第二代衛(wèi)星交互系統(tǒng)淺析

邵永慶，黃 焱，張白愚

(信息工程大學(xué)信息工程學(xué)院，河南 鄭州 450002)

DVB－RCS(具有回傳信道的DVB系統(tǒng))是針對(duì)衛(wèi)星數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展需求所制定的一套結(jié)合DVB廣播業(yè)務(wù)和VSAT［1］雙向交互業(yè)務(wù)的基于衛(wèi)星交互式應(yīng)用而定義的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。它既能夠通過衛(wèi)星DVB系統(tǒng)向客戶終端提供廣播業(yè)務(wù)，同時(shí)又可以利用VSAT專網(wǎng)快速、方便的接收客戶終端最直接的請(qǐng)求信息，真正實(shí)現(xiàn)基于衛(wèi)星信道的寬帶交互式應(yīng)用［2］。DVB－RCS標(biāo)準(zhǔn)是DVB標(biāo)準(zhǔn)體系的成員之一，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步發(fā)展，它適應(yīng)性不足的缺點(diǎn)也逐漸暴露出來。

DVB－RCS標(biāo)準(zhǔn)由ETSI(歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì))于1999年開始起草，2003年發(fā)布最終版本。DVB－RCS標(biāo)準(zhǔn)的公布，不但有利于市場(chǎng)的統(tǒng)一規(guī)劃與發(fā)展，而且使通信與廣播的結(jié)合成為可能，為衛(wèi)星通信的發(fā)展指明了新的方向。21世紀(jì)初期，糾錯(cuò)編碼、高階調(diào)制技術(shù)、同步技術(shù)等信號(hào)處理技術(shù)有了突破性進(jìn)展，使DVB－RCS升級(jí)成為可能。DVB組織于2008年開始籌劃對(duì)該技術(shù)升級(jí)，并于2011年5月和8 月分別公布了 DVB－RCS2－Part1 和 DVB－RCS2－Part2。

1 新一代衛(wèi)星回傳系統(tǒng)的基礎(chǔ)

DVB－RCS2相對(duì)于DVB－RCS最大的區(qū)別在于:其前向鏈路不僅支持DVB－S標(biāo)準(zhǔn)，還兼容DVB－S2 標(biāo)準(zhǔn)［3］，因此在子站接收方面也將作出相應(yīng)調(diào)整。而且現(xiàn)在的DVBS2接收設(shè)備已經(jīng)很成熟［4］，這樣DVB－RCS2的子站會(huì)更加靈活。第二代回傳系統(tǒng)其前向鏈路相對(duì)于第一代回傳系統(tǒng)就有很大的變化，而這種變化主要體現(xiàn)在DVB－S2相對(duì)于DVB－S的變化，主要如下:

1)DVB－S2支持的業(yè)務(wù)更加多樣化，交互式系統(tǒng)的使用會(huì)更加靈活。

2)DVB－S2另一個(gè)引人注目的革新在于信道編碼方式的變化。DVB－S2糾錯(cuò)編碼使用低密度奇偶校驗(yàn)(Low Density Parity Check，LDPC)碼與BCH碼級(jí)聯(lián)，這種編碼組合更接近香農(nóng)極限的理論值;調(diào)制方式在支持原有QPSK的基礎(chǔ)上，還兼容多種高階調(diào)制方式(8PSK，16APSK，32APSK)，增加了頻帶利用率。

3)DVB－S2還支持可變編碼調(diào)制(VCM)和自適應(yīng)編碼調(diào)制(ACM)。VCM允許使用不同的調(diào)制和糾錯(cuò)方法，可以對(duì)不同的業(yè)務(wù)類型分成不同的保護(hù)級(jí)別進(jìn)行傳輸［5］。ACM可根據(jù)具體的傳播條件，針對(duì)具體的接收終端，提供更精準(zhǔn)的信道保護(hù)和動(dòng)態(tài)連接適應(yīng)性。

基于DVB－S2的各種優(yōu)點(diǎn)，可總結(jié)出:新一代衛(wèi)星回傳標(biāo)準(zhǔn)(DVB－RCS2)相對(duì)于第一代至少提高了30%的業(yè)務(wù)量，從另一個(gè)方面看可以增加用戶數(shù)量，并能提供質(zhì)量更高的服務(wù)。其在兼容第一代回傳系統(tǒng)的前提下，更好地處理了性能和效率之間的矛盾。

2 DVB－RCS2前向網(wǎng)控信令的改變

表1 和表2 分別列出了 DVB－RCS［6］和 DVB－RCS2［7］的網(wǎng)控信令。

表1 DVB－RCS前向鏈路網(wǎng)控信令表

表2 DVB－RCS2前向網(wǎng)控信令

可見，RCS2新增加了6個(gè)網(wǎng)控信令:FCT2，TBTP2，TMST2，MMT2，BCT 和 FAT。

FCT2(Frame Composition Table version 2)是指幀結(jié)構(gòu)表2。FCT2通過定義幀中的時(shí)隙來反映不同的超幀類型。每個(gè)幀由一系列時(shí)隙構(gòu)成，當(dāng)幀確定后，它當(dāng)中時(shí)隙數(shù)也就確定了;而每一個(gè)時(shí)隙是由一個(gè)或多個(gè)與時(shí)間頻率有關(guān)的單元(bandwidth－time－unit，BTU)構(gòu)成。BTU 決定了幀的符號(hào)速率，也就決定了該幀所需的傳輸帶寬。

TBTP2(Terminal Burst Time Plan version 2)是指終端突發(fā)時(shí)隙計(jì)劃表2。主要有3個(gè)作用:1)分配專用的時(shí)隙給子站。2)通過參考表BCT分配傳輸類型給特定的時(shí)隙。3)為隨機(jī)接入分配時(shí)隙，并標(biāo)示出每個(gè)時(shí)隙的隨機(jī)接入通道。值得指出的是DVB－RCS2使用動(dòng)態(tài)自適應(yīng)載波選擇技術(shù)，針對(duì)每個(gè)時(shí)隙在時(shí)分多址載波上實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)編碼與調(diào)制功能。

TMST2(Transmission Mode Support Table version 2)是指?jìng)魉湍Ｊ街С直?。主要用來指出當(dāng)使用具有最小冗余度MODCOD(聯(lián)合編碼調(diào)制方式)時(shí)，ACM(自適應(yīng)編碼調(diào)制)反饋所需要的系統(tǒng)冗余和為每種被采用的MODCOD所付出的追加冗余。給出ISI(輸入流標(biāo)識(shí)符)到MODCOD的映射表，在使用多重傳輸流時(shí)，接收者能準(zhǔn)確的找到自己想要的MODCOD。

MMT2(Multicast Mapping Table version 2)是指多點(diǎn)傳送變址表2。在衛(wèi)星虛擬網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)控中心通常用MMT2指示高層鏈路多播傳送地址到RCS－MAC地址的映射關(guān)系。

以上4個(gè)信令可以看成是DVB－RCS中FCT，TBTP，TMST和MMT的升級(jí)，但是這種升級(jí)不僅僅體現(xiàn)在網(wǎng)控信令的表ID上發(fā)生變化，信令所承載的內(nèi)容也發(fā)生了變化。下面介紹2個(gè)種全新網(wǎng)控信令:BCT和FAT。

BCT(Broadcast Configuration Table)即廣播配置表。用來定義每一種傳輸類型的傳輸參數(shù)。BCT提供的傳輸信息主要包括:傳輸?shù)南鄬?duì)起始時(shí)間、傳輸?shù)南鄬?duì)結(jié)束時(shí)間、調(diào)制方式、碼率、前綴、后綴、導(dǎo)航、有效載荷大小、有效載荷內(nèi)容等。這些參數(shù)跟傳輸方式MF－TDMA發(fā)生的地點(diǎn)以及傳輸類型的細(xì)節(jié)有關(guān)。

FAT(Fast Access Table)即快速尋址表。給出當(dāng)發(fā)送登錄突發(fā)時(shí)額外增加的傳輸補(bǔ)償時(shí)間，并為每個(gè)隨機(jī)接入的用戶分配通道。

DVB－RCS2前向鏈路中的網(wǎng)控信令與RCS映射表(RCS Map Table，RMT)一同被定義為DVB－RCS2專用服務(wù)信息(SI)，并在RCS2內(nèi)容描述符中記錄。DVB－RCS2專用服務(wù)信息符合DVB－S標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)服務(wù)信息規(guī)范，其協(xié)議棧如圖1所示。

協(xié)議棧是由一些控制信息組成，這些來自前向鏈路網(wǎng)控信令控制子站終端用戶的網(wǎng)絡(luò)接入、數(shù)據(jù)傳輸，完成反向鏈路的信道劃分與用戶多路復(fù)用，一般構(gòu)成一路節(jié)目，并使用同一個(gè)嵌入PCR(Program Clock Reference，節(jié)目時(shí)鐘參考)傳輸流分組作為網(wǎng)絡(luò)同步時(shí)鐘。RMT單獨(dú)構(gòu)成一路節(jié)目，反映DVB－RCS2衛(wèi)星交互網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。RMT在語法結(jié)構(gòu)上與NIT頗為相似，所不同的是NIT只記錄DVB－S2的廣播信道結(jié)構(gòu)信息，不反映反向鏈路信息。RMT不需網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘做精確同步，因此RMT所構(gòu)成的RCS2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)信息通道不需要嵌入PCR傳輸流分組。

圖1 DVB－RCS2專用服務(wù)信息協(xié)議棧

3 后向鏈路的改變

DVB－RCS系統(tǒng)中子站跟主站溝通時(shí)的MF－TDMA信號(hào)［8］采用 QPSK調(diào)制方式，而 DVB－RCS2還可兼容CPM，8PSK和16QAM。QPSK，8PSK和16QAM的編碼方式為turbo碼，CPM的編碼方式為卷積碼。這樣系統(tǒng)中的子站會(huì)更加靈活，可以根據(jù)自身特點(diǎn)以及時(shí)隙分配情況采用不同效率的調(diào)制方式，而且DVB－RCS2還支持隨機(jī)接入的用戶［9］。

DVB－RCS2標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)回傳鏈路結(jié)構(gòu)框架進(jìn)行了簡(jiǎn)化，可根據(jù)有效載荷大小來分配突發(fā)大小，突發(fā)由一系列時(shí)隙組成，這樣相關(guān)聯(lián)的時(shí)隙會(huì)被很快處理，節(jié)省了時(shí)間。每個(gè)時(shí)隙的調(diào)制和編碼是獨(dú)立的，允許每個(gè)時(shí)隙自適應(yīng)編碼，但每個(gè)時(shí)隙的自適應(yīng)必須及時(shí)，這是第二代標(biāo)準(zhǔn)一個(gè)很大的改變。自適應(yīng)編碼在最近幾年應(yīng)用非常廣泛，這也是衛(wèi)星通信編碼方式的發(fā)展趨勢(shì)，雖然現(xiàn)在還沒有實(shí)際的DVB－RCS2信號(hào)，但可以肯定，這項(xiàng)技術(shù)必將大大提高子站的自主性以及傳輸效率。

DVB－RCS2還有一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn):有關(guān)功率控制的報(bào)告首次被提出。功率控制系統(tǒng)支持可選控制模式，這種模式可以獲得具有不同帶寬的載波的連續(xù)功率譜密度，因此可有選擇地控制各個(gè)方向的有效傳輸功率。這樣做不僅可以有效節(jié)省設(shè)備能源，在不需要傳送信息的方向(區(qū)域)可以低功耗運(yùn)行，僅僅維持設(shè)備的在線狀態(tài)即可，而且還可以有效延長(zhǎng)設(shè)備壽命。在外太空的設(shè)備往往是只要?jiǎng)恿Y源耗盡即告報(bào)廢，減少了設(shè)備的能源消耗也就變相增加了設(shè)備的使用時(shí)間。

4 中國(guó)應(yīng)抓緊建設(shè)下一代衛(wèi)星回傳系統(tǒng)

2001年底，SES公司宣布其帶寬交互系統(tǒng)ASTRA正式投入商業(yè)運(yùn)行，這是全球第一套應(yīng)用DVB－RCS標(biāo)準(zhǔn)的商業(yè)系統(tǒng)。此外，許多國(guó)際大公司都在積極發(fā)展DVBRCS技術(shù)用于下一代衛(wèi)星業(yè)務(wù)，這標(biāo)志著DVB－RCS作為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)進(jìn)入到了應(yīng)用階段。

國(guó)內(nèi)VSAT網(wǎng)絡(luò)和DVB－RCS網(wǎng)絡(luò)還處于研究階段，但實(shí)際上，國(guó)內(nèi)DVB－RCS及VAST用戶已經(jīng)存在。我國(guó)雖然尚未制定自己的廣播衛(wèi)星回傳技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，但基于現(xiàn)有實(shí)際應(yīng)用狀況及技術(shù)能力，在吸收成熟技術(shù)和先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究并建立我國(guó)自己的衛(wèi)星回傳技術(shù)是可行的。

中國(guó)完全可以放開手腳來發(fā)展屬于自己的廣播衛(wèi)星回傳技術(shù)體系。由于DVB－S2系統(tǒng)的出現(xiàn)，2008年歐洲D(zhuǎn)VB組織開始策劃新一代的衛(wèi)星回傳技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)DVBRCS2。而我國(guó)自己ABS－S技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，并且已經(jīng)在“村村通”工程中廣泛使用，研究與其配套的新一代衛(wèi)星回傳技術(shù)具有重要意義。有了衛(wèi)星回傳技術(shù)，可以更好地開展針對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)的文化共享、資源共享、遠(yuǎn)程教育等關(guān)系民生的重大項(xiàng)目。

中國(guó)在衛(wèi)星回傳技術(shù)要想取得較好發(fā)展，建立自己的標(biāo)準(zhǔn)體系是必不可少的［10］。因此，在今后一段時(shí)間內(nèi)，我國(guó)要加強(qiáng)在衛(wèi)星回傳技術(shù)上的研究。2011年11月DVB－RCS2標(biāo)準(zhǔn)的推出，也為我國(guó)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定提供了很好的參考，在強(qiáng)大的市場(chǎng)需求推動(dòng)下，我國(guó)一定會(huì)有自己的衛(wèi)星回傳技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

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