ABS-S直播衛星傳輸標準介紹

2005年初，國家廣電總局啟動了我國衛星直播專用信號傳輸技術體制的預研與論證工作，並於2005年下半年正式下達任務，由廣播科學研究院承擔此項研究 工作。廣科院根據對項目總體需求的分析及總局領導的具體指示精神，確定了項目研究工作「自主創新、適用可行、先進安全、研用結合」的核心原則。

項目研究工作從2005年9月正式啟動，2005年底完成了主要的技術攻關工作，2006年1月底前實現了包括調製器與解調器在內的原型樣機，可以進行實 驗室內的系統測試與演示工作。2006年3月到5月旬，在中央電視台、無線電台管理局等單位的大力支持與配合下，項目組完成了系統實驗室內測試與現場開路 測試，測試結果表明，系統能夠達到設計目標。

同時，項目組針對測試中的問題，對部分技術環節完成了優化與完善，形成了先進衛星廣播系統（ABS-S，Advanced BroadcastingSystem-Satellite）的技術體制建議。2006年8月，ABS-S專用解調芯片AVL1108一次流片成功， 2006年9月，廣科院完成了對該芯片及採用該芯片的接收機樣機的性能測試。2006年10月到11月，完成了項目驗收與標準化工作。

先進衛星廣播系統的研究工作充分吸收，借鑑了國際衛星電視廣播技術發展的思路與先進的設計理念，同時對包括信道編碼、交織、符號映射、幀結構設計等技術環節採取了整體性能優化的指導思想，在重點技術環節上有所突破，實現了自主創新。

在ABS-S中採用的主要技術包括LDPC信道編碼技術、高階調製技術、高效的幀結構設計等。

1、信道編碼技術

前向糾錯編碼技術一直以來是通信技術研究領域的重點。在香農信息論中已明確指出，在指定的條件下，信道的信息傳輸能力是受限的，同時存在某種信道編碼方式 可以達到這一極限，即所謂的香農限。因此信道編碼技術研究的主要目標是在可獲得的載噪比條件下，尋找一種信道編碼方式，使信道傳輸效率儘可能地接近香農 限。

1962年，R.G.Gallager在其博士論文中首先提出了LDPC碼的概念，由於當時超大規模集成電路設計與製造技術尚未成熟，難以踰越的複雜程度 使其被束之高閣。1995年，受Turbo碼成功的啟示，MacKay和Neal研究的迭代譯碼算法使LDPC碼的價值被重新挖掘，成為當前編碼領域的熱 點之一。LDPC碼是一種具有稀疏校驗矩陣（校驗矩陣中1的個數比較少）的線性分組碼，具有逼近香農限的優良特性，譯碼複雜度只與碼長成線性關係，編碼複 雜程度適中，在碼長較長的情況下，仍然可以保證有效譯碼。LDPC碼被認為是目前最好的FEC編碼方式之一，在信道環境較差的移動通信、衛星通信方面得到 廣泛的應用。

ABS-S中採用了一類高度結構化的LDPC碼。該結構的LDPC碼，其編解碼複雜度低，並可以方便地在相同碼長下，實現不同編碼比率的LDPC碼設計。

在DVB-S2中，採用了內碼為LDPC碼設計。

在DVB-S2中，採用了內碼為LDPC碼，外碼為BCH碼的級聯碼結構。採用BCH作為外碼主要有兩個方面的目的，首先是在編碼效率損失很小的情況下 （小於2%），可以獲得0.1-0.15DD左右的編碼增益，進一步提高系統性能，在方案選擇中體現出競爭優勢；而更為重要的是DVB-S2中的LDPC 碼設計上存在一定的缺陷，在某些編碼比率時其差錯平底（Error Floor）達不到視頻應用中QEF誤比特率的要求（10-11誤比特率或10-7誤包率），必須通過外碼級聯的方式來降低差錯平底。同時，在DVB- S2中規定廣播應用時必須使用碼字長度為64800比特的長碼，這大大增加了芯片實現的複雜度與成本。

與DVB-S2相比，ABS-S在信道編碼方案的設計上具有兩個方面的優勢。

首先，ABS-S的LDPC的碼字長度為15360，且不同編碼比率時，碼長固定。而DVB-S2的LDPC碼分長碼與短碼，其長度分別是64800和 16200。儘管在LDPC編碼中，碼字長度較長時，具有更好的逼近香農極限特性，可以減小突發差錯對譯碼的影響，然而ABS-S2短碼時，仍具有與 DVB-S2長碼基本相當的性能。同時，較短的碼長在硬件設計時具有編解碼簡單及硬件成本低廉的特點，更易於被市場接受。

其次，ABS-S僅依靠LDPC編碼即能夠實現低於10-7的誤包率要求，這樣就不需要額外級聯BCH或其它形式的外碼。通常，短碼字的LDPC碼具有較 高的差錯平底，ABS-S中的LDPC碼能夠在碼字較短的同時提供低於10-7的誤包率，充分體現出了在信道編碼方案設計上的優勢。

與DVB-S2相同，ABS-S提供了從1/2到9/10的多種編碼比率，其範圍從1.3DB到11.25DB（QPSK與8PSK調製方式下），步進差 值大約在1DB左右。這樣，結合不同的濾波滾降因子可以為運營商提供相當精細的選擇，從而根據系統實際應用條件充分發揮直播衛星的傳輸能力。

ABS-S中採用的LDPC信道編碼方案的糾錯性能曲線（QPSK調製方式下）：

另外，考慮到衛星載荷製造技術的進步，ABS-S中提供了16APSK和32APSK兩種高階調製方式，這兩種方式在符號映射與比特交織上結合LDPC編碼的特性進行了專門的設計，從而體現出了整體性能優化的設計理念。

2、幀結構設計

由於在信道編碼上採用了LDPC線性分組碼，因此在鏈路層必須提供必要的同步機制，即以幀為單位進行傳輸，並提供幀起始標識。在DVB-S2中採用了自相 關性非常高序列作為幀起始（SOF）標識。ABS-S借鑑了這一思路，其唯一字（UW，Unique Word）長度為64個符號。

在DVB-S2中，一個物理幀中只包含一個LDPC碼字，這樣在調製方式發生變化時（VCM或ACM方式下），物理幀的符號長度或時間長度將隨調製方式不 斷改變，這就為接收端的同步帶來很大的不便。ABS-S在設計上採用了另外一種思路，即固定物理幀長度（不含導頻），在一個物理幀內可以傳輸不同調製方式 的多個LDPC碼字。同時，在ACM工作方式下，通過特定的數據結構NFCT對下一幀的結構進行描述，如各LDPC碼字的調製方式、編碼比率等。這樣做最 大的優勢在於物理幀的時間長度固定，即同步字UW以相同的時間間隔出現，便於接收機進行同頻搜索。同時，NFCT可以對一幀中多個LDPC碼字的參數進行 描述，而NFCT被放置在一幀的第一個LDPC碼字中，同樣通過LDPC進行編碼，在信息量相同的條件下，其傳效率明顯高於DVB-S2中採用的裡德-穆 勒碼（MODCOD字段）。

ABS-S在幀結構設計方面的另一個特點在於其高階調製方式下導頻字的插入。DVB-S2中的導頻長度固定為36個符號，這種設計靈活性較差，在特定的符 號率範圍內性能良好，而在低碼率時，其性能不佳。ABS-S中的導頻插入可以根據實際系統應用條件，由運營商自行設置，而接收機則進行自適應有判斷，大大 提高靈活性和系統性能。同時由於ABS-S採用了固定的物理幀符號長度，保證了導頻信號的均勻插入。

ABS-S的主要技術參數如下：

（1）輸入信號：MPEG-TS比特流或通用數據流（如IP包）；

（2）FEC編碼方案：LDPC編碼；

（3）LDPC幀長度：15360比特；

（4）LDPC編碼率：1/4~9/10，與不同調製方案共有28種組合方式可供選擇；

（5）載波調製方案：QPSK、8PSK（於用所有業務），16APSK、32APSK（用於除廣播業務外的所有其它業務）；

（6）脈衝成型濾波滾降因子：0.35、0.25、0.2；

（7）導頻：可選，同相QPSK符號；

（8）支持可變編碼調製與自適應編碼調製的無縫銜接；

（9）提供網絡控制信息插入功能。

通過在設計思路與技術實現手段上的創新，ABS-S與DVB-S2技術相比，系統總體性能相當，同時在某些方面具有一定的優勢。

（1）ABS-S在信道編碼的設計上比DVB-S2更加優化。在ABS-S中，僅使用LDPC作為信道編碼，提高了傳輸效率，同時仍然實現了10-7以下的差錯平底。

（2）ABS-S的LDPC碼型設計在性能與複雜度之間進行了更好的折中，在性能相當的前提下，ABS-S碼長不到DVB-S2的四分之一，這大大降低了ABS-S的實現難度，並縮短了信號傳輸延時。

（3）ABS-S採用了更為合理、高效的傳輸幀結構。其傳輸幀長度不隨調製方式的改變而變化，具有統一的符號長度。這使得接收機能夠具有更好的同步搜索性 能，同時還可以實現不同編碼調製方式的無縫銜接，提供了更大的業務配置靈活性，特別是能夠更好地適應未來直播衛星或接收機技術的進步。

（4）ABS-S在比特織和符號映射等信號處理環節上同樣採用了獨特的技術，這些技術能夠充分發揮LDPC編碼的優勢，進一步優化整個系統的性能，體現了合理設計、全局優化的設計理念。

ABS-S完全基於自主知識產權的技術構建而成。在ABS-S中，共包含信項專利技術，這些專利技術涵蓋了衛星信號傳輸的幀結構、信道編碼和調製方式。

ABS-S可應用於廣播業務、交互式業務或DSNG等專業應用：

為了驗證ABS-S系統的性能，國家廣電總局在項目研究過程中及項目完成後對ABS-S系統及相關產品進行了多次測試，並與國際標準DVB-S、DVB-S進行了對比測試。實驗室內及利用現有KU頻段通信衛星進行的開路現場測試結果均表明：

（1）ABS-S明顯優於目前普遍使用的DVB-S系統，如在同等信號傳輸能力條件下，ABS-S載噪比門限要求比DVB-S低1.5到2DB；而在同等信道條件下，ABS-S的信號傳輸能力高於DVB-S系統20-25%。

（2）ABS-S在性能上與DVB-S2基本相當，載噪比門限相差約0.1-0.3分貝，接近理論極限，而傳輸能力則略高於DVB-S2。同時ABS-S的複雜度遠低於DVB-S2，更加易於實現。

（3）ABS-S適應我國衛星直播業務開展的要求，提供了40餘種不同的配置方案，可以最大限度地發揮系統能力，滿足不同業務和應用的需求。

（4）ABS-S產品性能完全達到設計目標要求，經對近十家國內接收機廠家提供的十餘款接收機產品樣機的測試，其載噪比門限與仿真結構最大相差不超過0.6DB，支持符號率範圍為1-45MBPS。

目前，ABS-S接收機的設計、生產已完全實現國產化，包括九州、同洲、上廣電、長虹、創維、海爾等在內的十餘家廠家已完成產品開發與試制工作，為我國衛星直播業務的開展提供了必要的產業基礎條件。

原文：ABS-S直播衛星傳輸標準介紹