第二代衛星交互系統淺析

邵永慶，黃 焱，張白愚

(信息工程大學信息工程學院，河南 鄭州 450002)

DVB－RCS(具有回傳信道的DVB系統)是針對衛星數據業務的發展需求所制定的一套結合DVB廣播業務和VSAT［1］雙向交互業務的基于衛星交互式應用而定義的行業標準。它既能夠通過衛星DVB系統向客戶終端提供廣播業務，同時又可以利用VSAT專網快速、方便的接收客戶終端最直接的請求信息，真正實現基于衛星信道的寬帶交互式應用［2］。DVB－RCS標準是DVB標準體系的成員之一，隨著技術的不斷進步發展，它適應性不足的缺點也逐漸暴露出來。

DVB－RCS標準由ETSI(歐洲電信標準協會)于1999年開始起草，2003年發布最終版本。DVB－RCS標準的公布，不但有利于市場的統一規劃與發展，而且使通信與廣播的結合成為可能，為衛星通信的發展指明了新的方向。21世紀初期，糾錯編碼、高階調制技術、同步技術等信號處理技術有了突破性進展，使DVB－RCS升級成為可能。DVB組織于2008年開始籌劃對該技術升級，并于2011年5月和8 月分別公布了 DVB－RCS2－Part1 和 DVB－RCS2－Part2。

1 新一代衛星回傳系統的基礎

DVB－RCS2相對于DVB－RCS最大的區別在于:其前向鏈路不僅支持DVB－S標準，還兼容DVB－S2 標準［3］，因此在子站接收方面也將作出相應調整。而且現在的DVBS2接收設備已經很成熟［4］，這樣DVB－RCS2的子站會更加靈活。第二代回傳系統其前向鏈路相對于第一代回傳系統就有很大的變化，而這種變化主要體現在DVB－S2相對于DVB－S的變化，主要如下:

1)DVB－S2支持的業務更加多樣化，交互式系統的使用會更加靈活。

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

3)DVB－S2還支持可變編碼調制(VCM)和自適應編碼調制(ACM)。VCM允許使用不同的調制和糾錯方法，可以對不同的業務類型分成不同的保護級別進行傳輸［5］。ACM可根據具體的傳播條件，針對具體的接收終端，提供更精準的信道保護和動態連接適應性。

基于DVB－S2的各種優點，可總結出:新一代衛星回傳標準(DVB－RCS2)相對于第一代至少提高了30%的業務量，從另一個方面看可以增加用戶數量，并能提供質量更高的服務。其在兼容第一代回傳系統的前提下，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］的網控信令。

表1 DVB－RCS前向鏈路網控信令表

表2 DVB－RCS2前向網控信令

可見，RCS2新增加了6個網控信令:FCT2，TBTP2，TMST2，MMT2，BCT 和 FAT。

FCT2(Frame Composition Table version 2)是指幀結構表2。FCT2通過定義幀中的時隙來反映不同的超幀類型。每個幀由一系列時隙構成，當幀確定后，它當中時隙數也就確定了;而每一個時隙是由一個或多個與時間頻率有關的單元(bandwidth－time－unit，BTU)構成。BTU 決定了幀的符號速率，也就決定了該幀所需的傳輸帶寬。

TBTP2(Terminal Burst Time Plan version 2)是指終端突發時隙計劃表2。主要有3個作用:1)分配專用的時隙給子站。2)通過參考表BCT分配傳輸類型給特定的時隙。3)為隨機接入分配時隙，并標示出每個時隙的隨機接入通道。值得指出的是DVB－RCS2使用動態自適應載波選擇技術，針對每個時隙在時分多址載波上實現了自適應編碼與調制功能。

TMST2(Transmission Mode Support Table version 2)是指傳送模式支持表2。主要用來指出當使用具有最小冗余度MODCOD(聯合編碼調制方式)時，ACM(自適應編碼調制)反饋所需要的系統冗余和為每種被采用的MODCOD所付出的追加冗余。給出ISI(輸入流標識符)到MODCOD的映射表，在使用多重傳輸流時，接收者能準確的找到自己想要的MODCOD。

MMT2(Multicast Mapping Table version 2)是指多點傳送變址表2。在衛星虛擬網絡中，網控中心通常用MMT2指示高層鏈路多播傳送地址到RCS－MAC地址的映射關系。

以上4個信令可以看成是DVB－RCS中FCT，TBTP，TMST和MMT的升級，但是這種升級不僅僅體現在網控信令的表ID上發生變化，信令所承載的內容也發生了變化。下面介紹2個種全新網控信令: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。BCT提供的傳輸信息主要包括:傳輸的相對起始時間、傳輸的相對結束時間、調制方式、碼率、前綴、后綴、導航、有效載荷大小、有效載荷內容等。這些參數跟傳輸方式MF－TDMA發生的地點以及傳輸類型的細節有關。

FAT(Fast Access Table)即快速尋址表。給出當發送登錄突發時額外增加的傳輸補償時間，并為每個隨機接入的用戶分配通道。

DVB－RCS2前向鏈路中的網控信令與RCS映射表(RCS Map Table，RMT)一同被定義為DVB－RCS2專用服務信息(SI)，并在RCS2內容描述符中記錄。DVB－RCS2專用服務信息符合DVB－S標準的系統服務信息規范，其協議棧如圖1所示。

協議棧是由一些控制信息組成，這些來自前向鏈路網控信令控制子站終端用戶的網絡接入、數據傳輸，完成反向鏈路的信道劃分與用戶多路復用，一般構成一路節目，并使用同一個嵌入PCR(Program Clock Reference，節目時鐘參考)傳輸流分組作為網絡同步時鐘。RMT單獨構成一路節目，反映DVB－RCS2衛星交互網的網絡結構。RMT在語法結構上與NIT頗為相似，所不同的是NIT只記錄DVB－S2的廣播信道結構信息，不反映反向鏈路信息。RMT不需網絡時鐘做精確同步，因此RMT所構成的RCS2網絡結構信息通道不需要嵌入PCR傳輸流分組。

圖1 DVB－RCS2專用服務信息協議棧

3 后向鏈路的改變

DVB－RCS系統中子站跟主站溝通時的MF－TDMA信號［8］采用 QPSK調制方式，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。這樣系統中的子站會更加靈活，可以根據自身特點以及時隙分配情況采用不同效率的調制方式，而且DVB－RCS2還支持隨機接入的用戶［9］。

DVB－RCS2標準中對回傳鏈路結構框架進行了簡化，可根據有效載荷大小來分配突發大小，突發由一系列時隙組成，這樣相關聯的時隙會被很快處理，節省了時間。每個時隙的調制和編碼是獨立的，允許每個時隙自適應編碼，但每個時隙的自適應必須及時，這是第二代標準一個很大的改變。自適應編碼在最近幾年應用非常廣泛，這也是衛星通信編碼方式的發展趨勢，雖然現在還沒有實際的DVB－RCS2信號，但可以肯定，這項技術必將大大提高子站的自主性以及傳輸效率。

DVB－RCS2還有一個創新點:有關功率控制的報告首次被提出。功率控制系統支持可選控制模式，這種模式可以獲得具有不同帶寬的載波的連續功率譜密度，因此可有選擇地控制各個方向的有效傳輸功率。這樣做不僅可以有效節省設備能源，在不需要傳送信息的方向(區域)可以低功耗運行，僅僅維持設備的在線狀態即可，而且還可以有效延長設備壽命。在外太空的設備往往是只要動力資源耗盡即告報廢，減少了設備的能源消耗也就變相增加了設備的使用時間。

4 中國應抓緊建設下一代衛星回傳系統

2001年底，SES公司宣布其帶寬交互系統ASTRA正式投入商業運行，這是全球第一套應用DVB－RCS標準的商業系統。此外，許多國際大公司都在積極發展DVBRCS技術用于下一代衛星業務，這標志著DVB－RCS作為行業標準，已經進入到了應用階段。

國內VSAT網絡和DVB－RCS網絡還處于研究階段，但實際上，國內DVB－RCS及VAST用戶已經存在。我國雖然尚未制定自己的廣播衛星回傳技術標準體系，但基于現有實際應用狀況及技術能力，在吸收成熟技術和先進經驗的基礎上，研究并建立我國自己的衛星回傳技術是可行的。

中國完全可以放開手腳來發展屬于自己的廣播衛星回傳技術體系。由于DVB－S2系統的出現，2008年歐洲DVB組織開始策劃新一代的衛星回傳技術標準DVBRCS2。而我國自己ABS－S技術標準有其獨特的優勢，并且已經在“村村通”工程中廣泛使用，研究與其配套的新一代衛星回傳技術具有重要意義。有了衛星回傳技術，可以更好地開展針對偏遠地區的文化共享、資源共享、遠程教育等關系民生的重大項目。

中國在衛星回傳技術要想取得較好發展，建立自己的標準體系是必不可少的［10］。因此，在今后一段時間內，我國要加強在衛星回傳技術上的研究。2011年11月DVB－RCS2標準的推出，也為我國的技術標準制定提供了很好的參考，在強大的市場需求推動下，我國一定會有自己的衛星回傳技術標準。

［1］郅琦.基于DVB－RCS的VAST寬帶衛星通信技術與應用［J］.電子科技，2011，24(10):132－137.

［2］許珂.DVB－RCS 衛星互動網絡研究［J］.技術廣角，2007(1):73－78.

［3］ETSI EN 302307 V1.1.1，Digital video broadcasting(DVB);second generation framing structure，channel coding andmodulation systems for broadcasting，interactive services，news gathering and other broadband satellite applications［S］.2005.

［4］ALIZADEH A.Feature analysis of the second generation standard DVBS2 for satellite broad－band services［C］//Proc.2010 International Conference on Modern Problems of Radio Engineering，Telecommunications and Computer Science.［S.l.］:IEEE Press，2010:23－27.

［5］GABELLI G，PALESTINI C，CIONI S，et al.A performance and complexity optimization of joint code and frame synchronization for DVB－S2/RCS mobile［C］//Proc.20105th Advanced Satellite Multimedia Systems Conference and the 11th Signal Processing for Space Communications Workshop.［S.l.］:IEEE Press，2010:190－197.

［6］ETSI EN 301790 V1.3.1，Digital video broadcasting(DVB);interaction channel for satellite distribution systems［S］.2003.

［7］ETSI EN 301545－2 V1.1.1，Digital video broadcasting(DVB);second generation DVB interactive satellite system(DVB－RCS2);part 2:lower layers for satellite standard［S］.2011.

［8］楊華，黃焱.DVB—RCS衛星交互網通信體制研究［J］.電視技術，2010，34(9):10－12.

［9］MARCHESE M，MONGELLI M.Adaptive call admission and bandwidth control in DVB－RCS systems［J］.Journal of Communications and Networks，2010(12):568－576.

［10］施玉海.新一代衛星回傳系統設計需求分析［J］.廣播與電視技術，2009(7):24－27.