信道和載波
——《馬路上的衛(wèi)星》之一

+ 一席VSAT

“世有載波，然后有信道。信道常有，而載波不常有。故雖有信道，祗辱于FDMA之手，姘死于SCPC之間，不以信道稱也?！?/p>

——仿韓愈《馬說》

衛(wèi)星人士常愛掛在嘴邊的一個(gè)詞就是“載波”，經(jīng)常會說如何如何使用載波，載波又是怎么怎么使用等。但實(shí)際上這是十分誤人的說法，真正的、準(zhǔn)確的用詞應(yīng)該是“信道”。雖然相比于載波，信道這個(gè)詞使用的人較少，但如果想把VSAT網(wǎng)絡(luò)中的各種衛(wèi)星通信體制，如SCPC（單路單載波）、TDMA（時(shí)分多址）、DAMA（按需分配）等搞清楚的話，就一定要嚴(yán)格區(qū)分“載波”和“信道”這兩個(gè)概念，并且還應(yīng)該多說信道，少講載波。

馬路上的信道和載波

信道和載波在概念上的不同，拿馬路交通作比喻可以非常形象（圖1）。

如果把衛(wèi)星上的轉(zhuǎn)發(fā)器比喻成一條寬寬的馬路的話，設(shè)置信道就好比是在馬路上劃分車道。在一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器上可以劃分出很多信道，就好像是在一條馬路上可以劃分出很多車道，而每一路信道就好比是一條車道。

在馬路沿線會有很多單位，比如政府機(jī)關(guān)、商場、寫字樓、酒店、學(xué)校、醫(yī)院、警察局等，而這些單位就好像VSAT網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)個(gè)地面站。每個(gè)單位都會有一些自己的車輛。而某個(gè)地面站向衛(wèi)星上發(fā)射載波，就好像是某個(gè)單位往馬路上開車。開車不能橫沖直撞隨便開，而應(yīng)當(dāng)遵守交通規(guī)則，沿著馬路上的車道行駛，這就是地面站發(fā)出的載波一定是要發(fā)射到衛(wèi)星上的某路信道中。

這里的對應(yīng)關(guān)系是：

■衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器—馬路

■衛(wèi)星信道—車道

■VSAT衛(wèi)星地面站—單位

■載波—車輛

圖1 馬路交通和衛(wèi)星通信

■用戶業(yè)務(wù)—單位中的人和物

如此一看就十分清晰了，載波并不是信道，而是地面站發(fā)射出來的信號；被地面站所利用的也不是載波，而是一路路的衛(wèi)星信道。就像我們會說“在馬路上開車，各條車道被各個(gè)單位的車輛所占用”一樣，對應(yīng)于載波和信道，準(zhǔn)確的說法是“向衛(wèi)星上發(fā)射載波，各路信道被各個(gè)地面站的載波所占用”。

這里不妨以一個(gè)VSAT星狀網(wǎng)為例做一個(gè)簡要的說明。在一個(gè)普通的星狀網(wǎng)中，通常都有一個(gè)中心站（Hub）和若干個(gè)VSAT遠(yuǎn)端站。所有VSAT遠(yuǎn)端站都只和中心站通信，而VSAT遠(yuǎn)端站之間則不直接互通（圖2）。

星狀網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)被分為中心站向遠(yuǎn)端站傳輸?shù)某鼍硺I(yè)務(wù)，以及遠(yuǎn)端站向中心站傳輸?shù)娜刖硺I(yè)務(wù)。而星狀網(wǎng)中較為常見的衛(wèi)星訪問體制則是TDM/TDMA（圖3），即出境為TDM（時(shí)分復(fù)用）方式，入境為TDMA（時(shí)分多址）方式。

如圖3所示，請注意以下說法：

一方面，TDM/TDMA星狀網(wǎng)在衛(wèi)星上為中心站的出境業(yè)務(wù)分配了一段專用帶寬，并設(shè)置了一路出境信道。中心站獨(dú)占該出境信道，持續(xù)發(fā)射出一個(gè)連續(xù)的TDM載波，向VSAT遠(yuǎn)端站傳輸出境業(yè)務(wù)。即，在出境信道上發(fā)送的是中心站的連續(xù)載波。

圖2 VSAT星狀網(wǎng)

圖3 TDM/TDMA星狀網(wǎng)

另一方面，TDM/TDMA星狀網(wǎng)在衛(wèi)星上也為VSAT遠(yuǎn)端站的入境業(yè)務(wù)分配了一段公用帶寬，并設(shè)置了一路或多路入境信道。所有遠(yuǎn)端站共享這些入境信道，分時(shí)發(fā)射出多個(gè)突發(fā)的TDMA載波，向主站傳輸入境業(yè)務(wù)。即，在入境信道上發(fā)送的都是VSAT遠(yuǎn)端站的突發(fā)載波。

所以，當(dāng)我們討論VSAT網(wǎng)絡(luò)中的衛(wèi)星訪問方式時(shí)，應(yīng)該清楚載波和信道是兩個(gè)不同的東西，應(yīng)該說衛(wèi)星信道是如何被利用的，而不應(yīng)該說載波是怎么用的。這里借用古人的一段話來做個(gè)比喻：

“世有載波，然后有信道。信道常有，而載波不常有。故雖有信道，祗辱于FDMA之手，姘死于SCPC之間，不以信道稱也?！?/p>

“世有載波，然后有信道?！本褪钦f世界上先發(fā)明了汽車，然后才開始修建馬路，并在馬路上劃分行車道。

“信道常有，而載波不常有。”就是說雖然車道總在那里，但上面卻不一定總有汽車跑。

“故雖有信道，祗辱于FDMA之手，姘死於SCPC之間，不以信道稱也。”就是說信道和載波的差別雖然看似簡單，但實(shí)際區(qū)分和使用起來卻不是那么容易，尤其是對于長期沉浸在FDMA(頻分多址)世界里，習(xí)慣了SCPC(單路單載波)技術(shù)的用戶，甚至于一些“老衛(wèi)星”和“老專家”，都總會不知不覺地將二者混為一談，難以自拔。

但這又是為什么呢？

FDMA中的信道和載波

在所有的無線和衛(wèi)星通信訪問體制里，頻分多址(FDMA)是最簡單和最容易理解的，其典型代表就是SCPC(單路單載波)技術(shù)，而典型應(yīng)用則是兩個(gè)地面站之間點(diǎn)到點(diǎn)互通（圖4）。其中，站點(diǎn)A在某一頻點(diǎn)上占用一路信道發(fā)射一個(gè)連續(xù)載波給站點(diǎn)B，而站點(diǎn)B則在另一頻點(diǎn)上占用另一路信道發(fā)射另一個(gè)連續(xù)載波給站點(diǎn)A。每個(gè)載波一旦發(fā)射上星就會固定占據(jù)一路信道不放，直至其業(yè)務(wù)完全結(jié)束，其間其它任何站點(diǎn)都不得再向這路信道上發(fā)射載波。

這就好比是馬路上的A、B兩個(gè)單位。單位A獨(dú)占一條車道向單位B發(fā)車，單位B又獨(dú)占另一條車道向單位A發(fā)車，每條車道都被一個(gè)單位固定占據(jù)，只行駛這個(gè)單位的車輛，而不允許其它單位的汽車在上行駛一樣（圖5）。

由于每個(gè)信道上只有一個(gè)站的載波，而且是長時(shí)間地固定占用，載波和信道相互重合在一起，看起來似為一體(如圖4中的信道-1和SCPC載波-1，信道-2和SCPC載波-2等)，所以載波和說信道也就沒什么分別了。

衛(wèi)星通信中的調(diào)制解調(diào)器（modem）俗稱為“貓”，而SCPC的貓?jiān)谑袌錾鲜呛苋菀踪I到的，就像買菜一樣方便。安裝和使用也很簡單，兩點(diǎn)一搭，參數(shù)一設(shè)，載波一發(fā)，帶寬一占就齊活。因?yàn)槭仟?dú)占，整條車道都是自己一個(gè)單位的，所以可以把整個(gè)貓趴上去，想怎么開就怎么開，快點(diǎn)兒慢點(diǎn)兒都無所謂，是滿載，還是空駛，甚至讓整個(gè)車道空著也沒關(guān)系，絲毫不必?fù)?dān)心和別的單位的車輛有爭搶或沖突，或發(fā)生追尾和碰撞等，整個(gè)兒一自娛自樂，活活像只“趴趴貓”，爽得很。

圖4 SCPC點(diǎn)到點(diǎn)通信

圖5 馬路上的SCPC

由于SCPC的趴趴貓非常簡單易用，所以得到很多用戶，尤其是中低端小型網(wǎng)絡(luò)用戶的喜愛。然而簡單的背后是有代價(jià)的，那就是相比于TDMA等較為復(fù)雜的VSAT系統(tǒng)，用戶將不得不在衛(wèi)星帶寬上付出更加高昂的費(fèi)用。

TDMA中的信道和載波

相比于FDMA，TDMA（時(shí)分多址）理解起來就要難一些。

這里以只有一路信道的TDMA網(wǎng)絡(luò)為例。從地面上看，每個(gè)站點(diǎn)發(fā)出的載波都不是連續(xù)的，而是一個(gè)個(gè)斷斷續(xù)續(xù)的、快速而短小的突發(fā)；而從天空中看，就是地面上蹦出了很多突發(fā)，分別來自于不同站點(diǎn)。這些突發(fā)既不會同時(shí)發(fā)出，也不會同時(shí)到達(dá)，而是會按照一定的次序分時(shí)發(fā)射，依次到達(dá)衛(wèi)星（圖6）。

所以在TDMA衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中，某一信道上所發(fā)送的信號總是跳自于不同的站點(diǎn)，一會兒是這個(gè)站的，一會兒又是另外一個(gè)站的，從頻譜儀上觀察到的波形則總是在不停地跳躍，像只“跳跳虎”。

這就好像是在馬路上有很多單位的汽車，有的是寫字樓的，有的是醫(yī)院的，有的是學(xué)校的。雖然這些汽車在馬路上一起奔跑，但在同一車道上的汽車卻一定是按照順序依次行駛的，即以時(shí)分的方式共享車道，而不會出現(xiàn)某個(gè)單位長時(shí)間地占據(jù)某一路車道的情況。

前面以TDM/TDMA星狀網(wǎng)為例里的入境信道即為TDMA模式，為所有VSAT遠(yuǎn)端站分時(shí)共享。

由于TDMA中每個(gè)信道上所發(fā)送的都是多個(gè)站點(diǎn)的突發(fā)載波，任一信道都不是被某一站點(diǎn)的連續(xù)載波所長期占據(jù)，所以相比于SCPC等頻分多址技術(shù)，區(qū)分信道和載波這兩個(gè)概念，明確二者之間的差別，正確選擇和準(zhǔn)確使用相應(yīng)的術(shù)語就變得特別重要。否則將二者混為一談去探討VSAT技術(shù)的話，只能是越聊越糊涂，不利于后續(xù)的進(jìn)一步研究。

圖6 TDMA網(wǎng)絡(luò)原理示意圖

圖-7 馬路上的TDMA

后記

信道和載波之間的關(guān)系本來是非常簡單的。之所以啰里啰唆地把這么簡單的事情說來說去，是因?yàn)閷?shí)在有太多的人深受頻分技術(shù)的影響，長期局限于SCPC的菜貓世界中，深陷泥潭而難以自拔，沒能注意到載波和信道之間的差別，實(shí)屬無意。當(dāng)然，針對用戶在載波和信道概念上的模糊認(rèn)識，也并不排除某些廠家刻意保持沉默，甚至有意進(jìn)行了混淆和誤導(dǎo)，把一些原本可以非常簡明和清晰的VSAT概念攪成一團(tuán)。

其實(shí)無論是FDMA，還是TDMA，都不難懂。這里有一個(gè)小竅門，就是我們在討論有關(guān)多址等衛(wèi)星通信體制的技術(shù)問題時(shí)，不妨?xí)r不時(shí)地停下來想一下：“我們現(xiàn)在說的是信道（馬路），還是載波（汽車）”？即“先明信道，后言載波”。而只要清楚了信道和載波之間的差別，VSAT衛(wèi)星通信中的一個(gè)重要課題——多址技術(shù)或訪問體制就基本上能夠明白一半了，再往后面的技術(shù)討論和理解也就會非常輕松。SATNET