In Telekommunikations- und Computernetzen, Multiplexing (manchmal unter Vertrag genommen Muxing ) ist eine Methode, bei der mehrere analoge oder digitale Signale über ein gemeinsam genutztes Medium zu einem Signal kombiniert werden. Ziel ist es, eine knappe Ressource zu teilen. In der Telekommunikation können beispielsweise mehrere Telefonanrufe unter Verwendung einer Leitung geführt werden. Multiplexing entstand in der Telegrafie in den 1870er Jahren und findet heute breite Anwendung in der Kommunikation. In der Telefonie wird George Owen Squier 1910 die Entwicklung des Multiplexing von Telefonbetreibern zugeschrieben. Das gemultiplexte Signal wird über einen Kommunikationskanal wie beispielsweise ein Kabel übertragen. Das Multiplexing teilt die Kapazität des Kommunikationskanals in mehrere logische Kanäle auf, einen für jedes zu übertragende Nachrichtensignal oder Datenstrom. Ein umgekehrter Vorgang, bekannt als Demultiplexing, extrahiert die ursprünglichen Kanäle auf der Empfängerseite. Eine Vorrichtung, die das Multiplexen durchführt, wird Multiplexer (MUX) genannt, und eine Vorrichtung, die den umgekehrten Prozess durchführt, wird Demultiplexer (DEMUX oder DMX) genannt.
Das Inverse Multiplexing (IMUX) hat das entgegengesetzte Ziel wie das Multiplexing: Ein Datenstrom wird in mehrere Datenströme aufgeteilt, gleichzeitig über mehrere Kommunikationskanäle übertragen und der ursprüngliche Datenstrom wird wiederhergestellt. Mehrere digitale Bitströme mit variabler Bitrate können effizient mittels statistischen Multiplexing über einen einzigen Kanal mit fester Bandbreite übertragen werden. Dies ist ein Zeitdomänenmultiplexen im asynchronen Modus, das eine Form des Zeitmultiplexens ist.
Digitale Bitströme können über Codemultiplexverfahren wie Frequenzsprungspreizspektrum (FHSS) und Direktsequenzspreizspektrum (DSSS) über einen analogen Kanal übertragen werden.
In der drahtlosen Kommunikation kann Multiplexing auch durch abwechselnde Polarisation (horizontal / vertikal oder im Uhrzeigersinn / gegen den Uhrzeigersinn) an jedem Nachbarkanal und jedem Satelliten oder durch ein phasengesteuertes Mehrantennenarray in Kombination mit einer Kommunikation mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen (MIMO) erfolgen ) planen.
Weltweites Multiplexing [ edit ]
Bei der drahtgebundenen Kommunikation wird beim Space Division Multiplexing, auch als Space Division Multiple Access bezeichnet, die Verwendung separater Punkt-zu-Punkt-Verbindungen verwendet Leiter für jeden übertragenen Kanal. Beispiele umfassen ein analoges Stereo-Audiokabel mit einem Kabelpaar für den linken Kanal und ein anderes für den rechten Kanal und ein Telefonpaar mit mehreren Paaren, ein geschaltetes Sternnetzwerk, wie ein Telefonzugangsnetzwerk, ein geschaltetes Ethernet-Netzwerk und ein Mesh-Netzwerk. Bei der drahtlosen Kommunikation wird ein Weltraummultiplexen mit mehreren Antennenelementen erreicht, die eine phasengesteuerte Gruppenantenne bilden. Beispiele sind Multiple-Input und Multiple-Output (MIMO), Single-Input und Multiple-Output (SIMO) sowie Multiple-Input und Single-Output (MISO) -Multiplexing. Ein drahtloser IEEE 802.11g-Router mit k -Antennen macht es prinzipiell möglich, mit k k -Multiplex-Kanälen zu kommunizieren, die jeweils eine Spitzenbitrate von 54 Mbit / s aufweisen und somit den Gesamtpeak erhöhen Bitrate um den Faktor k . Unterschiedliche Antennen würden unterschiedliche Mehrwegeausbreitung (Echo) -Signaturen ergeben, wodurch digitale Signalverarbeitungstechniken verschiedene Signale voneinander trennen können. Diese Techniken können auch für die Raumdiversität (verbesserte Robustheit gegenüber Fading) oder für die Strahlformung (verbesserte Selektivität) anstelle des Multiplexens verwendet werden.
Frequenzmultiplex [ edit ]
Frequenzteilung Multiplexing (FDM) ist grundsätzlich eine analoge Technologie. FDM erzielt die Kombination mehrerer Signale zu einem Medium, indem Signale in verschiedenen Frequenzbereichen über ein einziges Medium gesendet werden. In FDM sind die Signale elektrische Signale. Eine der häufigsten Anwendungen für FDM ist der traditionelle Rundfunk- und Fernsehsender von terrestrischen, mobilen oder Satellitenstationen oder Kabelfernsehen. Nur ein Kabel erreicht den Wohnbereich eines Kunden, der Dienstanbieter kann jedoch über dieses Kabel mehrere Fernsehkanäle oder -signale gleichzeitig an alle Teilnehmer senden, ohne dass Störungen auftreten. Empfänger müssen auf die geeignete Frequenz (Kanal) abstimmen, um auf das gewünschte Signal zuzugreifen. [1]
Bei der optischen Kommunikation wird eine Variantentechnologie, Wellenlängenmultiplexing (WDM), verwendet.
Zeitmultiplex [ edit ]
Zeitmultiplex (TDM) ist ein digitales (oder in seltenen Fällen analoges) ) eine Technologie, die Zeit anstelle von Raum oder Frequenz verwendet, um die verschiedenen Datenströme zu trennen. TDM umfasst das Sequenzieren von Gruppen von wenigen Bits oder Bytes aus jedem einzelnen Eingangsstrom nacheinander und auf eine Weise, dass sie dem entsprechenden Empfänger zugeordnet werden können. Wenn dies ausreichend schnell durchgeführt wird, erkennen die empfangenden Geräte nicht, dass ein Teil der Schaltungszeit verwendet wurde, um einen anderen logischen Kommunikationspfad zu bedienen.
Betrachten Sie eine Anwendung, die vier Terminals an einem Flughafen benötigt, um einen zentralen Computer zu erreichen. Jedes Endgerät kommunizierte bei 2400 Baud, so dass die Fluggesellschaft nicht vier einzelne Schaltkreise für eine solche Übertragung mit niedriger Geschwindigkeit erhält, sondern ein Paar von Multiplexern installiert hat. Außerdem sind ein Paar 9600-Baud-Modems und eine dedizierte analoge Kommunikationsschaltung vom Flughafen-Ticketschalter zum Datenzentrum der Fluggesellschaft installiert. [1] Einige Web-Proxy-Server (z. B. Polipo) verwenden TDM für das HTTP-Pipelining mehrerer HTTP-Transaktionen auf denselben TCP / IP-Verbindung. [2]
Carrier-Sense-Mehrfachzugriffs- und Multidrop-Kommunikationsmethoden sind dem Zeitmultiplexverfahren insofern ähnlich, als mehrere Datenströme auf dem gleichen Medium zeitlich voneinander getrennt sind, jedoch aufgrund der Signale einen separaten Ursprung haben, anstatt zu einem einzigen Signal zusammengefasst zu werden, werden am besten als Kanalzugriffsmethoden und nicht als Multiplexing betrachtet.
TD ist eine ältere Multiplexing-Technologie, die immer noch das Rückgrat der meisten nationalen Festnetztelefonnetzwerke in Europa bildet und die 2-Bit / Bit-Sprach- und Signalisierungsports an Schmalband-Telefonvermittlungsstellen wie dem DMS100 bereitstellt. Jeder E1- oder 2m / Bit-TDM-Port bietet entweder 30 oder 31 Sprachzeitschlitze bei CCITT7-Signalisierungssystemen und 30 Sprachkanäle für vom Kunden angeschlossene Q931-, DASS2-, DPNSS-, V5- und CASS-Signalisierungssysteme. [ Zitat erforderlich ]
Polarisationsmultiplexing [ edit ]
Das Polarisationsmultiplexing verwendet die Polarisation von elektromagnetischer Strahlung, um orthogonale Kanäle zu trennen. Es wird sowohl in der Funkkommunikation als auch in der optischen Kommunikation verwendet, insbesondere in faseroptischen Übertragungssystemen mit 100 Gbit / s pro Kanal.
Orbitale Drehimpulsmultiplexierung [ edit ]
Die orbitale Drehimpulsmultiplexierung ist eine relativ neue und experimentelle Technik zum Multiplexen mehrerer Kanäle, die mittels elektromagnetischer Strahlung über einen einzigen Pfad geführt werden. [19659035EskannmöglicherweisezusätzlichzuanderenphysikalischenMultiplexverfahrenverwendetwerdenumdieÜbertragungskapazitätsolcherSystemestarkzuerweiternAb2012[update] befindet es sich noch in einer frühen Forschungsphase, mit kleinen Labordemonstrationen von Bandbreiten von bis zu 2,5 Tbit / s über einen einzigen Lichtweg. [4] Dies ist ein umstrittenes Thema in der akademischen Gemeinschaft viele behaupten, es sei keine neue Methode des Multiplexens, sondern ein Sonderfall des Multiplexens im Weltraum. [5]
Codemultiplex [ edit
Codemultiplex (CDM) Codemultiplex-Vielfachzugriff (CDMA) oder Spread-Spektrum ist eine Klasse von Techniken, bei denen mehrere Kanäle gleichzeitig das gleiche Frequenzspektrum teilen und diese Spektralbandbreite viel höher ist als die Bitrate oder Symbolrate. Eine Form ist Frequenzsprung, eine andere ist das Spektrum der direkten Sequenzspreizung. Im letzteren Fall überträgt jeder Kanal seine Bits als codierte kanalspezifische Folge von Impulsen, die als Chips bezeichnet werden. Die Anzahl der Chips pro Bit oder Chips pro Symbol ist der Spreizfaktor. Diese codierte Übertragung wird typischerweise durch Senden einer eindeutigen zeitabhängigen Serie von kurzen Impulsen erreicht, die innerhalb der Chipzeiten innerhalb der größeren Bitzeit angeordnet sind. Alle Kanäle, die jeweils einen anderen Code haben, können auf demselben Glasfaser- oder Funkkanal oder einem anderen Medium übertragen und asynchron demultiplext werden. Vorteile gegenüber herkömmlichen Techniken sind, dass eine variable Bandbreite möglich ist (genau wie beim statistischen Multiplexing), dass die große Bandbreite nach dem Shannon-Hartley-Theorem ein schlechtes Signal-Rausch-Verhältnis ermöglicht und dass die Mehrwegeausbreitung bei der drahtlosen Kommunikation dadurch bekämpft werden kann Rake-Empfänger.
Eine wichtige Anwendung von CDMA ist das Global Positioning System (GPS).
Mehrfachzugriffsverfahren [ edit ]
Eine Multiplextechnik kann zu einem Mehrfachzugriffsverfahren oder einem Kanalzugriffsverfahren erweitert werden, z. Division Multiple Access (TDMA) und statistisches Multiplexing in Carrier-Sense Multiple Access (CSMA). Eine Mehrfachzugriffsmethode ermöglicht es, dass mehrere Sender, die mit demselben physischen Medium verbunden sind, ihre Kapazität gemeinsam nutzen können.
Multiplexing wird von der Physical Layer des OSI-Modells bereitgestellt, während der Mehrfachzugriff auch ein Protokoll für die Medienzugriffssteuerung beinhaltet, das Teil der Data Link Layer ist.
Die Transportschicht im OSI-Modell sowie das TCP / IP-Modell ermöglichen das statistische Multiplexen mehrerer Datenflüsse der Anwendungsschicht zum / vom selben Computer.
Code-Division-Multiplexing (CDM) ist eine Technik, bei der jeder Kanal seine Bits als eine kodierte kanalspezifische Folge von Impulsen sendet. Diese codierte Übertragung wird typischerweise durch Senden einer eindeutigen zeitabhängigen Serie von kurzen Impulsen erreicht, die innerhalb der Chipzeiten innerhalb der größeren Bitzeit angeordnet sind. Alle Kanäle mit jeweils unterschiedlichem Code können auf derselben Glasfaser übertragen und asynchron demultiplext werden. Andere weit verbreitete Vielfachzugriffstechniken sind Zeitvielfachzugriff (TDMA) und Frequenzvielfachzugriff (FDMA). Codeteilungsmultiplextechniken werden als Zugangstechnologie verwendet, nämlich Codemultiplex-Vielfachzugriff (CDMA) in dem UMTS-Standard (Universal Mobile Telecommunications System) für die von der ITU identifizierte Mobilkommunikation der dritten Generation (3G). Zitat erforderlich ]
Anwendungsgebiete [ edit ]
Telegraphie [ edit
Die erste Kommunikationstechnologie unter Verwendung Der elektrische Telegraph bestand aus elektrischen Drähten und war daher an den durch das Multiplexing gebotenen Volkswirtschaften interessiert. In früheren Experimenten konnten zwei separate Nachrichten gleichzeitig in entgegengesetzte Richtungen übertragen werden, wobei an beiden Enden zuerst eine elektrische Batterie verwendet wurde, dann nur an einem Ende.
Telefonie [ edit ]
In der Telefonie endet die Telefonleitung eines Kunden normalerweise bei der Remote-Konzentrator-Box, wo sie zusammen mit anderen Telefonleitungen für diese Nachbarschaft oder einer ähnlichen Einrichtung gemultiplext wird Bereich. Das gemultiplexte Signal wird dann auf wesentlich weniger Drähten und für weitere Entfernungen, als die Leitung eines Kunden praktisch gehen kann, zur zentralen Vermittlungsstelle übertragen. Dies gilt ebenfalls für digitale Teilnehmeranschlüsse (DSL).
Fiber in the Loop (FITL) ist eine gebräuchliche Methode des Multiplexens, bei der Glasfaser als Backbone verwendet wird. Es verbindet nicht nur POTS-Telefonleitungen mit dem Rest des öffentlichen Telefonnetzes, sondern ersetzt auch DSL, indem es eine direkte Verbindung mit dem in der Wohnung verdrahteten Ethernet herstellt. Der asynchrone Übertragungsmodus wird häufig als Kommunikationsprotokoll verwendet. [ Zitat benötigt ]
Das Kabelfernsehen hatte lange Zeit Multiplex-Fernsehkanäle und Ende des 20. Jahrhunderts begannen die gleichen Dienste anzubieten Telefongesellschaften. IPTV hängt auch vom Multiplexing ab.
Videobearbeitung [ edit ]
In Videobearbeitungs- und -verarbeitungssystemen bezieht sich Multiplexen auf das Verschachteln von Audio und Video in einen kohärenten Datenstrom.
In digitalen Videos ist ein solcher Transportstrom normalerweise ein Merkmal eines Containerformats, das Metadaten und andere Informationen wie Untertitel enthalten kann. Die Audio- und Videoströme können eine variable Bitrate haben. Software, die einen solchen Transportstrom und / oder Container erzeugt, wird allgemein als statistischer Multiplexer oder Muxer bezeichnet. Ein Demuxer ist eine Software, die die Komponenten eines solchen Streams oder Containers extrahiert oder anderweitig zur separaten Verarbeitung zur Verfügung stellt.
Digitaler Rundfunk [ edit ]
In digitalen Fernsehsystemen werden mehrere Datenströme mit variabler Bitrate durch statistisches Multiplexen zu einem Transportstrom mit fester Bitrate zusammen gemultiplext. Dadurch ist es möglich, mehrere Video- und Audiokanäle zusammen mit verschiedenen Diensten gleichzeitig über denselben Frequenzkanal zu übertragen. Dies kann mehrere Standard Definition Television (SDTV) -Programme (insbesondere auf DVB-T, DVB-S2, ISDB und ATSC-C) oder ein HDTV mit einem einzigen SDTV-Begleitkanal über einen 6 bis 8 MHz breiten Fernsehkanal umfassen . Das Gerät, das dies bewerkstelligt, wird als statistischer Multiplexer bezeichnet. In einigen dieser Systeme führt das Multiplexing zu einem MPEG-Transportstrom. Die neueren DVB-Standards DVB-S2 und DVB-T2 können mehrere HDTV-Kanäle in einem Multiplex übertragen. [ Zitat benötigt
Im digitalen Radio ein Multiplex (auch) bekannt als Ensemble) ist eine Anzahl von Radiosendern, die in Gruppen zusammengefasst sind. Ein Multiplex ist ein Strom digitaler Informationen, der Audio- und andere Daten enthält. [6]
Bei Kommunikationssatelliten, die Rundfunk-Fernseh- und -Rundfunknetze tragen, wird dies als Mehrkanal pro Träger bezeichnet oder MCPC . Wenn Multiplexing nicht praktikabel ist (z. B. wenn verschiedene Quellen mit einem einzigen Transponder verwendet werden), wird ein Kanal pro Trägermodus verwendet. [ Zitat erforderlich ]
Analoges Rundfunkverfahren edit ]
Im UKW-Rundfunk und in anderen analogen Radiomedien ist Multiplexing ein Begriff, der üblicherweise für das Hinzufügen von Zwischenträgern zu dem Audiosignal verwendet wird, bevor es in den Sender eintritt, wo Modulation auftritt. (Tatsächlich kann das Stereomultiplexsignal unter Verwendung von Zeitmultiplexen erzeugt werden, indem zwischen den beiden Eingangssignalen (linker Kanal und rechter Kanal) mit einer Ultraschallrate (dem Hilfsträger) umgeschaltet wird und dann die oberen Harmonischen herausgefiltert werden.) Multiplexing in diesem Sinne ist manchmal auch bekannt als MPX was wiederum ein alter Begriff für stereophones FM ist, der seit den 1960er Jahren auf Stereosystemen verwendet wird.
Andere Bedeutungen [ edit ]
In der Spektroskopie wird der Begriff verwendet, um darauf hinzuweisen, dass das Experiment mit einer Mischung von Frequenzen auf einmal ausgeführt wird und ihre jeweilige Antwort anschließend unter Verwendung der Fourier-Transformation entschlüsselt wird Prinzip.
Bei der Computerprogrammierung kann es sich um die Verwendung einer einzigen In-Memory-Ressource (wie z. B. eines Dateihandles) handeln, um mehrere externe Ressourcen (z. B. Dateien auf der Festplatte) zu verarbeiten. [7] [19659004] Einige elektrische Multiplextechniken erfordern kein physisches "Multiplexer" -Gerät. Sie beziehen sich auf einen "Tastaturmatrix" - oder "Charlieplexing" -Designstil: Multiplexing kann sich auf die Gestaltung einer multiplexierten Anzeige beziehen (nicht gemultiplexte Anzeigen sind unempfindlich gegen Aufbrechen).
In der Hochdurchsatz-DNA-Sequenzierung wird der Begriff verwendet, um darauf hinzuweisen, dass einige künstliche Sequenzen (oft 19459018; Barcode oder genannt) genannt werden ]) wurden hinzugefügt, um gegebene Sequenzlesevorgänge mit einer gegebenen Probe zu verknüpfen und somit die Sequenzierung mehrerer Proben in derselben Reaktion zu ermöglichen.
Siehe auch [ edit ]
Referenzen [ edit
- ^ a b Bates, Regis J; Bates, Marcus (2007), Sprach- und Datenkommunikation ISBN 9780072257328
- ^ "rfc2068 - HTTP / 1.1" . 2010-09-23 .
- ^ Tamburini, Fabrizio; Mari, Elettra; Sponselli, Anna; Thidé, Bo; Bianchini, Antonio; Romanato, Filippo (2012-01-01). "Kodierung vieler Kanäle auf derselben Frequenz durch Funk - Vorticity: erster experimenteller Test". Neues Journal of Physics . 14 (3): 033001. doi: 10.1088 / 1367-2630 / 14/3/033001. ISSN 1367-2630.
- ^ "" "Twisted light" trägt 2,5 Terabits an Daten pro Sekunde ". BBC News. 2012-06-25 . 2012-06-25 .
- ^ Tamagnone, Michele; Silva, Joana S .; Capdevila, Santiago; Mosig, Juan R .; Perruisseau-Carrier, Julien (2015). "Multiplexing-Kontroverse um den Orbital-Drehimpuls (OAM): OAM als Teilmenge von MIMO". 9. Europäische Konferenz 2015 über Antennen und Propagation (EuCAP) : 1-5.
- ^ "Alles über DAB-Multiplexe". Radio & Television Investigation Service . BBC . 17. Juni 2018 .
- ^ "Multiplexing-Dateihandles mit select () in perl".
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