Wat is Time Division Multiplexing (TDM)? | phoenixNAP IT-woordenlijst

Time division multiplexing (TDM) is een veelgebruikte methode in de telecommunicatie voor het gelijktijdig verzenden van meerdere signalen via één communicatiekanaal. Bij TDM wordt de beschikbare tijd op het kanaal verdeeld in tijdslots met een vaste lengte, waarbij elk slot is toegewezen aan een specifiek signaal of een specifieke gegevensstroom.

Wat is tijdverdelingsmultiplex?

Time division multiplexing (TDM) is een techniek die in de telecommunicatie wordt gebruikt om meerdere signalen of datastromen over één communicatiekanaal te verzenden. Het werkt door de beschikbare transmissie tijd op het kanaal in tijdslots met een vaste duur en waarbij elk tijdslot wordt toegewezen aan een specifiek signaal of datastroom.

In een TDM-systeem zijn de kanalen bandbreedte is verdeeld in discrete tijdsintervallen, doorgaans van gelijke duur, ook wel tijdsleuven genoemd. Elk tijdslot komt overeen met een fractie van de capaciteit van het kanaal. Signalen van verschillende bronnen worden vervolgens opeenvolgend verweven, waarbij elk signaal wordt verzonden tijdens het toegewezen tijdslot. Dit interleaving-proces vindt snel plaats, waardoor meerdere signalen het kanaal efficiënt en zonder interferentie kunnen delen.

TDM-voorbeelden

Hier zijn enkele voorbeelden die de veelzijdigheid en brede toepassingen van tijdverdelingsmultiplex illustreren:

Digitale telefonie. TDM wordt veelvuldig gebruikt in digitale telefoonnetwerken om meerdere spraakgesprekken via één fysieke verbinding te verzenden. In een op TDM gebaseerd telefoonsysteem wordt aan elk telefoongesprek een tijdslot toegewezen binnen het totale transmissieframe. Deze tijdsleuven worden onderling verweven en opeenvolgend verzonden, waardoor meerdere oproepen zonder interferentie dezelfde transmissielijn kunnen delen.
Digitale abonneelijnen (DSL). DSL-technologie maakt gebruik van TDM om snelle internettoegang via bestaande telefoonlijnen te bieden. In DSL-systemen wordt de beschikbare bandbreedte verdeeld in meerdere frequentiebanden, en elke band is verder onderverdeeld in tijdslots. Deze tijdslots worden toegewezen aan individuele abonnees, waardoor gelijktijdige overdracht van data- en spraaksignalen via dezelfde koperdraadinfrastructuur mogelijk is.
Gemultiplext digitaal dataoverdracht. TDM wordt gebruikt in verschillende datacommunicatie toepassingen om meerdere digitale datastromen te combineren tot één enkele datastroom voor verzending via een gedeeld medium. In een computernetwerk kan TDM bijvoorbeeld worden gebruikt om datapakketten uit verschillende bronnen te multiplexen op een enkele communicatieverbinding. Dit maakt efficiënt gebruik van netwerkbandbreedte mogelijk en vergemakkelijkt gelijktijdige gegevensoverdracht tussen meerdere apparaten.
Digitale televisie-uitzendingen. TDM wordt gebruikt in digitale televisie (DTV) uitzendsystemen om meerdere digitale video- en audiokanalen te verzenden. Bij DTV-systemen wordt het beschikbare spectrum verdeeld in tijdslots, waarbij elk slot wordt toegewezen aan een specifiek televisiekanaal. Deze kanalen worden aan elkaar gemultiplext en in een continue stroom uitgezonden, waardoor kijkers meerdere kanalen tegelijkertijd kunnen ontvangen met behulp van één enkele ontvanger.
Tijdverdelingsmultiplextoegang (TDMA). TDMA is een variant van TDM die vaak wordt gebruikt in draadloze communicatiesystemen, zoals mobiele netwerken. In TDMA-systemen wordt het beschikbare radiofrequentiespectrum verdeeld in tijdslots, en elk tijdslot wordt toegewezen aan een ander gebruiker- of communicatiekanaal. Door unieke tijdslots aan elke gebruiker toe te wijzen, zorgt TDMA ervoor dat meerdere gebruikers dezelfde frequentieband zonder interferentie kunnen delen, waardoor de capaciteit en efficiëntie van het draadloze netwerk worden gemaximaliseerd.

Hoe werkt tijdverdelingsmultiplexing?

Time Division Multiplexing (TDM) werkt door de beschikbare transmissietijd op een communicatiekanaal te verdelen in tijdslots met een vaste duur en elk tijdslot toe te wijzen aan een specifiek signaal of datastroom. Hier is een overzicht van hoe TDM werkt:

Kanaalverdeling. De eerste stap in TDM is het definiëren van het communicatiekanaal dat moet worden gedeeld tussen meerdere signalen of datastromen. Dit kanaal kan een fysiek medium zijn, zoals een kabel, glasvezellijn of draadloos spectrum.
Toewijzing van tijdslot. Zodra het kanaal tot stand is gebracht, wordt de beschikbare transmissietijd verdeeld in discrete tijdsintervallen, ook wel tijdslots genoemd. Elk tijdslot heeft een vaste duur, doorgaans uniform voor alle slots. De duur van elk tijdslot wordt bepaald op basis van factoren zoals de gewenste gegevens overdrachtsnelheid en het aantal signalen dat moet worden gemultiplext.
Signaal interleaving. Signalen van verschillende bronnen worden opeenvolgend verweven, waarbij aan elk signaal een specifiek tijdslot wordt toegewezen. Dit interleavingproces zorgt ervoor dat elk signaal zijn aangewezen tijdslot in beslag neemt, zonder overlap of interferentie met andere signalen.
Transmission. Nadat de signalen zijn verweven, wordt de gemultiplexte datastroom via het communicatiekanaal verzonden. Tijdens de transmissie transporteert het kanaal een continue datastroom, waarbij elk tijdslot informatie bevat van een van de gemultiplexte signalen.
Demultiplexen. Aan de ontvangende kant wordt de gemultiplexte datastroom gedemultiplext om de individuele signalen te extraheren. Demultiplexing omvat het scheiden van de geïnterleavede signalen op basis van hun toegewezen tijdsleuven. Elk signaal wordt vervolgens onafhankelijk verwerkt voor verdere analyse, decodering of distributie naar de juiste bestemming.
Signaalreconstructie. Zodra de individuele signalen zijn gedemultiplext, kunnen ze worden gereconstrueerd in hun oorspronkelijke vorm voor interpretatie of weergave. Dit kan het decoderen van digitale datastromen inhouden tot analoge signalen (bijvoorbeeld audio of video) of het reconstrueren van gefragmenteerde datapakketten tot volledige berichten of dataframes.

Tijdverdelingsmultiplextypen

Er zijn veel TDM-typen die verschillende benaderingen bieden voor het multiplexen van signalen of datastromen via een gedeeld communicatiekanaal, waaronder:

Synchrone tijdverdelingsmultiplexing (STDM). In STDM worden alle signalen of datastromen gesynchroniseerd met een gemeenschappelijk kloksignaal. Aan elk signaal wordt een vast tijdslot toegewezen binnen een vooraf gedefinieerde framestructuur. STDM zorgt voor nauwkeurige timingsynchronisatie tussen gemultiplexte signalen, waardoor efficiënte verzending en demultiplexing mogelijk is.
Asynchrone tijdverdelingsmultiplexing (ATDM). In tegenstelling tot STDM vereist ATDM geen strikte synchronisatie tussen gemultiplexte signalen. Signalen worden dynamisch toegewezen tijdslots op basis van hun beschikbaarheid en bandbreedtevereisten. ATDM-aanbiedingen flexmogelijkheid bij het beheren van variabele datasnelheden en verkeerspatronen, waardoor het geschikt is voor toepassingen met dynamische of onvoorspelbare verkeersbelastingen.
Statistische tijdverdelingsmultiplexing (STDM). STDM is een variant van TDM waarbij tijdslots worden toegewezen op basis van statistische multiplexprincipes. Tijdslots worden dynamisch aan signalen toegewezen op basis van hun momentane datasnelheden en verkeersbehoefte. STDM optimaliseert het bandbreedtegebruik door meer tijdslots toe te wijzen aan signalen met hogere datasnelheden of verkeersvolumes, waardoor de algehele systeemefficiëntie wordt gemaximaliseerd.
Omgekeerd multiplexen. Inverse multiplexing omvat het splitsen van een enkele hogesnelheidsdatastroom in meerdere lagere snelheidsstromen voor verzending via afzonderlijke kanalen. Elke stroom met lagere snelheid wordt verzonden met behulp van TDM of een andere multiplextechniek, zoals frequentieverdelingsmultiplexing (FDM) of golflengteverdelingsmultiplexing (WDM). Inverse multiplexing wordt vaak gebruikt in netwerken en telecommunicatie om de bandbreedte van meerdere kanalen of links te aggregeren, waardoor een grotere capaciteit en redundantie ontstaat.
Meervoudige toegang met tijdverdeling (TDMA). TDMA is een TDM-techniek die wordt gebruikt in draadloze communicatiesystemen, zoals mobiele netwerken. Bij TDMA wordt het beschikbare radiofrequentiespectrum verdeeld in tijdslots, en elk tijdslot wordt toegewezen aan een ander gebruiker- of communicatiekanaal. Met TDMA kunnen meerdere gebruikers dezelfde frequentieband delen door aan elke gebruiker unieke tijdslots toe te wijzen, waardoor de capaciteit en efficiëntie van het draadloze netwerk worden gemaximaliseerd.

Voordelen van tijdverdelingsmultiplexing

Time Division Multiplexing (TDM) biedt verschillende voordelen op het gebied van telecommunicatie en datatransmissie:

Bandbreedte-efficiëntie. TDM maakt efficiënt gebruik van de beschikbare bandbreedte mogelijk door meerdere signalen of datastromen hetzelfde communicatiekanaal te laten delen. Door het kanaal in tijdslots met een vaste duur te verdelen, zorgt TDM ervoor dat elk signaal een specifieke transmissietijd krijgt, waardoor het gebruik van de beschikbare capaciteit wordt gemaximaliseerd.
Gelijktijdige verzending. Met TDM kunnen meerdere signalen gelijktijdig en zonder interferentie over één kanaal worden verzonden. Elk signaal krijgt een eigen tijdslot toegewezen, waardoor het onafhankelijk van andere signalen kan worden verzonden. Dit maakt gelijktijdige communicatie tussen meerdere gebruikers of apparaten mogelijk, waardoor de algehele systeemefficiëntie en doorvoer worden verbeterd.
Flexbare toewijzing. TDM biedt flexmogelijkheid bij het toewijzen van transmissiebronnen aan verschillende signalen of gebruikers. Tijdslots kunnen dynamisch worden toegewezen op basis van factoren zoals prioriteit, vraag of kwaliteit van de dienstverlening. Dankzij dit aanpassingsvermogen kunnen TDM-systemen efficiënt omgaan met variërende verkeerspatronen en het gebruik van hulpbronnen in realtime optimaliseren.
Verminderde latentie. TDM helpt transmissievertragingen en latentie te minimaliseren door voorspelbare en deterministische toegang tot het communicatiekanaal te bieden. Omdat aan elk signaal een vast tijdslot wordt toegewezen, is er geen strijd om toegang tot het kanaal, wat resulteert in consistente en betrouwbare transmissieprestaties. Dit is vooral belangrijk voor tijdgevoelige toepassingen zoals spraakcommunicatie en real-time gegevensstreaming.
Synchrone werking. In synchrone TDM-systemen worden alle signalen gesynchroniseerd met een gemeenschappelijk kloksignaal, waardoor een nauwkeurige timingcoördinatie tussen meerdere gebruikers of apparaten wordt gegarandeerd. Deze synchrone werking vereenvoudigt het systeemontwerp en de synchronisatievereisten, waardoor het implementeren en onderhouden van op TDM gebaseerde communicatiesystemen eenvoudiger wordt.
Kosten efficiëntie. TDM kan kostenbesparingen opleveren in vergelijking met alternatieve multiplextechnieken, vooral in scenario's waarin meerdere signalen via een gedeeld communicatiemedium moeten worden verzonden. Door meerdere signalen op één kanaal te consolideren, vermindert TDM de behoefte aan extra infrastructuur en apparatuur, wat leidt tot lagere implementatie- en operationele kosten.