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前言
在前面的系列文章中，我们介绍了高通量点波束卫星（High-Throughput Satellite, HTS）的下行链路采用 TDM（时分复用，Time Division Multiplexing） 体制，卫星以高速连续广播的方式向所有终端发送数据，每个终端被动接收广播的大带宽信号并解调，从解调的数据中找到属于自己的数据帧。正因如此，即使终端接收业务速率只有几百 kbps，天线也不能做得太小。
反观上行方向，终端向卫星发送数据又采用什么体制呢？
先给结论：大部分高通量点波束卫星系统的终端上行采用 MF-TDMA（多频时分多址，Multi-Frequency Time Division Multiple Access）体制。
本文是高通量点波束卫星终端上行体制系列的第一篇，主要聚焦 MF-TDMA 的基本原理和频率资源划分逻辑。本文将回答以下三个问题：
- 高通量卫星上行为什么不用纯 FDMA 或纯 TDMA？
- MF-TDMA 是什么，它如何工作？
- 一个波束 200 MHz 带宽，有 100 个终端，这 200 MHz 带宽是如何被分割和共享的？
一、为什么不用纯 FDMA 或纯 TDMA
本节将深入剖析为何上行不直接沿用更简单的多址方式，理解这个为什么不，才能真正理解 MF-TDMA 的价值。
1.1 纯 FDMA 的问题
FDMA（频分多址，Frequency Division Multiple Access）让每个终端独占一段固定频率持续发射。这种方式简单直接，但存在一个显著短板：频率资源是静态分配的，用不完也不能给别人用。
一个波束内有 100 个终端，业务量差异极大，有的终端此刻在忙碌传输，有的可能几分钟都没有数据发送。如果静态分配，忙碌的终端嫌频率不够用，空闲的终端又在白白占着频段。整个波束的频谱利用率低下，对于昂贵的卫星频率资源而言，这种浪费代价极高。
1.2 纯 TDMA 的问题
纯 TDMA（时分多址，Time Division Multiple Access）让所有终端共用一个宽带载波，每人轮流占用时隙。这解决了频谱利用率的问题，却引入了新的技术挑战：
所有终端必须以整个载波的速率发射突发信号。 如果载波带宽是 200 MHz，对应码率高达数百 Mbps，终端发射机需要在极短时隙内以极高功率发射，对终端的射频前端和功放提出极高要求，小型低成本终端根本无法承受。
1.3 MF-TDMA，两种方式的融合
MF-TDMA 融合了二者的优势，概括而言：
频域上划分多条窄带子载波，时域上每条子载波内再分多个时隙，终端在分配给自己的子载波 + 时隙资源格上突发发送。
这样做的好处：
- 每条子载波带宽窄（几百 kHz ～ 几 MHz），终端发射功率要求大幅降低
- 子载波和时隙都可以动态调度，频谱利用率接近理论最优
- 频率维度和时间维度两个自由度可以独立调整，调度灵活性极高
二、MF-TDMA 的资源划分结构
本节以一个具体例子说明，在 200 MHz 上行带宽内，100 个终端如何共享这 200 MHz 带宽。
2.1 资源划分的两个层次
MF-TDMA 的资源划分分为两个层次：
第一层，频域划分子载波
将 200 MHz 上行带宽切分为若干条窄带子载波。每条子载波带宽从几百 kHz 到几 MHz 不等，不同子载波相互独立，其上的终端互不干扰。
第二层，时域划分时隙
每条子载波在时间轴上被划分为 TDMA 帧，每帧再细分为多个时隙。每个时隙分配给一个终端，该终端在自己的时隙内发送一段短暂的突发信号，其余时间关闭发射机。
下图展示了 MF-TDMA 系统的整体结构：
图1，MF-TDMA 频域 + 时域二维资源划分示意
2.2 典型参数：子载波带宽到底多宽
DVB-RCS2 标准（ETSI TS 102 429-1 V1.1.1，高通量卫星上行的主流国际标准）规定，单条上行子载波带宽范围从 21 kHz 到 172 MHz（依据ETSI TS 102 429-1），覆盖从超小站到大型 Hub 站的全场景需求。普通 VSAT 小站典型配置在 512 kHz ～ 2 MHz 区间。
下面列举两个真实高通量卫星系统，说明终端上行带宽分配的参数：
- Avanti HYLAS 系列（Ka 频段 HTS），在FCC 文件和 ADL 报告披露，上行子载波带宽约 1.28 MHz，这是典型小站接入配置。
- arXiv 2025 年 DVB-S2X/RCS2 仿真论文（用于与 5G NR 对比）采用了下述配置作为典型参数：200 MHz 波束划分为 40 条 × 5 MHz 子载波或者 10 条 × 20 MHz 子载波。
参考文献：arXiv:2502.13704
下表汇总了高通量卫星系统终端上行波束的典型参数：
| 参数 | 典型值 / 范围 |
|---|---|
| 上行波束总带宽 | 100 ～ 500 MHz |
| 子载波带宽（小站） | 512 kHz ～ 2 MHz |
| 子载波带宽（新一代宽带） | 5 ～ 20 MHz |
| 200 MHz 波束可容纳子载波数 | 约 10 ～ 400 条（取决于子载波带宽） |
| 单条 2 MHz 子载波最大码率 | 约 3 ～ 4 Mbps（QPSK/8PSK） |
| DVB-RCS2 滚降系数 | β（典型值 0.35，支持 0.35/0.25/0.2/0.15/0.1） |
子载波越窄，终端发射功率要求越低，适合大规模低成本小站部署；子载波越宽，单终端上行速率越高，但对天线口径和功放能力的要求也随之提升。选择子载波带宽，本质上是在终端成本与单用户速率之间做取舍。
三、资源分配是动态的，不是固定的
这是 MF-TDMA 最核心的工程价值，也是与早期 FDMA 系统最大的区别。
3.1 DAMA，按需分配机制
100 个用户的子载波和时隙并非开机时一次性静态分配，DAMA（按需分配多址，Demand Assigned Multiple Access）机制对其进行了动态管理：
- 终端有数据要发时，向网络控制中心（NCC）发送带宽申请。
- NCC 根据波束内各终端的业务量、优先级、信道质量，实时计算分配方案。
- 通过下行广播信道将时隙分配表发给所有终端。
- 终端空闲时，其占用的时隙可立即归还，供其他终端使用。
3.2 用最直观的生活常识理解动态分配
我们可以将 MF-TDMA + DAMA 的资源调度想象成一个共享停车场。200 MHz 带宽是停车场的总车位，子载波是停车区，时隙是具体车位。
当自动驾驶车辆驶入，后台管理系统依据实时车位情况，自动将其分配至某停车区（子载波）的特定车位（时隙）。车辆离场后，车位自动释放，供后续车辆使用。
停车场不会给每辆车提前预订固定车位（这即是FDMA模式，静态分配方案）。
这种灵活调度方式使得同样带宽下，系统能支持的并发有效用户数远高于静态分配方案，也是高通量卫星能以有限频谱资源服务海量终端的核心机制之一。
总结
第一， MF-TDMA 融合了 FDMA 和 TDMA 的优势，频域划分子载波降低单终端功率门槛，时域划分时隙实现资源按需共享。
第二， 典型子载波带宽在 512 kHz ～ 2 MHz（小站）或 5 ～ 20 MHz（新一代系统）之间，单条 2 MHz 子载波可支持约 3 ～ 4 Mbps 的上行速率。
第三， 资源通过 DAMA 机制动态调度，终端按需申请、用完归还，频谱利用率远优于静态分配。
本文深入剖析了高通量卫星上行链路为何选择MF-TDMA体制，揭示了其在平衡终端成本与传输效率方面的核心价值。针对纯FDMA资源静态分配导致利用率低、纯TDMA对终端射频要求过高的双重困境，MF-TDMA通过频域窄带子载波与时分时隙的二维结合，有效降低了终端功率门槛，同时保证了系统容量。文章通过具体参数与案例，清晰展示了资源划分逻辑与动态调度机制，为理解高通量卫星上行设计提供了关键视角。
同时，文章重点阐述了DAMA按需分配机制在资源调度中的决定性作用。通过将带宽资源类比为共享停车场，形象说明了动态分配如何显著提升频谱效率，使系统能够灵活应对波束内海量终端的差异化业务需求。这种从技术原理到工程实践的解析，不仅解答了上行体制选择的根本原因，更为系统设计者提供了极具价值的参考。
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