马路上的卫星

马路上的卫星

本文系《卫星与网络》原创

 

“世有载波，然后有信道。信道常有，而载波不常有。故虽有信道，祗辱于FDMA之手，姘死于SCPC之间，不以信道称也。”

——仿韩愈《马说》

卫星人士最爱挂在嘴边的一个词就是载波，经常会说如何如何使用载波，载波是怎么怎么使用的。但实际上这是十分误人的说法，真正的、准确的用词应该是“信道”。虽然相比于载波，信道这个词儿使用的人较少，但如果想把VSAT网络中的各种卫星通信体制，如SCPC(单路单载波)、TDMA(时分多址)、DAMA(按需分配)等搞清楚的话，就一定要严格区分“载波”和“信道”这两个概念，并且还应该多说信道，少讲载波。

马路上的信道和载波

信道和载波在概念上的不同，拿马路交通作比喻可以非常形象(图1)。

图1. 马路交通和卫星通信

如果把卫星上的转发器比成一条宽宽的马路的话，设置信道就好比是在马路上划分车道。在一个转发器上可以划分出很多信道，就好像是在一条马路上可以划分出很多车道，而每一路信道就好比是一条车道。

在马路沿线会有很多单位，比如政府机关、商场、写字楼、酒店、学校、医院、警察局等，而这些单位就好像VSAT网络中的一个个地面站。每个单位都会有一些自己的车辆。而某个地面站向卫星上发射载波，就好像是某个单位往马路上开车。开车不能横冲直撞随便开，而是应当遵守交通规则，沿着马路上的车道行驶，这就是地面站发出的载波一定是要发射到卫星上的某路信道中。

这里的对应关系是：

● 卫星转发器 – 马路

● 卫星信道 – 车道

● VSAT卫星地面站 – 单位

● 载波 – 车辆

● 用户业务 – 单位中的人和物

 

如此一看就十分清晰了，载波并不是信道，而是地面站发射出来的信号；被地面站所利用的也不是载波，而是一路路的卫星信道。就像我们会说“在马路上开车，各条车道被各个单位的车辆所占用”一样，对应于载波和信道，准确的说法是“向卫星上发射载波，各路信道被各个地面站的载波所占用”。

这里不妨以一个VSAT星状网为例做一个简要的说明。在一个普通的星状网中，通常都有一个中心站(Hub)和若干个VSAT远端站。所有VSAT远端站都只和中心站通信，而VSAT远端站之间则不直接互通(图2)。

图2. VSAT星状网

星状网络中的业务被分为中心站向远端站传输的出境业务，以及远端站向中心站传输的入境业务。而星状网中较为常见的卫星访问体制则是TDM/TDMA(图-3)，即出境为TDM (时分复用)方式，入境为TDMA(时分多址)方式。

图3. TDM/TDMA星状网

如图所示，请注意以下说法：

一方面，TDM/TDMA星状网在卫星上为中心站的出境业务分配了一段专用带宽，并设置了一路出境信道。中心站独占该出境信道，持续发射出一个连续的TDM载波，向VSAT远端站传输出境业务。即，在出境信道上发送的是中心站的连续载波。

另一方面，TDM/TDMA星状网在卫星上也为VSAT远端站的入境业务分配了一段公用带宽，并设置了一路或多路入境信道。所有远端站共享这些入境信道，分时发射出多个突发的TDMA载波，向主站传输入境业务。即，在入境信道上发送的都是VSAT远端站的突发载波。

所以，当我们讨论VSAT网络中的卫星访问方式时，应该清楚载波和信道是两个不同的东西，应该说卫星信道是如何被利用的，而不应该说载波是怎么用的。这里借用古人的一段话来做个比喻：

“世有载波，然后有信道。信道常有，而载波不常有。故虽有信道，祗辱于FDMA之手，姘死于SCPC之间，不以信道称也。”

“世有载波，然后有信道。”就是说世界上先发明了汽车，然后才开始修建马路，并在马路上划分行车道。

“信道常有，而载波不常有。”就是说虽然车道总在那里，但上面却不一定总有汽车跑。

“故虽有信道，祗辱于FDMA之手，姘死於SCPC之间，不以信道称也。”就是说信道和载波的差别虽然看似简单，但实际区分和使用起来却不是那么容易，尤其是对于长期沉浸在FDMA(频分多址)世界里，习惯了SCPC(单路单载波)技术的用户，甚至于一些“老卫星”和“老专家”，都总会不知不觉地将二者混为一谈，难以自拔。

可这又是为什么呢？

FDMA中的信道和载波

在所有的无线和卫星通信访问体制里，频分多址(FDMA)是最简单和最容易理解的，其典型代表就是SCPC(单路单载波)技术，而典型应用则是两个地面站之间点到点互通(图4)。其中，站点A在某一频点上占用一路信道发射一个连续载波给站点B，而站点B则在另一频点上占用另一路信道发射另一个连续载波给站点A。每个载波一旦发射上星就会固定占据一路信道不放，直至其业务完全结束，其间其它任何站点都不得再向这路信道上发射载波。

图4. SCPC点到点通信

这就好比是马路上的A、B两个单位。单位A独占一条车道向单位B发车，单位B又独占另一条车道向单位A发车，每条车道都被一个单位固定占据，只行驶这个单位的车辆，而不允许其它单位的汽车在上行驶一样(图5)。

图5. 马路上的SCPC

由于每个信道上只有一个站的载波，而且是长时间地固定占用，载波和信道相互重合在一起，看起来似为一体(如图4中的信道-1和SCPC载波-1，信道-2和SCPC载波-2等)，说载波和说信道也就没什么分别了。

卫星通信中的调制解调器(modem)俗称为“猫”，而SCPC的猫在市场上是很容易买到的，就像买菜一样。安装和使用也很简单，两点一搭，参数一设，载波一发，带宽一占就齐活。因为是独占，整条车道都是自己一个单位的，所以可以把整个猫趴上去，想怎么开就怎么开，快点儿慢点儿都无所谓，是满载，还是空驶，甚至让整个车道空着也没关系，丝毫不必担心和别的单位的车辆有争抢或冲突，或发生追尾和碰撞等，整个儿一自娱自乐，活活像只“趴趴猫”，爽得很。

 

由于SCPC的趴趴猫非常简单易用，所以得到很多用户，尤其是中低端小型网络用户的喜爱。然而简单的背后是有代价的，那就是相比于TDMA等较为复杂的VSAT系统，用户将不得不在卫星带宽上付出更加高昂的费用。

TDMA中的信道和载波

相比于FDMA，TDMA(时分多址)理解起来就要难一些。

这里以只有一路信道的TDMA网络为例。从地面上看，每个站点发出的载波都不是连续的，而是一个个断断续续的、快速而短小的突发；而从天空中看，就是地面上蹦出了很多突发，分别来自于不同站点。这些突发既不会同时发出，也不会同时到达，而是会按照一定的次序分时发射，依次到达卫星(图6)。

图6. TDMA网络原理示意图

所以在TDMA卫星网络中，某一信道上所发送的信号总是跳自于不同的站点，一会儿是这个站的，一会儿又是另外一个站的，从频谱仪上观察到的波形则总是在不停地跳跃，像只“跳跳虎”。

 

这就好像是在马路上有很多单位的汽车，有的是写字楼的，有的是医院的，有的是学校的。虽然这些汽车在马路上一起奔跑，但在同一车道上的汽车却一定是按照顺序依次行驶的，即以时分的方式共享车道，而不会出现某个单位长时间地占据某一路车道的情况。

图-7. 马路上的TDMA

前面以TDM/TDMA星状网为例里的入境信道即为TDMA模式，为所有VSAT远端站分时共享。

由于TDMA中每个信道上所发送的都是多个站点的突发载波，任一信道都不是被某一站点的连续载波所长期占据，所以相比于SCPC等频分多址技术，区分信道和载波这两个概念，明确二者之间的差别，正确选择和准确使用相应的术语就变得特别重要。否则将二者混为一谈去探讨VSAT技术的话，只能是越聊越糊涂，不利于后续的进一步研究。

后记

信道和载波之间的关系本来是非常简单的。之所以啰里啰唆地把这么简单的事情说来说去，是因为实在有太多太多的人深受频分技术的影响，长期局限于SCPC的菜猫世界中，深陷泥潭而难以自拔，没能注意到载波和信道之间的差别，实属无意。当然，针对用户在载波和信道概念上的模糊认识，也并不排除某些厂家刻意保持沉默，甚至有意进行了混淆和误导，把一些原本可以非常简明和清晰的VSAT概念搅成一团。

其实无论是FDMA，还是TDMA，都不难懂。这里有一个小窍门，就是我们在讨论有关多址等卫星通信体制的技术问题时，不妨时不时地停下来想一下：“我们现在说的是信道(马路)，还是载波(汽车)”？即“先明信道，后言载波”。而只要清楚了信道和载波之间的差别，VSAT卫星通信中的一个重要课题——多址技术或访问体制就基本上能够明白一半了，再往后面的技术讨论和理解也就会非常轻松。

 

融入人民生活，推动文明进步

——谈“航天+”的理念与实践设想

作者 | 一席VSAT

本文原载于《卫星与网络》杂志2019年7月刊

前文回顾：《马路上的卫星》（二） | 一言难尽的TDMA（上）

复杂一些的TDMA

从前面对TDMA技术里最基本的卫星信道访问方式的介绍中可以看出，RA和DA中的PAMA都不完美，都会出现时隙及带宽浪费的情况，而解决之道一是将两者组合起来使用，二是引入DAMA，以取长补短，发挥各自优势，进一步提高卫星信道的利用率。不过“乱花渐欲迷人眼，潜心才能解难题。”要是不怕患老花眼的话，就请耐心接着观赏几种令人眼花的RA和DA组合技术吧。

3.1 RA+DA/PAMA

首先介绍一个最简单的组合。如果在某一网络中，有些站点的业务为稀路由型，而其余站点为重业务型，则一个最简单的解决方案就是对时隙进行一下划分，将其中的一部分规定为RA时隙，其余部分规定为DA时隙。其中，RA时隙分配给稀路由站点以随机访问方式共用，而DA时隙则分配给重型业务站点以PAMA固定占用方式专用。见下图：

图-3.1 RA+DA/PAMA组合

如图所示，假设在某一TDMA帧中共有12个时隙，其中前4个时隙(TS-1至TS-4)被规定为RA时隙，为斐济、汤加、塞班等稀路由站点以Aloha方式共用，即随机占用；而后8个时隙(TS-4至TS-12)则被规定为DA时隙，分别预分配给了北京、上海、广州和乌鲁木齐等重型业务站点以PAMA固定占用方式专用。

3.2 RA+DA/DAMA

但是，倘若觉得那后几个DA时隙由于被PAMA固定占用，还有可能会出现空闲和浪费的话，则还可以采用前面提到过的DAMA按需分配多址(Demand Assigned Multiple Access)技术一块儿共享，即根据各个站点的实际需要，按需予以分配。见下图：

图-3.2 RA+TDMA/DAMA组合

如图所示，前5个时隙(TS-1至TS-5)被规定为RA时隙，可以为网络中的所有站点(包括北京、上海、斐济、塞班等)以Aloha随机访问方式共用；而后7个时隙(TS-6至TS-12)则被规定为DA时隙，会被“按需分配”给那些有较多、较重或较持续业务传输的地面站使用，即DAMA。

这里需要注意有几个地方出现了变化：

一是前面的RA时隙不仅只用于稀路由站点(如斐济、汤加、塞班等)，而且还用于了重业务站点(如北京、上海等)，即所有站点都可以用Aloha的方式随机访问这几个RA时隙；

二是这些RA时隙不仅用于传输业务，而且还用于各个站点传输带宽请求。即当某一站点需要传输较多、较重或较持续的业务时，可先通过这几个RA时隙向网络控制中心(NCC)发送申请，请求网络将一个或多个DA时隙分配给该站点(当然，在申请过程当中是有可能发生碰撞，并不得不重新发送申请的)。

三是后面的DA时隙也不再是以PAMA方式只固定地预分配给某几个站点了(如北京、上海、广州和乌鲁木齐等)，而是可以根据各个站点的实际业务需求和业务量，按需分配给任意站点了(包括斐济、汤加和塞班等)，即DAMA按需分配。

四是站点在按需获得了后面的若干DA时隙后，就可以在每一个TDMA帧里都循环反复地使用这些时隙，畅行无阻地传输业务，直至业务结束，其间不必再担心遭到碰撞。

五是站点在利用DA时隙完成业务传输之后，又会将这些时隙再释放出来，交还给网络供其它站点申请和使用。

以上过程其实就是TDMA/DAMA，虽然看着会觉得有点儿乱，但倘若对SCPC/DAMA有所了解的话，就会发现其实二者在带宽按需分配的道理上是一样的，只不过SCPC/DAMA分配的是一段一段的频率带宽，而TDMA/DAMA分配的则是一个一个的时隙带宽而已。当然二者在其它方面，比如组网，也还是有很多和很大差别的，这里就暂且不表了。

3.3 AA/TDMA

无论是RA+DA/PAMA，还是RA+DA/DAMA，这两种组合访问方式都是把时隙人为地分成了RA和DA两个固定的部分。但倘若碰上了一些难缠的用户抬杠，就像刘三姐(注1)怒怼楚霸王道：

你歌哪有我歌多，我有十万八千箩。

平时全都不吭气，突然冒个秀多多。

只因那年涨大水，山歌塞断九条河。

ＴＤＭＡ可奈何，ＤＡＲＡ奈若何？

意思是说：在大多数情况下，虽然所有站点都是稀路由业务(比如信用卡交易)，全部时隙均为RA最好，但在个别情况下，也不知道会有哪个个别站点突发重型业务(比如大文件传输)，所以此时如果很多时隙，甚至全部时隙都是DA则又会更佳。那这又该如何是好呢？

在这种情况下，有一种将RA和DA时隙混为一体的，称作AA/TDMA自适应分配时分多址(Adaptive Assignment TDMA)的技术，可以用来解决这一难题。这里不妨还拿那个太平洋别墅小区来举例做个说明。

比如某一天塞班家为孩子庆祝生日，邀请亲朋好友办了个大型的Party(聚会)。虽然塞班家平时门可罗雀，车流稀少，没什么访客挺清静的，用的都是Aloha随机访问方式上路，但生日Party那天却陆陆续续、熙熙攘攘聚集了很多很多的客人，开来了很多很多的车辆。

Party结束后，这些客人纷纷开车离去，在短时间内形成一股不小的车流。可以想象，当这股车流在小区的道路上行驶的时候，如果汤加、贝劳、斐济等其它住户还冒冒失失、随随便便地开车上路的话，就一定会发生碰撞。而如前所述，根据Aloha的规则，发生碰撞的车辆全都必须退回原位，等候一段时间之后才可以再次随机重新上路，而随机重新上路则难免又会再次发生碰撞。如此反反复复，从塞班家开出的车流，不知要历尽千难万险遭到多少次碰撞，重传多少回，花费多少时间，才能跌跌撞撞地全部驶离小区。见下图：

图-3.3 偶发重型业务时的RA

针对这种某户人家偶发大队人马的情况，采用AA/TDMA自适应分配时分多址技术又是如何来应对的呢？为便于讲解，这里不妨假设一共有20部车辆需要从塞班家连续开出。

首先，从塞班家开出的第一辆车还是以Aloha随机访问方式上路的，当然这难免会遭到碰撞。不过在其杀出一条血路侥幸突出重围后，就可以立即向交管部门报告，申明还有19部车量滞留在塞班家急需上路，要求交管部门实施临时的交通管制，为这19辆车预留出一段上路的时间和空间，而这就相当于某一VSAT远端站向NCC网控中心预约时隙。

图-3.4 AA/TDMA - 时隙初始均为RA

交管部门在收到这一请求后，如果没有其它什么特殊情况，就会实施临时的交通管制，为这19部车辆预留出一个时间段儿，在马路上腾出车道专供塞班家使用(即DA)。而为了避免发生碰撞，其它住户的车辆在这一期间将全被禁止上路。这就相当于NCC网控中心为VSAT远端站预分配时隙。如此一来，滞留在塞班家里的剩余车辆就可以畅行无阻地顺利驶离了。

图-3.5 AA/TDMA – 大部分时隙转变为DA

不过像这样的请求也许不只一家有，可能会有好几户人家都需要DA时隙传输业务，而且还都把申请成功地发送到了交管中心。在这种情况下，就需要根据这些人家及其车辆的重要性和优先级(如QoS)来分配DA时隙了。比如说，如果只有刘三姐家和阿牛哥家(注1)的十八手牛粪车要求上路，那么DA时隙就可以分配给这两户门当户对的贫苦人家平均使用；但是倘若莫老爷家(注1)有运送金银财宝的劳斯莱斯豪车要上路，那么DA时隙就会被首先分配给莫老爷家使用了。

也许有人觉得AA/TDMA方式与前面的RA+DA/DAMA方式很相似，但如果仔细注意一下就会发现：在RA+DA/DAMA方式中，RA和DA时隙还是被分开的；而在AA/TDMA方式中，就不分什么RA和DA时隙了，每个时隙都既可能是RA，也可能是DA，究竟哪些是RA，哪些是DA，什么时候是RA，什么时候是DA，则全靠自适应了。见下图：

图-3.6 AA/TDMA帧结构

如果搞得正式一点儿的话，则上述AA/TDMA的主要过程可以通过下图来进行描述：

图-3.7 AA/TDMA操作过程

AA/TDMA中的主要过程，包括VSAT远端站如何随机发送数据包，如何争抢时隙和发生碰撞，如何延时重发，如何最后获得固定时隙，以及如何以DA方式连续发送数据等步骤，均已在图中标明，这里就不再一一赘述了。不过细心一些的读者或许会问：“图中怎么没有见到主站发射？主站为VSAT远端站分配DA时隙的信令又是怎样发送到VSAT远端站的呢？”

由于主站不仅是全网的业务中心(Hub)，而且还往往是全网的控制中心(NCC)和管理中心(NMS)，还负责把各种各样的控制和管理信息及时无误地传达给所有站点，所以其作用和地位极为重要，一般是不会与VSAT远端站掺和在一起，用Aloha这样low(低级)的随机访问方式去争抢时隙的，而是会单独占据一段带宽专门传送信令，以免因碰撞而耽误了对网络的控制和管理，影响全网的正常运转。

比如在一个典型的TDM/TDMA星状网中，或在一个以TDM/TDMA为CSC公共信令信道(注2)的SCPC/DAMA网络中，主站就是通过独占一段频率带宽，发射一个TDM出境载波，以广播方式向所有VSAT远端站发号施令，来分配时隙带宽或频率带宽的；而在一个典型的纯TDMA或MF-TDMA网状网中，主站则是通过占用一到几个专用时隙，把包括TDMA同步参考在内的信令，以广播的方式传送所有站点，为各个站点分配时隙带宽。由于不同VSAT系统及网络的通信体制各不相同，而图-3.7着重想要说明的是VSAT远端站访问和占用TDMA信道的过程，并非主站的工作方式，所以就有意略去了对主站的标注。

另外，这里介绍的仅仅是一路TDMA信道中的若干RA+DA组合。倘若结合多频(MF)和跳频(FH)技术，在网络中设置多路TDMA信道并实施跳频操作的话，则还可以变出更多种花样儿。比如把一路信道全部设为RA时隙，专门用于各个站点发送带宽请求信息，而其它信道则全部设为DA时隙，专门用于固定分配(PAMA)或按需分配(DAMA)给各个站点传输业务等等，这里就不一一介绍了。只要清楚一点，折腾这些的目的都是要取长补短，充分发挥RA和DA，PAMA和DAMA的各自优势，以提高包括响应时间、信道利用率等在内的TDMA性能就可以了。

后记：SCPC和TDMA之争

 

二、三十年前还没有移动通信的时候，VSAT就已经在世界各地红红火火地发展并得到了广泛应用，而那时的一个热门话题就是SCPC和TDMA孰优孰劣。可二十几年后的今天，当移动通信都已经发展到4G，并大踏步迈向5G的时候，VSAT却没有什么实质性的变化，很多VSAT系统仍然徘徊在FDMA和TDMA之间，甚至仍旧停留在FDMA的水平上，而很多的讨论则仍然是对SCPC和TDMA技术的优劣进行对比。

这里姑且不说结论如何，单从这一现象就可看出卫星通信的发展还是相当缓慢的。倘若拿移动通信来作对比的话，卫星通信迄今也只发展到了2G的阶段(TDMA)，相当一部分还依旧停留在1G(SCPC)和1.5G(TDM/TDMA)的水平上。

这里面的原因很多，其中之一恐怕就是和TDMA，尤其是纯TDMA技术较难理解有关。如前所述，移动通信从1G的FDMA到2G的TDMA，再到3G的CDMA，再到现在4G的OFDMA，原理是越来越复杂，懂得的人也是越来越少，真可谓从“下里巴人”到“阳春白雪”，“其曲弥高，其和弥寡”。而同样在卫星通信中，相比于SCPC等频分多址技术，真正懂得TDMA，尤其是纯TDMA时分多址技术的人也要少得很多。

但值得一提的是，《宋玉对楚王问》的最后还有这样一段话：“故鸟有凤而鱼有鲲。凤皇上击九千里，绝云霓，负苍天，足乱浮云，翱翔乎杳冥之上。夫蕃篱之鷃(yàn)，岂能与之料天地之高哉？鲲鱼朝发昆仑之墟，暴(pù)鬐(qí)于碣石，暮宿于孟诸。夫尺泽之鲵(ní)，岂能与之量江海之大哉？”

就是说，SCPC和TDMA虽然有着“凤与鷃”和“鲲与鲵”的巨大差别，但卫星通信要有所发展，不管理解上有多少困难，都要必须努力完成从SCPC趴趴猫到TDMA跳跳虎的转变(注3)。

to be continued

备注

注1：刘三姐、阿牛哥和莫老爷均为电影《刘三姐》中的人物，其中刘三姐和阿牛哥代表贫穷的老百姓，而莫老爷则代表富有的土财主。

注2：CSC意为公共信令信道，其英文原文为“Common Signaling Channel”。

注3：有关SCPC趴趴猫和TDMA跳跳虎的含义，请参阅《马路上的卫星（一）—— 信道和载波》。而有关SCPC和TDMA技术在带宽上的分析和比较，请参阅《马路上的卫星（五）—— TDMA和SCPC的带宽效率》（后续即将推出，敬请期待）。

附录：英文缩略语及中译文注释一览表

 

“唯有先进科技+文化创意的完美结合，才会创造出新的经济增长点。”

2017年8月28日原创《

2019年6月3日原创《

（卫网君温馨提示：点击标题可直达内容哦）

作者 | 一席VSAT

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。

 

Comtech一直是FDMA技术的坚定代表，而UHP和Gilat却都是采用TDMA技术的VSAT厂家。这两起收购，从技术上来讲，说明Comtech已经觉得FDMA很难做了，所以开始向TDMA方向发展。这在《马路上的卫星》之二 - “一言难尽的TDMA”，以及之三 - “SCPC单车和MCPC班车”里都有过介绍和预言。 （文末有阅读链接可点击直达哦~by小编）

当然还有一个非技术上的原因，就是Comtech或许也要像休斯和卫讯那样涉足VSAT运营，计划提供VSAT服务了。

“是邪非邪，立而望之，偏何姗姗其来迟。”

——刘彻《李夫人歌》

这是汉武帝在思念早逝的爱妃李夫人，恍惚之间而见其身影时所做的《李夫人歌》。

别看中国古代有四大美女，但她们都不如李夫人，因为她们每一位都只不过占有 “沉鱼落雁”和“闭月羞花”中的半个成语，而李夫人却一人独占两个成语，比她们每个人都足足高出了6dB，其中一个就是《李夫人歌》中的“姗姗来迟”，而另外一个则更是大大的有名。

当然，这里想说的既不是四大美人，也不是汉武帝和李夫人，而是卫星通信中的SCPC单路单载波技术，是SCPC中的那些“是邪非邪”。因为经过多年的运行，很多用户都发现基于SCPC技术的VSAT卫星通信网络往往需要占用大量的带宽。即使花费了巨额租金，也总是觉得带宽不够用，诺大的卫星网络没有多少站点能够同时运行。而几年下来，花费在带宽上的租金，都可以重新再建设好几个新的VSAT网络了。

这是怎么回事儿呢？SCPC为什么会消耗这么多的带宽呢？有什么办法能够为SCPC卫星通信网络节省带宽吗？

其实，真正的SCPC系统自打休斯公司退出中国市场以后[1]，就已经很少见到了。取而代之的一些系统虽然自称SCPC，或貌似SCPC，实际上却并不是SCPC，而是MCPC系统。那什么是真正的SCPC？什么又是MCPC？两者之间又有什么差别呢？

在此之前，我们曾经以马路交通为例，较为轻松地对TDMA时分多址技术进行过一些比喻。而在这里，对于SCPC和MCPC，用马路交通来打比方却要费劲得多。但尽管如此，我们还是不妨在这里做一番尝试和努力吧。

是邪非邪的SCPC单车

SCPC属于FDMA频分多址卫星通信体制，是一种简单易用、历史悠久的VSAT卫星通信技术，其英文原文为“Single Channel Per Carrier”，中文翻译则为单路单载波。

非邪SCPC

对于FDMA，恐怕很多人都不会感到陌生，因为这正是第一代移动通信（1G）所采用的无线信道访问技术，而其代表性的产品就是摩托罗拉公司那形似砖头的大哥大。

想当年，在单位开会或朋友聚餐的时候，谁要是把这样的大砖头往桌上一戳，那可是权力和财富的象征啊！那么这里就从一个只有两座卫星地面站，彼此之间进行点到点通信的、最为简单的场景出发，先看一看真正的SCPC是怎么回事儿。

图1 缺了一半儿SCPC（点到点）

如图1所示为站点-A和站点-B之间进行点到点的卫星通信。其中：

●站点-A在频点f1上占据一路信道（信道-1）向站点-B发射一个连续载波（载波-1），由站点-B接收并解调。

●站点-B则在另一频点f2上占据另一路信道（信道-2）向站点-A发射另一个连续载波（载波-2），由站点-A接收并解调。

这样，两座卫星地面站通过这种非常简单的方式，就可以十分轻松地实现彼此之间的双向通信了[2]。或许在不少人的心目中，以为这就是SCPC了，而实际上这距离真正的SCPC还差着一半呢。

是邪SCPC

前面已经提到，SCPC的英文原文是“Single Channel Per Carrier”，其中第一个“C”的含义为信道，第二个“C”的含义为载波，所以SCPC的完整直译应为“单路信道单载波”。这里，大家对于第二个“C”的载波之意一般都还是很清楚的，但对于第一个“C”的信道之意却往往比较容易模糊，有时会误以为是“卫星信道”。而实际上这个“C”在此处指的是“业务信道”，指的是用户的每一路话音、每一路数据或每一路视频业务，所以SCPC的完整意译应该是“单路业务单载波”。

下面就以话音通信应用为例，分别展示一下在点到点、星状网以及网状网等场景下，各个站点利用SCPC技术以固定占用专用的卫星信道的方式（即PAMA），彼此之间相互通信时的情景。

图2 完整的SCPC（点到点）

图3 完整的SCPC（星状网）

图4 完整的SCPC（网状网）

如图2、图3、图4所示，每个站点中的每一部话机都会与一个专用的卫星Modem直接相连并进行调制[3]。在休斯公司早年的TES（Telephony Earth Station） VSAT卫星通信系统中，这样的一路话音Modem被称作CU（Channel Unit）信道单元。当某一站点中的某部话机与其它站点中的另外一部话机相互通话时，每一部话机产生的话音业务，都会通过其专用的卫星Modem被调制成一个连续的数字载波（如64kbps、32kbps等），然后独立地占据一路卫星信道传送到对端站。

比如，以图4网状网中的话机A2与话机C1之间通话为例：

●站点-A中的话机A2所产生的模拟话音，通过话音接口经模数转换及数字编码后，进入SCPC Modem-A2进行调制，成为一个连续的载波。

●该载波经上变频器、功率放大器（图中均略去）和天线等设备后发送上星，固定占用中心频率为f3的信道-3的那一段带宽（如60kHz）。

● 与此同时，站点-C里的SCPC Modem-C1也在固定地接收并解调信道-3中来自于SCPC Modem-A2的载波，经解码及数模转换后还原出原来的模拟话音，再送给话机C1。

这样，就实现了话机A2到话机C1方向的话音传输；反之同理。由于每个载波里传输的只有一路话音业务，所以是单路业务单载波，而单路业务单载波才是SCPC的真正含义。

SCPC/PAMA

需要提示一下的是，上面几张示意图中的带宽分配方式都采用的是PAMA固定分配（Permanent Assigned Multiple Access）或预分配（Preliminary Assigned Multiple Access），卫星上的各路信道全都是专用的信道，即每一路话音业务及其载波，都是固定地占用一段专门属于自己的带宽。而不管这部话机是否在打电话，这路信道及带宽都不会给其它话音业务或其它站点使用，简单地说其实就是专线。

《马路上的卫星》系列通常是将地面站比喻为单位，将载波比喻为车辆，将每个单位中的人员和货物比喻为各种业务。那么这里就以单位员工每天乘车上下班为例，试着给SCPC打个比方。

如果单位里的每位员工都骑着单车（大陆地区叫自行车）上下班，并且各自独占一条车道行驶，就叫单路单载波（SCPC）。（参见图5）

图5 1辆SCPC单路单载波单车（PAMA）

这时，一辆单车只运送一人，一条车道只行驶一部单车，也就是一路信道中只传输了一个载波及一路业务。这里需要特别注意的是，这条车道是这辆单车的专用车道（PAMA），即只允许这一辆单车在上面骑行，而不允许其它单车使用。即使这部单车已经到达了目的地，不再需要这条车道，其它单车也不得占用，也不可以在上面骑行。

而当某个单位有多部单车同时驶出时，就相当于某个站点同时发射了多个载波[4]，而每个载波则还是只传输一路业务。

图6 三个单位发出10辆SCPC单路单载波单车（PAMA）

如图6所示，单位-A、B、C都各有几名员工，加起来共有10名。如果其中每位员工都骑行一辆单车，各自独占一条车道，那么共计设置10条车道就可以了。但可以想象，当员工成百上千非常多的时候，用这样的PAMA方式，为每一位员工及其每一辆单车都单独地设置一条专用车道的话，那整条马路得铺设得多宽哪！

SCPC网状网

图7 全网状网（真网状网）和半网状网（残网状网）

从网状网中不难看出，如果采用SCPC通信体制，要想实现真正的全网状网（注意是真正的全网状网，即所有站点之间均可通过卫星单跳同时互通，参见图7），则当网络中有N个站点插入时：

●在地面段上，每个站点至少需要配置（N-1）个Modem，全网所有站点则至少需要配置N×（N-1）个Modem；

●在空间段上，每个站点至少需要发射和接收各（N-1）个载波，全网所有站点则至少需要发射N×（N-1）个载波，卫星上则至少需要设置N×（N-1）路信道。

当N很小，即当网络规模很小的时候，N×（N-1）还不是很大，不易察觉，往往会被忽视。但随着网络规模的扩大，这一数目就会以惊人的速度暴涨。比如：

●当网状网中只有5个站点时，整个网络所需配置的Modem和载波数量只有5×（5-1）=20个；

●而当站数增加到10个时，这一数量就会暴涨到90个；

●而当网络的规模继续扩大，增加到50个站点时，这一数量就会达到惊人的2450！

显然，对于Modem厂家和卫星公司来说，这样的SCPC/PAMA网状网可是块肥肉。因为如此一来，这就可以销售大量的Modem设备，出租大量的卫星带宽，收获大把的银子，所以是桩肥得流油的好买卖。但对于用户来说，这可就不是什么好事儿了。但无奈的是，当用户有所察觉的时候往往木已成舟、骑虎难下、为时已晚，只能乖乖就范了。当然用户也可以放弃全网状网，改做星状网或残网状网；或者再安装一套对SCPC载波进行控制的网络控制及管理系统（NCC和NMS），采用DAMA（按需分配多址）技术组建伪网状网，以节省卫星带宽及租金。

立而望之的MCPC班车

SCPC是单路单载波。那么有单路单载波，就有多路单载波。多路单载波的英文缩写为MCPC，原文则为“Multiple Channels Per Carrier”，其中第一个“C”的含义仍为“业务信道”，而非“卫星信道”。如果把SCPC比喻为单车的话，那么MCPC就好比是班车了。

MCPC基本原理

如下即仍然以话音通信为例，先看一看MCPC网络的运行方式。

图8 MCPC地面站及网络传输多路话音业务（网状网）

如图8所示，这是一个有3个站点的、简单的MCPC卫星网络。不难看出，与SCPC相比，MCPC网络中的各个地面站在设备的配置上就有几处明显不同：

●首先，在地面站中，调制解调部分不再是一个个集调制和解调功能于一体的、独立和完整的调制解调器（Modem），而是一个独立的调制器（Modulator）和若干个独立的解调器（Demodulator），即调制和解调功能被分离开来了。

●随之，在调制解调部分的中频输出和输入部位，也不再像SCPC地面站中有多个Modem时那样，既有合路器，也有分路器，而是只需要在下行链路中安装分路器，连接那几个解调器就可以了[5]。

●另外，在调制解调器部分和用户话机之间，还增加了个复用器。复用器的英文原文为Multiplexer，常被简写为MUX，而其主要功能之一则是对多路话音业务进行复用及解复用。

在此设备基础之上，MCPC在实际的网络操作中也颇具特色，有着与SCPC很不一样的运行方式。

一方面，对于发射来说，每个站点无论有多少路话音，载波都只会发射一个，而不再是多个。即各个站点把发送给其它所有站点的话音业务，在经过数字化处理后，如A/D模数转换、数字编码压缩等，都会通过MUX以时分的方式复用成为一股数据流，再送往调制器，调制成为一个连续的载波，固定地占用一路卫星信道广播发送给网络中的其它所有站点。

这里需要注意的是，虽然载波只有一个，数据流只有一股，但由于其中含有多路话音业务，所以是MCPC多路单载波，而不是SCPC单路单载波。

而另一方面，对于接收来说，每个站点中的各个解调器也都会分别接收和解调其它各个站点发出的MCPC载波，以实现彼此之间的互联互通。如图8，每个站点就都配置了两个解调器，如站点-B中配置的解调器BA和解调器BC，就分别用来解调站点-A和站点-C发出的MCPC载波-A和MCPC载波-C，从而实现与站点-A和站点-C的同时互通。当然，在各个解调器所收到的MCPC载波中，是会含有发给其它站点的话音的，而这就需要接下来在后面的MUX中做进一步的处理，将发送给其它站点的话音滤除，而只留下发送给本站的话音。

这里，需要特别注意一处很容易被忽略的地方。在一个有着N个站点的MCPC网络中，每个站点只有在配置了N-1个解调器的情况下，才能同时接收和解调所有其它站点发出的载波，才能组建真正的全网状网，即所有站点均可通过卫星单跳同时互通。否则，如果某一站点中的解调器少于N-1的话，则该站点就不可能同时接收和解调所有其它站点发出的载波了，因而也就无法与这些站点同时互通，也就不是什么全网状网，而只能算是部分网状网，或残网状网了。（参见图7）

比如在图8中，如果站点-B和站点-C里都只有一个解调器，就会变成如图9中的样子：

图9 MCPC地面站及网络传输多路话音业务（非网状网）

●在站点-A中配置有两个解调器，能够分别解调站点-B发出的MCPC载波-B和站点-C发出的MCPC载波-C；

●而在站点-B和站点-C中却都只有一个解调器，都只用于解调站点-A发出的MCPC载波-A。

这样：

●有两个解调器的站点-A是可以同时与站点-B和站点-C通过卫星单跳直接双向互通的。

●而站点-B却由于没第二个解调器，不能再接收和解调站点-C发出的载波，所以是不能和站点-C直接互通的。站点-C同理。

所以说，这样的网络并不是全网状网，而是一个只能在局部范围内实现部分站点之间通过卫星单跳双向互通的半网状网或残网状网。而具体到图9中的例子，则是一个以站点-A为中心的小型星状网。

MCPC不仅可以用来传输多路话音，而且还能传输包括多路数据、话音和视频等在内的多种不同的综合业务，且各个站点发射的载波速率也可以各不相同。

图10 MCPC地面站及网络传输数据、话音和视频等多路综合业务

如图10所示，在该卫星通信网络中有8kbps话音、64kbps数据和384kbps图像等3种业务。其中：

●站点-A有1路话音和1路图像业务，经MUX复用后发射出了1个速率为392kbps（8+384=392kbps）的中等速率的MCPC连续载波[6]。

●站点-B则有1路话音、1路数据和1路图像业务，经MUX复用后发射出了1个速率为840kbps（8+64+384=456kbps）的较高速率的MCPC连续载波；

站点-C只有2路话音和1路数据业务，经MUX复用后发射出了1个速率为80kbps（8×2+64=80kbps）的较低速率的MCPC连续载波。

MCPC班车

前面提到SCPC单路单载波有点儿像马路上的单车。倘若仍以员工上下班为例来比喻的话，那MCPC多路单载波技术就好比是每个单位给所有员工都安排了一辆班车，在一条较宽的车道上一起上下班。这时，一辆班车里同时运送了很多人，也就是每个载波中同时传输了多路业务。（参见图11、12）

图11 某个单位发出1个MCPC多路单载波（班车）

图12三个单位各发出1个MCPC多路单载波（班车）

因为所有人员都被集中在一起，单位只发出了一辆班车即将所有人员都送走，所以MCPC的这种情形曾经也被称作单站单载波（SCPS-Single Carrier Per Station），意为从一个站点里总是只发射一个载波。不过需要注意的是，SCPS中前面那个C的含义可就不是信道（Channel）了，而是载波（Carrier）了，即SCPS和SCPC（Single Channel Per Carrier）的差别并不只是在第4个字母上，它们在第2个字母上的含义也不相同。

当然，大一些的单位人员较多，有可能需要动用多部班车送人，这就相当于从一个站点里要同时发射多个MCPC载波。可如此一来，就又会像SCPC多载波操作那样为避免互调干扰而引入回退，从而造成功放利用率的降低，失去单载波操作的优势，得不偿失了，所以在实际应用中采用得较少。而本文对这种单站多MCPC载波的情形也就不讨论了。

MCPC/PAMA

这里需要注意的是，SCPC是每个单位中的每个人窄窄地占用了一路单车车道，而MCPC则是每个单位宽宽地占用了一路大车车道，两者的形式是不太一样的。不过，虽然形式不同，但有一点却是相同的，那就是无论是SCPC中的单车，还是MCPC中的班车，在路上行驶的时候都会固定地占据一条专用的车道。

其间不管这条车道是否空闲，都不允许其它车辆同道而行，而这则是与TDMA最不一样的地方。在TDMA网络中，在同一条车道上，是可以有来自于不同单位的多部车辆一同行驶的[7]。

这听起来或许会有些令人费解，但如果联想一下快速公交（BRT）的运行方式就会更容易明白。在一些较大的城市里，都会在一些马路上开设BRT车道。BRT车道与普通车道并列，它们虽然看上去并无特别之处，但却是快速公交车所专用，即只允许快速公交车在上面行驶，其它车辆则一律禁行。即使其它车道上已拥堵得水泄不通，而BRT车道上空无一车，普通车辆也只能眼巴巴看着空空如也的BRT专用车道而望洋兴叹。

IP化的MCPC

过去，绝大多数的VSAT系统，不管是SCPC，还是TDMA，都是通过在IDU（室内单元）中插入不同的板卡向用户提供各种各样的物理接口，以支持不同的用户业务，如话音中的FXS、FXO、E&M、E1接口卡，以及数据中的RS-232、V.35、RS-422/449接口卡等等。像VSAT历史上几款很有名气的SCPC VSAT系统，如美国HNS休斯网络系统公司的TES，NEC日本电气公司的NEXTAR-VO，美国SA科学亚特兰大公司的SkyLinx等，这些系统就都具有多种板卡，能够提供并支持各种用户接口，而每一块这样的板卡实际上也就是一个SCPC调制解调器（Modem）。所以，当在一个VSAT地面站的IDU（室内单元）中插入一块或几块这样的板卡时，从表面上就一目了然，能够很容易地看出这个站点是只有一路业务，还是有多路业务。见图13。

图13 SCPC室内单元（IDU）、用户接口及载波

但是，在所有业务都IP化的今天，VSAT的IDU（室内单元）都已经简化成只有一个RJ-45以太网接口了，而不管是话音、数据，还是视频业务，则全部都可以通过这一个物理接口以基于IP协议的方式进行传输，所以从表面上看很容易给人以一种错觉，好像这个VSAT只传输了一路业务。见图14。

图14 SCPC室内单元（IDU）、用户接口及载波

可实际上，虽然物理接口只有一个，但在这个接口上却同时流淌着多路IP业务。这些不同的IP业务是在经过路由器、交换机或集线器后，不知不觉地被汇聚成为一股数据流，然后一起进入Modem进行调制。而当这股IP数据流最终通过一个连续的载波发射出去的时候，虽然貌似SCPC单路单载波，但实际上却是MCPC多路单载波！而在这里起到复用器作用则是身处IDU（室内单元）之外的那个路由器、交换机或集线器。

MCPC和TDM

也许有人会说：“这样的MCPC看起来不就是TDM时分复用吗？”

不错，多路复用包括频分复用（FDM）、时分复用（TDM）和码分复用（CDM）等多种方式，而由于这里所讲述的几路数字话音业务是在时域中，以时分的方式被复用在一起的，所以也被叫作TDM。FDM频分复用和CDM码分复用在卫星通信中并不多见，而TDM却常见于诸多知名的VSAT网络，尤其是TDM/TDMA、DVB/RCS等网络中主站的出境信道和载波（Outbound）中，所以名气非常的响亮，以至于被忽略了其实TDM就是一种MCPC，是MCPC中一个重要而庞大的分支。

在TDM/TDMA或DVB/RCS星状网中，主站把要发送给所有远端站的多路数据、话音、图片、视频、因特网等业务，以TDM时分方式复用到一个少则几Mbps，多则高达数百Mbps的高速载波里，然后占用一段固定的卫星带宽，广播发送到全网。故而主站的这一TDM出境载波实际上就是一种时域中的MCPC。

所以说MCPC并不新奇，相反却相当传统，其中有一个非常经典的传输多路数字话音的应用，就是Intelsat国际通信卫星公司[8]在IESS-308标准中所规范的IDR业务。IDR译为中等数据速率（Intermediate Data Rate），其典型应用就是卫星通信骨干网中传输E1数字话音中继电路，而其简要的处理过程就是先将30路64kbps的PCM数字编码话音以时分方式复用到一起，形成一条速率为2048kbps的E1数字电路（即PCM基群）。见图15。注意，这30路64kbps PCM编码数字话音的复用，以及E1数字电路（PCM基群）的形成是在用户的PBX交换机一侧实现的，即用户的PBX交换机在这里起到了MUX复用器的作用。

图15 E1数字电路PCM基群帧结构

接着，这路2048kbps数据流即会被送入一个IDR卫星Modem中进行调制，最后占用一个固定频点，以一个连续载波的形式发送上星，传输到对端站点。图16所示即为两个站点通过卫星进行点到点的E1数字电路传输时的简略示意图，采用的通信体制为FDMA频分多址，遵循Intelsat的IESS-308技术规范[9]。

图16 IDR点到点E1数字电路传输

注意，这里说的虽然是一条E1电路，用户的PBX交换机和IDR卫星Modem之间的连接也只有一个接口（通常为G.703），传输的（貌似）只有一路2048kbps数据流，地面站发射出来的也只是一个载波，但这里面却包含有30路话音，所以严格地讲，这个载波并不是什么单路单载波（SCPC），而是正经八百的多路单载波（MCPC）。

MCPC网状网

相比于SCPC，MCPC在不少方面都有所改善。比如，拿这里的MCPC网络与之前介绍的SCPC网络相比就会发现，在组建含有N个站点的全网状网时：

●在地面段上，每个地面站不再需要配置N-1个完整的Modem，而是只配置1个调制器就可以了。这样，每个站点只发射一个载波，还能避免多载波回退，节省功放功率，降低地面站的造价。不过，虽然调制器减少到只剩下1个，但解调器的数量却还是需要有N-1个，否则就不能实现真正的全网状网，而只能是半网状网或残网状网了。

●在空间段上，由于每个站点只发射1个载波的缘故，所以卫星上的信道及载波数量也从SCPC全网状网中的N×（N-1）个，减少到了N个。

看起来MCPC似乎有不少改善，但凡事都有利有弊。虽然MCPC系统在地面站的Modem和功放设备上要比SCPC系统节省很多，但在带宽的占用和按需分配上却会出现不少麻烦，要付出更多的代价。

欲知后事如何，且听下回分解。

注释：

[1]同一时期提供同类SCPC VSAT系统的公司还有NEC日本电气公司和美国SA科学亚特兰大公司等。

[2]这里需要注意一下信道和载波之间的差别，有关详情可参阅本系列之《马路上的卫星之一：信道和载波》。

[3]在实际运行中，还有话音接口转换、A/D模数转换、话音编码和数字压缩等处理过程。为突出重点，图文中均予以略去。

[4]多载波操作会带来许多问题，其中之一就是需要为功率放大器考虑输入和输出回退，以避免或降低互调干扰，而这就又会在功率上造成浪费。互调干扰是SCPC等FDMA频分多址技术中的一项重要课题，有关技术分析及文献非常多，而本文在附录-1中所给出的则仅仅是一个非常简单的介绍。欲知详情，还请大家自行查阅相关资料。

[5]为了突出重点，图中对地面站中的天线、BUC、LNB、合路器和分路器等射频和中频部分都进行了简化处理，没有绘出十分严格的和详细的工程连接。

[6]为了进行控制和管理，MUX在复用过程中往往会增添同步、地址等一些额外的包头开销，因而最后载波的比特速率是会略高于该站中所有业务速率之和的。比如，当2.048Mbps的E1数字电路以IDR方式通过卫星进行传输时，就会被加上96kbps的包头，所以从地面站发射出来的传输E1数字电路的载波，其实际速率是大于2.048Mbps的（详见IESS-308）。而为了便于讨论，复用过程中由MUX所增添的这些额外开销均被简化和忽略了。

[7]有关TDMA技术的介绍，可参阅《马路上的卫星之二：一言难尽的TDMA》。

[8]Intelsat原为国际通信卫星组织。

[9]E1也可以通过TDMA网络进行传输，并且有着区别于FDMA的特点和优势。鉴于本篇主要讨论SCPC和MCPC等FDMA技术，故在此略去。

附录1 多载波功率压缩和互调干扰

卫星通信地面站和通信卫星上的功率放大器都是非线性的。当输入信号不断增大，接近并进入功放的饱和区时，输出信号功率的增长就不再与输入信号呈正比线性增长，而是增长速度减缓，呈现出非线性，在多载波工作时会出现“功率压缩”的情况。越接近饱和点，情况越严重。（如附图1）

同时，多载波输入还会产生新的频率分量，形成互调干扰，对频带内的其它信号造成影响。载波越多越大，进入非线性区越深，互调干扰就越多和越严重。（如附图2）

为了减小这些不良的影响，就必须让功放工作在远离饱和点的线性区域内。倒过来说，就是需要选择更大功率的功放，以保证能够给出足够的回退补偿，让所有的载波们都能够远远地“回退”到线性区域里进行工作。如：

●对于SSPA固态功放一般需考虑4dB左右的多载波输出回退，即约有60%的功率将被浪费掉。

●对于TWTA行波管功放一般需考虑7dB左右的多载波输出回退，即约有80%的功率将被浪费掉。

以100瓦功放为例，如果是SSPA固态功放，则经4dB回退后可用的线性区功率仅为40瓦；而如果是TWTA行波管功放的话，则经7dB回退后可用功率就只剩20瓦了。这无疑会是对功放功率的极大浪费，但这是SCPC系统多载波工作情况下所不可避免的。

 

=========== End