DVB-S2作為新一代數字衛星廣播標準即將出台，草案已正式發布，新標準在提升原有信道傳輸容量的同時，還將大大拓展業務範圍，得到了廣準在提升原有信道傳輸容量的同時，還將大大拓展業務範圍，得到了廣電、電信、計算機等領域的廣泛關注。在與以往標準相比較的基礎上，本文闡述了新標準技術上的主要優勢，並簡要介紹了標準的研發背景、目前的進展及未來套用前景。
基本介紹
- 中文名：新一代數字衛星廣播標準
- 外文名：DVB-S2
- 新標準：提升原有信道傳輸容量的等
- 關鍵字：信道編碼 糾錯 調製 互動式套用
發展沿革,系統流程,改進方面,業務支持,編碼方案,編碼調製,兼容性,格式支持,套用展望,
發展沿革
數字衛星廣播標準發展始於1990年代初，套用較多的制式主要有兩種，即歐洲的DVB-S標準和美國GI公司開發的Digicipher標準，兩種方式互不兼容，其差別主要在於數位訊號的傳輸方式即信道編碼，而信源編碼部分都採用了MPEG-2。
從歐洲電信標準協會（ETSI）的ETS 300 421算起，DVB-S作為當今廣播電視領域的主流衛星傳輸標準，問世已逾十年，在世界範圍內得到廣泛套用。1995年中央電視台通過衛星播出數字壓縮加擾電視節目時，我國尚未公布將DVB-S作為試行標準，當時採用了美國GI的Digicipher系統，隨著近年來國內模擬衛星傳輸方式淡出市場，國內各上星頻道普遍採用了DVB-S技術。
十年的使用期同時意味著DVB-S的核心技術與當今相關領域的前沿技術水平漸行漸遠，因此，基於當前硬體支持能力和編碼算法的最新成果，開發更適應當前乃至未來中長期業務發展需求的技術標準就成為當務之急，DVB-S2也因此產生。
DVB-S2由JTC（聯合技術委員會）制定，JTC最初於1990年由EBU（歐廣聯）、ETSI聯合組建，負責制定廣播電視及相關領域的技術標準，1995年該組織吸納CENELEC（歐洲電工標準化委員會）加入，後者負責廣播電視接收機方面的標準化工作。DVB-S2的制定採用ETSI的“兩步式” 程式，2004年6月，公開發布DVB-S2草案（即Draft ETSI EN 302 307 V1.1.1），目前進入公開的意見徵詢階段（2004.6.2～2004.10.1）。DVB-S2設計的指導思想是在合理的複雜程度下達到最優的傳輸性能及可擴展性。
系統流程
圖 2
模式適配（Mode Adaption）是輸入數據流的接口，用來適配DVB-S2種類繁多的輸入流格式。對於固定編碼調製（CCM）模式來說，模式適配部分包括對DVB-ASI流（或DVB並行傳輸流）的透明解包和8位循環冗餘校驗。
調製部分完成基帶成形和調製。
改進方面
業務支持
廣電數位化帶來了節目與數據業務在傳輸流程上的統一，新的數字衛星廣播標準也就不再局限於廣電領域，而是面向更廣闊的業務領域。準確地說，DVB- S2是服務於寬頻衛星套用的新一代DVB系統，服務範圍包括廣播業務（BS）、數字新聞採集（DSNG）、數據分配/中繼，以及Internet接入等互動式業務。與DVB-S相比，在相同的傳輸條件下，DVB-S2提高傳輸容量約30%以上，同樣的頻譜效率下可得到更強的接收效果。
在廣播業務（BS）方面，DVB-S2提供DTH（直播衛星）服務，也考慮到了地面共用天線系統和有線電視系統的需求。從與以往的兼容角度考慮，有兩種模式供選用，即NBC-BS（不支持後向兼容）和BC-BS（支持後向兼容）。由於目前有大量DVB-S接收機投入使用，後向兼容模式將滿足今後一定時期的兼容使用需求，在這種模式下，舊的DVB-S接收機可以繼續接收原來的節目，新的接收機則可以接收到比前者更多的信息。當將來DVB-S接收機逐步淘汰後，採用兼容模式的信號發端將改成非兼容模式，從而真正意義上充分利用DVB-S.2的信道傳輸優勢。
除廣播業務外，DVB-S.2還支持互動式服務（包括Internet接入）、數字新聞採集及數據分配/中繼等其它專業服務。在互動式服務中，回傳通道使用不同的DVB反向方式，如DVB-RCS、DVB-RCP、DVB-RCC。
編碼方案
DVB-S2最引人注目的革新在於信道編碼方式，包括糾錯編碼和調製。糾錯編碼和調製是在實際的信道情況下，尋找最佳途徑傳輸信息。香農的編碼理論給出了最佳編碼方案可以達到的信道容量，卻沒有給出具體的編碼方案，以及沒有描述實現起來的複雜程度，因此，編碼和調製的研究集中於在最充分的利用傳輸資源（即頻寬、功率、複雜度）的條件下，選擇傳輸和接收方案，以逼近香農給出的極限。DVB-S.2糾錯編碼使用LDPC（Low Density Parity Check code低密度奇偶校驗碼）與BCH碼級聯，調製則以多種高階調製方式取代QPSK。
DVB-S2在設計中充分考慮了業務多樣性需求，具有很好的適應性。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等多種內碼碼型；頻譜成形中的升餘弦滾降係數α可在0.35、0.25、0.2三種中選擇，而不是DVB-S固定的0.35，自然α越小，頻譜利用率越高。
新的編碼調製方案8PSK&LDPC已經十分接近香農極限，在距離理論上的香農極限0.7～1dB的情況下可得到QEF（準無誤碼）的接收（DVB-S2的QEF標準為：在解碼器接收5Mbps的單路電視節目時，每傳輸1小時產生少於一次無法校正的錯誤，近似相當於解復用前TS流PER<10-7），比DVB-S標準提高了3dB，以致於DVB官員認為這已是衛星廣播信道的終極標準，不需要再開發DVB-S3了。
（1）LDPC-BCH
DVB-S2糾錯編碼由包括休斯、菲力浦、意法半導體等七家公司參與角逐，形成四個候選方案，即Parallel Turbo codes、Serial Turbo codes、Turbo Product codes和LDPC，最初的焦點集中於20世紀90年代中後期大顯身手的Turbo碼，不少公司已經先期投資開發基於Turbo編碼的晶片，然而LDPC碼最終勝出。LDPC碼的發展頗具幾分傳奇色彩，麻省理工學院的Gallager 1962年在其博士論文中首次提出LDPC，但由於當時VLSI（超大規模積體電路技術）尚未成熟，難以逾越的複雜程度將其束之高閣，逐漸被人淡忘，九十年代末，受Turbo碼成功的啟示，LDPC技術的的價值被重新挖掘，成為當前編碼領域的熱點之一。
LDPC碼是一種有稀疏校驗矩陣（校驗矩陣中1的個數較少）的線性分組碼，具有能夠逼近香農極限的優良特性，並且由於採用稀疏校驗矩陣，解碼複雜度只與碼長成線性關係，編解碼複雜度適中，在長碼長的情況下，仍然可以有效解碼。目前該技術已得到國際上的廣泛重視，今後將在通信中得到廣泛套用，尤其是在質量較差的信道環境如移動通信、衛星通信等領域，此前已有在第四代移動通信系統中使用LDPC碼的研究報告。
（2）調製
DVB-S.2另一個比較大的革新是其調製方式，與DVB-S採用單一的QPSK調製方式相比，DVB-S.2有更多的選擇，即QPSK、8PSK、16APSK、32APSK。對於廣播業務來說，QPSK和8PSK均為標準配置，而16APSK、32APSK是可選配置；對於互動式業務、數字新聞採集及其它專業服務，四者則均為標準配置。
APSK是另一種幅度相位調製方式，與傳統方型星座QAM（如16QAM、64QAM）相比，其分布呈中心向外沿半徑發散，所以又名星型QAM。與QAM相比，APSK便於實現變速率調製，因而很適合目前根據信道及業務需要分級傳輸的情況。當然，16APSK、32APSK是更高階的調製方式，可以獲得更高的頻譜利用率。16APSK的星座示意見圖2。
在衛星信道中使用高階調製方式，顯然也意味著在抗噪聲接收方面的技術進步。DVB-S2特別組的研究表明，採用LDPC與8PSK的編碼-調製組合，可以獲得更好的傳輸性能，此前8PSK與原糾錯編碼方式的組合在誤碼率指標測試方面不太理想。
圖 2
編碼調製
（Variable Coding and Modulation，VCM）與適應編碼調製（Adaptive Coding and Modulation，ACM）
VCM、ACM的使用是DVB-S2的另一個顯著的改進。在互動式的點對點套用如IP unicasting、Internet接入等中，可變編碼調製（VCM）功能允許使用不同的調製和糾錯方法，並且可以逐幀改變。採用VCM技術，不同的業務類型（如SDTV、HDTV、音頻、多媒體等）可以選擇不同的錯誤保護級別分級傳輸，因而傳輸效率得以大大提高。
VCM結合使用回傳信道，還可以實現適應編碼調製（Adaptive Coding Modulation，ACM），可以針對每一個用戶的路徑條件使傳輸參數得到最佳化。
兼容性
DVB-S2的所有改進是通過與DVB-S不兼容的技術方式實現的，但考慮到業內有大量的DVB-S接收機尚在使用，它也通過可選配置的模式提供後向兼容，採用後向兼容模式，原DVB-S接收機可以接收部分DVB-S2的信號。
後向兼容模式的實質是在一個衛星信道上傳輸兩個TS流，分別為HP（High Priority）TS流和LP（Low Priority）TS流，二者各自採用不同的糾錯編碼方式，然後通過特殊的映射方式在星座圖中定位bit，在接收端可通過現有解調設備將二者分離。HP流可兼容DVB-S接收機，即使用DVB-S接收機可以解出DVB-S2中的HP TS流信號，而LP流只能用DVB-S2接收機接收。
圖 3
後向兼容模式的信道編碼過程如圖3所示，其實現兼容的核心是採用了非均勻分布的8PSK星座映射結構（如圖4），圖4中8PSK的星座點並非如常在圓周上等距分布，而是分別在QPSK的四個星座點周圍偏移θ角散開。合理選擇θ值是兼容是否可行的關鍵，θ值越小，QPSK解調器輸出越大，DVB-S接收機接收效果越好，但此時DVB-S.2接收機的抗噪聲性能下降，影響正常接收，因而θ取值需要權衡兩種不同情況後折中考慮。
圖 4
格式支持
DVB-S2支持包括MPEG-2、MPEG-4、MPEG-4AVC（H.264）、WM9在內的多格式信源編碼格式及IP、ATM在內的多種輸入流格式。作為當前信道編碼和信源編碼的最新成果，DVB-S2和MPEG-4AVC（H.264）的結合頗受業界矚目，可謂強強聯手，將會有更出色的表現。
套用展望
DVB宣稱將在其10周年也就是2004年推出DVB-S2，但參考近年來H.264標準的制定，任何一種新標準的出台都是複雜的博弈過程，夾雜著技術的取捨和利益的平衡，所以何時能正式面世恐怕還未可知。由於當前DVB-S在全世界範圍內的廣泛套用，DVB官方認為短期內DVB-S2不會取代DVB-S，初始的套用主要面向一些新的業務如HDTV、基於IP的服務等。今後通過衛星實現高速Internet連線，結合DVB-S2 ACM技術、多點Ka波段衛星和DVB-RCS回傳連線，當前衛星容量的價格將降低十倍，在國外這也將啟動新一輪衛星接入與地面接入方式（如ADSL和光纖）的競爭。
廠商和運營商對DVB-S2多持積極態度，無論是晶片廠商還是整機廠商，新技術的套用都意味著重啟一個巨大的市場，而運營商則籍此可以降低運營成本，拓展業務空間。
