La multiplexació és una tècnica utilitzada per combinar i enviar múltiples fluxos de dades en un sol mitjà. El procés de combinació dels fluxos de dades es coneix com a multiplexació i el maquinari utilitzat per a la multiplexació es coneix com a multiplexador.

La multiplexació s'aconsegueix utilitzant un dispositiu anomenat multiplexador ( MUX ) que combina n línies d'entrada per generar una única línia de sortida. La multiplexació segueix molts a un, és a dir, n línies d'entrada i una línia de sortida.

La demultiplexació s'aconsegueix utilitzant un dispositiu anomenat Demultiplexer ( DEMUX ) disponible a l'extrem receptor. DEMUX separa un senyal en els seus senyals components (una entrada i n sortides). Per tant, podem dir que la demultiplexació segueix l'enfocament d'un a molts.

Per què multiplexar?

• El mitjà de transmissió s'utilitza per enviar el senyal de l'emissor al receptor. El mitjà només pot tenir un senyal alhora.
• Si hi ha diversos senyals per compartir un mitjà, llavors el mitjà s'ha de dividir de manera que cada senyal tingui una part de l'ample de banda disponible. Per exemple: si hi ha 10 senyals i l'amplada de banda del mitjà és de 100 unitats, cada senyal comparteix les 10 unitats.
• Quan diversos senyals comparteixen el mitjà comú, hi ha una possibilitat de col·lisió. El concepte de multiplexació s'utilitza per evitar aquesta col·lisió.
• Els serveis de transmissió són molt cars.

Història de la multiplexació

• La tècnica de multiplexació s'utilitza àmpliament en telecomunicacions en les quals es realitzen diverses trucades telefòniques a través d'un sol cable.
• La multiplexació es va originar en la telegrafia a principis de la dècada de 1870 i ara s'utilitza àmpliament en la comunicació.
• George Owen Squier va desenvolupar el multiplexació de l'operador de telefonia el 1910.

Concepte de multiplexació

• Les línies d'entrada 'n' es transmeten a través d'un multiplexor i el multiplexor combina els senyals per formar un senyal compost.
• El senyal compost passa a través d'un demultiplexor i el demultiplexor separa un senyal dels senyals components i els transfereix als seus respectius destins.

Avantatges de la multiplexació:

• Es pot enviar més d'un senyal per un sol mitjà.
• L'ample de banda d'un mitjà es pot utilitzar de manera eficaç.

Tècniques de multiplexació

Les tècniques de multiplexació es poden classificar en:

Multiplexació per divisió de freqüència (FDM)

• És una tècnica analògica.
Multiplexació per divisió de freqüènciaés una tècnica en la qual l'amplada de banda disponible d'un sol mitjà de transmissió es subdivideix en diversos canals.

• Al diagrama anterior, un sol mitjà de transmissió es subdivideix en diversos canals de freqüència i cada canal de freqüència es dóna a diferents dispositius. El dispositiu 1 té un canal de freqüència d'entre 1 i 5.
• Els senyals d'entrada es tradueixen a bandes de freqüència mitjançant tècniques de modulació, i es combinen mitjançant un multiplexor per formar un senyal compost.
• L'objectiu principal del FDM és subdividir l'ample de banda disponible en diferents canals de freqüència i assignar-los a diferents dispositius.
• Mitjançant la tècnica de modulació, els senyals d'entrada es transmeten en bandes de freqüència i després es combinen per formar un senyal compost.
• Els portadors que s'utilitzen per modular els senyals es coneixen com subportadors . Es representen com f1,f2..fn.
FDMs'utilitza principalment en emissions de ràdio i xarxes de televisió.

Avantatges de FDM:

• FDM s'utilitza per a senyals analògics.
• El procés FDM és molt senzill i de fàcil modulació.
• Es poden enviar un gran nombre de senyals a través d'un FDM simultàniament.
• No requereix cap sincronització entre emissor i receptor.

Desavantatges de FDM:

• La tècnica FDM només s'utilitza quan es requereixen canals de baixa velocitat.
• Pateix el problema de la diafonia.
• Es requereix un gran nombre de moduladors.
• Requereix un canal d'amplada de banda alta.

Aplicacions de FDM:

• FDM s'utilitza habitualment a les xarxes de televisió.
• S'utilitza en emissions FM i AM. Cada emissora de ràdio FM té freqüències diferents i es multiplexen per formar un senyal compost. El senyal multiplexat es transmet a l'aire.

Multiplexació per divisió de longitud d'ona (WDM)

• La multiplexació de la divisió de longitud d'ona és la mateixa que la FDM, excepte que els senyals òptics es transmeten a través del cable de fibra òptica.
• WDM s'utilitza en fibra òptica per augmentar la capacitat d'una sola fibra.
• S'utilitza per utilitzar la capacitat d'alta velocitat de dades del cable de fibra òptica.
• És una tècnica de multiplexació analògica.
• Els senyals òptics de diferents fonts es combinen per formar una banda de llum més àmplia amb l'ajuda del multiplexor.
• A l'extrem receptor, el demultiplexor separa els senyals per transmetre'ls als seus respectius destins.
• La multiplexació i la demultiplexació es poden aconseguir utilitzant un prisma.
• Prism pot fer un paper de multiplexor combinant els diferents senyals òptics per formar un senyal compost, i el senyal compost es transmet a través d'un cable de fibra òptica.
• Prism també realitza una operació inversa, és a dir, desmultiplexar el senyal.

Multiplexació per divisió de temps

• És una tècnica digital.
• A la tècnica de multiplexació per divisió de freqüència, tots els senyals funcionen al mateix temps amb una freqüència diferent, però en el cas de la tècnica de multiplexació per divisió de temps, tots els senyals operen a la mateixa freqüència amb un temps diferent.
• En Tècnica de multiplexació per divisió de temps , el temps total disponible al canal es distribueix entre els diferents usuaris. Per tant, a cada usuari se li assigna un interval de temps diferent conegut com a interval de temps en el qual les dades han de ser transmeses pel remitent.
• Un usuari pren el control del canal durant un període de temps determinat.
• En la tècnica de multiplexació per divisió de temps, les dades no es transmeten simultàniament sinó que es transmeten una per una.
• En TDM, el senyal es transmet en forma de trames. Els fotogrames contenen un cicle de franges de temps en què cada fotograma conté un o més espais dedicats a cada usuari.
• Es pot utilitzar per multiplexar senyals tant digitals com analògics, però s'utilitza principalment per multiplexar senyals digitals.

Hi ha dos tipus de TDM:

• TDM sincrònic
• TDM asíncron

TDM sincrònic

• Un TDM síncron és una tècnica en què la franja horària s'assigna prèviament a cada dispositiu.
• A Synchronous TDM, cada dispositiu té una franja horària independentment del fet que el dispositiu contingui les dades o no.
• Si el dispositiu no té dades, la ranura romandrà buida.
• A Synchronous TDM, els senyals s'envien en forma de trames. Les franges horàries s'organitzen en forma de marcs. Si un dispositiu no té dades per a una franja horària determinada, es transmetrà la ranura buida.
• Els TDM síncrons més populars són la multiplexació T-1, la multiplexació ISDN i la multiplexació SONET.
• Si hi ha n dispositius, hi ha n ranures.

Concepte de TDM síncron

A la figura anterior, s'implementa la tècnica Synchronous TDM. Cada dispositiu té una franja horària assignada. Les franges horàries es transmeten independentment de si el remitent té dades per enviar o no.

Desavantatges del TDM síncron:

• La capacitat del canal no s'utilitza completament, ja que també es transmeten les ranures buides que no tenen dades. A la figura anterior, el primer marc està completament omplert, però en els dos darrers fotogrames, algunes ranures estan buides. Per tant, podem dir que la capacitat del canal no s'utilitza de manera eficient.
• La velocitat del mitjà de transmissió ha de ser superior a la velocitat total de les línies d'entrada. Un enfocament alternatiu del TDM síncron és la multiplexació per divisió de temps asíncrona.

TDM asíncron

• Un TDM asíncron també es coneix com a TDM estadístic.
• Un TDM asíncron és una tècnica en què les franges horàries no es fixen com en el cas del TDM síncron. Les franges horàries s'assignen només als dispositius que tenen les dades per enviar. Per tant, podem dir que el multiplexor Asynchronous Time Division transmet només les dades de les estacions de treball actives.
• Una tècnica de TDM asíncrona assigna dinàmicament les franges horàries als dispositius.
• En TDM asíncron, la velocitat total de les línies d'entrada pot ser superior a la capacitat del canal.
• El multiplexor de divisió de temps asíncron accepta els fluxos de dades entrants i crea un marc que només conté dades sense ranures buides.
• A Asynchronous TDM, cada ranura conté una part d'adreça que identifica la font de les dades.

• La diferència entre Asynchronous TDM i Synchronous TDM és que moltes ranures en Synchronous TDM no s'utilitzen, però en Asynchronous TDM, les ranures s'utilitzen completament. Això comporta un menor temps de transmissió i una utilització eficient de la capacitat del canal.
• A Synchronous TDM, si hi ha n dispositius d'enviament, hi ha n franges horàries. A Asynchronous TDM, si hi ha n dispositius d'enviament, hi ha m intervals de temps on m és menor que n ( m).
• El nombre de ranures en una trama depèn de l'anàlisi estadística del nombre de línies d'entrada.

Concepte de TDM asíncron

Al diagrama anterior, hi ha 4 dispositius, però només dos dispositius envien les dades, és a dir, A i C. Per tant, les dades d'A i C només es transmeten a través de la línia de transmissió.

El marc del diagrama anterior es pot representar com:

La figura anterior mostra que la part de dades conté l'adreça per determinar la font de les dades.