В 2004г. появился стандарт
SAT вещания, именуемый DVB-S2, который явился модификацией ранее
существовавшего стандарта DVB-DSNG, предусматривающего максимально
возможную совместимость с системой цифрового спутникового вещания
DVB-S. Для придания большей универсальности применения и повышения
эффективности при работе по каналам с достаточным энергетическим
запасом, в технические нормы на системы первичного распределения
добавлены опции режимов передачи, основанные на модуляции типа 8 PSK и
16 QAM.
Стандарт DVB-S2 покрывает недостатки как стандарта
DVB-S (низкие скорости потоков за счет формата модуляции QPSK), так и
стандарта DVB-DSNG (работа SAT передатчиков при пониженных выходных
мощностях в силу требования обеспечения более низких искажений).
Необходимость в создании нового стандарта DVB-S2 была обусловлена несколькими причинами:
1) планы массового запуска HDTV.
Уже на сегодняшний день начинает наблюдаться дефицит в частотном
ресурсе даже при трансляции SDTV. Если же все SAT программы будут
вещаться в ТВЧ, то имеющегося частотного ресурса окажется недостаточным
даже при переходе к более совершенным системам компрессии ТВ сигнала.
Таким образом, перспектива появления HDTV потребовала разработки
форматов канального кодирования, более эффективно использующих
имеющиеся частотные ресурсы (т.е. DVB-S2).
2) неудовлетворительная работа имеющихся приемных систем Ka-диапазона.
Качество приема в этом диапазоне очень сильно зависит от погодных
условий, в первую очередь, от дождя. Поэтому для трансляций в этом
диапазоне часто требуется более высокая помехозащищенность, чем в С- и
KU-диапазонах.
3) появление интерактивных SAT сетей с адресными услугами.
Такие сети требуют большого транспортного ресурса и оптимизировать
его использование можно, адаптировав параметры каждого адресного потока
к условиям приема конкретного адресата. Старые стандарты таких
возможностей не предоставляют.
Таким образом, от нового стандарта DVB-S2 требовалось следующее:
повысить
эффективность использования транспортного канала, т.е. предоставить
возможность в полосе стандартного канала передавать больше бит полезной
информации на помехоустойчивость;
допускать дифференцированный подход к выбору транспортных параметров для разных услуг, передаваемых в одном канале.
Кроме
того, стандарт DVB-S2 должен был обеспечить совместимость с прежними
стандартами и пути плавной миграции от старого оборудования к новому.
Первые
два требования удалось выполнить за счет введения в стандарт более
разнообразных схем модуляции, использования более эффективных систем
защитного кодирования и введения дополнительных коэффициентов
скругления, обеспечивающих более крутые фронты модулированного сигнала.
Гибкость формирования канала была достигнута теми же методами,
что и эффективность использования спектра методами, а также за счет
введения режимов VCM (Variable Coding and Modulation) и АСМ (Adaptive
Coding and Modulation). Первый режим допускает разный уровень
помехозащищенности услуг, передаваемый в одном канале, а второй -
дополнительную возможность адаптации транспортных параметров к текущим
условиям приема услуги. Режим АСМ предназначен для сетей с обратным
каналом, где приемные системы имеют возможность переправлять на
головную станцию информацию об условиях приема.
В результате
был создан универсальный стандарт (DVB-S2), на базе которого могут
строиться сети для распространения ТВ программ стандартной или высокой
четкости, сети для предоставления интерактивных услуг, например,
доступа в Интернет, сети для профессиональных приложений, таких как
передача цифрового ТВ от студии к студии, сбор новостей и раздача
сигнала на эфирные ретрансляторы. Новый стандарт DVB-S2 также удобен
для формирования сетей передачи данных и создания IP-магистралей.
Большинство
эффективных механизмов, заложенных в DVB-S2, оказались несовместимыми
со старыми стандартами. Потому, для выполнения требования совместимости
вниз, разработчики ввели в стандарт два режима. Один – совместимый
вниз, но менее эффективный, а другой, использующий все новые
возможности, но не позволяющий использовать приемники стандарта DVB-S.
Первый
стандарт DVB-S2 рекомендуется для предоставления традиционных услуг, на
период миграции к новому стандарту, а второй – для применения в
профессиональных сетях и для передачи новых услуг, которые невозможно
принять старыми приемниками.
Новый стандарт DVB-S2
предусматривает четыре возможности схемы модуляции (рис.1). Первые две,
QPSK и 8 PSK, предназначены для использования в вещательных сетях.
Передатчики транспондеров работают там в режиме, близкому к насыщению,
что не позволяет модулировать несущую по амплитуде. Более скоростные
схемы модуляции, 16 APSK и 32 APSK, ориентированы на профессиональные
сети, где часто используются более слабые наземные передатчики, не
вводящие бортовые ретрансляторы в нелинейный режим работы, а на
приемной стороне устанавливаются профессиональные конвертеры (LNВ),
позволяющие с высокой точностью оценить фазу принимаемого сигнала. Эти
схемы модуляции можно использовать и в системах вещания, но в этом
случае каналообразующее оборудование должно поддерживать сложные
варианты предыскажений, а на приемной стороне должен быть обеспечен
более высокий уровень отношения сигнал/шум. Символы внутри
констелляционного поля APSK модулированного сигнала размещены по
окружностям. Такой вариант является наиболее помехоустойчивым в плане
передачи амплитуды символа и позволяет использовать ретрансляторы в
режимах, близких к точке насыщения.
Одновременно с введением
более высоких уровней модуляции стандарт DVB-S2 предусматривает
возможность применения двух дополнительных коэффициентов скругления
alpho (α). К используемому в DVB-S α = 0,35, в новом стандарте
добавлены коэффициенты α = 0,20 и α = 0,25. Новые, более низкие
значения коэффициентов обеспечивают большую крутизну импульсов, что
позволяет использовать спектр более эффективно. С другой стороны,
снижение a способствует повышению нелинейных искажений, что особенно
сказывается при передаче одной несущей на транспондер. Поэтому
конкретное значение коэффициента выбирается с учетом всех параметров
передачи.
Для защиты от помех в новом стандарте DVB-S2, как и
в прежних, используется перемежение данных и наложение двухуровневого
кода для прямой коррекции (Forward Error Correction - FEC). Но системы
внешней и внутренней кодо защиты – другие, чем в стандарте DVB-S. В
качестве внешней кодозащиты в место кода Рида-Соломона используется код
Боуза-Чоудхури-Хоквингема (BCH), а в качестве внутренней, вместо сверхточного кода, - код с низкой плотностью проверок на четность (Low
Density Parity Check Codes – LDPC).
Для дополнительного
снижения частоты ошибки используется внешний уровень кодозащиты ВСН,
работающий при малой плотности ошибок. В большинстве режимов код
позволяет исправлять до 12 ошибок, но в некоторых – до 8 или до 10
ошибок.
DVB-S2 предусматривает двухуровневое пакетирование
потока, введенное для решения проблемы с синхронизацией приемной
системы в условиях работы с низким уровнем отношения сигнал/шум.
Стандарт
DVB-S2 допускает два таких режима. В первом производится одновременная
передача сигналов стандартов DVB-S и DVB-S2, асинхронно комбинируемых в
одном частотном канале. Во втором сигнал DVB-S2 накладывается на сигнал
DVB-S с помощью иерархической модуляции. То есть поток DVB-S выступает
в качестве сигнала верхнего приоритета, а поток DVB-S2 – в качестве
сигнала нижнего приоритета (рис.2). Сигнал DVB-S2 передается с помощью
модуляции 8 PSK с неоднородной структурой констелляционного созвездия.
Две точки созвездия, размещенные в каждом квадранте, отображают один
символ сигнала с верхним приоритетным. Наложение сигнала DVB-S2
осуществляется сдвигом символов в констелляционном поле по окружности
на угол ±θ. Такой сигнал может передаваться ретранслятором, работающим
в режиме, близкому к насыщению.