纯TDMA和TDM/TDMA网络比较（带宽篇）——《马路上的卫星之十》

+一席VSAT

纯TDMA网络和TDM/TDMA网络不仅在组网上有很大不同，在卫星带宽的分配和利用方面也有很多差别。

1.TDM/TDMA网络

在《纯TDMA和TDM/TDMA网络比较》之一“基础篇”里已经提到，一个传统的TDM/TDMA星状网中至少需要设置两路信道，其中一路为出境（Outbound）[1]信道，专门用于传输主站至VSAT的TDM出境载波及业务；另一路为入境（Inbound）[1]信道，专门用于传输VSAT至主站的TDMA入境载波及业务（见图1）。

如图1所示，在TDM/TDMA星状网中，出境和入境这两路信道在卫星频带上是分开的。所谓带宽共享其实只是VSAT远端站在采用了TDMA技术的入境信道上做到了部分实现，而主站发往VSAT远端站的TDM出境载波则仍需另外独占一段带宽，不能为其它站点所用。所以实际上，整个卫星带宽并没有能够为所有站点完全共享。

主站和VSAT远端站虽然在带宽上互不干涉，各走各自的专用信道，但它们的业务及业务量可并非一成不变，而是有可能经常在不断改变，甚至出现非常巨幅的动态变化。那么在这种情况下，在卫星的带宽上就会出现一些麻烦了。

比如在某一时段，主站下传至VSAT远端站的业务量减少了，甚至没有了，而VSAT远端站上传到主站的业务量却增加了，超过了其专用的入境信道带宽的容量，在TDM/TDMA网络中，VSAT远端站也不能讨用出境信道中的空余容量传输业务（见图2）。

图1 TDM/TDMA星状网中的带宽分配

图2 TDM/TDMA星状网中主站业务量减少

反之，假如在某一时段，VSAT远端站上传到主站的业务量减少了，甚至没有了，而主站下传至VSAT远端站的业务量却增加了，超过了其专用的出境信道带宽的容量，在TDM/TDMA网络中，主站也不能讨用入境信道中的空余容量传输业务（见图3）。

2.纯TDMA网络

相比之下，在采用纯TDMA技术组建的网络中，则可以在只设置一路信道的情况下，所有站点都在同一频点上发射和接收载波（见图4），共享全部带宽。

如图所示，与传统的TDM/TDMA网络不同，纯TDMA网络中所有方向上的载波都是TDMA，因而主站至VSAT远端站的业务，VSAT远端站至主站的业务，以及VSAT与VSAT远端站之间的业务全都可以在同一路卫星信道中一起传输，并没有什么出境信道和入境信道之分。

所以，在纯TDMA星状网中，当主站发出的业务量减少时，其释放出来的带宽容量就可以很自然地被用于VSAT远端站传输业务（见图5）。

而当主站没有任何业务要发出时，整个带宽则都可以全部分配给VSAT远端站使用，从而出现“零带宽”[2]主站的特别现象（见图6）。

反之，当VSAT远端站发出的业务量减少时，其释放出来的带宽容量也可以很自然地被用于主站传输业务（见图7）。

而当VSAT远端站没有任何业务要发出时，整个带宽则都可以全部分配给主站使用，从而出现“零带宽”[2]VSAT远端站的特别现象（见图8）。

所以说，纯TDMA星状网的整个带宽都是能够为所有站点所完全共享的，故其带宽的利用率远远优于传统的TDM/TDMA星状网，能够为VSAT网络运营商、VSAT服务提供商和VSAT用户节省可观的卫星带宽及租金费用。

3.出入境带宽共享应用

图3 TDM/TDMA星状网中VSAT业务量减少

图4 纯TDMA星状网中的带宽分配

图5 纯TDMA星状网中主站出境业务量减少

现代通信相比于以往已经发生了很多重大的发展和变化，其中最为显著的就是自2008年汶川地震以来的应急通信，以及4G移动通信中自媒体应用的出现。这两种应用的共同特点就是从终端上传到中心的业务不再是零零散散的、速率较低的稀路由业务，而是会出现业务量大幅动态变化，有时会突然增大，并超过从中心下传至终端的情形。比如在抢险救灾的应急通信指挥工作过程中，从前方现场的卫星通信车载站、便携站等机动站点回传给指挥中心的高清视频、图像等宽带多媒体业务的信息量就会十分巨大（见图9左），常常会超过从指挥中心下传给前方现场的指挥信息量。

再比如，在几乎人人都持有智能手机的今天，任何有趣的娱乐事件的出现（如音乐会、舞会、体育比赛等），或任何突发的社会新闻的发生（如车祸、火灾、打架斗殴等），都会马上招致现场及附近的人民群众纷纷举起手机进行拍照和拍摄（见图9中和图9右），并立即通过微信、微博等应用工具发送到互联网中，从而使上传业务量骤然剧增。

所有这些体现在VSAT卫星通信网络中，就是入境方向（Inbound）的业务量不亚于，反而超过，甚至大大超过出境方向（Outbound）的业务量。而在这种情况下，倘若出境带宽和入境带宽还是彼此之间截然分开，不能自动地进行调配和充分地动态共享的话，就会出现入境带宽捉襟见肘、远不够用，而出境带宽却还绰绰有余、荒废闲置，卫星带宽及租金白白损失和浪费，无可奈何的用户眼巴巴望洋兴叹的景象了。

相比之下，出入境能够融为一体的纯TDMA网络，就可以在此时以其带宽能够完全共享的特点，通过瞬时的、动态的带宽按需分配（BoD），以及“零带宽”技术，充分地调动并高效地利用全部带宽，有力地支持应急通信、4G移动通信及自媒体等现代通信应用。

4.总结

由以上对卫星带宽占用的对比分析可以看出，TDM/TDMA系统与纯TDMA系统也是很不一样的。相比于传统的TDM/TDMA网络，纯TDMA网络在卫星带宽的分配和占用方面具有更深的挖掘潜力，不仅利用率更高，而且还能够通过与灵活的组网技术相结合，发挥出更强的优势，从而更加有力地支持应急通信等关键应用，更适应现代及未来新一代卫星通信发展的需要。

图6 纯TDMA星状网中“零带宽”主站

图7 纯TDMA星状网中VSAT入境业务量减少

图8 纯TDMA星状网中“零带宽”VSAT

图9 应急通信、自媒体和突发事件

后记与说明

传统的TDM/TDMA系统在几十年的VSAT发展史上一直占据着主导地位。除了复杂的技术和管理上的原因之外，由于一般用户还都难以承担高昂的主站费用，而相比于其它种类的VSAT，TDM/TDMA系统的VSAT远端站最为低廉，所以TDM/TDMA系统往往成为VSAT服务提供商的首选。然而不可忽视的实际情况却是，尽管TDM/TDMA系统的VSAT价格已经低得让人直不起腰了，但还是有许多VSAT运营商依然入不敷出、难以为继，而其中最为重要的一个原因就是卫星带宽的利用率太低，租金费用负担太重而无法长久维持。

随着VSAT及其主站设备价格的不断降低，卫星带宽的高昂花费已经逐渐成为越来越突出的问题。所以采用带宽效率更高的VSAT系统（如纯TDMA）来组建运营网络并提供卫星通信服务，不失为取代传统的TDM/TDMA网络，适应现代及未来发展的更加有效的解决方案。

此外关于本文还有3点说明。

①本文虽仅以一路TDMA信道举例分析，但同样可扩展为多路TDMA信道，适用于MFTDMA的情形。

②在TDM/TDMA系统中有一种PCMA（Paired Carrier Multiple Access）技术，能够将若干低速的TDMA入境信道与高速的TDM出境信道相互部分重合，以节省卫星带宽。但由于条件苛刻且代价高昂，而收效却不尽如人意，所以并没有能够得到广泛应用。

③在研究TDMA技术时，需要注意信道和载波是两个不同的概念，切不可混为一谈。

（编者注：《马路上的卫星》系列全文刊载完毕。）

注释

[1]在英文中，也有用Outroute和Inroute分别表示出境和入境。

[2]“零带宽”在此仅针对业务而言。为了对VSAT网络及其站点进行控制和管理，从主站和VSAT远端站中发出的信息除了有业务数据外，还会含有一些控制和管理信息。所以即使主站或VSAT远端站没有任何业务要向外传输，也还是会占用少量的卫星带宽。