Multiplexing

Multiplexing, of kort muxen, (nl: samenvouwen) is de techniek om een communicatiekanaal of verbinding op te delen in meer aparte verbindingen. Het is een manier om verschillende signalen over een een enkel kanaal te transporteren, meestal met het doel om dit kanaal efficiënter te benutten. Voorbeelden zijn het vervoeren van verschillende telefoongesprekken over een enkele zeekabel of het samenvoegen van DSL-internetverbindingen over een glasvezel.

Methodieken

Er zijn 3 verschillende manieren om één transmissiekanaal door meerdere gebruikers te laten delen. Het transmissiekanaal kan in kleine frequentiekanalen worden opgedeeld (FDMA), het transmissiekanaal kan in de tijd worden gedeeld (TDMA) en er kan gebruik gemaakt worden van verschillende coderingen (CDMA).

TDM(A)

Bij Time-Division Multiplexing (TDM) en Time-Division Multiple Access (TDMA) wordt aan een groep gebruikers gezamenlijk één radiokanaal toegewezen. Iedere individuele gebruiker krijgt periodiek een deel van de tijd tot zijn beschikking. Hierdoor kan deze techniek niet voor analoge systemen worden gebruikt. De toepassing van TDMA vloeit dan ook voort uit de toenemende trend naar digitalisering.

De tijd wordt opgedeeld in zich herhalende frames. Ieder tijdframe bevat een aantal tijdsleuven (`time slots'). Iedere gebruiker krijgt een eigen tijdsleuf toegewezen. Een tijdsleuf bevat op zijn beurt een aantal bits voor synchronisatie, de data en een `guard time' om eventuele tijdverschillen tussen de gebruikers te kunnen opvangen. Een probleem bij mobiele communicatie is dat de mobiele stations zich niet allemaal even ver van het basisstation bevinden. De guard time is dus ook nodig om het verschil in propagatie-tijd te kunnen opvangen.

Omdat de gebruiker zijn informatie slechts in een deel van de tijd kan uitzenden, zal hierdoor de bitsnelheid moeten toenemen. Als in een systeem met acht tijdsleuven een kwart van de bits voor synchronisatie en guard time worden gebruikt, zal de bitsnelheid dus met een factor 10 moeten toenemen. Om bij de ontvanger een bepaalde energie per bit te bereiken, zal het zendvermogen dus ook met een factor 10 moeten toenemen.

Voor het maken van een full-duplex-kanaal kunnen bij TDMA twee technieken worden toegepast: Time-Division Duplexing (TDD) en Frequency-Division Duplexing (FDD). Bij TDD wordt zenden en ontvangen in de tijd van elkaar gescheiden. Bij FDD wordt gebruik gemaakt van aparte frequenties voor zenden en ontvangen. Door de tijdstippen voor zenden en ontvangen verschillend te kiezen kan het duplex-filter hier worden vermeden.

FDM(A)

Bij Frequency-Division Multiplexing (FDM) en Frequency-Division Multiple Access (FDMA) wordt de beschikbare radioband verdeeld in een aantal frequentiekanalen met verschillende frequenties. Iedere gebruiker krijgt een eigen frequentiekanaal toegewezen. Het verschil tussen twee opeenvolgende frequenties wordt de kanaalafstand genoemd. Tussen de verschillende frequentiekanalen is een scheidingsband (`guard band') aanwezig. Deze band moet frequentieverschuivingen ten gevolge van de instabiliteit van de zenders, het niet oneindig steil zijn van de bandfilters en de eventueel aanwezige Dopplerverschuiving opvangen. FDMA

Voor de individuele gebruiker heet dit principe Frequency Division Multiple Access (FDMA) omdat iedere gebruiker via een “eigen” frequentie toegang heeft tot het radiospectrum. Indien een dergelijke toegangstechnologie wordt gebruikt in bijvoorbeeld een mobiel communicatienetwerk dan zal het basisstation tegelijkertijd de informatie van verschillende individuele gebruikers moeten verzenden. Het basisstation multiplext de verschillende signalen. Voor het basisstation is dit dan ook Frequency Division Multiplexing.

Om een tweeweg verbinding te kunnen maken wordt FDMA veelal gecombineerd met Frequency Division Duplex (FDD). Ieder (mobiel) station krijgt een zendfrequentie en een ontvangfrequentie toegewezen. Tussen zendfrequentie en ontvangfrequentie zit een constant verschil, de duplex-afstand.

CDM(A)

Code Division Multiple Access is een techniek die met name in mobiele communicatiesystemen wordt gebruikt om om meerdere gebruikers tegelijkertijd op dezelfde frequentie te laten werken.

De verschillende gebruikers krijgen ieder een aparte code toegewezen. Deze code wordt gebruikt om het signaal voor het verzenden mee te versleutelen. Een ontvanger kan dit signaal uit de totale brij aan binnenkomende signalen halen door gebruik te maken van dezelfde code. Door het vermenigvuldigen met de code wordt de bandbreedte die het signaal nodig heeft vergroot. Deze techniek wordt daarom ook wel aangeduid met de term spread spectrum.

Optical Multiplexing

Specifiek voor communicatie via glasvezel zijn de volgende multiplexing technieken ontwikkeld:

• Dense Wavelenghth Division Multiplexing (DWDM)
• Coarse Wavenlegnth Division Multiplexing (CWDM)

Beide technieken zijn gebaseerd op FDM. Men spreekt in algemene termen ook wel van xWDM of WDM. De technologie wordt met name toegepast bij het transport van hogesnelheden SDH, ATM, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Fiber Channel, ESCON, FICON etc. in de WAN-omgeving.