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時分割多重（TDM）は、伝送線の両端に同期スイッチを設けることで、共通の信号経路上で独立した信号を送受信する方式です。これにより、各信号は合意された規則に従って、例えば各送信機が順番に動作する場合など、一定時間だけ伝送線上に現れます。伝送媒体のビットレートが送信する信号のビットレートを超える場合に使用できます。この信号多重方式は、19世紀後半に電信システムなどの電気通信分野で開発されましたが、20世紀後半にはデジタル電話において最も一般的な用途が見出されました。
時分割多重方式は、当初、電信における用途として、単一の伝送線路上で複数の通信を同時に行うために開発された。1870年代、エミール・ボードーは、複数のヒューズ式電信機を用いた時分割多重方式を開発した。
1944年、イギリス陸軍は無線機10号機を使用して、最大50マイル離れた場所までマイクロ波中継で10件の電話会話を多重化しました。これにより、戦地の指揮官はイギリス海峡を越えてイギリスの司令部と連絡を取り合うことができました。[ 1 ]
1953年、RCAコミュニケーションズは、ニューヨーク州ブロードストリートにあるRCAの施設、ロッキーポイントにある送信局、ニューヨーク州ロングアイランドのリバーヘッドにある受信局の間で音声情報を送信するために、24チャンネルの時分割多重化装置を商用運用に導入した。通信はロングアイランド全域でマイクロ波システムによって行われた。実験的なTDMシステムは、1950年から1953年にかけてRCA研究所によって開発された。[ 2 ]
1962年、ベル研究所のエンジニアは、ベル中央局のアナログ交換機間の4線式銅幹線上で24個のデジタル音声通話を結合する最初のD1チャネルバンクを開発しました。回線の両端にチャネルバンクを設けることで、1本の回線で最大24個の音声通話を1/8000秒の短い区間ずつ順番に伝送することが可能になりました。幹線上の離散信号は1.544 Mbit/sで、毎秒8000 個のフレーム があり、各フレームは 24 個の連続したオクテットと 1 個のフレーミング ビットで構成されています。フレーム内の各オクテットは、順番に 1 つの電話通話を伝送します。したがって、24 回の音声通話はそれぞれ 64 kbit/s の固定ビットレートの 2 つのストリーム (各方向に 1 つずつ) にエンコードされ、トランク回線の受信側の補完機器によって従来のアナログ信号に変換されます。[ 3 ]
時分割多重化は主にデジタル信号に使用されますが、上記のようにアナログ多重化にも適用できます。アナログ多重化では、2 つ以上の信号またはビット ストリームが、1 つの通信チャネルのサブ チャネルとして同時に転送されますが、物理的にはチャネル上で順番に使用されます。[ 4 ]時間領域は、各サブ チャネルごとに 1 つの固定長の繰り返しタイム スロットに分割されます。サブ チャネル 1 のサンプル バイトまたはデータ ブロックはタイム スロット 1 で送信され、サブ チャネル 2 はタイム スロット 2 で送信されます。1 つの TDMフレームは、サブ チャネルごとに 1 つのタイム スロットと、通常は同期チャネル、場合によっては誤り訂正チャネルで構成されます。これらすべてが終わると、新しいフレームでサイクルが再び開始され、サブ チャネル 1 からの 2 番目のサンプル、バイトまたはデータ ブロックから始まります。
TDMはさらに拡張して時分割多重アクセス（TDMA）方式となり、同じ物理媒体（例えば同じ周波数チャネル）に接続された複数のステーションが通信できるようになります。応用例としては以下のようなものがあります。
公衆交換電話網(PSTN)などの回線交換ネットワークでは、伝送媒体の帯域幅を効果的に利用するために、同じ伝送媒体上で複数の加入者通話を送信することが望ましい。[ 5 ] TDM により、送信側と受信側の電話交換機が伝送ストリーム内にチャネル (支流)を作成できる。標準のDS0音声信号は、データビットレートが 64 kbit/s である。[ 5 ] [ 6 ] TDM 回線は、はるかに高い信号帯域幅で動作し、帯域幅を各音声信号用の時間フレーム (タイムスロット) に分割して、送信機によって回線に多重化することができる。TDM フレームがn 個の音声フレームで構成されている場合、回線帯域幅はn * 64 kbit/s となる。[ 5 ]
TDMフレーム内の各音声タイムスロットはチャネルと呼ばれます。ヨーロッパのシステムでは、標準TDMフレームには30のデジタル音声チャネル（E1）が含まれており、アメリカのシステム（T1）では24のチャネルが含まれています。どちらの規格にも、シグナリングビットと同期ビットのための追加ビット（またはビットタイムスロット）が含まれています。[ 5 ]
24 または 30 を超えるデジタル音声チャネルを多重化することを高次多重化と呼びます。高次多重化は、標準 TDM フレームを多重化することによって実現されます。たとえば、ヨーロッパの 120 チャネル TDM フレームは、4 つの標準 30 チャネル TDM フレームを多重化することによって形成されます。各高次多重化では、直近の低次からの 4 つの TDM フレームが結合され、n *64 kbit/s の帯域幅を持つ多重化が作成されます。ここで、n = 120、480、1920 などです。[ 5 ]
同期TDMには、T1、SONET/SDH、ISDNの3種類があります。[ 7 ]
プレシオクロナスデジタル階層(PDH) は、高次フレームを多重化するための標準として開発されました。PDH は、ヨーロッパ標準の 30 チャネル TDM フレームを多重化することで、より多くのチャネルを作成しました。このソリューションはしばらくの間機能しましたが、PDH にはいくつかの固有の欠点があり、最終的に同期デジタル階層(SDH) の開発につながりました。SDH の開発を推進した要件は次のとおりです。[ 5 ] [ 6 ]
SDH は、ほとんどの PSTN ネットワークで主要な伝送プロトコルとなっています。これは、1.544 Mbit/s 以上のストリームを多重化して、同期トランスポート モジュール (STM) と呼ばれるより大きな SDH フレームを作成できるように開発されました。STM-1 フレームは、多重化されて 155.52 Mbit/s のフレームを作成する小さなストリームで構成されています。SDH は、イーサネット、PPP、ATM などのパケット ベースのフレームも多重化できます。 [ 5 ] [ 6 ]
SDHは伝送プロトコル（OSI参照モデルのレイヤ1 ）と考えられていますが、上記の3番目の箇条書きの要件にあるように、いくつかのスイッチング機能も実行します。[ 5 ]最も一般的なSDHネットワーク機能は次のとおりです。
SDHネットワーク機能は高速光ファイバーを使用して接続されます。光ファイバーは光パルスを使用してデータを伝送するため、非常に高速です。最新の光ファイバー伝送では、波長分割多重（WDM）が利用されており、ファイバーを介して伝送される信号は異なる波長で伝送され、伝送用の追加チャネルが作成されます。これにより、リンクの速度と容量が増加し、結果として単位コストと総コストの両方が削減されます。[ 5 ] [ 6 ]
統計的時分割多重方式（STDM）は、TDMの高度なバージョンであり、端末のアドレスとデータ自体を同時に送信することで、ルーティング効率を向上させます。STDMを使用することで、帯域幅を1本の回線に分割することが可能になります。多くの大学や企業のキャンパスでは、帯域幅の分配にこのタイプのTDMが使用されています。
ネットワークに入力される10Mbit回線では、STDMを使用することで、178台の端末にそれぞれ専用の56k接続（178×56k＝9.96Mb ）を提供できます。しかし、より一般的な使い方は、必要な帯域幅だけを割り当てることです。STDMは各端末にタイムスロットを予約するのではなく、端末がデータの送受信を必要とする時にスロットを割り当てます。
TDMは、その基本形態において、チャネル数が固定され、チャネルあたりの帯域幅が一定の回線モード通信に使用されます。帯域幅の予約は、時分割多重方式を統計的多重方式（例えば統計的時分割多重方式）と区別する要素です。純粋なTDMでは、タイムスロットは固定された順序で繰り返し使用され、パケットごとにスケジュールされるのではなく、チャネルに事前に割り当てられます。
動的TDMAでは、スケジューリングアルゴリズムが、各データストリームのトラフィック需要に基づいて、各フレーム内の可変数のタイムスロットを可変ビットレートのデータストリームに動的に割り当てます。[ 8 ]動的TDMAは、以下の用途で使用されています。
非同期時分割多重化（ATDM）[ 7 ]は、 STDMが固定タイムスロットを使用する古い方式である同期時分割多重化を指す別の命名法です。
この記事は、連邦規格1037C（一般調達局）からのパブリックドメイン資料を組み込んでいます。 2022年1月22日にオリジナルからアーカイブされました。 （ MIL-STD-188に準拠）