Multiplexing

Meerdere digitale bitstreams met variabele bitsnelheid kunnen efficiënt over één kanaal met vaste bandbreedte worden getransporteerd door middel van statistische multiplexing. Dit is een asynchrone modus time-domain multiplexing die een vorm is van time-division multiplexing.

Digitale bitstromen kunnen over een analoog kanaal worden overgebracht door middel van code-division multiplexing technieken zoals frequency-hopping spread spectrum (FHSS) en direct-sequence spread spectrum (DSSS).

In draadloze communicatie kan multiplexing ook worden bereikt door middel van afwisselende polarisatie (horizontaal/verticaal of met de klok mee/tegen de klok in) op elk aangrenzend kanaal en satelliet, of door middel van gefaseerde multi-antenne array gecombineerd met een multiple-input multiple-output communicatie (MIMO) schema.

Space-division multiplexingEdit

In bekabelde communicatie, space-division multiplexing, ook bekend als space-division multiple access (SDMA) is het gebruik van afzonderlijke point-to-point elektrische geleiders voor elk verzonden kanaal. Voorbeelden zijn een analoge stereo-audiokabel, met een paar draden voor het linkerkanaal en een ander paar voor het rechterkanaal, en een telefoonkabel met meerdere paren, een geschakeld sternetwerk zoals een telefoontoegangsnetwerk, een geschakeld Ethernet-netwerk, en een mesh-netwerk.

In draadloze communicatie wordt ruimtedeleringsmultiplexing bereikt met meerdere antenne-elementen die een fase-array-antenne vormen. Voorbeelden zijn multiple-input en multiple-output (MIMO), single-input en multiple-output (SIMO) en multiple-input en single-output (MISO) multiplexing. Een IEEE 802.11g draadloze router met k antennes maakt het in principe mogelijk te communiceren met k gemultiplexte kanalen, elk met een piekbitsnelheid van 54 Mbit/s, waardoor de totale piekbitsnelheid met de factor k toeneemt. Verschillende antennes zouden verschillende meerpadenvoortplanting (echo)-signaturen geven, waardoor het voor digitale signaalverwerkingstechnieken mogelijk wordt verschillende signalen van elkaar te scheiden. Deze technieken kunnen ook worden gebruikt voor ruimtediversiteit (betere robuustheid tegen fading) of beamforming (betere selectiviteit) in plaats van multiplexing.

Frequentie-divisie-multiplexingEdit

Frequency-division multiplexing (FDM) is van nature een analoge technologie. FDM maakt het mogelijk verschillende signalen op één medium te combineren door signalen in verschillende frequentiebereiken over één medium te zenden. Bij FDM zijn de signalen elektrische signalen. Een van de meest voorkomende toepassingen van FDM zijn traditionele radio- en televisie-uitzendingen van aardse, mobiele of satellietstations, of kabeltelevisie. Slechts één kabel bereikt het woongebied van een klant, maar de dienstverlener kan via die kabel zonder interferentie meerdere televisiekanalen of signalen tegelijkertijd naar alle abonnees zenden. Ontvangers moeten afstemmen op de juiste frequentie (kanaal) om toegang te krijgen tot het gewenste signaal.

Een variant hierop, genaamd wavelength-division multiplexing (WDM), wordt gebruikt in optische communicatie.

Time-division multiplexingEdit

Time-division multiplexing (TDM) is een digitale (of in zeldzame gevallen analoge) technologie die gebruik maakt van tijd, in plaats van ruimte of frequentie, om de verschillende datastromen te scheiden. TDM houdt in dat groepen van enkele bits of bytes uit elke afzonderlijke inputstroom achter elkaar worden gezet, en wel zodanig dat zij met de juiste ontvanger in verband kunnen worden gebracht. Indien dit voldoende snel gebeurt, zullen de ontvangende apparaten niet opmerken dat een deel van de schakeltijd werd gebruikt om een ander logisch communicatiepad te bedienen.

Bedenk een toepassing waarbij vier terminals op een vliegveld een centrale computer moeten kunnen bereiken. Elke terminal communiceerde met 2400 baud, dus in plaats van vier afzonderlijke circuits aan te schaffen om zo’n lage-snelheidstransmissie te dragen, heeft de luchtvaartmaatschappij een paar multiplexers geïnstalleerd. Een paar 9600 baud modems en een speciaal analoog communicatiecircuit van de ticketbalie op de luchthaven terug naar het datacentrum van de luchtvaartmaatschappij zijn ook geïnstalleerd. Sommige web proxy servers (b.v. polipo) gebruiken TDM bij HTTP pipelining van meerdere HTTP transacties op dezelfde TCP/IP verbinding.

Carrier sense multiple access en multidrop communicatiemethoden zijn vergelijkbaar met time-division multiplexing in die zin dat meerdere datastromen worden gescheiden door tijd op hetzelfde medium, maar omdat de signalen een aparte oorsprong hebben in plaats van te worden gecombineerd in een enkel signaal, kunnen ze het beste worden gezien als kanaaltoegangsmethoden, in plaats van als een vorm van multiplexing.

TD is een oude multiplexing-technologie die nog steeds de ruggengraat vormt van de meeste nationale netwerken voor vaste telefonie in Europa, en die de 2m/bit spraak- en signaleringspoorten levert op smalband-telefooncentrales zoals de DMS100. Elke E1- of 2m/bit TDM-poort biedt 30 of 31 spraaktimeslots in het geval van CCITT7-signaleringssystemen en 30 spraakkanalen voor met de klant verbonden Q931-, DASS2-, DPNSS-, V5- en CASS-signaleringssystemen.

PolarisatiedivisiemultiplexingEdit

Polarisatiedivisiemultiplexing gebruikt de polarisatie van elektromagnetische straling om orthogonale kanalen te scheiden. Het wordt in de praktijk gebruikt in zowel radio- als optische communicatie, met name in 100 Gbit/s per kanaal glasvezeltransmissiesystemen.

Orbitaal impulsmomentmultiplexingEdit

Orbitaal impulsmomentmultiplexing is een betrekkelijk nieuwe en experimentele techniek voor het multiplexen van meerdere kanalen van signalen die met elektromagnetische straling over een enkel pad worden getransporteerd. Het kan mogelijk worden gebruikt naast andere fysieke multiplexingmethoden om de transmissiecapaciteit van dergelijke systemen sterk uit te breiden. In 2012 bevindt het zich nog in de vroege onderzoeksfase, met kleinschalige laboratoriumdemonstraties van bandbreedtes tot 2,5 Tbit/s over één enkel lichtpad. Dit is een controversieel onderwerp in de academische gemeenschap, waarbij velen beweren dat het geen nieuwe methode van multiplexing is, maar eerder een speciaal geval van space-division multiplexing.

Code-division multiplexingEdit

Code division multiplexing (CDM), Code division multiple access (CDMA) of spread spectrum is een klasse van technieken waarbij verschillende kanalen tegelijkertijd hetzelfde frequentiespectrum delen, en deze spectrale bandbreedte veel groter is dan de bitsnelheid of de symbolensnelheid. Eén vorm is frequentiesprongen, een andere is “direct sequence spread spectrum”. In het laatste geval zendt elk kanaal zijn bits uit als een gecodeerde kanaalspecifieke reeks impulsen die chips worden genoemd. Het aantal chips per bit, of chips per symbool, is de spreidingsfactor. Deze gecodeerde transmissie wordt gewoonlijk tot stand gebracht door het zenden van een unieke tijdsafhankelijke reeks korte pulsen, die binnen de chip-tijden binnen de grotere bit-tijd worden geplaatst. Alle kanalen, elk met een verschillende code, kunnen op hetzelfde vezel- of radiokanaal of een ander medium worden overgebracht en asynchroon worden gedemultiplexed. Voordelen ten opzichte van conventionele technieken zijn dat variabele bandbreedte mogelijk is (net als bij statistische multiplexing), dat de grote bandbreedte een slechte signaal-ruisverhouding mogelijk maakt volgens het Shannon-Hartley theorema, en dat multipadpropagatie bij draadloze communicatie kan worden bestreden met rake ontvangers.

Een belangrijke toepassing van CDMA is het Global Positioning System (GPS).