MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE TIEMPO TDM Contenido 1.- Conceptos de TDM. 2.- TDM en telefonía digital. 3.- TDM asíncrona.
Objetivo.- Explicar cómo se utiliza la multiplexación TDM para enviar varias señales digitales en un sólo canal, y describir la jerarquía de señales digitales digitales TDM utilizadas por las compañías telefónicas. Última modificaci modificación: ón: 1 de febrero de 2011
Tema 4 de: COMUNICACIONES DIGITALES
Edison Coimbra G.
1.- Conceptos de TDM Las técnicas de multiplexación por división de tiempo TDM pretenden conseguir un mayor rendimiento en los sistemas de transmisión, ya que permiten enviar por una misma línea de transmisión varias comunicaciones simultáneas. Es un proceso básico en telefonía digital, ya que permite combinar diferentes señales de voz digitalizadas y enviarlas por el mismo canal de transmisión. De esta forma las señales digitales PCM se multiplexan formando lo que se conoce como tramas PCM. En este ejemplo, los multiplexores se representan como conmutadores rotatorios sincronizados que toman muestras de cada canal.
En el emisor, se toman muestras periódicas de los 3 canales que una vez codificados se envían por la línea formando una trama. En el receptor, las muestras se entregan a sus respectivos canales, por lo que es necesario que ambos estén perfectamente sincronizados.
Denominaciones En TDM, el flujo de datos de cada conexión de entrada se divide en unidades, donde cada unidad ocupa una ranura de tiempo de entrada. Una unidad puede ser un bit, un byte (una muestra en telefonía) o un bloque de datos.
Cada unidad de entrada se convierte en una unidad de salida y ocupa una ranura de tiempo en la salida, denominada canal. La duración de una ranura de tiempo de salida es n veces más corta que la de entrada. Es decir, la unidad en la conexión de salida viaja más rápido. Las ranuras de tiempo se agrupan en tramas. Una trama consta de un ciclo completo de ranuras de tiempo, con una ranura (canal) dedicada a cada dispositivo emisor; es por esto que se denomina TDM síncrona.
Ejemplo 1 – TDM síncrona En la figura, la tasa de datos para cada conexión de entrada es de 1 kbps. Si la unidad de multiplexación es 1 bit, calcule la duración de: (a) cada ranura de tiempo en la entrada, (b) cada ranura de tiempo en la salida y (c) cada trama?
Respuestas (a) 1 ms (b) 1/3 ms (c) 1 ms
Ejemplo 2 – TDM síncrona Cuatro conexiones de 1 kbps se multiplexan juntas. Una unidad es 1 bit. Encuentre: (a) la duración de 1 bit antes de la multiplexación, (b) la tasa de transmisión del enlace, (c) la duración de una ranura de tiempo y (d) la duración de la trama
Respuestas (a) 1 ms
(b) 4 kbps
(c) 250 s
(d) 1 ms
Ejemplo 3 – TDM síncrona
Se multiplexan 4 canales utilizando TDM. Si cada canal envía 100 bytes/s y se multiplexa 1 byte por canal, muestre: (a) la trama que viaja por el enlace, (b) el tamaño de la trama (c) la duración de la trama y (d) la tasa de bits para el enlace
Respuestas (a) Ver figura (b) 32 bits
Ejemplo 4 – TDM síncrona
(c) 1/100 s (d) 3,2 kbps
En la figura, un multiplexor combina 4 canales de 100 kbps utilizando una ranura de tiempo de 2 bits. (a) Muestre el flujo de salida. (b) Calcule la duración de la trama. (c) Calcule la tasa de bit del enlace. (d) Calcule la duración de bit.
Respuestas (a) Ver figura (b) 20 s (c) 400 kbps (d) 2,5 s
Sincronización de tramas La implementación de TDM no es tan sencilla como FDM. La sincronización entre el multiplexor y el demultiplexor es un problema importante; si no están sincronizados, un bit de un canal puede ser recibido por un canal equivocado. Por esta razón se añaden uno o más bits de sincronización al comienzo de cada trama. Estos bits siguen un patrón, trama a trama, que permite al demultiplexor sincronizarse con el flujo entrante y así poder separar las ranuras de tiempo de forma adecuada.
2.- TDM en telefonía digital
Estándar europeo
En las etapas de concentración – expansión de la conmutación telefónica digital, se utiliza TDM. Hay diferentes estándares; los más utilizados son el europeo E1 y el americano T1. Las señales telefónicas se agrupan en tramas E1 (estándar europeo). En una trama hay tantas ranuras de tiempo (time slot ) como canales de entrada (30+2) Cada ranura es una palabra o paquete PCM y contiene 8 bits que corresponden a una muestra de voz del canal.
Estructura de la Trama E1 (PCM) En total tiene 256 bits
Jerarquía digital plesiócrona PDH En 1980, se establece una jerarquía para la obtención de tramas de mayor capacidad, a partir de la multiplexación de tramas de nivel inferior, denominada PDH ( Jerarquía Digital Plesiócrona ).
PDH estándar europeo 64 kbps 2,048 Mbps 32 E0
E0
30
T D M
… .
La multiplexación se produce bit a bit.
8,448 Mbps 4 E1 ó 128 E0
E1 T D M
Tributarios Plesiócrono significa casi síncrono . Cada tributario viene de redes que tienen su propio reloj. Cuando llegan al MUX TDM deben sincronizarse.
Módulos de transporte o tramas
34,368 Mbps 4 E2 ó 16 E1
E2 T D M
139,264 Mbps 4 E3 ó 64 E1
E3
T D M
E4
En PDH las señales son eléctricas y los medios físicos son cables coaxiales y enlaces de radio.
Multiplexación TDM estándar americano Las señales telefónicas se agrupan en tramas T1 (estándar americano). En una trama hay tantas ranuras de tiempo (time slot ) como canales de entrada (24). Se añade un bit extra para sincronización.
Tramas T1 Cada ranura es una palabra o paquete PCM y contiene 8 bits que corresponden a una muestra de voz del canal.
Estructura de la trama T1 (PCM) En total tiene 193 bits
Redes ópticas síncronas SDH A diferencia de PDH, en SDH las señales se multiplexan byte a byte de forma síncrona
PDH
La señal de reloj se extrae de una referencia común, un oscilador de cesio. Para mayor confiabilidad, este reloj se sincroniza con los sistemas GPS. Ello permite que se pueda acceder de forma directa y simple a las señales multiplexadas, sin tener
SDH
que “deshacer” todas las
etapas de multiplexación. Las recomendaciones de la UIT-T (G.707 a 709) definen la tasa básica de transmisión en SDH: 155, 52 Mbps, referida como un STM-1 (Módulo de Transporte Síncrono ).
Importante.- SDH no nace para sustituir a PDH, sino para ser usado conjuntamente como medio de transporte en los enlaces que requieren mayor capacidad. Por ello, se ha previsto una forma estándar para transporta tramas PDH dentro de tramas SDH (hasta 3 E3 en una STM-1).
5.- Multiplexación SDH Los niveles de jerarquía superior se forman multiplexando a nivel de byte varias estructuras STM-1. Es así que se obtienen STM-4, STM-16, STM-64, etc. E3 E1 . .
Conversor Codificador (scrambler) electro-óptico
E1 E3 E3
STM-1
STM-4
OC-48c
STM-16
E3
2488,32 Mbps Multiplexor 4:1
N= 4, N=16, N= 64 y N=256.
Multiplexor 4:1
Tramas PDH Tramas SDH
Tasas de bit estandarizadas.
3.- TDM asíncrona En TDM síncrona, cada entrada tiene una ranura reservada en la trama de salida. Esto puede ser ineficiente si algunas líneas de entrada no tienen datos que enviar. En TDM asíncrona, Las ranuras se asignan dinámicamente . Solo cuando una línea de entrada tiene datos que enviar obtiene una ranura en la trama de salida.
En la figura se muestra cómo se multiplexan las ranuras de 3 canales de entrada. En el primer pulso de reloj, el canal 2 no tiene información que enviar, por lo que el multiplexor rellena la ranura con una celda del tercer canal.
Ejemplo de aplicación de TDM asíncrona ATM es una tecnología de transporte utilizada en las redes de telecomunicaciones. Utiliza la TDM asíncrona para multiplexar los paquetes de datos que vienen de diferentes canales. Por eso se denomina modo de transferencia asincrona ATM. ¿Qué
ocurre si la línea 1 utiliza paquetes grandes (normal en paquetes de datos) mientras que la 2 utiliza paquetes muy pequeños (normal en sonido y vídeo)? La mezcla de paquetes pequeños de voz y video con el tráfico de datos convencional crea retardos inaceptables y hace que los enlaces de paquetes compartidos no se puedan utilizar para voz y video. En ATM, los paquetes de diferentes tamaño se segmentan y reensamblan en unidades de igual longitud, llamadas celdas de 48 bytes (+ 5 bytes de control), las cuales se multiplexan en forma asíncrona.
