Multiplexing

Zum Multiplexing in der Elektronik- und Signalverarbeitung siehe Multiplexer.
Mehrere Signale mit niedriger Datenrate werden über eine einzige Hochdatenrate -Verbindung multiplexiert und dann am anderen Ende demultiplexiert

Im Telekommunikation und Computernetzwerk, Multiplexing (manchmal zusammengezogen zu Muxen) ist eine Methode, mit der mehrere analoge oder digitale Signale zu einem Signal über a kombiniert werden gemeinsames Medium. Ziel ist es, eine knappe Ressource zu teilen - eine physische Übertragungsmedium. Zum Beispiel in Telekommunikation mehrere Anrufe kann mit einem Draht getragen werden. Multiplexing stammt von Telegrafie in den 1870er Jahren und ist nun in der Kommunikation weit verbreitet. Im Telefonie, George Owen Squier wird 1910 der Entwicklung des Telefonträgers Multiplexing gutgeschrieben.

Das Multiplex -Signal wird über einen Kommunikationskanal wie ein Kabel übertragen. Das Multiplexing unterteilt die Kapazität des Kommunikationskanals in mehrere logische Kanäle, eine für jeden zu übertragenden Nachrichtensignal oder für den Datenstrom. Ein umgekehrter Prozess, der als Demultiplexing bezeichnet wird, extrahiert die ursprünglichen Kanäle am Empfängerende.

Ein Gerät, das das Multiplexing ausführt Multiplexer (Mux) und ein Gerät, das den umgekehrten Prozess ausführt Demultiplexer (Demux oder DMX).

Inverses Multiplexing (IMUX) hat das entgegengesetzte Ziel als Multiplexing, nämlich einen Datenstrom in mehrere Streams zu unterteilen, sie gleichzeitig über mehrere Kommunikationskanäle zu übertragen und den Originaldatenstrom neu zu erstellen.

Im Computer, E/A -Multiplexing kann auch verwendet werden, um auf das Konzept der Verarbeitung mehrerer Verarbeitung zu verweisen Input-Output Veranstaltungen von einer einzigen Ereignisschleife, mit Systemaufrufen wie Umfrage[1] und Select (UNIX).[2]

Typen

Mehrere Variable Bitrate Digital Bitströme kann effizient über einen einzigen festen festgelegt werden Bandbreite Kanal durchführen Statistisches Multiplexing. Das ist ein asynchron MODE-Zeit-Domänen-Multiplexing, das eine Form der Zeitdivision-Multiplexe ist.

Digitale Bitströme können über einen analogen Kanal über Codes-Division-Multiplexing-Techniken wie z. B. übertragen werden Frequenz-Hopping-Spread-Spektrum (FHSS) und Direct-Sequenz-Spread-Spektrum (DSSS).

Im drahtlose KommunikationMultiplexing kann auch durch Wechsel erreicht werden Polarisation (horizontal/vertikal oder im Uhrzeigersinn/gegen den Uhrzeigersinn) auf jeder benachbarter Kanal und Satelliten oder durch Phased Multi-Antenna-Array kombiniert mit a Mehrfacheingänge mehrere Output-Kommunikation (MIMO) Schema.

Space-Division-Multiplexing

Hauptartikel: Space-Division Multiple Access

In kabelgebundener Kommunikation, Space-Division-MultiplexingAuch als Space-Division Multiple Access (SDMA) bezeichnet die Verwendung separater Punkt-zu-Punkt-Elektroleiter für jeden übertragenen Kanal. Beispiele sind ein analoges Stereo-Audiokabel mit einem Paar Drähten für den linken Kanal und ein anderes für den rechten Kanal und ein Multi-Pair Telefonkabel, ein umgeschaltet Sternnetzwerk wie ein Telefonzugriffsnetzwerk, ein geschaltetes Ethernet -Netzwerk und a Mesh-Netzwerk.

In der drahtlosen Kommunikation wird eine Raumdivision-Multiplexierung mit mehreren Antennenelementen erreicht, die a bilden Phased Array -Antenne. Beispiele sind Mehrfacheingang und mehrfacher Ausgang (MIMO), Single-Input- und Multiplexing mit mehreren Input- und Single-Output (MISO). Ein IEEE 802.11g Wireless Router mit k Antennen machen es im Prinzip möglich, mit zu kommunizieren k Multiplexierte Kanäle mit jeweils eine Spitzenbitrate von 54 mbit/s, wodurch die Gesamtspitzenbitrate um den Faktor erhöht wird k. Verschiedene Antennen würden unterschiedlich geben Multi-Pfad-Ausbreitung (Echo) Unterschriften digitale Signalverarbeitung Techniken, um verschiedene Signale voneinander zu trennen. Diese Techniken können auch für verwendet werden Raumvielfalt (verbesserte Robustheit zum Verblassen) oder Strahlforming (Verbesserte Selektivität) anstatt Multiplexing.

Frequenz-Division-Multiplexing

Frequenz-Division-Multiplexing (FDM): Das Spektrum jedes Eingangssignals wird in einen unterschiedlichen Frequenzbereich verschoben.

Frequenz-Division-Multiplexing (FDM) ist von Natur aus eine analoge Technologie. FDM erreicht das Kombinieren mehrerer Signale in ein Medium, indem Signale in mehreren unterschiedlichen Frequenzbereichen über ein einzelnes Medium gesendet werden. In FDM sind die Signale elektrische Signale. Eine der häufigsten Anwendungen für FDM ist das traditionelle Radio- und Fernsehsendungen von terrestrischen, mobilen oder Satellitenstationen oder Kabelfernsehen. Nur ein Kabel erreicht den Wohnbereich eines Kunden, aber der Dienstanbieter kann mehrere Fernsehkanäle oder Signale gleichzeitig über dieses Kabel an alle Abonnenten ohne Störungen senden. Empfänger müssen sich auf die entsprechende Frequenz (Kanal) einstellen, um auf das gewünschte Signal zuzugreifen.[3]

Ein Stream, eine Farbe, Lichtwellen, in WDM.

Eine Varianten -Technologie, genannt Wellenlängen-Division-Multiplexing (WDM) wird in verwendet Optische Kommunikation.

Zeitabteilung Multiplexing

Zeitdivision Multiplexing (TDM).

Zeitabteilung Multiplexing (TDM) ist eine digitale (oder in seltenen Fällen analog) Technologie, die Zeit anstelle von Raum oder Frequenz verwendet, um die verschiedenen Datenströme zu trennen. TDM beinhaltet Sequenzierung von Gruppen mit wenigen Bits oder Bytes von jedem einzelnen Eingangsstrom, nach dem andere und so, dass sie mit dem entsprechenden Empfänger verbunden werden können. Wenn die Empfangsgeräte ausreichend ausgeführt werden, werden nicht festgestellt, dass ein Teil der Schaltungszeit verwendet wurde, um einen anderen logischen Kommunikationspfad zu erfüllen.

Betrachten Sie eine Anwendung, die vier Terminals an einem Flughafen erfordert, um einen zentralen Computer zu erreichen. Jedes Terminal wurde bei 2400 mitgeteilt BaudAnstatt vier einzelne Schaltkreise zu erwerben, um ein solches Getriebe mit niedriger Geschwindigkeit zu tragen, hat die Fluggesellschaft ein Paar Multiplexer installiert. Ein Paar 9600 Baud -Modems und ein dedizierter analoge Kommunikationsschaltung vom Flughafen -Ticketschalter zurück zum Rechenzentrum der Fluggesellschaft sind ebenfalls installiert.[3] Etwas Web -Proxy -Server (z.B. Polipo) Verwenden Sie TDM in HTTP -Pipelining von mehreren Http Transaktionen auf dasselbe TCP/IP -Verbindung.[4]

Carrier Sense Multiple Access und Multi-Drop Kommunikationsmethoden ähneln der Zeitdivision-Multiplexe darin, dass mehrere Datenströme durch die Zeit auf demselben Medium getrennt sind, aber da die Signale separate Ursprünge haben, anstatt zu einem einzigen Signal kombiniert zu werden, werden am besten als als ergeben Kanalzugriffsmethodeneher als eine Form des Multiplexing.

TD ist eine Legacy -Multiplexing -Technologie, die immer noch das Rückgrat der meisten nationalen Fixed Line -Telefonie -Netzwerke in Europa bietet und die 2M/Bit -Sprach- und Signalanschlüsse an schmalen Band -Telefonbörsen wie dem DMS100 bietet. Jeder E1- oder 2M/Bit -TDM -Anschluss bietet bei CCitt7 -Signalsystemen und 30 Sprachkanälen für Kunden verbundene Q931-, DASS2-, DPNS-, V5- und Cass -Signalisierungssysteme entweder 30 oder 31 Sprachzeitfenster.[5]

Polarisation-Division-Multiplexing

Polarisation-Division-Multiplexing verwendet die Polarisation elektromagnetischer Strahlung an trennen orthogonale Kanäle. Es ist sowohl in Radio- als auch in der optischen Kommunikation praktisch verwendet, insbesondere in 100 Gbit/s pro Kanal Glasfaserübertragungssysteme.

Differentielles kreuzpolarisierter drahtloser Kommunikation ist eine neuartige Methode zur polarisierten Antennenübertragung unter Verwendung einer Differentechnik. [6]

Orbitalwinkel -Impuls -Multiplexing

Orbitalwinkel -Impuls -Multiplexing ist eine relativ neue und experimentelle Technik zum Multiplexen mehrerer Signale, die unter Verwendung elektromagnetischer Strahlung über einen einzelnen Pfad getragen werden.[7] Es kann möglicherweise zusätzlich zu anderen physikalischen Multiplexmethoden verwendet werden, um die Übertragungskapazität solcher Systeme erheblich zu erweitern. Wie 2012 Es befindet sich noch in seiner frühen Forschungsphase mit kleinen Labordemonstrationen von Bandbreiten von bis zu 2,5 TBIT/s über einem einzigen Lichtweg.[8] Dies ist ein kontroverses Thema in der akademischen Gemeinschaft. Viele behaupten, es sei keine neue Methode zum Multiplexen, sondern ein spezieller Fall von Raumdivisions-Multiplexing.[9]

Code-Division-Multiplexing

Code-Division-Multiplexing (CDM), Code-Division Multiple Access (CDMA) oder breites Spektrum ist eine Klasse von Techniken, bei denen mehrere Kanäle gleichzeitig dasselbe teilen Frequenzbereichund diese spektrale Bandbreite ist viel höher als die Bitrate oder Symbolrate. Eine Form ist Frequenzsprung, ein anderes ist ein direktes Sequenzspread -Spektrum. Im letzteren Fall überträgt jeder Kanal seine Bits als codierte kanalspezifische Sequenz von Impulsen, die als Chips bezeichnet werden. Anzahl der Chips pro Bit oder Chips pro Symbol ist das Verbreitungsfaktor. Diese codierte Übertragung wird typischerweise erreicht, indem eine einzigartige zeitabhängige Reihe kurzer Impulse übertragen wird, die innerhalb der größeren Bitzeit innerhalb der Chipzeiten platziert werden. Alle Kanäle mit einem anderen Code können auf dieselbe Faser- oder Funkkanal oder ein anderes Medium übertragen werden und asynchron Demultiplexed. Vorteile gegenüber herkömmlichen Techniken sind, dass eine variable Bandbreite möglich ist (genau wie in Statistisches Multiplexing), dass die breite Bandbreite ein schlechtes Signal-Rausch-Verhältnis ermöglicht Shannon-Hartley Theoremund diese Mehrwegausbreitung in der drahtlosen Kommunikation kann von bekämpft werden Rechenempfänger.

Eine signifikante Anwendung von CDMA ist die Global Positioning System (GEOGRAPHISCHES POSITIONIERUNGS SYSTEM).

Telekommunikations -Multiplexing

Mehrfachzugriffsmethode

Eine Multiplexing -Technik kann weiter in a ausgedehnt werden Mehrfachzugriffsmethode oder Kanalzugriffsmethodezum Beispiel TDM in Zeitaufteilung Multiple Access (TDMA) und statistisches Multiplexing in Carrier-Sens-Multiple-Zugriff (CSMA). Eine Mehrfachzugriffsmethode ermöglicht es mehreren Sendern, die mit demselben physischen Medium verbunden sind, um ihre Kapazität zu teilen.

Multiplexing wird von der bereitgestellt Physische Schicht des OSI -Modell, während mehrere Zugang auch a beinhaltet Media Access Control Protokoll, das Teil der ist Datenübertragungsebene.

Die Transportschicht im OSI -Modell sowie das TCP/IP -Modell bietet eine statistische Multiplexierung mehrerer Anwendungsschichtdatenflüsse zum/vomselben Computer.

Code-Division-Multiplexing (CDM) ist eine Technik, bei der jeder Kanal seine Bits als codierte kanalspezifische Sequenz von Impulsen überträgt. Diese codierte Übertragung wird typischerweise erreicht, indem eine einzigartige zeitabhängige Reihe kurzer Impulse übertragen wird, die innerhalb der größeren Bitzeit innerhalb der Chipzeiten platziert werden. Alle Kanäle mit einem anderen Code können auf derselben Faser und asynchron demultiplexen übertragen werden. Andere weit verbreitete mehrfache Zugriffstechniken sind Zeitaufteilung Multiple Access (TDMA) und Frequenz-Division Multiple Access (FDMA). Code-Division-Multiplex-Techniken werden als CDMA (Code-Division Multiple Access) im Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) -Standard für die von der ITU identifizierte mobile Kommunikation der dritten Generation (3G) als Access-Technik verwendet.

Anwendungsbereiche

Telegrafie

Die früheste Kommunikationstechnologie unter Verwendung von Elektrokabeln und damit ein Interesse an den Volkswirtschaften durch Multiplexing war, war die elektrischer Telegraph. Frühere Experimente ermöglichten es zwei separate Nachrichten, gleichzeitig in entgegengesetzte Richtungen zu fahren, zuerst mit einer elektrischen Batterie an beiden Enden und dann an nur einem Ende.

Émile Baudot entwickelt a Zeit-Multiplexing System von mehreren Hughes Maschinen in den 1870er Jahren. 1874 die Quadruplex Telegraph entwickelt von Thomas Edison übermittelte zwei Nachrichten gleichzeitig in jeder Richtung, für insgesamt vier Nachrichten, die gleichzeitig denselben Kabel übertragen. Mehrere Forscher untersuchten Akustische Telegraphie, a Frequenz-Division-Multiplexing Technik, die zu der führte Erfindung des Telefons.

Telefonie

Im Telefonie, a Kunde's Telefonleitung jetzt endet normalerweise am Fernkonzentrator Box, wo es sich zusammen mit anderen multiplexen Telefonleitungen dafür Nachbarschaft oder eine andere ähnliche Fläche. Das Multiplex -Signal wird dann an das getragen Zentrales Schaltbüro Bei deutlich weniger Drähten und für viel weitere Entfernungen kann die Linie eines Kunden praktisch gehen. Dies gilt ebenfalls auch für Digitale Abonnentenlinien (DSL).

Faser in der Schleife (Fitl) ist eine gemeinsame Methode des Multiplexing, die verwendet Glasfaser als die Rückgrat. Es verbindet sich nicht nur Töpfe Telefonleitungen mit dem Rest der Pstnersetzt aber auch DSL, indem sie sich direkt an eine Verbindung zu anschließen Ethernet verkabelt in die Heimat. asynchroner Übertragungsmodus ist oft das Kommunikationsprotokoll Gebraucht.

Kabelfernsehen hat seit langem Multiplex getragen television channelsund Ende des 20. Jahrhunderts begann die gleichen Dienste wie Telefongesellschaften. Iptv Hängt auch von Multiplexing ab.

Videoverarbeitung

Hauptartikel: Demultiplexer (Mediendatei)

Im Video Multiplexing bearbeiten und verarbeitungssysteme bezieht sich auf den Prozess des Verschiebens von Audio und Video in einen kohärenten Datenstrom.

Im digitales Video, ein solcher Transportstrom ist normalerweise ein Merkmal von a Containerformat welches beinhalten kann Metadaten und andere Informationen, wie z. Untertitel. Die Audio- und Video -Streams haben möglicherweise eine variable Bitrate. Software, die einen solchen Transportstrom und/oder Container erzeugt, wird allgemein als Multiplexer bezeichnet oder Muxer. EIN Demuxer ist Software, die für die separate Verarbeitung der Komponenten eines solchen Streams oder Containers extrahiert oder auf andere Weise verfügbar ist.

Digitaler Rundfunk

Im digitaler Fernseher Systeme, mehrere variable Bit-Rate-Datenströme werden mit einem festen Bitrate-Transportstrom mithilfe von Multiplexen zusammengesetzt Statistisches Multiplexing. Dies ermöglicht es, mehrere Video- und Audiokanäle gleichzeitig über denselben Frequenzkanal zusammen mit verschiedenen Diensten zu übertragen. Dies kann mehrere beinhalten Standard-Definition-Fernseher (SDTV) -Programme (insbesondere auf DVB-T, DVB-S2, ISDB und ATSC-C) oder eins HDTVmöglicherweise mit einem einzelnen SDTV-Begleiterkanal über einen 6 bis 8 MHz-Breiten-TV-Kanal. Das Gerät, das dies erreicht Statistischer Multiplexer. In mehreren dieser Systeme führt das Multiplexing zu einer MPEG -Transportstrom. Die neueren DVB-Standards DVB-S2 und DVB-T2 hat die Fähigkeit, mehrere zu tragen HDTV Kanäle in einem Multiplex.

Im digitales RadioEin Multiplex (auch als Ensemble bekannt) ist eine Reihe von Radiosendern, die zusammengefasst sind. Ein Multiplex ist ein Strom von digitalen Informationen, die Audio und andere Daten enthalten.[10]

An Kommunikationssatelliten die tragen Übertragung Fernsehsender und FunknetzwerkeDies ist bekannt als als Mehrfachkanal pro Träger oder MCPC. Wo Multiplexing nicht praktisch ist (z. B. wo es verschiedene Quellen mit einem einzigen gibt Transponder), Einzelkanal pro Träger Modus wird verwendet.

Analogübertragung

Im FM -Rundfunk und andere Analog Radio Medien, Multiplexing ist ein Begriff Unterträger zum Audiosignal, bevor es in das eintritt Sender, wo Modulation tritt ein. (Tatsächlich kann das Stereo-Multiplex-Signal unter Verwendung von Zeitabteilungs-Multiplexing erzeugt werden, indem zwischen den beiden Eingangssignalen (linker Kanal und rechter Kanal) mit einer Ultraschallrate (der Unterträger) eingeschaltet und dann die höheren Harmonischen herausgefiltert werden.) Multiplexing in diesem Sinne wird manchmal als bekannt als MPX, was wiederum auch ein alter Begriff für ist stereophon Fm, gesehen auf Stereosysteme seit den 1960er Jahren.

Andere Bedeutungen

Im Spektroskopie Der Begriff wird verwendet, um anzuzeigen, dass das Experiment mit einer Mischung von Frequenzen gleichzeitig durchgeführt wird und ihre jeweilige Reaktion danach mit der Fourier-Transformation Prinzip.

Im ComputerprogrammierungEs kann sich um die Verwendung einer einzelnen In-Memory-Ressource (z. B. eines Dateihandels) beziehen, um mehrere externe Ressourcen (z. B. On-Disk-Dateien) zu verarbeiten.[11]

Einige elektrische Multiplexing -Techniken erfordern keine physische. "Multiplexer"Gerät, sie beziehen sich auf eine"Tastaturmatrix" oder "Charlieplexing"Designstil:

  • Multiplexing kann sich auf das Design von a beziehen Multiplexed Display (Nicht-Multiplex-Displays sind immun gegen beenden).
  • Multiplexing kann sich auf das Design einer "Switch-Matrix" beziehen (Nicht-Multiplex-Schaltflächen sind immun gegen "Phantomschlüssel" und auch immun gegen "Phantomschlüsselblockierung").

Im Hochdurchsatz DNA-SequenzierungDer Begriff wird verwendet, um anzuzeigen, dass einige künstliche Sequenzen (oft genannt Barcodes oder Indizes) wurden zu einer Link gegeben, angegebene Sequenz -Lesevorgänge zu einer bestimmten Probe und ermöglichen somit die Sequenzierung mehrerer Proben in derselben Reaktion.

Im Soziolinguistik, Multiplexität wird verwendet, um die Anzahl unterschiedlicher Verbindungen zwischen Personen zu beschreiben, die Teil von a sind Soziales Netzwerk. Ein Multiplex -Netzwerk ist eines, in dem Mitglieder eine Reihe von Bindungen teilen, die sich aus mehr als einem sozialen Kontext wie Arbeitskameraden, Nachbarn oder Verwandten stammen.

Siehe auch

Verweise

  1. ^ Charles M. Hannum; Das Netbsd Foundation (1998). "Umfrage, Pollts - Synchrones E/A -Multiplexing". BSD Cross Referenz. Netbsd.
  2. ^ Forschungsgruppe für Computersysteme (1994). "Select, Pelect - Synchrones E/A -Multiplexing". BSD Cross Referenz. Netbsd.
  3. ^ a b Bates, Regis J; Bates, Marcus (2007), Sprach- und Datenkommunikation, ISBN 9780072257328
  4. ^ "RFC2068 - HTTP/1.1". Abgerufen 2010-09-23.
  5. ^ Curley, Robert, ed. (2012). Durchbrüche in der Telefontechnologie: von Bell bis Smartphones. New York: Britannica Educational. p. 69. ISBN 978-1-61530-724-1. OCLC 769190186.
  6. ^ Siamack Ghadimi (2019-04-02), Differentielle Kreuzpolarisierte drahtlose Kommunikation, Wissenschaftliche Forschung
  7. ^ Tamburini, Fabrizio; Mari, Elettra; Sponseelli, Anna; Thidé, Bo; Bianchini, Antonio; Romanato, Filippo (2012-01-01). "Kodieren Sie viele Kanäle mit der gleichen Frequenz durch Funkwirbel: Erster experimenteller Test". Neues Journal of Physics. 14 (3): 033001. Arxiv:1107.2348. Bibcode:2012njph ... 14c3001t. doi:10.1088/1367-2630/14/3/033001. ISSN 1367-2630. S2CID 3570230.
  8. ^ "'Twisted Light' trägt 2,5 Terabit von Daten pro Sekunde. ". BBC News. 2012-06-25. Abgerufen 2012-06-25.
  9. ^ Tamagnone, Michele; Silva, Joana S.; Capdevila, Santiago; Mosig, Juan R.; Perruisseau-Carrier, Julien (2015). "Die Multiplex -Kontroverse des Orbitalwinkelimpulses (OAM): OAM als Untergruppe von MIMO". 2015 9. Europäische Konferenz über Antennen und Verbreitung (EUCAP): 1–5.
  10. ^ "Alles über DAB -Multiplexe". Radio- und Fernsehuntersuchungsdienst. BBC. Abgerufen 17. Juni 2018.
  11. ^ "Multiplexing -Dateihändler mit Select () in Perl".

Externe Links

  • Die Wörterbuchdefinition von Multiplexing bei wiktionary
  • Medien im Zusammenhang mit Multiplexing bei Wikimedia Commons