纯TDMA和TDM / TDMA网络比较
纯TDMA和TDM / TDMA网络比较
作者 | 一席VSAT
本文系《卫星与网络》独家整理
本文原载于《卫星与网络》杂志2019年8月刊
前言
在VSAT卫星通信行业中，有一种名为TDM/TDMA的VSAT系统，其中TDM意为时分复用（Time Division Multiplexing），而TDMA则意为时分多址（Time Division Multiple Access）。这种VSAT系统历史悠久，常被用于组建大型的、稀路由的星状网，如超市连锁店网络、加油站网络、证券交易网络等，堪称VSAT卫星通信行业中的经典和元老。而研发、制造和销售TDM/TDMA VSAT系统的公司在世界上也是前仆后继，出现过不少有名的厂家。
不过有意思的是，虽然这样的VSAT系统实为TDM/TDMA，但却总是被很多人有意无意地叫成TDMA，被归入到TDMA通信体制中，时常与纯正的TDMA系统混为一谈。比如卫星通信领域中的权威咨询机构Comsys在其年度报告中对TDM/TDMA系统的归类和介绍即是如此。可是这样的划分其实并不严格，因为它很容易地就把TDM/TDMA系统和纯正的TDMA系统之间的差别掩盖了起来。
这不仅对于那些入行不久、涉世不深，对VSAT技术还不十分了解的新人，甚至对于一些资深的，但却长年沉浸于TDM/TDMA网络中的老手来说，都很容易产生错觉、形成误解，并由此而进一步引发误导，从而很难准确地认识纯正的TDMA技术的真实本质及其特点和优势，所以是有很大问题的。
本系列文章即以目前VSAT市场中较为多见的星状网和网状网为例，对纯正的TDMA系统和传统的TDM/TDMA系统做一番技术比较，以期大家能够对二者的异同获得更加清晰和准确的认识。为便于描述，本系列文章将二者简称为纯TDMA系统和TDM/TDMA系统[1]。
1.TDMA基本原理
首先，我们不妨从两者所具有的相同点出发，看一下TDMA的基本原理。
如图1所示即为TDMA的最基本原理。
图1 TDMA基本原理示意图
网络中的所有站点（A、B、C、D等）都向同一个频点发射载波，但与SCPC单路单载波等FDMA频分多址技术不同，一方面这些载波都不是连续的，而是一个个单独而短小的突发；另一方面这些载波也都不是同时发出的，而是在时间上相互错开，从各个站点中分别发射到不同的时隙中，即卫星上的带宽和功率资源在“时”间上被划“分”给了“多”个不同的站“址”使用。图中的载波波形用虚线表示，指的就是该波形是由一个个来自于多个站点的、不连续的、时有时无的TDMA突发形成的。
2.TDMA技术的运用
接下来，我们再分别考察一下TDMA技术在TDM/TDMA网络和纯TDMA网络中的运用方式。
图2所示即为典型的TDM/TDMA网络（图左）和纯TDMA网络（图右），其中每个网络中都包含有两种站型：一种是主站（或中心站）[2]，即通常所说的Hub；另一种是远端站，即通常所说的VSAT。一般情况下，一个VSAT卫星通信网就是由一个主站和许多VSAT远端站组成的。
图2 TDM/TDMA网络(左)和纯TDMA网络(右)中的载波发
首先，我们从各个站点的发射方向上观察：
●在TDM/TDMA网络中，只有VSAT远端站发射的才是TDMA突发载波（见图2左中的f入境），而主站则是在另外一处频点，占据一段专用带宽，发射出一个独立的TDM连续载波（见图2左中的f出境）。
●而在纯TDMA网络中，包括主站和VSAT远端站在内的所有站点发射的都是TDMA突发载波，而且可以向同一频点发射（见图2右中的f）。
然后，我们再从各个站点的接收方向上观察：
●在TDM/TDMA网络中，只有主站才接收TDMA突发载波（见图3左中的f入境），VSAT远端站接收的则是主站发射出的TDM连续载波，而不是TDMA（见图3左中的f出境）。
●而在纯TDMA网络中，包括主站和VSAT远端站在内的所有站点接收的都是TDMA突发载波，而且可以从同一频点上接收（见图3右中的f）。
图3 TDM/TDMA网络(左)和纯TDMA网络(右)中的载波接
如此一来，单从表面上看，两者的差别就已经十分明显了。在TDM/TDMA网络中至少需要设置两路信道。其中一路为出境（Outbound）[3]信道，专门用于传输主站至VSAT远端站的TDM出境载波及业务；另一路为入境（Inbound）[3]信道，专门用于传输VSAT远端站至主站的TDMA入境载波及业务。而在纯TDMA网络中则可以只设置一路信道，所有站点都可以在同一频点上分时发射和同时接收载波，即在该信道上既可以传输主站至VSAT远端站的业务，也可以传输VSAT远端站至主站的业务，甚至还可以传输VSAT远端站之间的业务[4]。
这里有几点补充说明：
一是需要注意信道和载波是两个不同的混为一谈，不加区分，结果造成思维上的混乱，使得卫星通信网络技术愈发难以理解。
二是在有些TDM/TDMA网络中，主站发出的是一种遵循国际标准的DVB格式载波（包括DVB-S、DVB-S2和DVB-S2X等）。DVB的英文原文为 Digital Video Broadcasting，中文翻译为“数字视频广播”，在技术上其实也是把多路数字业务在时域上进行复用，所以实际上也属于TDM时分复用技术。
三是在实际的网络中，有时为了扩大网络的传输容量，或降低站点的发射功率，往往会设置多路信道来传输TDMA载波，即所谓的多频TDMA（MF-TDMA）（见图4）。
图4 TDM/MF-TDMA(左)和MF-TDMA多频TDMA网络(右)
在这种情况下，TDMA站点发出的突发载波可以在多路不同的信道上来回跳跃，而其效果则与单路TDMA信道是相同的。所以如非特指，本系列文件中的TDMA均已涵盖MFTDMA。而为了便于描述和理解，本系列文件主要以单路TDMA信道为例进行分析和比较。
由此可见，在TDM/TDMA网络中，无论是从太空中的卫星信道上看，还是从地面站的发射载波上看，实际上都各只有一半儿是TDMA（见图5）。
图5 TDM/TDMA星状网(左)和纯TDMA网状网(右)主站和VSAT收发关
如图5所示，在出境和入境方向上，TDM/TDMA网络中只有入境信道中传输的才是TDMA突发载波，出境信道中则是TDM连续载波；而在主站和远端站中，只有远端站发射的才是TDMA突发载波，主站发射的则是TDM连续载波。
相比之下，在纯TDMA网络中，在所有方向上，包括主站和VSAT远端站在内的所有站点发射的都是TDMA突发载波。无论网络中只有一路信道，还是有多路信道，其中传输的都是TDMA突发，而没有连续载波。
3.总结
所以说，TDM/TDMA网络实际上只是在一 部分地方实现了TDMA。也许TDM和TDMA的 一字之差，挺容易鱼目混珠、混淆视听和令人误解，可尽管TDM名为时分复用，也带有一抹时分的色彩，但TDM载波在访问卫星时却是以频分的方式去独立地占用固定的带宽，所以TDM/TDMA系统其实“一半是时分，一半是频分”，并不完全是TDMA，而是只改进了 一半儿，相当于只演进到了第一代（1G）移动通信FDMA和第二代（2G）移动通信TDMA之间的1.5G的过渡阶段。
后记
注释
[1]本文的重点在于TDMA技术的介绍。虽然基于FDMA频分多址技术的SCPC（单路单载波）和MCPC（多路单载波）等VSAT系统也可以支持星状网和网状网的组建，但不在本文讨论范围之内。
[2]在一般的VSAT网络中，主站（Hub）不仅是用户的业务中心，而且还是网络的控制中心和管理中心，即主站集业务、控制和管理中心于一身。但是在纯TDMA网络中，这三种中心却可以分布在不同的地方，不一定非在同一站点不可。而这则又是简单区分纯TDMA网络和传统的TDM/TDMA网络的另一明显不同之处。
[3]在英文中，也有用Outroute和Inroute分别表示出境和入境。
[4]与传统的TDM/TDMA网络不同，由于在纯TDMA网络中所有载波都是TDMA，各个方向的载波及业务都可以混合在相同的信道中一起传输，所以卫星上其实并不分什么出境和入境。这对于一些长年沉浸于TDM/TDMA网络的卫通人士来说可能会不太习惯，但倘若回想一下很多很多年以前，在北京和石家庄之间的三车道长途公路上，来来往往的车辆可以共享中间车道相对行驶的话，就不难理解纯TDMA网络中出入境不分的含义了，尽管这听起来颇有些耸人听闻。
==============
TDM: Time Division Multiplex 时分多路复用
TDMA: Time Division Multiple Address 时分多路访问
相同点是两者都是将时间分为小的time slot。
不同点在于，TDM把time slot用在multiplexing，TDMA把time slot用在multiple access。
在802.16e中，可以这样认为：TDM使用由发送者已经预设好的频宽分配的方式；而TDMA则定义多个节点争取有限频宽的方式。
用一个比较粗俗的例子做比喻：
假若某男有N个女朋友;该桃花运男要与这些女友进行约会。
如果某男自己排好了一个约会次序表，决定好了什么时候与哪个女友约会，则这种方式可以看作是TDM；
如果某男没有一个明确的约会次序表，何时与某女约会完全取决于这N个女友之间的竞争，竞争胜利者可以获得与某男约会的机会，则对于这N个女友而言，这种方式可以看作是TDMA。
============= End
