Το νέο πρότυπο DVB-S2X

To DVB-S2 είναι σήμερα το πιο διαδεδομένο και αποδεκτό πρότυπο δορυφορικών εκπομπών. Έχει μεγάλη διείσδυση στις αγορές της απευθείας δορυφορικής λήψης τηλεοπτικών καναλιών από το σπίτι, στην διανομή αθλητικών εκδηλώσεων και ειδησεογραφικών γεγονότων, σε λύσεις διανομής επαγγελματικού βίντεο, στο IP trucking και στο backhauling της κινητής τηλεφωνίας, σε λύσεις ευρυζωνικής…

To DVB-S2 είναι σήμερα το πιο διαδεδομένο και αποδεκτό πρότυπο δορυφορικών εκπομπών. Έχει μεγάλη διείσδυση στις αγορές της απευθείας δορυφορικής λήψης τηλεοπτικών καναλιών από το σπίτι, στην διανομή αθλητικών εκδηλώσεων και ειδησεογραφικών γεγονότων, σε λύσεις διανομής επαγγελματικού βίντεο, στο IP trucking και στο backhauling της κινητής τηλεφωνίας, σε λύσεις ευρυζωνικής μετάδοσης VSAT, καθώς και σε κυβερνητικά και αμυντικά δίκτυα επικοινωνιών μέσω δορυφόρου.

Η εμφάνιση νέων τεχνολογιών στον κόσμο της δορυφορικής μετάδοσης, όπως η τηλεόραση υπερυψηλής ευκρίνειας UHDTV, το νέο πρότυπο κωδικοποίησης βίντεο HEVC, οι δορυφόροι υψηλής χωρητικότητας (HTS), επιταχύνουν την αύξηση των ταχυτήτων μετάδοσης των δεδομένων, ενώ οι χρήστες απαιτούν να έχουν παντού και πάντα σταθερή σύνδεση. Οι απαιτήσεις εφαρμογών όπως το IP Trunking, φέρνουν το DVB-S2 στα όρια της απόδοσης του, και έτσι υπάρχει ο κίνδυνος επικράτησης ιδιόκτητων και κλειστών τεχνολογιών διαμόρφωσης, με υψηλότερη απόδοση. Η επικράτηση ιδιόκτητων προτύπων θα διασπάσει την δορυφορική βιομηχανία, θα αυξήσει το κόστος των επικοινωνιών, και θα αποτελέσει εμπόδιο στην διαλειτουργικότητα, ενώ θα έχει ως αποτέλεσμα την εξάρτηση από έναν κατασκευαστή.

Το νέο πρότυπο DVB-S2X, που υιοθετήθηκε επίσημα από τον οργανισμό του DVB την άνοιξη του 2014, ήρθε ως απάντηση στις απαιτήσεις αυτές και αποτελεί επέκταση του DVB-S2, προσφέροντας επιπρόσθετες τεχνολογίες και χαρακτηριστικά. Τo DVB-S2X προσφέρει βελτιωμένη απόδοση και χαρακτηριστικά σε βασικές εφαρμογές του DVB-S2, όπως η απευθείας λήψη δορυφορικών εκπομπών (DTH), το VSAT, το DSNG. Οι τεχνολογίες που έχουν ενσωματωθεί στο νέο πρότυπο DVB ενισχύουν έως και 20% το δορυφορικό link σε δίκτυα DTH, και έως 51% σε άλλες  εφαρμογές σε σύγκριση με το DVB-S2. Τα κέρδη αυτά ξεπερνούν ήδη τα αποτελέσματα των ιδιόκτητων συστημάτων που βρίσκονται σήμερα στην αγορά.

Οι καινοτομίες του DVB-S2X

Το διάδοχο πρότυπο του DVB-S2 αποτελεί ένα συνδυασμό καινοτόμων τεχνολογιών που βελτιώνουν την ολική απόδοση μέσω των δορυφορικών link. Οι τεχνολογίες αυτές είναι:

Μικρότερα roll-off: Tο DVB-S2X περιλαμβάνει ένα συνδυασμό μικρότερων roll-off (5%, 10%, 15%) και εισάγει αναπτυγμένες τεχνολογίες φιλτραρίσματος, που υποστηρίζουν την βέλτιστη απόσταση ανάμεσα στα φέροντα σήματα. Σε σύγκριση με το DVB-S2 το κέρδος της απόδοσης φτάνει έως 15%. Στο DVB-S2 τα roll-off της τάξεως του 20% και 25% είναι κοινά και αποτελούν αναπόσπαστο μέρος του διαμορφωμένου φέροντος. Η μείωση των roll-off στο 5%, 10% και 15% έχει ως αποτέλεσμα την άμεση αύξηση του bandwidth. Παρατηρώντας το φάσμα με την εφαρμογή μικρότερων roll-off βλέπουμε ότι η κλίση του φέροντος είναι πιο απότομη σε σύγκριση με το DVB-S2, αλλά χωράει χωρίς πρόβλημα στο διαθέσιμο εύρος ζώνης (εικόνα 2).

Αναπτυγμένες τεχνολογίες φιλτραρίσματος: Η δεύτερη καινοτομία του DVB-S2X έχει να κάνει με την αντιμετώπιση των επιπέδων θορύβου (πλευρικοί λοβοί), στις δύο πλευρές του φέροντος. Οι πλευρικοί λοβοί εμποδίζουν την τοποθέτηση των φερόντων πλησιέστερα το ένα με το άλλο. Η εφαρμογή τεχνολογιών προηγμένου φιλτραρίσματος έχει άμεσο αντίκτυπο στην εξοικονόμηση του bandwidth, καθώς η απόσταση ανάμεσα στα φέροντα μπορεί να φτάσει τις 1,05 φορές την τιμή του symbol rate τους, ή και ακόμα πλησιέστερα σε ορισμένες περιπτώσεις (εικόνα 3).

Υποστήριξη διάφορων μεθόδων διαμόρφωσης του δικτύου: Οι καινοτομίες των roll-off και του φιλτραρίσματος του νέου προτύπου μπορούν να εφαρμοστούν σε δορυφορικά link με ένα φέρον, με πολλαπλά φέροντα, ή σε φέροντα που μοιράζονται τον ίδιο transponder με άλλους παρόχους. Στην τελευταία περίπτωση το DVB-S2X μπορεί να συνυπάρχει εύκολα με γειτονικά φέροντα από άλλους παρόχους μέσα στον ίδιο transponder. Τα βελτιωμένα roll-off και οι τεχνολογίες φιλτραρίσματος εφαρμόζονται μόνο στα διαθέσιμα φέροντα. Τα γειτονικά φέροντα δεν επηρεάζονται και ούτε παρατηρούνται παρεμβολές σε αυτά (εικόνα 4).

Αύξηση των διαβαθμίσεων των MODCOD και των επιλογών διαμόρφωσης έως 256APSK: Στο επόμενο στάδιο το DVB-S2X αυξάνει τις επιλογές διαμόρφωσης και κωδικοποίησης (MODCOD) και των FEC, σε σύγκριση με το DVB-S2. Με την αύξηση των διαβαθμίσεων μπορεί να δοθεί η υψηλότερη ανάλυση για την βέλτιστη διαμόρφωση σε όλες τις περιπτώσεις. Με την αύξηση των διαβαθμίσεων ο πάροχος της υπηρεσίας μπορεί να βελτιστοποιήσει το δορυφορικό link ανάλογα με την εφαρμογή. Σε συνδυασμό με το ACM, όπου επιλέγεται αυτόματα το υψηλότερο MODCOD, επιτυγχάνεται η μέγιστη απόδοση. Ο αριθμός των MODCOD έχει αυξηθεί από 28 στο DVB-S2, σε 112 στο DVB-S2X, προσφέροντας απόδοση όσο γίνεται πιο κοντά γίνεται στο θεωρητικό όριο Shannon. Με την αυξημένη διαβάθμιση των MODCOD και των FEC και τις διαμορφώσεις υψηλότερης τάξης (64, 128, 256APSK) μπορεί να επιτευχθεί κέρδος που φτάνει έως το 51% σε σχέση με το DVB-S2 (εικόνα  5).

Πολύ χαμηλά SNR για mobile εφαρμογές: Ο οργανισμός του DVB πρόσθεσε 9 επιπλέον MODCOD στο πρότυπο DVB-S2X στην κλίμακα των διαμορφώσεων QPSK και BPSK, ώστε τα δορυφορικά δίκτυα να μπορούν να αντιμετωπίσουν σοβαρές απώλειες σήματος λόγω της ατμόσφαιρας, και να επιτρέψουν τη χρήση μικρότερων κεραιών για mobile (κινητές) εφαρμογές στην ξηρά, θάλασσα και στον αέρα. Τα συγκεκριμένα VSLNR (Very Low Signal-to-Noise Ratio) MODCODs αυξάνουν την αντοχή και διαθεσιμότητα του δορυφορικού link.

Ευρυζωνική υποστήριξη: Το πρότυπο DVB-S2X υποστηρίζει την τεχνολογία για τους τυπικούς ευρυζωνικούς transponder που είναι διαθέσιμοι σήμερα και φιλοξενούν link δεδομένων υψηλής ταχύτητας. Η ευρυζωνική εφαρμογή του DVB-S2X υποστηρίζει transponder με εύρος ζώνης από 72MHz (C-band) έως και αρκετές εκατοντάδες MHz (Ka-band, HTS). Η υιοθέτηση της ευρυζωνικής τεχνολογίας προσφέρει επιπρόσθετο κέρδος απόδοσης που φτάνει το 21%.

Σύζευξη καναλιών (channel bonding): Το χαρακτηριστικό της σύζευξης των καναλιών του DVB-S2X έχει άμεση εφαρμογή σε εκπομπές DTH, και είναι η απάντηση στην αύξηση των απαιτούμενων ρυθμών μετάδοσης για τις δορυφορικές μεταδόσεις Ultra HDTV. Το μέγεθος ενός καναλιού UHDTV απαιτεί τετραπλάσια χωρητικότητα εκπομπής σε σχέση με ένα κανάλι HDTV. Με την εισαγωγή βελτιωμένων τεχνολογιών κωδικοποίησης βίντεο, όπως το HEVC (Η.265) η απόδοση της συμπίεσης μπορεί να διπλασιαστεί σε σχέση με το H.264 AVC. Σε ένα παραδοσιακό transponder εύρους 36MHz είναι δυνατή η εκπομπή 6 καναλιών HDTV, με ρυθμό μετάδοσης (bit rate) 60Mbps. Ο αριθμός των καναλιών μπορεί να αυξηθεί σε 7 αν ληφθεί υπόψη το κέρδος της στατιστικής πολυπλεξίας. Από τον ίδιο transponder των 36MHz είναι δυνατή όμως η εκπομπή μόνο 3 καναλιών UHDTV. Το κέρδος από την στατιστική πολυπλεξία μειώνεται στο 12%, και έτσι δεν μπορεί να προστεθεί ένα επιπλέον κανάλι σε αυτή την περίπτωση. Το DVB-S2X υιοθετεί τη σύζευξη καναλιών ώστε να αυξηθεί η στατιστική πολυπλεξία των εκπομπών UHDTV. Το χαρακτηριστικό αυτό επιτρέπει την αποστολή ενός μεγάλου transport stream σε διαφορετικούς transponder ταυτόχρονα. Η χωρητικότητα των transponder αυτών συγχωνεύεται και προσφέρει μεγαλύτερο κέρδος (12% επιπλέον για 3 συζευγμένα κανάλια). Το συσσωρευμένο κέρδος επιτρέπει στο τέλος την μετάδοση ενός ακόμα καναλιού UHDTV από το μεγάλο transport stream, χρησιμοποιώντας την χωρητικότητα που περισσεύει από τον κάθε transponder ξεχωριστά.

Επιπρόσθετες αλληλουχίες κρυπτογράφησης (scrambling sequences): Με την αύξηση της κίνησης των δεδομένων, του πολυμεσικού περιεχομένου και των τηλεοπτικών καναλιών μέσω των δορυφόρων, που έχουν ως αποτέλεσμα την σταθερή αύξηση των υπηρεσιών DTH, HTS και των πολλαπλών spot δορυφορικών δεσμών, δεν θα μπορούσε να αγνοηθεί το ζήτημα της παρεμβολής ανάμεσα στα γειτονικά κανάλια (CCI, co-channel interference) κατά την ανάπτυξη του DVB-S2X. Το νέο πρότυπο υιοθετεί ένα μηχανισμό για την αντιμετώπιση των παρεμβολών CCI παρέχοντας βελτίωση στην διαφοροποίηση ανάμεσα στις γειτονικές υπηρεσίες. Η διαφοροποίηση των υπηρεσιών αυτών βασίζεται στην προσθήκη επιπρόσθετων αλληλουχιών κρυπτογράφησης στο φυσικό στρώμα (PL) εντός του DVB-S2X. Ενώ το DVB-S2 διαθέτει μόνο μία προεπιλεγμένη αλληλουχία κωδικοποίησης (PL 0), στο νέο πρότυπο προστέθηκαν άλλες έξι. Κατά τη λήψη του κρυπτογραφημένου σήματος ένας τυπικός δέκτης DVB-S2X θα δοκιμάσει πρώτα την προεπιλεγμένη αλληλουχία, και μετά τις νέες έξι για να μπορέσει να αποκρυπτογραφήσει (de-scramble) το σήμα.  

Επίλογος

Από το 2014 που παρουσιάσθηκε επίσημα το DVB-S2X από τον οργανισμό DVB, μέχρι σήμερα έχουν πραγματοποιηθεί κυρίως δοκιμαστικές εκπομπές και παρουσιάσεις του προτύπου σε εκθέσεις και συνέδρια. Πρωτοπόρος στην ανάπτυξη του νέου προτύπου, αλλά και στην προώθηση του, είναι η γνωστή εταιρεία Newtec που εξειδικεύεται στην κατασκευή εξοπλισμού για δορυφορικές επικοινωνίες, στην ανάπτυξη τεχνολογιών για εκπομπές, για κυβερνητικές και αμυντικές εφαρμογές, για IP Trunking και καταναλωτικών και επιχειρηματικών VSAT.

Βιβλιογραφία: 
DVB-S2X – S2 Extensions, Second Generation Satellite Extensions του οργανισμού DVB, Μάιος 2014.
DVB-S2X Demystified του Koen Willems, Newtec Market Director, Μάρτιος 2014.

{gallery}19124{/gallery}