一、DVB-S2X概述
2014年3月4日，歐洲DVB組織正式發(fā)布了DVB-S2X技術規(guī)范，文件名A83-2號。DVB-S2X標準是當年2月27日在DVB指導委員會第76次大會上被批準的。因為DVB-S2X不能與DVB-S2后向兼容，所以該標準可以說是DVB第三代數(shù)字衛(wèi)星電視廣播標準（DVB-S?DVB-S2?DVB-S2X）。相比DVB-S2，DVB-S2X具有更高頻譜效率、更大接入速率、更好移動性能、更強健的服務能力提供、更小成本。
采用DVB-S2X標準后，衛(wèi)星直播到戶業(yè)務的頻譜效率可提高20%~30%，某些專業(yè)應用的頻譜效率甚至可提高51%，超過了NS3等專有技術。DVB-S2X標準正式發(fā)布之后，預計市場上將會很快出現(xiàn)用HEVC編碼的UHDTV（Ultra-High Definition TV，超高清電視）衛(wèi)星直播到戶（通過Ku或Ka頻段）的芯片及設備。DVB-S2X采用了超幀結構及面向交互式寬帶業(yè)務的高級抗干擾技術，具體實現(xiàn)時，Newtec還采用了帶寬抵消技術（可節(jié)約33%的轉發(fā)器容量）及跨層優(yōu)化技術（在衛(wèi)星調制器里也進行加速、壓縮、帶寬管理、IP整形，從而可在無線微波鏈路條件發(fā)生變化時自動進行參數(shù)優(yōu)化，保證了服務質量）。
DVB-S2X技術規(guī)范采用了DVB-GSE/GSE-Lite里的相關協(xié)議，從而加速了在未來提供全IP服務的步伐，尤其適合于為家庭用戶提供電視廣播及寬帶融合型服務。DVB-S2X可提供的其他服務包括：IP傳輸中繼、IP/電信骨干傳輸網、電視直播畫面回傳、移動基站回傳、專業(yè)IP接入、政務高速通信、衛(wèi)星應急通信、多業(yè)務服務提供型網絡。產品方面，比如已有Newtec 6000系列衛(wèi)星調制解調器與集線器，TeamCast也推出了DVB-S2X相關產品。DVB認為，DVB-S2X應用前景廣闊。
二、DVB-S2X的技術創(chuàng)新
1、更小的滾降系數(shù)
滾降系數(shù)是信號占用帶寬及頻譜利用率的決定因素之一。DVB-S2系統(tǒng)所采用的滾降系數(shù)分別有0.35、0.25、0.20，而DVB-S2X系統(tǒng)所采用的滾降系數(shù)分別降為0.15、0.10、0.05，所以從如圖1所示的頻譜看來，DVB-S2X信號要比DVB-S2信號陡峭。由于DVB-S2X的滾降系數(shù)更小，加之DVB-S2X還采用了高級濾波技術，使得DVB-S2X系統(tǒng)的頻譜效率相對于DVB-S2系統(tǒng)的提高幅度可達15%。
圖1 DVB-S2X與DVB-S2頻譜的比較
但有試驗表明，如果每個DVB-S2X網絡或鏈路均采用0.05的滾降系數(shù)，則需要進行逐一調試，而且不容易獲得最佳頻譜效率的效果，在某些情況下，把滾降系數(shù)設置成0.10時，頻譜效率更好。
2、高級濾波技術在一個衛(wèi)星電視物理頻道信號頻譜的左右兩邊存在旁瓣，若濾波做得越好，則旁瓣所占的頻譜寬度就越小，各個物理頻道之間的頻譜間隔就可以越小而且不會相互間產生干擾，從而可提高頻譜利用率。
如圖2所示，DVB-S2X系統(tǒng)采用了高級濾波技術，將頻譜左右兩邊的旁瓣濾除，節(jié)約了一個頻道所占用的實際物理帶寬，各相鄰物理頻道間的間隔可以小到符號率的1.05倍（在某些特定的應用場景下，該數(shù)值還可以更小）。加之DVB-S2X系統(tǒng)的滾降系數(shù)更小，使得DVB-S2X系統(tǒng)的頻譜效率相對于DVB-S2系統(tǒng)的提高幅度可達15%。
圖2 DVB-S2X采用高級濾波技術后的效果
另外，即使DVB-S2X系統(tǒng)的滾降系數(shù)為0.35、0.25、0.20，采用高級濾波技術也能獲得比DVB-S2更好的濾波效果。現(xiàn)場試驗表明，當衛(wèi)星地球站的高功率放大器在接近飽和點處工作時，采用高級濾波技術的濾波效果更好，所余旁瓣更小。
3、更小的MODCOD粒度DVB-S2的MODCOD（modulation and coding，調制與編碼）分辨力粒度為28，而DVB-S2X的MODCOD分辨力粒度為112，從而，DVB-S2X可實現(xiàn)所有應用場景下的最佳調制，衛(wèi)星電視廣播運營商就可以更好地根據(jù)應用/服務的類型來優(yōu)化衛(wèi)星鏈路（MODCOD由系統(tǒng)自動地選擇）。
另外，DVB-S2X相比于DVB-S2，F(xiàn)EC（Forward Error Correction，前向糾錯）也有較大改進。加之采用更小粒度的MODCOD與ACM（Adaptive Coding and Modulation，自適應編碼與調制。Newtec面向DVB-S2X推出的FlexACM解決方案，為了更好地實現(xiàn)ACM功能，還加入了噪聲及失真預估技術），如圖3所示，DVB-S2X相比于DVB-S2的頻譜效率提高了51%，更接近香農極限。
圖3 與DVB-S2相比，DVB-S2X的頻譜效率更接近香農極限
4、更靈活的網絡應用配置
DVB-S2X所采用的更陡頻譜滾降與高級濾波技術可使其支持更靈活的衛(wèi)星網絡應用配置。總的來說，DVB-S2X的衛(wèi)星鏈路應用場景包括：單載波（此時僅采用更陡頻譜滾降）、多載波（此時采用更陡頻譜滾降與高級濾波技術）、與其他衛(wèi)星電視運營商（可能采用DVB-S、DVB-S2、DVB-S2X等標準）共用同一個轉發(fā)器（此時采用更陡頻譜滾降與高級濾波技術）。在最后一種應用場景中，如圖4所示，由于DVB-S2X載波采用了更陡頻譜滾降與高級濾波技術，與在同一轉發(fā)器內的其他相鄰載波能以頻分的形式共存而不會產生相互干擾。
圖4 DVB-S2X載波與其他載波共同承載于同一個轉發(fā)器內
5、更高階的調制
衛(wèi)星電視廣播是通過非線性信道進行的，所以常采用包絡恒定的PSK（Phase Shift Keying，相移鍵控）調制方式，另外，PSK也可以方便地實現(xiàn)變速率調制。DVB-S2就采用了4 APSK、8 APSK、16 APSK、32 APSK這4種PSK調制方式。而DVB-S2X則采用了更高階數(shù)的PSK調制——最高可達256 APSK。因此，DVB-S2X比DVB-S2更容易對衛(wèi)星轉發(fā)器的非線性進行補償、頻譜利用率更高。另外，星載天線可以做得更大，衛(wèi)星的轉發(fā)功率可以得到提高，這對于實現(xiàn)Ka頻段的點波束區(qū)域廣播具有重大意義。
由于可以采用更高階的調制方式，加之采用了更小粒度的MODCOD與FEC，如上文圖3所示，DVB-S2X相比于DVB-S2的頻譜效率提高了51%，更接近香農極限。
6、分別考慮了線性MODCOD與非線性MODCODDVB-S2的MODCOD僅聚焦于衛(wèi)星直播到戶，所以其星座就很適合于準飽和轉發(fā)器的分發(fā)應用。而與之不同的是，DVB-S2X技術規(guī)范里面則分為線性MODCOD與非線性MODCOD，聚焦于高速數(shù)據(jù)應用及分發(fā)應用，增益可提高0.2dB。另外，雖然線性MODCOD與非線性MODCOD可能會使用相同的代碼/名稱，但兩者之間卻是不可互換的。
7、WBT單載波技術衛(wèi)星廣播傳統(tǒng)的處理方式為把一個寬帶轉發(fā)器的帶寬劃分成多個小信道，并用相應數(shù)量的多個載波去調制，這種方式容易降低轉發(fā)器的下行功率，從而不能獲得最優(yōu)的效率。
而如圖5所示，DVB-S2X技術規(guī)范支持采用WBT（Wide Band Transponders，寬帶轉發(fā)器）單載波技術，WBT單載波技術可減小轉發(fā)器的功率回退從而最大限度地利用好整個轉發(fā)器的容量，目前已開始用于衛(wèi)星的高速數(shù)據(jù)鏈路。DVB-S2X里的WBT的帶寬一般為從72MHz（典型的C波段轉發(fā)器帶寬值）到幾百MHz（Ka波段高容量衛(wèi)星的轉發(fā)器帶寬值。帶寬為250MHz~500MHz）。DVB-S2X接收機里的解調器直接接收解調整個轉發(fā)器寬度（72MHz、250MHz~500MHz）內的信號，從而獲得非常高的數(shù)據(jù)率。
圖5 WBT多載波與WBT單載波的比較
但是，WBT單載波技術的應用也面臨諸如接收機濾波、對超高速率數(shù)據(jù)的解碼、FEC解碼等技術難題，為此，DVB TM-S2就研發(fā)了基于時間分片的“虛擬載波”技術來予以解決，如圖6所示，頻譜占據(jù)整個轉發(fā)器的單載波被若干個時間分片劃分成了相對應的相同個數(shù)的虛擬載波（物理幀），接收機只對其所需的虛擬載波進行接收及后續(xù)處理，從而大大減小了接收機的實現(xiàn)復雜度。
圖6 降低WBT單載波實現(xiàn)復雜度的“虛擬載波”技術
由于采用了WBT單載波技術，DVB-S2X的頻譜效率比DVB-S2的提高了約20%。另外，Newtec面向DVB-S2X推出的Equalink預失真技術，可在采用WBT單載波技術時帶來2dB增益，從而可以采用64/128/256 APSK高階調制方式，可將處于飽和狀態(tài)下的非線性轉發(fā)器的頻譜效率提高10%左右。
8、面向移動應用的VLSNR技術DVB-S2X的一個應用場景是陸地、海洋、航空里的低速及高速移動環(huán)境。為保證在這些環(huán)境中以更小的接收天線來更穩(wěn)定地使用DVB-S2X鏈路所提供的服務，DVB-S2X采用了VLSNR（Very Low Signal-to-Noise Ratio，極低信噪比）技術，在BPSK與QPSK調制中增加了9個額外的MODCOD。
DVB-S2X技術規(guī)范中，BPSK的MODCOD采用了頻譜擴展技術，信號的功率/頻譜被擴展到很寬的頻帶，頻譜密度得以降低，抗外部干擾能力得以提高，陸地、海洋、航空里的低速及高速移動接收器就可以使用更小的接收天線并獲得更高的信噪比。另外，整個衛(wèi)星鏈路的可用性及安全性能也得到提高。
VLSNR MODCOD幀加入了一個擴展的物理層首部，提高了糾錯能力，可把SNR數(shù)值降低至-10dB。
9、重新定義的擾碼序列
目前，衛(wèi)星電視直播到戶的業(yè)務類型越來越多（電視直播、富媒體業(yè)務、數(shù)據(jù)接入等），加之點波束高容量衛(wèi)星逐漸開始應用到這個市場，CCI（Co -Channel Interference，同信道干擾）現(xiàn)象變得越來越顯著。為此，DVB-S2X技術規(guī)范采用了相關的技術來更好地區(qū)分各相鄰業(yè)務，從而消除CCI。
該技術之所以能區(qū)分各業(yè)務、消除CCI，是由于DVB-S2X在物理層新增了擾碼序列。DVB-S2的物理層僅有一個缺省代碼——0#擾碼序列，而DVB-S2X則新定義了6個代碼，當DVB-S2X接收機接收到加擾的信號后，會先使用缺省代碼，然后再使用新定義的代碼來對信號進行解擾操作。
10、信道綁定/轉發(fā)器綁定技術
目前，衛(wèi)星電視直播到戶業(yè)務發(fā)展得如火如荼，下一個相關的藍海業(yè)務是超高清電視的衛(wèi)星直播到戶。然而，當采用相同信源編碼方式（如H.264/MPEG-AVC）時，超高清衛(wèi)星直播電視的碼率（40Mbit/s）是高清衛(wèi)星直播電視碼率（10Mbit/s）的4倍，即使采用更先進的編碼方式H.265/MPEG-HEVC，超高清衛(wèi)星直播電視的碼率也高達20Mbit/s。
一個36MHz寬度的衛(wèi)星轉發(fā)器的總容量為60Mbit/s，因此：（1）可同時傳輸6套由H.264/MPEG-AVC編碼的高清電視節(jié)目（60Mbit/s÷10Mbit/s/套=6套），如果采用統(tǒng)計復用方式，可獲得20%的容量增益，從而可同時傳輸7套由H.264/MPEG-AVC編碼的高清電視節(jié)目（60Mbit/s×1.2÷10Mbit/s/套≈7套）；（2）僅可同時傳輸3套由H.265/MPEG-HEVC編碼的高清電視節(jié)目（60Mbit/s÷20Mbit/s/套=3套），如果采用統(tǒng)計復用方式，只可獲得12%的容量增益，但仍只能同時傳輸3套由H.264/MPEG-AVC編碼的高清電視節(jié)目（60Mbit/s×1.12÷20Mbit/s/套≈3套），而且還白白浪費了12%的帶寬容量。
為此，DVB-S2X技術規(guī)范采用了信道綁定技術來提高統(tǒng)計復用的頻譜利用效率，而且主要的應用目的是提高超高清衛(wèi)星電視直播的信道容量/頻譜利用率。又由于DVB-S2X采用了上文所述的WBT單載波技術，所以，這種信道綁定又可以被稱為“轉發(fā)器綁定”。此時，幾個被綁定的轉發(fā)器的容量全部融合在了一起，并被同時下行與接收。可以計算一下：如果綁定了3個轉發(fā)器且進行統(tǒng)計復用，則其容量增益可達（180+60×0.12×3）/180=12%，從而就可以額外地多傳輸（180×0.12）/20≈1套超高清電視節(jié)目。DVB-S2X所能綁定的轉發(fā)器可達到3個。