DVB是一个系列标准,其主要的标准DVB-S、DVB-C和DVB-T为世界上大多数的广播运营商用于电视和数据广播业务。ETSI(全欧广播电视组织)在2004年1月颁布了新的卫星数字电视标准DVB-S2(ETSI EN 302 307),将取代DVB-S应用于数字卫星通信、广播的新标准。DVB-S2和DVB-S相比具有以下的优势和特点:(1)DVB-S2采用BCH(Bose-Chaudhuri-Hocquenghem)码(取代Reed Solomon外码)和低密度奇偶校验码LDPC(Low Density Parity Check,是经过广泛的相当于40,000天仿真测试后,从7种先进的纠错编码方式中挑选出来用以取代Viterbi内码)级联成新的信道编码方案和高阶调制组合,构成更好的传输方案。其结果是在给定的转发器带宽和发射机EIRP的情况下,和DVB-S相比,其传输容量(节省带宽)可以增加30%,所需功率节省超过2.5dB。这意味着在同样的转发器功率下,可以用口径小一些的地面接收天线(如果亚卫-4的Ku中国波束采用DVB-S2,用30～40cm的天线就可以实现接收),或者在同样的天线口径下可以用功率小一些的星载转发器。举例来说,某用户需要添置新设备提供专业级广播服务,要求采用的是48dBW卫星上的36MHz转发器和90cm口径接收天线,同时可用率要求为99.9%,用户需要在DVB-S和DVB-S2之间做出选择。采用DVB-S技术,用户使用FEC 3/4的Viterbi前向纠错编码和0.35滚降系数的QPSK调制,其所能得到的最高传输速率为36.9Mbps;而采用DVB-S2技术,在同等条件下采用8/9的编码方式,同时采用DVB-S2支持的0.20滚降系数,在同一转发器下其速率可高达53Mbps。因此,其带宽使用效率可增加40%以上。再者,在DVB-S条件下高清电视用MPEG-2方式压缩,则每一路高清电视节目需要5倍于标清节目的带宽。若采用MPEG-4/H.264等新的压缩技术,虽然能够将这带宽要求降低一半,但即便如此,DVB-S条件下的高清电视服务对卫星带宽的庞大需求仍然是个问题。而运用具备极高传输效率的DVB-S2则能将5～8路高清节目在一个36MHz转发器上进行播出。目前DVB-S卫星数据广播业务使用最广泛的是(QPSK,3/4FEC)的技术体制,而DVB-S2系统采用(8PSK,2/3FEC)的技术体制,就可以达到与之相当的接收效果。由此计算出在两种传输标准下,一个堆满整个转发器的MCPC载波所能携带的信息传输速率分别为55.3Mbps和86.4Mbps,因此,采用DVB-S2的标准比DVB-S传输的信息率提高55.2%。同样,如果DVB-S采用(QPSK,7/8FEC)的技术体制,DVB-S2系统采用(8PSK,3/4FEC)可以达到与之相当的接收效果,一个堆满整个转发器的MCPC载波能携带的有用信息分别为64.5和97.2Mbps,DVB-S2系统比DVB-S系统的转发器容量可提高50.7%。(2)DVB-S2频谱成形中的升余弦滚降系数α可在0.35、0.25、0.2中选择,而不是DVB-S固定的0.35,自然α越小,可以获得下降更陡峭的载波波形,频谱利用率越高。(3)对于不同的业务(SDTV、HDTV、音频和多媒体)可以采用不同的误码保护级别,即用可变的编码和调制方案(VCM,Variable Coding and Modulation)。在交互和点对点应用的情况下,可变的编码和调制方案(VCM)可以和回传信道组合以获得自适应编码和调制(ACM,Adaptive Coding and Modulation)。当使用VCM技术和ACM技术时,这种编码和调制方式可以达到帧级(Frame-by-Frame)。也即在它整个传输序列里,每个不同的传输帧的编码码率和调制模式都可以不同,但是在一个传输帧内则是连续的。这种方式的灵活性表现在不同的接收气候环境下(晴天、阴天和雷雨天)可以提供不同的编码码率和调制方式来防止雨衰现象,特别适宜Ku波段卫星广播,让接收终端可接收到该环境下最理想最可靠的信号,特别适用于移动接收终端。当然这种方式对接收终端和直播卫星系统的要求也相应提高了。由于帧与帧之间的码率和调制方式有可能不同,所以DVB-S2采用接收终端快速帧同步和高效载波恢复技术来帮助平稳接收的实现。(4)DVB-S只有一个QPSK调制方式,使得卫星传输信号的能力受到很大限制。DVB-S2则将其拓展为多个可以选择的方式,即QPSK、BPSK、16APSK、32APSK,相应每个调制符号映射的比特数分别为2、3、4和5。这就使得卫星传输能力极大地提高。尤其对于直播卫星系统的运营商很有意义,即同样数目的卫星和转发器,可以成倍地增加传输的信号节目套数。ACM系统容许卫星容量增益高达100%～200%。这些好处的获得是通过卫星或地面回传信道,把每个接收终端的信道条件通知卫星上行站,实现自适应编码和调制。DVB-S2和DVB-S的性能比较如表1所示。假设在亚洲四号卫星Ku波段转发器上开展以MCPC方式传输的数字电视广播业务,分别采用DVB-S和DVB-S2标准进行传输。在相同的链路传输条件下(即达到相同C/N时),采用DVB-S2的传输体制时可以采用更高阶的调制解调方式和冗余度更小的前向纠错方式。采用DVB-S2技术不仅仅是降低了运营开销,还允许专业级用户利用它做更多的事情。采用DVB-S2的可变编码和调制模式(VCM),运营商能够在单一载波上同时传输多路信号,且每路信号可拥有自己的编码以及调制方式(简称MODCOD)。采用DVB-S2技术,不仅不需复用便可将不同信号有效安全地发送到不同的目的地,同时还可根据不同服务的信号特征要求以及各终端的平均天气状况,对调制方式和FEC进行优化从而最大程度地节约卫星带宽。初步结果显示,在IP中继网络上采用DVB-S2的VCM模式,带宽使用效率与DVB-S相比能够提高到70%。MODCOD方式甚至能够根据每个终端的瞬间天气条件变化动态地为每一个IP包选择适当的编码和调制方式,通过高效率地使用雨衰补偿,在Ka频段系统带宽使用效率可平均提高130%。在交互式宽带DVB-RCS系统中,该特性就成为与地面线路如ADSL或有线电视进行竞争的关键因素。DVB-S2设置了一个灵活的输入流适配器,适应处理各种格式的信源码流(打包的或连续的单节目和多节目流,以及包括MPEG-TS传输流或IP数据流),而且没有明显增加复杂性。在对编码方式上,可适应目前比较新的压缩比较高的编码系统如MPEG-2、H.264/AVC、VC9等编码方式。DVB-S2在离开理想的香农极限0.7～1dB处(香农的理论极限Eb/No=-1.6dB),比DVB-S标准提高了3dB,接近准无误码工作,被誉为将是下一代卫星广播的最终标准。DVB-S2不兼容DVB-S,DVB-S2所有的好处都来自于其非兼容模式,但任何一个技术系统在发展过程中都应当承载着承前启后的责任,DVB-S2也有两种模式(BC-BS向后兼容广播业务模式,向后兼容EN300 421标准;NBC-BS非向后兼容广播业务模式,不兼容EN 300 421标准)可供选择,DVB-S2的向后兼容模式容许已有的DVB-S接收机可正确地对DVB-S2信号进行部分解码,这种向后兼容模式是数字卫星电视领域联系现在和未来的桥梁。在此期间DVB-S接收机继续接收和以前一样的容量及其业务,与此同时新的DVB-S2接收机则能够接收其余容量的新型广播模式。完全充分利用DVB-S2的潜力必须等到从DVB-S完全地过渡到DVB-S2平台后,才能将传输信号改变到非向后兼容广播业务的模式。在全世界范围内,数以千万计的DVB-S解码器已经在可靠使用,因而对现有DVB-S数字卫星系统的更新换代非一朝一夕之事,要付出很大的代价。可以按照逐步推广的改造计划,在新业务开展中采用DVB-S2标准,比如可以首先启动DSNG系统等专用网络,与DVB-RCS配合可以构建更为广泛的双向互联网络,成为无线通信的主流技术。DVB-S2标准即将成为一个全球卫星提供商和服务商的国际通用标准。截至目前为止,中央和省台电视节目的卫星传输基本实现了数字化,我们将面临如何从DVB-S过渡到DVB-S2的问题。我国除去现有的1亿多有线电视用户外,直播卫星业务和相关的产品制造业仍然有高达近3亿用户的巨大市场容量,可创造上万亿元的产业规模。这对推动我国相关产业的发展和推动国民经济建设具有很大的影响。数字卫星电视接收机要实现DVB-S2信号的接收,需要实现更高的数据传输速率,需要在接收机前端设计中采用更高精度的调谐器。高传输速率将依靠更高的调制速率,更高的信噪特性和交叉调制性能,以及高的滤波器抑制特性等。调制信号中的数据位置越多,则当一个数据位置引入相邻位置时,它所允许的噪声和交叉调制误差就越严格。比较8PSK和QPSK两种调制的眼图,可以看出8PSK系统比QPSK系统容纳此类误差的能力要差。在采用更高调制时,这种效应将更复杂。噪声源不仅仅来自接收机热噪声,还包括(但不仅限于):交叉调制性能、本地振荡器相位噪声、信道滤波器响应和正交失衡,或称为差分相位和增益失衡。这些因素将对绝对数据位置的眼图“误差”的幅度产生影响,并将以均方根方式相加。因此,当设计一种采用高级调制的数据电视接收机时,提高以上所有因素的指标很重要。调谐器交叉调制性能:任何接收机都有个称为IP2和IP3的指标参数,它们定义了一个输入信号上所引入的二阶和三阶非线性电平。在卫星接收机系统中,这些非线性电平将向载波引入伪交叉调制分量,这些干扰信号的影响将降低系统的载噪比性能。在不太理想的系统中,接收到的功率谱可能出现不均匀的情况,例如电缆补偿不良,或存在入射功率显著高出的点波束(spot beam),这时交叉调制效应会进一步加剧,这就要求调谐器具有比通过分析理想扁平频谱所能预测的更高的交叉调制性能,更高的增益设置。在给定设置下IP2和IP3性能越高,则产生的交叉调制越低,接收信道的载波噪声性能越好,在给定接收信号条件下的损失越低。相位噪声:任何振荡器都有一个称为相位噪声特性的指标,它定义了当本地振荡器信号与接收信号相乘时,本地振荡器传送到接收信号上的噪声量。相位噪声通常定义为在给定的相对于本地振荡器功率电平的频率偏移处电平的dBc(相对于载波的分贝)值,但由于必须考虑到所有频率偏移处的噪声,因此相位噪声曲线下的总积分功率才是重要的。这一积分电平称为总RMS积分抖动。接收机内的RMS积分相位抖动主要由调谐器中的本地振荡器决定,积分相位抖动作为噪声源叠加在接收信号上,从而降低了载波噪声性能。在考察任何振荡器时都会发现,其自由振荡相位噪声特性在较小偏移时具有较高的电平,然后按大约每十倍程下降30dB的斜率下降到“闪变噪声拐点(flicker noise-knee)”(或称为1/f拐点)以下。越过该门限之后,相位噪声将按每十倍程20dB的斜率下降到“固有噪声电平”。在考虑相位噪声的影响时,需要强调的是噪声的总功率谱密度(即在接收信道带宽内的总积分噪声),而不是单点频偏处的相位噪声,因为单点相位噪声指标不能决定总的振荡器特性。因此,在实际应用中,RMS抖动较为重要,而相位噪声分布本身则并不重要。因此,一个振荡器很有可能满足10kHz单点噪声要求,但却不能提供高级调制信号所能接受的性能。例如,通过使用一个宽带宽的PLL可以改善自由振荡相位噪声较差的振荡器的性能,使其满足10kHz单点噪声要求,但更高偏移处的噪声可能依然会影响总体积分噪声抖动,因而使最终的载波噪声性能变差。在实际应用当中,由于高级调制系统特别容易受到各种因素的影响,因此要求实现尽可能低的积分抖动。应采用自由振荡相位噪声特性优良的振荡器,并与宽环路带宽、低相位噪声PLL结合使用,以改善中心附近的相位噪声。
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