第二代卫星交互系统浅析

邵永庆，黄 焱，张白愚

(信息工程大学信息工程学院，河南 郑州 450002)

DVB－RCS(具有回传信道的DVB系统)是针对卫星数据业务的发展需求所制定的一套结合DVB广播业务和VSAT［1］双向交互业务的基于卫星交互式应用而定义的行业标准。它既能够通过卫星DVB系统向客户终端提供广播业务，同时又可以利用VSAT专网快速、方便的接收客户终端最直接的请求信息，真正实现基于卫星信道的宽带交互式应用［2］。DVB－RCS标准是DVB标准体系的成员之一，随着技术的不断进步发展，它适应性不足的缺点也逐渐暴露出来。

DVB－RCS标准由ETSI(欧洲电信标准协会)于1999年开始起草，2003年发布最终版本。DVB－RCS标准的公布，不但有利于市场的统一规划与发展，而且使通信与广播的结合成为可能，为卫星通信的发展指明了新的方向。21世纪初期，纠错编码、高阶调制技术、同步技术等信号处理技术有了突破性进展，使DVB－RCS升级成为可能。DVB组织于2008年开始筹划对该技术升级，并于2011年5月和8 月分别公布了 DVB－RCS2－Part1 和 DVB－RCS2－Part2。

1 新一代卫星回传系统的基础

DVB－RCS2相对于DVB－RCS最大的区别在于:其前向链路不仅支持DVB－S标准，还兼容DVB－S2 标准［3］，因此在子站接收方面也将作出相应调整。而且现在的DVBS2接收设备已经很成熟［4］，这样DVB－RCS2的子站会更加灵活。第二代回传系统其前向链路相对于第一代回传系统就有很大的变化，而这种变化主要体现在DVB－S2相对于DVB－S的变化，主要如下:

1)DVB－S2支持的业务更加多样化，交互式系统的使用会更加灵活。

2)DVB－S2另一个引人注目的革新在于信道编码方式的变化。DVB－S2纠错编码使用低密度奇偶校验(Low Density Parity Check，LDPC)码与BCH码级联，这种编码组合更接近香农极限的理论值;调制方式在支持原有QPSK的基础上，还兼容多种高阶调制方式(8PSK，16APSK，32APSK)，增加了频带利用率。

3)DVB－S2还支持可变编码调制(VCM)和自适应编码调制(ACM)。VCM允许使用不同的调制和纠错方法，可以对不同的业务类型分成不同的保护级别进行传输［5］。ACM可根据具体的传播条件，针对具体的接收终端，提供更精准的信道保护和动态连接适应性。

基于DVB－S2的各种优点，可总结出:新一代卫星回传标准(DVB－RCS2)相对于第一代至少提高了30%的业务量，从另一个方面看可以增加用户数量，并能提供质量更高的服务。其在兼容第一代回传系统的前提下，更好地处理了性能和效率之间的矛盾。

2 DVB－RCS2前向网控信令的改变

表1 和表2 分别列出了 DVB－RCS［6］和 DVB－RCS2［7］的网控信令。

表1 DVB－RCS前向链路网控信令表

表2 DVB－RCS2前向网控信令

可见，RCS2新增加了6个网控信令:FCT2，TBTP2，TMST2，MMT2，BCT 和 FAT。

FCT2(Frame Composition Table version 2)是指帧结构表2。FCT2通过定义帧中的时隙来反映不同的超帧类型。每个帧由一系列时隙构成，当帧确定后，它当中时隙数也就确定了;而每一个时隙是由一个或多个与时间频率有关的单元(bandwidth－time－unit，BTU)构成。BTU 决定了帧的符号速率，也就决定了该帧所需的传输带宽。

TBTP2(Terminal Burst Time Plan version 2)是指终端突发时隙计划表2。主要有3个作用:1)分配专用的时隙给子站。2)通过参考表BCT分配传输类型给特定的时隙。3)为随机接入分配时隙，并标示出每个时隙的随机接入通道。值得指出的是DVB－RCS2使用动态自适应载波选择技术，针对每个时隙在时分多址载波上实现了自适应编码与调制功能。

TMST2(Transmission Mode Support Table version 2)是指传送模式支持表2。主要用来指出当使用具有最小冗余度MODCOD(联合编码调制方式)时，ACM(自适应编码调制)反馈所需要的系统冗余和为每种被采用的MODCOD所付出的追加冗余。给出ISI(输入流标识符)到MODCOD的映射表，在使用多重传输流时，接收者能准确的找到自己想要的MODCOD。

MMT2(Multicast Mapping Table version 2)是指多点传送变址表2。在卫星虚拟网络中，网控中心通常用MMT2指示高层链路多播传送地址到RCS－MAC地址的映射关系。

以上4个信令可以看成是DVB－RCS中FCT，TBTP，TMST和MMT的升级，但是这种升级不仅仅体现在网控信令的表ID上发生变化，信令所承载的内容也发生了变化。下面介绍2个种全新网控信令:BCT和FAT。

BCT(Broadcast Configuration Table)即广播配置表。用来定义每一种传输类型的传输参数。BCT提供的传输信息主要包括:传输的相对起始时间、传输的相对结束时间、调制方式、码率、前缀、后缀、导航、有效载荷大小、有效载荷内容等。这些参数跟传输方式MF－TDMA发生的地点以及传输类型的细节有关。

FAT(Fast Access Table)即快速寻址表。给出当发送登录突发时额外增加的传输补偿时间，并为每个随机接入的用户分配通道。

DVB－RCS2前向链路中的网控信令与RCS映射表(RCS Map Table，RMT)一同被定义为DVB－RCS2专用服务信息(SI)，并在RCS2内容描述符中记录。DVB－RCS2专用服务信息符合DVB－S标准的系统服务信息规范，其协议栈如图1所示。

协议栈是由一些控制信息组成，这些来自前向链路网控信令控制子站终端用户的网络接入、数据传输，完成反向链路的信道划分与用户多路复用，一般构成一路节目，并使用同一个嵌入PCR(Program Clock Reference，节目时钟参考)传输流分组作为网络同步时钟。RMT单独构成一路节目，反映DVB－RCS2卫星交互网的网络结构。RMT在语法结构上与NIT颇为相似，所不同的是NIT只记录DVB－S2的广播信道结构信息，不反映反向链路信息。RMT不需网络时钟做精确同步，因此RMT所构成的RCS2网络结构信息通道不需要嵌入PCR传输流分组。

图1 DVB－RCS2专用服务信息协议栈

3 后向链路的改变

DVB－RCS系统中子站跟主站沟通时的MF－TDMA信号［8］采用 QPSK调制方式，而 DVB－RCS2还可兼容CPM，8PSK和16QAM。QPSK，8PSK和16QAM的编码方式为turbo码，CPM的编码方式为卷积码。这样系统中的子站会更加灵活，可以根据自身特点以及时隙分配情况采用不同效率的调制方式，而且DVB－RCS2还支持随机接入的用户［9］。

DVB－RCS2标准中对回传链路结构框架进行了简化，可根据有效载荷大小来分配突发大小，突发由一系列时隙组成，这样相关联的时隙会被很快处理，节省了时间。每个时隙的调制和编码是独立的，允许每个时隙自适应编码，但每个时隙的自适应必须及时，这是第二代标准一个很大的改变。自适应编码在最近几年应用非常广泛，这也是卫星通信编码方式的发展趋势，虽然现在还没有实际的DVB－RCS2信号，但可以肯定，这项技术必将大大提高子站的自主性以及传输效率。

DVB－RCS2还有一个创新点:有关功率控制的报告首次被提出。功率控制系统支持可选控制模式，这种模式可以获得具有不同带宽的载波的连续功率谱密度，因此可有选择地控制各个方向的有效传输功率。这样做不仅可以有效节省设备能源，在不需要传送信息的方向(区域)可以低功耗运行，仅仅维持设备的在线状态即可，而且还可以有效延长设备寿命。在外太空的设备往往是只要动力资源耗尽即告报废，减少了设备的能源消耗也就变相增加了设备的使用时间。

4 中国应抓紧建设下一代卫星回传系统

2001年底，SES公司宣布其带宽交互系统ASTRA正式投入商业运行，这是全球第一套应用DVB－RCS标准的商业系统。此外，许多国际大公司都在积极发展DVBRCS技术用于下一代卫星业务，这标志着DVB－RCS作为行业标准，已经进入到了应用阶段。

国内VSAT网络和DVB－RCS网络还处于研究阶段，但实际上，国内DVB－RCS及VAST用户已经存在。我国虽然尚未制定自己的广播卫星回传技术标准体系，但基于现有实际应用状况及技术能力，在吸收成熟技术和先进经验的基础上，研究并建立我国自己的卫星回传技术是可行的。

中国完全可以放开手脚来发展属于自己的广播卫星回传技术体系。由于DVB－S2系统的出现，2008年欧洲DVB组织开始策划新一代的卫星回传技术标准DVBRCS2。而我国自己ABS－S技术标准有其独特的优势，并且已经在“村村通”工程中广泛使用，研究与其配套的新一代卫星回传技术具有重要意义。有了卫星回传技术，可以更好地开展针对偏远地区的文化共享、资源共享、远程教育等关系民生的重大项目。

中国在卫星回传技术要想取得较好发展，建立自己的标准体系是必不可少的［10］。因此，在今后一段时间内，我国要加强在卫星回传技术上的研究。2011年11月DVB－RCS2标准的推出，也为我国的技术标准制定提供了很好的参考，在强大的市场需求推动下，我国一定会有自己的卫星回传技术标准。

［1］郅琦.基于DVB－RCS的VAST宽带卫星通信技术与应用［J］.电子科技，2011，24(10):132－137.

［2］许珂.DVB－RCS 卫星互动网络研究［J］.技术广角，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］杨华，黄焱.DVB—RCS卫星交互网通信体制研究［J］.电视技术，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.新一代卫星回传系统设计需求分析［J］.广播与电视技术，2009(7):24－27.