| 隨著Internet業(yè)務(wù)的迅速增長(zhǎng),商業(yè)網(wǎng)絡(luò)逐漸向基于TCP/IP因特網(wǎng)協(xié)議的分組交換型網(wǎng)絡(luò)發(fā)展,如何利用衛(wèi)星通信系統(tǒng)提供大容量數(shù)據(jù)傳輸日益受到人們的普遍關(guān)注。 在上世紀(jì)90年代提出的DVB(Digital Video Broadcasting,數(shù)字視頻廣播)標(biāo)準(zhǔn)提供了一套完整的適合于衛(wèi)星、電纜和地面等傳輸媒介的數(shù)字電視廣播系統(tǒng)規(guī)范。它采用MPEG2-TS傳輸流小包作為“數(shù)據(jù)容器”,不但可傳送壓縮的圖像、聲音,還提供了對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧己弥С?可以在數(shù)字電視廣播信道上傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。 利用基于DVB的衛(wèi)星寬帶網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸,系統(tǒng)用戶(hù)端接收機(jī)價(jià)格較低,且能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和電視業(yè)務(wù)集成,相比其它衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)更具有吸引力。目前,全球已經(jīng)普遍采用DVB-S作為衛(wèi)星數(shù)字視頻廣播標(biāo)準(zhǔn)。 單向衛(wèi)星廣播系統(tǒng) 早期的衛(wèi)星DVB系統(tǒng)只支持DVB-S單向廣播業(yè)務(wù)。如圖1所示,整個(gè)系統(tǒng)由用戶(hù)終端、地面主站和衛(wèi)星組成,為了支持用戶(hù)請(qǐng)求等信息的傳送,在用戶(hù)和主站之間可以采用地面通信線(xiàn)路(如電話(huà)線(xiàn)路)建立回傳通路。 主站中通過(guò)網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)經(jīng)過(guò)衛(wèi)星鏈路的業(yè)務(wù)和來(lái)自用戶(hù)反向鏈路數(shù)據(jù)的選路,并完成數(shù)據(jù)鏈路控制、數(shù)據(jù)封裝、信道分配等功能。IP分組經(jīng)網(wǎng)關(guān)封裝后,經(jīng)過(guò)加擾、復(fù)用以及調(diào)制,發(fā)送到衛(wèi)星信道。用戶(hù)終端裝置則由接收天線(xiàn)、機(jī)頂盒、PC機(jī)等組成,執(zhí)行解調(diào)、解擾、解復(fù)用、IP分組重組及內(nèi)部尋路等操作。  系統(tǒng)協(xié)議棧見(jiàn)圖2,上行鏈路采用PPP協(xié)議,下行鏈路采用DVB多協(xié)議封裝(MPE),由網(wǎng)關(guān)完成協(xié)議轉(zhuǎn)換。如果傳輸層采用TCP用于可靠的數(shù)據(jù)傳輸,會(huì)遇到標(biāo)準(zhǔn)TCP協(xié)議在GEO衛(wèi)星信道中的“長(zhǎng)肥管道”問(wèn)題,為提高鏈路帶寬利用率,需要對(duì)TCP協(xié)議進(jìn)行改進(jìn),如窗口擴(kuò)大、選擇性確認(rèn)等。 在從業(yè)務(wù)提供商到用戶(hù)的前向鏈路,是采用多協(xié)議封裝(MPE)方式把IP分組封裝成一系列MPEG2-TS小包。圖3是傳輸層采用UDP的IP分組的封裝過(guò)程。 將IP數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行分段,拆分為不大于1008字節(jié)的數(shù)據(jù)單元,對(duì)IP數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行多協(xié)議封裝。按照MPE規(guī)范所示的數(shù)據(jù)報(bào)分段(Datagram-section)填充方式完成MPE頭12字節(jié)的填充。在此期間要從IP報(bào)頭中提取目的IP地址,并將其映射為相應(yīng)的目的MAC地址。然后將IP數(shù)據(jù)報(bào)封裝入MPE的有效載荷中,對(duì)整個(gè)MPE的數(shù)據(jù)報(bào)分段(Datagram-section)進(jìn)行CRC-32校驗(yàn)編碼,并將校驗(yàn)結(jié)果附于MPE有效載荷之后。  最后將MPE數(shù)據(jù)報(bào)分段(Datagram-section)封裝為188字節(jié)的MPEG-2 TS小包。MPEG-2 TS小包由4字節(jié)的包頭和184字節(jié)的有效載荷組成,其中4字節(jié)的包頭由同步字段、載荷開(kāi)始指示字段、PID字段等8個(gè)字段組成。PID字段是標(biāo)識(shí)TS小包性質(zhì)的重要字段,TS小包有效載荷中所傳送的不同類(lèi)型數(shù)據(jù)(視頻、音頻、特定數(shù)據(jù)、系統(tǒng)信息等),對(duì)應(yīng)著不同的PID值。對(duì)于MPEG-2 TS的空余有效載荷用0xFF進(jìn)行填充(Stuffing)。下一報(bào)文指針NMP(Next Message Pointer)用于指示新DVB-MPE數(shù)據(jù)報(bào)分段的開(kāi)始位置。 交互式衛(wèi)星廣播系統(tǒng) 早期的DVB系統(tǒng)由于是單向廣播方式,在操作性和通信質(zhì)量等方面存在很大缺陷,因此,歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)ETSI發(fā)布了交互信道標(biāo)準(zhǔn),通過(guò)專(zhuān)用的雙向交互信道,可以構(gòu)造基于GEO衛(wèi)星的交互網(wǎng)絡(luò)。 圖4是采用DVB-S廣播信道和DVB-RCS交互信道構(gòu)成的衛(wèi)星交互網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,系統(tǒng)由衛(wèi)星(SAT)、業(yè)務(wù)提供者(Feeder Station)、回傳信道衛(wèi)星終端(RCST:Return Channel Satellite Terminal)以及網(wǎng)關(guān)站(Gateway Station)和網(wǎng)絡(luò)控制中心(NCC)組成。 在系統(tǒng)中,從業(yè)務(wù)提供者到用戶(hù)之間是一條單向的廣播信道,采用DVB-S標(biāo)準(zhǔn),用于傳輸視頻、音頻和數(shù)據(jù)。為了做到用戶(hù)和業(yè)務(wù)提供者之間的信息交互,又在兩者之間定義了一條雙向的交互信道,從用戶(hù)到業(yè)務(wù)提供者的為回傳交互路徑(Return Interaction Path),用于發(fā)送請(qǐng)求給業(yè)務(wù)提供者、應(yīng)答或傳送數(shù)據(jù);從業(yè)務(wù)提供者到用戶(hù)的為前向交互路徑(Forward Interaction Path),這條路徑可以嵌入到廣播信道中,在一些簡(jiǎn)單系統(tǒng)中也可以省去這條信道,直接采用廣播信道發(fā)送數(shù)據(jù)到用戶(hù)。  前向交互路徑采用DVB-S標(biāo)準(zhǔn),其協(xié)議棧見(jiàn)圖5(a)。對(duì)于IP分組,采用DVB多協(xié)議封裝(MPE)進(jìn)行分段,然后裝入到MPEG2-TS包中;對(duì)ATM則采用數(shù)據(jù)管道(Data Piping)模式直接把ATM信元裝入MPEG2-TS包中進(jìn)行傳輸,可以省去額外的開(kāi)銷(xiāo)。 回傳交互路徑協(xié)議棧見(jiàn)圖5(b)。ETSI的標(biāo)準(zhǔn)中,DVB-RCS信道可以采用兩種MF-TDMA突發(fā)形式:第一種基于A(yíng)TM和AAL5,由Natm(1、2或4)個(gè)53字節(jié)的ATM信元組成;第二種基于DVB和多協(xié)議封裝MPE,此時(shí)一個(gè)業(yè)務(wù)突發(fā)可包含1或2N個(gè)MPEG2-TS分組(188字節(jié)長(zhǎng)),N的取值可以從1到12。 對(duì)于RCST終端,有A和B兩種類(lèi)型可以使用。其中,A類(lèi)型只支持IP業(yè)務(wù);B類(lèi)型作為可選標(biāo)準(zhǔn),可同時(shí)支持ATM業(yè)務(wù)和IP業(yè)務(wù)。 回傳路徑多址接入采用多頻時(shí)分多址(MF-TDMA)方式,載波頻率和分配帶寬都可以靈活適應(yīng)多變的多媒體傳輸要求,而且時(shí)隙和突發(fā)速率都可以根據(jù)網(wǎng)控中心的要求來(lái)改變。DVB-RCS一個(gè)回傳載波速率一般在64kb/s～2Mb/s之間,根據(jù)需要可以用多個(gè)載波進(jìn)行組合,以提高回傳速度。MF-TDMA又可以分為固定時(shí)隙MF-TDMA和動(dòng)態(tài)時(shí)隙MF-TDMA(可選)。對(duì)于作為可選方式的動(dòng)態(tài)時(shí)隙MF-TDMA來(lái)說(shuō),RCST在連續(xù)突發(fā)之間可以改變傳輸速率和編碼速率,這樣就能夠更加高效的適應(yīng)多媒體業(yè)務(wù)速率變化特性,增加靈活性。 回傳路徑中時(shí)隙的分配有如下五種方式: (1)恒定速率分配(CRA,Continuous Rate Assignment); (2)基于速率的動(dòng)態(tài)分配(RBDC,Rate Based Dynamic Capacity); (3)基于通信量的動(dòng)態(tài)分配(VBDC,Volume Based Dynamic Capacity); (4)絕對(duì)的基于通信量的動(dòng)態(tài)分配(AVBDC,Absolute Volume Based Dynamic Capacity); (5)自由分配(FCA, Free Capacity Assignment)。 物理層中的信息數(shù)據(jù)和MAC層數(shù)據(jù)封裝成突發(fā),進(jìn)行擾碼和糾錯(cuò)編碼,再進(jìn)行QPSK調(diào)制。在RCS中,有兩種糾錯(cuò)碼可以采用:Turbo碼或級(jí)聯(lián)碼。 綜合廣播交互系統(tǒng)(IBIS) 上面提到的兩種衛(wèi)星傳輸標(biāo)準(zhǔn)DVB-S和DVB-RCS都是應(yīng)用于沒(méi)有任何星上再生能力的透明衛(wèi)星環(huán)境中。而綜合廣播交互系統(tǒng)(Integrated Broadcast Interaction System,IBIS)則是把這兩種標(biāo)準(zhǔn)集成到一個(gè)具有星上處理和星上交換功能的的多波束衛(wèi)星系統(tǒng)中,在任意兩個(gè)波束之間可以進(jìn)行全交叉連接。  在IBIS系統(tǒng)中(協(xié)議棧見(jiàn)圖6),上行鏈路兼容DVB-RCS標(biāo)準(zhǔn)(EN 301 790),允許用戶(hù)使用標(biāo)準(zhǔn)的RCST站,節(jié)省了終端方面的費(fèi)用。個(gè)人用戶(hù)和廣播者可以通過(guò)衛(wèi)星的任意上行波束覆蓋,采用MF-TDMA方式接入衛(wèi)星。而下行鏈路則完全兼容DVB-S標(biāo)準(zhǔn)(EN 300 421),基于MPEG2-TS傳輸包。為了避免星上協(xié)議轉(zhuǎn)換和再封裝,IBIS上行鏈路采用MPEG2-TS封裝。 IBIS最主要的特性是通過(guò)上行鏈路和下行鏈路之間的全交叉連接,可以實(shí)現(xiàn)把任意上行波束數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到任一下行波束中。這需要衛(wèi)星對(duì)收到的上行DVB-RCS數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)、解碼及分接以進(jìn)行交換,再重新把數(shù)據(jù)復(fù)用到相應(yīng)的DVB-S格式的下行鏈路數(shù)據(jù)流中。星上交換和復(fù)用按照動(dòng)態(tài)的復(fù)用表進(jìn)行,每一條下行鏈路都有一個(gè)復(fù)用表。通過(guò)再生信令信道,允許星上分組級(jí)快速電路交換對(duì)該復(fù)用表進(jìn)行重新快速配置。  系統(tǒng)信令信道(如圖7所示)采用星形結(jié)構(gòu),主要用于登錄、同步以及資源請(qǐng)求。衛(wèi)星通過(guò)信令信道進(jìn)行快速配置和公共星上處理 (OBP)管理,業(yè)務(wù)提供者和用戶(hù)也可用它來(lái)和控制中心(NCC)聯(lián)系。 集中的資源管理和對(duì)稱(chēng)的用戶(hù)結(jié)構(gòu),使IBIS系統(tǒng)非常適合于構(gòu)造單跳的、信令采用星形拓?fù)涞木W(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。相比透明衛(wèi)星的DVB-RCS,IBIS系統(tǒng)在源和目的站點(diǎn)之間傳輸實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)只需一跳,大大減小了延時(shí),使VoIP、視頻會(huì)議等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的QoS得到保證,并且對(duì)帶寬的需求也減少了一半。基于36MHz轉(zhuǎn)發(fā)器,IBIS系統(tǒng)上行頻率可以最多分成72個(gè)載波,每個(gè)的傳輸速率(Transmission Rate)為1Rs(327.8kSym/s),采用QPSK調(diào)制時(shí)信息速率為518.4kb/s。系統(tǒng)支持五種傳輸速率,分別是1Rs、2Rs、4Rs、8Rs和16Rs。最大傳輸速率為5244kSym/s(信息速率為8294kb/s)。IBIS系統(tǒng)上行鏈路幀長(zhǎng)69.632ms。時(shí)隙可按需分配,最大限度地提高信道利用率。 總結(jié) DVB標(biāo)準(zhǔn)不但提供對(duì)視頻和音頻的良好支持,還定義了完善的數(shù)據(jù)傳輸支持規(guī)范。但DVB-S只提供單向數(shù)據(jù)廣播,用戶(hù)的請(qǐng)求和反饋等信息只能通過(guò)另外的渠道如地面通信網(wǎng)PSTN等傳給業(yè)務(wù)提供者,后來(lái)ETSI發(fā)布了雙向的回傳信道標(biāo)準(zhǔn)DVB-RCS,可以構(gòu)建交互式的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)。但是DVB-S和DVB-RCS都是為透明衛(wèi)星定義的,而IBIS系統(tǒng)則把這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)融合進(jìn)一個(gè)多波束的帶星上處理和星上交換功能的再生型衛(wèi)星上。通過(guò)多波束和星上交換,實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)可以實(shí)現(xiàn)單跳傳輸,使時(shí)延大大縮短,也同時(shí)節(jié)省了帶寬需求。 近年來(lái),衛(wèi)星數(shù)字直播技術(shù)在國(guó)際上發(fā)展很決,DVB-S標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)被全球所廣泛采用。我國(guó)幅員遼闊,地形復(fù)雜,利用衛(wèi)星視頻廣播系統(tǒng)不但可以進(jìn)行電視廣播,還可構(gòu)造寬帶衛(wèi)星多媒體傳輸網(wǎng)絡(luò)。這些優(yōu)勢(shì)使DVB衛(wèi)星數(shù)字廣播系統(tǒng)有著極為廣闊的發(fā)展前景。 |
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