Мультиплексування — це техніка, яка використовується для об’єднання та надсилання кількох потоків даних через одне середовище. Процес об'єднання потоків даних відомий як мультиплексування, а обладнання, що використовується для мультиплексування, називається мультиплексором.

Мультиплексування досягається за допомогою пристрою під назвою Мультиплексор ( MUX ), який поєднує n вхідних рядків для створення єдиного вихідного рядка. Мультиплексування слідує багато-до-одного, тобто n вхідних рядків і один вихідний рядок.

Демультиплексування досягається за допомогою пристрою під назвою Демультиплексор ( DEMUX ) доступний на приймальній стороні. DEMUX розділяє сигнал на його складові сигнали (один вхід і n виходів). Таким чином, ми можемо сказати, що демультиплексування слідує підходу «один до багатьох».

Чому мультиплексування?

• Середовище передачі використовується для передачі сигналу від відправника до одержувача. Носій може мати лише один сигнал одночасно.
• Якщо існує декілька сигналів для спільного використання одного середовища, то середовище має бути розділене таким чином, щоб кожному сигналу надавалася деяка частина доступної смуги пропускання. Наприклад: якщо є 10 сигналів і пропускна здатність середовища становить 100 одиниць, то 10 одиниць використовуються спільно для кожного сигналу.
• Коли кілька сигналів використовують загальне середовище, існує ймовірність зіткнення. Щоб уникнути таких колізій, використовується концепція мультиплексування.
• Послуги з передачі дуже дорогі.

Історія мультиплексування

• Технологія мультиплексування широко використовується в телекомунікаціях, коли кілька телефонних дзвінків здійснюються по одному дроту.
• Мультиплексування виникло в телеграфії на початку 1870-х років і зараз широко використовується в комунікації.
• Джордж Оуен Сквієр розробив мультиплексування телефонного зв'язку в 1910 році.

Поняття мультиплексування

• Вхідні рядки «n» передаються через мультиплексор, і мультиплексор об’єднує сигнали для формування композитного сигналу.
• Композитний сигнал пропускається через демультиплексор, і демультиплексор розділяє сигнал на компонентні сигнали та передає їх у відповідні місця призначення.

Переваги мультиплексування:

• Через одне середовище можна надіслати більше одного сигналу.
• Пропускна здатність середовища може бути ефективно використана.

Методи мультиплексування

Методи мультиплексування можна класифікувати як:

Частотне мультиплексування (FDM)

• Це аналогова техніка.
Частотне мультиплексуванняце техніка, за якої доступна смуга пропускання одного середовища передачі підрозділяється на кілька каналів.

• На наведеній вище схемі одне середовище передачі поділено на кілька частотних каналів, і кожен частотний канал надається різним пристроям. Пристрій 1 має частотний канал діапазону від 1 до 5.
• Вхідні сигнали перетворюються на смуги частот за допомогою методів модуляції, і вони об’єднуються мультиплексором для формування складеного сигналу.
• Основна мета FDM полягає в тому, щоб розділити доступну смугу пропускання на різні частотні канали та розподілити їх між різними пристроями.
• Використовуючи техніку модуляції, вхідні сигнали передаються в діапазони частот, а потім об’єднуються для формування складеного сигналу.
• Носії, які використовуються для модуляції сигналів, відомі як піднесучі . Вони представлені як f1,f2..fn.
FDMв основному використовується в радіо та телевізійних мережах.

Переваги FDM:

• FDM використовується для аналогових сигналів.
• Процес FDM - це дуже проста і легка модуляція.
• Велику кількість сигналів можна надіслати через FDM одночасно.
• Він не потребує жодної синхронізації між відправником і одержувачем.

Недоліки FDM:

• Техніка FDM використовується лише тоді, коли потрібні низькошвидкісні канали.
• Він страждає від проблеми перехресних перешкод.
• Потрібна велика кількість модуляторів.
• Це вимагає каналу з високою пропускною здатністю.

Застосування FDM:

• FDM зазвичай використовується в телевізійних мережах.
• Використовується в FM і AM мовленні. Кожна FM-радіостанція має різні частоти, і вони мультиплексуються для формування складеного сигналу. Мультиплексований сигнал передається по ефіру.

Мультиплексування по довжині хвилі (WDM)

• Мультиплексування за довжиною хвилі таке ж, як і FDM, за винятком того, що оптичні сигнали передаються через волоконно-оптичний кабель.
• WDM використовується у волоконній оптиці для збільшення пропускної здатності одного волокна.
• Він використовується для використання високої швидкості передачі даних оптоволоконного кабелю.
• Це техніка аналогового мультиплексування.
• Оптичні сигнали з різних джерел об'єднуються, щоб утворити більш широку смугу світла за допомогою мультиплексора.
• На приймальному кінці демультиплексор розділяє сигнали для передачі їх у відповідні місця призначення.
• Мультиплексування та демультиплексування можна досягти за допомогою призми.
• Призма може виконувати роль мультиплексора, поєднуючи різні оптичні сигнали для формування композитного сигналу, який передається через волоконно-оптичний кабель.
• Prism також виконує зворотну операцію, тобто демультиплексує сигнал.

Мультиплексування з тимчасовим поділом

• Це цифрова техніка.
• У техніці мультиплексування з частотним поділом усі сигнали працюють одночасно з різною частотою, але у випадку техніки мультиплексування з поділом часу всі сигнали працюють на одній частоті з різним часом.
• в Техніка мультиплексування з часовим поділом , загальний доступний час на каналі розподіляється між різними користувачами. Таким чином, кожному користувачеві призначається різний часовий інтервал, відомий як часовий інтервал, у якому дані мають бути передані відправником.
• Користувач отримує контроль над каналом протягом фіксованого часу.
• У техніці мультиплексування з часовим поділом дані не передаються одночасно, а передаються по одному.
• У TDM сигнал передається у вигляді кадрів. Кадри містять цикл часових інтервалів, у якому кожен кадр містить один або більше інтервалів, призначених для кожного користувача.
• Його можна використовувати для мультиплексування як цифрових, так і аналогових сигналів, але переважно для мультиплексування цифрових сигналів.

Існує два типи TDM:

• Синхронний TDM
• Асинхронний TDM

Синхронний TDM

• Синхронний TDM — це техніка, за якої часовий інтервал попередньо призначається для кожного пристрою.
• У синхронному TDM кожному пристрою надається певний часовий інтервал, незалежно від того, містить пристрій дані чи ні.
• Якщо на пристрої немає даних, то слот залишиться порожнім.
• У синхронному TDM сигнали надсилаються у формі кадрів. Часові інтервали організовані у вигляді кадрів. Якщо пристрій не має даних для певного часового інтервалу, буде передано порожній інтервал.
• Найпопулярнішими синхронними TDM є мультиплексування T-1, мультиплексування ISDN і мультиплексування SONET.
• Якщо є n пристроїв, то є n слотів.

Концепція синхронного TDM

На наведеному вище малюнку реалізовано техніку синхронного TDM. Кожному пристрою виділяється певний часовий інтервал. Часові інтервали передаються незалежно від того, чи є у відправника дані для надсилання чи ні.

Недоліки синхронного TDM:

• Ємність каналу використовується не повністю, оскільки також передаються порожні слоти, які не містять даних. На наведеному вище малюнку перший кадр повністю заповнений, але в останніх двох кадрах деякі слоти порожні. Тому можна сказати, що пропускна здатність каналу використовується неефективно.
• Швидкість середовища передачі повинна бути більше сумарної швидкості вхідних ліній. Альтернативним підходом до синхронного TDM є асинхронне мультиплексування з поділом часу.

Асинхронний TDM

• Асинхронний TDM також відомий як статистичний TDM.
• Асинхронний TDM — це метод, у якому часові інтервали не є фіксованими, як у випадку синхронного TDM. Часові інтервали призначаються лише тим пристроям, які мають дані для надсилання. Таким чином, можна сказати, що мультиплексор з асинхронним розподілом часу передає лише дані з активних робочих станцій.
• Технологія асинхронного TDM динамічно розподіляє часові інтервали між пристроями.
• В асинхронному TDM загальна швидкість вхідних ліній може перевищувати пропускну здатність каналу.
• Мультиплексор з асинхронним розподілом часу приймає вхідні потоки даних і створює кадр, який містить лише дані без порожніх слотів.
• В асинхронному TDM кожен слот містить адресу, яка ідентифікує джерело даних.

• Різниця між асинхронним TDM і синхронним TDM полягає в тому, що багато слотів у синхронному TDM не використовуються, але в асинхронному TDM слоти використовуються повністю. Це призводить до меншого часу передачі та ефективного використання пропускної здатності каналу.
• У синхронному TDM, якщо є n надсилаючих пристроїв, то є n часових інтервалів. В асинхронному TDM, якщо є n надсилаючих пристроїв, то є m часових інтервалів, де m менше ніж n ( м).
• Кількість слотів у кадрі залежить від статистичного аналізу кількості вхідних рядків.

Концепція асинхронного TDM

На наведеній вище схемі є 4 пристрої, але лише два пристрої надсилають дані, тобто A та C. Тому дані A та C передаються лише через лінію передачі.

Каркас вищенаведеної діаграми можна представити у вигляді:

Наведений вище малюнок показує, що частина даних містить адресу для визначення джерела даних.