Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

5.3.3
ALOHA Packet Multiple Access
A variant of TDMA called ALOHA greatly simplifies the control of a digital satellite
network, although at a cost in efficiency. Developed at the University of Hawaii,
it is basically the technique illustrated in Figure 3.3 for multipoint-to-point connec-
tivity. Stations transmit packets of data only when they need to communicate;
therefore, there is little need for end-to-end synchronization, and the packets arrive
at the satellite at random times. The basic structure of the ALOHA timeframe is
illustrated in Figure 5.22 for the specific technique called slotted ALOHA, in which
packets can be transmitted only in the defined time slots. A reference station
transmits the timing reference to all remote ALOHA terminals.
In the normal operation of ALOHA, the individual packets transmitted by
several VSATs reach the satellite at different times and so do not overlap (jam each
other). The bottom timeline in the figure shows the combined downlink. The
receiving point, which in the typical VSAT network is at the hub station, acknowl-
edges reception of every good packet. There will be instances, as indicated in the
fourth time interval in Figure 5.22, when two stations happen to transmit within
the same interval, resulting in what is called a collision. As a result, neither packet
is received correctly at the hub. There will be no acknowledgement of successful
reception, and so the originating VSATs will know that they need to retransmit
the particular packets. A second collision is avoided because each station randomly
inserts a short delay time before initiating the retransmission.
The throughput efficiency of ALOHA is illustrated in Figure 5.23. An unslotted
Aloha network, which employs very simple Earth stations, cannot provide more
than about 15% throughput efficiency due to the time delays introduced by the
automatic retransmission process. We see that as that point is reached, the retrans-
missions increase the average end-to-end delay by many times over the basic packet
Figure 5.21
Illustration of the principle of frequency hopping applied to TDMA (F-TDMA). The
shaded bursts are transmitted by the same station, utilizing empty time slots on
different frequency channels.

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Modulation, Multiple Access, and Impairments