純TDMA和TDM/TDMA網絡比較（帶寬篇）
——《馬路上的衛星之十》

+一席VSAT

純TDMA網絡和TDM/TDMA網絡不僅在組網上有很大不同，在衛星帶寬的分配和利用方面也有很多差別。

1.TDM/TDMA網絡

在《純TDMA和TDM/TDMA網絡比較》之一“基礎篇”里已經提到，一個傳統的TDM/TDMA星狀網中至少需要設置兩路信道，其中一路為出境（Outbound）[1]信道，專門用于傳輸主站至VSAT的TDM出境載波及業務；另一路為入境（Inbound）[1]信道，專門用于傳輸VSAT至主站的TDMA入境載波及業務（見圖1）。

如圖1所示，在TDM/TDMA星狀網中，出境和入境這兩路信道在衛星頻帶上是分開的。所謂帶寬共享其實只是VSAT遠端站在采用了TDMA技術的入境信道上做到了部分實現，而主站發往VSAT遠端站的TDM出境載波則仍需另外獨占一段帶寬，不能為其它站點所用。所以實際上，整個衛星帶寬并沒有能夠為所有站點完全共享。

主站和VSAT遠端站雖然在帶寬上互不干涉，各走各自的專用信道，但它們的業務及業務量可并非一成不變，而是有可能經常在不斷改變，甚至出現非常巨幅的動態變化。那么在這種情況下，在衛星的帶寬上就會出現一些麻煩了。

比如在某一時段，主站下傳至VSAT遠端站的業務量減少了，甚至沒有了，而VSAT遠端站上傳到主站的業務量卻增加了，超過了其專用的入境信道帶寬的容量，在TDM/TDMA網絡中，VSAT遠端站也不能討用出境信道中的空余容量傳輸業務（見圖2）。

圖1 TDM/TDMA星狀網中的帶寬分配

圖2 TDM/TDMA星狀網中主站業務量減少

反之，假如在某一時段，VSAT遠端站上傳到主站的業務量減少了，甚至沒有了，而主站下傳至VSAT遠端站的業務量卻增加了，超過了其專用的出境信道帶寬的容量，在TDM/TDMA網絡中，主站也不能討用入境信道中的空余容量傳輸業務（見圖3）。

2.純TDMA網絡

相比之下，在采用純TDMA技術組建的網絡中，則可以在只設置一路信道的情況下，所有站點都在同一頻點上發射和接收載波（見圖4），共享全部帶寬。

如圖所示，與傳統的TDM/TDMA網絡不同，純TDMA網絡中所有方向上的載波都是TDMA，因而主站至VSAT遠端站的業務，VSAT遠端站至主站的業務，以及VSAT與VSAT遠端站之間的業務全都可以在同一路衛星信道中一起傳輸，并沒有什么出境信道和入境信道之分。

所以，在純TDMA星狀網中，當主站發出的業務量減少時，其釋放出來的帶寬容量就可以很自然地被用于VSAT遠端站傳輸業務（見圖5）。

而當主站沒有任何業務要發出時，整個帶寬則都可以全部分配給VSAT遠端站使用，從而出現“零帶寬”[2]主站的特別現象（見圖6）。

反之，當VSAT遠端站發出的業務量減少時，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務（見圖7）。

而當VSAT遠端站沒有任何業務要發出時，整個帶寬則都可以全部分配給主站使用，從而出現“零帶寬”[2]VSAT遠端站的特別現象（見圖8）。

所以說，純TDMA星狀網的整個帶寬都是能夠為所有站點所完全共享的，故其帶寬的利用率遠遠優于傳統的TDM/TDMA星狀網，能夠為VSAT網絡運營商、VSAT服務提供商和VSAT用戶節省可觀的衛星帶寬及租金費用。

3.出入境帶寬共享應用

圖3 TDM/TDMA星狀網中VSAT業務量減少

圖4 純TDMA星狀網中的帶寬分配

圖5 純TDMA星狀網中主站出境業務量減少

現代通信相比于以往已經發生了很多重大的發展和變化，其中最為顯著的就是自2008年汶川地震以來的應急通信，以及4G移動通信中自媒體應用的出現。這兩種應用的共同特點就是從終端上傳到中心的業務不再是零零散散的、速率較低的稀路由業務，而是會出現業務量大幅動態變化，有時會突然增大，并超過從中心下傳至終端的情形。比如在搶險救災的應急通信指揮工作過程中，從前方現場的衛星通信車載站、便攜站等機動站點回傳給指揮中心的高清視頻、圖像等寬帶多媒體業務的信息量就會十分巨大（見圖9左），常常會超過從指揮中心下傳給前方現場的指揮信息量。

再比如，在幾乎人人都持有智能手機的今天，任何有趣的娛樂事件的出現（如音樂會、舞會、體育比賽等），或任何突發的社會新聞的發生（如車禍、火災、打架斗毆等），都會馬上招致現場及附近的人民群眾紛紛舉起手機進行拍照和拍攝（見圖9中和圖9右），并立即通過微信、微博等應用工具發送到互聯網中，從而使上傳業務量驟然劇增。

所有這些體現在VSAT衛星通信網絡中，就是入境方向（Inbound）的業務量不亞于，反而超過，甚至大大超過出境方向（Outbound）的業務量。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，不能自動地進行調配和充分地動態共享的話，就會出現入境帶寬捉襟見肘、遠不夠用，而出境帶寬卻還綽綽有余、荒廢閑置，衛星帶寬及租金白白損失和浪費，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網絡，就可以在此時以其帶寬能夠完全共享的特點，通過瞬時的、動態的帶寬按需分配（BoD），以及“零帶寬”技術，充分地調動并高效地利用全部帶寬，有力地支持應急通信、4G移動通信及自媒體等現代通信應用。

4.總結

由以上對衛星帶寬占用的對比分析可以看出，TDM/TDMA系統與純TDMA系統也是很不一樣的。相比于傳統的TDM/TDMA網絡，純TDMA網絡在衛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技術相結合，發揮出更強的優勢，從而更加有力地支持應急通信等關鍵應用，更適應現代及未來新一代衛星通信發展的需要。

圖6 純TDMA星狀網中“零帶寬”主站

圖7 純TDMA星狀網中VSAT入境業務量減少

圖8 純TDMA星狀網中“零帶寬”VSAT

圖9 應急通信、自媒體和突發事件

后記與說明

傳統的TDM/TDMA系統在幾十年的VSAT發展史上一直占據著主導地位。除了復雜的技術和管理上的原因之外，由于一般用戶還都難以承擔高昂的主站費用，而相比于其它種類的VSAT，TDM/TDMA系統的VSAT遠端站最為低廉，所以TDM/TDMA系統往往成為VSAT服務提供商的首選。然而不可忽視的實際情況卻是，盡管TDM/TDMA系統的VSAT價格已經低得讓人直不起腰了，但還是有許多VSAT運營商依然入不敷出、難以為繼，而其中最為重要的一個原因就是衛星帶寬的利用率太低，租金費用負擔太重而無法長久維持。

隨著VSAT及其主站設備價格的不斷降低，衛星帶寬的高昂花費已經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（如純TDMA）來組建運營網絡并提供衛星通信服務，不失為取代傳統的TDM/TDMA網絡，適應現代及未來發展的更加有效的解決方案。

此外關于本文還有3點說明。

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

②在TDM/TDMA系統中有一種PCMA（Paired Carrier Multiple Access）技術，能夠將若干低速的TDMA入境信道與高速的TDM出境信道相互部分重合，以節省衛星帶寬。但由于條件苛刻且代價高昂，而收效卻不盡如人意，所以并沒有能夠得到廣泛應用。

③在研究TDMA技術時，需要注意信道和載波是兩個不同的概念，切不可混為一談。

（編者注：《馬路上的衛星》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”在此僅針對業務而言。為了對VSAT網絡及其站點進行控制和管理，從主站和VSAT遠端站中發出的信息除了有業務數據外，還會含有一些控制和管理信息。所以即使主站或VSAT遠端站沒有任何業務要向外傳輸，也還是會占用少量的衛星帶寬。