基于DVB的卫星宽带网络

1、最新资料推荐基于DVB的卫星宽带网络基于DVB的卫星宽带网络基于DVB的卫星宽带网络 随着Internet业务的迅速增长,商业网络逐渐向基于 TCP/IP因特网协议的分组交换型网络开展,如何利用卫星通信系统提供大容量数据传输日益受到人们的普遍关注.在上世纪 90 年代提出的 DVB Digital Video Broadcasting ,数字视频播送 标准提供了一套完整的适合于卫星、 电缆和地面等传输媒介的数字电视播送系统标准.它采用MPEG2-TS传输流小包作为数据容器,不但可传送压缩 的图像、 声音,还提供了对数据传输的良好支持, 可以在数字电 视播送信道上传输数据业务.利用基于DVB的卫

2、星宽带网络实现数据传输, 系统用户 端接收机价格较低, 且能够实现数据业务和电视业务集成, 相比其 它卫星数据传输系统更具有吸引力.目前,全球已经普遍采用DVB-S作为卫星数字视频播送标准.单向卫星播送系统早期的卫星DVB系统只支持DVB-S单向播送业务.如图1所示,整个系统由用户终端、地面主站和卫星组成, 为了支持用户请求等信息的传送,在用户和主站之间可以采用地面通信线路如 线路建立回传通路.主站中通过网关负责经过卫星链路的业务和来自用户反向链路数据的选路, 并完成数据链路限制、数据封装、 信道分配等功能.IP 分组经网关封装后,经过加扰、 复用以及调制, 发送到卫星信道.用户终端装置那么由

3、接收天线、机顶盒、PC机等组成,执行解调、解扰、解复用、IP分组重组及内部寻路等操作.系统协议栈见图2,上行链路采用PPP协议,下行 链路采用DVB多协议封装(MPE,由网关完成协议转换.如果传输层采用TCP用于可靠的数据传输,会遇到标准TCP协议在GEO卫星信道中的长肥管道 问题,为提升链路带宽利用率, 需要对TCP协议进行改良, 如窗口扩大、 选择性确认等.在从业务提供商到用户的前向链路,是采用多协议封装(MPE方式把IP 分组封装成一系列 MPEG2-TS小包.图3是传输层采用UDP的IP分组的封装过程.将IP数据报进行分段,拆分为不大于1008字节的数据单元,对IP数据报进行多协议封装

4、.根据MPE标准所示的数据报分段(Datagram-section )填充方 式完成MPE头12字节的填充.在此期间要从IP报头中提取目的IP地址,并将其映射为相 应的目的MAC地址.然后将IP数据报封装入MPE的有效载荷中,对整个MPE的 数据报分段(Datagram-section )进行CRC-32校验编码,并将校 最新资料推荐验结果附于MPE有效载荷之后.最后将MPE数据报分段(Datagram-section )封装为 188字节的MPEG-2 TS小包.MPEG-2 TS 小包由4字节的包头和184字节的有效载荷组成, 其中4字节的包头由同步字段、载荷开始指示字段、PID字段等8个

5、字段组成.PID 字段是标识TS小包性质的重要字段,TS小包有效载荷中 所传送的不同类型数据(视频、 音频、特定数据、系统信息等), 对应着不同的PID值.对于 MPEG-2 TS的空余有效载荷用 0xFF进行填充 (Stuffing ).下一报文指针NMP( Next Message Pointer ) 用于指示新DVB-MP遨据报分段的开始位置.交互式卫星播送系统早期的DVB系统由于是单向播送方式,在操作性和通信质量等方面存在很大缺陷,因此,欧洲电信标准协会ETSI发布了交互信道标准,通过专用的双向交互信道, 可以构造基于GEO卫星的交互网络.图4是采用DVB-S播送信道和DVB-RCS交

6、互信道构成的 卫星交互网络系统结构图,系统由卫星(SAT、业务提供者(Feeder Station )、回传信道卫星终端(RCSTReturn Channel Satellite Terminal )以及网关站(GatewayStation )和网络限制中央(NCC 组成.在系统中, 从业务提供者到用户之间是一条单向的播送信 道,采用DVB-S标准,用于传输视频、 音频和数据.为了做到用户和业务提供者之间的信息交互,又在两者之间定义了一条双向的交互信道,从用户到业务提供者的为回传交互路径(Return Interaction Path ),用于发送请求给业务提供者、 应答 或传送数据；从业务提

7、供者到用户的为前向交互路径( Forward Interaction Path ),这条路径可以嵌入到播送信道中, 在一些简 单系统中也可以省去这条信道,直接采用播送信道发送数据到用户.前向交互路径采用DVB-S标准,其协议栈见图5 (a).对于IP分组,采用DVB多协议封装(MPE 进行分段, 然 后装入到MPEG2-T泡中；对ATM那么采用数据管道(Data Piping ) 模式直接把ATM信元装入MPEG2-TS包中进行传输,可以省去额外 的开销.回传交互路径协议栈见图5 (b).ETSI的标准中,DVB-RCS信道可以采用两种 MF-TDMA突发形式：第一种基于 ATM和AAL5,

8、由Natm (1、2 或4 ) 个53 字 节的ATM信元组成；第二种基于DVB和多协议封装MPE 此时一 个业务突发可包含1或2N个MPEG2-TS分组(188字节长),N的 取值可以从1到12.对于RCST终端,有A和B两种类型可以使用最新资料推荐其中,A类型只支持IP业务；B类型作为可选标准,可同时支持ATM业务和IP 业务.回传路径多址接入采用多频时分多址 (MF-TDMA方式,载 波频率和分配带宽都可以灵活适应多变的多媒体传输要求,而且时隙和突发速率都可以根据网控中央的要求来改变.DVB-RCS 一个回传载波速率一般在64kb/s2Mb/s之间,根据 需要可以用多个载波进行组合,以提

9、升回传速度.MF-TDMA 又可以分为固定时隙 MF-TDM所口动态时隙MF-TDMA 选).对于作为可选方式的动态时隙 MF-TDM林说,RCST在连续突 发之间可以改变传输速率和编码速率,这样就能够更加高效的适应多媒体业务速率变化特性,增加灵活性.回传路径中时隙的分配有如下五种方式：(1)恒定速率分配(CRA Continuous Rate Assignment);(2)基于速率的动态分配 (RBDC Rate Based Dynamic Capacity );(3) 基于通信量的动态分配( VBDC Volume Based DynamicCapacity ) ;(4) 绝对的基于通信量

10、的动态分配(AVBDCAbsolute Volume Based Dynamic Capacity );(5) 自 由分配(FCA Free Capacity Assignment ).物理层中的信息数据和 MAC层数据封装成突发,进行扰码 和纠错编码,再进行QPSK调制.在RCS中,有两种纠错码可以采用：Turbo 码或级联码.综合播送交互系统(旧IS )上面提到的两种卫星传输标准DVB-S和DVB-RCS都是应用于没有任何星上再生水平的透明卫 星环境中.而综合播送交互系统 (Integrated Broadcast Interaction System, IBIS )那么是把这两种标准集成

11、到一个具有星上处理和星上 交换功能的的多波束卫星系统中, 在任意两个波束之间可以进行全 交叉连接.在旧IS 系统中(协议栈见图6 ),上行链路兼容DVB-RCSfe准 (EN301 790), 允许用户使用标准的 RCST站, 节 省了终端方面的费用.个人用户和播送者可以通过卫星的任意上行波束覆盖,采用MF-TDM先式接入卫星.而下行链路那么完 全兼容 DVB-S标准(EN 300 421),基于 MPEG2-TSt输包.为了防止星上协议转换和再封装, 旧IS上行链路采用 MPEG2-T甜装.IBIS最主要的特性是通过上行链路和下行链路之间的全交叉连接, 可以实现把任意上行波束数据转发到任一

12、下行波束中.这需要卫星对收到的上行 DVB-RCS数据进行解调、解码及分接最新资料推荐以进行交换,再重新把数据复用到相应的DVB-S格式的下行链路数 据流中.星上交换和复用根据动态的复用表进行,每一条下行链路都有一个复用表.通过再生信令信道,允许星上分组级快速电路交换对该复用表进行重新快速配置.系统信令信道(如图7所示)采用星形结构,主要用于登录、同步以及资源请求.卫星通过信令信道进行快速配置和公共星上处理(OBP管理,业务提供者和用户也可用它来和限制中央(NCC联系.集中的资源治理和对称的用户结构,使旧IS系统非常适合于构造单跳的、信令采用星形拓扑的网状网络.相比透明卫星的DVB-RCS I

13、BIS系统在源和目的站点之间传输实 时业务只需一跳, 大大减小了延时, 使VoIP、视频会议等实时业 务的QoS得到保证, 并且对带宽的需求也减少了一半.基于36MHz转发器,旧IS 系统上行频率可以最多分成 72个 载波, 每个的传输速率( Transmission Rate ) 为1Rs ( 327. 8kSym/s),采用QPSK调制时信息速率为518. 4kb/s .系统支持五种传输速率,分别是1Rs、2Rs、4Rs、8Rs和16R&最大传输速率为5244kSym/s (信息速率为8294kb/s ).IBIS系统上行链路帧长69. 632ms时隙可按需分配, 最大限度地提升信道利用率.总结 DVB 标准不但提供对视频和音频的良好支持,还定义了完善的数据传输支持标准.但DVB-S只提供单向数据播送,用户的请求和反应等信息只能 通过另外的渠道如地面通信网 PSTN等传给业务提供者,后来 ETSI 发布了双向的回传信道标准 DVB-RCS 可以构建交互式的卫星通信 网络.但是DVB-S和DVB-RCS都是为透