李遠(yuǎn)東，凌明偉

（1.DVBCN，上海 201100；2.浙江傳媒學(xué)院，浙江 杭州 310018）

第三代DVB衛(wèi)星電視廣播標(biāo)準(zhǔn)DVB-S2X綜述

李遠(yuǎn)東1，凌明偉2

（1.DVBCN，上海 201100；2.浙江傳媒學(xué)院，浙江 杭州 310018）

2014年3月4日，歐洲D(zhuǎn)VB組織正式發(fā)布了第三代DVB衛(wèi)星電視廣播標(biāo)準(zhǔn)DVB-S2X。相比DVB-S2，DVB-S2X具有更高頻譜效率、更大接入速率、更好移動(dòng)性能、更強(qiáng)健的服務(wù)能力提供、更小成本。對DVB-S2X的背景、關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行綜述性介紹。

衛(wèi)星電視廣播；DVB-S2X；UHDTV

2005年，DVB第二代數(shù)字衛(wèi)星電視廣播標(biāo)準(zhǔn)DVB-S2標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布[1]，最新版為2013年3月發(fā)布的第1.3.1版[2]。目前已成為全球應(yīng)用最廣泛的下一代衛(wèi)星電視廣播標(biāo)準(zhǔn)[3]。在2005—2014年之間，數(shù)字衛(wèi)星電視廣播行業(yè)發(fā)生了很大的變化，主要包括：

1）需求變化。包括UHDTV（Ultra-High Defini?tion TV，超高清電視）的衛(wèi)星直播到戶、基于電視廣播衛(wèi)星的“電視無處不在”、基于電視廣播衛(wèi)星的高速IP數(shù)據(jù)接入、提供基于電視廣播衛(wèi)星的多/全業(yè)務(wù)服務(wù)以增加收入、在VSAT（Very Small Aperture Terminal，甚小口徑終端）應(yīng)用場景中增加用戶數(shù)目以獲得更多收益，同時(shí)以更高的服務(wù)等級(jí)協(xié)議來大幅提高用戶體驗(yàn)。

2）外部競爭形式的變化。引起上述需求變化的原因，一方面是衛(wèi)星電視廣播運(yùn)營商自身的自然演進(jìn)，一方面是由于外部競爭形式的變化——主要來自于地面的有線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的大發(fā)展，越來越多的人認(rèn)為地面的高速有線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)遲早會(huì)取代衛(wèi)星通信，另一方面是一些諸如NS3的非標(biāo)準(zhǔn)化的專有技術(shù)在頻譜效率上較大程度地（30%～60%）超過了DVB-S2[4]。

在上述背景下，衛(wèi)星電視廣播技術(shù)就需要與時(shí)俱進(jìn)，進(jìn)行升級(jí)，在更高頻譜效率、更大接入速率、更好移動(dòng)性能、更強(qiáng)健的服務(wù)能力提供、更小成本這5方面取得新的突破[5]。為此，衛(wèi)星電視廣播行業(yè)一邊發(fā)展高容量衛(wèi)星，一邊發(fā)展新一代數(shù)字衛(wèi)星電視廣播標(biāo)準(zhǔn)DVB-S2X。

2012年，由Newtec牽頭，DVB衛(wèi)星電視行業(yè)的運(yùn)營商、設(shè)備制造商、衛(wèi)星專家等成員單位及成員（主要分布于歐洲、美國、遠(yuǎn)東地區(qū)[6]）開始著手研究DVB-S2X標(biāo)準(zhǔn)并加強(qiáng)相關(guān)產(chǎn)品的互通性[3,5]。具體工作由DVB的TM-S2（DVB-S2技術(shù)組）及CM-BSS（衛(wèi)星電視廣播及寬帶業(yè)務(wù)商務(wù)組）開展，目標(biāo)是在DVB-S2的基礎(chǔ)上再次較大幅度地提高頻譜效率，并增加諸如可聯(lián)網(wǎng)的無人駕駛智能汽車等應(yīng)用場景及發(fā)展Ka頻段衛(wèi)星、寬帶轉(zhuǎn)發(fā)器等新的高容量衛(wèi)星技術(shù)[7-9]。DVB-S2X在此前被業(yè)界稱為DVB-S3（DVB第三代數(shù)字衛(wèi)星電視廣播標(biāo)準(zhǔn)）[10]。

2014年2月27日，在DVB指導(dǎo)委員會(huì)第76次大會(huì)上，DVB-S2X標(biāo)準(zhǔn)被正式批準(zhǔn)[6]。2014年3月4日，歐洲D(zhuǎn)VB組織正式以A83-2號(hào)文件的形式發(fā)布了DVB-S2X技術(shù)規(guī)范[9]。DVB-S2X不能與DVB-S2后向兼容[9]，因此也可說成是DVB第三代數(shù)字衛(wèi)星電視廣播標(biāo)準(zhǔn)。

采用DVB-S2X后，衛(wèi)星直播到戶業(yè)務(wù)的頻譜效率可提高20%～30%[6]，某些專業(yè)應(yīng)用的頻譜效率甚至可提高50%[6]（準(zhǔn)確的數(shù)值為51%[5]），超過了NS3等專有技術(shù)[5]。DVB-S2X標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布之后，預(yù)計(jì)市場上將會(huì)很快出現(xiàn)用HEVC編碼的UHDTV衛(wèi)星直播到戶（通過Ku或Ka頻段）的芯片及設(shè)備[6,9,11-12]。2014年3月的DVB全球大會(huì)也將就DVB-S2X的應(yīng)用部署進(jìn)行探討[13]，2014年3月的全球衛(wèi)星應(yīng)用大會(huì)也將探討DVB-S2X的應(yīng)用前景[14]。

1 DVB-S2X的技術(shù)創(chuàng)新

DVB-S2X的技術(shù)創(chuàng)新包括更小的滾降系數(shù)、高級(jí)濾波技術(shù)、更靈活的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用配置等[6]，下文分別進(jìn)行介紹。

1.1 更小的滾降系數(shù)

滾降系數(shù)是信號(hào)占用帶寬及頻譜利用率的決定因素之一。DVB-S2系統(tǒng)所采用的滾降系數(shù)分別有0.35，0.25，0.20[2]，而DVB-S2X系統(tǒng)所采用的滾降系數(shù)分別降為0.15，0.10，0.05[5,9]，所以從如圖1所示的頻譜看來，DVB-S2X信號(hào)要比 DVB-S2信號(hào)陡峭。由于DVB-S2X的滾降系數(shù)更小，加之DVB-S2X還采用了高級(jí)濾波技術(shù)，使得DVB-S2X系統(tǒng)的頻譜效率相對于DVB-S2系統(tǒng)的提高幅度可達(dá)15%。

圖1 DVB-S2X與DVB-S2頻譜的比較

但有試驗(yàn)表明，如果每個(gè)DVB-S2X網(wǎng)絡(luò)或鏈路均采用0.05的滾降系數(shù)，則需要進(jìn)行逐一調(diào)試，而且不容易獲得最佳頻譜效率的效果，在某些情況下，把滾降系數(shù)設(shè)置成0.10時(shí)，頻譜效率更好[5]。

1.2 高級(jí)濾波技術(shù)

在一個(gè)衛(wèi)星電視物理頻道信號(hào)頻譜的左右兩邊存在旁瓣，若濾波做得越好，則旁瓣所占的頻譜寬度就越小，各個(gè)物理頻道之間的頻譜間隔就可以越小而且不會(huì)相互間產(chǎn)生干擾，從而可提高頻譜利用率。

如圖2所示，DVB-S2X系統(tǒng)采用了高級(jí)濾波技術(shù)[9]，將頻譜左右兩邊的旁瓣濾除，節(jié)約了一個(gè)頻道所占用的實(shí)際物理帶寬，各相鄰物理頻道間的間隔可以小到符號(hào)率的1.05倍（在某些特定的應(yīng)用場景下，該數(shù)值還可以更小）[5]。加之DVB-S2X系統(tǒng)的滾降系數(shù)更小，使得DVB-S2X系統(tǒng)的頻譜效率相對于DVB-S2系統(tǒng)的提高幅度可達(dá)15%。

圖2 DVB-S2X采用高級(jí)濾波技術(shù)后的效果

另外，即使DVB-S2X系統(tǒng)的滾降系數(shù)為0.35，0.25，0.20，采用高級(jí)濾波技術(shù)也能獲得比DVB-S2更好的濾波效果?，F(xiàn)場試驗(yàn)表明，當(dāng)衛(wèi)星地球站的高功率放大器在接近飽和點(diǎn)處工作時(shí)，采用高級(jí)濾波技術(shù)的濾波效果更好，所余旁瓣更小[5]。

1.3 更靈活的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用配置

DVB-S2X所采用的更陡頻譜滾降與高級(jí)濾波技術(shù)可使其支持更靈活的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用配置[5,9]。總的來說，DVB-S2X的衛(wèi)星鏈路應(yīng)用場景包括：單載波（此時(shí)僅采用更陡頻譜滾降）、多載波（此時(shí)采用更陡頻譜滾降與高級(jí)濾波技術(shù)）、與其他衛(wèi)星電視運(yùn)營商（可能采用DVB-S，DVB-S2，DVB-S2X等標(biāo)準(zhǔn)）共用同一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器（此時(shí)采用更陡頻譜滾降與高級(jí)濾波技術(shù)）。在最后一種應(yīng)用場景中，如圖3所示，由于DVB-S2X載波采用了更陡頻譜滾降與高級(jí)濾波技術(shù)，與在同一轉(zhuǎn)發(fā)器內(nèi)的其他相鄰載波能以頻分的形式共存而不會(huì)產(chǎn)生相互干擾。

圖3 DVB-S2X載波與其他載波共同承載于同一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器內(nèi)

1.4 更小的MODCOD粒度

DVB-S2的MODCOD（Modulation and Coding，調(diào)制與編碼）分辨力粒度為28[2]，而DVB-S2X的MODCOD分辨力粒度為112[5,9]，從而，DVB-S2X可實(shí)現(xiàn)所有應(yīng)用場景下的最佳調(diào)制，衛(wèi)星電視廣播運(yùn)營商就可以更好地根據(jù)應(yīng)用/服務(wù)的類型來優(yōu)化衛(wèi)星鏈路（MODCOD由系統(tǒng)自動(dòng)地選擇）。

另外，DVB-S2X相比于DVB-S2，F(xiàn)EC（Forward Er?ror Correction，前向糾錯(cuò)）也有較大改進(jìn)。加之采用更小粒度的MODCOD與ACM（Adaptive Coding and Mod?ulation，自適應(yīng)編碼與調(diào)制。Newtec面向DVB-S2X推出的FlexACM解決方案，為了更好地實(shí)現(xiàn)ACM功能，還加入了噪聲及失真預(yù)估技術(shù)[5]，如圖4所示，DVB-S2X相比于DVB-S2的頻譜效率提高了51%，更接近香農(nóng)極限[5]。

圖4 與DVB-S2相比，DVB-S2X的頻譜效率更接近香農(nóng)極限

1.5 更高階的調(diào)制

衛(wèi)星電視廣播是通過非線性信道進(jìn)行的，所以常采用包絡(luò)恒定的PSK（Phase Shift Keying，相移鍵控）調(diào)制方式，另外，PSK也可以方便地實(shí)現(xiàn)變速率調(diào)制。DVB-S2就采用了4APSK，8APSK，16APSK，32APSK這4種PSK調(diào)制方式[2]。而DVB-S2X則采用了更高階數(shù)的 PSK調(diào)制——最高可達(dá) 256APSK[5,9]。因此，DVB-S2X比DVB-S2更容易對衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的非線性進(jìn)行補(bǔ)償、頻譜利用率更高。另外，星載天線可以做得更大，衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)功率可以得到提高，這對于實(shí)現(xiàn)Ka頻段的點(diǎn)波束區(qū)域廣播具有重大意義。

由于可以采用更高階的調(diào)制方式，加之采用了更小粒度的MODCOD與FEC，如圖4所示，DVB-S2X相比于DVB-S2的頻譜效率提高了51%，更接近香農(nóng)極限。

1.6 面向移動(dòng)應(yīng)用的VLSNR技術(shù)

DVB-S2X的一個(gè)應(yīng)用場景是陸地、海洋、航空里的低速及高速移動(dòng)環(huán)境。為保證在這些環(huán)境中以更小的接收天線來更穩(wěn)定地使用DVB-S2X鏈路所提供的服務(wù) ，DVB-S2X采 用 了 VLSNR（Very Low Sig?nal-to-Noise Ratio，極低信噪比）技術(shù)[6,9]，在BPSK與 QPSK調(diào)制中增加了9個(gè)額外的MODCOD[5,9]。

DVB-S2X技術(shù)規(guī)范中，BPSK的MODCOD采用了頻譜擴(kuò)展技術(shù)[5,9]，信號(hào)的功率/頻譜被擴(kuò)展到很寬的頻帶，頻譜密度得以降低，抗外部干擾能力得以提高，陸地、海洋、航空里的低速及高速移動(dòng)接收器就可以使用更小的接收天線并獲得更高的信噪比。另外，整個(gè)衛(wèi)星鏈路的可用性及安全性能也得到提高。

VLSNR MODCOD幀加入了一個(gè)擴(kuò)展的物理層首部，提高了糾錯(cuò)能力，可把SNR數(shù)值降低至-10 dB[5,9]。

1.7 分別考慮了線性MODCOD與非線性MODCOD

DVB-S2的MODCOD僅聚焦于衛(wèi)星直播到戶[2]，所以其星座就很適合于準(zhǔn)飽和轉(zhuǎn)發(fā)器的分發(fā)應(yīng)用。而與之不同的是，DVB-S2X技術(shù)規(guī)范里面則分為線性MODCOD與非線性MODCOD，聚焦于高速數(shù)據(jù)應(yīng)用及分發(fā)應(yīng)用，增益可提高0.2 dB[5]。另外，雖然線性MOD?COD與非線性MODCOD可能會(huì)使用相同的代碼/名稱，但兩者之間卻是不可互換的[5,9]。

1.8 WBT單載波技術(shù)

衛(wèi)星廣播傳統(tǒng)的處理方式為把一個(gè)寬帶轉(zhuǎn)發(fā)器的帶寬劃分成多個(gè)小信道，并用相應(yīng)數(shù)量的多個(gè)載波去調(diào)制，這種方式容易降低轉(zhuǎn)發(fā)器的下行功率，從而不能獲得最優(yōu)的效率。

而如圖5所示，DVB-S2X技術(shù)規(guī)范支持采用WBT（Wide Band Transponders，寬帶轉(zhuǎn)發(fā)器）單載波技術(shù)[5,9]，WBT單載波技術(shù)可減小轉(zhuǎn)發(fā)器的功率回退從而最大限度地利用好整個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器的容量[7]，目前已開始用于衛(wèi)星的高速數(shù)據(jù)鏈路。DVB-S2X里的WBT的帶寬一般為從72 MHz（典型的C波段轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬值）到幾百M(fèi)Hz（Ka波段高容量衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬值，帶寬為250～500 MHz[7]。DVB-S2X接收機(jī)里的解調(diào)器直接接收解調(diào)整個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器寬度（72 MHz，250～500 MHz）內(nèi)的信號(hào)，從而獲得非常高的數(shù)據(jù)率。

圖5 WBT多載波與WBT單載波的比較

但是，WBT單載波技術(shù)的應(yīng)用也面臨諸如接收機(jī)濾波、對超高速率數(shù)據(jù)的解碼、FEC解碼等技術(shù)難題，為此，DVB TM-S2就研發(fā)了基于時(shí)間分片的“虛擬載波”技術(shù)來予以解決[7]，如圖6所示，頻譜占據(jù)整個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器的單載波被若干個(gè)時(shí)間分片劃分成了相對應(yīng)的相同個(gè)數(shù)的虛擬載波（物理幀[9]，接收機(jī)只對其所需的虛擬載波進(jìn)行接收及后續(xù)處理，從而大大減小了接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。

圖6 降低WBT單載波實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度的“虛擬載波”技術(shù)

由于采用了WBT單載波技術(shù)，DVB-S2X的頻譜效率比DVB-S2的提高了約20%。另外，Newtec面向DVB-S2X推出的Equalink預(yù)失真技術(shù)，可在采用WBT單載波技術(shù)時(shí)帶來2 dB增益，從而可以采用64/128/ 256 APSK高階調(diào)制方式，可將處于飽和狀態(tài)下的非線性轉(zhuǎn)發(fā)器的頻譜效率提高10%左右[5]。

1.9 信道綁定/轉(zhuǎn)發(fā)器綁定技術(shù)

目前，衛(wèi)星電視直播到戶業(yè)務(wù)發(fā)展得如火如荼，下一個(gè)相關(guān)的藍(lán)海業(yè)務(wù)是超高清電視的衛(wèi)星直播到戶。然而，當(dāng)采用相同信源編碼方式（如 H.264/ MPEG-AVC）時(shí)，超高清衛(wèi)星直播電視的碼率（40 Mbit/s）是高清衛(wèi)星直播電視碼率（10 Mbit/s）的4倍，即使采用更先進(jìn)的編碼方式H.265/MPEG-HEVC，超高清衛(wèi)星直播電視的碼率也高達(dá)20Mbit/s。

一個(gè)36 MHz的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的總?cè)萘繛?0Mbit/s，因此：1）可同時(shí)傳輸6套由H.264/MPEG-AVC編碼的高清電視節(jié)目（60 Mbit/s÷10 Mbit·s-1·套-1=6套），如果采用統(tǒng)計(jì)復(fù)用方式，可獲得20%的容量增益，從而可同時(shí)傳輸7套由H.264/MPEG-AVC編碼的高清電視節(jié)目（60 Mbit/s×1.2÷10 Mbit·s-1·套-1≈7套）；2）僅可同時(shí)傳輸3套由H.265/MPEG-HEVC編碼的高清電視節(jié)目（60 Mbit/s÷20 Mbit·s-1·套-1=3套），如果采用統(tǒng)計(jì)復(fù)用方式，只可獲得12%[5]的容量增益，但仍只能同時(shí)傳輸3套由H.264/MPEG-AVC編碼的高清電視節(jié)目（60 Mbit/s× 1.12÷20 Mbit·s-1·套-1≈3套），而且還白白浪費(fèi)了12%的帶寬容量。

為此，DVB-S2X技術(shù)規(guī)范采用了信道綁定技術(shù)來提高統(tǒng)計(jì)復(fù)用的頻譜利用效率，而且主要的應(yīng)用目的是提高超高清衛(wèi)星電視直播的信道容量/頻譜利用率[5,9]。又由于DVB-S2X采用了上文所述的WBT單載波技術(shù)，所以，這種信道綁定又可以被稱為“轉(zhuǎn)發(fā)器綁定”。此時(shí)，幾個(gè)被綁定的轉(zhuǎn)發(fā)器的容量全部融合在了一起，并被同時(shí)下行與接收?？梢杂?jì)算一下，如果綁定了3個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器且進(jìn)行統(tǒng)計(jì)復(fù)用，則其容量增益可達(dá)（180+60×0.12×3）/180=12%，從而就可以額外地多傳輸（180×0.12）/20≈1套超高清電視節(jié)目。DVB-S2X所能綁定的轉(zhuǎn)發(fā)器可達(dá)到3個(gè)[6,9]。

1.10 重新定義的擾碼序列

目前，衛(wèi)星電視直播到戶的業(yè)務(wù)類型越來越多（電視直播、富媒體業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)接入等），加之點(diǎn)波束高容量衛(wèi)星逐漸開始應(yīng)用到這個(gè)市場，CCI（Co-Channel Inter?ference，同信道干擾）現(xiàn)象變得越來越顯著[15]。為此，DVB-S2X技術(shù)規(guī)范采用了相關(guān)的技術(shù)來更好地區(qū)分各相鄰業(yè)務(wù)，從而消除CCI。

該技術(shù)之所以能區(qū)分各業(yè)務(wù)、消除CCI，是由于DVB-S2X在物理層新增了擾碼序列。DVB-S2的物理層僅有一個(gè)缺省代碼——0#擾碼序列[2]，而DVB-S2X則新定義了6個(gè)代碼，當(dāng)DVB-S2X接收機(jī)接收到加擾的信號(hào)后，會(huì)先使用缺省代碼，然后再使用新定義的代碼來對信號(hào)進(jìn)行解擾操作[5,9]。

2 結(jié)語

另外，DVB-S2X還采用了超幀結(jié)構(gòu)及面向交互式寬帶業(yè)務(wù)的高級(jí)抗干擾技術(shù)[6,9]，具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，Newtec還采用了帶寬抵消技術(shù)（可節(jié)約33%的轉(zhuǎn)發(fā)器容量）及跨層優(yōu)化技術(shù)（在衛(wèi)星調(diào)制器里也進(jìn)行加速、壓縮、帶寬管理、IP整形，從而可在無線微波鏈路條件發(fā)生變化時(shí)自動(dòng)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，保證了服務(wù)質(zhì)量）[5]。

DVB-S2X技術(shù)規(guī)范還采用了DVB-GSE/GSE-Lite里的相關(guān)協(xié)議[9]，從而加速了在未來提供全I(xiàn)P服務(wù)的步伐，尤其適合于為家庭用戶提供電視廣播及寬帶融合型服務(wù)[6]。DVB-S2X可提供的其他服務(wù)包括：IP傳輸中繼、IP/電信骨干傳輸網(wǎng)、電視直播畫面回傳、移動(dòng)基站回傳、專業(yè)IP接入、政務(wù)高速通信、衛(wèi)星應(yīng)急通信、多業(yè)務(wù)服務(wù)提供型網(wǎng)絡(luò)[9]。產(chǎn)品方面，已有Newtec 6000系列衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器與集線器[5]，TeamCast也推出了DVB-S2X相關(guān)產(chǎn)品[16]。DVB認(rèn)為，DVB-S2X應(yīng)用前景廣闊[6]。

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DVB-S2X:DVB’s Third Generation Satellite Television Broadcasting Standard

LI Yuandong1,LING Mingwei2
（1.DVBCN,Shanghai 201100,China;2.Zhejiang University of Media and Communications,Hangzhou 310018,China）

The new DVB-S2X standard was officially published by DVB on March 4,2014.Compared to DVB-S2, DVB-S2X has higher spectrum efficiency,higher access speed,more mobility and greater service robustness.The background,key technologies and application fields of DVB-S2X are presented.

satellite television broadcasting；DVB-S2X；UHDTV

TN938

A

?? 京

2014-03-05

【本文獻(xiàn)信息】李遠(yuǎn)東，凌明偉.第三代DVB衛(wèi)星電視廣播標(biāo)準(zhǔn)DVB-S2X綜述[J].電視技術(shù)，2014，38（12）.