Multiplexování je technika používaná ke kombinování a odesílání více datových toků přes jediné médium. Proces kombinování datových toků je známý jako multiplexování a hardware používaný pro multiplexování je známý jako multiplexer.
Multiplexování je dosaženo pomocí zařízení zvaného Multiplexer ( MUX ), který kombinuje n vstupních řádků a vytváří jeden výstupní řádek. Multiplexování následuje mnoho ku jedné, tj. n vstupních řádků a jeden výstupní řádek.
Demultiplexování je dosaženo pomocí zařízení zvaného Demultiplexer ( DEMUX ) k dispozici na přijímací straně. DEMUX rozděluje signál na jednotlivé signály (jeden vstup a n výstupů). Proto můžeme říci, že demultiplexování se řídí přístupem one-to-many.
Proč multiplexování?
- Přenosové médium se používá k odesílání signálu od odesílatele k přijímači. Médium může mít vždy pouze jeden signál.
- Pokud existuje více signálů pro sdílení jednoho média, musí být médium rozděleno tak, aby každému signálu byla přidělena určitá část dostupné šířky pásma. Například: Pokud existuje 10 signálů a šířka pásma média je 100 jednotek, pak je 10 jednotek sdíleno každým signálem.
- Když více signálů sdílí společné médium, existuje možnost kolize. K zamezení takové kolize se používá koncept multiplexování.
- Přenosové služby jsou velmi drahé.
Historie multiplexování
- Technika multiplexování je široce používána v telekomunikacích, ve kterých je několik telefonních hovorů vedeno jedním drátem.
- Multiplexování vzniklo v telegrafii na počátku 70. let 19. století a nyní je široce používáno v komunikaci.
- George Owen Squier vyvinul multiplexování telefonních operátorů v roce 1910.
Koncept multiplexování
- Vstupní linky 'n' jsou přenášeny přes multiplexer a multiplexor kombinuje signály do složeného signálu.
- Složený signál prochází demultiplexorem a demultiplexor odděluje signál od komponentních signálů a přenáší je do příslušných míst určení.
Výhody multiplexování:
- Přes jedno médium lze odeslat více než jeden signál.
- Šířku pásma média lze efektivně využít.
Techniky multiplexování
Techniky multiplexování lze klasifikovat jako:
Frekvenční multiplexování (FDM)
- Je to analogová technika.
- Ve výše uvedeném diagramu je jedno přenosové médium rozděleno do několika frekvenčních kanálů a každý frekvenční kanál je přidělen různým zařízením. Zařízení 1 má frekvenční kanál v rozsahu od 1 do 5.
- Vstupní signály jsou převedeny do frekvenčních pásem pomocí modulačních technik a jsou kombinovány multiplexorem za vzniku složeného signálu.
- Hlavním cílem FDM je rozdělit dostupnou šířku pásma do různých frekvenčních kanálů a přidělit je různým zařízením.
- Pomocí modulační techniky jsou vstupní signály přenášeny do frekvenčních pásem a poté kombinovány do složeného signálu.
- Nosiče, které se používají pro modulaci signálů, jsou známé jako subdopravci . Jsou reprezentovány jako f1,f2..fn.
Výhody FDM:
- FDM se používá pro analogové signály.
- Proces FDM je velmi jednoduchý a snadná modulace.
- Prostřednictvím FDM lze současně odesílat velké množství signálů.
- Nevyžaduje žádnou synchronizaci mezi odesílatelem a příjemcem.
Nevýhody FDM:
unie vs
- Technika FDM se používá pouze v případě, že jsou vyžadovány nízkorychlostní kanály.
- Trpí problémem přeslechů.
- Je vyžadován velký počet modulátorů.
- Vyžaduje kanál s velkou šířkou pásma.
Aplikace FDM:
- FDM se běžně používá v televizních sítích.
- Používá se ve vysílání FM a AM. Každá rozhlasová stanice FM má různé frekvence a jsou multiplexovány, aby vytvořily složený signál. Multiplexovaný signál je přenášen vzduchem.
Wavelength Division Multiplexing (WDM)
- Multiplexování s dělením vlnových délek je stejné jako FDM s tím rozdílem, že optické signály jsou přenášeny přes optický kabel.
- WDM se používá u optických vláken ke zvýšení kapacity jednoho vlákna.
- Používá se k využití vysoké přenosové rychlosti optického kabelu.
- Jedná se o analogovou multiplexní techniku.
- Optické signály z různých zdrojů jsou kombinovány do širšího pásma světla pomocí multiplexeru.
- Na přijímacím konci demultiplexor odděluje signály, aby je přenesl do příslušných míst určení.
- Multiplexování a demultiplexování lze dosáhnout použitím hranolu.
- Hranol může plnit roli multiplexeru tím, že kombinuje různé optické signály za účelem vytvoření složeného signálu a složený signál je přenášen přes optický kabel.
- Prism také provádí reverzní operaci, tj. demultiplexování signálu.
Časové multiplexování
- Je to digitální technika.
- Při technice multiplexování s frekvenčním dělením pracují všechny signály ve stejnou dobu s různou frekvencí, ale v případě techniky multiplexování s časovým dělením všechny signály pracují na stejné frekvenci s různým časem.
- v Technika multiplexování s časovým dělením , je celkový čas dostupný na kanálu rozdělen mezi různé uživatele. Proto je každému uživateli přidělen jiný časový interval známý jako časový slot, ve kterém mají odesílatel vysílat data.
- Uživatel převezme kontrolu nad kanálem na pevně stanovenou dobu.
- V technice multiplexování s časovým dělením nejsou data přenášena současně, ale data jsou přenášena jeden po druhém.
- V TDM je signál přenášen ve formě rámců. Rámce obsahují cyklus časových úseků, ve kterých každý rámec obsahuje jeden nebo více úseků vyhrazených každému uživateli.
- Může být použit pro multiplexování digitálních i analogových signálů, ale hlavně pro multiplexování digitálních signálů.
Existují dva typy TDM:
- Synchronní TDM
- Asynchronní TDM
Synchronní TDM
- Synchronní TDM je technika, ve které je každému zařízení předem přiřazen časový úsek.
- V synchronním TDM je každému zařízení přidělen určitý časový úsek bez ohledu na skutečnost, zda zařízení obsahuje data nebo ne.
- Pokud zařízení nemá žádná data, zůstane slot prázdný.
- V Synchronous TDM jsou signály odesílány ve formě rámců. Časové úseky jsou organizovány ve formě snímků. Pokud zařízení nemá data pro konkrétní časový úsek, bude přenesen prázdný slot.
- Nejoblíbenější synchronní TDM jsou T-1 multiplexování, ISDN multiplexování a SONET multiplexování.
- Pokud je n zařízení, pak je n slotů.
Koncepce Synchronního TDM
Na výše uvedeném obrázku je implementována technika Synchronous TDM. Každému zařízení je přidělen určitý časový úsek. Časové sloty jsou přenášeny bez ohledu na to, zda odesílatel má data k odeslání nebo ne.
Nevýhody synchronního TDM:
- Kapacita kanálu není plně využita, protože jsou přenášeny i prázdné sloty, které nemají žádná data. Na obrázku výše je první snímek zcela zaplněn, ale v posledních dvou snímcích jsou některé sloty prázdné. Můžeme tedy říci, že kapacita kanálu není využívána efektivně.
- Rychlost přenosového média by měla být větší než celková rychlost vstupních linek. Alternativním přístupem k synchronnímu TDM je asynchronní multiplexování s časovým dělením.
Asynchronní TDM
- Asynchronní TDM je také známý jako statistický TDM.
- Asynchronní TDM je technika, ve které nejsou časové úseky fixní jako v případě synchronního TDM. Časové sloty jsou přiděleny pouze těm zařízením, která mají data k odeslání. Můžeme tedy říci, že multiplexor Asynchronous Time Division přenáší pouze data z aktivních pracovních stanic.
- Asynchronní technika TDM dynamicky přiděluje časové úseky zařízením.
- V asynchronním TDM může být celková rychlost vstupních linek vyšší než kapacita kanálu.
- Asynchronní multiplexor s časovým dělením přijímá příchozí datové toky a vytváří rámec, který obsahuje pouze data bez prázdných slotů.
- V asynchronním TDM obsahuje každý slot část adresy, která identifikuje zdroj dat.
- Rozdíl mezi asynchronním TDM a synchronním TDM je v tom, že mnoho slotů v synchronním TDM je nevyužito, ale v asynchronním TDM jsou sloty plně využity. To vede ke zkrácení doby přenosu a efektivnímu využití kapacity kanálu.
- Pokud v synchronním TDM existuje n odesílacích zařízení, pak existuje n časových slotů. Pokud v asynchronním TDM existuje n odesílacích zařízení, pak existuje m časových slotů, kde m je menší než n ( m
- Počet slotů v rámci závisí na statistické analýze počtu vstupních řádků.
Koncepce Asynchronního TDM
Ve výše uvedeném diagramu jsou 4 zařízení, ale pouze dvě zařízení odesílají data, tj. A a C. Proto jsou data A a C přenášena pouze přenosovou linkou.
Rám výše uvedeného diagramu může být reprezentován jako:
Výše uvedený obrázek ukazuje, že datová část obsahuje adresu pro určení zdroje dat.