純TDMA和TDM/TDMA網(wǎng)絡(luò)比較（基礎(chǔ)篇）
——《馬路上的衛(wèi)星》之四

+一席VSAT

前言

在VSAT衛(wèi)星通信行業(yè)中，有一種名為T(mén)DM/TDMA的VSAT系統(tǒng)，其中TDM意為時(shí)分復(fù)用（Time Division Multiplexing），而TDMA則意為時(shí)分多址（Time Division Multiple Access）。這種VSAT系統(tǒng)歷史悠久，常被用于組建大型的、稀路由的星狀網(wǎng)，如超市連鎖店網(wǎng)絡(luò)、加油站網(wǎng)絡(luò)、證券交易網(wǎng)絡(luò)等，堪稱VSAT衛(wèi)星通信行業(yè)中的經(jīng)典和元老。而研發(fā)、制造和銷售TDM/TDMA VSAT系統(tǒng)的公司在世界上也是前仆后繼，出現(xiàn)過(guò)不少有名的廠家。

不過(guò)有意思的是，雖然這樣的VSAT系統(tǒng)實(shí)為T(mén)DM/TDMA，但卻總是被很多人有意無(wú)意地叫成TDMA，被歸入到TDMA通信體制中，時(shí)常與純正的TDMA系統(tǒng)混為一談。比如衛(wèi)星通信領(lǐng)域中的權(quán)威咨詢機(jī)構(gòu)Comsys在其年度報(bào)告中對(duì)TDM/TDMA系統(tǒng)的歸類和介紹即是如此。可是這樣的劃分其實(shí)并不嚴(yán)格，因?yàn)樗苋菀椎鼐桶裈DM/TDMA系統(tǒng)和純正的TDMA系統(tǒng)之間的差別掩蓋了起來(lái)。這不僅對(duì)于那些入行不久、涉世不深，對(duì)VSAT技術(shù)還不十分了解的新人，甚至對(duì)于一些資深的，但卻長(zhǎng)年沉浸于TDM/TDMA網(wǎng)絡(luò)中的老手來(lái)說(shuō)，都很容易產(chǎn)生錯(cuò)覺(jué)、形成誤解，并由此而進(jìn)一步引發(fā)誤導(dǎo)，從而很難準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)純正的TDMA技術(shù)的真實(shí)本質(zhì)及其特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，所以是有很大問(wèn)題的。

本系列文章即以目前VSAT市場(chǎng)中較為多見(jiàn)的星狀網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)為例，對(duì)純正的TDMA系統(tǒng)和傳統(tǒng)的TDM/TDMA系統(tǒng)做一番技術(shù)比較，以期大家能夠?qū)Χ叩漠愅@得更加清晰和準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)。為便于描述，本系列文章將二者簡(jiǎn)稱為純TDMA系統(tǒng)和TDM/TDMA系統(tǒng)[1]。

1.TDMA基本原理

首先，我們不妨從兩者所具有的相同點(diǎn)出發(fā)，看一下TDMA的基本原理。

如圖1所示即為T(mén)DMA的最基本原理。網(wǎng)絡(luò)中的所有站點(diǎn)（A、B、C、D等）都向同一個(gè)頻點(diǎn)發(fā)射載波，但與SCPC單路單載波等FDMA頻分多址技術(shù)不同，一方面這些載波都不是連續(xù)的，而是一個(gè)個(gè)單獨(dú)而短小的突發(fā)；另一方面這些載波也都不是同時(shí)發(fā)出的，而是在時(shí)間上相互錯(cuò)開(kāi)，從各個(gè)站點(diǎn)中分別發(fā)射到不同的時(shí)隙中，即衛(wèi)星上的帶寬和功率資源在“時(shí)”間上被劃“分”給了“多”個(gè)不同的站“址”使用。圖中的載波波形用虛線表示，指的就是該波形是由一個(gè)個(gè)來(lái)自于多個(gè)站點(diǎn)的、不連續(xù)的、時(shí)有時(shí)無(wú)的TDMA突發(fā)形成的。

2.TDMA技術(shù)的運(yùn)用

接下來(lái)，我們?cè)俜謩e考察一下TDMA技術(shù)在TDM/TDMA網(wǎng)絡(luò)和純TDMA網(wǎng)絡(luò)中的運(yùn)用方式。

圖2 TDM/TDMA網(wǎng)絡(luò)(左)和純TDMA網(wǎng)絡(luò)(右)中的載波發(fā)射

圖3 TDM/TDMA網(wǎng)絡(luò)(左)和純TDMA網(wǎng)絡(luò)(右)中的載波接收

圖2所示即為典型的TDM/TDMA網(wǎng)絡(luò)（圖左）和純TDMA網(wǎng)絡(luò)（圖右），其中每個(gè)網(wǎng)絡(luò)中都包含有兩種站型：一種是主站（或中心站）[2]，即通常所說(shuō)的Hub；另一種是遠(yuǎn)端站，即通常所說(shuō)的VSAT。一般情況下，一個(gè)VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)就是由一個(gè)主站和許多VSAT遠(yuǎn)端站組成的。

首先，我們從各個(gè)站點(diǎn)的發(fā)射方向上觀察：

●在TDM/TDMA網(wǎng)絡(luò)中，只有VSAT遠(yuǎn)端站發(fā)射的才是TDMA突發(fā)載波（見(jiàn)圖2左中的f入境），而主站則是在另外一處頻點(diǎn)，占據(jù)一段專用帶寬，發(fā)射出一個(gè)獨(dú)立的TDM連續(xù)載波（見(jiàn)圖2左中的f出境）。

●而在純TDMA網(wǎng)絡(luò)中，包括主站和VSAT遠(yuǎn)端站在內(nèi)的所有站點(diǎn)發(fā)射的都是TDMA突發(fā)載波，而且可以向同一頻點(diǎn)發(fā)射（見(jiàn)圖2右中的f）。

然后，我們?cè)購(gòu)母鱾€(gè)站點(diǎn)的接收方向上觀察：

●在TDM/TDMA網(wǎng)絡(luò)中，只有主站才接收TDMA突發(fā)載波（見(jiàn)圖3左中的f入境），VSAT遠(yuǎn)端站接收的則是主站發(fā)射出的TDM連續(xù)載波，而不是TDMA（見(jiàn)圖3左中的f出境）。

●而在純TDMA網(wǎng)絡(luò)中，包括主站和VSAT遠(yuǎn)端站在內(nèi)的所有站點(diǎn)接收的都是TDMA突發(fā)載波，而且可以從同一頻點(diǎn)上接收（見(jiàn)圖3右中的f）。

如此一來(lái)，單從表面上看，兩者的差別就已經(jīng)十分明顯了。在TDM/TDMA網(wǎng)絡(luò)中至少需要設(shè)置兩路信道。其中一路為出境（Outbound）[3]信道，專門(mén)用于傳輸主站至VSAT遠(yuǎn)端站的TDM出境載波及業(yè)務(wù)；另一路為入境（Inbound）[3]信道，專門(mén)用于傳輸VSAT遠(yuǎn)端站至主站的TDMA入境載波及業(yè)務(wù)。而在純TDMA網(wǎng)絡(luò)中則可以只設(shè)置一路信道，所有站點(diǎn)都可以在同一頻點(diǎn)上分時(shí)發(fā)射和同時(shí)接收載波，即在該信道上既可以傳輸主站至VSAT遠(yuǎn)端站的業(yè)務(wù)，也可以傳輸VSAT遠(yuǎn)端站至主站的業(yè)務(wù)，甚至還可以傳輸VSAT遠(yuǎn)端站之間的業(yè)務(wù)[4]。

這里有幾點(diǎn)補(bǔ)充說(shuō)明：

圖4 TDM/MF-TDMA(左)和MF-TDMA多頻TDMA網(wǎng)絡(luò)(右)

一是需要注意信道和載波是兩個(gè)不同的概念。在衛(wèi)星通信行業(yè)中有不少人把這兩者混為一談，不加區(qū)分，結(jié)果造成思維上的混亂，使得衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)愈發(fā)難以理解。

二是在有些TDM/TDMA網(wǎng)絡(luò)中，主站發(fā)出的是一種遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的DVB格式載波（包括DVB-S、DVB-S2和DVB-S2X等）。DVB的英文原文為 Digital Video Broadcasting，中文翻譯為“數(shù)字視頻廣播”，在技術(shù)上其實(shí)也是把多路數(shù)字業(yè)務(wù)在時(shí)域上進(jìn)行復(fù)用，所以實(shí)際上也屬于TDM時(shí)分復(fù)用技術(shù)。

三是在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)中，有時(shí)為了擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量，或降低站點(diǎn)的發(fā)射功率，往往會(huì)設(shè)置多路信道來(lái)傳輸TDMA載波，即所謂的多頻TDMA（MF-TDMA）（見(jiàn)圖4）。

在這種情況下，TDMA站點(diǎn)發(fā)出的突發(fā)載波可以在多路不同的信道上來(lái)回跳躍，而其效果則與單路TDMA信道是相同的。所以如非特指，本系列文件中的TDMA均已涵蓋MFTDMA。而為了便于描述和理解，本系列文件主要以單路TDMA信道為例進(jìn)行分析和比較。

由此可見(jiàn)，在TDM/TDMA網(wǎng)絡(luò)中，無(wú)論是從太空中的衛(wèi)星信道上看，還是從地面站的發(fā)射載波上看，實(shí)際上都各只有一半兒是TDMA（見(jiàn)圖5）。

如圖5所示，在出境和入境方向上，TDM/TDMA網(wǎng)絡(luò)中只有入境信道中傳輸?shù)牟攀荰DMA突發(fā)載波，出境信道中則是TDM連續(xù)載波；而在主站和遠(yuǎn)端站中，只有遠(yuǎn)端站發(fā)射的才是TDMA突發(fā)載波，主站發(fā)射的則是TDM連續(xù)載波。

相比之下，在純TDMA網(wǎng)絡(luò)中，在所有方向上，包括主站和VSAT遠(yuǎn)端站在內(nèi)的所有站點(diǎn)發(fā)射的都是TDMA突發(fā)載波。無(wú)論網(wǎng)絡(luò)中只有一路信道，還是有多路信道，其中傳輸?shù)亩际荰DMA突發(fā)，而沒(méi)有連續(xù)載波。

3.總結(jié)

所以說(shuō)，TDM/TDMA網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上只是在一部分地方實(shí)現(xiàn)了TDMA。也許TDM和TDMA的一字之差，挺容易魚(yú)目混珠、混淆視聽(tīng)和令人誤解，可盡管TDM名為時(shí)分復(fù)用，也帶有一抹時(shí)分的色彩，但TDM載波在訪問(wèn)衛(wèi)星時(shí)卻是以頻分的方式去獨(dú)立地占用固定的帶寬，所以TDM/TDMA系統(tǒng)其實(shí)“一半是時(shí)分，一半是頻分”，并不完全是TDMA，而是只改進(jìn)了一半兒，相當(dāng)于只演進(jìn)到了第一代（1G）移動(dòng)通信FDMA和第二代（2G）移動(dòng)通信TDMA之間的1.5G的過(guò)渡階段。

圖5 TDM/TDMA星狀網(wǎng)(左)和純TDMA網(wǎng)狀網(wǎng)(右)主站和VSAT收發(fā)關(guān)系

后記

沒(méi)有把自己簡(jiǎn)稱為T(mén)DM，而是以TDMA作為簡(jiǎn)稱；不太提及TDM的頻分特性，而是強(qiáng)調(diào)其TDMA的部分，努力向時(shí)分方向靠攏，TDM/TDMA系統(tǒng)的這種作法還是頗有些耐人尋味的?；蛟SComsys和有些TDM/TDMA廠家的本意是為了專指VSAT的發(fā)射為T(mén)DMA，但據(jù)此即將TDM/TDMA系統(tǒng)劃歸到TDMA體系中與純TDMA相提并論，實(shí)際上是并不嚴(yán)格和妥當(dāng)?shù)?，是很容易引發(fā)誤解和不利于TDMA技術(shù)的正確推廣的。而對(duì)于純TDMA和TDM/TDMA這兩種系統(tǒng)全面而準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)，不僅對(duì)于技術(shù)人員非常重要，對(duì)于市場(chǎng)、銷售，乃至管理人員來(lái)說(shuō)也都是十分有益的。SATNET

注釋

[1]本文的重點(diǎn)在于TDMA技術(shù)的介紹。雖然基于FDMA頻分多址技術(shù)的SCPC（單路單載波）和MCPC（多路單載波）等VSAT系統(tǒng)也可以支持星狀網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)的組建，但不在本文討論范圍之內(nèi)。

[2]在一般的VSAT網(wǎng)絡(luò)中，主站（Hub）不僅是用戶的業(yè)務(wù)中心，而且還是網(wǎng)絡(luò)的控制中心和管理中心，即主站集業(yè)務(wù)、控制和管理中心于一身。但是在純TDMA網(wǎng)絡(luò)中，這三種中心卻可以分布在不同的地方，不一定非在同一站點(diǎn)不可。而這則又是簡(jiǎn)單區(qū)分純TDMA網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)的TDM/TDMA網(wǎng)絡(luò)的另一明顯不同之處。

[3]在英文中，也有用Outroute和Inroute分別表示出境和入境。

[4]與傳統(tǒng)的TDM/TDMA網(wǎng)絡(luò)不同，由于在純TDMA網(wǎng)絡(luò)中所有載波都是TDMA，各個(gè)方向的載波及業(yè)務(wù)都可以混合在相同的信道中一起傳輸，所以衛(wèi)星上其實(shí)并不分什么出境和入境。這對(duì)于一些長(zhǎng)年沉浸于TDM/TDMA網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)通人士來(lái)說(shuō)可能會(huì)不太習(xí)慣，但倘若回想一下很多很多年以前，在北京和石家莊之間的三車道長(zhǎng)途公路上，來(lái)來(lái)往往的車輛可以共享中間車道相對(duì)行駛的話，就不難理解純TDMA網(wǎng)絡(luò)中出入境不分的含義了，盡管這聽(tīng)起來(lái)頗有些聳人聽(tīng)聞。