Multipleksowanie to technika używana do łączenia i wysyłania wielu strumieni danych za pośrednictwem jednego medium. Proces łączenia strumieni danych nazywany jest multipleksowaniem, a sprzęt używany do multipleksowania nazywany jest multiplekserem.

ciąg w c

Multipleksowanie osiąga się za pomocą urządzenia zwanego multiplekserem ( MUX ), który łączy n linii wejściowych w celu wygenerowania jednej linii wyjściowej. Multipleksowanie odbywa się w oparciu o zasadę wiele do jednego, tj. n linii wejściowych i jedną linię wyjściową.

Demultipleksowanie osiąga się za pomocą urządzenia zwanego demultiplekserem ( DEMUX ) dostępne po stronie odbiorczej. DEMUX rozdziela sygnał na sygnały składowe (jedno wejście i n wyjść). Można zatem powiedzieć, że demultipleksacja przebiega w oparciu o podejście jeden do wielu.

Dlaczego multipleksowanie?

• Medium transmisyjne służy do przesyłania sygnału od nadawcy do odbiorcy. Medium może mieć tylko jeden sygnał na raz.
• Jeśli istnieje wiele sygnałów współużytkowanych przez jedno medium, wówczas medium należy podzielić w taki sposób, aby każdemu sygnałowi przydzielono pewną część dostępnego pasma. Na przykład: jeśli jest 10 sygnałów, a szerokość pasma medium wynosi 100 jednostek, wówczas 10 jednostek jest współdzielonych przez każdy sygnał.
• Gdy wiele sygnałów korzysta ze wspólnego medium, istnieje możliwość kolizji. Aby uniknąć takiej kolizji, zastosowano koncepcję multipleksowania.
• Usługi przesyłowe są bardzo drogie.

Historia multipleksowania

• Technika multipleksowania jest szeroko stosowana w telekomunikacji, w której kilka rozmów telefonicznych jest prowadzonych jednym przewodem.
• Multipleksowanie powstało w telegrafii na początku lat siedemdziesiątych XIX wieku i jest obecnie szeroko stosowane w komunikacji.
• Opracował go George Owen Squier multipleksowanie operatora telefonicznego w 1910.

Pojęcie multipleksowania

• Linie wejściowe „n” są przesyłane przez multiplekser, a multiplekser łączy sygnały, tworząc sygnał złożony.
• Sygnał złożony przechodzi przez demultiplekser, a demultiplekser oddziela sygnał od sygnałów składowych i przesyła je do odpowiednich miejsc docelowych.

Zalety multipleksowania:

• Przez jedno medium można przesłać więcej niż jeden sygnał.
• Można efektywnie wykorzystać przepustowość medium.

Techniki multipleksowania

Techniki multipleksowania można sklasyfikować jako:

Multipleksowanie z podziałem częstotliwości (FDM)

• Jest to technika analogowa.
Multipleksowanie z podziałem częstotliwościto technika, w której dostępna szerokość pasma pojedynczego medium transmisyjnego jest dzielona na kilka kanałów.

• Na powyższym schemacie pojedyncze medium transmisyjne jest podzielone na kilka kanałów częstotliwości, a każdy kanał częstotliwości jest przydzielany różnym urządzeniom. Urządzenie 1 ma kanał częstotliwości z zakresu od 1 do 5.
• Sygnały wejściowe są przekształcane na pasma częstotliwości przy użyciu technik modulacji i łączone za pomocą multipleksera w celu utworzenia sygnału złożonego.
• Głównym celem FDM jest podzielenie dostępnego pasma na różne kanały częstotliwości i przydzielenie ich różnym urządzeniom.
• Stosując technikę modulacji, sygnały wejściowe są przesyłane do pasm częstotliwości, a następnie łączone w celu utworzenia sygnału złożonego.
• Nośniki używane do modulowania sygnałów nazywane są podprzewoźnicy . Są one reprezentowane jako f1, f2..fn.
FDMstosowany jest głównie w audycjach radiowych i sieciach telewizyjnych.

Zalety FDM:

• FDM jest używany do sygnałów analogowych.
• Proces FDM to bardzo prosta i łatwa modulacja.
• Przez FDM można jednocześnie przesyłać dużą liczbę sygnałów.
• Nie wymaga żadnej synchronizacji pomiędzy nadawcą i odbiorcą.

Wady FDM:

• Technikę FDM stosuje się tylko wtedy, gdy wymagane są kanały o niskiej prędkości.
• Cierpi na problem przesłuchu.
• Wymagana jest duża liczba modulatorów.
• Wymaga kanału o dużej przepustowości.

Zastosowania FDM:

• FDM jest powszechnie stosowany w sieciach telewizyjnych.
• Jest używany w transmisji FM i AM. Każda stacja radiowa FM ma inne częstotliwości i są one multipleksowane w celu utworzenia sygnału złożonego. Sygnał multipleksowany przesyłany jest drogą powietrzną.

Multipleksowanie z podziałem długości fali (WDM)

• Multipleksowanie z podziałem długości fali działa tak samo jak FDM, z tą różnicą, że sygnały optyczne są przesyłane kablem światłowodowym.
• WDM jest stosowany w światłowodach w celu zwiększenia przepustowości pojedynczego włókna.
• Służy do wykorzystania dużej szybkości transmisji danych kabla światłowodowego.
• Jest to technika multipleksowania analogowego.
• Sygnały optyczne z różnych źródeł są łączone w celu utworzenia szerszego pasma światła za pomocą multipleksera.
• Po stronie odbiorczej demultiplekser oddziela sygnały w celu przesłania ich do odpowiednich miejsc docelowych.
• Multipleksowanie i demultipleksowanie można osiągnąć za pomocą pryzmatu.
• Pryzmat może pełnić rolę multipleksera, łącząc różne sygnały optyczne w celu utworzenia sygnału złożonego, a sygnał złożony jest przesyłany kablem światłowodowym.
• Pryzmat wykonuje także operację odwrotną, czyli demultipleksację sygnału.

Multipleksowanie z podziałem czasu

• Jest to technika cyfrowa.
• W technice multipleksowania z podziałem częstotliwości wszystkie sygnały działają w tym samym czasie z różną częstotliwością, natomiast w przypadku techniki multipleksowania z podziałem czasu wszystkie sygnały działają z tą samą częstotliwością i w różnym czasie.
• W Technika multipleksowania z podziałem czasu , całkowity czas dostępny na kanale jest rozdzielany pomiędzy różnych użytkowników. Dlatego każdemu użytkownikowi przydzielany jest inny przedział czasu, zwany przedziałem czasowym, w którym nadawca ma przesłać dane.
• Użytkownik przejmuje kontrolę nad kanałem na określony czas.
• W technice multipleksowania z podziałem czasu dane nie są przesyłane jednocześnie, a raczej pojedynczo.
• W TDM sygnał przesyłany jest w postaci ramek. Ramki zawierają cykl szczelin czasowych, w których każda ramka zawiera jedną lub więcej szczelin przeznaczonych dla każdego użytkownika.
• Może być używany do multipleksowania sygnałów cyfrowych i analogowych, ale głównie służy do multipleksowania sygnałów cyfrowych.

Istnieją dwa typy TDM:

• Synchroniczny TDM
• Asynchroniczny TDM

Synchroniczny TDM

• Synchroniczny TDM to technika, w której przedział czasowy jest z góry przypisany do każdego urządzenia.
• W Synchronous TDM każdemu urządzeniu przydzielany jest pewien przedział czasowy, niezależnie od tego, czy urządzenie zawiera dane, czy nie.
• Jeśli na urządzeniu nie ma żadnych danych, slot pozostanie pusty.
• W Synchronous TDM sygnały przesyłane są w formie ramek. Przedziały czasowe są zorganizowane w formie ramek. Jeżeli urządzenie nie posiada danych dla danego przedziału czasowego, wówczas zostanie przesłany pusty przedział czasowy.
• Najpopularniejsze synchroniczne TDM to multipleksowanie T-1, multipleksowanie ISDN i multipleksowanie SONET.
• Jeśli jest n urządzeń, to jest n gniazd.

Koncepcja synchronicznego TDM

mvc w wiosennym frameworku

Na powyższym rysunku zaimplementowano technikę Synchronous TDM. Każdemu urządzeniu przydzielany jest pewien przedział czasowy. Przedziały czasowe są przesyłane niezależnie od tego, czy nadawca ma dane do wysłania, czy nie.

Wady synchronicznego TDM:

• Pojemność kanału nie jest w pełni wykorzystywana, ponieważ przesyłane są także puste szczeliny, w których nie ma danych. Na powyższym rysunku pierwsza klatka jest całkowicie wypełniona, ale w dwóch ostatnich klatkach niektóre miejsca są puste. Można zatem powiedzieć, że przepustowość kanału nie jest wykorzystywana efektywnie.
• Prędkość medium transmisyjnego powinna być większa niż całkowita prędkość linii wejściowych. Alternatywnym podejściem do synchronicznego TDM jest asynchroniczne multipleksowanie z podziałem czasu.

Asynchroniczny TDM

• Asynchroniczny TDM jest również znany jako statystyczny TDM.
• Asynchroniczny TDM to technika, w której szczeliny czasowe nie są stałe, jak w przypadku synchronicznego TDM. Przedziały czasowe przydzielane są tylko tym urządzeniom, które mają dane do wysłania. Można zatem powiedzieć, że multiplekser z Asynchronicznym Podziałem Czasu przesyła jedynie dane z aktywnych stacji roboczych.
• Asynchroniczna technika TDM dynamicznie przydziela szczeliny czasowe urządzeniom.
• W asynchronicznym TDM całkowita prędkość linii wejściowych może być większa niż przepustowość kanału.
• Asynchroniczny multiplekser z podziałem czasu akceptuje przychodzące strumienie danych i tworzy ramkę zawierającą wyłącznie dane, bez pustych szczelin.
• W asynchronicznym TDM każda szczelina zawiera część adresu, która identyfikuje źródło danych.

• Różnica między asynchronicznym TDM i synchronicznym TDM polega na tym, że wiele gniazd w synchronicznym TDM jest niewykorzystanych, ale w asynchronicznym TDM gniazda są w pełni wykorzystane. Prowadzi to do skrócenia czasu transmisji i efektywnego wykorzystania przepustowości kanału.
• W synchronicznym TDM, jeśli jest n urządzeń nadawczych, to jest n przedziałów czasowych. W asynchronicznym TDM, jeśli jest n urządzeń nadawczych, istnieje m przedziałów czasowych, gdzie m jest mniejsze niż n ( M).
• Liczba szczelin w ramce zależy od analizy statystycznej liczby linii wejściowych.

Koncepcja asynchronicznego TDM

Na powyższym schemacie znajdują się 4 urządzenia, ale tylko dwa urządzenia wysyłają dane, tj. A i C. Dlatego dane A i C są przesyłane tylko linią transmisyjną.

Ramkę powyższego diagramu można przedstawić jako:

Powyższy rysunek pokazuje, że część danych zawiera adres umożliwiający określenie źródła danych.