Multipleksowanie z podziałem czasu

Multiplexing diagram.svg
Multipleksowanie
Modulacja analogowa
powiązane tematy

Multipleksowanie z podziałem czasu ( TDM ) to metoda przesyłania i odbierania niezależnych sygnałów na wspólnej ścieżce sygnałowej za pomocą zsynchronizowanych przełączników na każdym końcu linii transmisyjnej, dzięki czemu każdy sygnał pojawia się na linii tylko przez ułamek czasu w zmiennym wzorze . W tej metodzie przesyła się dwa lub więcej sygnałów cyfrowych lub sygnałów analogowych przez wspólny kanał. Może być używany, gdy szybkość transmisji medium transmisyjnego przekracza szybkość transmisji sygnału. Ta forma multipleksowania sygnału została opracowana w telekomunikacji dla telegrafii pod koniec XIX wieku, ale najpowszechniejsze zastosowanie znalazło w telefonii cyfrowej w drugiej połowie XX wieku.

Historia

Telegraficzny multiplekser z 1922 roku Britannica

Multipleksowanie z podziałem czasu zostało po raz pierwszy opracowane do zastosowań w telegrafii do kierowania wielu transmisji jednocześnie przez pojedynczą linię transmisyjną. W latach siedemdziesiątych XIX wieku Émile Baudot opracował system multipleksowania czasu wielu maszyn telegraficznych Hughesa .

W 1944 roku armia brytyjska użyła zestawu bezprzewodowego nr 10 do multipleksowania 10 rozmów telefonicznych przez przekaźnik mikrofalowy na odległość do 50 mil. Pozwoliło to dowódcom w terenie na utrzymywanie kontaktu ze sztabem w Anglii po drugiej stronie kanału La Manche .

W 1953 r. 24-kanałowy TDM został uruchomiony przez RCA Communications w celu przesyłania informacji audio między obiektem RCA na Broad Street w Nowym Jorku, ich stacją nadawczą w Rocky Point i stacją odbiorczą w Riverhead na Long Island w Nowym Jorku. Komunikacja odbywała się za pomocą systemu mikrofalowego na całym Long Island. Eksperymentalny system TDM został opracowany przez RCA Laboratories w latach 1950-1953.

W 1962 roku inżynierowie z Bell Labs opracowali pierwsze banki kanałów D1, które połączyły 24 cyfrowe połączenia głosowe przez czteroprzewodową miedzianą magistralę między przełącznikami analogowymi w centrali Bell . Bank kanałów podzielił sygnał cyfrowy 1,544 Mb/s na 8000 oddzielnych ramek, z których każda składa się z 24 ciągłych bajtów. Każdy bajt reprezentował pojedynczą rozmowę telefoniczną zakodowaną w sygnał o stałej przepływności 64 kbit/s. Banki kanałów wykorzystywały stałą pozycję (wyrównanie czasowe) jednego bajtu w ramce do identyfikacji wywołania, do którego należał.

Technologia

Multipleksowanie z podziałem czasu jest stosowane głównie w przypadku sygnałów cyfrowych , ale może być stosowane w multipleksowaniu analogowym , w którym przesyłane są dwa lub więcej sygnałów lub strumieni bitów, które pojawiają się jednocześnie jako podkanały w jednym kanale komunikacyjnym, ale fizycznie zmieniają się w kanale. Dziedzina czasu jest podzielona na kilka powtarzających się szczelin czasowych o stałej długości, po jednej dla każdego podkanału. Bajt próbny lub blok danych z podkanału 1 jest przesyłany w szczelinie czasowej 1, podkanał 2 w szczelinie czasowej 2 itd. Jedna ramka TDM składa się z jednej szczeliny czasowej na podkanał plus kanał synchronizacji i czasami kanał korekcji błędów przed synchronizacją. Po ostatnim podkanale, korekcji błędów i synchronizacji, cykl rozpoczyna się od nowa z nową ramką, zaczynając od drugiej próbki, bajtu lub bloku danych z podkanału 1 itd.

Przykłady aplikacji

TDM można dalej rozszerzyć na schemat wielokrotnego dostępu z podziałem czasu (TDMA), w którym kilka stacji podłączonych do tego samego nośnika fizycznego, na przykład współużytkujących ten sam kanał częstotliwości , może się komunikować. Przykłady zastosowań obejmują:

Multipleksowana transmisja cyfrowa

W sieciach z komutacją obwodów, takich jak publiczna komutowana sieć telefoniczna (PSTN), pożądane jest transmitowanie wywołań wielu abonentów przez to samo medium transmisyjne, aby efektywnie wykorzystać szerokość pasma tego medium. TDM umożliwia nadawczym i odbiorczym centralom telefonicznym tworzenie kanałów ( dopływów ) w strumieniu transmisji. Standardowy DS0 ma szybkość transmisji danych 64 kbit/s. Obwód TDM działa ze znacznie większą szerokością pasma sygnału, umożliwiając podzielenie pasma na ramy czasowe (szczeliny czasowe) dla każdego sygnału głosowego, który jest multipleksowany na linii przez nadajnik. Jeśli ramka TDM składa się z n ramek głosowych, przepustowość łącza wynosi n *64 kbit/s.

Każda szczelina czasowa głosu w ramce TDM jest nazywana kanałem. W systemach europejskich standardowe ramki TDM zawierają 30 cyfrowych kanałów głosowych (E1), aw systemach amerykańskich (T1) zawierają 24 kanały. Oba standardy zawierają również dodatkowe bity (lub bitowe szczeliny czasowe) dla bitów sygnalizacji i synchronizacji.

Multipleksowanie więcej niż 24 lub 30 cyfrowych kanałów głosowych nazywa się multipleksowaniem wyższego rzędu . Multipleksowanie wyższego rzędu jest realizowane przez multipleksowanie standardowych ramek TDM. Na przykład europejska 120-kanałowa ramka TDM jest tworzona przez multipleksowanie czterech standardowych 30-kanałowych ramek TDM. W każdym multipleksie wyższego rzędu łączone są cztery ramki TDM z bezpośredniego niższego rzędu, tworząc multipleksy o przepustowości n * 64 kbit/s, gdzie n = 120, 480, 1920 itd.

Systemy telekomunikacyjne

Istnieją trzy typy synchronicznego TDM: T1, SONET/SDH i ISDN.

Plezjochroniczna hierarchia cyfrowa (PDH) została opracowana jako standard multipleksowania ramek wyższego rzędu. PDH stworzyło większą liczbę kanałów poprzez multipleksowanie standardowych 30-kanałowych ramek TDM w Europie. To rozwiązanie działało przez jakiś czas; jednak PDH miał kilka nieodłącznych wad, które ostatecznie doprowadziły do ​​​​opracowania synchronicznej hierarchii cyfrowej (SDH). Wymagania, które napędzały rozwój SDH, były następujące:

  • Bądź synchroniczny – wszystkie zegary w systemie muszą być zgodne z zegarem referencyjnym.
  • Bądź zorientowany na usługi – SDH musi kierować ruch z End Exchange do End Exchange, nie martwiąc się o wymiany między nimi, gdzie przepustowość może być zarezerwowana na stałym poziomie przez określony czas.
  • Zezwalaj na wyjmowanie ramek dowolnego rozmiaru lub wkładanie ich do ramy SDH dowolnego rozmiaru.
  • Łatwe zarządzanie dzięki możliwości przesyłania danych zarządzania między łączami.
  • Zapewnij wysoki poziom odzyskiwania po awariach.
  • Zapewnij wysokie szybkości transmisji danych poprzez multipleksowanie ramek o dowolnym rozmiarze, ograniczonym jedynie technologią.
  • Podaj zmniejszone błędy szybkości transmisji bitów.

SDH stał się podstawowym protokołem transmisji w większości sieci PSTN. Został opracowany, aby umożliwić multipleksowanie strumieni 1,544 Mbit / si wyższych w celu tworzenia większych ramek SDH, znanych jako synchroniczne moduły transportowe (STM). Ramka STM-1 składa się z mniejszych strumieni, które są multipleksowane w celu utworzenia ramki 155,52 Mbit/s. SDH może również multipleksować ramki oparte na pakietach, np. Ethernet , PPP i ATM.

Chociaż protokół SDH jest uważany za protokół transmisji (warstwa 1 w modelu referencyjnym OSI ), spełnia on również pewne funkcje przełączania, jak określono w trzecim wymogu wymienionym powyżej. Najpopularniejsze funkcje sieciowe SDH to:

  • SDH Crossconnect – SDH Crossconnect to wersja SDH przełącznika krzyżowego czasoprzestrzeń-czas. Łączy dowolny kanał na dowolnym wejściu z dowolnym kanałem na dowolnym wyjściu. SDH Crossconnect jest używany w centralach tranzytowych, gdzie wszystkie wejścia i wyjścia są połączone z innymi centralami.
  • SDH Add-Drop Multiplexer – SDH Add-Drop Multiplexer (ADM) może dodać lub usunąć dowolną zmultipleksowaną ramkę do 1,544 Mb. Poniżej tego poziomu można wykonać standardowe TDM. SDH ADM mogą również pełnić funkcję SDH Crossconnect i są używane w centralach końcowych, gdzie kanały od abonentów są podłączone do rdzeniowej sieci PSTN.

Funkcje sieciowe SDH są połączone za pomocą szybkiego światłowodu. Światłowód wykorzystuje impulsy świetlne do przesyłania danych i dlatego jest niezwykle szybki. Nowoczesna transmisja światłowodowa wykorzystuje multipleksowanie z podziałem długości fali (WDM), w którym sygnały przesyłane przez światłowód są przesyłane na różnych długościach fal, tworząc dodatkowe kanały do ​​transmisji. Zwiększa to szybkość i przepustowość łącza, co z kolei zmniejsza zarówno koszty jednostkowe, jak i całkowite.

Statystyczne multipleksowanie z podziałem czasu

Statystyczne multipleksowanie z podziałem czasu (STDM) to zaawansowana wersja TDM, w której zarówno adres terminala, jak i same dane są przesyłane razem w celu lepszego routingu. Korzystanie ze standardu STDM umożliwia podzielenie przepustowości na jedną linię. Wiele kampusów uniwersyteckich i korporacyjnych używa tego typu TDM do dystrybucji przepustowości.

Na 10-Mbitowej linii wchodzącej do sieci STDM może być wykorzystany do zapewnienia 178 terminali z dedykowanym łączem 56k (178 * 56k = 9,96Mb). Bardziej powszechnym zastosowaniem jest jednak przyznawanie przepustowości tylko wtedy, gdy jest ona potrzebna. STDM nie rezerwuje szczeliny czasowej dla każdego terminala, raczej przypisuje szczelinę, gdy terminal wymaga wysłania lub odebrania danych.

W swojej pierwotnej postaci TDM jest używany do komunikacji w trybie obwodowym ze stałą liczbą kanałów i stałą przepustowością na kanał. Rezerwacja przepustowości odróżnia multipleksowanie z podziałem czasu od multipleksowania statystycznego , takiego jak statystyczne multipleksowanie z podziałem czasu. W czystym TDM szczeliny czasowe powtarzają się w ustalonej kolejności i są wstępnie przydzielane kanałom, a nie są planowane na zasadzie pakiet po pakiecie.

W dynamicznym TDMA algorytm planowania dynamicznie rezerwuje zmienną liczbę szczelin czasowych w każdej ramce dla strumieni danych o zmiennej przepływności, w oparciu o zapotrzebowanie na ruch każdego strumienia danych. Dynamiczny TDMA jest używany w:

Asynchroniczne multipleksowanie z podziałem czasu (ATDM) to alternatywna nomenklatura, w której STDM oznacza synchroniczne multipleksowanie z podziałem czasu, starszą metodę wykorzystującą ustalone przedziały czasowe.

Zobacz też

  • Public Domain Ten artykuł zawiera materiały należące do domeny publicznej z normy federalnej 1037C . Administracja usług ogólnych . (obsługuje MIL-STD-188 ).
Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Time-division_multiplexing&oldid=1136822914 ”