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衛星多重存取(Multiple Access)

2.1 衛星通訊概論

2.1.7 衛星多重存取(Multiple Access)

由於衛星在傳輸時的頻寛有限,因此要在眾多的等候傳輸的競爭者中適當地 分配頻寛,成為一件很重要的工作。主要的分配方式可分為三種模式:固定分配

( Fixed Assignment )、 隨 機 存 取 ( Random Access ) 及 需 求 分 配 ( Demand Assignment)

一、固定式分配(Fixed Assignment)

對固定式分配衛星的溝通方式而言,可分為分時多工(Time-Division Multiple Access, TDMA)、分頻多工(Frequency-Division Multiple Access, FDMA)及分碼多 工(Code-Division Multiple Access, CDMA)三種方式。這可用宴會中多人溝通的方 式來比擬。分時多工是指每個人利用不同時段,但同一時段只能有一人說話。分 頻多工是指每個人的頻率都有些許的不同,因此可清楚區分。分碼多工則類似第 一個人講英文,第二個人講中文,而第三個人講日文,由於各種語言互相垂直易 辨別而可清楚辨識,每個人用不同的語言講話。例如:全球定位系統(GPS)即是 採用分碼多工方式。

(1) 分頻多工(FDMA)

如果衛星系統使用此種接取方式,所有地面傳送站可同時共享衛星所提供的 頻道,彼此有個別的傳送頻帶。也就是說,將衛星的有效頻寬分割成多個次頻帶,

再配置給各個發射站使用。不過 FDMA 技術有下列幾項缺點:

 為了避免相鄰頻道的干擾,頻道間需保留安全頻帶(guard band),因此浪費 一些有效頻寬。

 若傳送站無經常使用,頻道處於閒置狀態這些頻道視同無用而浪費。

 當衛星轉頻器同時使用多個載波傳送資料時,由於轉頻器之非線性特性會產 生相互干擾。為避免干擾,轉頻器需做反減補償(back -off)使得發射功率降 低。

(2) 分時多工(TDMA)

TDMA 技術係以時間座標為基礎,每一傳送站分配一個小時槽(time slot),

只允許在時槽內傳送資料,所有 TDMA 系統均是數位化的,因此 TDMA 系統有 不少優於 FDMA 系統的優點。

 TDMA 技術易於重新規劃,以適應資料流量及抵抗雜訊干擾。

 轉頻器只使用一個載波,因此不會有互調干擾雜訊,衛星轉頻器之傳送訊號 功率可到達最大極限。

 可更改每一地面站之脈衝訊號發出時間,由於脈衝訊號時間,因此每一地面 站之容量可更改。

為了達到 TDMA 傳送方式,傳送站將資料規劃成資料訊框(frame)來傳送,

資料封包含一個同步化參考訊息(reference signal)以及多位使用者資料。參考訊息 的目的在使所有地面站校正時間,以便使用正確的時槽。參考訊息後面跟著使用

者的原始資料,每位使用者僅能使用一個時槽,為了確保資料安全,時槽之間預 留一些安全時間(guard time),時槽前端附加前序編碼(Preamble),當資料傳送完 畢後再加上一個後序編碼(Postamble) 。

(3) 分碼多工(CDMA)

分碼多工技術,使用者全部時間均可使用衛星轉頻器的全部頻寬。使用者的 訊號必須經過編碼處理,唯有知道傳送站所使用的編碼方式與解碼方式,才能接 收其訊號。此種技術提供一種分散式衛星網路環境,接收站皆有個自的編碼,稱 為地址,傳送站以接收站的地址來調變訊號,再把資料傳送給衛星即可。

二、 隨機存取(Random Access)

採 用 隨 機存 取 式傳 輸技 術 的 衛 星 系 統 ,如 VSATs 和 USATs(Universal Satellite & Antenna Tripod),可隨時傳送資料,但在傳送時可能會有碰撞的情發 生。

隨機存取式傳輸最主要的接取方式有 ALOHA 進接。使用 ALOHA 接取技 術,使用者可隨時傳送資料,在頻道上的進出並未受到時間或頻率限制,當兩使 用者傳送的資料再空中碰撞時,原資料會受到破壞,原傳送站得重送資料,此種 進接方式為純 ALOHA。為了改善資料訊框的碰撞,發展出了另一種槽式(slotted) ALOHA 法,地面站需與衛星建立共同時序,等到地面站的時間同步,所有通訊 站在時槽(Time Slot)開始時傳送資料,其他時間則不送出。槽式 ALOHA 亦會發 生碰撞,但碰撞受損之時間比純 ALOHA 方式減少許多。

三、需求式分配(Demand Assignment)

即使隨機存取的方式可容納較多人同時傳輸,但並不能提供 QoS(Quality of Service)的保證,這使得傳輸的品質不穩定。為了解決這方面的問題,目前的衛 星傳輸科技,提出了依需求指定多路接取(Demand Assigned Multiple Access,

DAMA)的傳輸方式。透過衛星管道,根據數據解法進行網路服務, DAMA 提 供多個地面之間聯繫,是具彈性和節省的複數通路技術。因為 DAMA 可對眾多 用戶提供直接聯繫、減少費用, DAMA 使新用戶有機會透過較小地面站達到全 球性聯繫。

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