Мультиплексирование с временным разделением

Мультиплексирование с временным разделением ( TDM ) — это метод передачи и приема независимых сигналов по общему пути прохождения сигнала с помощью синхронизированных переключателей на каждом конце линии передачи, так что каждый сигнал появляется в линии только часть времени в соответствии с согласованными правилами. , например, когда каждый передатчик работает по очереди. Его можно использовать, когда битовая скорость среды передачи превышает скорость передаваемого сигнала. Эта форма мультиплексирования сигналов была разработана в телекоммуникациях для телеграфных систем в конце 19 века, но нашла свое наиболее распространенное применение в цифровой телефонии во второй половине 20 века.

История

Мультиплексирование с временным разделением было впервые разработано для приложений в телеграфии для одновременной маршрутизации нескольких передач по одной линии передачи. В 1870-х годах Эмиль Бодо разработал систему временного мультиплексирования из нескольких Хьюза телеграфных машин .

В 1944 году британская армия использовала беспроводной комплект № 10 для мультиплексирования 10 телефонных разговоров через микроволновое реле на расстоянии до 50 миль. Это позволяло полевым командирам поддерживать связь со штабом в Англии через Ла-Манш . ^{[ 1 ]}

В 1953 году 24-канальный мультиплексор с временным разделением был введен в коммерческую эксплуатацию компанией RCA Communications для передачи аудиоинформации между объектом RCA на Брод-стрит, Нью-Йорк, их передающей станцией в Роки-Пойнт и приемной станцией в Риверхеде, Лонг-Айленд, Нью-Йорк. Йорк. Связь осуществлялась с помощью микроволновой системы по всему Лонг-Айленду. Экспериментальная система TDM была разработана RCA Laboratories между 1950 и 1953 годами. ^{[ 2 ]}

В 1962 году инженеры Bell Labs разработали первые банки каналов D1, которые объединяли 24 цифровых голосовых вызова по четырехпроводной медной магистральной линии между аналоговыми коммутаторами центрального офиса Bell . Группа каналов на каждом конце линии позволяла по одной линии передавать короткие порции, каждая 1 ⁄ 8000 секунды, до 24 голосовых вызовов по очереди. Дискретные сигналы по магистральной линии передавались со скоростью 1,544 Мбит/с, разделенные на 8000 отдельных кадров в секунду, каждый из которых состоит из 24 смежных октетов и одного бита кадрирования. Каждый октет кадра по очереди переносил один телефонный звонок. Таким образом, каждый из 24 голосовых вызовов кодировался в два потока с постоянной скоростью передачи данных 64 кбит/с (по одному в каждом направлении) и преобразовывался обратно в обычные аналоговые сигналы с помощью дополнительного оборудования на приемном конце магистральной линии. ^{[ 3 ]}

Технология

Мультиплексирование с временным разделением используется в основном для цифровых сигналов, но может применяться и при аналоговом мультиплексировании , как указано выше, при котором два или более сигналов или битовых потоков передаются одновременно, появляясь как подканалы в одном канале связи, но физически по очереди канал. ^{[ 4 ]} Временной интервал разделен на несколько повторяющихся временных интервалов фиксированной длины, по одному для каждого подканала. Выборочный байт или блок данных подканала 1 передается во время временного интервала 1, подканала 2 — во временном интервале 2 и т. д. Один кадр TDM состоит из одного временного интервала на подканал и обычно является каналом синхронизации, а иногда и одним каналом синхронизации. канал исправления ошибок. После всего этого цикл начинается снова с нового кадра, начиная со второй выборки, байта или блока данных из подканала 1 и т. д.

Примеры применения

Система плезиохронной цифровой иерархии (PDH), также известная как система PCM , для цифровой передачи нескольких телефонных вызовов по одному и тому же четырехпроводному медному кабелю ( T-carrier или E-carrier ) или оптоволокну в цифровой телефонной сети с коммутацией каналов.
Стандарты сетевой передачи синхронной цифровой иерархии (SDH)/синхронной оптической сети (SONET), пришедшие на смену PDH.
Интерфейс базовой скорости и интерфейс основной скорости для цифровой сети с интеграцией услуг (ISDN)
Аудиостандарт RIFF ( WAV ) чередует левый и правый стереосигналы для каждого сэмпла.

TDM может быть дополнительно расширен до схемы множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA), в которой могут обмениваться данными несколько станций, подключенных к одной и той же физической среде, например, использующих один и тот же частотный канал. Примеры приложений включают в себя:

GSM система Телефонная
Линии тактических данных Link 16 и Link 22

Мультиплексная цифровая передача

В сетях с коммутацией каналов, таких как коммутируемая телефонная сеть общего пользования (PSTN), желательно передавать несколько абонентских вызовов по одной и той же среде передачи, чтобы эффективно использовать полосу пропускания среды. ^{[ 5 ]} TDM позволяет передавать и принимать телефонные коммутаторы для создания каналов ( притоков ) внутри потока передачи. Стандартный голосовой сигнал DS0 имеет скорость передачи данных 64 кбит/с. ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]} Схема TDM работает с гораздо более широкой полосой пропускания сигнала, что позволяет разделить полосу пропускания на временные кадры (временные интервалы) для каждого речевого сигнала, который мультиплексируется в линию передатчиком. Если кадр TDM состоит из n голосовых кадров, полоса пропускания линии равна n *64 кбит/с. ^{[ 5 ]}

Каждый временной интервал речи в кадре TDM называется каналом. В европейских системах стандартные кадры TDM содержат 30 цифровых голосовых каналов (E1), а в американских системах (T1) — 24 канала. Оба стандарта также содержат дополнительные биты (или временные интервалы) для битов сигнализации и синхронизации. ^{[ 5 ]}

Мультиплексирование более 24 или 30 цифровых голосовых каналов называется мультиплексированием более высокого порядка . Мультиплексирование более высокого порядка осуществляется путем мультиплексирования стандартных кадров TDM. Например, европейский 120-канальный кадр TDM формируется путем мультиплексирования четырех стандартных 30-канальных кадров TDM. В каждом мультиплексе более высокого порядка четыре кадра TDM непосредственного более низкого порядка объединяются, создавая мультиплексы с пропускной способностью n *64 кбит/с, где n = 120, 480, 1920 и т. д. ^{[ 5 ]}

Телекоммуникационные системы

Существует три типа синхронного TDM: T1, SONET/SDH и ISDN. ^{[ 7 ]}

Плезиохронная цифровая иерархия (PDH) была разработана как стандарт для мультиплексирования кадров более высокого порядка. PDH создала большее количество каналов за счет мультиплексирования стандартных европейских 30-канальных кадров TDM. Это решение работало какое-то время; однако PDH имел несколько присущих ему недостатков, которые в конечном итоге привели к развитию синхронной цифровой иерархии (SDH). Требования, которые привели к разработке SDH, были следующими: ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}

Будьте синхронны. Все часы в системе должны быть синхронизированы с эталонными часами.
Будьте ориентированы на обслуживание — SDH должен маршрутизировать трафик от конечного узла обмена к конечному пункту обмена, не беспокоясь об обмене между ними, при этом полоса пропускания может быть зарезервирована на фиксированном уровне на фиксированный период времени.
Разрешить удаление или вставку кадров любого размера в кадр SDH любого размера.
Легко управляемый благодаря возможности передачи данных управления по ссылкам.
Обеспечить высокий уровень восстановления после сбоев.
Обеспечьте высокую скорость передачи данных за счет мультиплексирования кадров любого размера, ограниченного только технологией.
Дайте уменьшенные ошибки скорости передачи данных.

SDH стал основным протоколом передачи данных в большинстве сетей PSTN. Он был разработан для мультиплексирования потоков со скоростью 1,544 Мбит/с и выше для создания более крупных кадров SDH, известных как синхронные транспортные модули (STM). Кадр STM-1 состоит из более мелких потоков, которые мультиплексируются для создания кадра со скоростью 155,52 Мбит/с. SDH также может мультиплексировать пакеты на основе пакетов, например Ethernet , PPP и ATM. ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}

Хотя SDH считается протоколом передачи (уровень 1 в эталонной модели OSI ), он также выполняет некоторые функции коммутации, как указано в третьем требовании пункта, перечисленном выше. ^{[ 5 ]} Наиболее распространенными функциями сети SDH являются следующие:

Кросс-соединение SDH . Кросс-соединение SDH представляет собой версию SDH коммутатора точки пересечения время-пространство-время. Он соединяет любой канал на любом из своих входов с любым каналом на любом из своих выходов. Кросс-соединение SDH используется на транзитных станциях, где все входы и выходы подключены к другим станциям. ^{[ 5 ]}
Мультиплексор ввода-вывода SDH . Мультиплексор ввода-вывода SDH (ADM) может добавлять или удалять любой мультиплексированный кадр размером до 1,544 МБ. Ниже этого уровня может выполняться стандартное TDM. SDH ADM также могут выполнять задачу кросс-соединения SDH и используются на конечных станциях, где каналы абонентов подключаются к базовой сети PSTN. ^{[ 5 ]}

Функции сети SDH подключаются с помощью высокоскоростного оптоволокна. Оптическое волокно использует световые импульсы для передачи данных и поэтому работает очень быстро. В современной передаче по оптоволокну используется мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM), при котором сигналы, передаваемые по волокну, передаются на разных длинах волн, создавая дополнительные каналы для передачи. Это увеличивает скорость и пропускную способность канала, что, в свою очередь, снижает как удельные, так и общие затраты. ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}

Статистическая версия

Статистическое мультиплексирование с временным разделением (STDM) — это расширенная версия TDM, в которой как адрес терминала, так и сами данные передаются вместе для лучшей маршрутизации. Использование STDM позволяет разделить полосу пропускания на одну линию. Многие колледжи и корпоративные кампусы используют этот тип TDM для распределения полосы пропускания.

На 10-Мбитной линии, входящей в сеть, с помощью STDM можно обеспечить 178 терминалов выделенным соединением 56k (178 * 56k = 9,96 Мб). Однако более распространенным использованием является предоставление полосы пропускания только тогда, когда она необходима. STDM не резервирует временной интервал для каждого терминала, а назначает его, когда терминалу требуются данные для отправки или получения.

В своей основной форме TDM используется для связи в канальном режиме с фиксированным количеством каналов и постоянной полосой пропускания на канал. Резервирование полосы пропускания отличает мультиплексирование с временным разделением каналов от статистического мультиплексирования, такого как статистическое мультиплексирование с временным разделением. В чистом TDM временные интервалы повторяются в фиксированном порядке и заранее распределяются по каналам, а не планируются попакетно.

В динамическом TDMA алгоритм планирования динамически резервирует переменное количество временных интервалов в каждом кадре для потоков данных с переменной скоростью передачи данных в зависимости от потребности в трафике каждого потока данных. ^{[ 8 ]} Динамический TDMA используется в:

Асинхронное мультиплексирование с временным разделением (ATDM), ^{[ 7 ]} — это альтернативная номенклатура, в которой STDM обозначает синхронное мультиплексирование с временным разделением, более старый метод, использующий фиксированные временные интервалы.

См. также

Мультиплексирование с частотным разделением - Техника обработки сигналов в телекоммуникациях
I²S – протокол последовательной связи для двухканального цифрового звука.
McASP - периферийное устройство последовательной аудиосвязи Texas Instruments
Уведомление о восстановлении маршрута
Дуплекс с временным разделением — передача данных осуществляется одновременно в обоих направлениях.

Ссылки

В этой статье использованы общедоступные материалы из Федеральный стандарт 1037C . Управление общего обслуживания . Архивировано из оригинала 22 января 2022 г. (в поддержку MIL-STD-188 ).

^ Беспроводной комплект № 10.
^ US 2919308 «Система мультиплексирования с временным разделением для сигналов различной полосы пропускания»
^ Мэри Элизабет Ганди Карьедо (31 августа 1998 г.). «Банкомат: происхождение и современное состояние » Политехнический университет Мадрида. Архивировано из оригинала 23 июня . Получено 23 . сентября
^ Куртис, А.; Дангкис, К.; Захарапулос, В.; Мантакас, К. (1993). «Аналоговое мультиплексирование с временным разделением» . Международный журнал электроники . 74 (6). Тейлор и Фрэнсис: 901–907. дои : 10.1080/00207219308925891 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к Ханрахан, HE (2005). Интегрированные цифровые коммуникации . Йоханнесбург, Южная Африка: Школа электротехники и информационной инженерии, Университет Витватерсранда.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д «Понимание телекоммуникаций» . Эрикссон . Архивировано из оригинала 13 апреля 2004 года.
^ Jump up to: ^а ^б Уайт, Курт (2007). Передача данных и компьютерные сети . Бостон, Массачусетс: Технология курса Томсона. стр. 143–152 . ISBN 978-1-4188-3610-8 .
^ Гован Мяо ; Йенс Зандер; Ки Вон Сон; Бен Слиман (2016). Основы мобильных сетей передачи данных . Издательство Кембриджского университета . ISBN 978-1107143210 .

[1] Беспроводной комплект № 10.

[2] US 2919308 «Система мультиплексирования с временным разделением для сигналов различной полосы пропускания»

[carriedo-3] Мэри Элизабет Ганди Карьедо (31 августа 1998 г.). «Банкомат: происхождение и современное состояние » Политехнический университет Мадрида. Архивировано из оригинала 23 июня . Получено 23 . сентября

[Kourtis-4] Куртис, А.; Дангкис, К.; Захарапулос, В.; Мантакас, К. (1993). «Аналоговое мультиплексирование с временным разделением» . Международный журнал электроники . 74 (6). Тейлор и Фрэнсис: 901–907. дои : 10.1080/00207219308925891 .

[hanrahn-5] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к Ханрахан, HE (2005). Интегрированные цифровые коммуникации . Йоханнесбург, Южная Африка: Школа электротехники и информационной инженерии, Университет Витватерсранда.

[ericsson-6] Jump up to: ^а ^б ^с ^д «Понимание телекоммуникаций» . Эрикссон . Архивировано из оригинала 13 апреля 2004 года.

[White-7] Jump up to: ^а ^б Уайт, Курт (2007). Передача данных и компьютерные сети . Бостон, Массачусетс: Технология курса Томсона. стр. 143–152 . ISBN 978-1-4188-3610-8 .

[Miao-8] Гован Мяо ; Йенс Зандер; Ки Вон Сон; Бен Слиман (2016). Основы мобильных сетей передачи данных . Издательство Кембриджского университета . ISBN 978-1107143210 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

v т и Телекоммуникации
History	Beacon Broadcasting Cable protection system Cable TV Communications satellite Computer network Data compression audio DCT image video Digital media Internet video online video platform social media streaming Drums Edholm's law Electrical telegraph Fax Heliographs Hydraulic telegraph Information Age Information revolution Internet Mass media Mobile phone Smartphone Optical telecommunication Optical telegraphy Pager Photophone Prepaid mobile phone Radio Radiotelephone Satellite communications Semaphore Phryctoria Semiconductor device MOSFET transistor Smoke signals Telecommunications history Telautograph Telegraphy Teleprinter (teletype) Telephone The Telephone Cases Television digital streaming Undersea telegraph line Videotelephony Whistled language Wireless revolution
Pioneers	Nasir Ahmed Edwin Howard Armstrong Mohamed M. Atalla John Logie Baird Paul Baran John Bardeen Alexander Graham Bell Emile Berliner Tim Berners-Lee Francis Blake (telephone) Jagadish Chandra Bose Charles Bourseul Walter Houser Brattain Vint Cerf Claude Chappe Yogen Dalal Daniel Davis Jr. Donald Davies Amos Dolbear Thomas Edison Lee de Forest Philo Farnsworth Reginald Fessenden Elisha Gray Oliver Heaviside Robert Hooke Erna Schneider Hoover Harold Hopkins Gardiner Greene Hubbard Internet pioneers Bob Kahn Dawon Kahng Charles K. Kao Narinder Singh Kapany Hedy Lamarr Innocenzo Manzetti Guglielmo Marconi Robert Metcalfe Antonio Meucci Samuel Morse Jun-ichi Nishizawa Charles Grafton Page Radia Perlman Alexander Stepanovich Popov Tivadar Puskás Johann Philipp Reis Claude Shannon Almon Brown Strowger Henry Sutton Charles Sumner Tainter Nikola Tesla Camille Tissot Alfred Vail Thomas A. Watson Charles Wheatstone Vladimir K. Zworykin
Transmission media	Coaxial cable Fiber-optic communication optical fiber Free-space optical communication Molecular communication Radio waves wireless Transmission line telecommunication circuit
Network topology and switching	Bandwidth Links Nodes terminal Network switching circuit packet Telephone exchange
Multiplexing	Space-division Frequency-division Time-division Polarization-division Orbital angular-momentum Code-division
Concepts	Communication protocol Computer network Data transmission Store and forward Telecommunications equipment
Types of network	Cellular network Ethernet ISDN LAN Mobile NGN Public Switched Telephone Radio Television Telex UUCP WAN Wireless network
Notable networks	ARPANET BITNET CYCLADES FidoNet Internet Internet2 JANET NPL network Toasternet Usenet
Locations	Africa Americas North South Antarctica Asia Europe Oceania (Global telecommunications regulation bodies)
Telecommunication portal Category Outline Commons