Мультиплексирование с временным разделением
| Мультиплексирование |
|---|
 |
| Аналоговая модуляция |
| Связанные темы |
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 чередующейся схеме. . 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 [ править ]
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 компания RCA Communications ввела в коммерческую эксплуатацию 24-канальный TDM 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. 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 магистрали между аналоговыми коммутаторами центрального офиса Bell . Банк каналов разделил цифровой сигнал со скоростью 1,544 Мбит/с на 8000 отдельных кадров, каждый из которых состоит из 24 последовательных байтов. Каждый байт представлял собой один телефонный звонок, закодированный в сигнал с постоянной скоростью передачи данных 64 кбит/с. Банки каналов использовали фиксированную позицию (временное выравнивание) одного байта в кадре для идентификации вызова, которому он принадлежал. [3]
Технология [ править ]
Мультиплексирование с временным разделением используется в основном для цифровых сигналов, но может применяться и в аналоговом мультиплексировании , при котором два или более сигналов или битовых потоков передаются одновременно как подканалы в одном канале связи, но физически чередуются на канале. [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 время временного интервала 2 и т. д. Один кадр TDM состоит из одного временного интервала на подканал плюс канал синхронизации, а иногда и канал исправления ошибок. до синхронизации. После последнего подканала, исправления ошибок и синхронизации цикл начинается заново с нового кадра, начиная со второй выборки, байта или блока данных из подканала 1 и т. д.
Примеры применения [ править ]
- 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 оптоволоконному кабелю в цифровой телефонной сети с коммутацией каналов.
- Стандарты передачи данных 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), где могут взаимодействовать несколько станций, подключенных к одной и той же физической среде, например, использующих один и тот же частотный канал. Примеры приложений включают в себя:
цифровая Мультиплексная 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 [ править ]
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 пункте требования, перечисленном выше. [5] Наиболее распространенными функциями сети SDH являются следующие:
- Кросс-соединение SDH . Кросс-соединение SDH представляет собой SDH-версию коммутатора точки пересечения времени-пространства-времени. 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. Модули 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 [ править ]
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 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 [ править ]
- Мультиплексирование с частотным разделением
- МакАСП
- Уведомление о восстановлении маршрута
- Дуплекс с временным разделением
Ссылки [ править ]
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: Перейти обратно: 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: Перейти обратно: а б с д «Понимание телекоммуникаций» . Эрикссон . Архивировано из оригинала 13 апреля 2004 года.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: 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 .
