Tidsdeling multiplexing - Time-division multiplexing

Multipleksing
Multiplexing diagram.svg
Analog modulering
relaterte temaer

Time-division multiplexing ( TDM ) er en metode for å overføre og motta uavhengige signaler over en felles signalvei ved hjelp av synkroniserte brytere i hver ende av overføringslinjen, slik at hvert signal vises på linjen bare en brøkdel av tiden i et alternerende mønster. . Denne metoden overfører to eller flere digitale signaler eller analoge signaler over en felles kanal. Den kan brukes når bithastigheten til overføringsmediet overstiger signalets signal. Denne formen for signal multipleksing ble utviklet i telekommunikasjon for telegrafi systemer i slutten av det 19. århundre, men fant sin vanligste programmet i digital telefoni i andre halvdel av det 20. århundre.

Historie

Telegrafisk multiplekser, fra 1922 Britannica

Tidsdelingsmultipleksering ble først utviklet for applikasjoner innen telegrafi for å dirigere flere overføringer samtidig over en enkelt overføringslinje. På 1870-tallet utviklet Émile Baudot et tidsmultiplekseringssystem av flere Hughes-telegrafmaskiner .

I 1944 brukte den britiske hæren trådløs sett nr. 10 til å multiplexere 10 telefonsamtaler over et mikrobølgerelé så langt som 50 miles. Dette tillot sjefer i felt å holde kontakt med personalet i England over den engelske kanal .

I 1953 ble en 24-kanals TDM satt i kommersiell drift av RCA Communications for å sende lydinformasjon mellom RCAs anlegg på Broad Street, New York, deres sendestasjon på Rocky Point og mottaksstasjonen i Riverhead, Long Island, New York. Kommunikasjonen foregikk med et mikrobølgesystem i hele Long Island. Det eksperimentelle TDM-systemet ble utviklet av RCA Laboratories mellom 1950 og 1953.

I 1962 utviklet ingeniører fra Bell Labs de første D1-kanalbankene, som kombinerte 24 digitaliserte taleanrop over en firetråds kobberstamme mellom Bell sentrale analoge brytere. En kanalbank skar et 1,544 Mbit / s digitalt signal i 8000 separate rammer, hver sammensatt av 24 sammenhengende byte. Hver byte representerte en enkelt telefonsamtale kodet til et konstant bithastighetssignal på 64 kbit / s. Kanalbanker brukte den faste posisjonen (tidsmessig justering) av en byte i rammen for å identifisere samtalen den tilhørte.

Teknologi

Tidsdelingsmultipleksering brukes primært for digitale signaler, men kan brukes i analog multiplexing der to eller flere signaler eller bitstrømmer overføres og fremstår samtidig som underkanaler i en kommunikasjonskanal, men fysisk svinger på kanalen. Tidsdomenet er delt inn i flere tilbakevendende tidsluker med fast lengde, en for hver underkanal. En prøvebyte eller datablokk av underkanal 1 overføres under tidsluke 1, underkanal 2 under tidsluke 2, etc. En TDM- ramme består av en tidsluke per underkanal pluss en synkroniseringskanal og noen ganger feilkorreksjonskanal før synkroniseringen. Etter den siste underkanalen, feilretting og synkronisering starter syklusen på nytt med en ny ramme, og begynner med den andre prøven, byte eller datablokk fra underkanal 1 osv.

Søknadseksempler

TDM kan videre utvides til TDMA-ordningen ( time-division multiple access ), der flere stasjoner som er koblet til det samme fysiske mediet, for eksempel som deler den samme frekvenskanalen , kan kommunisere. Søknadseksempler inkluderer:

Multipleksert digital overføring

I kretssvitsjede nettverk, slik som det offentlige koblede telefonnettverket (PSTN), er det ønskelig å overføre flere abonnentanrop over det samme overføringsmediet for effektivt å utnytte båndbredden til mediet. TDM tillater overføring og mottak av telefonbrytere for å opprette kanaler ( bifloder ) i en overføringsstrøm. Et standard DS0- talesignal har en datahastighet på 64 kbit / s. En TDM-krets går med en mye høyere signalbåndbredde, slik at båndbredden kan deles inn i tidsrammer (tidsluker) for hvert stemmesignal som blir multiplekset på linjen av senderen. Hvis TDM-rammen består av n stemme-rammer, er linjebåndbredden n * 64 kbit / s.

Hvert stemmetidspunkt i TDM-rammen kalles en kanal. I europeiske systemer inneholder standard TDM-rammer 30 digitale talekanaler (E1), og i amerikanske systemer (T1) inneholder de 24 kanaler. Begge standardene inneholder også ekstra bits (eller bit-tidsluker) for signal- og synkroniseringsbiter.

Multiplexing av mer enn 24 eller 30 digitale talekanaler kalles multiplexing av høyere ordre . Høyere ordens multiplexing oppnås ved å multipleksere standard TDM-rammer. For eksempel dannes en europeisk TDM-ramme med 120 kanaler ved å multipleksere fire standard 30-kanals TDM-rammer. Ved hvert høyere ordensmultipleks kombineres fire TDM-rammer fra den umiddelbare lavere ordenen, og skaper multiplekser med en båndbredde på n * 64 kbit / s, der n = 120, 480, 1920, etc.

Telekommunikasjonssystemer

Det er tre typer synkron TDM: T1, SONET / SDH og ISDN.

Plesiochronous digital hierarchy (PDH) ble utviklet som en standard for multipleksing av rammer med høyere ordre. PDH opprettet større antall kanaler ved å multipleksere standard europeiske 30-kanals TDM-rammer. Denne løsningen fungerte en stund; PDH led imidlertid av flere iboende ulemper som til slutt resulterte i utviklingen av Synchronous Digital Hierarchy (SDH). Kravene som drev utviklingen av SDH var disse:

  • Vær synkron - Alle klokker i systemet må justeres med en referanseklokke.
  • Vær serviceorientert - SDH må dirigere trafikk fra End Exchange til End Exchange uten å bekymre deg for børser i mellom, der båndbredden kan reserveres på et fast nivå i en bestemt periode.
  • Tillat at rammer av alle størrelser fjernes eller settes inn i en SDH-ramme av hvilken som helst størrelse.
  • Enkel håndterbar med muligheten til å overføre administrasjonsdata på tvers av lenker.
  • Gi høye nivåer av gjenoppretting fra feil.
  • Gi høye datahastigheter ved å multipleksere hvilken som helst størrelsesramme, bare begrenset av teknologi.
  • Gi reduserte bithastighetsfeil.

SDH har blitt den primære overføringsprotokollen i de fleste PSTN-nettverk. Den ble utviklet for å tillate at strømmer på 1,544 Mbit / s og over multipliseres, for å skape større SDH-rammer kjent som Synchronous Transport Modules (STM). STM-1-rammen består av mindre strømmer som er multiplekset for å lage en 155,52 Mbit / s-ramme. SDH kan også multiplexere pakkebaserte rammer, for eksempel Ethernet , PPP og ATM.

Selv om SDH regnes som en overføringsprotokoll (lag 1 i OSI-referansemodellen ), utfører den også noen byttefunksjoner, som angitt i det tredje punktpunktkravet som er oppført ovenfor. De vanligste SDH-nettverksfunksjonene er disse:

  • SDH Crossconnect - SDH Crossconnect er SDH-versjonen av en krysspunktsbryter Time-Space-Time. Den kobler en hvilken som helst kanal på en av inngangene til en hvilken som helst kanal på en av utgangene. SDH Crossconnect brukes i Transit Exchange, hvor alle innganger og utganger er koblet til andre sentraler.
  • SDH Add-Drop Multiplexer - SDH Add-Drop Multiplexer (ADM) kan legge til eller fjerne hvilken som helst multiplekset ramme ned til 1.544Mb. Under dette nivået kan standard TDM utføres. SDH ADM kan også utføre oppgaven med en SDH Crossconnect og brukes i End Exchanges der kanalene fra abonnenter er koblet til kjernen PSTN-nettverket.

SDH-nettverksfunksjoner er koblet til ved hjelp av høyhastighets optisk fiber. Optisk fiber bruker lysimpulser for å overføre data og er derfor ekstremt rask. Moderne overføring av optisk fiber benytter seg av bølgelengde-delingsmultipleksering (WDM) der signaler som overføres over fiberen overføres i forskjellige bølgelengder, og skaper flere kanaler for overføring. Dette øker hastigheten og kapasiteten til koblingen, noe som igjen reduserer både enhetskostnader og totale kostnader.

Statistisk tidsdelingsmultipleksering

Statistisk tidsdelingsmultipleksering (STDM) er en avansert versjon av TDM der både adressen til terminalen og selve dataene overføres sammen for bedre ruting. Ved å bruke STDM kan båndbredden deles over en linje. Mange universitets- og bedriftscampuser bruker denne typen TDM for å distribuere båndbredde.

På en 10-Mbit-linje som går inn i et nettverk, kan STDM brukes til å gi 178 terminaler en dedikert 56k-tilkobling (178 * 56k = 9,96Mb). En mer vanlig bruk er imidlertid å bare gi båndbredden når så mye er nødvendig. STDM reserverer ikke et tidsluke for hver terminal, men tilordner et spor når terminalen krever at data sendes eller mottas.

I sin primære form brukes TDM for kretsmoduskommunikasjon med et fast antall kanaler og konstant båndbredde per kanal. Båndbreddeservasjon skiller tidsdelingsmultipleksering fra statistisk multipleksing, for eksempel statistisk tidsdelingsmultipleksering. I ren TDM er tidslukerne tilbakevendende i en fast rekkefølge og forhåndsallokert til kanalene, i stedet for planlagt på en pakke for pakkebasis.

I dynamisk TDMA reserverer en planleggingsalgoritme dynamisk et variabelt antall tidsluker i hver ramme til variabel bithastighetsdatastrømmer, basert på trafikkbehovet til hver datastrøm. Dynamisk TDMA brukes i:

Asynkron tidsdelingsmultipleksering (ATDM) er en alternativ nomenklatur der STDM betegner synkron tidsdelingsmultipleksering, den eldre metoden som bruker faste tidsluker.

Se også

Referanser

  •  Denne artikkelen inneholder  materiale fra offentlig domene fra dokumentet General Services Administration : "Federal Standard 1037C" . (til støtte for MIL-STD-188 )