Мультиплексирование с временным разделением - Time-division multiplexing - Wikipedia

Мультиплексирование
Multiplexing diagram.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 битрейт среды передачи превышает размер передаваемого сигнала. Эта форма сигнала мультиплексирование был разработан в телекоммуникации за телеграфия систем в конце 19 века, но наиболее распространенное применение нашло в цифровой телефония во второй половине 20 века.

История

Телеграфный мультиплексор, с 1922 г. Британика

Мультиплексирование с временным разделением было впервые разработано для приложений в телеграфия для одновременной маршрутизации нескольких передач по одной линии передачи. В 1870-х гг. Эмиль Бодо разработала систему временного мультиплексирования из нескольких Телеграф Хьюза машины.

В 1944 г. Британская армия использовал беспроводной набор № 10 для мультиплексирования 10 телефонных разговоров через микроволновое реле до 50 миль. Это позволяло полевым командирам поддерживать связь со штабом в Англии через Английский канал.[1]

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.[2]

В 1962 году инженеры Bell Labs разработали первые банки каналов D1, которые объединили 24 оцифрованных голосовых вызова по четырехпроводной медной магистрали между Bell Центральный офис аналоговые переключатели. 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 одиночный телефонный звонок, закодированный в сигнал постоянной скорости передачи 64 кбит / с. Банки каналов использовали фиксированную позицию (временное выравнивание) одного байта в кадре для идентификации вызова, которому он принадлежал.[3]

Технологии

Мультиплексирование с временным разделением используется в основном для цифровой сигналов, но может применяться в аналог мультиплексирование в котором два или более сигналов или битовые потоки передаются, появляясь одновременно как подканалы в одном канале связи, но физически по очереди на канале.[4] Временная область разделена на несколько повторяющихся временные интервалы фиксированной длины, по одному на каждый подканал. Байт выборки или блок данных подканала 1 передается во временном интервале 1, подканал 2 - во временном интервале 2 и т. Д. Один TDM Рамка состоит из одного временного интервала на каждый подканал плюс канал синхронизации и иногда 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 можно расширить до множественный доступ с разделением по времени (TDMA) схема, при которой несколько станций подключены к одной физической среде, например, совместно используют одну и ту же частота канал, могу общаться. Примеры применения включают:

Мультиплексированная цифровая передача

В сетях с коммутацией каналов, таких как телефонная сеть общего пользования (PSTN) желательно передавать множественные абонентские вызовы по одной и той же среде передачи, чтобы эффективно использовать полосу пропускания среды.[5] TDM позволяет передающим и принимающим телефонными коммутаторами создавать каналы (притоки) в потоке передачи. Стандарт DS0 голосовой сигнал имеет скорость передачи данных 64 кбит / с.[5][6] 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 линии передатчиком. Если кадр TDM состоит из п голосовых кадров, полоса пропускания линии п* 64 кбит / с.[5]

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.[5]

Мультиплексирование более 24 или 30 цифровых голосовых каналов называется мультиплексирование 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 п* 64 кбит / с, где п = 120, 480, 1920 и т. Д.[5]

Телекоммуникационные системы

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

Плезиохронная цифровая иерархия (PDH) был разработан как стандарт для мультиплексирования кадров высшего порядка. PDH создал большее количество каналов путем мультиплексирования стандартных европейских 30-канальных кадров TDM. Некоторое время это решение работало; однако PDH страдала от нескольких врожденных недостатков, которые в конечном итоге привели к разработке Синхронная цифровая иерархия (SDH). Требования, которые привели к развитию SDH, были следующими:[5][6]

  • 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.
  • Позволяет удалять или вставлять кадры 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 банкомат.[5][6]

Хотя SDH считается протоколом передачи (уровень 1 в Эталонная модель OSI ), он также выполняет некоторые функции переключения, как указано в третьем требовании, указанном выше.[5] Наиболее распространенные сетевые функции SDH:

  • SDH Crossconnect - SDH Crossconnect - это версия SDH 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 в транзитных биржах, где все входы и выходы подключены к другим биржам.[5]
  • Мультиплексор ввода-вывода SDH - Мультиплексор добавления и удаления 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 основной сети PSTN.[5]

Сетевые функции SDH связаны с помощью высокоскоростного оптического волокна. Оптическое волокно использует световые импульсы для передачи данных и поэтому работает очень быстро. Современная оптоволоконная передача использует мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM), когда 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.[5][6]

Статистическое мультиплексирование с временным разделением

Статистическое мультиплексирование с временным разделением (STDM) - это усовершенствованная версия TDM, в которой и 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 распространенное использование - предоставить полосу 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 контурный режим связь с фиксированным количеством каналов и постоянной пропускной способностью на канал. Резервирование полосы пропускания отличает мультиплексирование с временным разделением статистическое мультиплексирование такие как статистическое мультиплексирование с временным разделением. В чистом TDM временные интервалы повторяются в фиксированном порядке и заранее распределяются по каналам, а не планируются по каждому пакету.

В динамический TDMA, а 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 разделением по времени, старый метод, который использует фиксированные временные интервалы.

Смотрите также

Рекомендации

  • Эта статья включаетматериалы общественного достояния от Администрация общих служб документ: «Федеральный стандарт 1037С». (в поддержку MIL-STD-188 )
  1. ^ Беспроводной набор No. 10
  2. ^ США 2919308  «Система мультиплексирования с временным разделением каналов для сигналов различной ширины полосы»
  3. ^ Мария Изабель Гандиа Карриедо (31 августа 1998 г.). «Банкомат: истоки и современное состояние». Политехнический университет Мадрида. Архивировано из оригинал 23 июня 2006 г.. Получено 23 сентября, 2009.
  4. ^ Kourtis, A .; Dangkis, K .; Zacharapoulos, V .; Мантакас, К. (1993). «Аналоговое мультиплексирование с временным разделением». Международный журнал электроники. Тейлор и Фрэнсис. 74 (6): 901–907. Дои:10.1080/00207219308925891.
  5. ^ а б c d е ж грамм час я j k Ханрахан, Е. (2005). Интегрированная цифровая связь. Йоханнесбург, Южная Африка: Школа электротехники и информационной инженерии, Университет Витватерсранда.
  6. ^ а б c d «Понимание телекоммуникаций». Ericsson. Архивировано из оригинал 13 апреля 2004 г.
  7. ^ а б Уайт, Курт (2007). Передача данных и компьютерные сети. Бостон, Массачусетс: Технология курса Thomson. стр.143–152. ISBN  1-4188-3610-9.
  8. ^ Гуован Мяо; Йенс Зандер; Ки Вон Сон; Бен Слиман (2016). Основы мобильных сетей передачи данных. Издательство Кембриджского университета. ISBN  1107143217.