Mejoras en DVB-S.2

En términos de servicios de transmisión (BS), DVB-S2 proporciona servicios DTH (difusión directa por satélite) teniendo en cuenta los requisitos de los sistemas de antena terrestre y los sistemas de televisión por cable. Desde la perspectiva de la compatibilidad con el pasado, hay dos modos para elegir, a saber, NBC-BS (no admite compatibilidad con versiones anteriores) y BC-BS (admite compatibilidad con versiones anteriores). Dado que actualmente se utilizan una gran cantidad de receptores DVB-S, el modo de compatibilidad con versiones anteriores cumplirá los requisitos para un uso compatible dentro de un cierto período de tiempo en el futuro. En este modo, el antiguo receptor DVB-S puede seguir recibiendo el programa original, mientras que el nuevo receptor puede recibir más información que el anterior. Cuando los receptores DVB-S se eliminen progresivamente en el futuro, los transmisores de señales que utilicen el modo compatible se cambiarán al modo incompatible para utilizar plenamente las ventajas de transmisión de canales de DVB-S.2

Además de los servicios de transmisión, DVB -S.2 También admite servicios interactivos (incluido el acceso a Internet), recopilación de noticias digitales, distribución/retransmisión de datos y otros servicios profesionales. En los servicios interactivos, el canal de retorno utiliza diferentes modos inversos DVB, como DVB-RCS, DVB-RCP y DVB-RCC. La innovación más importante de DVB-S2 es el método de codificación de canales, que incluye codificación y modulación con corrección de errores. La codificación y modulación con corrección de errores se utilizan para encontrar la mejor manera de transmitir información en las condiciones reales del canal. La teoría de codificación de Shannon proporciona la capacidad del canal que se puede lograr mediante el esquema de codificación óptimo, pero no proporciona un esquema de codificación específico ni describe la complejidad de la implementación. Por lo tanto, la investigación sobre codificación y modulación se centra en seleccionar esquemas de transmisión y recepción bajo condiciones de plena utilización de los recursos de transmisión (es decir, ancho de banda, potencia y complejidad) para acercarse al límite dado por Shannon. La cascada de codificación de corrección de errores de DVB-S.2 utiliza LDPC (código de verificación de paridad de baja densidad) y código BCH, y la modulación utiliza varios métodos de modulación de alto orden en lugar de QPSK.

DVB-S2 considera plenamente los requisitos de la diversidad empresarial en su diseño y tiene buena adaptabilidad. Por ejemplo, DVB-S.2 admite 1/4, 1/3, 2/5, 1/2, 3/5, 2/3, 3/4, 4/5, 5/6, 8/9, 9 /65438. En la conformación del espectro, el coeficiente de caída del coseno elevado α se puede seleccionar entre 0,35, 0,25 y 0,2, en lugar del 0,35 fijo de DVB-S. Naturalmente, cuanto menor α, mayor será la tasa de utilización del espectro.

Un nuevo esquema de modulación de codificación 8 PSK amp LDPC está muy cerca del límite de Shannon, y se puede obtener una recepción QEF (casi libre de errores) cuando está a 0,7 ~ 1 dB del límite teórico de Shannon ( El estándar QEF de DVB-S2 es: cuando el decodificador recibe un programa de TV de un solo canal de 5 Mbps, produce menos de un error incorregible cada hora, lo que equivale aproximadamente a la transmisión TS por (1) LDPC. -BCH

Siete empresas, incluidas Hughes, Philip y stmicroelectronics, compitieron por la codificación de corrección de errores DVB-S2, formando cuatro soluciones candidatas: código Turbo paralelo, código Turbo serie, código de producto Turbo y LDPC. A mediados y finales de la década de 1990, muchas empresas invirtieron en el desarrollo de chips basados ​​​​en el código Turbo, pero el desarrollo del código LDPC es bastante legendario. Gallager del MIT propuso por primera vez el LDPC. tesis en 1962. La inmadurez de los circuitos integrados (circuitos integrados a escala) fue archivada y gradualmente olvidada debido a su insuperable complejidad.

A finales de la década de 1990, inspirado por el éxito de los códigos Turbo, se redescubrió el valor de la tecnología LDPC y se convirtió en uno de los temas candentes en el campo de la codificación actual.

El código LDPC es un código de bloque lineal con una matriz de verificación dispersa (una pequeña cantidad de unos en la matriz de verificación) y tiene excelentes características para acercarse al límite de Shannon. Dado que la matriz de verificación es escasa, la complejidad de decodificación solo está relacionada linealmente con la longitud del código, la complejidad de codificación y decodificación es moderada y aún se puede decodificar de manera efectiva en condiciones de longitud de código larga. En la actualidad, esta tecnología ha recibido amplia atención a nivel internacional y se utilizará ampliamente en el campo de las comunicaciones en el futuro, especialmente en campos con entornos de canales deficientes, como las comunicaciones móviles y las comunicaciones por satélite. Ha habido informes de investigación sobre el uso de códigos LDPC en sistemas de comunicaciones móviles de cuarta generación.

(2) Modulación

Otra innovación importante de DVB-S.2 es el método de modulación. En comparación con el método de modulación QPSK único utilizado por DVB-S, DVB-S.2 tiene más opciones, a saber, QPSK, 8PSK, 16APSK y 32APSK. Para servicios de transmisión, QPSK y 8PSK son configuraciones estándar, mientras que 16APSK y 32APSK son opcionales. Los cuatro vienen de serie para servicios interactivos, recopilación de noticias digitales y otros servicios profesionales.

APSK es otro método de modulación de amplitud y fase. En comparación con la constelación cuadrada tradicional QAM (como 16QAM, 64QAM), su distribución diverge desde el centro hacia el exterior a lo largo del radio, por lo que también se la llama estrella QAM. En comparación con QAM, APSK es fácil de implementar con modulación de velocidad variable, por lo que es muy adecuado para la transmisión en capas según los requisitos del canal y del negocio. Por supuesto, 16APSK y 32APSK son métodos de modulación de orden superior que pueden lograr una mayor utilización del espectro. La constelación de 16APSK se muestra en la Figura 2.

El uso de modulación de alto orden en los canales de satélite supone evidentemente un avance tecnológico en la recepción antiruido. La investigación realizada por el grupo especial DVB-S2 muestra que se puede obtener un mejor rendimiento de transmisión utilizando una combinación de codificación y modulación de LDPC y 8PSK, pero la combinación de 8PSK y el método de codificación de corrección de errores original no es ideal en la prueba del índice de tasa de error de bits. .

Figura 2

Según la información proporcionada por Hughes, la combinación de codificación de LDPC 8PSK está a solo 0,6 ~ 0,8 db del límite de Shannon, que es mucho mejor que el existente. RS: el código convolucional de 4 dB también es 0,3 dB más fuerte que otros candidatos basados ​​en código Turbo. (VCM) y codificación y modulación adaptativa (ACM).

El uso de VCM y ACM es otra mejora significativa de DVB-S2. En aplicaciones interactivas de igual a igual, como unidifusión IP y acceso a Internet, la funcionalidad de modulación de codificación variable (VCM) permite el uso de diferentes métodos de modulación y corrección de errores, que se pueden cambiar cuadro por cuadro. Al utilizar la tecnología VCM, diferentes tipos de servicios (como SDTV, HDTV, audio, multimedia, etc.) pueden elegir diferentes niveles de protección contra errores para la transmisión jerárquica, por lo que la eficiencia de la transmisión mejora considerablemente.

VCM combinado con el canal de retorno también puede implementar modulación de codificación adaptativa (ACM), que puede optimizar los parámetros de transmisión según las condiciones de ruta de cada usuario.

ACM puede proporcionar una protección de canal más precisa y adaptabilidad de conexión dinámica para terminales receptores específicos en función de condiciones de propagación específicas. La ventaja sobresaliente de ACM es que puede utilizar eficazmente el desperdicio de energía de 4 ~ 8 dB causado por el llamado "margen de cielo despejado". En la aplicación satelital inicial, para cumplir con el efecto de transmisión de QEF, debe haber una cierta redundancia de energía. Normalmente, la redundancia se calcula en función de la atenuación máxima de la lluvia dentro del área de cobertura. Obviamente, esta redundancia es innecesaria para la mayoría de las áreas, e incluso las áreas con mayor atenuación por lluvia sufrirán un desperdicio innecesario de energía cuando hace buen tiempo. En los servicios de unidifusión IP, ACM puede ajustar los parámetros de transmisión en cualquier momento de acuerdo con los cambios en la ubicación de recepción, de modo que pueda ajustar con precisión el cálculo de la redundancia de energía, aumentando así el rendimiento promedio del satélite de 2 a 3 veces y reduciendo los costos del servicio. Todas las mejoras en DVB-S2 se logran a través de tecnología que no es compatible con DVB-S, pero dada la gran cantidad de receptores DVB-S todavía en uso en la industria, también proporciona compatibilidad con versiones anteriores a través de un modo de configuración opcional.

Al utilizar el modo de compatibilidad con versiones anteriores, los receptores DVB-S originales pueden recibir algunas señales DVB-S2.

La esencia del modo de compatibilidad con versiones anteriores es transmitir dos transmisiones TS en un canal satelital, a saber, una transmisión TS HP (alta prioridad) y una transmisión TS LP (baja prioridad). Cada transmisión TS utiliza una codificación de corrección de errores diferente. Los métodos se utilizan para localizar bits en el diagrama de constelación a través de un método de mapeo especial. El equipo de demodulación existente en el extremo receptor puede separar los dos flujos TS. Las transmisiones HP son compatibles con receptores DVB-S, es decir, los receptores DVB-S pueden decodificar señales de transmisión HP TS en DVB-S2, mientras que las transmisiones LP solo pueden ser recibidas por receptores DVB-S2.

Figura 3

El proceso de codificación de canal en modo de compatibilidad con versiones anteriores se muestra en la Figura 3. El núcleo para lograr la compatibilidad es el uso de una estructura de mapeo de constelación 8PSK distribuida de manera no uniforme (Figura 4 ). En la Figura 4, los puntos de la constelación de 8PSK no están igualmente distribuidos en la circunferencia como de costumbre, sino que están dispersos alrededor de los cuatro puntos de la constelación de QPSK en un ángulo de θ. La selección adecuada del valor theta es clave para la compatibilidad. Cuanto menor sea el valor de θ, mayor será la salida del demodulador QPSK y mejor será el efecto de recepción del receptor DVB-S. Sin embargo, el rendimiento antirruido del receptor DVB-S.2 se reducirá, afectando a la recepción normal. Por lo tanto, la selección del valor de θ debe considerarse después de sopesar dos situaciones diferentes.

Figura 4 DVB-S y DVB-DSNG tienen regulaciones estrictas sobre el formato de la fuente, es decir, el flujo MPEG TS, mientras que DVB-S2 es mucho más flexible y admite varios formatos de entrada de datos. mejora enormemente su escalabilidad.

DVB-S2 admite formatos de codificación de fuente multiformato, incluidos MPEG-2, MPEG-4, MPEG-4AVC (H.264) y WM9, así como varios formatos, incluidos IP y ATM. . Como último logro de la codificación de canales y codificación de fuentes actuales, la combinación de DVB-S2 y MPEG-4AVC (H.264) ha atraído la atención de la industria. Se puede decir que la combinación de fuerzas poderosas tendrá un mejor rendimiento.