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    Introducción a la tecnología DVB-S2

     

    DVB-S2 es una versión mejorada de DVB-S. La organización internacional DVB inició la actualización de DVB-S a principios de 2002. En aproximadamente dos años, llevó a cabo 4 rondas de competencia de programas y finalmente ganó la empresa Hughes Network System (HNS) basada en el programa LDPC + BCH. Mediante el establecimiento de un gran número de simulaciones y sistemas de demostración, este programa fue aprobado inicialmente por la organización DVB en noviembre de 2003. El texto del programa se completó en enero de 2004 y fue recomendado por ETSI como la norma EN 302 207 en junio de 2004.

    1. Caracteristicas basicas de DVB-S2

    Los experimentos muestran que bajo el ancho de banda del transpondedor y las condiciones de potencia de transmisión dadas, el sistema obtendrá una ganancia de aproximadamente el 30% de acuerdo con el método de modulación seleccionado y la tasa de codificación. La aplicación de la tecnología de modulación de código variable (VCM) puede proporcionar diferentes niveles de protección contra errores para diferentes servicios como televisión de definición estándar, televisión de alta definición, radiodifusión de audio y multimedia. Especialmente en servicios interactivos o servicios punto a punto, la tecnología de modulación de código variable se combina con el canal de retorno para formar la modulación de código adaptativo (ACM, Adaptive Code Modulation). La tecnología de codificación y modulación adaptativa puede proporcionar diferentes niveles de esquemas de codificación de protección contra errores y métodos de modulación de acuerdo con la información de retroalimentación del entorno de propagación de la señal en el que se encuentra el terminal receptor para lograr la mejor adaptación de rendimiento, de modo que la capacidad del sistema se pueda aumentar mediante 1 o 2 veces. También se ha reforzado la fiabilidad de varios servicios. Con el desarrollo de la tecnología, la mejora del formato de entrada única DVB-S / DVB-DSGN (flujo MPEG TS) al flujo de datos multiformato (TS múltiple o flujo de datos elementales) no aumentará significativamente la complejidad de la implementación.

    Como sistema actualizado de tecnología de modulación y codificación de canales DVB-S, DVB-S2 hace un uso completo de las nuevas tecnologías mencionadas anteriormente para proporcionar un nuevo estándar técnico con una gran flexibilidad y una amplia cobertura de servicios por satélite. Tiene las siguientes cinco características básicas:

    1) Coincidencia de interfaz de entrada flexible: puede aceptar un flujo de entrada único o un flujo de entrada múltiple en varios formatos, como el flujo de multiplexación de transporte MPEG-2 y el flujo de datos básicos. La señal de entrada puede ser un paquete de datos discretos o un flujo de datos continuo.

    2) Sistema de corrección de errores hacia adelante de alto rendimiento: el código interno usa un código de verificación de baja densidad (código LDPC) y el código externo usa el código Boss-Chaudhuri-Hocquenghem (BCH, Boss-Chaudhuri-Hocquenghem). Este esquema de codificación difiere del límite de Shannon en el rendimiento en solo 0.7-1 dB, y la tasa de error de paquete (PER) es inferior a 10-7 en un umbral de señal a ruido dado. Actualmente es el esquema de codificación de mejor rendimiento.

    3) Tasa de codificación múltiple, modulación múltiple, eficiente y flexible: la tasa de codificación admite 1/4 ~ 9/10, etc., 2b / s / Hz ~ 5b / s / Hz Los modos de mapeo de símbolos corresponden a QPSK, 8PSK, 16APSK , Modos de modulación 32APSK respectivamente, La elección es mayor, flexible y eficiente, y la no linealidad del transpondedor también está especialmente optimizada.

    4) Tecnología de codificación y modulación adaptativa: esta tecnología (ACM) puede proporcionar codificación a nivel de trama y optimización de modulación de acuerdo con diferentes entornos de transmisión de señales y mejorar significativamente la confiabilidad de la transmisión de señales del sistema.

    5) Múltiples opciones de coeficiente de reducción del espectro: 0.35, 0.25, 0.20, que pueden satisfacer diferentes necesidades comerciales, como audio, video (SD / HD) y datos.

     

    2.DVB-S2 procesamiento de la señal de tus señales

    DVB-S2 adopta el último esquema de codificación de canales (LDPC + BCH) sobre la base de DVB-S, amplía la coincidencia del modo de entrada de señal (múltiples flujos de transporte y flujos elementales) e introduce señales adaptativas basadas en QPSK, 8PSK, 16APSK y 32APSK Modo de modulación (ACM), también hay nuevos avances en la recuperación de portadora del receptor y tecnologías de sincronización rápida de tramas.

    El procesamiento de la señal de DVB-S2 se puede dividir aproximadamente en cinco partes para formar tres cuadros de formato (cuadro de banda base, cuadro de corrección de errores y cuadro físico. Los dos primeros tipos de cuadros pertenecen a cuadros lógicos). Las cinco partes son:

    1) Parte de coincidencia de modo de entrada y flujo de transporte: proporciona una interfaz de entrada de señal, sincronización completa del flujo de entrada, eliminación de paquetes vacíos y realiza una verificación de redundancia cíclica (CRC-8) en la secuencia de paquetes de datos de entrada. Si es el modo de flujo de entrada múltiple, también se realizará La fusión o división del flujo de entrada es para reorganizar el campo de datos del flujo de entrada y, finalmente, insertar la marca de banda base, rellenarla y finalmente generar la trama de banda base, cuyo formato se muestra en la Figura 4. La longitud de la trama de banda base Kbch está relacionada con la velocidad de codificación seleccionada y el modo de modulación. Además, DVB-S2 también proporciona codificación pseudoaleatoria para esta trama de banda base.

    2) Parte de codificación de corrección de errores hacia adelante: completa principalmente la función de codificación de corrección de errores de protección de errores de canal, dividida principalmente en tres etapas: protección de código externo (código BCH), protección de código interno (código LPDC) y otros métodos de modulación excepto QPSK Los bits son intercalado. El entrelazado de bits aquí es muy simple. Excepto para 8PSK con una tasa de código de 3/5, la entrada de datos se escribe en serie en columnas y la salida de datos se lee en serie en filas. La escritura y la lectura son todas del bit más significativo (MSB). empezar. Después de que la trama de banda base se somete a estos tres pasos de codificación de corrección de errores, se forma una denominada trama de corrección de errores (Trama FEC).

    3) Parte de mapeo de símbolos de codificación: Principalmente completa el trabajo de mapeo de bits de transmisión por símbolo de modulación. Cada cuadro de corrección de errores de entrada realiza una conversión de serie a paralelo de acuerdo con diferentes paralelismos (2, 3, 4, 5), y la secuencia en paralelo convertida realiza el mapeo de constelaciones de acuerdo con la eficiencia de modulación seleccionada para generar la secuencia (I, Q). De esta manera, la secuencia de corrección de errores de entrada (trama) se convierte en la secuencia compleja correspondiente, que consta de 64800/16200 símbolos de modulación. Después de esta parte del procesamiento, la trama de corrección de errores de entrada (trama FEC) se convierte en una salida de secuencia compleja (I, Q), que se denomina trama de corrección de errores de secuencia compleja (trama XFEC).

    4) Parte de codificación de trama física: Aquí, la trama de corrección de errores de secuencia compleja se divide en S segmentos en unidades de 90 símbolos. El valor de S está determinado por la longitud de la secuencia compleja (trama) (64800/16200) y la eficiencia de modulación seleccionada (2/3) / 4/5) Decisión conjunta. Para facilitar la configuración del receptor, también es necesario agregar un encabezado de cuadro físico (PLHREADER) en el extremo frontal de la secuencia compleja, y la longitud del encabezado del cuadro físico también es 90. En los segmentos S divididos en serialización múltiple, se inserta un bloque piloto (Pilot Block) después de cada 16 segmentos para ayudar al receptor a sincronizarse. Este bloque piloto compuesto por una portadora no modulada tiene una longitud de 36. De esta forma, la longitud del marco físico se convierte en:

    90 × (S + 1) + P × ent {S / 16}

    En la fórmula, P = 36, ent {} es la función de redondeo.

    Obviamente, la eficiencia de codificación de la trama física es: cuando no hay una trama XFEC que pueda procesarse, el sistema insertará una trama ficticia para garantizar la continuidad del procesamiento del receptor y la fluidez de la transmisión de la señal. . Esta trama ficticia consta de un encabezado de trama física y una portadora no modulada de 36 × 90 de longitud (I = 1 /, Q = 1 /).

    Finalmente, cada trama física debe someterse a una codificación de secuencia compleja, excepto la cabecera de la trama, antes de enviarse al modulador.

    5) parte de modulación de señal

    La parte de modulación completa principalmente las dos funciones principales de conformación de banda base y modulación en cuadratura. Para las tramas físicas codificadas, se seleccionan diferentes coeficientes de caída (0.35 / 0.25 / 0.20) para el filtrado y la conformación de coseno elevado de raíz cuadrada de acuerdo con los diferentes requisitos comerciales.

    Después de dar forma, los componentes I y Q de la señal deben multiplicarse por sin (2πfot) y cos (2πfot) respectivamente (fo es la frecuencia portadora), y luego enviarse al modulador para obtener la señal modulada requerida.

    Hasta ahora, DVB-S2 ha completado la codificación y modulación de la señal. La señal de salida del modulador se puede enviar al canal de radiofrecuencia del satélite para la transmisión de la señal.

     

    3. La nueva tecnología principal adoptada por DVB-S2

    1) Codificación BCH + LDPC: El esquema básico de esta tecnología es: el código externo usa código BCH y el código interno usa código LDPC. El código BCH es un código cíclico convencional, que tiene las características de generación simple de palabras de código y fuertes capacidades de detección y corrección de errores. El código LDPC es un tipo de código de corrección de errores de bloque lineal que se puede definir mediante una matriz de verificación muy dispersa o un gráfico bipartito. Fue descubierto originalmente por Gallager, por lo que también se llama código de Gallager. Es similar al conocido código Turbo, tiene un rendimiento cercano al límite de Shannon y es aplicable a casi todos los canales, por lo que se ha convertido en un punto caliente en la industria de la codificación en los últimos años. Además del rendimiento superior de los códigos Turbo, una razón importante del éxito de los códigos LDPC son sus ventajas en los algoritmos de decodificación.

    El algoritmo de decodificación de la codificación de canales es un factor importante que determina el rendimiento de la codificación y las perspectivas de aplicación. Debido a la escasez de la matriz de verificación de paridad del código LDPC, tiene un algoritmo de decodificación eficiente. Su complejidad de decodificación tiene una relación lineal con la longitud del código, lo que supera la enorme complejidad de cálculo de decodificación que enfrenta el código de bloque cuando la longitud del código es larga. El grado de dificultad hace posible la aplicación de paquetes codificados largos. Además, debido a la naturaleza escasa de la matriz de verificación, cuando se usa un grupo de código largo, los bits de información muy separados participan en una verificación unificada, lo que hace que los errores de ráfaga continua tengan poco efecto en la decodificación, y el código en sí es resistente a los errores de ráfaga. . No es necesario introducir las características del entrelazador y no hay retardo de tiempo que pueda ser causado por la existencia del entrelazador.

    2) Modulación y codificación adaptables (ACM): después de adoptar esta tecnología, se mejora la eficiencia de transmisión. DVB-S solo tiene un método de modulación, QPSK. Un símbolo de modulación mapea 2 bits. Por lo tanto, la capacidad de los satélites para transmitir señales está muy restringida. DVB-S2 lo expande en múltiples modos seleccionables, a saber, QPSK, 8PSK, 16APSK, 32APSK y, en consecuencia, el número de bits mapeados para cada símbolo de modulación es 2, 3, 4 y 5 respectivamente. De esta forma, se mejora enormemente la capacidad de transmisión por satélite. Es especialmente significativo para los operadores de sistemas de transmisión directa por satélite, es decir, el mismo número de satélites y transpondedores puede duplicar el número de señales o programas transmitidos.

    Más importante aún, DVB-S2 utiliza un esquema de codificación y modulación adaptativa (ACM), que hace que la transmisión de señales sea más flexible y confiable. Este método de codificación y modulación puede alcanzar el nivel de cuadro (cuadro por cuadro). En otras palabras, en toda su secuencia de transmisión, la velocidad de codificación y el modo de modulación de cada cuadro individual pueden ser diferentes. La flexibilidad de este método se manifiesta en que diferentes entornos de recepción (clima soleado, nublado y tormenta) pueden proporcionar diferentes tasas de codificación y métodos de modulación, de modo que el terminal receptor pueda recibir la señal más ideal y confiable en este entorno. Para aquellos terminales receptores móviles, este método de modulación es más efectivo. Cuando la terminal receptora viaja a través de diferentes entornos climáticos, su efecto de recepción no cambiará drásticamente debido al clima. También podemos ver que cuanto peor es el entorno de recepción, mayor es la redundancia en la trama recibida para mejorar la antiinterferencia de la transmisión. Por supuesto, la complejidad de implementación de cada terminal también ha aumentado. Debe hacer un uso completo del posible canal de retorno para retroalimentar los parámetros del entorno de recepción actual en tiempo real; por otro lado, debido a que la velocidad de código y el modo de modulación del cuadro y el cuadro pueden ser diferentes, DVB-S2 proporciona una sincronización de cuadro rápida y una recuperación de portadora eficiente para la tecnología del terminal receptor para ayudar a lograr una recepción fluida.

    Sin embargo, la expansión de los métodos de modulación y las tasas de codificación también ha aumentado los requisitos para los receptores y todo el sistema de satélite. En términos de simulación teórica, la relación portadora / ruido C / N de DVB-S (QPSK) generalmente varía de 3.5 a 7.5 dB. Debido al uso de BCH y LDPC, el rango C / N de relación portadora / ruido de DVB-S2 (QPSK) se reduce correspondientemente, alrededor de 1 ~ 5dB, o en otras palabras, en el caso de QPSK, DVB-S2 está en una peor situación de canal. También puede funcionar. Según el estándar de la industria GY / T 148-2000 "Requisitos técnicos para receptores de televisión digital por satélite", se requiere que el umbral Eb / N0 sea inferior a 5.5 dB (cuando FEC = 3/4) y existe una relación de conversión entre Eb / N0 y C / N. Por lo tanto, el umbral de trabajo del demodulador del futuro receptor DVB-S2 debe ser menor, es decir, se incrementan los requisitos para el receptor. En otras palabras, los receptores DVB-S2 deben adoptar tecnologías más avanzadas y efectivas para lidiar con la sincronización de cuadros y otros problemas. Por supuesto, para los métodos de modulación DVB-S2 que son más eficientes que QPSK, como 8PSK, 16APSK, etc., los requisitos para el sistema satelital de transmisión directa en sí también se mejoran en gran medida, o debe establecerse la relación portadora / ruido mínima correspondiente. también se mejorará. Por ejemplo, la relación C / N de portadora a ruido requerida por 8PSK es de aproximadamente 5.5 a 10 dB; la relación portadora-ruido C / N requerida por 16APSK es de aproximadamente 10-14dB; es decir, también se debe utilizar el transpondedor de satélite, diseño de haz de cobertura, etc. Tecnología más avanzada, con mejor señal o intensidad de campo de cobertura al recibir, se puede lograr una mayor capacidad de transmisión o transmisión total.

     

    4. Comparación de DVB-S2 con otros sistemas

    1) Comparación de DVB-S2 y DVB-S: Dados los bits de transmisión por símbolo (mismo método de modulación), DVB-S2 tiene una mejora C / N de 3dB en comparación con DVB-S. Tome QPSK como ejemplo, cuando bits / símbolo = 1.5, (C / N) DVB-S≈7dB, (C / N) DVB-S2≈4dB. Desde la perspectiva de la capacidad del canal, dado que DVB-S utiliza un solo método de modulación QPSK, la capacidad del canal proporcionada es muy pequeña; mientras que DVB-S2 puede usar QPSK, 8PSK, 16APSK o incluso 32APSK, puede proporcionar una mayor capacidad de canal, que está en el extremo medio a alto de DVB -S que está fuera de su alcance. DVB-S2 no solo puede proporcionar una salida de mayor ancho de banda, sino que también aumenta el aislamiento de la salida y aumenta la estabilidad del sistema. Hughes Network Systems (HNS) descubrió a través de una gran cantidad de estudios de simulación que el esquema de codificación LDPC + BCH adoptado por DVB-S2 está a solo 0.7 a 1 dB del límite ideal de Shannon. Esto demuestra que ya no necesitamos un nuevo sistema de codificación de radiodifusión por satélite durante mucho tiempo en el futuro.

    Bajo la condición de la misma potencia y ancho de banda del transpondedor de satélite, DVB-S2 proporciona más conjuntos de programas (canales) y una mayor velocidad de símbolo que DVB-S, aumentando la ganancia entre un 25% y un 35%. Al mismo tiempo, DVB-S2 también amplía DVB-S en la interfaz de señal de entrada. Además del flujo de transporte (TS) MPEG-2, también admite la entrada de paquetes de datos básicos o datos de transmisión, lo que aumenta la flexibilidad y la interoperabilidad del servicio.

    2) Comparación de DVB-S2 en Internet y otros servicios interactivos sólidos: la última encuesta muestra que de 2005 a 2009, puede haber 1.3 millones de dólares estadounidenses invertidos en DVB-S2 y equipos relacionados. Sin embargo, el 70% de esta inversión se destinará a servicios interactivos (SI). En la actualidad, en términos de servicios interactivos (especialmente acceso a Internet de banda ancha de alta velocidad), ADSL es el mayor competidor. Para ADSL, el método de acceso es simple, el equipo es bajo y proporciona una amplia gama de velocidades de acceso.

    Suponiendo que el alquiler anual de un transpondedor satelital de haz puntual de banda Ka con un ancho de banda de 72MHz es de 2.6 millones de euros, puede soportar 8500 usuarios para sistemas DVB-S y 22,000 usuarios para DVB-S2, luego cada usuario por mes Costo del canal de satélite : 25.5 euros para DVB-S y 9.85 euros para DVB-S2.

    El paquete ADSL europeo actual cuesta 444 euros al año y 37 euros al mes. Cabe señalar que este número corresponde a todos los costos (canal + información) de los usuarios de ADSL, y los dos números anteriores son solo costos de canal. Aun así, podemos ver que DVB-S2 sigue siendo muy competitivo (especialmente en los suburbios o en áreas remotas). áreas), y las ventajas de DVB-S no son obvias.

     

     

     

     

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