Časový multiplex

Časové dělení, časový multiplex nebo multiplex s časovým dělením (TDM z anglického time division multiplex) je princip přenosu více signálů jedním společným přenosovým médiem, při kterém jsou jednotlivé signály odděleny tím, že se každý z nich je vysílán pouze v krátkých pevně definovaných časových intervalech nazývaných časové sloty (timeslot – TS). Laicky řečeno „každý chvilku tahá pilku“.

Prakticky ve všech případech se používá rámcové struktury, kde jsou časové sloty seskupeny do větší pravidelně se opakující struktury nazývané rámec (frame).

Vlastnosti časového multiplexu

Pokud budeme mít čtyři signály A,B,C a D, bude vysílání pomocí časového multiplexu vypadat následovně: ABCDABCDABCDABCD… a tak stále dokola.

Hlavní problém spočívá v tom, jak rozlišit, kde timeslot pro konkrétní signál začíná a kde končí. Nejčastějším řešením je přidání speciálního timeslotu s přesně definovaným obsahem na začátek rámce, který označuje „toto je začátek rámce“. Protože jsou všechny timesloty stejně dlouhé (časově), stačí na straně přijímače najít tento startovní bod a potom odpočítat potřebnou dobu do začátku hledaného TS.

Ve výše uvedeném případě by se tedy vysílal rámec vypadající takto: SABCDSABCDSABCDSABCD…kde S označuje „startovní“ timeslot, častěji označovaný spíše jako synchronizační timeslot, synchroskupina rámce nebo také rámcová synchronizace.

Jak je vidět, tento přístup nám pomůže s problémem určení konkrétní časové polohy, ale přináší objem dat navíc, která nelze využít pro přenášené signály. Klesá tím tedy efektivita přenosu. V našem případě jsme pro přenos našich čtyř signálů mohli použít jen 80% přenášené kapacity, jednu pětinu zabrala synchroskupina.

Další snížení efektivity přichází v situaci, kdy se v daném timeslotu nepřenáší žádná data. Typickým příkladem je přenos telefonního hovoru. Užitečná data se v timeslotu přenáší pouze ve chvíli, kdy je hovor spojený a účastníci spolu mluví. Pokud si například jeden z nich odejde pro tužku a papír, aby si poznamenal zjištěnou informaci, nebudou se v timeslotu přenášet žádná data a tato volná přenosová kapacita by se mohla využít pro jiné účely.

Pro lepší představu opět náš příklad, timesloty A,B a D budou obsazené hovorem, ale účastníci hovoru přenášeném v timeslotu C budou mlčet. Vysílaný rámec tedy bude SAB_DSAB_DSAB_DSAB_D… kde S je opět rámcová synchroskupina a _ označuje timeslot kde se v tuto chvíli nic nepřenáší. Efektivita přenosu tedy znovu klesá, v tomto konkrétním případě na 60%, protože potřebná data přenáší už jen tři z pěti timeslotů.

Hlavní výhoda používání časového multiplexu je garantovaná přenosová kapacita pro každý z přenášených signálů, čehož se velmi často využívá pro telefonii a multimediální relace.

Principu časového multiplexu TDM využívá např. Optická Transportní Hierarchie (OTH), Plesiochronní Digitální Hierarchie (PDH), Synchronní Digitální Hierarchie (SDH/SONET) a ISDN přípojky.

Využití TDM pro telefonii

TDM je základní metodou přenosu signálů klasické digitální telefonie. Hlasový signál se pomocí modulace typu PCM digitalizuje a několik hovorových kanálů spolu s pomocnými a řídícími kanály se skládá do časového multiplexu TDM. Tak vznikne např. ISDN BRI (2 hovory + 1 úzký signalizační kanál) nebo ISDN PRI (celkem 32 kanálů, z toho 30 hovorových, jeden signalizační a jeden synchronizační timeslot). Časový multiplex je využíván také uvnitř digitálních ústředen, kde s ním pracuje spojovací pole.

Novější princip telefonie využívá princip VoIP, tj. přenos hlasu datovými pakety přes síť, která není spojově orientována. Neexistuje zde vyhrazený kanál pro hlasovou komunikaci a sdílení sítě různými datovými toky se neřídí zásadami synchronního časového multiplexu. V tom je VoIP zásadně odlišné od TDM.

Související články