【通信工学】時分割多重伝送方式の原理と計算問題

時多重分割伝送方式(TDM)とは

ある信号をパルス波にして送信するとき、空き時間に別の信号を送信する方式です。(TDM：Time-division multiplexingの略です。)

本伝送方式を用いることで、複数の信号を同じ通信路で送信することができます。

以前の記事で、PCM伝送について説明しました。

信号”6″(2進数では110)を送信したいとき、パルス波を110の順で送信すれば良いです。

ただ、この送信が比較的すぐに終了し、次回の送信周期まで時間が余った時はどうなるでしょうか。特に何も意味のない時間になってしまいます。

そこで、下記のように空き時間に別の信号を送信することを考えます。

同じ時間軸で別の信号を代わる代わる送信することから、時多重分割伝送方式と言います。

ある信号の送信をパルス波で送信し終え、別の信号の送信を開始するときは制御bitを打つことで、受信側に切替を通知します。

また、送信したい信号を一通り送信完了し、次回のナイキスト間隔で1つ目の信号の値を更新するとき、フレーム同期ビットを通知することで、受信側に更新を通知します。

時多重分割伝送方式のビットレート

1信号分のビットレート*チャネル数

以前の記事で詳しく紹介しています。

量子化レベルを表すことができるbit数を算出し、ナイキスト周波数を乗算することで1信号分のビットレートを求められます。

今回、複数の信号を送信していることから、信号の数(チャネル数)を上記結果に乗算することで、求めることができます。

制御ビットのビットレート

前節の通り、制御ビットは、信号が切り替わるタイミングごとに1ビット立ちます。

よって、信号を送信するナイキスト間隔1回につき、チャネル数分ビットが立ちます。

チャネル数にナイキスト周波数を乗算すれば、ビットレートを求めることができます。

フレーム同期ビットのビットレート

ナイキスト間隔1回につき、1回だけビットが立ちます。

よって、ナイキスト周波数分、1秒にフレーム同期ビットが立ちます。

これが、求めるビットレートです。

周波数多重分割伝送方式(FDM) ※参考

前章では、時間領域で別の信号を切り替えて送信していました。

他、周波数領域でも別の信号を送信する方式があります。

周波数多重分割伝送方式と言います。(FDM：Frequency-division multiplexingの略です。)

周波数が異なる搬送波を使用し、それぞれに別の信号を割り当てます。この結果、周波数帯域ごとに異なる信号が割り当てられ、スペクトルが干渉しないです。

受信側では、必要な周波数帯域の信号をフィルタで通し復調します。(下記概要図)

解答例

1信号分のビットレート*チャネル数

512ビットレベルの量子化なので、${\log }_{2}512=9bit$の符号になる。

1チャネル分伝送したときのビットレートは、ナイキスト周波数が4kHzのため

$$\begin{array}{}\text{(1)}& \begin{array}{r}4\ast 9=36[kbit/sec]\end{array}\end{array}$$

これを24チャネル伝送することを考える。上式の結果を24倍すれば良いので

$$\begin{array}{}\text{(2)}& \begin{array}{r}36\ast 24=864[kbit/sec]\end{array}\end{array}$$

制御ビットのビットレート

前節の説明から、チャネル数24にナイキスト周波数を乗算すれば良いので

$$\begin{array}{}\text{(3)}& \begin{array}{r}24\ast 4=96[kbit/sec]\end{array}\end{array}$$

フレーム同期ビットのビットレート

ナイキスト周波数と同じなので、$4[kbit/sec]$

結果

(1)~(3)式を合計すれば良いので

$$\begin{array}{}\text{(4)}& \begin{array}{r}864+96+4=964[kbit/sec]\end{array}\end{array}$$

参考文献

通信システム工学：安達文幸(著) P142-144