一言難盡的TDMA（第一回）
——《馬路上的衛(wèi)星》之二

+ 一席VSAT

“客有歌于郢中者，其始曰《下里》、《巴人》，國中屬而和者數千人。其為《陽阿》、《薤（xiè）露》，國中屬而和者數百人。其為《陽春》、《白雪》，國中有屬而和者，不過數十人。引商刻羽，雜以流徵，國中屬而和者，不過數人而已。是其曲彌高，其和彌寡?！?/p>

——《宋玉對楚王問》

上面是戰(zhàn)國時期宋玉和楚王之間很有名的一段對話。對話雖短，但卻包含了好幾個成語——陽春白雪、下里巴人和曲高和寡，而用這三個成語來形容移動通信技術的發(fā)展倒是頗為貼切。

的確，移動通信剛開始第一代（1G）的時候，采用的是最為簡單的FDMA（頻分多址）技術，那時懂得其原理的人不計其數，幾乎所有人都能說出個子丑寅末，可謂下里巴人；但等到了2G以TDMA（時分多址）技術為主的時候[1]，懂得其原理的人就一下子少了許多，只有為數不多的人才能真正理解，可謂陽春白雪；而等到了3G的CDMA和4G的OFDMA的時候，一般人也就只知道個詞兒了，真正懂得其原理的人已然鳳毛麟角，可謂曲高和寡。

這一現象同樣也適用于衛(wèi)星通信。雖然衛(wèi)星通信的起源早于移動通信，但其發(fā)展卻遠沒有移動通信那么快，迄今為止常見的技術也僅僅只相當于移動通信中1G的FDMA和2G的TDMA。而SCPC[2]、MCPC[3]、MFTDMA[4]、TDM/TDMA[5]、TDM/MFTDMA、DVB/RCS[6]等等，則基本上仍是這兩種技術的變形和組合，并沒有什么本質上的改變。

在衛(wèi)星通信的所有體制中，TDMA技術，尤其是純TDMA技術[7]最為復雜，相比于SCPC、MCPC等FDMA技術都要難懂得多。不過雖然看似復雜，但倘若用馬路交通來作比喻，理解起來也并非難事。

圖1 TDMA（時分多址）示意圖

一、馬路上的TDMA

如果我們把天上的衛(wèi)星比作一座城市，那么衛(wèi)星上的那些轉發(fā)器就好比是這座城市中的一條條大街。在這些大街上都鋪設有寬寬的馬路，而馬路上則劃分有好幾條車道。這些車道有的寬，有的窄，有的可以行駛高速的機動車，有的則只能通行低速的非機動車，而這就好比衛(wèi)星上不同帶寬的頻率信道。

馬路兩旁有各種各樣的單位，如酒店、商場、學校、醫(yī)院、政府機關、寫字樓等等。這些單位就好比是衛(wèi)星網中的各個地面站，這些單位中各種各樣的物品就好比是地面站中的數據、話音和圖像等業(yè)務，而這些單位中負責運送物品的車輛就好比是把業(yè)務發(fā)射上星的載波。這里的對應關系是：

★衛(wèi)星轉發(fā)器——馬路

★衛(wèi)星信道——車道

★VSAT衛(wèi)星地面站——單位

★載波——車輛

★用戶業(yè)務——單位中的物品

有的單位大，物品多，數據、話音、圖像，大大小小、形形色色什么貨都有；有的單位小，物品少，只有零零星星一點點數據。這些單位雖然有很多不同，但有一點卻是一樣的，那就是出門兒在外都要上馬路。

1.基本的TDMA

來自不同單位的車輛在馬路上行駛的時候都是一輛接著一輛，按照一定的順序分時占用車道，這就是TDMA（時分多址），即按照“時”間把馬路上的車道劃“分”給“多”個不同地“址”的單位。（參見圖1）

這樣的車道如果不止一條，而是有多條，就叫MF-TDMA（多頻時分多址）。（參見圖2）

為了避免追尾，在同一車道上行駛的車輛必須保持相同的速度，這就是TDMA同步（Synchronization）。

而為了實現T D M A同步，就必須有一個能夠讓大家都聽從的統(tǒng)一口令，比如“齊步走”和“一二一”等，這就叫作同步參考（Reference）。而負責喊發(fā)這一口令的站點就叫作同步參考站（Reference Station）。在一些VSAT網絡中，同步參考站也被叫作網絡控制中心（NCC—Network Control Center）、網控站（Network Control Station）或主控站（Master Station）等等。

當有多條車道時，車輛從一條車道轉移到另一條車道上繼續(xù)行駛，就叫作MF-TDMA中的跳頻（Frequency Hopping）。（參見圖3、圖4）

單位把車輛從路邊駛入車道的方式有好幾種，有隨機式的、固定式的等等。這些在衛(wèi)星通信中就叫作信道的訪問方式（Access Scheme），有關詳情將在后續(xù)章節(jié)中逐一介紹。

如果車道不是被一個單位所獨占，而是為多個單位所共用，則為帶寬共享（Bandwidth Sharing）。帶寬共享的方式也有很多，包括DAMA[8]和PAMA[9]等等。其中，根據各個單位的出車要求和實際車流量，把車道上的空間和時間按需進行分配，就叫作帶寬的按需分配（DAMA和BoD）[8]；但倘若不管單位的實際需要，就把車道上的空間和時間預先固定地攤派給各個單位，則叫作帶寬的固定分配或預分配（PAMA）。

當然，帶寬也可以不共享。比如某條車道在一段時間內被一個單位獨占，即僅允許該單位的車輛在這條車道上行駛，其它單位的車輛全部禁行，就是帶寬不共享。如前所述，在TDMA中，車道本來是可以按照DAMA或PAMA方式為多家單位所共享的，但倘若把整條車道都只分配給一個單位使用，即該車道上只有一個單位的車輛行駛時，通信模式就和FDMA技術中的SCPC相似了。不過其間的差別是，雖然TDMA可以被當作SCPC使用，但SCPC卻不能反過來變作TDMA。

如果某條車道發(fā)生了擁堵，大家自然而然地把車輛轉移到其它較為寬松和通暢的車道上繼續(xù)行駛，從而使各個車道上的流量趨于平衡，這就叫作負載均衡（Load Balancing）。（參見圖5）

圖2 MF-TDMA（多頻時分多址）示意圖

圖3 MF-TDMA跳頻之前

圖4 MF-TDMA跳頻之后

某些車輛與眾不同，有的帶有特殊標志，比如閃燈鳴笛的救護車和消防車；有的則出自特殊場所，比如從皇宮里開出的貴賓車隊。相比于其它普通車輛，這些特殊車輛具有更高的級別，可以優(yōu)先占用車道通行，而其它車輛則必須讓行，這就是QoS。

QoS直譯為服務質量（Quality of Service），而其含義則是指：由于不同種類的業(yè)務具有不同的性質，對網絡的要求也不一樣，如話音和視頻會議等實時業(yè)務對于帶寬、時延和抖動的要求很高，而文件傳輸、電子郵件和網頁瀏覽等非實時業(yè)務則要求相對較低等，所以這些業(yè)務可以被劃分為不同等級，在分配帶寬時予以區(qū)別對待。如前文提到的PAMA，以及圖7中所示的消防車和救護車為滅火消防和搶救病患而優(yōu)先占用車道2的情形，就是兩種優(yōu)先級非常高的QoS。（參見圖7）

圖5 負載均衡（前）

圖6 負載均衡（后）

圖7 QoS（服務質量）

圖8 星狀網（左）和網狀網（右）

2.TDMA的“熊出沒”

TDMA技術廣泛出沒于星狀網和網狀網等各種茂密的VSAT衛(wèi)星通信網絡中。

每條馬路上都匯集著各種各樣的車輛，這些車輛從四面八方來，到四面八方去。當它們必須經由某一交通樞紐（Hub）進行中轉才能到達目的地的話，這就是星狀網；而如果它們不必經由Hub中轉即可直達目的地的話，這就是網狀網[10]。（參見圖8）

在歷史上，大型的稀路由星狀網多采用TDM/TDMA技術，其中TDM意為時分復用，是主站（Hub）將發(fā)往所有VSAT遠端站的信息在時間上進行復用后，以廣播的方式發(fā)送出去，所以其占用的信道及發(fā)射的載波被叫作出境信道和出境載波，英文上則有Outbound、Outroute和Downstream等多種叫法（見圖9左）。

與出境信道和出境載波相對應，VSAT遠端站回傳給主站所占用的信道和發(fā)射的載波叫作入境信道和入境載波，英文上也有Inbound、Inroute和Upstream等幾種叫法，而TDMA則其實只出現在了入境信道里，即只是VSAT遠端站在向主站回傳信息時才是TDMA方式（見圖9右）。所以說，TDM/TDMA星狀網實際上只有一半采用了TDMA技術，并不是純正的TDMA網。

而純正的TDMA網，不管是星狀網，還是網狀網，包括主站和VSAT遠端站在內的所有站點發(fā)射出來的載波都是TDMA（參見圖10）。

不僅于此，必須提到的是，即便是在很多的SCPC網絡中，也有用到TDMA技術。比如在SCPC/DAMA網絡中，雖然每個站點的主要業(yè)務都是通過SCPC載波進行傳輸的，但主站和VSAT遠端站相互之間的信令傳輸，卻常常是專門通過一個小型的TDM/TDMA網絡來支持的，而其中VSAT遠端站至主站方向的入境信令，則相應的也是TDMA方式。

圖9 TDM/TDMA星狀網中的出境（左）和入境（右）

圖10 TDMA星狀網（左）和網狀網（右）

二、最簡單的TDMA

常常聽到一些有關TDMA相互矛盾的說法：有的說TDMA技術適合于簡單的、稀路由的、業(yè)務量很輕的VSAT小站應用，比如超市、加油站和農村電話等；有的則說TDMA技術適合于復雜的、綜合的、業(yè)務量較重的大型地面站應用，比如石油天然氣、航空管制和電信骨干網等。這一輕一重，一大一小，可謂冰火兩重天，很容易令人迷惑和不知所措?？蓪嶋H上，這些看似矛盾的說法都沒有錯，它恰恰發(fā)映出了TDMA技術寬廣的適應性。所以，下面就從幾種最常見的TDMA通信方式出發(fā)，揭示一下TDMA技術在不同場合中的運用。

1. 從A開始

“When you read you begin with A-B-C,

when you sing you begin with Do-Re-Mi.”

讀書先學A-B-C，

唱歌先學哆-來-咪。

這是電影《音樂之聲》歌曲“哆來咪”中的一句歌詞，它告訴我們凡事都應從A開始，所以我們首先就先學習一個英文單詞- Access。這是一個在無線、蜂窩、移動和衛(wèi)星通信網絡中出鏡率都非常高的詞匯，FDMA、TDMA、CDMA、PAMA和DAMA中最后的那個A就都是Access。Access本意為“存取”，在衛(wèi)星通信中則常被譯作“訪問”或“接入”，其意是指網絡中的各個站點在發(fā)射載波時，是以何種方式去訪問、占用和分享衛(wèi)星的帶寬資源和功率資源的。比如FDMA為頻分多路訪問（或接入）方式，TDMA為時分多路訪問（或接入）方式，CDMA為碼分多路訪問（或接入）方式等，而專業(yè)術語則都分別簡稱為頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）等。

因為本文只介紹TDMA，所以就以馬路交通為例專講各個單位的車輛是如何以時分多址的方式去占用車道的，而這其中則又可進一步細分為隨機訪問（RA）、固定訪問（DA），以及這二者相互組合而得到的幾種訪問方式。

2. RA隨機訪問方式- Aloha

如果每個單位在開車上路時從不聽從什么調度或指揮，也從不預先觀察一下路況，而是隨心所欲就往馬路上沖，那么這就叫作隨機訪問（RARandom Access）方式。（參見圖11）

VSAT網絡中有一個非常有名的隨機訪問技術叫作Aloha。Aloha很有趣，應用也很廣，在TDM/TDMA、SCPC/DAMA和TDMA/DAMA網絡中都能見到它的身影。這里首先引用幾段與Aloha有關的敘述：

圖11 RA隨機訪問方式

圖12 Aloha無碰撞

圖13 Aloha幾乎無碰撞

圖14 Aloha有碰撞

“因為世界上最早的無線電計算機通信網絡是1968年由美國夏威夷大學研究的，目的是希望通過無線廣播、無線通信和分組交換計算機網絡，實現一點到多點的數據通信，使得散布在夏威夷群島上的多個用戶都能夠訪問并使用中心計算機，從而解決這些島嶼之間的通信問題，故以當地人的問候語Aloha命名?！?/p>

“Aloha技術于70年代初研制成功，成為最早和最基本的無線數據通信協(xié)議，之后又進行了一些改進，出現了時隙Aloha、預約Aloha等技術，并被廣泛應用于衛(wèi)星通信網絡中。如在TDM/TDMA星狀網中的TDMA入境信道上，以及SCPC/DAMA網絡的TDMA信令信道上，就常常采用Aloha技術?！?/p>

這里不妨用一個住戶較多、分布卻較為分散的太平洋別墅小區(qū)來給Aloha技術打個比方（圖12-14）：

起初，小區(qū)里只有一家名叫湯加的住戶（圖12）。由于只有一戶人家，沒有鄰居，所以沒有什么過往車輛，湯加可以獨享小區(qū)中的車道。盡管冷清，但好處卻是湯加在開車上路時可以非常隨意，直接往路上沖就行（亦即RA隨機訪問），而從來不必擔心和其它車輛發(fā)生碰撞。

但不久，小區(qū)搬來了一戶名叫塞班的鄰居，這就變成了兩戶人家共用小區(qū)中的車道。盡管湯加和塞班誰都沒能獨享車道，但由于每戶人家的私車都只有兩三輛，平時車道上仍然還是沒有什么過往車輛，所以開車上路時還是可以很隨意的，基本不會發(fā)生碰撞（圖13）。

但隨著小區(qū)的日益興旺，入住的人家越來越多，湯加和塞班的旁邊又陸陸續(xù)續(xù)搬來了馬紹爾、貝勞、所羅門、瑙魯、塔希提、斐濟等等更多的新鄰居，小區(qū)中的道路也日益繁忙，過往車輛也逐漸增多。這時，如果各家各戶還是冒冒失失、隨隨便便就開車上路的話，就容易與其他人家的車輛發(fā)生碰撞了。隨著住戶及車輛的增多，發(fā)生碰撞的幾率也就越來越大（圖14）。

發(fā)生碰撞后，Aloha的處罰方式也很簡單，那就是碰撞車輛必須全都撤回各家，在等待一段時間以后才可以再試一次重新上路，這就叫重傳（Retransmission）。由于是推遲了一段時間之后的重傳，而且還是隨機的，所以再次碰撞的可能性就會減小，而成功上路的機會也就會相應增大。

當然有可能在重傳的時候再一次發(fā)生碰撞，那根據Aloha的罰則就都再撤回各家，等待一段時間之后再次重傳。不過按照規(guī)定，這一回的處罰力度就要加大了，等候時間就要延長了，比如要在前一次等候時長的基礎上再推遲一倍，才可以再次重傳。即每撞一次，就推遲一倍。如此加倍加倍再加倍，推遲推遲再推遲，只要傳輸尚未成功，加倍推遲仍需努力，直到傳輸成功為止。

顯然，這樣做是有代價的。一個就是時間被耽誤了，即傳輸時延會變長。如果是交互式通信，還需要等候回信兒的話，那響應時間也就更慢了；另一個就是空間也被浪費了，即在發(fā)生碰撞的那段時間里，因為亂七八糟全是亂碼，信號根本無用，所以帶寬也就被浪費掉了。隨著碰撞的增多，響應時間和整個信道的利用率都會逐漸惡化，而根據理論計算，衛(wèi)星信道的利用率在采用時隙Aloha技術時最高也只有36.8%（11）（見圖15，有關時隙的含義在后文中有相應介紹），即衛(wèi)星信道中將近2/3的帶寬都被浪費了。

既然可能會出現碰撞，響應時間隨之也會變慢，信道利用率也很低，那為什么還要用Aloha這么個勞什子？這是因為Aloha雖然看起來有些冒失，吊兒郎當不著調，但卻有著兩個相當可貴的優(yōu)點和誘人之處。

圖15

圖16 加油站和超市連鎖店

圖17 全RA時隙TDMA幀結構

一是倘若出門撞大運沒有碰上其它車輛，那么信號就可以被一次性地成功發(fā)送出去了。由于是先斬后奏，沒有什么先申請、再批準、后發(fā)送等來來往往、反反復復、啰里啰嗦的過程，所以Aloha在衛(wèi)星通信中反而能夠成為一種傳輸時延最短，響應時間最快，完成業(yè)務最為干脆利落的上佳選擇了。

圖18 Aloha嚴重碰撞

二是當用戶的業(yè)務都是非常隨機的、零零散散的、小數據量的業(yè)務時（即術語中常說的稀路由業(yè)務），“僅需很少帶寬即可支持大量用戶”，這對于追求一本萬利的VSAT網絡運營商和服務提供商來說誘惑力太大了，而典型應用則是遍布全國的成千上萬家超市連鎖店和加油站等信用卡交易業(yè)務。（圖16）

比如購物客戶在某一超市挑選好一大堆商品后排隊等待付款，而營業(yè)員從開始點貨到結束收款，麻利點兒的話大概也需要一兩分鐘的時間。如果是用信用卡結算，則整個交易過程就是超市的VSAT遠端站與總部的Hub中心站之間往返幾次的信用卡信息傳遞，而每次傳輸的信息量只不過幾個到幾十個字節(jié)而已。顯然，為這樣的站點分配固定的帶寬并不合算，因為它并不是持續(xù)或固定頻率的業(yè)務，業(yè)務發(fā)生了數據量也不是很大。所以針對這種典型的、大型的稀路由數據業(yè)務，利用很少很少的帶寬，采用Aloha這樣的隨機訪問技術來支持是再合算不過的了。

如果專業(yè)一點兒的話，在TDMA網絡中通常會整出個幀結構，畫出其中的時隙組成。如圖17所示即為RA隨機訪問時示意性的TDMA幀結構（注意這里僅僅是示意性的，并不嚴格）。

如圖17所示，在TDMA網絡中，沿著時間可以把信道劃分成為一個接一個的小小的時間段，這些時間段被稱作時隙（Time Slot，縮寫為TS），其大小單位可以用“比特/秒（bps）”來表示，如16kbps時隙、64kbps時隙等。這些時隙可以是等長的，也可以是不等長的。在TDMA網絡中，帶寬就是以時隙的數量來表征的，比如站點-A占用了1個16kbps時隙傳輸話音，或站點-B占用了6個64kbps（共計384kbps）時隙傳輸視頻等等。這與在SCPC和MCPC等FDMA頻分多址網絡中帶寬以頻率的寬度來表征，如某個站點發(fā)射的載波的帶寬是多少kHz或多少MHz是不一樣的。

在圖17所示的幀結構中，從TS-1到TS-12的所有時隙都是RA時隙，意思是說這里的每個時隙都是自由的，都可以被用于任意站點的隨機訪問。

看到這里，對于在采用Aloha技術的TDMA衛(wèi)星通信網絡中出現碰撞，雖然大家會感到無可奈何（花落去），但如果對計算機網絡通信有一些了解的話，或可對Aloha有一種似曾相識之感。因為在計算機通信中，以太網的數據鏈路層上就有一種叫作CSMA/CD帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問的技術（英文原文為Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection），其實就與衛(wèi)星通信中的Aloha技術同誕生于那所夏威夷大學。但二者不同的是，CSMA/CD進行了一些改進，多了個載波偵聽的前奏，即計算機終端首先要偵聽一下以太網總線上是否已經有數據業(yè)務在傳輸，只有發(fā)現總線處于空閑狀態(tài)時才可以發(fā)射數據。

而在很多衛(wèi)星通信網絡中，比如在典型的TDM/TDMA星狀網的Aloha操作中，由于VSAT遠端站只能接收主站從另外一個獨立的信道中專門發(fā)出的TDM出境載波，而接收不了TDMA入境載波，所以無法直接知道TDMA入境信道（相當于計算機網絡里的以太網總線）上的忙閑狀態(tài)，因而就只好簡單處理，沒摸著石頭就過河。當然，通過接收主站的TDM載波，VSAT遠端站也可以間接獲知TDMA入境信道中哪些時隙可用，哪些時隙不可用，從而避免發(fā)生沖突，提高信道的利用率。但這一過程是被動的，和以太網中CSMA/CD中的主動偵聽還是不一樣的。

VSAT衛(wèi)星通信網絡中的這一原理和過程，會在以后的章回中做進一步介紹。不過籍此或許大家都已經可以感覺到，在衛(wèi)星通信網絡、無線通信網絡，以及移動通信網絡，甚至地面有線通信網絡和計算機通信網絡中，其實有很多技術都是相通的。衛(wèi)星通信并不是那么的高高在上、遙不可及、神秘莫測，而是完全可以走下神壇、返璞歸真，和大家融合在一起天地一家親的。理解這一點并進行更加寬廣的探討和深入的研究，對于在不久的將來部署LEO（低軌）和MEO（中軌）衛(wèi)星星座，實現天地一體化會是十分有益的。

圖19 DA固定訪問無碰撞

3. DA固定訪問方式- TDMA/PAMA

但是，如果VSAT遠端站并不是稀路由業(yè)務，而是另外一種截然不同，甚至完全相反的情景，即每個站點的業(yè)務都是持續(xù)不斷的，或者都是非常繁重的重型業(yè)務，例如：

●電信骨干網中的E1數字電路：業(yè)務量為每路2.048Mbps；

●專用通信網中的視頻會議：業(yè)務量為每路256kbps～2Mbps；

●應急通信網中的高清視頻傳輸：業(yè)務量為每路2Mbps～20Mbps；

●數據采集（SCADA）網中的實時數據采集和實時視頻監(jiān)視：每路業(yè)務量不大（如4.8～128kbps），但卻連續(xù)不斷，要求持續(xù)和穩(wěn)定的高QoS優(yōu)先級帶寬保證；

●數字集群、一鍵通（PTT）、HF/VHF話音通信和雷達數據傳輸：每路業(yè)務量不大，如話音為8kbps，數據僅為2.4～16kbps等，可一旦出現，就要求穩(wěn)定的帶寬、固定的時延和極小的抖動（jitter）等最高QoS優(yōu)先級保證；

●等等……

在這些情況下，倘若還采用任性的Aloha技術無拘無束、自由散漫、恣意妄為的話，可就要出大麻煩了。可以想象，在各個單位都有浩浩蕩蕩的大隊車輛蜂擁而至、橫沖直闖的馬路上，碰撞一定會頻頻發(fā)生，交通一定會嚴重阻塞，直至最后完全癱瘓（參見圖18），就像在獲悉申奧成功之后北京長安街上的那個夜晚。而在時隙Aloha中，隨著業(yè)務量的不斷增長，TDMA信道的利用率在達到36.8%的最高值后就會開始下降，業(yè)務就會越來越難以傳出，響應時間也會越來越慢，而帶寬也就會越來越多地被浪費掉。

當然解決這一問題最簡單的辦法就是征用土地、拓寬馬路、增加車道，以獲得更多帶寬，緩解交通壓力。但這種作法未免有些粗暴，不僅經濟性差，而且還容易引發(fā)民怨。所以Aloha這樣的隨機訪問技術并不適用于業(yè)務量持續(xù)穩(wěn)定或非常繁重的衛(wèi)星通信網絡，而在這種情況下，對應于RA隨機訪問方式，還有一種DA固定訪問方式可供采用。

如果預先劃分好時間段（時隙），并計劃好每個單位只允許在其中的一個或幾個固定的時間段里才可以開車上路，其它時間則必須按車不動，那么在TDMA中這種訪問方式就叫作固定訪問（DA- Dedicated Access）[12]。為了能夠對剪不斷、理還亂的TDMA技術由淺入深、循序漸進地進行了解，這里暫且先描述一種DA固定訪問中最為簡單和原始的形式- PAMA。

圖20 全DA時隙TDMA幀結構

圖21 DA時隙的不平均PAMA分配

如圖19所示，在這種DA方式中大家都事先做好了約定，在行車的時序上都預先進行了規(guī)劃并固定進行了分配，所以各個單位只要按時開車上路，就不用擔心遭到碰撞。即時隙在這種DA方式中不會因碰撞而被浪費，所有時隙都能用于傳輸業(yè)務，故信道利用率在除去額外開銷[13]的情況下可以達到100%。這對于支持各站均有連續(xù)不斷的、持續(xù)穩(wěn)定的，以及業(yè)務量很重的應用是十分有益的。

比如TDMA技術早年就曾經在電信骨干網中應用于洲際間、國際間和城際間的局用交換機互聯，支持大型電信關口站之間的E1/T1干線電路連接及業(yè)務傳輸，而國家與國家之間，都市與都市之間的話音通信則可謂日日夜夜、奔流不息，是非常典型的重型業(yè)務。

例如，一條標準的E1數字中繼電路的速率為2048kbps，可同時承載30路傳統(tǒng)的64kbps（PCM編碼）話音。如果在衛(wèi)星轉發(fā)器上開設一路速率為120Mbps的高速TDMA信道，即使在沒有采用數字壓縮、數字插空（DSI）、按需分配（DAMA）、統(tǒng)計時分復用（STDM）等技術的情況下，也能夠在幾座大型關口站之間同時傳輸1800路話音。倘若平均到4個站點，則每個站點在使用一個TDMA Modem的情況下就可以實現與所有其它站點的全網狀網連接，并傳輸450路話音，或15條E1電路。由于各個站點以及衛(wèi)星轉發(fā)器上均為單載波操作，無需考慮多載波回退，所以網絡的傳輸容量，以及地面站功放和衛(wèi)星轉發(fā)器的功率效率都遠遠優(yōu)于FDMA網絡。

二、三十年前，在地面通信網絡還不發(fā)達的時候，當時的郵電部設置在北京、上海、廣州和烏魯木齊的4座電信關口站采用的就是這種高速TDMA的衛(wèi)星通信方式。

如圖20所示即為這一DA固定訪問方式的示意性TDMA幀結構：

如圖所示，從TS-1到TS-12的所有時隙都是DA時隙，而且每個時隙都已經被預先分配給了某一站點，并只用于該站點的業(yè)務傳輸。這就是前面提到的PAMA，其英文全稱為“Preliminary Assigned Multiple Access”，意為預分配多址。如TS-1至TS-3被預先分配給了北京，專用于北京傳輸業(yè)務；TS-7至TS-9被預先分配給了廣州，專用于廣州傳輸業(yè)務等等，以此類推。

由于每個時隙相當于被永久地、固定地分配給了某個站點，所以在英文中也有把這種方式叫作“Permanent Assigned Multiple Access”，其中Permanent譯為永久的、不變的，全文縮寫也為PAMA，而實際功用則與預分配是一樣的。又因為這個PAMA出現在了TDMA網絡中，所以又常被連寫成TDMA/PAMA，意為在TDMA網絡中采用了時隙（即帶寬）預分配技術[14]。

注意這里的時隙并不一定被平均PAMA，而是可以根據各個站點的業(yè)務量，有的站點分得多，有的站點分得少，如圖21所示。

甚至在極端情況下，所有時隙都被PAMA給一個站點使用，即整條車道都被某一單位獨占，而不與其它單位共享，那么此時的情形就相當于SCPC（單路單載波）或MCPC（多路單載波）[15]了，如圖22所示。

雖然相比于RA中的Aloha，在DA的PAMA方式中馬路上不會發(fā)生碰撞，可倘若預先分配給某個單位的時間段已到，但該單位卻沒有開車上路，那么這個時間段上的馬路就會出現空閑，因為按照約定，別的單位此時此刻都必須按車不動。反映到衛(wèi)星信道上則是出現了空閑的時隙，也就是帶寬上產生了浪費。（參見圖23）

如此一來，RA有浪費，DA中的PAMA也會有浪費。那又該如何是好呢？且聽下回分解。

圖22 DA時隙全部PAMA分配給一個站點

后記：高速TDMA和低速TDMA的變遷

如前所述，雖然高速TDMA系統(tǒng)的傳輸容量很大，地面站功放和衛(wèi)星轉發(fā)器的功率效率也都很高，但由于每個站點不管其實際業(yè)務量有多少，Modem出口的突發(fā)速率都必須一樣高，所以都需要安裝大口徑天線（如16～32米）和配備大功率功放（如700～3000瓦）。加之早期的TDMA技術在很多方面還不是十分先進和成熟，如解調門限高和同步不穩(wěn)定等，除了需要配備大功率功放外，還需要配置高精度的時鐘，所以地面站不僅造價高昂，維護起來也非常麻煩，因而只適用于站數很少的場合，沒能被廣泛地應用于VSAT領域中。

與之形成鮮明對比的，反倒是低速的TDMA技術在稀路由的VSAT星狀網中卻得到了相當廣泛的應用，這就是前面講到的Aloha。相對于在只有少數幾個站點之間傳輸重型業(yè)務的網狀網，TDMA在大型星狀網中支持千百個VSAT遠端站向中心站（Hub）傳輸稀路由業(yè)務，則完全是另外一番光景。由于VSAT遠端小站的業(yè)務量非常稀小，發(fā)射的TDMA載波的速率只有幾kbps至幾十kbps，最多也不過幾百kbps，而且又由于是星狀網，VSAT遠端站只需與中心站互通，而中心站安裝的又通常是大口徑天線和大功率功放，所以VSAT遠端站的收發(fā)壓力就可以減輕很多，只需要安裝一面小口徑天線（如0.6～1.8米）和一枚小功率功放（如0.5～2瓦）就可以了，實現起來比網狀網的TDMA要輕松得多。（參見圖16中的天線）

但是，隨著TDMA技術在多頻TDMA（MF-TDMA）、糾錯編碼和時鐘同步等諸多方面的不斷進步和成熟，如今即使是相當高速的TDMA網絡也不必配備大功率的功放和高精度的時鐘了。由此而導致的費用下降，則使得TDMA無論在稀路由業(yè)務網絡，還是在重型業(yè)務網絡都能夠一顯身手，得到越來越廣泛的應用。 SATNET

圖23 DA固定訪問中的時隙浪費

注釋

[1]2G移動通信網絡以TDMA技術為主，但也有一些運營商的2G網絡部分采用了CDMA技術。

[2]SCPC意為單路單載波（Single Channel Per Carrier），屬于FDMA頻分多址通信體制。

[3]M C P C意為多路單載波（Multiple Channels Per Carrier），屬于FDMA頻分多址通信體制。

[4]MF-TDMA意為多頻時分多址（Multiple Frequency TDMA），是有多路頻率信道的TDMA技術，相當于TDMA+FDMA兩種通信體制的組合。

[5]TDM意為時分復用（Time Division Multiplexing）。

[6]DVB意為數字視頻廣播（Digital Video Broadcasting），RCS意為通過衛(wèi)星信道回傳（Return Channel via Satellite）。DVB/RCS是一種國際標準化的TDM/TDMA衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其出境統(tǒng)一采用DVB標準（包括DVB-S、DVB-S2和DVB-S2X等），而入境則統(tǒng)一遵循RCS標準，其目的是期望不同廠家所生產的主站和VSAT遠端站設備能夠在同一網絡中彼此兼容互通。而本質上，DVB/RCS則仍屬于TDM/TDMA衛(wèi)星通信體制。

[7]衛(wèi)星通信中的TDMA技術包括純TDMA（含MF-TDMA）和TDM/TDMA（含TDM/MF-TDMA）兩種。其中純TDMA技術是網絡中的所有站點及所有方向上的載波均為TDMA方式；而TDM/TDMA技術則只有VSAT遠端站發(fā)往主站的入境載波才為TDMA方式，主站發(fā)往VSAT遠端站的出境載波則為TDM連續(xù)載波，仍需以頻分方式獨占一段帶寬，所以整個體系并不是純正的TDMA。

[8]D A M A意為按需分配多址（Demand Assigned Multiple Access），BoD意為帶寬按需分配（Bandwidth on Demand）。雖然兩者在按需分配方面功能一樣，但BoD則更突出了帶寬的分配會根據實際業(yè)務量的變化而進行調整。

[9]P A M A意為固定分配多址（Permanent Assigned Multiple Access），或預分配多址（Preliminary Assigned Multiple Access）。

[10]有關網狀網的辨析可參閱《馬路上的衛(wèi)星之4—從路由看網絡》。

[11]在采用時隙Aloha技術時，TDMA信道的利用效率A = (1/e)x100%= 36.8%。有數學控的讀者如果想知道這個可愛的e是個什么勞什子，1/e又是怎么得來的話，就請自行查閱資料和推導吧，據說跟個什么叫泊松分布的有瓜葛。

[12]DA在有些地方也是Demand Assignment(按需分配)的縮寫，很容易與這里的Dedicated Access(固定訪問)相混，所以需要額外注意。

[13]TDMA中的額外開銷包括TDMA包頭和時隙保護間隔等。

[14]倘若這樣的PAMA發(fā)生在SCPC網絡中，則被寫作SCPC/PAMA。

[15]SCPC和MCPC是有差別的。有些實為MCPC的VSAT系統(tǒng)，卻常常被有意或無意地叫作SCPC，從而引發(fā)不少誤解，其緣由可參閱《馬路上的衛(wèi)星之3 - SCPC單車和MCPC班車》

附錄：英文縮略語及中譯文注釋一覽表