кодування та модуляції може досягти рівня кадру (Frame-by-Frame). Іншими словами, у всій своїй послідовності передачі швидкість кодування та режим модуляції кожного окремого кадру можуть бути різними. Гнучкість цього методу проявляється в тому, що різні приймальні середовища (сонячна, хмарна та грозова погода) можуть забезпечувати різні швидкості кодування та методи модуляції, завдяки чому приймальний термінал може приймати найбільш ідеальний та надійний сигнал у цьому середовищі. Для тих мобільних приймаючих терміналів цей метод модуляції є більш ефективним. Коли приймаючий термінал подорожує через різні погодні умови, його ефект прийому не зміниться різко через погоду. Ми також можемо бачити, що чим гірше приймаюче середовище, тим більша надмірність у прийнятому кадрі для того, щоб покращити перешкоди передачі. Звичайно, складність реалізації кожного терміналу також зросла. Він повинен повною мірою використовувати можливий канал зворотного зв'язку, щоб повертати поточні параметри середовища прийому в реальному часі; з іншого боку, оскільки швидкість кодування та режим модуляції кадру та кадру можуть бути різними, DVB-S2 забезпечує швидку синхронізацію кадру та ефективне відновлення несучої для приймальної технології терміналу, щоб допомогти здійснити плавний прийом.
Однак розширення методів модуляції та швидкості кодування також збільшило вимоги до приймачів та всієї супутникової системи. З точки зору теоретичного моделювання, співвідношення C / N несучої до шуму DVB-S (QPSK) зазвичай становить від 3.5 до 7.5 дБ. Завдяки використанню BCH та LDPC діапазон співвідношення несучої до шуму C / N DVB-S2 (QPSK) відповідно зменшується, приблизно на 1 ~ 5 дБ, або іншими словами, у випадку QPSK, DVB-S2 знаходиться в гіршій ситуації на каналі. Також може працювати. Відповідно до галузевого стандарту GY / T 148-2000 "Технічні вимоги до супутникових цифрових телевізійних приймачів" поріг Eb / N0 повинен бути менше 5.5 дБ (коли FEC = 3/4), і існує залежність перетворення між Eb / N0 та C / N. Тому робочий поріг демодулятора майбутнього приймача DVB-S2 повинен бути нижчим, тобто вимоги до приймача збільшені. Іншими словами, приймачі DVB-S2 повинні застосовувати більш досконалі та ефективні технології для вирішення питань синхронізації кадру та інших питань. Звичайно, для методів модуляції DVB-S2, які є більш ефективними, ніж QPSK, таких як 8PSK, 16APSK тощо, також значно покращуються вимоги до самої супутникової системи прямого мовлення або відповідне мінімальне відношення несучої до шуму також вдосконалюватися. Наприклад, співвідношення несучої до шуму C / N, яке вимагає 8PSK, становить приблизно 5.5-10 дБ; відношення шуму / носія C / N, яке вимагає 16APSK, становить близько 10-14 дБ; тобто супутниковий транспондер, конструкція променя покриття тощо, також слід використовувати Більш просунута технологія, з кращою напругою сигналу або поля охоплення при отриманні, може досягти більшої пропускної здатності або загальної передачі.
4. Порівняння DVB-S2 з іншими системами
1) Порівняння DVB-S2 та DVB-S: Враховуючи біти передачі на символ (той же метод модуляції), DVB-S2 має покращення C / N на 3 дБ порівняно з DVB-S. Візьмемо QPSK як приклад, коли біти / символ = 1.5, (C / N) DVB-S≈7dB, (C / N) DVB-S2≈4dB. З точки зору пропускної здатності каналу, оскільки DVB-S використовує єдиний метод модуляції QPSK, надана пропускна здатність каналу дуже мала; в той час як DVB-S2 може використовувати QPSK, 8PSK, 16APSK або навіть 32APSK, він може забезпечити більшу пропускну здатність каналу, яка є в середньому та високому кінці DVB-S, яка недосяжна. DVB-S2 може не тільки забезпечити вищу пропускну здатність, але і збільшити ізоляцію виходу та підвищити стабільність системи. Мережеві системи Хьюза (HNS) через велику кількість симуляційних досліджень виявили, що схема кодування LDPC + BCH, прийнята DVB-S2, знаходиться на відстані лише 0.7-1 дБ від ідеальної межі Шеннона. Це свідчить про те, що нам у майбутньому надовго не потрібна нова система кодування супутникового мовлення.
За умови однакової потужності та пропускної здатності супутникового транспондера, DVB-S2 забезпечує більше наборів програм (каналів) і вищу швидкість передачі символів, ніж DVB-S, збільшуючи коефіцієнт посилення на 25% до 35%. У той же час DVB-S2 також розширює DVB-S на інтерфейсі вхідного сигналу. На додаток до транспортного потоку MPEG-2 (TS), він також підтримує введення основних пакетів даних або потокових даних, що збільшує гнучкість обслуговування та сумісність.
2) Порівняння DVB-S2 в Інтернеті та інших потужних інтерактивних послугах: Останнє опитування показує, що з 2005 по 2009 рік у DVB-S1.3 та супутнє обладнання може бути інвестовано 2 мільярда доларів США. Однак 70% цих інвестицій буде використано на інтерактивні послуги (ІС). В даний час, що стосується інтерактивних послуг (особливо широкосмугового високошвидкісного доступу до Інтернету), ADSL є найбільшим конкурентом. Для ADSL спосіб доступу простий, обладнання низьке і забезпечує широкий діапазон швидкостей доступу.
Якщо припустити, що річна оренда супутникового транспондера точкового променя діапазону Ka з пропускною здатністю 72 МГц становить 2.6 мільйона євро, він може підтримувати 8500 користувачів для систем DVB-S та 22,000 користувачів для DVB-S2, тоді кожен користувач на місяць коштує супутниковий канал : 25.5 євро для DVB-S та 9.85 євро для DVB-S2.
Поточний європейський пакет ADSL коштує 444 євро на рік та 37 євро на місяць. Слід зазначити, що це число - це всі витрати (канал + інформація) користувачів ADSL, а наведені вище два числа - це просто витрати на канал. Навіть так, ми можемо бачити, що DVB-S2 все ще є дуже конкурентоспроможним (особливо в передмісті або віддалених райони), а переваги DVB-S не очевидні.
Наш інший продукт:
