DVB-S2X — теория и практика
В конце 2014 года на рынок вышел новый стандарт, а точнее, расширение существующего спутникового стандарта цифрового вещания DVB-S2X. На фоне оптимистичных заявлений об увеличении скорости передачи в канале от 20% до 50% также прозвучала информация об отсутствии обратной совместимости с приемниками стандарта DVB-S2, что потребует обновления оборудования при переходе на новый стандарт. Так стоит ли операторам готовиться к кардинальной замене оборудования и какие реальные преимущества и перспективы предоставляет DVB-S2X?
Стандарт DVB-S2X по сути является расширением стандарта DVB-S2 и добавляет в него дополнительные технологические возможности и функции. DVB-S2X был официально выпущен как ETSI EN 302 307, часть вторая, первой частью которого является DVB-S2. Уже тот факт, что новый стандарт назван расширением существующего, говорит о том, что коренных изменений в его спецификацию не вносилось, а были добавлены лишь новые опции и улучшения.
Почему такое большое внимание уделяется даже не слишком значительным изменениям в стандартах вещания? Дело в том, что спутниковый канал вещания очень дорог в эксплуатации. Стоимость аренды одного транспондера составляет от нескольких сотен тысяч до миллионов евро в год. За эти деньги оператор получает спутниковый канал с заданной полосой частот и зоной покрытия. Пример зоны покрытия показан на рисунке 1. На нем концентрическими контурами обозначены зоны с различной плотностью потока мощности. В пределах каждого контура существует минимальный размер антенны, который совместно с выбранным форматом модуляции определяет возможность приема сервисов оператора. Естественно, что оператор заинтересован максимально эффективно использовать все возможности спутникового канала.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВО ГЛАВЕ УГЛА
При организации эксплуатации транспондера оператору приходится решать сложную задачу выбора параметров вещания. Использование высоких форматов модуляции позволяет увеличивать битрейт в канале, то есть распределять больше программ в стволе, но одновременно сужает зону обслуживания и требует от абонентов установки антенн большего размера, что уменьшает потенциальное число пользователей. Использование низких форматов с высокой помехозащитой расширяет зону охвата, требует антенны меньшего размера, но уменьшает доступное количество сервисов для трансляции в канале. В дополнение к этому нужно учитывать плотность населения в зонах обслуживания, наличие ветров, погоду и законодательные ограничения. Поэтому выбор оптимального формата модуляции становится для оператора сложной маркетинговой задачей.
Для того чтобы оценить внесенные изменения, давайте взглянем на рисунок 2, на котором продемонстрировано сравнение спектральной эффективности новой (DVB-S2X) и старой (DVB-S2) версий стандарта. На этом рисунке параметр «спектральная эффективность» использован для удобства сравнения их эффективности, так как этот параметр не зависит от полосы транспондера. При этом его легко конвертировать в пропускную способность канала, просто умножив на полосу транспондера.
Серым пунктиром обозначена теоретическая предельно достижимая эффективность в соответствии стеоремой Шеннона. Эффективность выше этого значения никакая модуляционная схема обеспечить не сможет.
Рисунок условно разбит на три зоны: первая зона — сверхнизких отношений сигнал/шум, вторая — нормальных отношений сигнал/шум, зона 3 — высоких отношений сигнал/шум.
Для массового DTH-вещания в спутниковой индустрии используется область второй зоны. Именно на работу в ней и была ориентирована старая версия стандарта — DVB-S2.
Из рисунка видно, что DVB-S2 и DVB-S2X в этой зоне довольно близки по эффективности. Но из графиков следует, что новая версия предоставляет оператору больше возможностей для точного выбора формата модуляции (более тонкая подстройка).
Из других особенностей DVB-S2X стоит упомянуть возможность использования RO (roll off) фактора 5% и 10%, в дополнение к 20%, 25% и 35%, используемым в DVB-S2. Чем меньше этот параметр, тем ближе форма спектра сигнала к прямоугольной, что позволяет более полно использовать весь доступный спектр спутникового транспондера. Этим, а также улучшенной коррекцией ошибок, объясняется немного более высокая эффективность DVB-S2X в верхней части второй зоны.
Еще одним способом увеличения эффективности использования полосы транспондера является применение статистического мультиплексирования. Суть способа состоит в том, что при одновременной трансляции большого числа сервисов в канале транспондера битрейт между ними динамически перераспределяется, что позволяет увеличить число транслируемых в транспондере программ на 20—30%. Однако при переходе на UHD-вещание в канале транспондера умещается всего два-три сервиса и этот способ не работает. Новый стандарт позволяет объединять в единый виртуальный канал до трех стандартных транспондеров и осуществлять статистическое мультиплексирование UHD-сервисов в рамках этого виртуального канала. Кроме того, сервисы могут разделять битрейт между разными транспондерами из группы.
ПЕРСПЕКТИВЫ И ВОЗМОЖНОСТИ
Учитывая, что практически все новые спутниковые DVB-приемники, выпущенные после 2014 года, поддерживают как DVB-S2, так и DVB-S2X, при создании новых спутниковых сетей практически безальтернативно использование нового стандарта. Однако уже существующим спутниковым операторам новый стандарт не предоставляет настолько существенных преимуществ, чтобы сподвигнуть их перейти на него и заменить все приемное оборудование у абонентов.
Зона 1 описывает возможности стандарта при сверхнизких отношениях сигнал/шум — от -3,5 дБ до -10 дБ. Такое низкое соотношение не позволяет эффективно использовать возможности спутникового канала для телевещания, поэтому в первоначальной версии стандарта отсутствовали модуляционные схемы для таких отношений сигнал/шум. Но времена меняются. Сегодня рассматриваются проекты, для которых приемлемы даже очень низкие потоки, если их можно получать на очень маленькую антенну или на движущихся объектах — самолетах, кораблях, автотранспорте. Например, мобильное спутниковое телевидение или мобильный спутниковый Интернет. Поэтому в новом стандарте добавлены модуляционные схемы, которые могут работать при таких низких отношениях сигнал/шум. Это потребовалось для специальных проектов, поддержка которых не предусматривалась в старом стандарте, поэтому сравнивать возможности версий стандартов в данном случае некорректно. Найдет ли практическое применение работа в этой области, покажет время. Но в любом случае, мы говорим о новых проектах, которые никак не повлияют на уже существующие.
Зона 3 описывает возможности стандарта при высоких отношениях сигнал/шум —выше 15 дБ. Такое соотношение можно получить только при использовании антенн большого диаметра — до нескольких метров, — которые отличаются высокой стоимостью и сложностью в настройке и эксплуатации. Поэтому такие антенны не применяются в системах DTH, а используются только как профессиональное оборудование. При таком высоком отношении сигнал/шум в соответствии с теоремой Шеннона можно обеспечить существенное повышение скорости передачи информации в канале. Однако существующий стандарт DVB-S2 был ориентирован на системы DTH и не имел в своем составе высоких модуляционных схем, которые необходимы для реализации потенциально достижимой пропускной способности для систем с высоким отношением сигнал/шум.
В новой версии стандарта такие модуляционные схемы добавлены, что и обеспечило повышение пропускной способности канала до 51%. Именно эту цифру любят анонсировать на презентациях DVB-S2X. Действует правило, что ложь — это «правда, чистая правда, но не вся правда». В реальности такое улучшение может быть достигнуто только в некоторых профессиональных областях применения, например для профессиональной спутниковой дистрибуции сигналов или организации спутниковых магистральных интернет-каналов, то есть в сегментах, на которые старый стандарт просто не был ориентирован.
ИТОГО
Новая спецификация стандарта DVB-S2X в области массового применения для DTH-систем имеет определенные преимущества, особенно для сервисов нового поколения (UHD, HEVC), что делает привлекательным его использование при реализации новых спутниковых проектов.
Вместе с тем эти преимущества недостаточны для того, чтобы стимулировать существующих операторов DTH-систем к переходу на новый стандарт, так как это потребует массовой замены парка приемного оборудования.
Добавление модуляционных схем для работы в области сверхнизких отношений сигнал/шум позволяет реализовывать новые классы спутниковых проектов: спутниковое мобильное телевидение, спутниковый мобильный Интернет, мобильные приложения и т. д. Насколько эти проекты будут экономически востребованы, покажет время.
Добавление улучшенных модуляционных схем для работы в области высоких отношений сигнал/шум с повышенным битрейтом позволит значительно повысить эффективность работы профессиональных систем дистрибуции телепрограмм. Учитывая ограниченное количество используемого приемного оборудования в таких системах и существенный выигрыш в пропускной способности каналов, можно ожидать быстрого внедрения формата DVB-S2X в такие системы.
