DVB-RCS衛星交互網通信體制研究*

楊 華，黃 焱

（信息工程大學 信息工程學院，河南 鄭州 450002）

1 DVB-RCS簡介

DVB-RCS是針對衛星數據業務發展需求，推出的一套結合DVB廣播業務和VSAT雙向交互業務的行業標準。DVB-RCS采用DVB前向廣播和多頻時分多址(MF-TDMA)多點回傳的工作方式，由業務供應商、網關、網絡控制中心、衛星以及終端子站等組成，其系統模型如圖1所示[1]。

網絡控制中心通過周期性發送控制信令，協調整個網絡的正常運行；業務供應商主要提供數據、視頻、音頻等各種業務；網關負責業務數據與網控信令的復用、發射，并支持與外部網絡的連接；單個用戶或者某一地區用戶的網絡代理終端都可以作為子站接入網絡。

2 DVB-RCS前向鏈路通信體制研究

2.1 前向鏈路傳輸系統概述

DVB-RCS前向鏈路傳輸系統符合DVB-S標準，網控信令通道的增加是DVB-RCS前向鏈路不同于普通DVB-S信號的顯著標志，該通道以節目形式與其他DVB數據廣播業務在MPEG-2傳輸流中復用。DVB-RCS前向鏈路主要由前向信令通道（FLS）、RCS網絡結構信息通道（RCS MAP）以及業務數據通道構成。其傳輸系統結構如圖2所示。

2.2 前向鏈路接收技術研究

基于DVB-RCS標準的衛星交互網，主站通過網絡控制中心NCC對各終端子站進行管理、控制、信道分配及突發參數設置等。終端子站則是在接收主站業務數據的同時，獲取和解析網控信令，進行入網通信。

2.2.1 前向鏈路PSI分析

MPEG-2標準定義節目服務信息（PSI）結構來記錄經過傳輸流復用后的各個傳輸流分組的關系，PAT記錄復用傳輸流中包含的節目或通道總數以及每路節目所對應PMT的PID號。PMT則反映節目中各基本流與節目之間的映射關系，記錄了節目中包含所有傳輸流分組的PID與數據類型。

RCS內容描述符記錄了所在基本流構成的傳輸流分組中，承載的RCS服務信息表的數目與表ID，同一基本流可承載多個RCS服務信息表，這些RCS服務信息在傳輸流分組中通過表ID區分。當某基本流描述符中包含RCS內容描述符，則表明該基本流為DVB-RCS網控信令或網絡結構信息表數據，進一步說明該PMT所指示的節目為DVB-RCS前向鏈路信令通道或RCS網絡結構信息通道。

DVB-RCS前向鏈路中的網控信令與RCS映射表RMT一同被定義為DVB-RCS專用服務信息（SI），并在RCS內容描述符中記錄。RMT語法結構與NIT相似，其單獨構成一路節目，反映DVB-RCS交互網的網絡結構。

2.2.2 RCS網絡結構分析

通過PSI分析，可以從DVB-S信號中提取出DVBRCS前向鏈路。對完成初步識別的DVB-RCS前向鏈路，還需要分析RMT表，進一步了解其網絡結構。

專用服務信息SI分段頭的64 byte中包括1 byte的Table_ID與2 byte的Network_ID。RMT的Table_ID為0x41，Network_ID為整個衛星交互網的網絡編號。M字節的子網描述符循環體中包含若干子網描述符，每個子網描述符記錄DVB-RCS衛星交互網一個子網的傳輸流ID、所屬網絡ID以及子網類型等信息。每個子網描述符通過傳輸流ID及網絡ID，與N循環中某個循環體對應。N循環中的每一個循環體分別描述一個子網的鏈路信息，傳輸流描述符通常包括衛星前向鏈路描述符和衛星后向鏈路描述符2種，具體描述DVB-RCS衛星交互網每個子網的前向和后向鏈路的接收與發射參數。RMT的語法結構如圖3所示。

3 DVB-RCS后向鏈路通信體制研究

3.1 后向鏈路信道復用方式

DVB-RCS后向鏈路采用MF-TDMA傳輸方式，各子站用戶在指定的時隙進行數據突發，具體的時隙劃分及突發安排由網絡控制中心（NCC）負責。

DVB-RCS后向鏈路按照超幀、幀、時隙的層級結構組織管理，信道上頻率相鄰的幾個載波可構成衛星交互網的一個子網鏈路，每個子網鏈路由一個超幀ID標識。同一超幀ID管理下的載波在時間上被劃分為連續的超幀，并標以連續的數值作為超幀計數值，超幀在頻率和時間上被劃分為若干幀，幀又劃分為若干時隙。幀的引入是為了更有效地提高信道的分配效率，在一個超幀中各幀按照先頻率后時間，從低到高的順序編號，一個超幀最多可劃分為32個幀。時隙是后向鏈路信道劃分的最基本單元，一個幀中最多可包含2048個時隙。這種層級結構下，每個時隙由超幀ID、超幀計數值、幀ID以及時隙ID唯一標識。

3.2 NCC網控信令解析

DVB-RCS前向鏈路信令通道主要由3組網控信令構成，一般SCT，FCT，TCT，SPT封裝在同一個PID的傳輸流分組中；TBTP和CMT封裝在同一PID的傳輸流分組中；TIM單獨構成一個分組。此外，嵌入PCR參考時鐘傳輸流分組為整個交互網提供時鐘同步和鏈路時延信息，為子站用戶登錄網絡、維持同步狀態起到極為關鍵的作用。

3.2.1 SCT，FCT，TCT 解析

SCT，FCT，TCT構成層級關系，聯合反映后向鏈路信道一個超幀內的時域、頻域劃分情況以及每個時隙的相關信道突發參數。

SCT記錄超幀ID管理下的超幀結構信息，超幀計數字段作為每個超幀的計數標志。SCT所給出的超幀結構信息包括超幀中心頻率、起始時間、持續時間、極化方式等參數以及超幀中所有幀的幀ID、起始時間和幀中心頻率。

FCT反映幀的結構信息，FCT是對SCT中所包含幀的具體描述，不同的幀ID表示不同類型的幀，它作為幀類型的識別標記，記錄對應幀的持續時間和所包含的時隙數目。

TCT指示不同ID時隙的發射參數，TCT所記錄的時隙突發參數包括突發的時間、頻率及調制、編碼等參數，除此之外還包括時隙的負載類型以及前導碼的長度、碼型等。

3.2.2 SPT解析

SPT記錄整個DVB-RCS衛星交互網所包含的衛星位置參數。當交互網中含有多顆衛星時，不同衛星由不同的ID號來標識。各子站用戶通過SPT中的衛星位置坐標和自身位置坐標可以精確地計算出星地傳輸距離，進而獲得精確的延時信息。

3.2.3 TIM解析

TIM包括單播和廣播2種形式。單播TIM是在網絡初始化或網絡參數發生改變時發送給指定終端子站的登錄信息。廣播TIM為所有終端子站提供網絡通用信息，它可以通過周期性廣播，使準備登錄網絡的子站用戶獲取相關配置信息。

NCC通過包含登錄初始化描述符的TIM給準備登錄網絡的子站用戶分配登錄身份ID，包括群ID（Group_ID）和登錄ID（Login_ID），方便此后對用戶的管理。

3.2.4 TBTP解析

NCC通過TBTP完成對子站用戶的時隙分配。通常TBTP每一個超幀進行一次時隙分配，當一個超幀大于一定長度時，TBTP的更新周期可能會太長而超出系統的最大響應時間。在這種情況下，可以使用多個連續的TBTP在一個超幀持續時間內為不同的幀進行時隙分配。

TBTP按照Group_ID而不是超幀為用戶分配時隙。這種情況下，僅憑TBTP中的超幀號是無法判斷分配時隙所屬的超幀ID。但用戶在登錄網絡之初，NCC會通過TIM為其分配Group_ID，Login_ID以及所屬的超幀ID，因此通過TIM就能獲取用戶所屬的超幀ID。

3.2.5 CMT解析

NCC根據網絡及信道狀況，對特定的終端子站（以Group_ID，Login_ID標識）的傳輸參數進行修正，包括頻率、時間及功率等參數，并將修正值以CMT信令表的形式在信令通道中傳輸。終端子站根據CMT表的Group_ID，Login_ID信息，獲取屬于自己的CMT，根據CMT的修正值對相關參數進行校對，進而維持用戶的正常通信。

3.2.6 嵌入PCR傳輸流分組的解析

DVB-RCS中NCC提供全網同步的參考時鐘，并通過前向鏈路信令通道的嵌入PCR傳輸流分組周期地向各子站廣播網絡參考時鐘的抽樣值。各子站根據接收到的PCR校準本地時鐘，保持網絡同步。嵌入PCR傳輸流分組的可選負載部分，記錄了NCC到前向鏈路衛星的上行傳播時延和后向鏈路衛星到NCC的下行傳播時延。

3.3 后向鏈路突發時隙研究

3.3.1 公共信道突發（CSC）

CSC用于子站入網請求。子站用戶在登錄網絡之前，首先通過CSC將自己的設備性能、MAC地址和路由信息告知主站NCC。NCC收到各子站用戶的CSC后，制定信道的劃分方案和時隙發射參數，并通過信令通道向子站用戶進行廣播。

3.3.2 信號捕獲突發（ACQ）

子站通過向NCC發送ACQ進行網絡同步，ACQ的負載為用戶所要申請的信道頻率值。ACQ持續時間短，數據量小，由一段前導碼和請求頻率字段組成，由于對其時效性的要求較高，所以實際應用中ACQ負載一般不做擾亂和編碼。

3.3.3 同步突發（SYNC）

用戶利用SYNC完成網絡精同步過程，并發送子站控制信息給主站。SYNC數據由前導碼和衛星接入控制（Satellite Access Control，SAC）域 2部分構成。 SAC 域包括路由ID、信道申請、消息與控制、群組ID和登錄ID。

3.3.4 業務傳輸突發（TRF）

TRF包括基于ATM數據單元的突發和基于MPEG2-TS分組的突發2種形式。

基于ATM數據單元的業務突發定義了3種格式，分別為包含1個、2個和4個ATM數據單元的突發。基于ATM數據單元的業務突發將一個SAC域作為可選前綴，該域一般只包含一個信道申請字段，長度為2 byte。

基于MPEG-2 TS分組的業務傳輸不包含SAC域，突發數據由若干長度為188 byte的MPEG-2 TS分組直接構成，每個分組分別進行編碼，然后加前導碼組成完整的突發包[2]。子站用戶在進行基于MPEG-2 TS分組數據突發之前，需要首先計算出業務傳輸突發時隙所能容納的MPEG-2 TS分組個數。

3.4 終端子站入網過程研究

DVB-RCS衛星交互網中，網控信令是后向鏈路MFTDMA復用方式實現的保障。對于準備接入DVB-RCS衛星交互網的終端子站，要經歷初始化、登錄、同步等過程才能獲得后向鏈路業務突發時隙，與主站進行業務通信[3]。

在初始化過程中子站用戶首先接收嵌入PCR傳輸流分組與SPT。PCR分組的調整字段為NCC網絡參考時鐘的抽樣值，負載部分為主站到衛星的上行和下行時延，SPT的負載為衛星坐標。子站通過SPT中衛星坐標與子站接收天線所在位置坐標計算出自身的上行與下行傳輸距離，得到實際的傳輸時延，加上從PCR分組中獲得的主站到衛星的上行和下行時延，獲得總的前向鏈路和后向鏈路傳輸時延。子站通過總的傳輸時延校正PCR參考時鐘，初步完成網絡同步。

然后子站接收SCT，FCT和TCT，獲得CSC，ACQ和SYNC突發時隙的發射參數。并通過CSC突發時隙發送登錄請求，ACQ突發完成網絡粗同步，而 SYNC突發完成網絡精確同步。NCC一般會至少提前12 s將SCT，FCT和TCT以廣播形式告知各子站用戶，以保證用戶有足夠的時間完成信令處理與發射參數設置。

在用戶登錄及同步過程中，NCC通過單播TIM的形式將用戶登錄身份（Group_ID和Login_ID）與超幀ID的分配信息逐一告知每個用戶。用戶在完成同步過程后，開始周期接收SCT，FCT，TCT和TBTP，獲得屬于自己的后向鏈路信道業務突發時隙，與主站進行業務通信，從而實現真正意義的交互應用。

4 小結

隨著衛星通信技術的進步，承載業務也在不斷發展。現在全球各種網絡逐步向IP通用協議統一，與互聯網結合，走寬帶化道路是衛星通信發展的必由之路，DVB-RCS正是順應這一潮流，其應用逐漸受到衛星行業內的關注。因此，積極參與DVB-RCS通信體制的研究，跟蹤并掌握這種先進的技術標準，對發展國內衛星通信技術具有重大的推動作用。

[1]ETSIEN301790V1.4.1，DigitalVideoBroadcasting （DVB）： Interaction channel for satellite distribution systems[S].2005.

[2]ETSI TR101790 V1.4.1，Digital Video Broadcasting （DVB）： Interaction channel for Satellite Distribution Systems;Guidelines for the use of EN 301790[S].2008.

[3]王磊.DVB-RCS衛星互動網絡用戶終端同步研究[J].通信技術，2008，41（9）：134-136.