純TDMA和TDM / TDMA網絡比較
作者 | 一席VSAT
本文系《衛星與網絡》獨家整理
本文原載於《衛星與網絡》雜志2019年8月刊
前言
在VSAT衛星通信行業中，有一種名為TDM/TDMA的VSAT系統，其中TDM意為時分復用（Time Division Multiplexing），而TDMA則意為時分多址（Time Division Multiple Access）。這種VSAT系統歷史悠久，常被用於組建大型的、稀路由的星狀網，如超市連鎖店網絡、加油站網絡、證券交易網絡等，堪稱VSAT衛星通信行業中的經典和元老。而研發、制造和銷售TDM/TDMA VSAT系統的公司在世界上也是前仆后繼，出現過不少有名的廠家。
不過有意思的是，雖然這樣的VSAT系統實為TDM/TDMA，但卻總是被很多人有意無意地叫成TDMA，被歸入到TDMA通信體制中，時常與純正的TDMA系統混為一談。比如衛星通信領域中的權威咨詢機構Comsys在其年度報告中對TDM/TDMA系統的歸類和介紹即是如此。可是這樣的划分其實並不嚴格，因為它很容易地就把TDM/TDMA系統和純正的TDMA系統之間的差別掩蓋了起來。
這不僅對於那些入行不久、涉世不深，對VSAT技術還不十分了解的新人，甚至對於一些資深的，但卻長年沉浸於TDM/TDMA網絡中的老手來說，都很容易產生錯覺、形成誤解，並由此而進一步引發誤導，從而很難准確地認識純正的TDMA技術的真實本質及其特點和優勢，所以是有很大問題的。
本系列文章即以目前VSAT市場中較為多見的星狀網和網狀網為例，對純正的TDMA系統和傳統的TDM/TDMA系統做一番技術比較，以期大家能夠對二者的異同獲得更加清晰和准確的認識。為便於描述，本系列文章將二者簡稱為純TDMA系統和TDM/TDMA系統[1]。
1.TDMA基本原理
首先，我們不妨從兩者所具有的相同點出發，看一下TDMA的基本原理。
如圖1所示即為TDMA的最基本原理。
圖1 TDMA基本原理示意圖
網絡中的所有站點（A、B、C、D等）都向同一個頻點發射載波，但與SCPC單路單載波等FDMA頻分多址技術不同，一方面這些載波都不是連續的，而是一個個單獨而短小的突發；另一方面這些載波也都不是同時發出的，而是在時間上相互錯開，從各個站點中分別發射到不同的時隙中，即衛星上的帶寬和功率資源在“時”間上被划“分”給了“多”個不同的站“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個來自於多個站點的、不連續的、時有時無的TDMA突發形成的。
2.TDMA技術的運用
接下來，我們再分別考察一下TDMA技術在TDM/TDMA網絡和純TDMA網絡中的運用方式。
圖2所示即為典型的TDM/TDMA網絡（圖左）和純TDMA網絡（圖右），其中每個網絡中都包含有兩種站型：一種是主站（或中心站）[2]，即通常所說的Hub；另一種是遠端站，即通常所說的VSAT。一般情況下，一個VSAT衛星通信網就是由一個主站和許多VSAT遠端站組成的。
圖2 TDM/TDMA網絡(左)和純TDMA網絡(右)中的載波發
首先，我們從各個站點的發射方向上觀察：
●在TDM/TDMA網絡中，只有VSAT遠端站發射的才是TDMA突發載波（見圖2左中的f入境），而主站則是在另外一處頻點，占據一段專用帶寬，發射出一個獨立的TDM連續載波（見圖2左中的f出境）。
●而在純TDMA網絡中，包括主站和VSAT遠端站在內的所有站點發射的都是TDMA突發載波，而且可以向同一頻點發射（見圖2右中的f）。
然后，我們再從各個站點的接收方向上觀察：
●在TDM/TDMA網絡中，只有主站才接收TDMA突發載波（見圖3左中的f入境），VSAT遠端站接收的則是主站發射出的TDM連續載波，而不是TDMA（見圖3左中的f出境）。
●而在純TDMA網絡中，包括主站和VSAT遠端站在內的所有站點接收的都是TDMA突發載波，而且可以從同一頻點上接收（見圖3右中的f）。
圖3 TDM/TDMA網絡(左)和純TDMA網絡(右)中的載波接
如此一來，單從表面上看，兩者的差別就已經十分明顯了。在TDM/TDMA網絡中至少需要設置兩路信道。其中一路為出境（Outbound）[3]信道，專門用於傳輸主站至VSAT遠端站的TDM出境載波及業務；另一路為入境（Inbound）[3]信道，專門用於傳輸VSAT遠端站至主站的TDMA入境載波及業務。而在純TDMA網絡中則可以只設置一路信道，所有站點都可以在同一頻點上分時發射和同時接收載波，即在該信道上既可以傳輸主站至VSAT遠端站的業務，也可以傳輸VSAT遠端站至主站的業務，甚至還可以傳輸VSAT遠端站之間的業務[4]。
這里有幾點補充說明：
一是需要注意信道和載波是兩個不同的混為一談，不加區分，結果造成思維上的混亂，使得衛星通信網絡技術愈發難以理解。
二是在有些TDM/TDMA網絡中，主站發出的是一種遵循國際標准的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“數字視頻廣播”，在技術上其實也是把多路數字業務在時域上進行復用，所以實際上也屬於TDM時分復用技術。
三是在實際的網絡中，有時為了擴大網絡的傳輸容量，或降低站點的發射功率，往往會設置多路信道來傳輸TDMA載波，即所謂的多頻TDMA（MF-TDMA）（見圖4）。
圖4 TDM/MF-TDMA(左)和MF-TDMA多頻TDMA網絡(右)
在這種情況下，TDMA站點發出的突發載波可以在多路不同的信道上來回跳躍，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。而為了便於描述和理解，本系列文件主要以單路TDMA信道為例進行分析和比較。
由此可見，在TDM/TDMA網絡中，無論是從太空中的衛星信道上看，還是從地面站的發射載波上看，實際上都各只有一半兒是TDMA（見圖5）。
圖5 TDM/TDMA星狀網(左)和純TDMA網狀網(右)主站和VSAT收發關
如圖5所示，在出境和入境方向上，TDM/TDMA網絡中只有入境信道中傳輸的才是TDMA突發載波，出境信道中則是TDM連續載波；而在主站和遠端站中，只有遠端站發射的才是TDMA突發載波，主站發射的則是TDM連續載波。
相比之下，在純TDMA網絡中，在所有方向上，包括主站和VSAT遠端站在內的所有站點發射的都是TDMA突發載波。無論網絡中只有一路信道，還是有多路信道，其中傳輸的都是TDMA突發，而沒有連續載波。
3.總結
所以說，TDM/TDMA網絡實際上只是在一 部分地方實現了TDMA。也許TDM和TDMA的 一字之差，挺容易魚目混珠、混淆視聽和令人誤解，可盡管TDM名為時分復用，也帶有一抹時分的色彩，但TDM載波在訪問衛星時卻是以頻分的方式去獨立地占用固定的帶寬，所以TDM/TDMA系統其實“一半是時分，一半是頻分”，並不完全是TDMA，而是只改進了 一半兒，相當於只演進到了第一代（1G）移動通信FDMA和第二代（2G）移動通信TDMA之間的1.5G的過渡階段。
后記
注釋
[1]本文的重點在於TDMA技術的介紹。雖然基於FDMA頻分多址技術的SCPC（單路單載波）和MCPC（多路單載波）等VSAT系統也可以支持星狀網和網狀網的組建，但不在本文討論范圍之內。
[2]在一般的VSAT網絡中，主站（Hub）不僅是用戶的業務中心，而且還是網絡的控制中心和管理中心，即主站集業務、控制和管理中心於一身。但是在純TDMA網絡中，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不可。而這則又是簡單區分純TDMA網絡和傳統的TDM/TDMA網絡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]與傳統的TDM/TDMA網絡不同，由於在純TDMA網絡中所有載波都是TDMA，各個方向的載波及業務都可以混合在相同的信道中一起傳輸，所以衛星上其實並不分什么出境和入境。這對於一些長年沉浸於TDM/TDMA網絡的衛通人士來說可能會不太習慣，但倘若回想一下很多很多年以前，在北京和石家庄之間的三車道長途公路上，來來往往的車輛可以共享中間車道相對行駛的話，就不難理解純TDMA網絡中出入境不分的含義了，盡管這聽起來頗有些聳人聽聞。
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