Методы мультиплексирования потоков данных

Первые системы телефонной связи использовали отдельные линии передачи для организации каждого канала. Идея организации передачи нескольких телефонных каналов по одной линии или идея мультиплексирования были впервые осуществлена еще в 1918 г. с помощью механического коммутатора. Под мультиплексированием (связисты используют термин уплотнение) будем понимать объединение нескольких меньших по ёмкости входных каналов связи в один канал большей емкости для передачи по одному выходному каналу связи. При реализации такого объединения телефонных каналов одной из основных задач является устранение взаимного влияния соседних каналов. До последнего времени широко использовались два метода мультиплексирования:

мультиплексирование с частотным разделением каналов (частотное мультиплексирование/уплотнение, рис. 1.3);

мультиплексирование с временным разделением каналов (временное мультиплексирование/уплотнение, рис. 1.4).

Временное мультиплексирование

Частотное мультиплексирование достаточно сложно в реализации и настройке (как и все аналоговые методы). При использовании ИКМ наиболее удобной является схема мультиплексирования с временным разделением каналов, или, кратко, схема временного мультиплексирования, или схема с разделением ресурсов с помощью коммутатора (на передающей стороне), который последовательно подключает каждый входной канал на определенный временной интервал (его называют также тайм-слот или "интервал коммутации" или "цикл"), необходимый для посылки выборки (или какой-то фиксированной части) сигнала в данном канале.

Рис. 1.3. Схема формирования основной канальной группы

Сформированный таким образом поток выборок от разных входных каналов направляется в канал связи. На его приемной стороне демультиплексор с помощью аналогичного коммутатора и фильтров нижних частот выделяет отдельные выборки и распределяет их по соответствующим каналам. Важно то, что коммутаторы на передающей и приемной стороне должны работать синхронно, т.е. должны быть синхронизированы. Схема временного мультиплексирования выборок приведена на рис. 1.4.

Для ИКМ в телефонных сетях коммутатор должен обращаться с периодом равным периоду дискретизации  тогда интервал коммутации канала . где n – число входных каналов мультиплексора, или мкс. Если мультиплексируются 24 канала, то мкс. Однако введенное понятие интервала коммутации как фиксированной величины верно в идеальном случае. На практике в ряде случаев оно условно, а сам процесс коммутации может быть неравномерным.

Рис. 1.4. Схема временного мультиплексирования выборок

Действительно, для синхронизации коммутаторов должен использоваться некий синхроимпульс или его цифровой аналог (например, последовательность вида “11..11” определенной длины). Если он передается по какому-то внешнему каналу управления, то рассмотренная схема идеального мультиплексирования абсолютно верна, если же используется внутриканальная синхронизация, то процесс синхронизации сводится к вставке дополнительного, так называемого выравнивающего, байта или группы байт после m выборок, либо организаций более сложной повторяющейся структуры в потоке выборок, включающей m выборок и k полей определенной длины или выравнивающих бит. Эта структура может быть разной, но она фиксирована для конкретной схемы кодирования ИКМ и носит название кадр или фрейм в терминологии связистов цикл. Несколько фреймов могут объединяться в ещё более сложную структуру под названием мультифрейм, в терминологии связистов " сверхцикл ". Период повторения фрейма – это время, требуемое на один полный цикл коммутаций с учетом времени вставки выравнивающей группы бит. Пример его вычисления при наличии выравнивающей группы бит, рассмотрен более подробно в § 1.4.2.

Другим непривычным моментом (в, казалось бы, ясной схеме временного мультиплексирования, используемой в компьютерных системах) является либо наличие в поле выборки бита, уменьшающего разрядную сетку выборки на один бит (с 7 до 6 или с 8 до 7), либо использование для целей сигнализации целых интервалов коммутации или тайм-слотов.