La multiplexación por división de tiempo ( TDM ) es un método de transmisión y recepción de señales independientes a través de una ruta de señal común mediante conmutadores sincronizados en cada extremo de la línea de transmisión, de modo que cada señal aparece en la línea solo una fracción de tiempo según reglas acordadas, por ejemplo, con cada transmisor trabajando por turnos. Se puede utilizar cuando la velocidad de bits del medio de transmisión excede la de la señal que se va a transmitir. Esta forma de multiplexación de señales se desarrolló en telecomunicaciones para sistemas de telegrafía a fines del siglo XIX, pero encontró su aplicación más común en la telefonía digital en la segunda mitad del siglo XX.
La multiplexación por división de tiempo se desarrolló inicialmente para aplicaciones de telegrafía con el fin de enrutar múltiples transmisiones simultáneamente a través de una única línea de transmisión. En la década de 1870, Émile Baudot desarrolló un sistema de multiplexación por división de tiempo de múltiples máquinas de telégrafo Hughes .
En 1944, el ejército británico utilizó el equipo inalámbrico n.° 10 para multiplexar 10 conversaciones telefónicas a través de un relé de microondas a una distancia de hasta 80 kilómetros. Esto permitió que los comandantes en el campo se mantuvieran en contacto con el personal en Inglaterra al otro lado del Canal de la Mancha . [1]
En 1953, RCA Communications puso en funcionamiento comercial un multiplexor por división de tiempo de 24 canales para enviar información de audio entre las instalaciones de RCA en Broad Street, Nueva York, su estación transmisora en Rocky Point y la estación receptora en Riverhead, Long Island, Nueva York. La comunicación se realizaba mediante un sistema de microondas en todo Long Island. El sistema experimental TDM fue desarrollado por RCA Laboratories entre 1950 y 1953. [2]
En 1962, los ingenieros de Bell Labs desarrollaron los primeros bancos de canales D1, que combinaban 24 llamadas de voz digitalizadas a través de una línea troncal de cobre de cuatro cables entre los conmutadores analógicos de la oficina central de Bell . Un banco de canales en cada extremo de la línea permitía que la línea única transportara porciones cortas, cada una de 1 ⁄ 8000 de segundo, de hasta 24 llamadas de voz, por turno. Las señales discretas en la línea troncal transportaban 1,544 Mbit/s divididos en8000 tramas independientes por segundo, cada una compuesta de 24 octetos contiguos y un bit de trama. Cada octeto de una trama transportaba una única llamada telefónica a su vez. De este modo, cada una de las 24 llamadas de voz se codificaba en dos flujos de velocidad de bits constante de 64 kbit/s (uno en cada dirección) y se convertía de nuevo en señales analógicas convencionales mediante el equipo complementario en el extremo receptor de la línea troncal. [3]
La multiplexación por división de tiempo se utiliza principalmente para señales digitales , pero puede aplicarse en multiplexación analógica , como se indicó anteriormente, en la que se transfieren dos o más señales o flujos de bits que aparecen simultáneamente como subcanales en un canal de comunicación, pero que se turnan físicamente en el canal. [4] El dominio del tiempo se divide en varios intervalos de tiempo recurrentes de longitud fija, uno para cada subcanal. Un byte de muestra o un bloque de datos del subcanal 1 se transmite durante el intervalo de tiempo 1, el subcanal 2 durante el intervalo de tiempo 2, etc. Una trama TDM consta de un intervalo de tiempo por subcanal y, por lo general, un canal de sincronización y, a veces, un canal de corrección de errores. Después de todo esto, el ciclo comienza de nuevo con una nueva trama, comenzando con la segunda muestra, byte o bloque de datos del subcanal 1, etc.
La tecnología TDM se puede ampliar aún más al esquema de acceso múltiple por división de tiempo (TDMA), en el que varias estaciones conectadas al mismo medio físico, por ejemplo compartiendo el mismo canal de frecuencia , pueden comunicarse. Algunos ejemplos de aplicación incluyen:
En redes conmutadas por circuitos, como la red telefónica pública conmutada (PSTN), es deseable transmitir múltiples llamadas de abonado a través del mismo medio de transmisión para utilizar eficazmente el ancho de banda del medio. [5] La TDM permite que los conmutadores telefónicos de transmisión y recepción creen canales ( afluentes ) dentro de un flujo de transmisión. Una señal de voz DS0 estándar tiene una tasa de bits de datos de 64 kbit/s. [5] [6] Un circuito TDM funciona con un ancho de banda de señal mucho mayor, lo que permite dividir el ancho de banda en marcos de tiempo (ranuras de tiempo) para cada señal de voz que se multiplexa en la línea por el transmisor. Si el marco TDM consta de n marcos de voz, el ancho de banda de la línea es n * 64 kbit/s. [5]
Cada intervalo de tiempo de voz en la trama TDM se denomina canal. En los sistemas europeos, las tramas TDM estándar contienen 30 canales de voz digitales (E1) y en los sistemas estadounidenses (T1), 24 canales. Ambos estándares también contienen bits adicionales (o intervalos de tiempo de bit) para bits de señalización y sincronización. [5]
La multiplexación de más de 24 o 30 canales de voz digitales se denomina multiplexación de orden superior . La multiplexación de orden superior se logra multiplexando las tramas TDM estándar. Por ejemplo, una trama TDM europea de 120 canales se forma multiplexando cuatro tramas TDM estándar de 30 canales. En cada multiplexación de orden superior, se combinan cuatro tramas TDM del orden inferior inmediato, creando multiplexaciones con un ancho de banda de n * 64 kbit/s, donde n = 120, 480, 1920, etc. [5]
Hay tres tipos de TDM síncrono: T1, SONET/SDH y ISDN. [7]
La jerarquía digital plesiócrona (PDH) se desarrolló como un estándar para multiplexar tramas de orden superior. La PDH creó una mayor cantidad de canales al multiplexar las tramas TDM de 30 canales del estándar europeo. Esta solución funcionó durante un tiempo; sin embargo, la PDH sufrió varios inconvenientes inherentes que finalmente dieron como resultado el desarrollo de la jerarquía digital síncrona (SDH). Los requisitos que impulsaron el desarrollo de la SDH fueron los siguientes: [5] [6]
SDH se ha convertido en el protocolo de transmisión principal en la mayoría de las redes PSTN. Fue desarrollado para permitir que se multiplexaran flujos de 1,544 Mbit/s y superiores, con el fin de crear tramas SDH más grandes, conocidas como módulos de transporte síncrono (STM). La trama STM-1 consta de flujos más pequeños que se multiplexan para crear una trama de 155,52 Mbit/s. SDH también puede multiplexar tramas basadas en paquetes, por ejemplo, Ethernet , PPP y ATM. [5] [6]
Si bien se considera que SDH es un protocolo de transmisión (capa 1 en el modelo de referencia OSI ), también realiza algunas funciones de conmutación, como se indica en el tercer requisito mencionado anteriormente. [5] Las funciones de red SDH más comunes son las siguientes:
Las funciones de la red SDH se conectan mediante fibra óptica de alta velocidad. La fibra óptica utiliza pulsos de luz para transmitir datos y, por lo tanto, es extremadamente rápida. La transmisión moderna por fibra óptica utiliza multiplexación por división de longitud de onda (WDM), en la que las señales transmitidas a través de la fibra se transmiten en diferentes longitudes de onda, lo que crea canales adicionales para la transmisión. Esto aumenta la velocidad y la capacidad del enlace, lo que a su vez reduce los costos unitarios y totales. [5] [6]
La multiplexación estadística por división de tiempo (STDM) es una versión avanzada de TDM en la que tanto la dirección del terminal como los datos en sí se transmiten juntos para un mejor enrutamiento. El uso de STDM permite dividir el ancho de banda en una línea. Muchos campus universitarios y corporativos utilizan este tipo de TDM para distribuir el ancho de banda.
En una línea de 10 Mbit que ingresa a una red, STDM se puede utilizar para proporcionar a 178 terminales una conexión dedicada de 56k (178 * 56k = 9,96 Mb). Sin embargo, un uso más común es otorgar el ancho de banda solo cuando se necesita esa cantidad. STDM no reserva un intervalo de tiempo para cada terminal, sino que asigna un intervalo cuando el terminal requiere que se envíen o reciban datos.
En su forma primaria, la TDM se utiliza para la comunicación en modo circuito con una cantidad fija de canales y un ancho de banda constante por canal. La reserva de ancho de banda distingue la multiplexación por división de tiempo de la multiplexación estadística , como la multiplexación por división de tiempo estadística. En la TDM pura, los intervalos de tiempo son recurrentes en un orden fijo y se asignan previamente a los canales, en lugar de programarse paquete por paquete.
En el TDMA dinámico , un algoritmo de programación reserva dinámicamente una cantidad variable de intervalos de tiempo en cada trama para flujos de datos de tasa de bits variable, en función de la demanda de tráfico de cada flujo de datos. [8] El TDMA dinámico se utiliza en:
Multiplexación por división de tiempo asíncrona (ATDM), [7] es una nomenclatura alternativa en la que STDM designa la multiplexación por división de tiempo sincrónica, el método más antiguo que utiliza intervalos de tiempo fijos.
Este artículo incorpora material de dominio público de la Norma Federal 1037C. Administración de Servicios Generales . Archivado desde el original el 22 de enero de 2022. (en apoyo de MIL-STD-188 ).