Multiplexelés - Multiplexing

Az elektronika és a jelfeldolgozás multiplexelésével kapcsolatban lásd: Multiplexer .
Multiplexelés
Multiplexelési diagram.svg
Analóg moduláció
Kapcsolódó témák
Több alacsony adatsebességű jelet multiplexelnek egyetlen nagy adatsebességű kapcsolaton keresztül, majd demultiplexelik a másik végén

A távközlési és számítógépes hálózatok , multiplexelése (néha szerződött muxálásánál ) egy olyan eljárás, amellyel több analóg vagy digitális jelet egyesítenek egy jelet egy megosztott közeg . A cél egy szűkös erőforrás megosztása. Például a távközlésben több telefonhívást is le lehet bonyolítani egy vezeték segítségével. Multiplexelés származott távíró az 1870-es években, és ma már széles körben alkalmazzák a kommunikáció. A telefonálás , George Owen Squier jóváírják a telefon fejlődése hordozó muitipiexáijuk 1910.

A multiplexelt jelet kommunikációs csatornán, például kábelen továbbítják. A multiplexelés a kommunikációs csatorna kapacitását több logikai csatornára osztja fel, egyet minden átvitt üzenetjel vagy adatfolyam számára. Egy fordított folyamat, amelyet demultiplexelésnek neveznek, kibontja az eredeti csatornákat a vevő végén.

A multiplexelést végző eszközt multiplexernek (MUX), a fordított eljárást végző eszközt demultiplexernek (DEMUX vagy DMX) nevezzük.

Az inverz multiplexelésnek (IMUX) a multiplexeléssel ellentétes célja van, nevezetesen egy adatfolyamot több adatfolyamra bontani, egyidejűleg több kommunikációs csatornán átvinni, és újra létrehozni az eredeti adatfolyamot.

A számítástechnikai , I / O multiplexeléses is fel lehet használni, hogy olvassa el a koncepció feldolgozása több input / output eseményeket egyetlen esemény hurok , a rendszer kéri, mint a közvélemény-kutatás , és válassza ki a (Unix) .

Típusok

Több változó bitsebességű digitális bitfolyam hatékonyan átvihető egyetlen rögzített sávszélességű csatornán statisztikai multiplexeléssel . Ez egy aszinkron módú időtartomány-multiplexelés, amely az időosztásos multiplexelés egy formája.

A digitális bitfolyamok analóg csatornán továbbíthatók kódosztásos multiplexelési technikák, például frekvenciaugrásos szórt spektrum (FHSS) és közvetlen szekvencia-terjedési spektrum (DSSS) segítségével.

A vezeték nélküli kommunikációban a multiplexelés elvégezhető váltakozó polarizációval ( vízszintes / függőleges vagy az óramutató járásával megegyező / ellentétes irányban ) minden szomszédos csatornán és műholdon, vagy többfázisú többantennás tömbön keresztül, több bemenetű több kimenetű kommunikáció (MIMO) sémával kombinálva .

Térosztásos multiplexelés

Fő cikk: Térosztásos többszörös hozzáférés

A vezetékes kommunikációban a térosztásos multiplexelés , más néven térosztásos többszörös hozzáférés (SDMA), az egyes átvitt csatornákhoz külön pont-pont villamos vezetők használata. Ilyen például az analóg sztereó hangkábel, egy vezetékpárral a bal csatorna és egy másik a jobb csatorna számára, valamint egy többpáros telefonkábel , egy kapcsolt csillaghálózat , például telefonhozzáférési hálózat, egy kapcsolt Ethernet hálózat és egy háló háló .

A vezeték nélküli kommunikációban a térosztásos multiplexelés több antennatelemmel érhető el, amely fázisos tömbantennát képez . Ilyen például a többszörös bemenet és több kimenet (MIMO), az egy- és több kimenet (SIMO), valamint a több bemenet és egy kimenet (MISO) multiplexelése. Az IEEE 802.11g vezeték nélküli útválasztó k antennával elvileg lehetővé teszi a kommunikációt k multiplexált csatornákkal, amelyek mindegyike 54 Mbit/s csúcs bitsebességgel rendelkezik, ezáltal a teljes csúcsbitsűrűséget k tényezővel növelve . A különböző antennák különböző többútvonalas terjedési (visszhang) aláírásokat adnának , lehetővé téve, hogy a digitális jelfeldolgozási technikák elkülönítsék a különböző jeleket egymástól. Ezeket a technikákat a térbeli diverzitás (fokozott robosztus a fakulás) vagy a sugárformázás (javított szelektivitás) helyett a multiplexelés helyett is fel lehet használni .

Frekvenciaosztásos multiplexelés

Frekvenciaosztásos multiplexelés (FDM): Az egyes bemeneti jelek spektruma elkülönült frekvenciatartományba tolódik.

A frekvenciaosztásos multiplexelés (FDM) eleve analóg technológia. Az FDM több jel egyetlen médiumba való egyesítését érheti el, ha jeleket küld különböző frekvenciatartományokban egyetlen médiumon keresztül. Az FDM -ben a jelek elektromos jelek. Az FDM egyik leggyakoribb alkalmazása a hagyományos rádió- és televíziós sugárzás földfelszíni, mobil- vagy műholdas állomásokról, vagy kábeltelevízió. Csak egy kábel éri el az ügyfél lakónegyedét, de a szolgáltató több televíziós csatornát vagy jelet küldhet egyszerre azon a kábelen keresztül minden előfizetőnek interferencia nélkül. A vevőknek a megfelelő frekvenciára (csatornára) kell hangolniuk a kívánt jel eléréséhez.

Egy folyam, egy szín, világos hullámok, WDM formátumban.

Az optikai kommunikációban egy változatos technológiát, az úgynevezett hullámhossz-osztásos multiplexelést (WDM) használnak .

Időosztásos multiplexelés

Időosztásos multiplexelés (TDM).

Az időosztásos multiplexelés (TDM) egy digitális (vagy ritka esetben analóg) technológia, amely a tér vagy a frekvencia helyett időt használ a különböző adatfolyamok szétválasztásához. A TDM néhány bitből vagy bájtból álló csoportokat sorol fel minden egyes bemeneti adatfolyamból, egymás után, és oly módon, hogy a megfelelő vevővel társíthatók. Ha kellően gyorsan megtörténik, akkor a vevőkészülékek nem észlelik, hogy az áramköri idő egy részét egy másik logikai kommunikációs út kiszolgálására fordították.

Tekintsünk egy olyan alkalmazást, amely négy repülőtéri terminált igényel a központi számítógép eléréséhez. Mindegyik terminál 2400 baudon kommunikál , így ahelyett, hogy négy külön áramkört szerezne be egy ilyen kis sebességű átvitelhez, a légitársaság egy pár multiplexert telepített. A 9600 baud modempár és egy dedikált analóg kommunikációs áramkör a repülőtéri jegyirodától a légitársaság adatközpontjáig szintén telepítve van. Egyes webes proxykiszolgálók (pl. Polipo ) TDM -t használnak több HTTP -tranzakció HTTP -csővezetékben történő létrehozására ugyanahhoz a TCP/IP -kapcsolathoz .

A vivőérzékelő többszörös hozzáférés és a multidrop kommunikációs módszerek hasonlóak az időosztásos multiplexeléshez, mivel több adatfolyamot az idő elválaszt ugyanazon az adathordozón, de mivel a jelek külön eredetűek, ahelyett, hogy egyetlen jellé egyesítenék őket, a legjobban csatornának tekinthetők. hozzáférési módszerek , nem pedig a multiplexelés egy formája.

A TD egy örökölt multiplexelési technológia, amely továbbra is a legtöbb európai vezetékes telefonhálózat gerincét biztosítja, és biztosítja a 2 m/bites hang- és jelzőportokat a keskeny sávú telefonközpontokban, például a DMS100 -ban. Minden E1 vagy 2 m/bites TDM port 30 vagy 31 beszédidőt biztosít CCITT7 jelzőrendszerek esetén, és 30 hangcsatornát az ügyfél által csatlakoztatott Q931, DASS2, DPNSS, V5 és CASS jelzőrendszerekhez.

Polarizáció-osztás multiplexelés

A polarizációs-osztásos multiplexelés az elektromágneses sugárzás polarizációját használja az ortogonális csatornák elkülönítésére. Gyakorlatilag használják mind a rádió-, mind az optikai kommunikációban, különösen 100 Gbit/s csatornánként száloptikai átviteli rendszerekben .

Orbitális szögimpulzus multiplexelés

Az orbitális szögimpulzus multiplexelés viszonylag új és kísérleti módszer az elektromágneses sugárzással egyetlen útvonalon továbbított jelek több csatornájának multiplexelésére. Potenciálisan használható más fizikai multiplexelési módszerek mellett az ilyen rendszerek átviteli kapacitásának nagymértékű bővítésére. 2012-től még a kezdeti kutatási szakaszban van, kis méretű laboratóriumi demonstrációkkal, akár 2,5 Tbit/s sávszélességgel egyetlen fényút mellett. Ez ellentmondásos téma az akadémiai közösségben, sokan azt állítják, hogy nem új multiplexelési módszerről van szó, hanem inkább a térosztásos multiplexelés speciális esetéről.

Kódosztásos multiplexelés

A kódosztásos multiplexelés (CDM), a kódosztásos többszörös hozzáférés (CDMA) vagy a szórt spektrum olyan technikák osztálya, ahol több csatorna egyidejűleg ugyanazt a frekvenciaspektrumot használja , és ez a spektrális sávszélesség jóval magasabb, mint a bitsebesség vagy a szimbólumsebesség . Az egyik forma a frekvenciaugrás, a másik a közvetlen szekvencia -szórt spektrum. Az utóbbi esetben minden csatorna a bitjeit kódolt csatorna-specifikus impulzus-szekvenciaként továbbítja. A chipek bitenkénti vagy szimbólumenkénti száma a terjedési tényező . Ez a kódolt átvitel jellemzően egyedi, időfüggő rövid impulzusok sorozatának továbbításával valósul meg, amelyeket a nagyobb bitidőn belül a chip időn belül helyeznek el. Minden csatorna, mindegyik eltérő kóddal, ugyanazon a szálon vagy rádiócsatornán vagy más adathordozón továbbítható, és aszinkron módon demultiplexelhető. A hagyományos technikákkal szemben előnye, hogy változó sávszélesség lehetséges (akárcsak a statisztikai multiplexelésnél ), hogy a széles sávszélesség lehetővé teszi a Shannon-Hartley-tétel szerinti rossz jel-zaj arányt , és hogy a vezeték nélküli kommunikáció többirányú terjedése ellen gereblye vevők .

A CDMA jelentős alkalmazása a Global Positioning System (GPS).

Telekommunikációs multiplexelés

Több hozzáférési módszer

A multiplexelési technika tovább bővíthető többszörös hozzáférési módszerre vagy csatornahozzáférési módszerre , például TDM időosztásos többszörös hozzáférésre (TDMA) és statisztikai multiplexelés vivő-értelemben vett többszörös hozzáférésre (CSMA). A többszörös hozzáférési módszer lehetővé teszi, hogy ugyanahhoz a fizikai közeghez csatlakoztatott több adó is megoszthassa kapacitását.

A multiplexelést az OSI modell fizikai rétege biztosítja , míg a többszörös hozzáférés magában foglal egy médiahozzáférés -vezérlő protokollt is, amely része az adatkapcsolati rétegnek .

Az OSI modell szállítási rétege, valamint a TCP/IP modell több alkalmazásréteg adatfolyamának statisztikai multiplexelését biztosítja ugyanahhoz a számítógéphez/onnan.

A kódosztásos multiplexelés (CDM) olyan technika, amelyben minden csatorna kódolt csatorna-specifikus impulzus-sorozatként továbbítja bitjeit. Ez a kódolt átvitel jellemzően egyedi, időfüggő rövid impulzusok sorozatának továbbításával valósul meg, amelyeket a nagyobb bitidőn belül a chip időn belül helyeznek el. Minden csatorna, mindegyik más kóddal, ugyanazon a szálon továbbítható és aszinkron módon demultiplexelt. További széles körben használt többszörös hozzáférési technikák az időosztásos többszörös hozzáférés (TDMA) és a frekvenciaosztásos többszörös hozzáférés (FDMA). Kódosztásos multiplex technikákat használnak hozzáférési technológiaként, nevezetesen kódosztásos többszörös hozzáférés (CDMA), az Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) szabványban az ITU által azonosított harmadik generációs (3G) mobil kommunikációban.

Alkalmazási területek

Táviratigrafika

A legkorábbi, elektromos vezetékeket használó kommunikációs technológia, és ezért közös érdeke a multiplexelés által biztosított gazdaság, az elektromos távíró volt . A korai kísérletek lehetővé tették, hogy két különálló üzenet egyidejűleg ellentétes irányba haladjon, először mindkét végén, majd csak az egyik végén elektromos akkumulátort használva.

Émile Baudot az 1870-es években kifejlesztett több Hughes- gép idő-multiplexelő rendszerét . 1874 -ben a Thomas Edison által kifejlesztett négylapú távíró két irányt továbbított mindkét irányban egyszerre, összesen négy üzenetet, amelyek ugyanazon a vezetéken haladtak át egyszerre. Számos kutató vizsgálta az akusztikus távírást , a frekvenciaosztásos multiplexelési technikát, amely a telefon feltalálásához vezetett .

Telefonálás

A telefonálás , egy ügyfél „s telefonvonal már általában véget ér a távoli felügyeleti doboz, ahol multiplexálják valamint más telefonvonalak az adott környéken , vagy más hasonló területen. A multiplexelt jelet ezután lényegesen kevesebb vezetékkel és sokkal nagyobb távolságra továbbítják a központi kapcsolóhivatalhoz, mint amennyit az ügyfél vonala gyakorlatilag el tud érni. Ez a digitális előfizetői vonalakra (DSL) is igaz .

Fiber a hurokban (FITL) gyakori módszer multiplexelése, amely felhasználja optikai szál , mint a gerincét . Nem csak a POTS telefonvonalakat köti össze a PSTN többi részével , hanem lecseréli a DSL -t azáltal, hogy közvetlenül az otthonba vezetékes Ethernet -hez csatlakozik . Gyakran az aszinkron átviteli mód a kommunikációs protokoll .

A kábeltévé már régóta multiplex televíziós csatornákat hordoz , és a 20. század végén elkezdte ugyanazokat a szolgáltatásokat nyújtani, mint a telefontársaságok . Az IPTV a multiplexeléstől is függ.

Videó feldolgozás

Fő cikk: Demultiplexer (médiafájl)

A videó szerkesztő és feldolgozó rendszerek, muitipiexáijuk arra a folyamatra utal interleaving audió és videó egy koherens adatfolyamot.

A digitális videókban az ilyen szállítási folyamok rendszerint egy tároló formátum jellemzői, amelyek metaadatokat és egyéb információkat, például feliratokat tartalmazhatnak . Az audio- és videofolyamok változó bitsebességűek lehetnek. Az ilyen transzportfolyamot és/vagy konténert előállító szoftvereket általában statisztikai multiplexernek vagy muxernek nevezik . A demuxer olyan szoftver, amely kivonja vagy más módon hozzáférhetővé teszi egy ilyen adatfolyam vagy tartály összetevőinek külön feldolgozásához.

Digitális műsorszórás

A digitális televíziós rendszerekben több változó bitsebességű adatfolyamot multiplexelnek össze egy rögzített bitsebességű szállítási folyamba statisztikai multiplexeléssel . Ez lehetővé teszi több video- és audiocsatorna egyidejű átvitelét ugyanazon a frekvenciacsatornán, különböző szolgáltatásokkal együtt. Ez magában foglalhat több szabványos felbontású televíziós (SDTV) programot (különösen DVB-T , DVB-S2 , ISDB és ATSC-C esetén), vagy egy HDTV-t , esetleg egyetlen SDTV kísérőcsatornával egy 6-8 MHz széles TV-csatornán . Ezt az eszközt statisztikai multiplexernek nevezik . E rendszerek közül többben a multiplexelés MPEG transzportfolyamot eredményez . Az újabb DVB szabványok, a DVB-S2 és a DVB-T2 több HDTV csatorna egy multiplexben történő továbbítására alkalmas .

A digitális rádióban a multiplex (más néven együttes) számos rádióállomás, amelyek egy csoportba vannak csoportosítva. A multiplex egy digitális információáram, amely hangot és egyéb adatokat tartalmaz.

Azon kommunikációs műholdakon, amelyek sugárzott televíziós és rádióhálózatokat hordoznak , ezt hívásonként több csatornának vagy MCPC -nek nevezik . Ahol a multiplexelés nem praktikus (például, ha különböző források egyetlen transzpondert használnak ), hordozó módonként egy csatornát használnak.

Analóg műsorszórás

Az FM -műsorszórásban és más analóg rádiós adathordozókban a multiplexelés olyan kifejezés, amelyet általában az alhordozók hozzáadásának folyamatára használnak, mielőtt az adóba belépne, mielőtt az adóba belép , ahol a moduláció történik. (Valójában a sztereó multiplex jel időosztásos multiplexeléssel hozható létre, ha a két (bal és jobb csatorna) bemeneti jel között ultrahangos sebességgel (az alvivő) vált, majd kiszűri a magasabb felharmonikusokat.) Multiplexelés ebben az értelemben néha MPX néven ismerik , ami viszont szintén egy régi kifejezés a sztereofonikus FM -re , amelyet a hatvanas évek óta látnak sztereó rendszereken .

Más jelentések

A spektroszkópiában ezt a kifejezést arra használják, hogy a kísérletet a frekvenciák egyidejű keverékével végezzék, és a válaszukat a Fourier -transzformáció elvével oldják meg .

A számítógépes programozás során utalhat egyetlen memórián belüli erőforrás (például fájlkezelő) használatára több külső erőforrás (például lemezen lévő fájlok) kezelésére.

Egyes elektromos multiplexelési technikák nem igényelnek fizikai " multiplexer " eszközt, hanem " billentyűzet mátrixra " vagy " Charlieplexing " tervezési stílusra utalnak :

A nagy áteresztőképességű DNS-szekvenálás során ezt a kifejezést arra használják, hogy jelezzék, hogy néhány mesterséges szekvenciát (gyakran vonalkódnak vagy indexnek neveznek ) hozzáadtak ahhoz, hogy az adott szekvenciaolvasásokat összekapcsolják egy adott mintával, és így lehetővé teszik több minta szekvenálását ugyanabban a reakcióban .

Lásd még

Hivatkozások

Külső linkek