Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

Figure 5.22
ALOHA protocol operation (slotted ALOHA).
Figure 5.23
Performance of the ALOHA channel for the standard (unslotted) and slotted cases.
transmission delay over the single-hop satellite link. The slotted ALOHA technique
essentially doubles throughput for the same delay.
The efficiency of ALOHA has been improved by allowing stations that have
large blocks of data to pass the data in a preassigned block of time using a reservation
mode. The more advanced TDMA architectures for VSAT networks incorporate
features of standard TDMA, ALOHA, and the reservation mode to provide the
greatest flexibility and efficiency of bandwidth utilization.

---

5.3
Multiple Access Methods
179
5.3.4
Code Division Multiple Access
CDMA combines modulation and multiple access to achieve a certain degree of
information efficiency and protection through the technique of spread spectrum
communications. First applied to guarantee security for military transmissions, it
evolved into a multiple access system that promises better bandwidth utilization
and service quality in an environment of spectral congestion and interference. The
basic concept is to separate or filter different signals from different users, not by
using frequency or time, but by the particular code that scrambles each transmission.
Direct sequence spread spectrum (DSSS) uses a high-speed sequence of bits to
perform spreading while frequency hopping spread spectrum (FHSS) rapidly shifts
the carrier frequency to accomplish the same result. Most common is DSS, in which
the code is a long sequence of bits, running at many times the bit rate of the original
information. That expands the bandwidth by the ratio of bit rates; for example,
if the random code sequence is 1,000 times the original bit rate, the resulting
bandwidth is 1,000 times as well. On the surface, that seems very inefficient in
terms of spectrum use, but it allows nearly as many signals to be transmitted one
on top of the other [5, 6].
DSSS uses a pseudo-random noise (PN) binary sequence, which is nothing more
than a computer-generated randomized sequence of bits designed to guarantee
noncoherence with any delayed version of itself or any other PN sequence used in
the same CDMA network. Figure 5.24 illustrates the basic process of sending and
receiving. Each CDMA signal consists of the original data, protected by FEC, which
are digitally multiplied by the PN sequence and then modulated onto a carrier
using either BPSK or QPSK. At the same time the bandwidth is multiplied, the
power spectral density is reduced substantially by the inverse of the expansion of
bandwidth. Multiple spread spectrum signals can then be transmitted one on top
on each other as long as the PN codes are either different or not synchronized.
The signals can be separated in the receiver by using a correlator that accepts only
signal energy from the selected PN sequence and despreads its spectrum. For that
to work, the despreading must be perfectly synchronized with the incoming PN
sequence, locking onto the correct start bit and maintaining tight timing during
reception. At the same time the desired information sequence is reproduced in the
receiver, any undesired spread spectrum carriers appear like noise at the output of
the PN despreader. Capacity of the RF channel is determined by how much the
noise floor from the extra spread spectrum carriers can increase and still provide
adequate link margin. That depends on the bandwidth ratio and the relative power
levels of the different CDMA signals sharing the same frequency bandwidth.
Processing of a digital bit stream using the spread spectrum technique can make
the carrier more tolerant of RFI. Spread spectrum, which could be classified as
either a coding technique or a modulation technique, provides two important
benefits for commercial satellite communications. First, the high-speed PN code
spreads the carrier over a relatively wide bandwidth, reducing the potential of RFI
caused by the Earth station transmission. That is important in siting the Earth
station and in dealing with uplink interference to closely spaced satellites. Second,
the recovery process at the receiving Earth station can suppress almost all external

---

180
Modulation, Multiple Access, and Impairments