Un'altra tecnica di multiplazione. largamente impiegata per trasmettere segnali modulati con portante impulsiva PAM o più frequentemente PCM, sfrutta il fatto che il contenuto informativo di un segnale può essere trasmesso fedelmente anche solo rilevando, con frequenza opportuna, campioni discreti del segnale stesso. La multiplazione di più canali su un unico mezzo trasmissivo è quindi ottenuta campionando sequenzialemente i segnali di ciascun canale e convogliando i campioni ottenuti su un'unica linea. Lo schema di fig. 2a illustra questo processo chiamato multiplazione a divisione di tempo (TDM: Time Division Multiplexing). I cinque segnali da trasmettere sono segnali vocali con larghezza di banda B = 3,4 kHz; il commutatore (in realtà realizzato con un dispositivo di commutazione elettronico) compie 8000 rotazioni al secondo in modo che ciascun canale di ingresso risulta collegato al canale di trasmissione ogni 125 m s e per un tempo massimo di 125 5 = 25 m s. In fig. 2b è rappresentato il segnale risultante vi trasmesso. La frequenza con cui il commutatore campiona i vari segnali è fc = 8 kHz, il che è pienamente compatibile con il teorema del campionamento (fc >2B).
Fig. 2 Multiplazione di cinque canali con tecnica TDM: a) Schema di principio; b)Segnale risultante
Al terminale di ricezione si dovrà avere un demultiplatore opportunamente sincronizzato che distribuisca i campioni di segnale ai canali di uscita appropriati. E questo un problema rilevante, specie in sistemi di trasmissione ad alta velocità e a lunga distanza: esso viene risolto con diverse tecniche fra cui quella di inviare periodicamente, sullo stesso mezzo trasmissivo, impulsi di sincronizzazione intercalati agli impulsi relativi all'informazione ma distinguibili da questi ultimi.
La tecnica TDM qui descritta viene oggi largamente utilizzata nei sistemi di trasmissione PCM. In questo caso i segnali degli N canali di ingresso, dopo essere stati campionati sequenzialmente ad intervalli regolari, vengono codificati in forma digitale ad n bit e convertiti in gruppi di impulsi per essere infine convogliati in un unico segnale PCM multicanale. In fig. 3 è illustrato un sistema di trasmissione TDM-PCM a 4 canali con i relativi segnali digitali e il segnale PCM multicanale risultante.
Fig. 3 Sistema di trasmissione TDM-PCM; Segnali sui 4 canali convertiti informa digitale e segnale PCM Multicanale
Se la frequenza di campionamento degli N canali è, come per i segnali fonici. fc = 8 kHz, l'intervallo di tempo disponibile per il campionamento ciclico. le operazioni di codifica e trasmissione (chiamato anche frame o trama del sistema) è pari a l/ fc = 125 m s. Con N canali di ingresso, gli intervalli di tempo dedicati a ciascun canale (IT: Intervallo di tempo di canale o time slot) avranno una durata IT = 125/N m s.
Si noti che, se ciascun campione di segnale è codificato con n bit, poi convertiti in n impulsi, ciascun bit sui canali di ingresso dovrà avere una durata massima di 125/n m s, mentre ciascun impulso sul canale multiplo PCM avrà una durata pari a 125/Nn m s In altri termini, le frequenze dei segnali numerici sui canali da multiplare (f:frequenza di cifra di canale) e sulla linea multicanale( fT: frequenza di cifra di trama) saranno, rispettivamente.
f=(n/125*10-6)bit/s fT=(nN/125*10-6)bit/s
(1)
Si osservi che nello schema di fig. 3 la multiplazione è di tipo digitale, cioè avviene sui singoli segnali PCM, Un'altra tecnica, la cui diffusione si va però riducendo, prevede la generazione di segnali PAM o la multiplazione di essi mediante un multiplatore analogico; il segnale ottenuto viene poi quantizzato e codificato in impulsi PCM.
Riferendosi al sistema telefonico, in cui la tecnica TDM-PCM è molto usata, la trama ha, come si è detto, una durata di 125 m s e i canali multiplati sono generalmente N = 32, di cui 30 per la comunicazione vera e propria e 2 per i servizi di sincronizzazione e segnalazione (normalizzazione europea). Pertanto gli intervalli di tempo di canale hanno durata IT = 3.9 m s Poiché inoltre viene utilizzato un codice a 8 bit, il segnale PCM trasmesso ha una frequenza di 2,048 Mbit/s (comunemente si parla di 2 Mbit/s) ed in esso sono convogliati 32 segnali numerici a 64 kbit/s.
I collegamenti numerici a 2 Mbit/s possono essere realizzati su cavi a coppie simmetriche (doppini), attraverso ponti radio oppure mediante inserimento in apparati di multiplazione di ordine gerarchico superiore. Nel primo caso le attenuazioni e le distorsioni introdotte dalla linea, i disturbi e le interferenze impongono l'inserimento di elementi rigeneratori ogni 1,5 ¸ 2,5 km; questo fatto incide sul costo dei collegamenti che vengono quindi utilizzati in ambiti piuttosto limitati. Per collegamenti a distanze superiori a 20 km vengono realizzati sistemi di trasmissione in ponte radio a 2 Mbit/s modulando con tecnica OOK una portante nella banda RF compresa fra 12 e 13 GHz.
La multiplazione, sempre con tecnica TDM, di più segnali PCM a 2 Mbit/s consente di ottenere segnali numerici di velocità molto superiore e di sfruttare maggiormente i mezzi trasmissivi ad elevata banda passante quali i cavi coassiali, i ponti radio a banda video e le fibre ottiche. Impiegando multiplatori a 4 canali (canali tributari) si possono convogliare su un unico mezzo di trasmissione le informazioni relative a 4 x 30 = 120 canali di ingresso (più 8 canali di servizio) con una velocità di trasmissione dell'ordine di 8 Mbit/s. Con multiplazioni successive si possono concentrare canali tributari di ordine superiore ottenendo segnali numerici relativi a 480, 1920 e anche 7680 canali.
I numerosi vantaggi offerti dall'impiego del sistema di comunicazione TDM-PCM invece di quello analogico in banda base o di quello FDM si possono riassumere nei seguenti punti:
A ciò si aggiunge il fatto che le prospettive e lo sviluppo in atto concernenti l'integrazione dei servizi (telefonia, trasmissione dati, telegrafia, videotelefonia) trovano nei sistemi di comunicazione digitali condizioni del tutto adeguate così come l'affermarsi di nuovi mezzi trasmissivi (fibre ottiche) ben si adatta alla trasmissione di tipo numerico.
