DVB-RCS卫星交互网通信体制研究*

杨 华，黄 焱

（信息工程大学 信息工程学院，河南 郑州 450002）

1 DVB-RCS简介

DVB-RCS是针对卫星数据业务发展需求，推出的一套结合DVB广播业务和VSAT双向交互业务的行业标准。DVB-RCS采用DVB前向广播和多频时分多址(MF-TDMA)多点回传的工作方式，由业务供应商、网关、网络控制中心、卫星以及终端子站等组成，其系统模型如图1所示[1]。

网络控制中心通过周期性发送控制信令，协调整个网络的正常运行；业务供应商主要提供数据、视频、音频等各种业务；网关负责业务数据与网控信令的复用、发射，并支持与外部网络的连接；单个用户或者某一地区用户的网络代理终端都可以作为子站接入网络。

2 DVB-RCS前向链路通信体制研究

2.1 前向链路传输系统概述

DVB-RCS前向链路传输系统符合DVB-S标准，网控信令通道的增加是DVB-RCS前向链路不同于普通DVB-S信号的显著标志，该通道以节目形式与其他DVB数据广播业务在MPEG-2传输流中复用。DVB-RCS前向链路主要由前向信令通道（FLS）、RCS网络结构信息通道（RCS MAP）以及业务数据通道构成。其传输系统结构如图2所示。

2.2 前向链路接收技术研究

基于DVB-RCS标准的卫星交互网，主站通过网络控制中心NCC对各终端子站进行管理、控制、信道分配及突发参数设置等。终端子站则是在接收主站业务数据的同时，获取和解析网控信令，进行入网通信。

2.2.1 前向链路PSI分析

MPEG-2标准定义节目服务信息（PSI）结构来记录经过传输流复用后的各个传输流分组的关系，PAT记录复用传输流中包含的节目或通道总数以及每路节目所对应PMT的PID号。PMT则反映节目中各基本流与节目之间的映射关系，记录了节目中包含所有传输流分组的PID与数据类型。

RCS内容描述符记录了所在基本流构成的传输流分组中，承载的RCS服务信息表的数目与表ID，同一基本流可承载多个RCS服务信息表，这些RCS服务信息在传输流分组中通过表ID区分。当某基本流描述符中包含RCS内容描述符，则表明该基本流为DVB-RCS网控信令或网络结构信息表数据，进一步说明该PMT所指示的节目为DVB-RCS前向链路信令通道或RCS网络结构信息通道。

DVB-RCS前向链路中的网控信令与RCS映射表RMT一同被定义为DVB-RCS专用服务信息（SI），并在RCS内容描述符中记录。RMT语法结构与NIT相似，其单独构成一路节目，反映DVB-RCS交互网的网络结构。

2.2.2 RCS网络结构分析

通过PSI分析，可以从DVB-S信号中提取出DVBRCS前向链路。对完成初步识别的DVB-RCS前向链路，还需要分析RMT表，进一步了解其网络结构。

专用服务信息SI分段头的64 byte中包括1 byte的Table_ID与2 byte的Network_ID。RMT的Table_ID为0x41，Network_ID为整个卫星交互网的网络编号。M字节的子网描述符循环体中包含若干子网描述符，每个子网描述符记录DVB-RCS卫星交互网一个子网的传输流ID、所属网络ID以及子网类型等信息。每个子网描述符通过传输流ID及网络ID，与N循环中某个循环体对应。N循环中的每一个循环体分别描述一个子网的链路信息，传输流描述符通常包括卫星前向链路描述符和卫星后向链路描述符2种，具体描述DVB-RCS卫星交互网每个子网的前向和后向链路的接收与发射参数。RMT的语法结构如图3所示。

3 DVB-RCS后向链路通信体制研究

3.1 后向链路信道复用方式

DVB-RCS后向链路采用MF-TDMA传输方式，各子站用户在指定的时隙进行数据突发，具体的时隙划分及突发安排由网络控制中心（NCC）负责。

DVB-RCS后向链路按照超帧、帧、时隙的层级结构组织管理，信道上频率相邻的几个载波可构成卫星交互网的一个子网链路，每个子网链路由一个超帧ID标识。同一超帧ID管理下的载波在时间上被划分为连续的超帧，并标以连续的数值作为超帧计数值，超帧在频率和时间上被划分为若干帧，帧又划分为若干时隙。帧的引入是为了更有效地提高信道的分配效率，在一个超帧中各帧按照先频率后时间，从低到高的顺序编号，一个超帧最多可划分为32个帧。时隙是后向链路信道划分的最基本单元，一个帧中最多可包含2048个时隙。这种层级结构下，每个时隙由超帧ID、超帧计数值、帧ID以及时隙ID唯一标识。

3.2 NCC网控信令解析

DVB-RCS前向链路信令通道主要由3组网控信令构成，一般SCT，FCT，TCT，SPT封装在同一个PID的传输流分组中；TBTP和CMT封装在同一PID的传输流分组中；TIM单独构成一个分组。此外，嵌入PCR参考时钟传输流分组为整个交互网提供时钟同步和链路时延信息，为子站用户登录网络、维持同步状态起到极为关键的作用。

3.2.1 SCT，FCT，TCT 解析

SCT，FCT，TCT构成层级关系，联合反映后向链路信道一个超帧内的时域、频域划分情况以及每个时隙的相关信道突发参数。

SCT记录超帧ID管理下的超帧结构信息，超帧计数字段作为每个超帧的计数标志。SCT所给出的超帧结构信息包括超帧中心频率、起始时间、持续时间、极化方式等参数以及超帧中所有帧的帧ID、起始时间和帧中心频率。

FCT反映帧的结构信息，FCT是对SCT中所包含帧的具体描述，不同的帧ID表示不同类型的帧，它作为帧类型的识别标记，记录对应帧的持续时间和所包含的时隙数目。

TCT指示不同ID时隙的发射参数，TCT所记录的时隙突发参数包括突发的时间、频率及调制、编码等参数，除此之外还包括时隙的负载类型以及前导码的长度、码型等。

3.2.2 SPT解析

SPT记录整个DVB-RCS卫星交互网所包含的卫星位置参数。当交互网中含有多颗卫星时，不同卫星由不同的ID号来标识。各子站用户通过SPT中的卫星位置坐标和自身位置坐标可以精确地计算出星地传输距离，进而获得精确的延时信息。

3.2.3 TIM解析

TIM包括单播和广播2种形式。单播TIM是在网络初始化或网络参数发生改变时发送给指定终端子站的登录信息。广播TIM为所有终端子站提供网络通用信息，它可以通过周期性广播，使准备登录网络的子站用户获取相关配置信息。

NCC通过包含登录初始化描述符的TIM给准备登录网络的子站用户分配登录身份ID，包括群ID（Group_ID）和登录ID（Login_ID），方便此后对用户的管理。

3.2.4 TBTP解析

NCC通过TBTP完成对子站用户的时隙分配。通常TBTP每一个超帧进行一次时隙分配，当一个超帧大于一定长度时，TBTP的更新周期可能会太长而超出系统的最大响应时间。在这种情况下，可以使用多个连续的TBTP在一个超帧持续时间内为不同的帧进行时隙分配。

TBTP按照Group_ID而不是超帧为用户分配时隙。这种情况下，仅凭TBTP中的超帧号是无法判断分配时隙所属的超帧ID。但用户在登录网络之初，NCC会通过TIM为其分配Group_ID，Login_ID以及所属的超帧ID，因此通过TIM就能获取用户所属的超帧ID。

3.2.5 CMT解析

NCC根据网络及信道状况，对特定的终端子站（以Group_ID，Login_ID标识）的传输参数进行修正，包括频率、时间及功率等参数，并将修正值以CMT信令表的形式在信令通道中传输。终端子站根据CMT表的Group_ID，Login_ID信息，获取属于自己的CMT，根据CMT的修正值对相关参数进行校对，进而维持用户的正常通信。

3.2.6 嵌入PCR传输流分组的解析

DVB-RCS中NCC提供全网同步的参考时钟，并通过前向链路信令通道的嵌入PCR传输流分组周期地向各子站广播网络参考时钟的抽样值。各子站根据接收到的PCR校准本地时钟，保持网络同步。嵌入PCR传输流分组的可选负载部分，记录了NCC到前向链路卫星的上行传播时延和后向链路卫星到NCC的下行传播时延。

3.3 后向链路突发时隙研究

3.3.1 公共信道突发（CSC）

CSC用于子站入网请求。子站用户在登录网络之前，首先通过CSC将自己的设备性能、MAC地址和路由信息告知主站NCC。NCC收到各子站用户的CSC后，制定信道的划分方案和时隙发射参数，并通过信令通道向子站用户进行广播。

3.3.2 信号捕获突发（ACQ）

子站通过向NCC发送ACQ进行网络同步，ACQ的负载为用户所要申请的信道频率值。ACQ持续时间短，数据量小，由一段前导码和请求频率字段组成，由于对其时效性的要求较高，所以实际应用中ACQ负载一般不做扰乱和编码。

3.3.3 同步突发（SYNC）

用户利用SYNC完成网络精同步过程，并发送子站控制信息给主站。SYNC数据由前导码和卫星接入控制（Satellite Access Control，SAC）域 2部分构成。 SAC 域包括路由ID、信道申请、消息与控制、群组ID和登录ID。

3.3.4 业务传输突发（TRF）

TRF包括基于ATM数据单元的突发和基于MPEG2-TS分组的突发2种形式。

基于ATM数据单元的业务突发定义了3种格式，分别为包含1个、2个和4个ATM数据单元的突发。基于ATM数据单元的业务突发将一个SAC域作为可选前缀，该域一般只包含一个信道申请字段，长度为2 byte。

基于MPEG-2 TS分组的业务传输不包含SAC域，突发数据由若干长度为188 byte的MPEG-2 TS分组直接构成，每个分组分别进行编码，然后加前导码组成完整的突发包[2]。子站用户在进行基于MPEG-2 TS分组数据突发之前，需要首先计算出业务传输突发时隙所能容纳的MPEG-2 TS分组个数。

3.4 终端子站入网过程研究

DVB-RCS卫星交互网中，网控信令是后向链路MFTDMA复用方式实现的保障。对于准备接入DVB-RCS卫星交互网的终端子站，要经历初始化、登录、同步等过程才能获得后向链路业务突发时隙，与主站进行业务通信[3]。

在初始化过程中子站用户首先接收嵌入PCR传输流分组与SPT。PCR分组的调整字段为NCC网络参考时钟的抽样值，负载部分为主站到卫星的上行和下行时延，SPT的负载为卫星坐标。子站通过SPT中卫星坐标与子站接收天线所在位置坐标计算出自身的上行与下行传输距离，得到实际的传输时延，加上从PCR分组中获得的主站到卫星的上行和下行时延，获得总的前向链路和后向链路传输时延。子站通过总的传输时延校正PCR参考时钟，初步完成网络同步。

然后子站接收SCT，FCT和TCT，获得CSC，ACQ和SYNC突发时隙的发射参数。并通过CSC突发时隙发送登录请求，ACQ突发完成网络粗同步，而 SYNC突发完成网络精确同步。NCC一般会至少提前12 s将SCT，FCT和TCT以广播形式告知各子站用户，以保证用户有足够的时间完成信令处理与发射参数设置。

在用户登录及同步过程中，NCC通过单播TIM的形式将用户登录身份（Group_ID和Login_ID）与超帧ID的分配信息逐一告知每个用户。用户在完成同步过程后，开始周期接收SCT，FCT，TCT和TBTP，获得属于自己的后向链路信道业务突发时隙，与主站进行业务通信，从而实现真正意义的交互应用。

4 小结

随着卫星通信技术的进步，承载业务也在不断发展。现在全球各种网络逐步向IP通用协议统一，与互联网结合，走宽带化道路是卫星通信发展的必由之路，DVB-RCS正是顺应这一潮流，其应用逐渐受到卫星行业内的关注。因此，积极参与DVB-RCS通信体制的研究，跟踪并掌握这种先进的技术标准，对发展国内卫星通信技术具有重大的推动作用。

[1]ETSIEN301790V1.4.1，DigitalVideoBroadcasting （DVB）： Interaction channel for satellite distribution systems[S].2005.

[2]ETSI TR101790 V1.4.1，Digital Video Broadcasting （DVB）： Interaction channel for Satellite Distribution Systems;Guidelines for the use of EN 301790[S].2008.

[3]王磊.DVB-RCS卫星互动网络用户终端同步研究[J].通信技术，2008，41（9）：134-136.