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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 en un patrón alterno. . Este método transmite dos o más señales digitales o señales analógicas a través de un canal común. Se puede utilizar cuando la tasa 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 sistemas digitales. telefonía en la segunda mitad del siglo XX.

Historia [ editar ]

Multiplexor telegráfico, de 1922 Britannica

La multiplexación por división de tiempo se desarrolló por primera vez para aplicaciones en telegrafía para enrutar múltiples transmisiones simultáneamente a través de una sola línea de transmisión. En la década de 1870, Émile Baudot desarrolló un sistema de multiplexación de tiempo de múltiples máquinas de telégrafo Hughes .

En 1944, el ejército británico usó el Wireless Set No. 10 para multiplexar 10 conversaciones telefónicas a través de un relé de microondas hasta 50 millas. Esto permitió a los comandantes en el campo mantenerse en contacto con el personal en Inglaterra a través 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 de transmisión en Rocky Point y la estación de recepción 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 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 dividió una señal digital de 1.544 Mbit / s en 8.000 cuadros separados, cada uno compuesto por 24 bytes contiguos. Cada byte representaba una única llamada telefónica codificada en una señal de tasa de bits constante de 64 kbit / s. Los bancos de canales utilizaron la posición fija (alineación temporal) de un byte en la trama para identificar la llamada a la que pertenecían. [3]

Tecnología [ editar ]

La multiplexación por división de tiempo se utiliza principalmente para señales digitales , pero puede aplicarse en 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 del tiempo se divide en varios intervalos de tiempo recurrentes de duración 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 TDMconsta 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.

Ejemplos de aplicación [ editar ]

  • El sistema de jerarquía digital plesiócrona (PDH), también conocido como sistema PCM , para la transmisión digital de varias llamadas telefónicas a través del mismo cable de cobre de cuatro hilos ( portadora T o portadora E ) o cable de fibra en la red telefónica digital conmutada por circuitos.
  • Los estándares de transmisión de la red de jerarquía digital síncrona (SDH) / redes ópticas síncronas (SONET) que han reemplazado a PDH.
  • La interfaz de velocidad básica y la interfaz de velocidad primaria para la red digital de servicios integrados (ISDN).
  • El estándar de audio RIFF (WAV) intercala señales estéreo izquierda y derecha por muestra.

TDM se puede ampliar aún más en el 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:

  • El sistema telefónico GSM
  • Los enlaces de datos tácticos Enlace 16 y Enlace 22

Transmisión digital multiplexada [ editar ]

En redes de conmutación de circuitos, como la red telefónica pública conmutada (PSTN), es deseable transmitir múltiples llamadas de abonado sobre el mismo medio de transmisión para utilizar eficazmente el ancho de banda del medio. [5] TDM permite transmitir y recibir conmutadores telefónicos para crear 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 ntramas 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 digital (E1) y en los sistemas estadounidenses (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]

Sistemas de telecomunicaciones [ editar ]

Hay tres tipos de TDM síncrona: T1, SONET / SDH e ISDN. [7]

La jerarquía digital plesiócrona (PDH) se desarrolló como un estándar para multiplexar tramas de orden superior. PDH creó un mayor número de canales multiplexando las tramas TDM estándar europeas de 30 canales. Esta solución funcionó durante un tiempo; sin embargo, PDH sufrió de varios inconvenientes inherentes que finalmente resultaron en el desarrollo de la Jerarquía Digital Sincrónica (SDH). Los requisitos que impulsaron el desarrollo de SDH fueron los siguientes: [5] [6]

  • Sea sincrónico: todos los relojes del sistema deben alinearse con un reloj de referencia.
  • Esté orientado al servicio: SDH debe enrutar el tráfico de End Exchange a End Exchange sin preocuparse por los intercambios intermedios, donde el ancho de banda se puede reservar a un nivel fijo durante un período de tiempo fijo.
  • Permite quitar o insertar marcos de cualquier tamaño en un marco SDH de cualquier tamaño.
  • Fácilmente administrable con la capacidad de transferir datos de administración a través de enlaces.
  • Proporcionar altos niveles de recuperación ante fallas.
  • Proporcione altas velocidades de datos multiplexando tramas de cualquier tamaño, limitadas únicamente por la tecnología.
  • Proporcione errores de tasa de bits reducidos.

SDH se ha convertido en el protocolo de transmisión principal en la mayoría de las redes PSTN. Fue desarrollado para permitir la multiplexación de flujos de 1.544 Mbit / sy 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 de punto enumerado anteriormente. [5] Las funciones de red SDH más comunes son las siguientes:

  • Conexión cruzada SDH: la conexión cruzada SDH es la versión SDH de un conmutador de punto de cruce de tiempo-espacio-tiempo. Conecta cualquier canal en cualquiera de sus entradas a cualquier canal en cualquiera de sus salidas. El SDH Crossconnect se utiliza en los intercambios de tránsito, donde todas las entradas y salidas están conectadas a otros intercambios. [5]
  • Multiplexor SDH Add-Drop: el multiplexor SDH Add-Drop (ADM) puede agregar o eliminar cualquier trama multiplexada hasta 1.544Mb. Por debajo de este nivel, se puede realizar TDM estándar. Los ADM SDH también pueden realizar la tarea de una conexión cruzada SDH y se utilizan en intercambios finales donde los canales de los suscriptores están conectados a la red PSTN central. [5]

Las funciones de 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 de fibra óptica moderna hace uso de 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]

Multiplexación estadística por división de tiempo [ editar ]

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 usar para proporcionar 178 terminales con una conexión dedicada de 56k (178 * 56k = 9.96Mb). Sin embargo, un uso más común es otorgar el 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 primaria, TDM se utiliza para la comunicación en modo circuito con un número fijo 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 TDM puro, los intervalos de tiempo son recurrentes en un orden fijo y preasignados a los canales, en lugar de programados paquete por paquete.

En TDMA dinámica , un algoritmo de programación reserva dinámicamente un número variable de intervalos de tiempo en cada trama para flujos de datos de velocidad de bits variable, en función de la demanda de tráfico de cada flujo de datos. [8] La TDMA dinámica se utiliza en:

  • HIPERLAN / 2
  • Modo de transferencia dinámica sincrónica
  • IEEE 802.16a

La 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.

Ver también [ editar ]

  • Multiplexación por división de frecuencia
  • McASP
  • Notificación de restablecimiento de ruta
  • Dúplex por división de tiempo

Referencias [ editar ]

  •  Este artículo incorpora  material de dominio público del documento de la Administración de Servicios Generales : "Norma Federal 1037C" .(en apoyo de MIL-STD-188 )
  1. ^ Conjunto inalámbrico n. ° 10
  2. ^ US 2919308  "Sistema de multiplexación por división de tiempo para señales de diferente ancho de banda"
  3. ^ María Isabel Gandía Carriedo (31 de agosto de 1998). "ATM: Orígenes y estado del arte" . Universidad Politécnica de Madrid. Archivado desde el original el 23 de junio de 2006 . Consultado el 23 de septiembre de 2009 .
  4. ^ Kourtis, A .; Dangkis, K .; Zacharapoulos, V .; Mantakas, C. (1993). "Multiplexación por división de tiempo analógica" . Revista Internacional de Electrónica . Taylor y Francis. 74 (6): 901–907. doi : 10.1080 / 00207219308925891 .
  5. ^ a b c d e f g h i j k Hanrahan, HE (2005). Comunicaciones digitales integradas . Johannesburgo, Sudáfrica: Escuela de Ingeniería Eléctrica y de la Información, Universidad de Witwatersrand.
  6. ^ a b c d "Comprensión de las telecomunicaciones" . Ericsson . Archivado desde el original el 13 de abril de 2004.
  7. ↑ a b White, Curt (2007). Comunicaciones de datos y redes informáticas . Boston, MA: Tecnología del curso Thomson. págs.  143-152 . ISBN 1-4188-3610-9.
  8. ^ Guowang Miao ; Jens Zander; Ki Won Sung; Ben Slimane (2016). Fundamentos de las redes de datos móviles . Prensa de la Universidad de Cambridge . ISBN 1107143217.