星地高速数传使用DVB-S2技术分析

     卫星通信工作在微波频段，其频率范围为1GHz~40GHz。按照频段，可划分：L、S、C、X、Ku、K、Ka。不同的频段对应的用途也不同，其中K频段由于处于大气吸收损耗影响最大的频率窗口，不适合于卫星通信。因此，常用的卫星通信频段为：L、S、C、X、Ku、Ka，对应的频率范围如下：

L和S频段用于卫星移动通信，即我们电视上常见的手持卫星电话。

C频段频率相对较低，因此信号覆盖大，受天气影响小，常用于政企等单位的专网通信和跨国专线以及电视台的内容分发等用途。

X频段是受管制频段，通常用于政府和军方部门，不能用于民用商业用途。

Ku频段频率相对较高，容易受天线影响而造成信号波动，但其信号强度相比C频段的高，因此地面接收天线的口径也小得多，通常可以小至直径0.35米，很适合于卫星电视直播到户用途。

Ka频段是近年来兴起投入使用的，由于C和Ku频段已近饱和，无法承载更多的业务，因此开始寻找更高频的Ka频段。频段越高，其带宽资源越多，能支持的业务容量也越多。近年来随着卫星上网需求的激增，人们开始将目光投向更高频的Ka频段。尽管相比Ku频段更易受天气影响，但其更大的工作带宽，更高的信号强度、更小的天线口径，更具有开发价值。

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   卫星业务的频段分配是在国际电信联盟ITU的管理下进行的。ITU将全球划分为3个区域（我国属3区），在这些区域内，频带被分配给各种卫星业务，但同一种给定的业务在不同的区域可能使用不同的频段。卫星提供的一些业务总体可分为：

1、卫星固定业务FSS

2、卫星广播业务BSS（主要指直播到户。有时称为直播卫星DBS业务，在欧美称为直播到户DTH业务。如我“中星9号”直播卫星便是提供此业务。）

3、卫星移动业务（陆、海、空）

4、卫星导航业务

5、卫星气象业务等

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     目前卫星业务最常用的频段是C（4-8GHz）和Ku（12-18GHz）频段，Ka（27-40GHz）频段是后起之秀。C频段用于卫星固定业务，通常6/4GHz表示为上下行频率；Ku频段用于卫星固定业务及直播卫星业务，最常使用12-14GHz（14/12GHz）。

Ka频段由于雨衰比Ku频段更大，对器件和工艺的要求更高，一直发展缓慢。随着C和Ku频段的卫星轨位资源日趋枯竭，频率带宽日趋紧张受限，特别是硬件制造水平的提高，近十年来Ka频段的发展迅猛。

C频段使用比较早，频率低，增益也低,天线口径较大(通常1.8米以上)。虽然相对其它频段遭受地面微波等干扰的几率大些，但其雨衰远小于Ku频段，更远远小于Ka频段。更适于对通信质量有严格要求的业务,比如电视、广播等。

暴雨情况下，C频段最大雨衰一般在1dB左右，即信号功率衰减不会超过1.5倍，而Ku频段则会超过100倍以上，信号会被暴雨衰减殆尽，如下图。

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黑色暴雨（降雨量超过每小时70毫米）时及之前对比

Ku频段频率高、增益也高，天线尺寸较小，便于安装，从而可有效地降低接收成本，方便个体接收。相对来说受地面干扰影响小，因此特别适合做动中通、静中通等移动应急通信业务、卫星新闻采集SNG及DTH业务（如收我中星9号电视节目，使用0.35米的天线就能正常收视）。

Ka频段的特点类似于Ku频段，雨衰更大，但可用频段带宽也更大，可为高速卫星通信、千兆比特级宽带数字传输、高清晰度电视(HDTV)、卫星新闻采集(SNG)、VSAT业务、直接到户(DTH)业务及个人卫星通信等新业务提供一种崭新的手段。

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C和Ku频段卫星一般最大容量为4Gbps，而2011年10月发射的美国ViaSat-l高容量宽带通信卫星，总容量超过140 Gbps，使得卫星通信容量得以数十倍甚至百倍以上的增加。

Ka频段的主要缺点就是雨衰较大，但其增益高，可通过适当增加天线口径来适量消弱这种影响。

美卫星通信的优先发展领域，主要包括四个方面：增长、开放商用标准的采用、系统可用性，以及简化。（以开放获得发展动力，降低成本，实现商业化）。美卫星通信的创新趋势，主要包括数字中频、频分复用（FDMA）单路单载波（SCPC）调制解调器的进步，以及地理分散的战略射频入口点。

美卫星通信带来了新的挑战——主要包括对开放商业标准的理解与实践，市场规模（仅仅美国防部卫星通信市场可能远远不够，而是全球的通信覆盖，已经通信商业化）。

美卫星通信确认并开发必要的卫星与地面资源分配与控制方法，系统工程的优化，以及在所有链路上实现大规模地理分散所需的地面网络容量。美国鼓励卫星通信供应商按照商业利益最大化路线采用开放商业标准，实现优化开发，解决各种优先问题。

2014年，欧洲DVB组织正式发布了最新一代DVB卫星电视广播标准DVB-S2X。相比DVB-S2，DVB-S2X具有更高频谱效率、更大接入速率、更好移动性能、更强健的服务能力提供、更小成本。

DVB-S2X的背景

   2005年，DVB第二代数字卫星电视广播标准DVB-S2标准被发布[1]，最新版为2013年3月发布的第1.3.1版[2]。目前已成为全球应用最广泛的下一代卫星电视广播标准[3]。从2005年~2014年之间，数字卫星电视广播行业发生了很大的变化，主要包括：

   （1）需求变化

   包括：UHDTV（Ultra-High Definition TV，超高清电视）的卫星直播到户、基于电视广播卫星的“电视无处不在”、基于电视广播卫星的高速IP数据接入、提供基于电视广播卫星的多/全业务服务以增加收入、在VSAT（Very Small Aperture Terminal，甚小口径终端）应用场景中增加用户数目以获得更多收益，同时以更高的服务等级协议来大幅提高用户体验。

   （2）外部竞争形式的变化

   引起上述的需求变化的原因，一方面是卫星电视广播运营商自身的自然演进，一方面是由于外部竞争形式的变化——主要来自于地面的有线数据网络的大发展——越来越多的人认为地面的高速有线数据网络迟早会取代卫星通信，另一方面是一些诸如NS3的非标准化的专有技术在频谱效率上较大程度地（30%~60%）超过了DVB-S2[4]。

   在上述背景下，卫星电视广播技术就需要与时俱进，进行升级，在更高频谱效率、更大接入速率、更好移动性能、更强健的服务能力提供、更小成本这5方面取得新的突破[5]。为此，卫星电视广播行业一边发展高容量卫星，一边发展新一代数字卫星电视广播标准DVB-S2X。

   2012年，由Newtec牵头，DVB卫星电视行业的运营商、设备制造商、卫星专家等成员单位及成员（主要分布于欧洲、美国、远东地区[6]）开始着手研究DVB-S2X标准并加强相关产品的互通性[3]、[5]。

   具体工作由DVB的TM-S2（DVB-S2技术组）及CM-BSS（卫星电视广播及宽带业务商务组）开展，目标是在DVB-S2的基础上再次较大幅度地提高频谱效率，并增加诸如可联网的无人驾驶智能汽车等应用场景及发展Ka频段卫星、宽带转发器等新的高容量卫星技术[7]、[8]、[9]。DVB-S2X在此前被业界成为DVB-S3（DVB第三代数字卫星电视广播标准）[10]。

   2014年2月27日，在DVB指导委员会第76次大会上，DVB-S2X标准被正式批准[6]。2014年3月4日，欧洲DVB组织正式以A83-2号文件的形式发布了DVB-S2X技术规范[9]。

   DVB-S2X不能与DVB-S2后向兼容[9]，因此也可说成是DVB第三代数字卫星电视广播标准。

   采用DVB-S2X后，卫星直播到户业务的频谱效率可提高20%~30%[6]，某些专业应用的频谱效率甚至可提高50%[6]（准确的数值为51%[5]），超过了NS3等专有技术[5]。DVB-S2X标准正式发布之后，预计市场上将会很快出现用HEVC编码的UHDTV卫星直播到户（通过Ku或Ka频段）的芯片及设备[6]、[9]、[11]、[12]。2014年3月的DVB全球大会也将就DVB-S2X的应用部署进行探讨[13]，

2014年3月的全球卫星应用大会也将探讨DVB-S2X的应用前景