Időosztásos multiplexelés: blokkdiagram, működés, különbségek és alkalmazásai

Egy közeg egy pillanat alatt csak egyetlen jelet tud továbbítani. Több jel átviteléhez egy közeg átviteléhez a közeget el kell választani úgy, hogy minden jelnek a teljes sávszélesség egy szegmensét kell biztosítani. Ez multiplexelési technikával lehetséges. Multiplexelés egy olyan technika, amellyel különböző jeleket egyetlen jellé egyesítenek egy megosztott adathordozón. Az adatátviteli rendszerekben különböző típusú multiplexelési technikák léteznek, például TDM, FDM, CDMA és WDM. Ez a cikk a multiplexelési technikák egyik típusának áttekintését tárgyalja, mint pl időosztásos multiplexelés amely TDM néven is ismert.

Mi az időosztásos multiplexelés?

Az időosztásos multiplexelés vagy TDM definíció; egy multiplexelési technika, amelyet két vagy több streaming digitális jel továbbítására használnak egy közös csatorna felett. Az ilyen típusú multiplexelési technikáknál a bejövő jeleket egyenértékű, rögzített hosszúságú időrésekre osztják. Miután a multiplexelés megtörtént, ezeket a jeleket egy megosztott adathordozón küldik el, majd a demultiplexelés után visszaállítják eredeti formátumukba.

Az időosztásos multiplexelés blokkdiagramja

Az alábbiakban látható az időosztásos multiplexelés blokkdiagramja, amely mind az adó, mind a vevő szakaszát használja. Az adatátvitelhez a teljes csatornát hatékonyan kihasználó multiplexelési technikát néha PAM/TDM-nek nevezik, mert; a TDM rendszer PAM-ot használ. Tehát ebben a modulációs technikában minden impulzus tartalmaz egy rövid időtartamot, lehetővé téve a csatorna maximális kihasználását.

A fenti TDM blokkdiagramban ott van az LPF-ek száma a rendszer elején a sz. adatbevitel Alapvetően ezek az aluláteresztő szűrők élsimító szűrők, amelyek eltávolítják az adatok i/p jelének álnevét. Ezt követően az LPF kimenetét a kommutátor kapja. A kommutátor forgásának megfelelően ezen keresztül gyűjtik össze az adatbeviteli mintákat. Itt a kommutátor fordulatszáma „fs”, tehát a rendszer mintavételezési frekvenciáját jelöli.

Tételezzük fel, hogy van 'n' adatbemenetünk, majd a forradalomnak megfelelően ezek az adatbemenetek egymás után multiplexelve kerülnek továbbításra a közös csatorna felett. A rendszer vevő végén egy dekommutátort használnak, amelyet az adó végén a kommutátor szinkronizál. Tehát ez az l dekommutátor a vevő végén osztja az időosztásos multiplexelt jelet.

A fenti rendszerben a kommutátornak és a dekommutátornak azonos forgási sebességgel kell rendelkeznie, hogy a vevő végén a jel pontos demultiplexelése történjen. A dekommutátoron keresztül végrehajtott fordulat alapján a minták gyűjtése a LPF & a vevőn bevitt tényleges adat visszaáll.

Legyen ekkor a jel maximális frekvenciája „fm” és a mintavételezési frekvencia „fs”.

fs ≥ 2fm

Ezért a következő minták közötti időtartamot a következőképpen adjuk meg:

Ts = 1/fs

Ha figyelembe vesszük, hogy „N” bemeneti csatorna van, akkor az „N” minták mindegyikéből egyetlen mintát gyűjtünk. Ezért minden intervallum „N” mintát ad nekünk, és a kettő közötti távolság Ts/N-ként írható fel.

Tudjuk, hogy az impulzusfrekvencia alapvetően a másodpercenkénti impulzusok száma, amely így van megadva
Impulzusfrekvencia = 1/két minta közötti távolság

= 1/Ts/N =.N/Ts

Tudjuk, hogy Ts = 1/fs, a fenti egyenlet a következő lesz;

= N/1/fs = Nfs.

Időosztásos multiplexelés esetén az egyes másodpercekre vonatkozó impulzus a jelzés sebessége, amelyet „r”-vel jelölünk. Így,

r = Nfs

Hogyan működik az időosztásos multiplexelés?

Az időosztásos multiplexelési módszer úgy működik, hogy egyetlen jelen belül több adatfolyamot helyez el úgy, hogy a jelet különböző szegmensekre osztja, ahol minden szegmens nagyon rövid időtartamú. A fogadó oldalon minden egyes adatfolyam az időzítéstől függően újra összeáll.

A következő TDM diagramon, amikor a három forrás A, B és C egy közös médián keresztül akar adatokat küldeni, a három forrásból származó jelet különböző keretekre lehet szétválasztani, ahol minden keretnek megvan a maga fix időrésze.

A fenti TDM rendszerben minden forrásból három egységet vesznek figyelembe, amelyek együttesen képezik az aktuális jelet.

A rendszer minden egyes forrásból egyetlen egységgel gyűjt egy keretet, amelyet egyszerre továbbít. Ha ezek az egységek teljesen eltérnek egymástól, akkor a megelőzhető jelkeverési esélyek megszüntethetők. Ha egy keretet egy adott időrés felett továbbítanak, akkor a második keret egy hasonló csatornát használ az átvitelhez, és ezt a folyamatot addig ismételjük, amíg az átvitel be nem fejeződik.

Az időosztásos multiplexelés típusai

Kétféle időosztásos multiplexelés létezik; szinkron TDM és aszinkron TDM.

Szinkron TDM

A bemenet szinkron időosztásos multiplexelés egyszerűen egy kerethez köthető. A TDM-ben, ha vannak „n” kapcsolatok, akkor a keret „n” időrésre osztható. Tehát minden slot egyszerűen hozzá van rendelve minden bemeneti sorhoz. Ennél a módszernél a mintavételezési frekvencia minden jel számára ismert, így hasonló órajel bemenetet kap. A mux mindig ugyanazt a nyílást rendeli hozzá minden eszközhöz.

A szinkron TDM előnyei elsősorban: a rend fenntartása, és nincs szükség címzési adatokra. A szinkron TDM hátrányai elsősorban: nagy bitsebességet igényel, és ha egyetlen csatornán nincs bemeneti jel, mivel minden csatornához fix időrés van hozzárendelve, akkor az adott csatornához tartozó időrés nem tartalmaz adatot és sávszélesség-pazarlás történik.

Aszinkron TDM

Az aszinkron TDM más néven Statisztikai TDM, amely a TDM egy olyan típusa, ahol az o/p keret információkat gyűjt a bemeneti keretből, amíg az meg nem töltődik, de nem hagy kitöltetlen rést, mint a szinkron TDM-ben. Az ilyen típusú multiplexelésnél be kell foglalnunk egy adott adat címét a résen belül, amelyet a kimeneti kerethez továbbítunk. Ez a fajta TDM nagyon hatékony, mivel a csatorna kapacitása teljesen ki van használva, és javítja a sávszélesség hatékonyságát.

Az aszinkron TDM előnyei elsősorban: áramköre nem bonyolult, alacsony kapacitású kommunikációs kapcsolatot használnak, nincs komoly áthallási probléma, nincs közvetítő torzítás, és minden csatornánál a teljes csatorna sávszélességet használják. Az aszinkron TDM hátrányai főként a következők: puffer kell hozzá, a keretméretek eltérőek és címadatok is szükségesek.

Különbség fekete-fehér időosztásos multiplexelés vs időosztásos többszörös hozzáférés

A TDM és a TDMA közötti különbséget az alábbiakban tárgyaljuk.

Előnyök és hátrányok

Az időosztásos multiplexelés előnyei a következők.

• A TDM áramköri kialakítása egyszerű.
• A TDM a csatorna teljes sávszélességét használja a jelátvitelhez.
• A TDM-ben a közvetítés torzítási problémája nem létezik.
• A TDM rendszerek nagyon rugalmasak az FDM-hez képest.
• Minden csatorna esetében a teljes elérhető csatorna sávszélesség kerül felhasználásra.
• Néha az impulzusok átfedése áthallást okozhat, de ez csökkenthető a védőidő használatával.
• Ebben a multiplexelésben ritkán történik nem kívánt jelátvitel a kommunikációs csatornák között.

Az időosztásos multiplexelés hátrányai a következők.

• Mind az adó, mind a vevő részeket megfelelően szinkronizálni kell a megfelelő jelátvitel és vétel érdekében.
• A TDM megvalósítása bonyolult.
• Az FDM-hez képest ennek a multiplexelésnek alacsonyabb a késleltetése.
• A TDM rendszerek megkövetelik az adatok és a puffer címzését.
• Ennek a multiplexelésnek a csatornái kimerülhetnek a lassú keskeny sávú fading miatt.
• A TDM-ben a szinkronizálás nagyon jelentős.
• A TDM-ben pufferre és címre van szükség.

Alkalmazások/felhasználások

Az időosztásos multiplexelés alkalmazásait az alábbiakban tárgyaljuk.

• A TDM-et az integrált szolgáltatású digitális hálózat telefonvonalain használják.
• Ez a multiplexelés a nyilvános kapcsolt telefonhálózatokban (PSTN) és a SONET-ben (szinkron optikai hálózatokban) alkalmazható.
• A TDM telefonrendszerekben alkalmazható.
• A TDM-et vezetékes telefonvonalakban használják.
• Korábban ezt a multiplexelési technikát használták a távíróban.
• A TDM-et mobil rádiókban, műholdas hozzáférési rendszerekben és digitális hangkeverő rendszerekben használják.
• A TDM a száloptikai kommunikációs/optikai adatátviteli rendszerekben leggyakrabban használt technika.
• A TDM-et analóg és digitális jelekhez használják, ahol több kisebb sebességű csatornát egyszerűen multiplexelnek nagy sebességű csatornákra.
• Mobil rádióban, digitális kommunikációban és műholdas kommunikációs rendszer .

Ez tehát az az időosztásos multiplexelés áttekintése vagy TDM, amelyet több jel továbbítására használnak ugyanazon a megosztott közegen, egyszerűen csak korlátozott időintervallumot rendelnek minden jelhez. Általában ezt a fajta multiplexelést olyan digitális rendszereken keresztül használják, amelyek digitális sávátvitelt vagy digitális jeleket küldenek vagy fogadnak, amelyeket analóg vivőkön továbbítanak, és olyan optikai átviteli rendszerek használják, mint az SDH (Szinkron digitális hierarchia) és PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy). Íme egy kérdés, mi az az FDM?