Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

5.3.5
RF Bandwidth Utilization in Multiple Access
Comparison of multiple access methods is a complex and often daunting task. To
be true to this type of evaluation, one must consider a wide range of variables,
including technical properties, cost, risk, and operational convenience. However,
in this instance, we consider only the general issue of bandwidth utilization in the
satellite transponder. The manner in which the three generic multiple access
methods use that bandwidth is illustrated in Figure 5.25. Across the top are shown
eight transponder channels, with the three in the center expanded to display occu-
pancy. The channel bandwidth and spacing most likely will differ by frequency
band (36 MHz at C-band, 27 MHz at Ku-band, and so forth) and also may be
arranged differently for a specific satellite design. A detailed description of the
design of the repeater and transponders is covered in Chapter 6. We can assume
that, for the purpose of this example, the channel bandwidth and the spacing are
36 MHz and 40 MHz, respectively, typical of C-band domestic satellites operating
in the North American and East Asian arcs.

---

182
Modulation, Multiple Access, and Impairments
Figure 5.25
Sharing the transponder resource through TDMA, FDMA, and CDMA.
The example of a transponder used for FDMA shows two groups of RF carriers,
each of equal power and bandwidth. Each carrier would come from a different
Earth station and could contain multiple information channels in either analog or
digital form. There is no reason to maintain constant bandwidth and power, and
most FDMA transponders contain a variety of carrier bandwidths and power levels.
One important constraint is that total power of these carriers cannot exceed the
available transponder power, minus a backoff to account for RF IMD (discussed
later in this chapter). Between each carrier is a small guardband to allow the Earth
stations to separate the carriers effectively. The satellite downlink contains all the
carriers, and any particular one could be selected for reception at any Earth station
located in the coverage beam.
In the case of full-transponder TDMA, all stations transmit bursts in the uplink,
producing equal power as received at the satellite. A single wideband carrier trans-
mitted by one station exists in the transponder at any instant in time. There would
be breif blank periods of time (not visible in a static spectrum display) between
station transmissions because full utilization is nearly impossible to achieve in
practice. The guardtime intervals are needed to prevent interburst interference from
the overlap of transmissions. (The criteria that determine the shape of the digital
carrier were covered earlier in this chapter.) It also is possible to use TDMA with
a lower data rate that uses less RF bandwidth to permit the sharing of a transponder
on an FDMA basis. Networks of inexpensive Earth stations with limited uplink
power can utilize narrowband TDMA because the power required is proportional
to the bandwidth of the carrier, all other things being equal.
The display for CDMA in Figure 5.25 indicates multiple carriers, which ride
one on top of each other (which is difficult to illustrate on paper because the signals
appear as one image). Individual carriers are centered on the same frequency
and are separated only by their code modulation. An alternative is to divide the
transponder on an FDMA basis and to have multiple CDMA channels operating
at the same time. That also facilitates frequency reuse, in which the frequencies
are also assigned to particular beams in a cellular-type of pattern. The same total
power constraint of FDMA applies to CDMA as well.
To summarize, multiple access is the process by which several Earth stations
transmit to a common satellite and thereby share its communications capacity. The

---

5.4
Distortion and Impairments
183
capacity and connectivity achieved depend on both the multiplexing and modula-
tion formats of the individual transmissions as well as the multiple access method
employed. In Section 5.5, we discuss how multiple access signals interact with one
another and with the transmission systems used to uplink, repeat, and downlink
the associated RF carriers. (Nontechnical readers may want to skip Section 5.5.)