시분할다중화

Time-division multiplexing
멀티플렉싱
Multiplexing diagram.svg
아날로그 변조
관련 토픽

시분할다중화(TDM)는 전송로의 양단에서 동기화된 스위치를 사용하여 공통의 신호 패스를 통해 독립된 신호를 송수신하는 방식이며, 각 신호가 회선상에 교대로 나타나는 시간은 극히 일부입니다.이 방법은 두 개 이상의 디지털 신호 또는 아날로그 신호를 공통 채널을 통해 전송합니다.전송 매체의 비트 전송률이 전송되는 신호의 비트 전송률을 초과할 때 사용할 수 있습니다.이러한 형태의 신호 다중화는 19세기 후반에 전신 시스템을 위한 통신에서 개발되었지만, 20세기 후반에는 디지털 전화에서 가장 일반적으로 적용되었습니다.

역사

전신 멀티플렉서, 1922년식 브리태니커

시분할 멀티플렉싱은 단일 전송로를 통해 여러 개의 전송을 동시에 라우팅하기 위한 전신 응용 프로그램을 위해 처음 개발되었습니다.1870년대에 에밀 보도는 여러 개의 휴즈 전신기의 시간 다중화 시스템을 개발했다.

1944년, 영국 육군은 무선 10호기를 사용하여 마이크로파 릴레이를 통해 10회의 통화를 50마일까지 다중화했다.이를 통해 현장 지휘관들은 영국 [1]해협을 통해 영국에 있는 참모들과 연락을 취할 수 있었다.

1953년 RCA Communications는 24채널 TDM을 상업적으로 운용하여 뉴욕 Broad Street에 있는 RCA의 시설과 Rocky Point의 송신소 및 뉴욕 롱아일랜드의 Riverhead 수신소 간에 오디오 정보를 전송했습니다.통신은 롱아일랜드의 전자레인지로 이뤄졌다.실험적인 TDM 시스템은 1950년에서 1953년 사이에 [2]RCA 연구소에 의해 개발되었다.

1962년 Bell Labs의 엔지니어는 최초의 D1 채널 뱅크를 개발했습니다.이 뱅크는 Bell 센트럴 오피스 아날로그 스위치 사이의 4선 구리 트렁크를 통해 24개의 디지털 음성 통화를 결합했습니다.한 채널 뱅크는 1.544 Mbit/s 디지털 신호를 각각 24개의 연속된 바이트로 구성된 8,000개의 개별 프레임으로 분할했습니다.각 바이트는 64 kbit/s의 일정한 비트레이트 신호로 인코딩된 단일 전화 통화를 나타냅니다.채널 뱅크는 프레임 내에서 1바이트의 고정 위치(일시 정렬)를 사용하여 소속된 [3]콜을 식별했습니다.

테크놀로지

시분할다중화는 주로 디지털 신호에 사용되지만 아날로그 다중화에 적용할 수 있습니다.아날로그 다중화에서는 2개 이상의 신호 또는 비트스트림이 1개의 통신채널에서 서브채널로 동시에 나타나지만 채널 [4]상에서 물리적으로 교대로 동작합니다.타임 도메인은 각 서브채널에1개씩 고정 길이의 반복 타임슬롯으로 분할됩니다.서브채널 1의 샘플 바이트 또는 데이터 블록은 타임슬롯 1, 서브채널 2는 타임슬롯 2 등에 송신된다.1개의 TDM 프레임은 1개의 서브채널당1개의 타임슬롯에 동기화 채널 및 경우에 따라서는 동기화 전에 오류 정정 채널로 구성됩니다.마지막 서브채널, 오류 정정 및 동기화 후 서브채널 1로부터의 두 번째 샘플, 바이트 또는 데이터 블록 등을 시작으로 새로운 프레임으로 사이클이 다시 시작됩니다.

응용 프로그램 예시

TDM은 Time-Division Multiple Access(TDMA; 시분할다중접속) 방식으로 확장될 수 있습니다.TDM에서는 같은 물리 매체에 접속된 여러 스테이션(예를 들어 같은 주파수 채널 공유)이 통신할 수 있습니다.응용 프로그램의 예는 다음과 같습니다.

다중 디지털 전송

Public Switched Telephone Network(PSTN; 공중전화 교환망)등의 회선 교환 네트워크에서는, 복수의 가입자 콜을 같은 송신 매체상에서 송신해,[5] 미디어의 대역폭을 유효하게 이용하는 것이 바람직합니다.TDM 을 사용하면, 송수신 전화 스위치가 송신 스트림내에 채널(트리뷰터리)을 작성할 수 있습니다.표준 DS0 음성 신호의 데이터 비트환율은 64 kbit/[5][6]s입니다.TDM 회로는 훨씬 높은 신호 대역폭으로 동작하며, 송신기에 의해 회선에 다중화되는 각 음성 신호에 대해 대역폭을 타임 프레임(타임 슬롯)으로 분할할 수 있습니다.TDM 프레임이 n개의 음성 프레임으로 구성되어 있는 경우 회선 대역폭은 n*64 kbit/s입니다.[5]

TDM 프레임의 각 음성 타임슬롯은 채널이라고 불립니다.유럽 시스템에서는 표준 TDM 프레임에 30개의 디지털보이스 채널(E1)이 포함되어 있으며, 미국 시스템(T1)에서는 24개의 채널이 포함되어 있습니다.양쪽 표준에는 시그널링 비트와 동기 [5]비트의 추가 비트(또는 비트타임 슬롯)도 포함되어 있습니다.

24개 또는 30개 이상의 디지털 음성 채널을 다중화하는 것을 고차 다중화라고 합니다.표준 TDM 프레임을 다중화함으로써 고차 다중화를 실현할 수 있습니다.예를 들어 유럽 120채널 TDM 프레임은 4개의 표준 30채널 TDM 프레임을 다중화함으로써 형성된다.각 고차 멀티플렉스에서는 바로 하위의 4개의 TDM 프레임이 결합되어 대역폭 n*64 kbit/s(n = 120, 480, 1920 등)[5]의 멀티플렉스가 생성됩니다.

통신 시스템

동기 TDM에는 T1, SONET/SDH 및 ISDN의 [7]3가지 유형이 있습니다.

Plesiochronous Digital Hierarchy(PDH)는 고차 프레임 다중화를 위한 표준으로 개발되었습니다.PDH는 유럽 표준 30채널 TDM 프레임을 다중화함으로써 더 많은 채널을 생성했습니다.이 솔루션은 잠시 기능했지만 PDH는 몇 가지 본질적인 단점을 안고 결과적으로 SDH(Synchronous Digital Hierarchy)가 개발되었습니다.SDH의 개발을 추진한 요건은 다음과 같습니다.[5][6]

  • 동기화 – 시스템의 모든 클럭이 기준 클럭과 일치해야 합니다.
  • 서비스 지향성– SDH는 엔드 익스체인지에서 엔드 익스체인지로 트래픽을 라우팅해야 합니다.이 경우 대역폭은 일정 기간 고정 수준에서 예약할 수 있습니다.
  • 임의의 크기의 프레임을 분리하거나 임의의 크기의 SDH 프레임에 삽입할 수 있습니다.
  • 관리 데이터를 링크 간에 전송할 수 있어 관리가 용이합니다.
  • 장애로부터 높은 수준의 복구를 제공합니다.
  • 테크놀로지에 의해서만 제한되는, 모든 사이즈의 프레임을 멀티플렉스 해, 높은 데이터 레이트를 실현합니다.
  • 비트레이트 오류를 줄입니다.

SDH는 대부분의 PSTN 네트워크에서 주요 전송 프로토콜이 되었습니다.Synchronous Transport Module(STM; 동기 전송 모듈)이라고 불리는 더 큰 SDH 프레임을 만들기 위해 1.544 Mbit/s 이상의 스트림을 다중화할 수 있도록 개발되었습니다.STM-1 프레임은 155.52 Mbit/s 프레임을 생성하기 위해 다중화된 작은 스트림으로 구성됩니다.SDH 는, 패킷 베이스의 프레임을 멀티플렉스 할 수도 있습니다.이더넷, PPP 및 ATM.[5][6]

SDH는 전송 프로토콜(OSI 참조 모델의 레이어 1)로 간주되지만 위의 [5]세 번째 글머리 기호 요건에 기재된 스위칭 기능도 수행합니다.SDH 네트워킹의 가장 일반적인 기능은 다음과 같습니다.

  • SDH Crossconnect – SDH Crossconnect는 시공간 크로스 포인트 스위치의 SDH 버전입니다.입력의 모든 채널을 출력의 모든 채널에 연결합니다.SDH Crossconnect는 모든 입력과 출력이 다른 [5]교환기에 연결되는 트랜짓 익스체인지에서 사용됩니다.
  • SDH Add-Drop Multiplexer – SDH Add-Drop Multiplexer(ADM)는 최대 1.544 Mb의 멀티플렉스 프레임을 추가 또는 삭제할 수 있습니다.이 수준 이하에서는 표준 TDM을 실행할 수 있습니다.SDH ADM은 SDH 크로스커넥트 태스크도 실행할 수 있으며 가입자로부터의 채널이 코어 PSTN [5]네트워크에 접속되어 있는 엔드 익스체인지에서 사용됩니다.

SDH 네트워크 기능은 고속 광섬유를 사용하여 연결됩니다.광섬유는 광펄스를 사용하여 데이터를 전송하므로 속도가 매우 빠릅니다.최신 광섬유 전송은 파이버를 통해 전송되는 신호가 서로 다른 파장으로 전송되어 추가 전송 채널을 생성하는 WDM(파장 분할 다중화)을 사용합니다.이것에 의해, 링크의 속도와 용량이 증가해, 유닛 [5][6]코스트와 합계 코스트가 삭감됩니다.

통계 시분할다중화

Statistical Time-Division Multiplexing(STDM; 통계적 시분할다중화)은 TDM의 확장 버전입니다.단말기의 주소와 데이터 자체가 모두 전송되어 라우팅이 향상됩니다.STDM을 사용하면 대역폭을 1회선으로 분할할 수 있습니다.많은 대학 캠퍼스 및 기업 캠퍼스에서는 대역폭을 분배하기 위해 이런 유형의 TDM을 사용합니다.

네트워크에 들어가는 10 Mbit 회선에서는 STDM을 사용하여 전용 56k 연결(168 * 56k = 9.96Mb)을 178개의 단말기에 제공할 수 있습니다.그러나 더 일반적인 용도는 대역폭이 필요한 경우에만 대역폭을 부여하는 것입니다.STDM 에서는, 각 단말의 타임 슬롯은 예약되어 있지 않습니다.단말기가 데이터의 송수신을 필요로 하는 경우에 슬롯을 할당합니다.

TDM은 기본 형식에서 채널 수가 일정하고 채널당 대역폭이 일정한 회선 모드 통신에 사용됩니다.대역폭 예약은 시분할 다중화와 통계적 시분할 다중화와 같은 통계적 다중화를 구별합니다.순수 TDM에서는 타임슬롯은 패킷 단위로 스케줄 되는 것이 아니라 고정 순서로 반복되어 채널에 사전 할당됩니다.

다이내믹 TDMA에서는 스케줄링 알고리즘은 각 데이터 [8]스트림의 트래픽 요구에 따라 각 프레임의 가변 시간 슬롯 수를 가변 비트레이트 데이터 스트림에 동적으로 예약합니다.다이내믹 TDMA는 다음 경우에 사용됩니다.

Asynchronous Time-Division Multiplexing(ATDM;[7] 비동기 시분할다중화)은 STDM이 동기 시분할다중화를 지정하는 대체 용어입니다.이것은 고정 시간 슬롯을 사용하는 오래된 방법입니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  • Public Domain이 문서에는 General Services Administration 문서의 퍼블릭도메인 자료가 포함되어 있습니다."Federal Standard 1037C". (MIL-STD-188 지원)
  1. ^ 무선 세트 10호
  2. ^ US 2919308 "다른 대역폭의 신호를 위한 시분할 다중 시스템"
  3. ^ María Isabel Gandía Carriedo (August 31, 1998). "ATM: Origins and State of the Art". Universidad Politécnica de Madrid. Archived from the original on June 23, 2006. Retrieved September 23, 2009.
  4. ^ Kourtis, A.; Dangkis, K.; Zacharapoulos, V.; Mantakas, C. (1993). "Analogue time division multiplexing". International Journal of Electronics. Taylor & Francis. 74 (6): 901–907. doi:10.1080/00207219308925891.
  5. ^ a b c d e f g h i j k Hanrahan, H.E. (2005). Integrated Digital Communications. Johannesburg, South Africa: School of Electrical and Information Engineering, University of the Witwatersrand.
  6. ^ a b c d "Understanding Telecommunications". Ericsson. Archived from the original on April 13, 2004.
  7. ^ a b White, Curt (2007). Data Communications and Computer Networks. Boston, MA: Thomson Course Technology. pp. 143–152. ISBN 1-4188-3610-9.
  8. ^ Guowang Miao; Jens Zander; Ki Won Sung; Ben Slimane (2016). Fundamentals of Mobile Data Networks. Cambridge University Press. ISBN 1107143217.