卫星数字电视广播标准介绍
卫星数字电视广播标准介绍
08通信B班 王喆
卫星数字电视近十几年迅速发展起来的。利用地球同步卫星将经过数字编码压缩的电视信号传输到用户端的一种广播电视形式。目前，国际上应用最广泛的两种卫星数字电视广播标准是DVB-S与DVB-S2。而在我国，随着2008年采用中国自主研发的ABS-S标准的中星9号直播卫星的成功发射，用新标准ABS-S取代了已在我国使用十年的DVB-S标准。
我国常用广播电视卫星的标准如下表：
卫星名
在轨位置
频段
视频方式
中星9号
92.2°E
Ku
ABS-S
鑫诺3号
125°E
C
DVB-S
中星6B
115.5°E
C
DVB-S
亚洲3S
105.5°E
C\KU
DVB-S
一、DVB-S标准介绍
DVB-S系统标准于1993发布，是公认的最成功的两个系统之一 (DVB-S和GSM标准),被全球直播卫星电视广播商大量采用。DVB-S系统具有覆盖面广、节目容量大等特点,可适用于多种卫星广播系统，适用于不同带宽的卫星转发器，卫星转发器带宽可以从26MHz到72MHz，转发器功率从49dBW 到61dBW。
DVB-S系统的音频编码使用MPEG-2LayerII笫二层音频编码，也称MUSICAM。音频的MPEG-2LayerII编码压缩系统利用了声音的低声音频谱掩蔽效应，这一人体生理学效应允许我们对于人耳不太敏感的频率进行低码率编码，此技术的采用可以大大地降低音频编码速率。MPEG-2LayerII音频编码可用于单音，立体声，环绕声和多路多语言声音的编码。    图1 采用DVB-S标准的中星6B卫星信号覆盖图
DVB-S系统的视频采用标准的MPEG-2压缩编码，MPEG-2视频编码系统由一个大家族构成，每一个子系统之间都有兼容性和共同性，根据图像清晰度的不同，它分成四种信源格式或称“等级”(Level)，从录像带(VCR)的低图像清晰度，到高清晰度电视。除了根据图像清晰度定义的“等级”以外，DVB-S视频标准还定义了“档次”(Profile)的概念，每一个不同的“档次”(Profile)能够提供构成编码系统的压缩工具和压缩算法。在使用MPEG一2 MP@ML格式时，用户端如若达到CCIR 601演播室质量， 码率为9Mb/s，如若达到PAL质量，码率为5Mb/s；工作频率为l1G/12GHz；为了达到最大的功率利用率而又不使频谱利用率有很大的降低，数据流的调制采用四相相移键控调制(QPSK)方式并使用卷积码和RS级联纠错的方式，但是其纠错性能略显不足。
但这种编码方式的缺点也是明显的，首先是编码效率相对较低，其次是其载噪比门限距离理论上的信道极限仍存在较大的差距。同时DVB-S只支持MPEG-2传输流格式的信号输入，且采用单一QPSK信号调制，在相同载噪比（C/N）条件下，每个符号传输的经信道编码的比特数仅为2，在卷积编码率为1/2时，实际有效载荷的传输效率仅为每符号0.92比特，而且在DVB-S的基带成型处理中升余弦滤波滚降因子固定为0.35，这些都限制了系统的信号传输能力，例如在36MHZ的标准转发器带宽内，3/4卷积编码率条件下，DVB-S的有效信息传输容
量仅为36.86MBPS。
二、DVB—S2与DVB-S的技术比较
现在，面临有线数字电视等的强大竞争的卫星直播系统，由于HDTV、VOD、PPV、交互业务等多种业务的开展，对传输总量的需求大大提高。这就要求卫星直播系统必须采用新的技术体制与手段，提供比过去更多的传输能力。此外，在DVB-S出现后的十年里，纠错编码等信号处理技术有了突破性进展，使升级DVB-S在技术上成为可能。特别是，卫星技术本身的进步，例如点波束卫星的出现，使得采用比DVB-S中的QPSK更高效的调制方式成为可能。
2003卫星电视接收机升级年，DVB组织发布了基于低密度奇偶校验编码(LDPC)和BCH码的DVB-S2系统，也就是欧洲的第二代卫星广播系统，该系统已经被ITU-R和欧洲通信标准协会ETSI接受。
DVB-S2相比DVB-S在技术上有很大改进，其特点为：
1、新的信道编码方案
DVB-S2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-S2纠错编码使用LDPC与BCH码级联，调制则以多种高阶调制方式取代QPSK。
与DVB-S相比，DVB-S2可提供除QPSK外的多种具有更高频带利用率的调制方式，如8PSK、16APSK、32APSK。DVB-S2的16APSK和32APSK调制技术，减少了幅度变化，更能适应线性特性相对不好的卫星传输信道，使高位调制方式通过卫星信道传输成为可能。
与DVB-S相比，DVB-S2采用的是功能更强大的前向纠错系统，即BCH和LDPC（低密度校验码）码级联的信道编码方式，有效地降低了系统解调门限，距离理论的香农极限只有0.7～1dB的差距，比DVB-S标准提高了3dB，在相同的传输条件下，DVB-S2提高传输容量约30%以上。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-S3了。
2、适应多种业务需求
DVB-S2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。DVB-S2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-S2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；提供了灵活的数据接口匹配方式，可以接受包括MPEG-2传送流在内的各种格式的单或多数据流，这些数据流可以是离散（异步）的，也可以是连续（同步）的。同时，DVB-S2还是物理层上引入了帧结构，通过同频字、信令、导频等辅助接收机实现快速帧同步和载波恢复，并为不同的业务应用提供了底层接口。
3、可变编码调制
在DVB-S2的单向广播应用中，DVB-S2标准允许发射站根据接收站的不同条件，对发送给不同接收站的数据帧的传输参数进行优化，在传输过程中采用可变的编码和调制方式（VCM），不必为最坏情况的传输预留额外的余量。DVB-S2的交互式应用中，可变编码和调制（VCM）功能与回传信道的运用相结合，形成一种新的应用模式，即自适应的编码和调制（ACM）。
4、多信源格式支持
DVB-S2支持包括MPEG-2、MPEG-4、MPEG-4AVC（H.264）、WM9在内的多格式信源编码格式及IP、ATM在内的多种输入流格式，扩展性大为增强。
三、ABS-S标准介绍
    为了做好广播电视村村通工程，2008年6月9日，“中星9号” 在西昌卫星发射中心成功升空。“中星9号”将取代因出现技术故障成为太空垃圾的“鑫诺二号”成为中国第一颗广播电视直播卫星。中星9号直播卫星系统的信道编码方式采用的就是中国自主研发的ABS-S标准
ABS-S标准是我国第一个拥有完全自主知识产权的卫星信号传输标准，在性能上与代表卫星通信领域最      图2 采用ABS-S标准的中星9号卫星信号覆盖图
新技术发展水平的DVB-S2相当，部分性能指标更优，而复杂度远低于DVB-S2，更适应我国卫星直播系统开展和相关企业产业化发展的需要。
ABS-S标准具有完全自主创新、适用可行、先进安全等优势与特点。在技术方面，采用先进的信道编码方案、合理高效的传输帧结构等技术，具有更低的载噪比门限要求和更强的节目传输能力，基带格式化模块将输入流格式化为前向纠错块，然后将每一前向纠错块送入LDPC编码器，经编码后得到相应的码字，比特映射后，插入同步字和其它必要的头信息．经过根升余弦（RRC）滤波器脉冲成形，最后上变频至Ku波段射频频率。在接收信号载噪比高于门限电平时．可以保证准无误接收。ABS-S标准特点如下：
一、提供了14种不同的编码调制方案，高质量信号采用无导频的模式，而对于由于使用低廉射频器件引起的噪声信号，可以采用有导频模式；FEC只使用具有强大纠错能力的LDPC编码；多种滚降系数选择：0.2、0.25和0.35；对于不同的应用，可以使用不同的码率，并具有四种调制方式：QPSK、8PSK、16APSK和32APSK。可最好地适应不同的业务和应用需求，充分发挥系统效率；
二、ACM可应用于互联网技术中，ABS-S系统能够支持基于用户端的综合接收解码器、PC或其他专业级双向卫星通讯设备的交互式服务。其回传信道可以是任何能够支持卫星回传通信的标准或现有的规范．比如DVB—RCS等等。在这些应用中．传输的数据格式可以是TS
流，也可以是通用数据流。通过封装，ABS-S系统可以支持诸如IP的一些协议。封装的协议遵循EN301 192或者IPTV中的一些协议。同时支持专业应用（双向Internet服务），并适应卫星技术和接收机技术的发展；
三、解调芯片可以支持8PSK/45Msps的工作模式，以充分适应我国直播卫星转发器配置。
四、在安全性上用，ABS-S标准采用专用技术体制，不兼容目前国内外任何一种卫星信号传输技术体制；机顶盒无法接收其他制式的广播电视节目，可有效防止其他信号攻击以及可对关键器件、设备进行有效控制等安全措施与手段，以达到卫星安全的目的。
四、ABS-S与DVB-S2的技术比较
与现有的DVB-S2标准比较，ABS-S主要有以下几方面的差别：
（1）ABS-S系统只采用了一类高度结构化的LDPC码，没有BCH码，减小了编码及系统的复杂度，并可以在相同码长条件下，方便地实现不同码率的LDPC码设计。ABS-S系统能够实现低于10^-7的误帧率FER要求。与其相比，DVB-S2中的LDPC码不能提供低于10^-7的误帧率，必须通过级联BCH外码才能降低错误平底，达到10^-7的误帧率要求。
（2）ABS—S的LDPC码的码长度为15360，且不同码率时，码长固定，而DVB—S2的LDPC码分长码与短码，其长度分别是64800和16200。众所周知，在纠错码领域，LDPC码字长度较长时，具有更好的逼近香农极限特性，可以减小突发差错对译码的影响。然而，ABS-S系统中的LDPC码，具有与DVB-S2中长码基本相同的性能。同时，短码在硬件设计时具有编解码简单及硬件成本低廉的特点，更易于被市场接受。

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