Телефон: 8-800-350-22-65
WhatsApp: 8-800-350-22-65
Telegram: sibac
Прием заявок круглосуточно
График работы офиса: с 9.00 до 18.00 Нск (5.00 - 14.00 Мск)

Статья опубликована в рамках: LVIII Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов: МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ» (Россия, г. Новосибирск, 03 декабря 2018 г.)

Наука: Технические науки

Секция: Телекоммуникации

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Изикаев Д.Р., Манджиев Б.Г. ОСОБЕННОСТИ СТАНДАРТА DVB-S2X // Научное сообщество студентов: МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ: сб. ст. по мат. LVIII междунар. студ. науч.-практ. конф. № 23(58). URL: https://sibac.info/archive/meghdis/23(58).pdf (дата обращения: 29.03.2024)
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

ОСОБЕННОСТИ СТАНДАРТА DVB-S2X

Изикаев Даниил Рашитович

студент магистратуры, кафедра ТиЗВ им.С.И.Катаева МТУСИ,

РФ, г.Москва

Манджиев Бембя Геннадьевич

студент магистратуры, кафедра ТиЗВ им.С.И.Катаева МТУСИ,

РФ, г.Москва

Стандарт DVB-S2 был ратифицирован в 2005 году с учетом системы Direct-to-Home-платформ (DTH) - это комплекс услуг телевещания, в котором осуществляется передача телевизионного сигнала напрямую зрителю, без участия кабельных операторов. С тех пор появились совершенно новые требования к телевещанию, появился новый формат видеокомпрессии HEVC, а также спецификации телевидения сверхвысокой четкости.

DVB-S2X – стандарт спутникового цифрового телевидения, который является расширением стандарта DVB-S2, привносящий в него дополнительные технологические возможности и функции. DVB-S2X использует новейшие методы модуляции и кодирования, обеспечивая высокую эффективность использования полосы частот ретранслятора спутника, с целью предоставления аудио и видео служб, а также служб передачи данных стационарным, портативным и мобильным устройствам. Сочетание стандарта DVB-S2X и компрессии видеоинформации HEVC дает возможность увеличить число программ в мультиплексе и передавать программы телевидения сверхвысокой четкости.

На рисунке 1 изображена схема передачи по стандарту DVB-S2X. Рассмотрим её более подробно.

 

Рисунок 1. Функциональная схема системы DVB-S2X [2]

 

Подсистема входного интерфейса преобразовывает входной физический формат во внутренний формат логических бит. Первый принятый бит обозначается как старший значимый бит.

Подсистема синхронизации входного потока (должна) обеспечивает постоянную скорость передачи данных (CBR) и постоянную задержку во всем тракте для пакетированного входного потока (т.е. для транспортного потока).

В режиме АСМ (Adaptive Coding and Modulation) и при формате транспортного потока нулевые пакеты MPEG распознаются и удаляются. Это позволяет сократить информационную скорость и увеличить помехоустойчивость при обработке передаваемого сигнала модулятором.

Кодер СRC-8 (только для пакетированных потоков). Во входном потоке, представляющем последовательность пользовательских пакетов с длинной UPL бит с байтом синхронизации, в начале каждого пакета данные пользовательского пакета (исключая байт синхронизации) обрабатываются 8-битным систематическим CRC-кодером.

Устройство нарезки считывает (т.е. нарезает) с входа (при одном входном потоке) или с одного из входов (при нескольких входных потоках) поле данных, состоящее из количества бит, равных длине поля данных (DFL). Устройство объединения объединяет в одном выходном сигнале поля данных, считанных и нарезанных с одного из входов. При одном входном сигнале требуется только устройство нарезки [2].

В стандарте DVB-S2X также представлены инструменты для реализации «склеивания каналов», где один входной поток передается параллельно по L транспондерам. Максимальное количество связанных транспондеров может быть 3 (L ≤ 3). Связывание каналов позволяет, например, избегать неиспользуемой мощности в транспондере в случае видеопрограмм с постоянной битовой скоростью (CBR) и/или максимизировать коэффициент статистического мультиплексирования в случае видеопрограмм с переменной скоростью передачи (VBR). Связанные каналы должны находиться в одном и том же диапазоне частот. Кроме того, склеивание каналов должно использовать только CCM и не должно сочетаться с широкополосными тюнерами. CCM (Constant Coding and Modulation) – режим функционирования спутника с постоянным кодированием и модуляцией [1].

Вставка заголовка немодулированного сигнала. Перед полем данных вставляется заголовок немодулированного сигнала (BBHEADER) длиной 10 байт, описывающий формат поля данных. Выходной последовательностью является заголовок немодулированного сигнала (10 байт), за которым следует поле данных.

Подсистема адаптации потока обеспечивает заполнение до постоянной длины кадра немодулированного сигнала и скремблирование. Постоянная длина кадра зависит от скорости помехоустойчивого кода. Заполнение представляет собой добавление нулевых бит после поля данных, в результате чего кадр становиться постоянной длины, требуемой для БЧХ-кода [2].  В отличии от стандарта DVB-S2 в DVB-S2X биты для заполнения не обязательно должны быть нулевыми, так же была улучшена инкапсуляция общего потока (GSE-HEM), который обеспечивает представление функций инкапсуляции пакетов и фрагментации общего потока [1].

Подсистема помехоустойчивого кодирования осуществляет внешнее кодирование (БЧХ), внутреннее кодирование (LDPC) и перемежение бит. Входящий поток состоит из кадров немодулированного сигнала (BBFRAMES), выходной – из кадров немодулированного сигнала, обработанного помехоустойчивым кодом (FECFRAMES) [2]. В стандарте DVB-S2X, в отличие от стандарта DVB-S2 вводятся дополнительные скорости кодирования.

Перемежитель бит. Для сигналов всех видов модуляций, исключая QPSK, осуществляется перемежение бит выходного потока кодера LDPC с помощью блокового перемежителя. Данные последовательно записываются в столбцы перемежителя и последовательно считываются построчно.

Отображение бит в созвездие, входной последовательностью является кадр FECFRAME, выходной – комплексный кадр XFECFRAME, состоящий из 64800/ηmod(для нормального кадра) или 16200/ηmod (для короткого кадра) модуляционных символов, где ηmod может принимать значения от 2 до 8, в зависимости от вида модуляции (от QPSK до 256APSK). Каждый модуляционный символ является комплексным вектором в формате (I, Q) (I – синфазная составляющая, Q – квадратурная составляющая) или в эквивалентном формате exp(j).

Подсистема формирования кадровой структуры физического уровня (PLFRAMING) генерирует кадр физического уровня (PLFRAME) путем выполнения следующих операций:

  • Генерация «пустых» кадров физического уровня в случаях, когда нет готовых к обработке и передаче кадров комплексных данных, подверженных помехоустойчивому кодированию (XFECFRAME).
  • Нарезка кадров комплексных данных, подверженных помехоустойчивому кодированию (XFECFRAME) на целое число S слотов постоянной длины (М=90 символов).
  • Генерация заголовка физического уровня (PLHEADER) и вставка его перед кадрами комплексных данных, подверженных помехоустойчивому кодированию (XFECFRAME) для конфигурации приемного тракта. Заголовок занимает ровно один слот (90 символов). В дополнение к обычным PLFRAME, где PLHEADER добавляется к каждому XFECFRAME, DVB-S2X может передавать VL-SNR XFECFRAME. В этом случае, после обычного PLHEADER, передается дополнительный заголовок VLSNR.
  • Вставка блока пилот-символов (для режима восстановления несущей по пилот-сигналу) через каждые 16 слотов с целью обеспечения синхронизации приемного тракта. Блок пилот-символов состоит из Р=36 символов.
  • Придание модулированным символам подканалов (I, Q) случайного характера путем скремблирования на физическом уровне.

Входным потоком для подсистемы являются кадры комплексных данных, подверженных помехоустойчивому кодированию (XFECFRAME), выходным потоком – скремблированные кадры физического уровня [2].

После скремблирования сигнал обрабатывается SQRT-фильтром косинусоидальной формы с приподнятым основанием. В дополнение к коэффициентам сглаживания стандарта DVB-S2 (α = 0,35, 0,25 и 0,20), в стандарте DVB-S2X введены дополнительные коэффициенты α = 0,15; 0,10 и 0,05. Далее сигнал проходит квадратурную модуляцию [1].

Внесенные изменения изображены на рисунке 2, на котором продемонстрировано сравнение спектральной эффективности новой (DVB-S2X) и старой (DVB-S2) версий стандарта.

 

Рисунок 2. Сравнение спектральной эффективности стандарта DVB-S2 и DVB-S2X при разных отношениях сигнал/шум [3]

 

Спектральная эффективность (bps/hz, бит в сек/Гц) – пропускная способность системы на один герц полосы частот канала. На рисунке 2 параметр «спектральная эффективность» использован для удобства сравнения их эффективности, так как этот параметр не зависит от полосы транспондера. При этом его легко конвертировать в пропускную способность канала, просто умножив на полосу транспондера.

Рисунок 2 условно разбит на три зоны: первая – зона сверхнизких отношений сигнал/шум, вторая – зона нормальных отношений сигнал/шум, третья – зона высоких отношений сигнал/шум. Пунктиром обозначена теоретическая предельно достижимая эффективность в соответствии с теоремой Шеннона. Эффективность выше этого значения никакая модуляционная схема обеспечить не сможет [4].

Для массового DTH-вещания в спутниковой индустрии используется область второй зоны. Именно на работу в ней и была ориентирована старая версия стандарта — DVB-S2.

Из рисунка 2 видно, что DVB-S2 и DVB-S2X в этой зоне довольно близки по эффективности. Но из графиков следует, что новая версия предоставляет оператору больше возможностей для точного выбора формата модуляции (более тонкая подстройка) [5].

Таким образом, на основе анализа функциональной схемы стандарта, выделим его основные преимущества перед предшествующим стандартом:

  • более высокие уровни модуляции - 64/128/256APSK
  • большее количество вариантов FEC (например: 23/36, 13/18, 77/90 и т.п.), что хорошо влияет на ACM (Adaptive Coding and Modulation – адаптивное кодирование и модуляция)
  • Склеивание каналов – до 3
  • Поддержка операций с очень низким коэффициентом SNR – до -10 dB SNR
  • Меньшие опции затухания на уровне 5 и 10 процентов (в дополнение к 20%, 25% и 35%, доступным в DVB-S2)
  • Режим повышенной эффективности для передачи данных - GSE-HEM (High Efficiency Mode)

Так же DVB-S2X перенял и недостатки предшествующего стандарта, а именно:

  • Слишком большие блоки для определенных типов трафика и режимов работы каналов связи (особенно это актуально для обратных каналов, работающих в TDMA-режиме, где быстрота синхронизации важна);
  • Некоторые параметры MODCOD с высокой скоростью кодирования менее эффективны чем параметры MODCOD с более высоким индексом модуляции, но с более низкой скоростью кодирования, из-за чего в ACM-режиме не используются;
  • Большая разность Es/N0 для соседних параметров MODCOD (данную проблему частично устранил DVB-S2X)

Стоит отметить еще один существенный недостаток – отсутствие обратной совместимости с приемниками стандарта DVB-S2, т.е. потребуется обновление оборудования при переходе на новый стандарт.

В настоящее время разработаны платы с поддержкой DVB-S2X и идет обширное тестирование возможностей данного стандарта. В частности, трансляции в одном спутниковом «стволе» двух телеканалов в 8K или, как минимум, четырёх телеканалов UHD.  На некоторых современных телекоммуникационных спутниках связи применение связки DVB-S2X/HEVC позволит уместить в одном транспондере до 5-6 телеканалов в UHD.

 

Список литературы:

  1. ETSI EN 302 307-2 V1.1.1 (2014-10) Digital Video Broadcasting (DVB); Second generation framing structure, channel coding and modulation systems for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and other broadband satellite applications; Part 2: DVB-S2 Extensions (DVB-S2X)
  2. ETSI EN 302 307-1 V1.4.1 (2014-07) Digital Video Broadcasting (DVB); Second generation framing structure, channel coding and modulation systems for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and other broadband satellite applications; Part 1: DVB-S2
  3. DVB-S2X - 2nd Generation Satellite Extensions. DVB, 2018.
  4. Грабун Е.А. Особенности технологий расширительного стандарта DVB-S2X // Инфокоммуникации (БГУИР, 18 апр. 2018г.). – Минск, 2018. – 23 с.
  5. Чулков В. DVB-S2X – теория и практика // «Телеспутник – 2017». С. 54-57.
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом
CAPTCHA
Этот вопрос задается для того, чтобы выяснить, являетесь ли Вы человеком или представляете из себя автоматическую спам-рассылку.