Zeitabteilung Multiplexing

Zeitabteilung Multiplexing (Tdm) ist eine Methode zum Übertragen und Empfangen unabhängiger Signale über einen gemeinsamen Signalpfad mittels synchronisierter Schalter an jedem Ende der Übertragungslinie, so dass jedes Signal auf der Linie nur einen Bruchteil der Zeit in einem abwechselnden Muster erscheint. Diese Methode überträgt zwei oder mehr digitale Signale oder analoge Signale über einen gemeinsamen Kanal. Es kann verwendet werden, wenn die Bitrate des Übertragungsmediums übersteigt das des zu übertragenden Signals. Diese Form des Signals Multiplexing wurde in entwickelt Telekommunikation zum Telegrafie Systeme im späten 19. Jahrhundert, fanden jedoch ihre häufigste Anwendung in Digital Telefonie in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts.

Geschichte

Telegraphischer Multiplexer aus dem Jahr 1922 Britannica

Zeitdivisionsmultiplexing wurde zuerst für Anwendungen in entwickelt Telegrafie Um mehrere Übertragungen gleichzeitig über eine einzelne Übertragungslinie zu leiten. In den 1870er Jahren, Émile Baudot entwickelte ein Zeit-Multiplexing-System von mehreren Hughes Telegraph Maschinen.

1944 die Britische Armee benutzte die Drahtlose Set Nr. 10 Multiplexe 10 Telefongespräche über a Mikrowellenrelais Bis zu 50 Meilen. Dies ermöglichte es den Kommandanten vor Ort, mit den Mitarbeitern in England in Kontakt zu bleiben Englisch-Kanal.[1]

Im Jahr 1953 wurde ein 24-Kanal-TDM von RCA Communications in den kommerziellen Betrieb eingesetzt, um Audioinformationen zwischen der RCA-Einrichtung in der Broad Street, New York, der Sendungsstation am Rocky Point und der Empfangsstation in Riverhead, Long Island, New York, zu senden. Die Kommunikation erfolgte durch ein Mikrowellensystem in ganz Long Island. Das experimentelle TDM -System wurde zwischen 1950 und 1953 von RCA Laboratories entwickelt.[2]

Im Jahr 1962 entwickelten Ingenieure von Bell Labs die ersten D1-Kanalbanken, die 24 digitalisierte Sprachanrufe über einen vierdrahnen Kupferkoffer zwischen Bell kombinierten Hauptbüro Analoge Schalter. Eine Kanalbank in Scheiben eines 1,544 -Mbit/s -digitalen Signals in 8.000 separate Frames, die jeweils aus 24 zusammenhängenden Bytes bestehen. Jedes Byte stellte einen einzelnen Telefonanruf dar, der in ein konstantes Bitrate -Signal von 64 kbit/s codiert war. Kanalbanken verwendeten die feste Position (zeitliche Ausrichtung) eines Byte im Rahmen, um den Aufruf zu identifizieren.[3]

Technologie

Zeitabteilungsmultiplexing wird hauptsächlich für verwendet Digital Signale, kann aber in angewendet werden Analog Multiplexing in denen zwei oder mehr Signale oder Bitströme werden gleichzeitig als Unterkanäle in einem Kommunikationskanal übertragen, wechseln sich jedoch physisch abwechselnd auf dem Kanal.[4] Die Zeitdomäne ist in mehrere wiederkehrende Wiederkehrungen unterteilt Zeitfenster von fester Länge, eine für jeden Unterkanal. Ein Probenbyte oder ein Datenblock von Subkanal 1 wird während des Zeitfensters 1, Subkanal 2 während des Zeitfensters 2 usw. übertragen. Ein TDM rahmen besteht aus einem Zeitfenster pro Unterkanal und einem Synchronisationskanal und manchmal dem Fehlerkorrekturkanal vor der Synchronisation. Nach dem letzten Unterkanal, der Fehlerkorrektur und der Synchronisation beginnt der Zyklus erneut mit einem neuen Rahmen, beginnend mit dem zweiten Beispiel, dem Byte- oder Datenblock von Sub-Channel 1 usw.

Anwendungsbeispiele

TDM kann weiter in die ausgedehnt werden Zeitaufteilung Multiple Access (TDMA) -Schema, bei dem mehrere Stationen mit demselben physischen Medium verbunden sind, zum Beispiel das gleiche teilen Frequenz Kanal, kann kommunizieren. Anwendungsbeispiele enthalten:

Multiplexed Digital Getriebe

In leitungsgeschalteten Netzwerken wie die öffentliches Fernsprechwählnetz (PSTN) ist es wünschenswert, mehrere Abonnentenaufrufe über dasselbe Übertragungsmedium zu übertragen, um die Bandbreite des Mediums effektiv zu nutzen.[5] TDM ermöglicht das Senden und Empfangen von Telefonschalter, um Kanäle zu erstellen (Nebenflüsse) Innerhalb eines Übertragungsstroms. Ein Standard DS0 Das Sprachsignal hat eine Datenbitrate von 64 kbit/s.[5][6] Eine TDM -Schaltung läuft mit einer viel höheren Signalbandbreite, sodass die Bandbreite für jedes Sprachsignal in Zeitrahmen (Zeitfenster) unterteilt werden kann, das vom Sender auf die Linie multiplexiert wird. Wenn der TDM -Rahmen aus besteht n Sprachrahmen, die Linienbandbreite ist n*64 kbit/s.[5]

Jeder Sprachzeitfenster im TDM -Rahmen wird als Kanal bezeichnet. In europäischen Systemen enthalten Standard -TDM -Rahmen 30 digitale Sprachkanäle (E1) und in amerikanischen Systemen (T1) 24 Kanäle. Beide Standards enthalten auch zusätzliche Bits (oder Bit -Zeit -Slots) für Signal- und Synchronisationsbits.[5]

Multiplexing mehr als 24 oder 30 digitale Sprachkanäle wird genannt Multiplexen höherer Ordnung. Multiplexen höherer Ordnung werden durch Multiplexing der Standard -TDM -Frames erreicht. Beispielsweise wird ein europäischer 120 -Kanal -TDM -Frame gebildet, indem vier Standard -30 -Kanal -TDM -Frames von Multiplexing Multiplexing betrieben werden. Bei jedem Multiplex höherer Ordnung werden vier TDM -Frames aus der unmittelbaren niedrigeren Ordnung kombiniert, wodurch Multiplexe mit einer Bandbreite von erzeugt werden n*64 kbit/s, wo n = 120, 480, 1920 usw.[5]

Telekommunikationssysteme

Es gibt drei Arten von synchronem TDM: T1, Sonet/SDH und ISDN.[7]

Plesichrone digitale Hierarchie (PDH) wurde als Standard für Multiplexing -Rahmen höherer Ordnung entwickelt. PDH erzeugte eine größere Anzahl von Kanälen, indem sie die Standard -TDM -Rahmen von Europäern 30 Kanal -Kanal -Rahmen multiplexen. Diese Lösung funktionierte eine Weile; PDH litt jedoch unter mehreren inhärenten Nachteilen, die letztendlich zur Entwicklung des Synchrone digitale Hierarchie (SDH). Die Anforderungen, die die Entwicklung von SDH trieben, waren folgende:[5][6]

  • Seien Sie synchron - alle Uhren im System müssen mit einer Referenzuhr übereinstimmen.
  • Seien Sie serviceorientiert-SDH muss den Verkehr vom Endaustausch auf den Austausch weiterleiten, ohne sich über den Austausch zu sorgen, wobei die Bandbreite für einen festen Zeitraum auf festem Niveau reserviert werden kann.
  • Lassen Sie Rahmen jeder Größe entfernt oder in einen SDH -Rahmen jeder Größe eingefügt werden.
  • Mit der Fähigkeit, Verwaltungsdaten über Links hinweg zu übertragen werden, ist es einfach überschaubar.
  • Bieten hohe Erholungsniveaus von Fehlern.
  • Stellen Sie hohe Datenraten an, indem Sie einen beliebigen Größenrahmen multiplexen, nur durch Technologie begrenzt.
  • Geben Sie reduzierte Bitrate -Fehler an.

SDH ist in den meisten PSTN -Netzwerken zum primären Übertragungsprotokoll geworden. Es wurde entwickelt, damit Streams 1,544 mbit/s und darüber multiplexe Multiplexe ermöglichen, um größere SDH -Frames zu erstellen, die als Synchrontransportmodule (STM) bekannt sind. Der STM-1-Rahmen besteht aus kleineren Strömen, die multiplexiert sind, um einen 155,52 Mbit/s-Rahmen zu erstellen. SDH kann auch Frames auf Paketbasis multiplexen, z. Ethernet, PPP und ATM.[5][6]

Während SDH als Übertragungsprotokoll angesehen wird (Schicht 1 in der OSI -Referenzmodell), es führt auch einige Schaltfunktionen aus, wie in der oben aufgeführten dritten Aufzählungszeichenanforderung angegeben.[5] Die häufigsten SDH -Netzwerkfunktionen sind folgende:

  • Sdh crossconnect -Die SDH CrossConnect ist die SDH-Version eines Zeitraum-Cross-Punkt-Switchs. Es verbindet jeden Kanal an jedem seiner Eingänge an einen Kanal in einem seiner Ausgänge. Der SDH -Crossconnect wird bei Transitbörsen verwendet, wobei alle Eingänge und Ausgänge mit anderen Börsen verbunden sind.[5]
  • SDH-Add-Drop-Multiplexer -Der SDH-Add-Drop-Multiplexer (ADM) kann jeden Multiplex-Rahmen auf 1,544 MB hinzufügen oder entfernen. Unter diesem Niveau kann Standard -TDM durchgeführt werden. SDH ADMS kann auch die Aufgabe eines SDH -Crossconnect ausführen und werden im Endbörsen verwendet, bei dem die Kanäle von Abonnenten mit dem Kern -PSTN -Netzwerk verbunden sind.[5]

SDH-Netzwerkfunktionen werden unter Verwendung von Hochgeschwindigkeitsfaser verbunden. Die Glasfaser verwendet leichte Impulse, um Daten zu übertragen, und ist daher extrem schnell. Die moderne Glasfaserübertragung nutzt von Wellenlängen-Division-Multiplexing (WDM) wobei über die Faser übertragene Signale mit verschiedenen Wellenlängen übertragen werden, wodurch zusätzliche Kanäle für die Übertragung erzeugt werden. Dies erhöht die Geschwindigkeit und Kapazität der Verbindung, was wiederum sowohl die Einheiten als auch die Gesamtkosten verringert.[5][6]

Statistische Zeitabteilung Multiplexing

Statistische Zeitabteilung Multiplexing (STDM) ist eine fortschrittliche Version von TDM, in der sowohl die Adresse des Terminals als auch die Daten selbst zum besseren Routing miteinander übertragen werden. Durch die Verwendung von STDM kann die Bandbreite über eine Zeile geteilt werden. Viele College- und Unternehmensgelände verwenden diese Art von TDM, um die Bandbreite zu verteilen.

In einer 10-Mb-Linie, die in ein Netzwerk eintritt, kann STDM verwendet werden, um 178 Terminals mit einer dedizierten 56-km-Verbindung (178 * 56K = 9,96 MB) bereitzustellen. Eine häufigere Verwendung besteht jedoch darin, der Bandbreite nur zu gewähren, wenn so viel erforderlich ist. STDM reserviert keinen Zeitfenster für jedes Terminal, sondern weist einen Steckplatz zu, wenn das Terminal Daten gesendet oder empfangen werden muss.

In seiner primären Form wird TDM für verwendet Schaltungsmodus Kommunikation mit einer festen Anzahl von Kanälen und einer konstanten Bandbreite pro Kanal. Bandbreitenreservierung unterscheidet Zeitabteilungsmultiplexe von Statistisches Multiplexing wie statistische Zeitabteilungsmultiplexe. In reinem TDM sind die Zeitfenster in fester Reihenfolge wiederkehrend und werden an die Kanäle vorgewiesen und nicht auf Paket-für-Packet-Basis geplant.

Im Dynamisches TDMA, a Planungsalgorithmus Dynamisch behält sich eine variable Anzahl von Zeitfenstern in jedem Frame an variable Bit-Rate-Datenströme basierend auf der Verkehrsanforderung jedes Datenstroms vor.[8] Dynamisches TDMA wird verwendet in:

Asynchrone Time-Division Multiplexing (ATDM),[7] ist eine alternative Nomenklatur, bei der STDM synchrones Zeitabteilungsmultiplex bezeichnet, die ältere Methode, die feste Zeitfenster verwendet.

Siehe auch

Verweise

  • Public DomainDieser Artikel enthältPublic Domain Material von dem General Services Administration dokumentieren: "Bundesstandard 1037c". (zugunsten Mil-std-188)
  1. ^ Drahtlose Set Nr. 10
  2. ^ US 2919308  "Multiplex -System der Zeitabteilung für Signale unterschiedlicher Bandbreite"
  3. ^ María Isabel Gandía CORDETO (31. August 1998). "ATM: Ursprünge und hochmoderne Kunst". Universidad Politécnica de Madrid. Archiviert von das Original am 23. Juni 2006. Abgerufen 23. September, 2009.
  4. ^ Kourtis, a.; Dangkis, K.; Zacharapoulos, V.; Mantakas, C. (1993). "Analog Time Division Multiplexing". Internationales Journal of Electronics. Taylor & Francis. 74 (6): 901–907. doi:10.1080/00207219308925891.
  5. ^ a b c d e f g h i j k Hanrahan, H.E. (2005). Integrierte digitale Kommunikation. Johannesburg, Südafrika: School of Electrical and Information Engineering, University of the Witwatersrand.
  6. ^ a b c d "Telekommunikation verstehen". Ericsson. Archiviert von das Original am 13. April 2004.
  7. ^ a b White, Curt (2007). Datenkommunikation und Computernetzwerke. Boston, MA: Thomson -Kurs -Technologie. pp.143–152. ISBN 1-4188-3610-9.
  8. ^ Guowang Miao; Jens Zander; Ki gewann gesungen; Ben Slimane (2016). Grundlagen mobiler Datennetzwerke. Cambridge University Press. ISBN 1107143217.