Multiplexing ist eine Technik, mit der mehrere Datenströme kombiniert und über ein einziges Medium gesendet werden. Der Vorgang des Kombinierens der Datenströme wird als Multiplexing bezeichnet, und die zum Multiplexen verwendete Hardware wird als Multiplexer bezeichnet.

Multiplexing wird durch die Verwendung eines Geräts namens Multiplexer erreicht ( MUX ), der n Eingabezeilen kombiniert, um eine einzelne Ausgabezeile zu erzeugen. Das Multiplexen erfolgt im Viele-zu-Eins-Verfahren, d. h. mit n Eingangsleitungen und einer Ausgangsleitung.

Das Demultiplexen wird durch die Verwendung eines Geräts namens Demultiplexer erreicht ( DEMUX ) auf der Empfangsseite verfügbar. DEMUX zerlegt ein Signal in seine Komponentensignale (einen Eingang und n Ausgänge). Daher können wir sagen, dass das Demultiplexen dem Eins-zu-viele-Ansatz folgt.

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Warum Multiplexing?

• Das Übertragungsmedium dient zur Übertragung des Signals vom Sender zum Empfänger. Das Medium kann jeweils nur ein Signal haben.
• Wenn sich mehrere Signale ein Medium teilen, muss das Medium so aufgeteilt werden, dass jedem Signal ein Teil der verfügbaren Bandbreite zugewiesen wird. Beispiel: Wenn es 10 Signale gibt und die Bandbreite des Mediums 100 Einheiten beträgt, werden die 10 Einheiten von jedem Signal gemeinsam genutzt.
• Wenn mehrere Signale das gemeinsame Medium nutzen, besteht die Möglichkeit einer Kollision. Um solche Kollisionen zu vermeiden, wird das Multiplexing-Konzept verwendet.
• Übertragungsdienste sind sehr teuer.

Geschichte des Multiplexings

• In der Telekommunikation wird häufig die Multiplex-Technik eingesetzt, bei der mehrere Telefongespräche über eine einzige Leitung geführt werden.
• Multiplexing entstand in den frühen 1870er Jahren in der Telegrafie und wird heute häufig in der Kommunikation eingesetzt.
• George Owen Squier entwickelte das Multiplexing von Telefonanbietern im Jahr 1910.

Konzept des Multiplexings

• Die „n“ Eingangsleitungen werden über einen Multiplexer übertragen und der Multiplexer kombiniert die Signale zu einem zusammengesetzten Signal.
• Das zusammengesetzte Signal wird durch einen Demultiplexer geleitet, und der Demultiplexer trennt ein Signal in Komponentensignale und überträgt sie an ihre jeweiligen Ziele.

Vorteile des Multiplexings:

• Über ein einziges Medium kann mehr als ein Signal gesendet werden.
• Die Bandbreite eines Mediums kann effektiv genutzt werden.

Multiplexing-Techniken

Multiplexing-Techniken können wie folgt klassifiziert werden:

Frequenzmultiplex (FDM)

• Es handelt sich um eine analoge Technik.
Frequenzmultiplexist eine Technik, bei der die verfügbare Bandbreite eines einzelnen Übertragungsmediums in mehrere Kanäle aufgeteilt wird.

• Im obigen Diagramm ist ein einzelnes Übertragungsmedium in mehrere Frequenzkanäle unterteilt und jeder Frequenzkanal wird verschiedenen Geräten zugewiesen. Gerät 1 verfügt über einen Frequenzkanal im Bereich von 1 bis 5.
• Die Eingangssignale werden mithilfe von Modulationstechniken in Frequenzbänder übersetzt und von einem Multiplexer zu einem zusammengesetzten Signal kombiniert.
• Das Hauptziel des FDM besteht darin, die verfügbare Bandbreite in verschiedene Frequenzkanäle zu unterteilen und diese verschiedenen Geräten zuzuweisen.
• Mithilfe der Modulationstechnik werden die Eingangssignale in Frequenzbänder übertragen und dann zu einem zusammengesetzten Signal kombiniert.
• Die Träger, die zur Modulation der Signale verwendet werden, werden als bezeichnet Unterträger . Sie werden als f1,f2..fn dargestellt.
FDMwird hauptsächlich in Radiosendungen und Fernsehsendern verwendet.

Vorteile von FDM:

• FDM wird für analoge Signale verwendet.
• Der FDM-Prozess ist sehr einfach und leicht zu modulieren.
• Eine große Anzahl von Signalen kann gleichzeitig über ein FDM gesendet werden.
• Es ist keine Synchronisierung zwischen Sender und Empfänger erforderlich.

Nachteile von FDM:

• Die FDM-Technik wird nur verwendet, wenn Kanäle mit niedriger Geschwindigkeit erforderlich sind.
• Es besteht das Problem des Übersprechens.
• Es ist eine große Anzahl von Modulatoren erforderlich.
• Es erfordert einen Kanal mit hoher Bandbreite.

Anwendungen von FDM:

• FDM wird häufig in Fernsehsendern verwendet.
• Es wird im FM- und AM-Rundfunk verwendet. Jeder UKW-Radiosender hat unterschiedliche Frequenzen und diese werden gemultiplext, um ein zusammengesetztes Signal zu bilden. Das gemultiplexte Signal wird in der Luft übertragen.

Wellenlängenmultiplex (WDM)

• Wellenlängenmultiplexing ist dasselbe wie FDM, außer dass die optischen Signale über das Glasfaserkabel übertragen werden.
• WDM wird bei Glasfasern eingesetzt, um die Kapazität einer einzelnen Faser zu erhöhen.
• Es wird verwendet, um die hohe Datenratenfähigkeit von Glasfaserkabeln zu nutzen.
• Es handelt sich um eine analoge Multiplex-Technik.
• Mithilfe eines Multiplexers werden optische Signale verschiedener Quellen zu einem breiteren Lichtband kombiniert.
• Auf der Empfangsseite trennt ein Demultiplexer die Signale, um sie an ihre jeweiligen Ziele zu übertragen.
• Multiplexing und Demultiplexing können durch die Verwendung eines Prismas erreicht werden.
• Prism kann die Rolle eines Multiplexers übernehmen, indem es die verschiedenen optischen Signale zu einem zusammengesetzten Signal kombiniert, und das zusammengesetzte Signal wird über ein Glasfaserkabel übertragen.
• Prism führt auch eine umgekehrte Operation durch, d. h. das Demultiplexen des Signals.

Zeitmultiplex

• Es handelt sich um eine digitale Technik.
• Bei der Frequenzmultiplextechnik arbeiten alle Signale gleichzeitig mit unterschiedlicher Frequenz, bei der Zeitmultiplextechnik arbeiten jedoch alle Signale mit derselben Frequenz und unterschiedlicher Zeit.
• In Zeitmultiplex-Technik , wird die insgesamt im Kanal verfügbare Zeit auf verschiedene Benutzer verteilt. Daher wird jedem Benutzer ein anderes Zeitintervall, ein sogenanntes Zeitfenster, zugewiesen, in dem Daten vom Absender übertragen werden sollen.
• Ein Benutzer übernimmt für einen festgelegten Zeitraum die Kontrolle über den Kanal.
• Bei der Zeitmultiplextechnik werden Daten nicht gleichzeitig übertragen, sondern die Daten werden einzeln übertragen.
• Bei TDM wird das Signal in Form von Frames übertragen. Frames enthalten einen Zyklus von Zeitschlitzen, in denen jeder Frame einen oder mehrere Slots enthält, die jedem Benutzer zugeordnet sind.
• Es kann sowohl zum Multiplexen digitaler als auch analoger Signale verwendet werden, wird jedoch hauptsächlich zum Multiplexen digitaler Signale verwendet.

Es gibt zwei Arten von TDM:

• Synchrones TDM
• Asynchrones TDM

Synchrones TDM

• Ein synchrones TDM ist eine Technik, bei der jedem Gerät ein Zeitschlitz vorab zugewiesen wird.
• Beim synchronen TDM erhält jedes Gerät einen bestimmten Zeitschlitz, unabhängig davon, ob das Gerät Daten enthält oder nicht.
• Wenn das Gerät keine Daten hat, bleibt der Steckplatz leer.
• Beim synchronen TDM werden Signale in Form von Frames gesendet. Zeitfenster sind in Form von Frames organisiert. Wenn ein Gerät für einen bestimmten Zeitschlitz keine Daten hat, wird der leere Zeitschlitz übertragen.
• Die beliebtesten synchronen TDMs sind T-1-Multiplexing, ISDN-Multiplexing und SONET-Multiplexing.
• Wenn es n Geräte gibt, dann gibt es n Steckplätze.

Konzept des synchronen TDM

In der obigen Abbildung ist die synchrone TDM-Technik implementiert. Jedem Gerät ist ein Zeitfenster zugewiesen. Die Zeitfenster werden unabhängig davon übertragen, ob der Absender Daten zu senden hat oder nicht.

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Nachteile von synchronem TDM:

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• Die Kapazität des Kanals wird nicht vollständig ausgenutzt, da auch die leeren Slots übertragen werden, die keine Daten enthalten. In der obigen Abbildung ist der erste Frame vollständig gefüllt, in den letzten beiden Frames sind jedoch einige Slots leer. Daher können wir sagen, dass die Kapazität des Kanals nicht effizient genutzt wird.
• Die Geschwindigkeit des Übertragungsmediums sollte größer sein als die Gesamtgeschwindigkeit der Eingangsleitungen. Ein alternativer Ansatz zum synchronen TDM ist das asynchrone Zeitmultiplex.

Asynchrones TDM

• Ein asynchrones TDM wird auch als statistisches TDM bezeichnet.
• Ein asynchrones TDM ist eine Technik, bei der Zeitschlitze nicht wie im Fall von synchronem TDM festgelegt sind. Zeitfenster werden nur den Geräten zugewiesen, die über die zu sendenden Daten verfügen. Daher können wir sagen, dass der asynchrone Zeitmultiplexer nur die Daten von aktiven Workstations überträgt.
• Eine asynchrone TDM-Technik weist den Geräten die Zeitschlitze dynamisch zu.
• Bei asynchronem TDM kann die Gesamtgeschwindigkeit der Eingangsleitungen größer sein als die Kapazität des Kanals.
• Der asynchrone Zeitmultiplexer akzeptiert die eingehenden Datenströme und erstellt einen Rahmen, der nur Daten ohne leere Slots enthält.
• Bei asynchronem TDM enthält jeder Slot einen Adressteil, der die Datenquelle identifiziert.

• Der Unterschied zwischen asynchronem TDM und synchronem TDM besteht darin, dass viele Slots bei synchronem TDM ungenutzt sind, während bei asynchronem TDM die Slots vollständig genutzt werden. Dies führt zu einer kürzeren Übertragungszeit und einer effizienten Nutzung der Kapazität des Kanals.
• Wenn es bei synchronem TDM n sendende Geräte gibt, gibt es n Zeitschlitze. Wenn im asynchronen TDM n Sendegeräte vorhanden sind, gibt es m Zeitschlitze, in denen m kleiner als n ist ( M).
• Die Anzahl der Slots in einem Frame hängt von der statistischen Analyse der Anzahl der Eingabezeilen ab.

Konzept des asynchronen TDM

Im obigen Diagramm gibt es 4 Geräte, aber nur zwei Geräte senden die Daten, nämlich A und C. Daher werden die Daten von A und C nur über die Übertragungsleitung übertragen.

Der Rahmen des obigen Diagramms kann wie folgt dargestellt werden:

Die obige Abbildung zeigt, dass der Datenteil die Adresse zur Bestimmung der Datenquelle enthält.