[physical Layer] TDM

Multiplexing이란 여러 개의 저역 링크를 묶어서 하나의 큰 대역 링크로 동시에 보내는 테크닉이다. 

여기서, TDM(Time Division Multiplexing)이란 여러 개의 디지털 데이터 전송을 전송률이 높은 큰 하나의 디지털 링크로 묶어서 시간마다 번갈아가며 데이터를 보내는 방식이다.

TDM에는 두가지 종류가 있는데

1. Synchronous TDM

2. Internet에 이용되는 statistical TDM이 있다.

1. Synchronous Time-Division Multiplexing

여러개의 디지털 신호를 하나의 고속 링크로 Multiplexing하기 위해서는 각 Digital source에서 한번에 전송하는 데이터의 bit duration(T)과 출력의 frame duration(T)이 같아야 한다.  

예를 들어 각 입력 연결의 bit rate가 1kbps이고 한번에 한 비트씩 Multiplexing될 경우, 각 Digital source의 bit duration = 1(bit rate)=1/1kbps = 1ms이고 출력 프레임의 frame duration 또한 1ms이다. 여기서 입력 회선이 3개이면 출력의 한 비트당 bit duration은 입력의 1/3배가 되어 0.3ms가 된다.

Synchronous TDM의 문제점은 입력 채널의 전송 데이터가 없을 경우 빈 슬롯이 할당된다.

고속의 TDM의 경우 synchronization문제가 발생 할 수 있기 때문에 이를 위한 비트는 추가한다.

2. statistical Time-Division Multiplexing

sync TDM은 입력 채널의 데이터가 없을 경우 빈 슬롯이 할당되어 대역폭 낭비를 초래한다. 컴퓨터 등에서 발생하는 데이터는 일반적으로 비연속적으고 간헐적으로 많은 데이터가 몰리는 특성을 가지기 때문에 sync TDM은 맞지않다.

 이에 대한 해결방안으로 statistical TDM은 입력 채널에 데이터가 있을 때만 슬롯을 할당하는 방식이다. 일반적으로 각 입력 채널에 버퍼를 설치하여 데이터를 임시 보관한다. 데이터를 출력하기 위해서는 그 구분을 위해 각 슬롯에 주소 지정이 필요하고, 따라서 주소를 위한 오버헤드가 발생한다.

실제로는 statistical TDM은 많이 사용하지 않지만, 현재 인터넷(패킷 교환망)은 일종의 statistical TDM이라고 볼 수 있다.

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Chapter 6

Q6-1 Distinguish between synchronous and statistical TDM.

두 방식의 주요한 차이점은 타임 슬롯이 전송 장치에 따라서 다르다는 것이다.

동기화 방식에서는 한 장치에서 데이터를 보내지 않을 경우 타임 슬롯이 낭비되는 데, 이 를 해결 하기위하여 통계적인 TDM이 나왔다. 통계적 TDM은 테이터를 보낼 경우에만 헤 더를 붙여서 타임슬롯을 할 당하기 때문에 낭비되는 타임 슬롯이 없다. 

 

P6-1 We need to use synchronous TDM and combine 20 digital sources, each of 200Kbps. Each output slot carries 2 bit from each digital source, but one extra bit is added to each frame for synchronization. Answer the following questions:

a. What is the size of an output frame in bits?

출력 frame은 각 입력 회선의 2bit를 전송한다. 

거기에 frame 끝에 1extra bit를 붙 인다. frame size = 20*2 + 1 = 41bits

b. What is the output frame rate?

각 출력 frame은 2bit를 전송한다. 따라서 각 입력 회선의 2bit의 bit rate과 출력의 frame rate이 같아야 한다. 

frame rate = 200K*1/2 = 100K frame/s

c. What is the duration of an output frame?

frame duration = 1/(frame rate) = 1/100K= 0.01ms

d. What is the output data rate?

(100K frame/s) * (41bit/frame) = 4.1Mbps

e. What is the efficiency of the system(ratio of useful bits to total bits)?

각 frame은 41비트당 40비트가 useful하다. 따라서 40/41 * 100 = 97%

 

P6-11 Assume that a voice channel occupies a bandwidth of 4KHz. We need to multiplex 12 voice channels with guard band of 500Hz using FDM. Calculate the required bandwidth.

(4KHz*12) + (500Hz*11) = 53.5KHz

 

P6-14 Answer the following questions about a T-1 line:

a. What is the duration of a frame?

(sec/frame) = 1/64k(sec/bit) * 8(bit) = 125us

b. What is the overhead(number of extra bits per second)?

(frame/sec) = 8000bps