Für die Übertragung eines nach der ITU-T-Empfehlung G.711 PCM-codierten Fernsprechsignals ist eine Bitrate von 64 kbit/s notwendig. Moderne Übertragungssysteme sind für die Übertragung wesentlich höherer Bitraten geeignet und für die Belegung mit einzelnen auch höherratigen Signalen zu teuer.

Die Übertragungssysteme werden daher mit mehreren Signalen belegt, die so zusammengefaßt sein müssen, daß sie am Empfangsort wieder voneinander getrennt werden können. Die Zusammenfassung am Sendeort wird durch einen Multiplexer, die Trennung am Empfangsort durch einen Demultiplexer realisiert. Bei bidirektionalem Betrieb ist an beiden Enden je ein Multiplexer und ein Demultiplexer nötig.

Bei der Frequenzmultiplextechnik (Beispiel Rundfunk) liegen die Einzelsignale in verschiedenen Frequenzbereichen, und zum Demultiplexen werden elektrische Filter benutzt. Bei der  Adreßmultip1extechnik (Beispiele: Paketnetze,Internet) enthält jedes Signal eine Adreßinformation,  die zum Demultiplexen ausgewertet wird. Bei der Codemu1tip1extechnik (Beipiel: Zukünftige Mobilfunknetze) werden die Nutzsignale mit verschiedenen Codesignalen multipliziert und dann überlagert. Zum Demultiplexen muß das Summensignal mit dem passenden Code multipliziert werden, um einen bestimmten Einzelkanal zurückzugewinnen.

Bei der Zeitimultiplextechnik sind digitale Signale zeitlich nach einem festen Schema miteinander verschachtelt. Beim Demultiplexen wird die Zeitlage der Einzelkanäle benutzt. Diese Technik ist die Grundlage aller modernen Telekommunikationsnetze.

Bei manchen Anwendungen (Mobilfunk, Satellitenfunk) werden Zeitmultiplexsignale ihrerseits nach dem Frequenzmultiplexverfahren zusammengefaßt. Bei Glasfasern werden mehrere Zeitmultiplexsignale auf der gleichen Faser im Wellenlängen-Multiplex übertragen.
 

1. Grundlagen der Zeitmultipllextechnik

Bei der Bildung eines Zeitmultiplexsignals wird die Dauer der einzelnen Schritte (Bits) des Einzelkanalsignals um einen Faktor n reduziert (Zeitkompression). In die dadurch entstehenden Zeitlücken werden die  ebenfalls  zeitkomprimierten Bits  anderer Einzelkanal-Signale eingefügt, so daß das Multiplexsignal die In-formation mehrerer Einzelkanäle enthält.
Es entsteht eine periodisch wiederkehrende Struktur, der Multiplexrahmen; im Bild 1 besteht er aus 4 Bits. Kennzeichnend für einen Zeitmultiplexrahmen ist, daß zu jedem Einzelkanal-Signal Information (hier je 1 Bit) enthalten ist und daß die Reihenfolge der Bits im Rahmen festliegt.
 
 

1.2 Rahmensynchronisation

Der Demultiplexer muß die Teilinformationen den abgehenden Ein-zelkanälen wieder zuteilen; er orientiert sich an der bekannten Zeitlage der Signale im Multiplexrahmen  Dazu muß aber am Empfangsort Anfang und Ende des Rahmens bitgenau bestimmt werden. Dies geschieht mit Hilfe von Zusatzinformation, die bei der Mutiplexbildung an definierten Stellen in den Rahmen eingefügt wird, und mittels eines Zählers, der mit dem Schrittakt arbeitet.

Die Zusatzinformation wird Rahmenkennwort (RKW) oder Synchronwort genannt und hat stets die gleiche Bitfolge als Inhalt, so daß sie vom Demultiplexer lokalisiert werden kann. Der Zähler im Demultiplexer zählt die Bits zwischen zwei RKW ab und zeigt daher nach einer Rahmenlänge auf das jeweils nächste RKW.

Die folgenden Bilder zeigen die Rahmensynchronisation am Beispiel des Standard-PCM-Systems der Bitrate 2,048 Mbit/s (PCM3O-System, siehe Abschnitt 1.4). Bei diesem System wird ein 8-Bit-RKW in jedem zweiten Rahmen eingesetzt und die Rahmenlänge ist 256 Bits.

Es wird gefordert, daß die   Nachrichtenübertragung transparent d.h. jede Bitfolge zulässig ist. Damit können im Nutzsignal zum RKW identische Strukturen auftreten (Pseudo-Rahmenkennworte).

Die Anzahl der auf diese Weise verfä1schten RKW pro Zeiteinheit wird bei älteren Systemen für die Qualitätsüberwachung ermittelt.
Moderne Systeme benutzen stattdessen einen fehlererkennenden Code (CRC-4-Verfahren).

Nach einem Bitschlupf wird das RKW regelmäßig an der falscher Stelle gesucht, weil der Zähler auf diese Stelle zeigt:

 
 In diesem Fall werden im Gegensatz zu Bild 4 alle auf den Bitschlupf folgenden RKW als falsch erkannt. Für die erforderliche Rahmensynchronisation wird abgewartet, bis 3 aufeinander folgende RKW falsch sind. Damit wird weitgehend vermieden, daß Bitfehler zu nicht notwendigen Resynchronisationsläufen führen. Die Zahl 3 gilt nur für PCM3O; für andere Multiplexsignale gibt es abweichende Zahlen. Wenn der Synchronausfall auf diese Weise festgestellt worden ist, werden die Daten der betreffenden Rahmen als ungültig deklariert.

Für die Resynchronisation wird das RKW im gesamten Rahmen gesucht. Wird eine RKW-Struktur gefunden, so wird der Zähler gestartet und einen Rahmen später an der gleichen Stelle auf das RKW geprüft. Nur in diesem Zustand kann es zu Verwechslungen mit den Pseudo-RKW kommen:

Da ein Pseudo-RKW gefunden wurde, ist die Prüfung auf das nächste RKW im allgemeinen negativ; es ist sehr unwahrscheinlich, daß an der gleichen Stelle im übernächstenRahmen als Nutzsignal wieder die RKW-Bitfolge steht. Selbst wenn dieser Fall auftreten sollte, wird er nicht dauerhaft sein, so daß selbst bei einer scheinbar erfolgreichen Synchronisation auf die Pseudo-RKW nach kurzer Zeit ein erneuter Synchronausfall und Synchronsuchlauf folgt.

Wird ein echtes RKW gefunden, so ist die Prüfung auf das nächste RKW positiv, wenn keine Bitfehler vorliegen:

Nach 2 (PCM3O) als richtig festgestellten RKW gilt die Strecke als resynchronisiert; die Daten werden wieder freigegeben.
 

1.3 Arten der Verschachtelung
 

Nach Bild 1 wurde nacheinander von jedem Einzelkanal-Signal je ein Bit entnommen und dieser Vorgang periodisch wiederholt. Diese Art der Multiplexbildung wird Bitverschachte1ung genannt.

In vielen Fällen liegen die Einzelkanal-Signale in strukturierter Form vor; es gibt also Gruppen von zusammengehörigen Bits, z.B. die 8 Bits, die aus einem Abtastwert bei der PCM-Codierung von Fernsprechsignalen nach G.711 entstehen. Das Zeitmultiplexsignal kann dann so gebildet werden, daß die Bitgruppe im Multiplexsignal zusammen bleibt, dies wird als Bitgruppenverschachtelung bezeichnet:

1.4 PCM3O-System nach der ITU-T-Empfehlung G.704

Dieses System ist das Basissystem der Telekommunikationsnetze in Europa. Signale kleinerer Bitrate werden in solchen Systemen zu-sammengefaßt. PCM3O-Systeme bilden andererseits die unterste Stufe bei der Bildung von Multiplexsignalen höherer Ordnung.

Es werden 32 Signale der Bitrate 64 kbit/s byteverschachtelt zusammengefaßt, die Bitrate ist also 32*64 = 2048 kbit/s:

Die Bitgruppen werden im Multiplexsignal als Zeitschlitze (time slots) bezeichnet; jeder Zeitschlitz steht für eine übertragene Bitrate von 64 kbit/s. Der Zeitschlitz 0 trägt wie im Abschnitt
1.2 beschrieben abwechselnd das Ramenkennwort RKW und das Meldekennwort MW. Die Zeitschlitze 1 bis 15 und 17 bis 31 werden normalerweise für die Übertragung von Fernsprech- oder ISDN-Signalen benutzt,  sie können aber auch mit Daten belegt werden (Sprach/ Daten-Multiplexer).

Der Zeitschlitz 16 war ursprünglich ausschließlich für die Zeichengabe der 30 Systemkanäle reserviert. Da heute die systemgebundene (kanalgebundene) Zeichengabe nicht mehr benutzt wird, kann der Zeitschlitz 16 entweder als zentraler Zeichenkanal im Zeichengabenetz oder als zusätzlicher Sprachkanal genutzt werden.
Bei ISDN-Primärmultiplexanschlüssen wird die gleiche Rahmenstruktur angewendet, und im Zeitschlitz 16 wird die Zeichengabeinformation nach dem ISDN-D-Kanalprotokoll übertragen.

Das erste Bit des RKW und des MW wird für die Fehlerüberwachung nach der CRC4-Prozedur verwendet. Die restlichen 7 Bits des RKW sind für die Rahmensynchronisation gedacht und daher immer gleich. Das zweite Bit des Meldewortes liegt zur deutlichen Unterscheidung vom RKW immer auf 1. Die Bits D und N sind für dringende (D) oder nicht dringende (N) Alarmmeldungen vorgesehen. Die mit Y bezeichneten Bits sind zur nationalen Ver-wendung freigegeben.
Bei ISDN-Primärmultiplexanschlüssen wird die gleiche Rahmenstruk-tur angewendet, und im Zeitschlitz 16 wird die Zeichengabeinformation nach dem ISDN-D-Kanalprotokoll übertragen.

Das erste Bit des RKW und des MW (Bit C im Bild 9) wird für die Fehlerüberwachung nach der CRC4-Prozedur verwendet. Die restlichen 7 Bits des RKW sind für die Rahmensynchronisation gedacht und daher immer gleich. Das zweite Bit des Meldewortes liegt zur deutlichen Unterscheidung vom RKW immer auf 1. Die Bits D und N sind für dringende (D) oder nicht dringende (N) Alarmmeldungen vorgesehen. Die mit Y bezeichneten Bits sind zur nationalen Ver-wendung freigegeben.