時分割多重

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時分割多重化( TDM ) は、伝送線路の両端にある同期スイッチを使用して、共通の信号経路を介して独立した信号を送受信する方法であり、各信号が交番パターンでわずかな時間だけ線路に現れるようにします。 . この方法では、2 つ以上のデジタル信号またはアナログ信号を共通のチャネルで送信します。伝送媒体のビットレートが伝送する信号のビットレートを超える場合に使用できます。この形式の信号多重化は、19 世紀後半に電信システム用の電気通信で開発されましたが、デジタルでの最も一般的な用途が見つかりました。20世紀後半の電話。

歴史

電信マルチプレクサ、1922 年からブリタニカ

時分割多重化は、単一の伝送路で複数の伝送を同時にルーティングするための電信アプリケーション用に最初に開発されました。1870 年代、エミール・ボードーは、複数のヒューズ電信機の時間多重化システムを開発しました

1944 年、英国陸軍Wireless Set No. 10を使用して、マイクロ波リレーを介して 50 マイルまで10 の電話での会話を多重化しました。これにより、フィールドの司令官はイギリス海峡を越えてイギリスのスタッフと連絡を取り合うことができました[1]

1953 年、24 チャンネルの TDM が RCA コミュニケーションズによって商用運用され、ニューヨーク州ブロード ストリートにある RCA の施設、ロッキー ポイントにある送信局、およびニューヨーク州ロング アイランドのリバーヘッドにある受信局の間でオーディオ情報が送信されました。通信はロングアイランド全体でマイクロ波システムによって行われました。実験的な TDM システムは、1950 年から 1953 年の間に RCA 研究所によって開発されました。[2]

1962 年、Bell Labs のエンジニアは最初の D1 チャネル バンクを開発しました。これは、Bell中央局のアナログ スイッチ間の 4 線銅線トランクを介して 24 のデジタル化された音声通話を組み合わせたものです。チャネル バンクは、1.544 Mbit/s のデジタル信号を 8,000 の個別のフレームにスライスし、それぞれが 24 の連続したバイトで構成されています。各バイトは、64 kbit/s の固定ビット レート信号にエンコードされた 1 つの通話を表します。チャネル バンクは、フレーム内の 1 バイトの固定位置 (一時的な位置合わせ) を使用して、それが属する呼び出しを識別していました。[3]

技術

時分割多重化は主にデジタル信号に使用されますが、2 つ以上の信号またはビット ストリームが転送され、1 つの通信チャネルのサブチャネルとして同時に表示されますが、チャネルで物理的に交代するアナログ 多重化に適用される場合があり ます。[4]時間領域は、各サブチャネルに 1 つずつ、固定長のいくつかの反復タイム スロットに分割されます。サブチャネル 1 のサンプル バイトまたはデータ ブロックは、タイム スロット 1 で送信され、サブチャネル 2 はタイム スロット 2 で送信されます。1 つの TDMフレームサブチャネルごとに 1 つのタイムスロットと同期チャネル、場合によっては同期前のエラー訂正チャネルで構成されます。最後のサブチャネル、エラー訂正、および同期の後、サイクルは新しいフレームで最初からやり直し、サブチャネル 1 からの 2 番目のサンプル、バイトまたはデータ ブロックなどから始まります。

応用例

TDM は時分割多元接続(TDMA) 方式にさらに拡張できます。この方式では、同じ物理媒体に接続された複数の局 (たとえば、同じ周波数チャネルを共有する) が通信できます。アプリケーションの例は次のとおりです。

多重デジタル伝送

公衆交換電話網(PSTN)などの回線交換ネットワークでは、媒体の帯域幅を効果的に利用するために、同じ伝送媒体を介して複数の加入者呼を伝送することが望ましい。[5] TDM により、送受信電話交換機は、伝送ストリーム内にチャネル (トリビュタリ) を作成できます。標準のDS0音声信号のデータ ビット レートは 64 kbit/s です。[5] [6] TDM 回線は、はるかに高い信号帯域幅で動作し、送信機によって回線上に多重化される各音声信号のタイム フレーム (タイム スロット) に帯域幅を分割できます。TDMフレームがnで構成されている場合音声フレーム、回線帯域幅はn *64 kbit/s です。[5]

TDM フレームの各音声タイム スロットは、チャネルと呼ばれます。ヨーロッパのシステムでは、標準の TDM フレームには 30 のデジタル音声チャネル (E1) が含まれ、アメリカのシステム (T1) では 24 のチャネルが含まれます。どちらの規格にも、シグナリングおよび同期ビット用の追加ビット (またはビット タイム スロット) が含まれています。[5]

24 または 30 を超えるデジタル音声チャネルの多重化は、高次多重化と呼ばれます。高次の多重化は、標準の TDM フレームを多重化することによって実現されます。たとえば、ヨーロッパの 120 チャネル TDM フレームは、4 つの標準 30 チャネル TDM フレームを多重化することによって形成されます。各高次マルチプレックスでは、すぐ下の次数からの 4 つの TDM フレームが結合され、n * 64 kbit/s の帯域幅を持つマルチプレックスが作成されます。ここで、n = 120、480、1920 など[5]

電気通信システム

同期 TDM には、T1、SONET/SDH、および ISDN の 3 つのタイプがあります。[7]

プレシオクロナス デジタル階層(PDH) は、高次フレームを多重化するための標準として開発されました。PDH は、標準的なヨーロッパの 30 チャネル TDM フレームを多重化することにより、より多くのチャネルを作成しました。このソリューションはしばらくの間機能しました。ただし、PDH にはいくつかの固有の欠点があり、最終的に同期デジタル階層(SDH) が開発されました。SDH の開発を推進した要件は次のとおりです。[5] [6]

  • 同期する – システム内のすべてのクロックは、基準クロックと一致する必要があります。
  • サービス指向であること – SDH はエンド エクスチェンジからエンド エクスチェンジへのトラフィックをルーティングする必要があり、エンド エクスチェンジ間の交換を気にする必要はありません。そこでは、一定期間、固定レベルで帯域幅を予約できます。
  • 任意のサイズのフレームを削除したり、任意のサイズの SDH フレームに挿入したりできます。
  • リンク間で管理データを転送する機能により、簡単に管理できます。
  • 障害からの高レベルの回復を提供します。
  • テクノロジによってのみ制限される任意のサイズのフレームを多重化することにより、高いデータ レートを提供します。
  • ビット レート エラーを減らします。

SDH は、ほとんどの PSTN ネットワークで主要な伝送プロトコルになっています。同期トランスポート モジュール (STM) として知られるより大きな SDH フレームを作成するために、1.544 Mbit/s 以上のストリームを多重化できるように開発されました。STM-1 フレームは、155.52 Mbit/s フレームを作成するために多重化される小さなストリームで構成されます。SDH は、イーサネット、PPP、ATM などのパケット ベースのフレームを多重化することもできます。[5] [6]

SDH は伝送プロトコル ( OSI 参照モデルのレイヤー 1 ) と見なされますが、上記の箇条書きの 3 番目の要件に記載されているように、いくつかのスイッチング機能も実行します。[5]最も一般的な SDH ネットワーキング機能は次のとおりです。

  • SDH クロスコネクト– SDH クロスコネクトは、Time-Space-Time クロスポイント スイッチの SDH バージョンです。任意の入力の任意のチャネルを任意の出力の任意のチャネルに接続します。SDH クロスコネクトはトランジット エクスチェンジで使用され、すべての入力と出力が他のエクスチェンジに接続されます。[5]
  • SDH Add-Drop Multiplexer – SDH Add-Drop Multiplexer (ADM) は、1.544Mb までの多重化フレームを追加または削除できます。このレベル以下では、標準の TDM を実行できます。SDH ADM は、SDH クロスコネクトのタスクも実行でき、加入者からのチャネルがコア PSTN ネットワークに接続されるエンド エクスチェンジで使用されます。[5]

SDH ネットワーク機能は、高速光ファイバーを使用して接続されます。光ファイバーは光パルスを使用してデータを送信するため、非常に高速です。最新の光ファイバー伝送では、ファイバーを介して伝送される信号が異なる波長で伝送される波長分割多重(WDM) を利用して、伝送用の追加チャネルを作成します。これにより、リンクの速度と容量が向上し、ユニット コストと総コストの両方が削減されます。[5] [6]

統計的時分割多重化

統計的時分割多重(STDM) は、TDM の高度なバージョンであり、端末のアドレスとデータ自体の両方が一緒に送信され、ルーティングが改善されます。STDM を使用すると、帯域幅を 1 つの回線に分割できます。多くの大学や企業のキャンパスでは、このタイプの TDM を使用して帯域幅を分配しています。

ネットワークに入る 10 M ビット回線では、STDM を使用して 178 端末に専用の 56k 接続 (178 * 56k = 9.96Mb) を提供できます。ただし、より一般的な用途は、帯域幅が必要な場合にのみ帯域幅を許可することです。STDM は、端末ごとにタイム スロットを予約するのではなく、端末がデータの送受信を必要とするときにスロットを割り当てます。

主な形式では、TDM は固定数のチャネルとチャネルごとの固定帯域幅を使用した回線モード通信に使用されます。帯域予約は、時分割多重化と統計的時分割多重化などの統計的多重化を区別します。純粋な TDM では、タイムスロットはパケットごとにスケジュールされるのではなく、固定された順序で繰り返され、チャネルに事前に割り当てられます。

ダイナミック TDMAではスケジューリング アルゴリズムは、各データ ストリームのトラフィック需要に基づいて、各フレームの可変数のタイム スロットを可変ビット レート データ ストリームに動的に予約します。[8]ダイナミック TDMA は以下で使用されます。

非同期時分割多重化 (ATDM) [7]は、STDM が固定タイムスロットを使用する古い方法である同期時分割多重化を指定する代替命名法です。

も参照

参考文献

  • パブリックドメイン この記事には、連邦規格 1037C のパブリック ドメインの資料が組み込まれます一般サービス管理 ( MIL-STD-188 のサポート)。
  1. ^ ワイヤレスセット No.10
  2. ^ US 2919308「異なる帯域幅の信号のための時分割多重システム」 
  3. ^ マリア・イザベル・ガンディア・カリエド (1998 年 8 月 31 日). 「ATM: 起源と最新技術」 . マドリッド工科大学。2006 年 6 月 23 日のオリジナルからのアーカイブ2009年9 月 23 日閲覧
  4. ^ コーティス、A.; ダンキス、K.ザチャラプロス、V.; Mantakas、C.(1993)。「アナログ時分割多重」 . エレクトロニクスの国際ジャーナルテイラー&フランシス。74 (6): 901–907. ドイ: 10.1080/00207219308925891 .
  5. ^ a b c d e f g h i j k Hanrahan, HE (2005). 統合デジタル通信南アフリカ、ヨハネスブルグ: ウィットウォータースランド大学電気情報工学部。
  6. ^ a b c d 「通信の理解」 . エリクソン2004 年 4 月 13 日にオリジナルからアーカイブされました。
  7. ^ a b White, Curt (2007). データ通信とコンピュータ ネットワークマサチューセッツ州ボストン: トムソン コース テクノロジー。pp.143–152。  _ ISBN 978-1-4188-3610-8.
  8. ^ 国王苗; イェンス・ザンダー; キ・ウォンソン; ベン・スリマン (2016)。モバイル データ ネットワークの基礎ケンブリッジ大学出版局ISBN 978-1107143210.