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 interruptores sincronizados en cada extremo de la línea de transmisión, de modo que cada señal aparece en la línea solo una fracción de tiempo en un patrón alterno. . Se puede utilizar cuando la velocidad de bits del medio de transmisión excede la de la señal a transmitir. Esta forma de multiplexación de señales se desarrolló en telecomunicaciones para sistemas de telegrafía a finales 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 por primera vez para aplicaciones de telegrafía para enrutar múltiples transmisiones simultáneamente a través de una única línea de transmisión. En la década de 1870, Émile Baudot desarrolló un sistema de multiplexación en el tiempo de múltiples máquinas de telégrafo Hughes .
En 1944, el ejército británico utilizó el equipo inalámbrico número 10 para multiplexar 10 conversaciones telefónicas a través de un relé de microondas a una distancia de hasta 50 millas. Esto permitió a los comandantes en el campo mantenerse en contacto con el personal en Inglaterra al otro lado del Canal de la Mancha . [1]
En 1953, RCA Communications puso en operación comercial un TDM 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 realizó mediante un sistema de microondas en todo Long Island. El sistema TDM experimental fue desarrollado por Laboratorios RCA 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 troncal de cobre de cuatro hilos entre conmutadores analógicos de la oficina central de Bell . Un banco de canales dividió una señal digital de 1,544 Mbit/s en 8.000 tramas separadas, cada una compuesta por 24 bytes contiguos. Cada byte representaba una única llamada telefónica codificada en una señal de velocidad binaria constante de 64 kbit/s. Los bancos de canales utilizaban la posición fija (alineación temporal) de un byte en la trama para identificar la llamada a la que pertenecía. [3]
La multiplexación por división de tiempo se utiliza principalmente para señales digitales , pero se puede aplicar en la multiplexación analógica 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 temporal se divide en varios intervalos de tiempo recurrentes de longitud fija, uno para cada subcanal. Un byte de muestra o 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 más un canal de sincronización y, a veces, un canal de corrección de errores. antes de la sincronización. Después del último subcanal, corrección de errores y sincronización, el ciclo comienza de nuevo con una nueva trama, comenzando con la segunda muestra, byte o bloque de datos del subcanal 1, etc.
TDM se puede ampliar aún más al esquema de acceso múltiple por división de tiempo (TDMA), donde varias estaciones conectadas al mismo medio físico, por ejemplo compartiendo el mismo canal de frecuencia , pueden comunicarse. Los ejemplos de aplicación incluyen:
En redes de circuitos conmutados, tales 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] 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 velocidad 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 (intervalos de tiempo) para cada señal de voz que el transmisor multiplexa en la línea. Si la trama TDM consta de n tramas 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 americanos (T1), contienen 24 canales. Ambos estándares también contienen bits adicionales (o intervalos de tiempo de bits) 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 múltiplex de orden superior, se combinan cuatro tramas TDM del orden inferior inmediato, creando múltiplex 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 e ISDN. [7]
La jerarquía digital plesiócrona (PDH) se desarrolló como estándar para multiplexar tramas de orden superior. PDH creó una mayor cantidad de canales multiplexando las tramas TDM estándar europeas de 30 canales. Esta solución funcionó por un tiempo; sin embargo, la PDH sufrió varios inconvenientes inherentes que finalmente resultaron en el desarrollo de la Jerarquía Digital Sincrónica (SDH). Los requisitos que impulsaron el desarrollo de SDH fueron estos: [5] [6]
SDH se ha convertido en el protocolo de transmisión principal en la mayoría de las redes PSTN. Fue desarrollado para permitir la multiplexación de transmisiones 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 SDH se considera 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 del punto enumerado anteriormente. [5] Las funciones de Networking SDH más comunes son estas:
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 tanto, es extremadamente rápida. La transmisión de fibra óptica moderna utiliza multiplexación por división de longitud de onda (WDM), donde las señales transmitidas a través de la fibra se transmiten en diferentes longitudes de onda, creando 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 ancho de banda.
En una línea de 10 Mbit que ingresa a una red, STDM se puede utilizar para proporcionar 178 terminales con una conexión dedicada de 56 k (178 * 56 k = 9,96 Mb). Sin embargo, un uso más común es otorgar ancho de banda solo cuando se necesita tanto. 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 principal, TDM se utiliza para comunicación en modo circuito con un número fijo de canales y 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 estadística por división de tiempo. En TDM puro, los intervalos de tiempo son recurrentes en un orden fijo y están preasignados a los canales, en lugar de programarse paquete por paquete.
En TDMA dinámico , un algoritmo de programación reserva dinámicamente un número variable de intervalos de tiempo en cada cuadro para flujos de datos de velocidad de bits variable, según la demanda de tráfico de cada flujo de datos. [8] TDMA dinámico se utiliza en:
La multiplexación por división de tiempo asíncrona (ATDM), [7] es una nomenclatura alternativa en la que STDM designa la multiplexación por división de tiempo síncrona, 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 ).