DVB-S与DVB-S2的比较

新华通讯社 刘 峥

一、引言

国内各上星频道普遍采用DVB-S技术已有十年，而DVB-S的核心技术与当今相关领域的前沿技术水平渐行渐远，因此，基于当前硬件支持能力和编码算法的最新成果，开发更适应当前乃至未来中长期业务发展需求的技术标准就成为当务之急，DVB-S2也因此呼之欲出。

二、DVB系统流程

DVB-S2由JTC（联合技术委员会）制定，2004年6月公开发布DVB-S2草案（即Draft ETSI EN 302 307 V1.1.1），其设计的指导思想是在合理的复杂程度下达到最优的传输性能及可扩展性。

DVB系统流程如下：

（1）模式适配（Mode Adaption）是输入数据流的接口，用来适配DVB-S2种类繁多的输入流格式。对于固定编码调制（CCM）模式来说，模式适配部分包括对DVBASI流（或DVB并行传输流）的透明解包和8位循环冗余校验。

（2）流适配完成基带成帧、加扰两个功能。为配合后续纠错编码，基带成帧需要将输入数据按固定长度打包（不同的纠错编码方案有不同的“固定长度”），不足处则填充无用字节补足。

（3）前向纠错采用LDPC（内码）与BCH（外码）级联的形式。

（4）映射部分按后续采用的具体的调制方式（QPSK，8PSK，16APSK，32APSK），将输入的经过前向纠错的串行码流转换成满足特定星座图样式的并行码流。物理层成帧部分通过加扰实现能量扩散，以及空帧插入等。

（5）调制部分完成基带成形和调制。

三、DVB-S2主要改进方面

1. 多业务支持

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。与DVB-S相比，在相同的传输条件下，DVB-S2提高传输容量约30%以上，同样的频谱效率下可得到更强的接收效果。

在广播业务（BS）方面，DVB-S2提供DTH（直播卫星）服务，也考虑到了地面共用天线系统和有线电视系统的需求。从与以往的兼容角度考虑，有两种模式供选用，即NBC-BS（不支持后向兼容）和BC-BS（支持后向兼容）。由于目前有大量DVB-S接收机投入使用，后向兼容模式将满足今后一定时期的兼容使用需求，在这种模式下，旧的DVB-S接收机可以继续接收原来的节目，新的接收机则可以接收到比前者更多的信息。当将来DVB-S接收机逐步淘汰后，采用兼容模式的信号发端将改成非兼容模式，从而真正意义上充分利用DVB-S2的信道传输优势。

除广播业务外，DVB-S2还支持交互式服务（包括Internet接入）、数字新闻采集及数据分配/中继等其他专业服务。在交互式服务中，回传通道使用不同的DVB反向方式，如DVB-RCS，DVB-RCP，DVB-RCC。

2. 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，寻找最佳途径传输信息。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（低密度奇偶校验码）与BCH码级联，调制则以多种高阶调制方式取代QPSK。

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。

新的编码调制方案8PSK&LDPC已经十分接近香农极限，在距离理论上的香农极限0.7～1dB的情况下可得到QEF（准无误码）的接收（DVB-S2的QEF标准为：在解码器接收5Mb/s的单路电视节目时，每传输1小时产生少于一次无法校正的错误，近似相当于解复用前TS流PER＜10-7），比DVB-S标准提高了3dB，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。

（1）LDPC-BC

DVB-S2纠错编码由包括休斯、菲力浦、意法半导体等七家公司参与角逐，形成四个候选方案，即Parallel Turbo codes，Serial Turbo codes，Turbo Product codes和LDPC，最初的焦点集中于20世纪90年代中后期大显身手的Turbo码，不少公司已经先期投资开发基于Turbo编码的芯片，然而LDPC码最终胜出。

LDPC码是一种有稀疏校验矩阵（校验矩阵中1的个数较少）的线性分组码，具有能够逼近香农极限的优良特性，并且由于采用稀疏校验矩阵，译码复杂度只与码长成线性关系，编解码复杂度适中，在长码长的情况下，仍然可以有效译码。目前该技术已得到国际上的广泛重视，今后将在通信中得到广泛应用，尤其是在质量较差的信道环境如移动通信、卫星通信等领域，此前已有在第四代移动通信系统中使用LDPC码的研究报告。

（2）调制

DVB-S2另一个比较大的革新是其调制方式，与DVB-S采用单一的QPSK调制方式相比，DVB-S2有更多的选择，即QPSK，8PSK，16APSK，32APSK。对于广播业务来说，QPSK和8PSK均为标准配置，而16APSK，32APSK是可选配置；对于交互式业务、数字新闻采集及其他专业服务，四者则均为标准配置。

APSK是另一种幅度相位调制方式，与传统方型星座QAM（如16QAM，64QAM）相比，其分布呈中心向外沿半径发散，所以又名星型QAM。与QAM相比，APSK便实现变速率调制，因而很适合目前根据信道及业务需要分级传输的情况。当然，16APSK，32APSK是更高阶的调制方式，可以获得更高的频谱利用率。

在卫星信道中使用高阶调制方式，显然也意味着在抗噪声接收方面的技术进步。DVB-S2特别组的研究表明，采用LDPC与8PSK的编码-调制组合，可以获得更好的传输性能，此前8PSK与原纠错编码方式的组合在误码率指标测试方面不太理想。

休斯公司提供的资料表明，LDPC&8PSK的编码组合距离香农极限仅0.6～0.8dB，远优于现有RS&卷积码的4dB，也比其余基于Turbo码的候选方案强0.3dB。

3.VCM与ACM的使用

可变编码调制（VCM）与适应编码调制（ACM）的使用是DVB-S2的另一个显著的改进。在交互式的点对点应用中（如IP unicasting，Internet接入等），VCM功能允许使用不同的调制和纠错方法，并且可以逐帧改变。采用VCM技术，不同的业务类型（如SDTV、HDTV、音频、多媒体等）可以选择不同的错误保护级别分级传输，因而传输效率得以大大提高。

VCM结合使用回传信道，还可以实现ACM，可以针对每一个用户的路径条件使传输参数得到优化。ACM可根据具体的传播条件，针对具体的接收终端，提供更精准的信道保护和动态连接适应性。ACM的突出优点是可以有效利用所谓“clear sky margin”带来的4～8dB的能量浪费。原有卫星应用中，为满足QEF的传输效果，必须有一定的功率冗余，通常冗余是以覆盖区域内产生的最大雨衰为标准计算，显然这部分冗余对于绝大部分地区是不必要的，即便是雨衰最严重的地区，天气较好时也承受着不必要的能量浪费。而在IP unicasting业务中，采用ACM可随时根据接收地点的情况变化调整传输参数，因而对于功率冗余的计算可以重新精细调整，因此可以使卫星的平均吞吐量增加两倍到三倍，减少服务成本。

4. 多信源格式支持

DVB-S和DVB-DSNG对信源的格式有严格的规定，即MPEG TS流，而DVB-S2则灵活得多，实现了对多种数据输入格式的支持，扩展性大为增强。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。作为当前信道编码和信源编码的最新成果，DVB-S2和MPEG-4AVC(H.264)的结合颇受业界瞩目。

四、DVB-S2在亚洲四号卫星的应用

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DV B-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。

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，一个推满整个转发器的MCPC载波所能携带的信息传输速率分别为55.3Mb/s和86.4Mb/s，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，一个推满整转发器的MCPC载波能携带的有用信息分别为64.5Mb/s和97.2Mb/s，DVB-S2系统比DVB-S系统的转发器容量可提高50.7%。