純TDMA和TDM/TDMA網(wǎng)絡(luò)比較（帶寬篇）
——《馬路上的衛(wèi)星之十》

+一席VSAT

純TDMA網(wǎng)絡(luò)和TDM/TDMA網(wǎng)絡(luò)不僅在組網(wǎng)上有很大不同，在衛(wèi)星帶寬的分配和利用方面也有很多差別。

1.TDM/TDMA網(wǎng)絡(luò)

在《純TDMA和TDM/TDMA網(wǎng)絡(luò)比較》之一“基礎(chǔ)篇”里已經(jīng)提到，一個(gè)傳統(tǒng)的TDM/TDMA星狀網(wǎng)中至少需要設(shè)置兩路信道，其中一路為出境（Outbound）[1]信道，專門用于傳輸主站至VSAT的TDM出境載波及業(yè)務(wù)；另一路為入境（Inbound）[1]信道，專門用于傳輸VSAT至主站的TDMA入境載波及業(yè)務(wù)（見圖1）。

如圖1所示，在TDM/TDMA星狀網(wǎng)中，出境和入境這兩路信道在衛(wèi)星頻帶上是分開的。所謂帶寬共享其實(shí)只是VSAT遠(yuǎn)端站在采用了TDMA技術(shù)的入境信道上做到了部分實(shí)現(xiàn)，而主站發(fā)往VSAT遠(yuǎn)端站的TDM出境載波則仍需另外獨(dú)占一段帶寬，不能為其它站點(diǎn)所用。所以實(shí)際上，整個(gè)衛(wèi)星帶寬并沒有能夠?yàn)樗姓军c(diǎn)完全共享。

主站和VSAT遠(yuǎn)端站雖然在帶寬上互不干涉，各走各自的專用信道，但它們的業(yè)務(wù)及業(yè)務(wù)量可并非一成不變，而是有可能經(jīng)常在不斷改變，甚至出現(xiàn)非常巨幅的動(dòng)態(tài)變化。那么在這種情況下，在衛(wèi)星的帶寬上就會(huì)出現(xiàn)一些麻煩了。

比如在某一時(shí)段，主站下傳至VSAT遠(yuǎn)端站的業(yè)務(wù)量減少了，甚至沒有了，而VSAT遠(yuǎn)端站上傳到主站的業(yè)務(wù)量卻增加了，超過了其專用的入境信道帶寬的容量，在TDM/TDMA網(wǎng)絡(luò)中，VSAT遠(yuǎn)端站也不能討用出境信道中的空余容量傳輸業(yè)務(wù)（見圖2）。

圖1 TDM/TDMA星狀網(wǎng)中的帶寬分配

圖2 TDM/TDMA星狀網(wǎng)中主站業(yè)務(wù)量減少

反之，假如在某一時(shí)段，VSAT遠(yuǎn)端站上傳到主站的業(yè)務(wù)量減少了，甚至沒有了，而主站下傳至VSAT遠(yuǎn)端站的業(yè)務(wù)量卻增加了，超過了其專用的出境信道帶寬的容量，在TDM/TDMA網(wǎng)絡(luò)中，主站也不能討用入境信道中的空余容量傳輸業(yè)務(wù)（見圖3）。

2.純TDMA網(wǎng)絡(luò)

相比之下，在采用純TDMA技術(shù)組建的網(wǎng)絡(luò)中，則可以在只設(shè)置一路信道的情況下，所有站點(diǎn)都在同一頻點(diǎn)上發(fā)射和接收載波（見圖4），共享全部帶寬。

如圖所示，與傳統(tǒng)的TDM/TDMA網(wǎng)絡(luò)不同，純TDMA網(wǎng)絡(luò)中所有方向上的載波都是TDMA，因而主站至VSAT遠(yuǎn)端站的業(yè)務(wù)，VSAT遠(yuǎn)端站至主站的業(yè)務(wù)，以及VSAT與VSAT遠(yuǎn)端站之間的業(yè)務(wù)全都可以在同一路衛(wèi)星信道中一起傳輸，并沒有什么出境信道和入境信道之分。

所以，在純TDMA星狀網(wǎng)中，當(dāng)主站發(fā)出的業(yè)務(wù)量減少時(shí)，其釋放出來的帶寬容量就可以很自然地被用于VSAT遠(yuǎn)端站傳輸業(yè)務(wù)（見圖5）。

而當(dāng)主站沒有任何業(yè)務(wù)要發(fā)出時(shí)，整個(gè)帶寬則都可以全部分配給VSAT遠(yuǎn)端站使用，從而出現(xiàn)“零帶寬”[2]主站的特別現(xiàn)象（見圖6）。

反之，當(dāng)VSAT遠(yuǎn)端站發(fā)出的業(yè)務(wù)量減少時(shí)，其釋放出來的帶寬容量也可以很自然地被用于主站傳輸業(yè)務(wù)（見圖7）。

而當(dāng)VSAT遠(yuǎn)端站沒有任何業(yè)務(wù)要發(fā)出時(shí)，整個(gè)帶寬則都可以全部分配給主站使用，從而出現(xiàn)“零帶寬”[2]VSAT遠(yuǎn)端站的特別現(xiàn)象（見圖8）。

所以說，純TDMA星狀網(wǎng)的整個(gè)帶寬都是能夠?yàn)樗姓军c(diǎn)所完全共享的，故其帶寬的利用率遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的TDM/TDMA星狀網(wǎng)，能夠?yàn)閂SAT網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商、VSAT服務(wù)提供商和VSAT用戶節(jié)省可觀的衛(wèi)星帶寬及租金費(fèi)用。

3.出入境帶寬共享應(yīng)用

圖3 TDM/TDMA星狀網(wǎng)中VSAT業(yè)務(wù)量減少

圖4 純TDMA星狀網(wǎng)中的帶寬分配

圖5 純TDMA星狀網(wǎng)中主站出境業(yè)務(wù)量減少

現(xiàn)代通信相比于以往已經(jīng)發(fā)生了很多重大的發(fā)展和變化，其中最為顯著的就是自2008年汶川地震以來的應(yīng)急通信，以及4G移動(dòng)通信中自媒體應(yīng)用的出現(xiàn)。這兩種應(yīng)用的共同特點(diǎn)就是從終端上傳到中心的業(yè)務(wù)不再是零零散散的、速率較低的稀路由業(yè)務(wù)，而是會(huì)出現(xiàn)業(yè)務(wù)量大幅動(dòng)態(tài)變化，有時(shí)會(huì)突然增大，并超過從中心下傳至終端的情形。比如在搶險(xiǎn)救災(zāi)的應(yīng)急通信指揮工作過程中，從前方現(xiàn)場(chǎng)的衛(wèi)星通信車載站、便攜站等機(jī)動(dòng)站點(diǎn)回傳給指揮中心的高清視頻、圖像等寬帶多媒體業(yè)務(wù)的信息量就會(huì)十分巨大（見圖9左），常常會(huì)超過從指揮中心下傳給前方現(xiàn)場(chǎng)的指揮信息量。

再比如，在幾乎人人都持有智能手機(jī)的今天，任何有趣的娛樂事件的出現(xiàn)（如音樂會(huì)、舞會(huì)、體育比賽等），或任何突發(fā)的社會(huì)新聞的發(fā)生（如車禍、火災(zāi)、打架斗毆等），都會(huì)馬上招致現(xiàn)場(chǎng)及附近的人民群眾紛紛舉起手機(jī)進(jìn)行拍照和拍攝（見圖9中和圖9右），并立即通過微信、微博等應(yīng)用工具發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)中，從而使上傳業(yè)務(wù)量驟然劇增。

所有這些體現(xiàn)在VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中，就是入境方向（Inbound）的業(yè)務(wù)量不亞于，反而超過，甚至大大超過出境方向（Outbound）的業(yè)務(wù)量。而在這種情況下，倘若出境帶寬和入境帶寬還是彼此之間截然分開，不能自動(dòng)地進(jìn)行調(diào)配和充分地動(dòng)態(tài)共享的話，就會(huì)出現(xiàn)入境帶寬捉襟見肘、遠(yuǎn)不夠用，而出境帶寬卻還綽綽有余、荒廢閑置，衛(wèi)星帶寬及租金白白損失和浪費(fèi)，無可奈何的用戶眼巴巴望洋興嘆的景象了。

相比之下，出入境能夠融為一體的純TDMA網(wǎng)絡(luò)，就可以在此時(shí)以其帶寬能夠完全共享的特點(diǎn)，通過瞬時(shí)的、動(dòng)態(tài)的帶寬按需分配（BoD），以及“零帶寬”技術(shù)，充分地調(diào)動(dòng)并高效地利用全部帶寬，有力地支持應(yīng)急通信、4G移動(dòng)通信及自媒體等現(xiàn)代通信應(yīng)用。

4.總結(jié)

由以上對(duì)衛(wèi)星帶寬占用的對(duì)比分析可以看出，TDM/TDMA系統(tǒng)與純TDMA系統(tǒng)也是很不一樣的。相比于傳統(tǒng)的TDM/TDMA網(wǎng)絡(luò)，純TDMA網(wǎng)絡(luò)在衛(wèi)星帶寬的分配和占用方面具有更深的挖掘潛力，不僅利用率更高，而且還能夠通過與靈活的組網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，發(fā)揮出更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，從而更加有力地支持應(yīng)急通信等關(guān)鍵應(yīng)用，更適應(yīng)現(xiàn)代及未來新一代衛(wèi)星通信發(fā)展的需要。

圖6 純TDMA星狀網(wǎng)中“零帶寬”主站

圖7 純TDMA星狀網(wǎng)中VSAT入境業(yè)務(wù)量減少

圖8 純TDMA星狀網(wǎng)中“零帶寬”VSAT

圖9 應(yīng)急通信、自媒體和突發(fā)事件

后記與說明

傳統(tǒng)的TDM/TDMA系統(tǒng)在幾十年的VSAT發(fā)展史上一直占據(jù)著主導(dǎo)地位。除了復(fù)雜的技術(shù)和管理上的原因之外，由于一般用戶還都難以承擔(dān)高昂的主站費(fèi)用，而相比于其它種類的VSAT，TDM/TDMA系統(tǒng)的VSAT遠(yuǎn)端站最為低廉，所以TDM/TDMA系統(tǒng)往往成為VSAT服務(wù)提供商的首選。然而不可忽視的實(shí)際情況卻是，盡管TDM/TDMA系統(tǒng)的VSAT價(jià)格已經(jīng)低得讓人直不起腰了，但還是有許多VSAT運(yùn)營商依然入不敷出、難以為繼，而其中最為重要的一個(gè)原因就是衛(wèi)星帶寬的利用率太低，租金費(fèi)用負(fù)擔(dān)太重而無法長久維持。

隨著VSAT及其主站設(shè)備價(jià)格的不斷降低，衛(wèi)星帶寬的高昂花費(fèi)已經(jīng)逐漸成為越來越突出的問題。所以采用帶寬效率更高的VSAT系統(tǒng)（如純TDMA）來組建運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)并提供衛(wèi)星通信服務(wù)，不失為取代傳統(tǒng)的TDM/TDMA網(wǎng)絡(luò)，適應(yīng)現(xiàn)代及未來發(fā)展的更加有效的解決方案。

此外關(guān)于本文還有3點(diǎn)說明。

①本文雖僅以一路TDMA信道舉例分析，但同樣可擴(kuò)展為多路TDMA信道，適用于MFTDMA的情形。

②在TDM/TDMA系統(tǒng)中有一種PCMA（Paired Carrier Multiple Access）技術(shù)，能夠?qū)⑷舾傻退俚腡DMA入境信道與高速的TDM出境信道相互部分重合，以節(jié)省衛(wèi)星帶寬。但由于條件苛刻且代價(jià)高昂，而收效卻不盡如人意，所以并沒有能夠得到廣泛應(yīng)用。

③在研究TDMA技術(shù)時(shí)，需要注意信道和載波是兩個(gè)不同的概念，切不可混為一談。

（編者注：《馬路上的衛(wèi)星》系列全文刊載完畢。）

注釋

[1]在英文中，也有用Outroute和Inroute分別表示出境和入境。

[2]“零帶寬”在此僅針對(duì)業(yè)務(wù)而言。為了對(duì)VSAT網(wǎng)絡(luò)及其站點(diǎn)進(jìn)行控制和管理，從主站和VSAT遠(yuǎn)端站中發(fā)出的信息除了有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)外，還會(huì)含有一些控制和管理信息。所以即使主站或VSAT遠(yuǎn)端站沒有任何業(yè)務(wù)要向外傳輸，也還是會(huì)占用少量的衛(wèi)星帶寬。