Мультиплексирование с временным разделением - Time-division multiplexing

Мультиплексирование
Схема мультиплексирования .svg
Аналоговая модуляция
похожие темы

Мультиплексирование с временным разделением ( TDM ) - это метод передачи и приема независимых сигналов по общему сигнальному тракту с помощью синхронизированных переключателей на каждом конце линии передачи, так что каждый сигнал появляется на линии только часть времени в чередующемся шаблоне. . Этот метод передает два или более цифровых сигнала или аналоговых сигналов по общему каналу. Его можно использовать, когда скорость передачи данных в среде передачи превышает скорость передаваемого сигнала. Эта форма мультиплексирования сигналов была разработана в телекоммуникациях для телеграфных систем в конце 19 века, но наиболее распространенное применение нашла в цифровой телефонии во второй половине 20 века.

История

Телеграфный мультиплексор, Британника 1922 года

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

В 1944 году британская армия использовала беспроводной набор № 10 для мультиплексирования 10 телефонных разговоров через микроволновое реле на расстояние до 50 миль. Это позволяло полевым командирам поддерживать связь со штабом в Англии через Ла-Манш .

В 1953 году RCA Communications ввела в коммерческую эксплуатацию 24-канальный TDM для передачи аудиоинформации между помещением RCA на Брод-стрит, Нью-Йорк, их передающей станцией в Роки-Пойнт и приемной станцией в Риверхеде, Лонг-Айленд, Нью-Йорк. Связь осуществлялась через микроволновую систему по всему Лонг-Айленду. Экспериментальная система TDM была разработана RCA Laboratories между 1950 и 1953 годами.

В 1962 году инженеры Bell Labs разработали первые банки каналов D1, которые объединили 24 оцифрованных голосовых вызова по четырехпроводной медной магистрали между аналоговыми коммутаторами центрального офиса Bell . Банк каналов разделил цифровой сигнал 1,544 Мбит / с на 8000 отдельных кадров, каждый из которых состоит из 24 смежных байтов. Каждый байт представляет собой один телефонный звонок, закодированный в сигнал постоянной скорости 64 кбит / с. Банки каналов использовали фиксированную позицию (временное выравнивание) одного байта в кадре для идентификации вызова, которому он принадлежал.

Технология

Мультиплексирование с временным разделением используется в основном для цифровых сигналов, но может применяться и при аналоговом мультиплексировании, при котором передаются два или более сигналов или битовых потоков, которые появляются одновременно как подканалы в одном канале связи, но физически сменяют друг друга на канале. Временная область разделена на несколько повторяющихся временных интервалов фиксированной длины, по одному для каждого подканала. Байт выборки или блок данных подканала 1 передается во временном интервале 1, подканал 2 - во временном интервале 2 и т. Д. Один кадр TDM состоит из одного временного интервала на каждый подканал плюс канал синхронизации, а иногда и канал исправления ошибок. перед синхронизацией. 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

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

Мультиплексированная 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. TDM позволяет передающим и принимающим телефонным коммутаторам создавать каналы ( трибуны ) в потоке передачи. Стандартный речевой сигнал DS0 имеет скорость передачи данных 64 кбит / с. Схема TDM работает с гораздо более высокой полосой пропускания сигнала, что позволяет разделить полосу пропускания на временные кадры (временные интервалы) для каждого речевого сигнала, который мультиплексируется на линию передатчиком. Если кадр TDM состоит из n голосовых кадров, ширина полосы пропускания линии равна n * 64 кбит / с.

Каждый голосовой временной интервал 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 битовые временные интервалы) для битов сигнализации и синхронизации.

Мультиплексирование более 24 или 30 цифровых голосовых каналов называется мультиплексированием более высокого порядка . Мультиплексирование более высокого порядка достигается путем мультиплексирования стандартных кадров TDM. Например, европейский 120-канальный TDM-кадр формируется путем мультиплексирования четырех стандартных 30-канальных TDM-кадров. При каждом мультиплексировании более высокого порядка объединяются четыре кадра TDM из непосредственного более низкого порядка, создавая мультиплексы с полосой пропускания n * 64 кбит / с, где n = 120, 480, 1920 и т. Д.

Телекоммуникационные системы

Существует три типа синхронного TDM: T1, SONET / SDH и ISDN.

Плезиохронная цифровая иерархия (PDH) была разработана как стандарт для мультиплексирования кадров более высокого порядка. PDH создал большее количество каналов путем мультиплексирования стандартных европейских 30-канальных кадров TDM. Это решение работало какое-то время; однако PDH страдает несколькими внутренними недостатками, которые в конечном итоге привели к развитию Синхронной цифровой иерархии (SDH). Требования, которые привели к развитию SDH, были следующими:

  • Будьте синхронными - все часы в системе должны быть согласованы с эталонными часами.
  • Будьте сервисно-ориентированными - SDH должен направлять трафик от конечного обмена к конечному обмену, не беспокоясь об обменах между ними, где пропускная способность может быть зарезервирована на фиксированном уровне на фиксированный период времени.
  • Разрешить удаление или вставку кадров любого размера в кадр SDH любого размера.
  • Легко управляемый с возможностью передачи данных управления по ссылкам.
  • Обеспечивают высокий уровень восстановления после сбоев.
  • Обеспечьте высокую скорость передачи данных за счет мультиплексирования кадров любого размера, ограниченного только технологией.
  • Уменьшите ошибки скорости передачи данных.

SDH стал основным протоколом передачи в большинстве сетей PSTN. Он был разработан для обеспечения возможности мультиплексирования потоков 1,544 Мбит / с и выше для создания более крупных кадров SDH, известных как синхронные транспортные модули (STM). Кадр STM-1 состоит из меньших потоков, которые мультиплексируются для создания кадра 155,52 Мбит / с. SDH также может мультиплексировать кадры на основе пакетов, например Ethernet , PPP и ATM.

Хотя SDH считается протоколом передачи (уровень 1 в эталонной модели OSI ), он также выполняет некоторые функции переключения, как указано в третьем требовании пункта, перечисленном выше. Наиболее распространенные сетевые функции SDH:

  • Перекрестное соединение SDH - перекрестное соединение SDH - это версия SDH коммутатора коммутации 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 биржах, где все входы и выходы подключены к другим биржам.
  • 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 стандартный TDM. SDH ADM также могут выполнять задачу перекрестного соединения SDH и используются в конечных коммутаторах, где каналы от абонентов подключаются к базовой сети PSTN.

Сетевые функции SDH связаны с помощью высокоскоростного оптического волокна. Оптическое волокно использует световые импульсы для передачи данных и поэтому работает очень быстро. В современной оптоволоконной передаче используется мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM), при котором сигналы, передаваемые по оптоволокну, передаются на разных длинах волн, создавая дополнительные каналы для передачи. Это увеличивает скорость и пропускную способность канала, что, в свою очередь, снижает как единичные, так и общие затраты.

Статистическое мультиплексирование с временным разделением

Статистическое мультиплексирование с временным разделением (STDM) - это усовершенствованная версия TDM, в которой адрес терминала и сами данные передаются вместе для лучшей маршрутизации. Использование STDM позволяет разделить полосу пропускания по одной линии. Многие колледжи и корпоративные городки используют этот тип TDM для распределения полосы пропускания.

На 10-мегабитной линии, входящей в сеть, STDM может использоваться для предоставления 178 терминалам выделенного соединения 56k (178 * 56k = 9.96Mb). Однако более распространенным использованием является предоставление полосы пропускания только тогда, когда она необходима. STDM не резервирует временной интервал для каждого терминала, скорее он назначает интервал, когда терминал требует передачи или приема данных.

В своей основной форме TDM используется для связи в коммутационном 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 каналов. В чистом TDM временные интервалы повторяются в фиксированном порядке и заранее распределяются по каналам, а не планируются по каждому пакету.

В динамической TDMA , А алгоритм планирования динамически оставляет переменное число временных интервалов в каждом кадре с переменными потоками данных скорости передачи бит, на основе спроса трафика каждого потока данных. Динамический TDMA используется в:

Асинхронное мультиплексирование с временным разделением (ATDM) - это альтернативная номенклатура, в которой STDM обозначает синхронное мультиплексирование с временным разделением, более старый метод, который использует фиксированные временные интервалы.

Смотрите также

Рекомендации

  •  Эта статья включает  материалы, являющиеся общественным достоянием, из документа Управления общих служб : «Федеральный стандарт 1037C» . (в поддержку MIL-STD-188 )