DVB-S2

DVB-S2 (Digital Video Broadcasting — Satellite — Second Generation) — это стандарт цифровой спутниковой передачи данных второго поколения, разработанный международным консорциумом DVB Project. Он является эволюционным развитием стандарта DVB-S и предназначен для эффективной передачи телевизионных программ, радиовещания, а также широкополосных данных (включая доступ в Интернет) через спутниковые каналы связи. DVB-S2 был принят в качестве европейского стандарта ETSI EN 302 307 в 2005 году и на сегодняшний день является доминирующим стандартом для спутникового телевидения высокой чёткости (HDTV) и ультравысокой чёткости (UHDTV), а также для профессиональных спутниковых каналов передачи данных.

История разработки

Разработка DVB-S2 была начата консорциумом DVB в 2003 году в ответ на растущую потребность в более эффективном использовании спутникового ресурса. К тому времени стандарт DVB-S, принятый в 1994 году, уже не отвечал современным требованиям по скорости передачи данных и помехоустойчивости, особенно в условиях распространения телевидения высокой чёткости. Основной целью было создание системы, обеспечивающей прирост пропускной способности на 30–35 % по сравнению с DVB-S при той же полосе частот и мощности передатчика.

В 2005 году стандарт был официально утверждён Европейским институтом телекоммуникационных стандартов (ETSI). В 2009 году была выпущена спецификация DVB-S2X (Extension), которая стала расширением базового стандарта, добавив более высокие порядки модуляции и более мелкие шаги кодовых скоростей для ещё большей эффективности в профессиональных и фидерных линиях.

Технические особенности

Модуляция и кодирование

Ключевым отличием DVB-S2 от предшественника является использование более совершенных схем модуляции и помехоустойчивого кодирования. Стандарт DVB-S2 поддерживает четыре основных типа модуляции:

• QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) — 2 бита на символ. Обеспечивает наибольшую помехоустойчивость, используется в условиях слабого сигнала.
• 8PSK (8-Phase Shift Keying) — 3 бита на символ. Стандартный режим для большинства спутниковых телевизионных каналов.
• 16APSK (16 Amplitude and Phase Shift Keying) — 4 бита на символ. Применяется в профессиональных и фидерных линиях, а также в DVB-S2X.
• 32APSK (32 Amplitude and Phase Shift Keying) — 5 бит на символ. Используется только в расширении DVB-S2X для каналов с высоким отношением сигнал/шум.

Для коррекции ошибок используется каскадное кодирование на основе кодов Боуза — Чоудхури — Хоквингема (BCH) и низкоплотностных кодов с проверкой на чётность (LDPC). LDPC-коды обеспечивают высокую эффективность, приближающуюся к пределу Шеннона, что позволяет работать при очень низких значениях отношения сигнал/шум (до −2 дБ для QPSK).

Адаптивное кодирование и модуляция (ACM)

Одним из важнейших нововведений DVB-S2 является поддержка адаптивного кодирования и модуляции (ACM). В отличие от DVB-S, где параметры передачи фиксированы для всего канала, ACM позволяет динамически изменять схему модуляции и скорость кодирования для каждого абонента или потока данных в зависимости от текущих условий приёма (например, погодных условий, затухания сигнала в дождь). Это особенно актуально для услуг двустороннего спутникового интернета, где качество канала может сильно различаться у разных пользователей.

Переменное кодирование и модуляция (VCM)

Режим VCM (Variable Coding and Modulation) позволяет передавать в одном транспортном потоке несколько программ с разными параметрами модуляции и кодирования. Например, один телеканал может транслироваться в высоком качестве с 8PSK, а другой, менее важный, — в более помехоустойчивом QPSK. Это повышает гибкость использования спутникового ресурса.

Структура кадра

DVB-S2 использует структуру физического уровня (PLFRAME), которая состоит из заголовка (PLHEADER) и полезной нагрузки. Заголовок содержит информацию о типе модуляции, кодовой скорости и длине кадра. Полезная нагрузка может быть либо нормальной (64800 бит), либо короткой (16200 бит). Короткие кадры используются для уменьшения задержки при передаче чувствительного к задержкам трафика (например, голосовой связи).

DVB-S2X

Стандарт DVB-S2X (S2 Extension) был утверждён в 2014 году и является обратно совместимым с DVB-S2. Он добавляет:

• Более высокие порядки модуляции: 64APSK, 128APSK, 256APSK (до 8 бит на символ).
• Более мелкие шаги кодовых скоростей: от 1/4 до 135/180 (для DVB-S2 — от 1/4 до 9/10).
• Дополнительные режимы фильтрации: с коэффициентом скругления (roll-off) 0.05, 0.10, 0.15 и 0.20 (в DVB-S2 — 0.20, 0.25, 0.35).
• Улучшенную синхронизацию и новые режимы для узкополосных каналов.

DVB-S2X в основном применяется в профессиональных и фидерных линиях, а также для передачи данных в формате Ultra HD (4K и 8K). В массовом спутниковом телевидении DVB-S2X используется реже из-за более высоких требований к приёмному оборудованию.

Применение

Спутниковое телевидение

DVB-S2 является основным стандартом для передачи цифровых телевизионных каналов в форматах стандартной чёткости (SD), высокой чёткости (HD) и ультравысокой чёткости (UHD) через спутники связи. Большинство современных спутниковых телевизионных операторов, включая российских (например, «Триколор ТВ», «НТВ-Плюс», «Орион Экспресс»), используют DVB-S2 для трансляции своих пакетов. Переход на DVB-S2 позволил операторам значительно увеличить количество каналов в одном транспондере или повысить их качество.

Спутниковый интернет

DVB-S2 широко используется в системах двустороннего спутникового доступа в Интернет, особенно в регионах, где отсутствует наземная инфраструктура (например, в сельской местности, в Арктике, на морских судах). Технология ACM позволяет эффективно использовать спутниковый ресурс при переменных погодных условиях. Примеры таких систем: VSAT-терминалы, спутниковые системы связи «Экспресс-АМ», «Ямал».

Профессиональные каналы связи

DVB-S2 применяется для организации фидерных линий (связь между наземной станцией и спутником), для передачи данных между телевизионными студиями, для организации каналов связи в удалённых районах, а также в военных и правительственных системах связи.

Оборудование

Для приёма сигнала DVB-S2 необходимо спутниковое оборудование, поддерживающее этот стандарт. Современные спутниковые ресиверы (тюнеры) и телевизоры со встроенным спутниковым тюнером (DVB-S2) способны принимать как DVB-S, так и DVB-S2. Для приёма DVB-S2X требуется более новое оборудование, часто с поддержкой более высоких порядков модуляции.

Спутниковые конвертеры (LNB) и антенны для DVB-S2 не отличаются от используемых для DVB-S, однако для приёма сигналов с 16APSK и выше могут потребоваться более качественные и стабильные конвертеры.

Статус в России

В России стандарт DVB-S2 является основным для спутникового телевидения. Операторы «Триколор ТВ» и «НТВ-Плюс» активно используют DVB-S2 для трансляции каналов в формате HD и UHD. В 2010-х годах был осуществлён массовый переход абонентов на оборудование, поддерживающее DVB-S2, что позволило расширить пакеты каналов и улучшить качество изображения. DVB-S2 также используется в государственных и ведомственных системах спутниковой связи, в том числе в интересах Министерства обороны и МЧС России.

Сравнение с DVB-S

Перспективы

Несмотря на развитие наземных технологий (IPTV, OTT), DVB-S2 и его расширение DVB-S2X остаются востребованными для спутникового вещания, особенно в регионах с неразвитой инфраструктурой. В перспективе ожидается внедрение стандарта DVB-S3, который должен обеспечить ещё более высокую спектральную эффективность и поддержку новых услуг, включая передачу данных в формате 8K и интеграцию с 5G.

Источники

• ETSI EN 302 307-1: Digital Video Broadcasting (DVB); Second generation framing structure, channel coding and modulation systems for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and other broadband satellite applications (DVB-S2).
• ETSI EN 302 307-2: Digital Video Broadcasting (DVB); Second generation framing structure, channel coding and modulation systems for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and other broadband satellite applications (DVB-S2X).
• DVB Project. DVB-S2 Fact Sheet.
• ITU-R Recommendation BO.1787: Digital satellite broadcasting system with flexible configuration.
• «Спутниковое телевидение: стандарты и технологии» — учебное пособие, МТУСИ, 2018.