DVB-S2是DVB-S的升級(jí)版本。國(guó)際DVB組織從2002年初啟動(dòng)DVB-S的升級(jí)工作，在兩年左右的時(shí)間里，進(jìn)行了4輪方案競(jìng)爭(zhēng)，最后以休斯網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（HNS）公司基于LDPC+BCH的方案勝出。這個(gè)方案通過(guò)大量的模擬仿真以及演示系統(tǒng)的建立，于2003年11月獲得DVB組織的初步通過(guò)，2004年1月方案文本完成，2004年6月被ETSI作為EN 302 207標(biāo)準(zhǔn)建議。
1、DVB-S2的基本特征
實(shí)驗(yàn)表明，在給定轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬和傳輸功率條件下，根據(jù)所選用的調(diào)制方式和編碼速率，系統(tǒng)會(huì)得到30%左右的增益。可變編碼調(diào)制技術(shù)（VCM）的應(yīng)用，可以為標(biāo)清電視、高清電視、音頻廣播以及多媒體等不同業(yè)務(wù)提供不同等級(jí)的差錯(cuò)保護(hù)。尤其是在交互業(yè)務(wù)或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)等業(yè)務(wù)中，可變編碼調(diào)制技術(shù)與回傳通道相結(jié)合，形成自適應(yīng)編碼調(diào)制（ACM，Adaptive Code Modulation）。自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)能夠根據(jù)接收終端所處信號(hào)傳播環(huán)境的反饋信息，提供不同等級(jí)的差錯(cuò)保護(hù)編碼方案和調(diào)制方式以達(dá)到最佳性能匹配，這樣就可以使系統(tǒng)容量獲得1~2倍的增加，各種服務(wù)的可靠度也得到加強(qiáng)。隨著技術(shù)的發(fā)展，改進(jìn)DVB-S/DVB-DSGN單一輸入格式（MPEG TS流）為多格式數(shù)據(jù)流（多TS或基本數(shù)據(jù)流）也不會(huì)顯著增加實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。
作為DVB-S信道編碼和調(diào)制技術(shù)的升級(jí)系統(tǒng)，DVB-S2充分利用上述新技術(shù)，提供了一個(gè)靈活性強(qiáng)、衛(wèi)星業(yè)務(wù)覆蓋廣泛的新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它具有以下五大基本特征：
1）靈活的輸入接口匹配：可接受各種格式的單輸入流或多輸入流，如MPEG-2傳輸復(fù)用流、基本數(shù)據(jù)流。輸入信號(hào)可以是離散的數(shù)據(jù)包或連續(xù)的數(shù)據(jù)流。
2）高性能前向糾錯(cuò)系統(tǒng)：內(nèi)碼采用低密度校驗(yàn)碼（LDPC碼），外碼采用博斯-喬赫里-霍克文黑姆碼（BCH，Boss-Chaudhuri-Hocquenghem）。這種編碼方案在性能上與仙農(nóng)極限只相差0.7～1dB，在給定的信噪門限上誤包率（PER）低于10-7，是目前性能最優(yōu)的編碼方案。
3）多編碼率多調(diào)制高效靈活：編碼率支持1/4～9/10等多種，2b/s/Hz～5b/s/Hz符號(hào)映射模式分別對(duì)應(yīng)QPSK、8PSK、16APSK、32APSK調(diào)制模式，選擇余地增加，靈活高效，同時(shí)也對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)器的非線性進(jìn)行了專門優(yōu)化。
4）自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)：這種技術(shù)（ACM）根據(jù)信號(hào)傳輸環(huán)境的不同，可提供幀級(jí)編碼與調(diào)制優(yōu)化，顯著提高系統(tǒng)信號(hào)傳輸?shù)目煽啃浴?/SPAN>
5）多選擇頻譜滾降系數(shù)：0.35、0.25、0.20，可以滿足音頻、視頻（標(biāo)清/高清）、數(shù)據(jù)等不同業(yè)務(wù)需求。
2、DVB-S2的信號(hào)處理流程
DVB-S2在DVB-S基礎(chǔ)上采用了最新的信道編碼方案（LDPC+BCH），擴(kuò)展了信號(hào)輸入模式匹配（多傳輸流和基本流），引入基于QPSK、8PSK、16APSK、32APSK的自適應(yīng)信號(hào)調(diào)制模式（ACM），在接收機(jī)載波恢復(fù)和快速幀同步等技術(shù)方面也有所新的突破。
DVB-S2對(duì)信號(hào)的處理大致可以分成五個(gè)部分，形成三種格式幀（基帶幀、糾錯(cuò)幀和物理幀，前面兩種類型幀屬于邏輯幀。）。這五個(gè)部分是：
1）輸入模式與傳輸流匹配部分：提供信號(hào)輸入接口，完成輸入流同步、空包刪除，對(duì)輸入數(shù)據(jù)包序列進(jìn)行循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC-8），如果是多輸入流模式還將進(jìn)行輸入流的合并或拆分，對(duì)輸入流的數(shù)據(jù)域進(jìn)行重組，最后插入基帶標(biāo)志，進(jìn)行填充，最后輸出基帶幀，其格式如圖4所示。此基帶幀長(zhǎng)度Kbch與所選擇的編碼率和調(diào)制方式有關(guān)。此外，DVB-S2也提供了對(duì)此基帶幀進(jìn)行偽隨機(jī)加擾功能。
2）前向糾錯(cuò)編碼部分：主要完成信道誤碼保護(hù)糾錯(cuò)編碼功能，主要分三階段：外碼保護(hù)（BCH碼），內(nèi)碼保護(hù)（LPDC碼），以及除QPSK外的其他調(diào)制方式下的位交織。這里的位交織非常簡(jiǎn)單，除碼率為3/5的8PSK外，對(duì)于數(shù)據(jù)輸入按列串行寫(xiě)入，數(shù)據(jù)輸出則按行串行讀出，寫(xiě)入讀出都是從最高位（MSB）開(kāi)始。基帶幀經(jīng)過(guò)這三步糾錯(cuò)編碼后就形成了所謂的糾錯(cuò)幀（FEC Frame）。
3）編碼符號(hào)映射部分：主要完成每調(diào)制符號(hào)傳輸比特的映射工作。每一個(gè)輸入的糾錯(cuò)幀根據(jù)不同的并行度（2，3，4，5）進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的并行序列根據(jù)所選調(diào)制效率進(jìn)行星座圖映射，產(chǎn)生（I，Q）序列。這樣，輸入的糾錯(cuò)（幀）序列就變成了相應(yīng)的復(fù)數(shù)序列，由64800 / 16200個(gè)調(diào)制符號(hào)組成。經(jīng)過(guò)本部分處理，輸入的糾錯(cuò)幀（FEC Frame）就變成了復(fù)序列（I，Q）輸出，稱為復(fù)序列糾錯(cuò)幀（XFEC Frame）。
4）物理幀編碼部分：在這里，復(fù)序列糾錯(cuò)幀按90符號(hào)為單位分成S個(gè)片段，S的取值由復(fù)序列（幀）長(zhǎng)度（64800 / 16200）和選擇的調(diào)制效率（2/3/4/5）共同決定。為了方便接收機(jī)配置，還需要在復(fù)序列前端加入物理幀頭（PLHREADER），物理幀頭的長(zhǎng)度也為90。在復(fù)序列化分成的S片段中，每16個(gè)片段后再插入一個(gè)導(dǎo)頻塊（Pilot Block）來(lái)幫助接收機(jī)同步，這個(gè)由未調(diào)制載波構(gòu)成的導(dǎo)頻塊長(zhǎng)為36。這樣，物理幀的長(zhǎng)度變成：
90×(S+1)+P×ent{S/16}
式中，P=36，ent{}為取整函數(shù)。
很顯然，物理幀的編碼效率為：當(dāng)沒(méi)有可處理的復(fù)序列糾錯(cuò)幀（XFEC Frame）時(shí)，系統(tǒng)會(huì)插入一個(gè)啞幀（Dummy Frame）來(lái)保證接收機(jī)處理的連續(xù)性和信號(hào)傳輸?shù)钠椒€(wěn)度。這個(gè)啞幀由一個(gè)物理幀頭和36×90長(zhǎng)的未調(diào)制載波（I=1/，Q=1/）組成。
最后，每個(gè)物理幀在送入調(diào)制器前，除幀頭外，都要進(jìn)行復(fù)序列加擾。
5）信號(hào)調(diào)制部分
調(diào)制部分主要完成基帶整形和正交調(diào)制兩大功能。對(duì)于加擾過(guò)的物理幀，根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求選用不同的滾降系數(shù)（0.35/0.25/0.20）進(jìn)行平方根升余弦濾波整形。
整形后信號(hào)I、Q分量需分別乘以sin(2πfot)和cos(2πfot)（fo為載波頻率），送入調(diào)制器方能得到需要的調(diào)制信號(hào)。
至此，DVB-S2已經(jīng)完成信號(hào)的編碼和調(diào)制。調(diào)制器輸出信號(hào)就可以送入衛(wèi)星射頻信道進(jìn)行信號(hào)傳輸。
3、DVB-S2采用的核心新技術(shù)
1）BCH+LDPC編碼：這項(xiàng)技術(shù)的基本方案是：外碼采用BCH碼，內(nèi)碼采用LDPC碼。BCH碼是一種常規(guī)的循環(huán)碼，具有碼字生成簡(jiǎn)單、檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力強(qiáng)等特點(diǎn)。LDPC碼是一類可以用非常稀疏的校驗(yàn)矩陣或二分圖定義的線性分組糾錯(cuò)碼，最初由Gallager發(fā)現(xiàn)，故也稱Gallager 碼。它和著名的Turbo 碼相似，具有逼近仙農(nóng)（Shannon）極限的性能，幾乎適用于所有信道，因此成為近年來(lái)編碼界研究的熱點(diǎn)。除性能上優(yōu)于Turbo碼外，LDPC碼能夠成功的一個(gè)重要原因是它在解碼算法上的優(yōu)勢(shì)。
信道編碼的解碼算法是決定編碼性能和應(yīng)用前景的一個(gè)重要因素。LDPC 碼由于其奇偶校驗(yàn)矩陣的稀疏性，使它存在高效的譯碼算法，其譯碼復(fù)雜度與碼長(zhǎng)成線性關(guān)系，克服了分組碼在長(zhǎng)碼長(zhǎng)時(shí)所面臨的巨大譯碼計(jì)算復(fù)雜度問(wèn)題，使長(zhǎng)編碼分組的應(yīng)用成為可能。而且由于校驗(yàn)矩陣的稀疏特性，在長(zhǎng)的編碼分組時(shí)，相距很遠(yuǎn)的信息比特參與統(tǒng)一校驗(yàn)，這使得連續(xù)的突發(fā)差錯(cuò)對(duì)譯碼的影響不大，編碼本身就具有抗突發(fā)差錯(cuò)的特性，不需要交織器的引入，進(jìn)而沒(méi)有因交織器的存在而可能帶來(lái)的時(shí)延。
2）自適應(yīng)編碼調(diào)制（ACM）：采用該技術(shù)后提高了傳輸效率。DVB-S僅僅有一個(gè)調(diào)制方式，那就是QPSK。一個(gè)調(diào)制符號(hào)映射2個(gè)比特。因此，衛(wèi)星傳輸信號(hào)的能力受到很大限制。DVB-S2將其拓展為多個(gè)可以選擇的方式，即QPSK、8PSK、16APSK、32APSK，相應(yīng)地，每個(gè)調(diào)制符號(hào)映射的比特?cái)?shù)分別為2、3、4和5。這樣，衛(wèi)星傳輸能力極大地提高。尤其對(duì)于直播衛(wèi)星系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)者很有意義，即同樣數(shù)目的衛(wèi)星和轉(zhuǎn)發(fā)器，可以成倍地增加傳輸?shù)男盘?hào)或節(jié)目數(shù)量。
還有更重要一點(diǎn)是，DVB-S2采用了自適應(yīng)編碼調(diào)制（ACM）方案，使得信號(hào)傳輸更靈活更可靠。這種編碼調(diào)制方式可以達(dá)到幀級(jí)（Frame-by-Frame）。也就是說(shuō)，在它整個(gè)傳輸序列里，每個(gè)單幀的編碼碼率及調(diào)制方式都可以不同。這種方式的靈活性表現(xiàn)在，不同的接收環(huán)境（晴天、陰天以及雷雨天氣）可提供不同的編碼碼率和調(diào)制方式，來(lái)讓接收終端接收到該環(huán)境下最理想最可靠的信號(hào)。對(duì)于那些移動(dòng)接收終端來(lái)說(shuō)，這種調(diào)制方式就顯得更有效了。當(dāng)接收終端在不同天氣環(huán)境穿越的時(shí)候，它的接收效果不會(huì)因天氣原因發(fā)生劇變。我們也可以看到，接收環(huán)境愈惡劣，為了提高傳輸?shù)目垢蓴_性，接收幀中冗余也越大。當(dāng)然，每個(gè)終端的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度也有增加。它要充分利用可能的回傳通道實(shí)時(shí)反饋當(dāng)前接收環(huán)境狀況參數(shù)；另一方面由于幀與幀的碼率和調(diào)制方式有可能不同，所以DVB-S2給出了接收終端快速幀同步和高效載波恢復(fù)技術(shù)來(lái)幫助平穩(wěn)接收的實(shí)現(xiàn)。
但調(diào)制方式和編碼率的拓展，對(duì)接收機(jī)和整個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)的要求也提高了。從理論仿真來(lái)說(shuō)，DVB-S（QPSK）的載噪比C/N一般范圍為3.5～7.5dB。由于BCH和LDPC的使用，DVB-S2（QPSK）的載噪比C/N范圍也相應(yīng)降低了，約為1～5dB，或者說(shuō)，在QPSK情況下，DVB-S2在更惡劣的信道情況下也能工作。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GY/T 148-2000《衛(wèi)星數(shù)字電視接收機(jī)技術(shù)要求》，Eb/N0門限值要求小于5.5dB（FEC=3/4時(shí)），而Eb/N0和C/N有一個(gè)換算關(guān)系。因此，將來(lái)的DVB-S2的接收機(jī)解調(diào)器工作門限值必須更低，即對(duì)接收機(jī)要求提高了。或者說(shuō)，DVB-S2接收機(jī)必須采用更加先進(jìn)有效的技術(shù)來(lái)處理幀同步等問(wèn)題。當(dāng)然，對(duì)于DVB-S2采用的比QPSK更高效的調(diào)制方式，例如8PSK、16APSK等，對(duì)直播衛(wèi)星系統(tǒng)本身的要求也大大提高了，或者說(shuō)，相應(yīng)的最小的載噪比也必須提高。例如，8PSK要求的載噪比C/N大約為5.5～10dB；16APSK要求的載噪比C/N大約為10～14dB；也就是說(shuō)，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器、覆蓋波束設(shè)計(jì)等等方面，也要采用更先進(jìn)的技術(shù)，在接收時(shí)有更好的信號(hào)或覆蓋場(chǎng)強(qiáng)，才能實(shí)現(xiàn)更大的傳輸容量或傳輸總量。
4、DVB-S2與其他系統(tǒng)比較
1）DVB-S2與DVB-S比較：在給定每符號(hào)傳輸比特（相同調(diào)制方式）下，DVB-S2比DVB-S在C/N上要提高3dB。以QPSK方式為例，當(dāng)bits/symbol=1.5時(shí)，（C/N）DVB-S≈7dB，（C/N）DVB-S2≈4dB。從信道容量來(lái)看，由于DVB-S采用單一的QPSK調(diào)制方式，提供的信道容量很小；而DVB-S2能夠采用QPSK、8PSK、16APSK甚至32APSK，那它能提供較大的信道容量，處于DVB-S可望而不可及的中高端。DVB-S2不僅能提供較高帶寬的輸出，同時(shí)也增加了輸出的隔離度，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。休斯網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)公司（HNS）經(jīng)過(guò)大量的仿真研究發(fā)現(xiàn)，DVB-S2采用的LDPC+BCH編碼方案離理想的仙農(nóng)極限只差0.7～1dB。這說(shuō)明，在今后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)我們不再需要新的衛(wèi)星廣播編碼體系。
在衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器功率和帶寬相同的條件下，DVB-S2比DVB-S提供更多的節(jié)目套數(shù)（通道）和更高的符碼率，提高增益25%～35%。同時(shí)DVB-S2在輸入信號(hào)接口上也對(duì)DVB-S進(jìn)行了擴(kuò)展，除MPEG-2傳輸流（TS）還支持基本的數(shù)據(jù)包或流式數(shù)據(jù)的輸入，增加了業(yè)務(wù)靈活性和互操作性。
2）DVB-S2在因特網(wǎng)等強(qiáng)交互服務(wù)上比較：最新調(diào)查顯示，2005年～2009年可能有13億美元投入到DVB-S2及其相關(guān)設(shè)備上來(lái)。但是，這項(xiàng)投資的70%將用于交互服務(wù)（IS）。目前在交互服務(wù)上（尤其是寬帶高速因特網(wǎng)接入）來(lái)講，ADSL是一個(gè)最大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。對(duì)于ADSL來(lái)說(shuō)，接入方式簡(jiǎn)單、設(shè)備低廉，提供接入速度可選范圍寬。
假設(shè)一個(gè)帶寬為72MHz的Ka波段點(diǎn)波束衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的年租金為260萬(wàn)歐元，對(duì)于DVB-S系統(tǒng)來(lái)說(shuō)能支持8500用戶，對(duì)于DVB-S2來(lái)說(shuō)能支持22000個(gè)用戶，那么每用戶每月衛(wèi)星通道成本：DVB-S為25.5歐元，DVB-S2為9.85歐元。
目前歐洲的ADSL包年費(fèi)用為444歐元，每月花費(fèi)37歐元。要注意，這個(gè)數(shù)字是ADSL用戶的所有費(fèi)用（信道+信息），而上面兩個(gè)數(shù)字只是信道成本。即使這樣，我們也可以看出DVB-S2還是很有競(jìng)爭(zhēng)力潛力（特別是在郊區(qū)或偏遠(yuǎn)地區(qū)），DVB-S的優(yōu)勢(shì)就不大明顯了。
