Zasada Działania: Współdzielenie Czasu

Multipleksacja z podziałem czasu (TDM - Time-Division Multiplexing) to fundamentalna technika przesyłania wielu sygnałów cyfrowych przez jedno medium transmisyjne. Zamiast przydzielać każdemu sygnałowi osobną, fizyczną linię, TDM pozwala im na jej współdzielenie poprzez przydzielanie dostępu po kolei.

Wyobraźmy sobie jednopasmową autostradę, po której chcą poruszać się samochody. TDM działa jak kontroler ruchu, który wpuszcza jeden samochód z każdego wjazdu na autostradę na krótki, stały okres. Kontroler przełącza się między wjazdami tak szybko, że z perspektywy samochodów, wydaje się, jakby poruszały się one w sposób ciągły. W telekomunikacji "samochodami" są strumienie danych (np. pojedyncze rozmowy telefoniczne), a "autostradą" jest kanał fizyczny (np. kabel miedziany lub światłowód).

Jak Działa TDM: Ramki i Szczeliny Czasowe

Proces TDM jest zarządzany przez dwa kluczowe komponenty i zorganizowany wokół precyzyjnej struktury czasowej:

• Multiplekser (MUX): Po stronie nadawczej, MUX pobiera po kolei fragmenty danych z każdego kanału wejściowego.
• Demultiplekser (DEMUX): Po stronie odbiorczej, DEMUX rozdziela połączony strumień z powrotem na oryginalne strumienie danych i wysyła je do właściwych odbiorców.

Proces ten jest zorganizowany w powtarzalną strukturę opartą na Ramkach i Szczelinach Czasowych.

• 1. Szczelina Czasowa

  Szczelina czasowa to bardzo krótki, stały odcinek czasu przydzielony jednemu kanałowi wejściowemu. Podczas swojej szczeliny czasowej, kanał otrzymuje wyłączne prawo do korzystania z całego medium transmisyjnego w celu wysłania swojego fragmentu danych (np. 8-bitowej próbki rozmowy telefonicznej).

• 2. Ramka

  Ramka to struktura zawierająca po jednej szczelinie czasowej dla każdego z multipleksowanych kanałów wejściowych. Na przykład, jeśli multipleksowanych jest 30 kanałów głosowych, ramka będzie zawierać 30 szczelin czasowych (oraz kilka dodatkowych na cele kontrolne i synchronizacyjne). Cała ramka jest wysyłana cyklicznie z dużą prędkością.

Interaktywna Demonstracja TDM

TDM w Praktyce: Europejski System E1 (PCM 30/32)

Koncepcja TDM jest fundamentem cyfrowych hierarchii telefonicznych używanych na całym świecie. Głównym standardem w Europie jest system E1. Przeanalizujmy go jako szczegółowy przykład.

System E1 (PCM 30/32)

Standard E1 został zaprojektowany do przesyłania 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: Ponieważ każda ramka musi przenieść jedną próbkę z każdego kanału, ramka musi być powtarzana 8000 razy na sekundę. Zatem czas trwania 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): Zarezerwowana dla synchronizacji ramki (FAS) oraz alarmów.
• Szczeliny 1-15: Przenoszą pierwsze 15 kanałów rozmównych/danych użytkownika.
• Szczelina 16 (TS16): Zarezerwowana dla sygnalizacji skojarzonej z kanałem (CAS), która przenosi informacje sterujące, takie jak zestawianie i rozłączanie połączeń.
• Szczeliny 17-31: Przenoszą pozostałe 15 kanałów rozmównych/danych użytkownika.