Multipleksowanie z Podziałem Czasu (TDM)

TDM: ramki i szczeliny czasowe

Multipleksacja z podziałem czasu (TDM, Time-Division Multiplexing) przesyła wiele sygnałów cyfrowych przez jedno medium transmisyjne. Kanał dzieli się na powtarzające się szczeliny czasowe, a każda z nich jest przypisana do określonego strumienia. Sygnały korzystają z tej samej linii w ustalonej kolejności. W synchronicznym TDM pozycja szczeliny powtarza się dla tego samego kanału, także gdy chwilowo nie ma on danych. Odbiornik rozpoznaje kanał na podstawie pozycji w ramce.

Przykładem jest jednopasmowa droga z kilkoma wjazdami. Harmonogram wpuszcza pojazd z każdego wjazdu na krótki, stały okres, po czym przechodzi do następnego wjazdu. Szybkie powtarzanie tej kolejności tworzy ciągły strumień przejazdów. W telekomunikacji pojazdy oznaczają strumienie danych, na przykład rozmowy telefoniczne, a droga oznacza kanał fizyczny, taki jak kabel miedziany lub światłowód.

Elementy i struktura TDM

TDM wykorzystuje multiplekser i demultiplekser oraz ustaloną strukturę czasową:

• Multiplekser (MUX): Po stronie nadawczej MUX pobiera fragmenty danych z kanałów wejściowych w ustalonej kolejności i umieszcza je w kolejnych szczelinach.
• Demultiplekser (DEMUX): Po stronie odbiorczej DEMUX rozpoznaje szczeliny i rozdziela zagregowany strumień na oryginalne strumienie danych, kierując je do właściwych odbiorców.

Transmisja jest zorganizowana w powtarzalną strukturę ramek i szczelin czasowych.

• 1. Szczelina czasowa

  Szczelina czasowa to krótki, stały odcinek czasu przydzielony jednemu kanałowi wejściowemu. W tym odcinku kanał korzysta z całego medium i przesyła swój fragment danych, na przykład 8-bitową próbkę rozmowy telefonicznej.

• 2. Ramka

  Ramka zawiera po jednej szczelinie czasowej dla każdego multipleksowanego kanału wejściowego. Jeśli łączy się 30 kanałów głosowych, ramka zawiera 30 szczelin oraz dodatkowe pola kontroli i synchronizacji, gdy przewiduje je dany format. Ramki są wysyłane cyklicznie.

TDM w systemach E1 i T1

Systemy E1 i T1 są przykładami cyfrowych systemów telefonicznych opartych na TDM. E1 jest europejskim wariantem o przepływności 2,048 Mbit/s, a T1 północnoamerykańskim wariantem o przepływności 1,544 Mbit/s. Poniżej przedstawiono szczegółowo system E1.

System E1 (PCM 30/32)

Standard E1 przenosi 30 cyfrowych kanałów głosowych jednym łączem. Jego taktowanie opiera się na częstotliwości próbkowania standardowego sygnału głosowego PCM, która wynosi 8000 próbek na sekundę.

• Czas trwania ramki: Jedna ramka przenosi po jednej próbce z każdego kanału, więc jest powtarzana 8000 razy na sekundę. Czas ramki wynosi $T_{\text{ramki}} = 1 / 8000 \text{ Hz} = 0.000125 \text{ s} = 125 \mu \text{s}$.
• Liczba szczelin w ramce: Ramka E1 jest podzielona na 32 szczeliny czasowe.
• Liczba bitów w szczelinie: Każda szczelina przenosi 8-bitową próbkę.
• Całkowita liczba bitów w ramce: $32 \text{ szczeliny/ramkę} \times 8 \text{ bitów/szczelinę} = 256 \text{ bitów/ramkę}$.
• Całkowita przepływność: $256 \text{ bitów/ramkę} \times 8000 \text{ ramek/s} = 2,048,000 \text{ bps} = 2.048 \text{ Mbps}$.

Przeznaczenie szczelin w E1:

• Szczelina 0 (TS0): Przeznaczona dla synchronizacji ramki (FAS) oraz bitów alarmowych i pomocniczych.
• Szczeliny 1-15: Przenoszą pierwsze 15 kanałów rozmównych lub danych użytkownika.
• Szczelina 16 (TS16): W wariancie CAS jest przeznaczona dla sygnalizacji skojarzonej z kanałem (CAS). Przenosi informacje sterujące, takie jak zestawianie i rozłączanie połączeń.
• Szczeliny 17-31: Przenoszą pozostałe 15 kanałów rozmównych lub danych użytkownika.