Всегда в Сети Понедельник, 18.12.2017, 06:05
Приветствую Вас Гость | RSS
Меню сайта

DVB-S2  в подробностях
 
В марте 2005 года был опубликован стандарт SAT вещания, именуемый DVB-S2, который явился модификацией ранее существовавшего стандарта DVB-DSNG, предусматривающего максимально возможную совместимость с системой цифрового спутникового вещания DVB-S. Для придания большей универсальности применения и повышения эффективности при работе по каналам с достаточным энергетическим запасом, в технические нормы на системы первичного распределения добавлены опции режимов передачи, основанные на модуляции типа 8 PSK и 16 QAM.
 
DVB-S2 призван покрыть недостатки как стандарта DVB-S (низкие скорости потоков за счет формата модуляции QPSK), так и стандарта DVB-DSNG (работа SAT передатчиков при пониженных выходных мощностях в силу требования обеспечения более низких искажений).
 
Необходимость в пересмотре имеющихся стандартов была обусловлена несколькими причинами.
     Важнейшим фактором создания нового стандарта DVB-S2 стали планы массового запуска HDTV и как следствие, необходимость в разработке форматов канального кодирования, более эффективно использующих имеющиеся частотные ресурсы.
     Вторая причина появления стандарта DVB-S2 обязана неудовлетворительной работе имеющихся приемных систем Ka-диапазона.
Качество приема в этом диапазоне очень сильно зависит от погодных условий, в первую очередь, от дождя. Поэтому для трансляций в этом диапазоне часто требуется более высокая помехозащищенность, чем в С- и KU-диапазонах.
     Третья причина появления стандарта DVB-S2 – появление интерактивных SAT сетей с адресными услугами. Такие сети требуют большого транспортного ресурса и оптимизировать его использование можно, адаптировав параметры каждого адресного потока к условиям приема конкретного адресата. Старые стандарты таких возможностей не предоставляют.
     Кроме того, стандарт DVB-S2 должен был обеспечить совместимость с прежними стандартами и пути плавной миграции от старого оборудования к новому.
 
Первые два требования удалось выполнить за счет введения в стандарт более разнообразных схем модуляции, использования более эффективных систем защитного кодирования и введения дополнительных коэффициентов скругления, обеспечивающих более крутые фронты модулированного сигнала.
Гибкость формирования канала была достигнута теми же методами, что и эффективность использования спектра методами, а также за счет введения режимов VCM (Variable Coding and Modulation) и АСМ (Adaptive Coding and Modulation).
Первый режим допускает разный уровень помехозащищенности услуг, передаваемый в одном канале, а второй - дополнительную возможность адаптации транспортных параметров к текущим условиям приема услуги.
Режим АСМ предназначен для сетей с обратным каналом, где приемные системы имеют возможность переправлять на головную станцию информацию об условиях приема.

DVB-S2 предусматривает четыре возможности схемы модуляции. Первые две, QPSK и 8 PSK, предназначены для использования в вещательных сетях. Передатчики транспондеров работают там в режиме, близкому к насыщению, что не позволяет модулировать несущую по амплитуде. Более скоростные схемы модуляции, 16 APSK и 32 APSK, ориентированы на профессиональные сети, где часто используются более слабые наземные передатчики, не вводящие бортовые ретрансляторы в нелинейный режим работы, а на приемной стороне устанавливаются профессиональные конвертеры (LNВ), позволяющие с высокой точностью оценить фазу принимаемого сигнала.
Эти схемы модуляции можно использовать и в системах вещания, но в этом случае каналообразующее оборудование должно поддерживать сложные варианты предыскажений, а на приемной стороне должен быть обеспечен более высокий уровень отношения сигнал/шум.
 
Символы внутри констелляционного поля APSK модулированного сигнала размещены по окружностям. Такой вариант является наиболее помехоустойчивым в плане передачи амплитуды символа и позволяет использовать ретрансляторы в режимах, близких к точке насыщения.
Обратим внимание на то, что, по сравнению с QPSK, верхняя схема модуляции, 32 APSK, позволяет повысить общую скорость потока в 2,5 раза.
Одновременно с введением более высоких уровней модуляции стандарт DVB-S2 предусматривает возможность применения двух дополнительных коэффициентов скругления alpho (α). К используемому в DVB-S α = 0,35, в новом стандарте добавлены коэффициенты α = 0,20 и α = 0,25. Более низкие значения коэффициентов обеспечивают большую крутизну импульсов, что позволяет использовать спектр более эффективно. С другой стороны, снижение "a" способствует повышению нелинейных искажений, что особенно сказывается при передаче одной несущей на транспондер. Поэтому конкретное значение коэффициента выбирается с учетом всех параметров передачи.

Для защиты от помех в стандарте DVB-S2, используется перемежение данных и наложение двухуровневого кода для прямой коррекции (Forward Error Correction - FEC). Но системы внешней и внутренней кодозащиты – другие, чем в стандарте DVB-S. В качестве внешней кодозащиты в место кода Рида-Соломона используется код Боуза-Чоудхури-Хоквингема (BCH), а в качестве внутренней, вместо сверточного кода, - код с низкой плотностью проверок на четность (Low Density Parity Check Codes – LDPC).
Для дополнительного снижения частоты ошибки используется внешний уровень кодозащиты ВСН, работающий при малой плотности ошибок. В большинстве режимов код позволяет исправлять до 12 ошибок, но в некоторых – до 8 или до 10 ошибок.
Стандарты DVB-S и DVB-DSNG жестко ориентированы на передачу транспортного потока MPEG-2 TS. Структура транспортного кадра DVB-S2 не привязана к определенному формату. Она позволяет передавать как транспортные пакеты MPEG-2, так и произвольные потоки с непрерывной или пакетной структурой.
DVB-S2 предусматривает двухуровневое пакетирование потока, введенное для решения проблемы с синхронизацией приемной системы в условиях работы с низким уровнем отношения сигнал/шум.

Режимы с совместимостью вниз в основном предназначены для сетей вещания и более всего – для операторов, предоставляющих субсидии на покупку абонентских приемников. Они могут использовать эти режимы на время смены парка приемников, а затем переключиться на более эффективные, несовместимые режимы.
Стандарт DVB-S2 допускает два таких режима. В первом производится одновременная передача сигналов стандартов DVB-S и DVB-S2, асинхронно комбинируемых в одном частотном канале. Во втором сигнал DVB-S2 накладывается на сигнал DVB-S с помощью иерархической модуляции. То есть поток DVB-S выступает в качестве сигнала верхнего приоритета, а поток DVB-S2 – в качестве сигнала нижнего приоритета.  Сигнал DVB-S2 передается с помощью модуляции 8 PSK с неоднородной структурой констелляционного созвездия. Две точки созвездия, размещенные в каждом квадранте, отображают один символ сигнала с верхним приоритетом. Наложение сигнала DVB-S2 осуществляется сдвигом символов в констелляционном поле по окружности на угол ±θ. Такой сигнал может передаваться ретранслятором, работающим в режиме, близкому к насыщению.
Совместимые вниз режимы не позволяют полностью использовать потенциал нового стандарта DVB-S2 и довольно сложны в реализации. Поэтому, скорее всего, они не получили широкого распространения.

В зависимости от выбранного режима помехоустойчивого кодирования и схемы модуляции, уровень сигнал/шум, позволяющий принять сигнал на приемной стороне, колеблется от -2,4 dB (при модуляции QPSK и FEC с относительной скоростью 1/4) до +16 dB (32 APSK и FEC 9/10). Эти значения справедливы для гауссовского канала и идеального демодулятора. Они были получены методом компьютерного моделирования. При условии допустимости BER на уровне 10Е-7 энергетика сигнала превышает предел Шеннона всего на 0,7 – 1,2 dB.

По сравнению с DVB-S, стандарт DVB-S2 обеспечивает повышение скорости передачи полезной информации на 20-35% или при той же эффективности использования спектра дает запас по уровню сигнала в 2-2,5 dB.

Выигрыш в эффективности передачи оказывается еще более значительным при использовании режима АСМ, предназначенного для интерактивных адресных приложений, таких как передача IP unicast. Этот режим позволяет исключить запас по энергетике в 4-8 dB, закладываемый в спутниковые сигналы для неблагоприятных условий приема, что дает возможность удвоить или утроить пропускную способность транспондера. Режим АСМ наиболее эффективен применительно к трансляциям Кα-диапазона, а также для тропических зон приема.

В АСМ режиме формат помехоустойчивого кодирования и схема модуляции могут меняться от кадра к кадру. В условиях повышенного затухания сигнала услуга может поддерживаться за счет снижения скорости передачи полезной информации с одновременным повышением избыточности помехозащитного кода и/или перехода к более помехоустойчивой схеме модуляции. Качество принимаемого сигнала оценивается параметром C/N + I.
Каждая приемная система измеряет величину этого параметра и по реверсному каналу отправляет результат к АСМ шлюзу в результате чего устойчивоть канала возрастает в разы...
 

Реализация функции АСМ на примере оборудования HughesNet.


Рассмотрим работу АСМ на примере оборудования HughesNet, которое позволяет очень быстро изменять формат модуляции при использовании новых свойств стандарта DVB-S2. Спутниковый модем HN7000S\HN9200 VSAT терминала непрерывно (то есть каждые несколько миллисекунд) определяет качество приема и параметры затухания для данной конкретной станции; далее данная информация по обратному каналу в качестве служебной передается на HUB, где анализируется. При достижении коэффициента затухания определенной величины, критичной для качества и надежности связи, ХАБ изменяет (уменьшает) в демодуляторе модуляцию и/или кодирование сигнала так, чтобы восстановить требуемый запас по энергетике. Комбинация нового шлюза-инкапсулятора и модулятора DVB-S2 разрешает принимать данные со сверхнизким BER на модемах земных станций и давать инструкции модулятору, какая модуляция и FEC используются в потоке данных.

Для оценки качества канала в зависимости от погоды или для подстройки канала под погодные условия используется параметр MODCOD комплексный системный параметр, учитывающий ЭИИМ ИСЗ, добротность антенны VSAT, размер антенны, зону покрытия ИСЗ, а также погодные условия в месте приема сигнала прямого канала, ретранслируемого через ИСЗ. При вычислении используется стандартная расчетная модель для спутниковых каналов связи с заданным коэффициентом доступности и готовности VSAT. MODCOD определяет, какая модуляция и FEC будут использоваться при передаче информации на конкретный VSAT-терминал.

В режиме работы АСМ параметр MODCOD изменяется динамически для каждого VSAT от одного кадра FEC к следующему, и его значение оказывается достаточно близким к идеальному, возможному для сети VSAT в данном регионе (т.н. агрегированная эффективность полосы пропускания). Это же относится к максимально достижимому в данных условиях коэффициенту готовности VSAT (это расчетный коэффициент простоя данного VSAT в часах в отношении к годовой наработке в часах без учета плановых регламентных работ на сети или по данному VSAT. Определяется в процентах или абсолютном значении. Лучший коэффициент готовности равен 100% или 1 (единице). Типовой 0.987). Таким образом, спектральная эффективность сети оказывается близкой к идеальной, для модуляции 8PSK при высоких FEC, близкой к 3 бит/Гц.


Реализация АСМ для различных MODCOD.

В системе, реализованной Hughes, управляющий алгоритм АСМ настолько быстр, что может поддерживать одновременно до 15 различных MODCOD в сети VSAT. Вся информация о назначенных MODCOD передается на VSAT на нижнем доступном MODCOD (например, QPSK, FEC ½) с наибольшим запасом по отношению «сигнал/шум» для уверенности в том, что все VSAT в сети примут данный управляющий сигнал. Информация пересылается только при изменении условий приема, согласно структуре протокола АСМ в составе пакета отсылается 8 байт сообщения и 8 байт подтверждения/изменения.

При возможности текущей обработки параметров сигнала и динамического изменения типа модуляции спутниковая связь может надежно работать с минимальной предельной полосой прямого канала, обеспечивая максимальную эффективность при наибольшей возможной скорости данных в прямом канале. Судить о реальной скорости прямого канала можно по наиболее часто встречающемуся MODCOD по статистике системы. Отсюда можно вывести и средневзвешенную скорость прямого канала в каждый, отдельно взятый интервал времени -- день, неделя, месяц, год.

Таким образом, АСМ позволяет Оператору VSAT-сети забыть о возможности плохой погоды, дождях и ливнях. Сеть изначально настраивается на максимальную пропускную способность в данном регионе (режим "чистого неба" -- clear sky) . Так как дожди, особенно сильные кратковременны, Оператор получает максимальную работоспособность сети в 80..90% всего времени.


Резюмируя, перечислим очевидные выгоды от применения DVB-S2 и АСМ в сети VSAT :

Повышенная готовность VSAT и увеличенная географическая зона предоставления услуг.

Способность поддерживать большее количество VSAT-терминалов в прямом канале, увеличивая эффективность статистического мультиплексирования в сети.

Использование ресурса менее зависимо от точности расчета сети при ограниченном наборе параметров расчета и большем объеме предположений.

Автоматическая адаптация к изменениям в географическом распределении VSAT и региональным погодным условиям в течение жизненного цикла сети.

Более высокая надежность и устойчивость канала.



Форма входа

Поиск

Технологии

Copyright MyCorp © 2017Бесплатный хостинг uCoz