La multiplexación es una técnica utilizada para combinar y enviar múltiples flujos de datos a través de un único medio. El proceso de combinar los flujos de datos se conoce como multiplexación y el hardware utilizado para la multiplexación se conoce como multiplexor.
La multiplexación se logra mediante el uso de un dispositivo llamado Multiplexor ( MUX ) que combina n líneas de entrada para generar una única línea de salida. La multiplexación sigue muchos a uno, es decir, n líneas de entrada y una línea de salida.
La demultiplexación se logra mediante el uso de un dispositivo llamado Demultiplexor ( DEMUX ) disponible en el extremo receptor. DEMUX separa una señal en sus señales componentes (una entrada yn salidas). Por tanto, podemos decir que la demultiplexación sigue el enfoque de uno a muchos.
¿Por qué multiplexar?
- El medio de transmisión se utiliza para enviar la señal del emisor al receptor. El medio sólo puede tener una señal a la vez.
- Si hay varias señales para compartir un medio, entonces el medio debe dividirse de tal manera que a cada señal se le dé una parte del ancho de banda disponible. Por ejemplo: si hay 10 señales y el ancho de banda del medio es de 100 unidades, entonces cada señal comparte las 10 unidades.
- Cuando varias señales comparten el medio común, existe la posibilidad de colisión. El concepto de multiplexación se utiliza para evitar dicha colisión.
- Los servicios de transmisión son muy caros.
Historia de la multiplexación
- La técnica de multiplexación se utiliza ampliamente en telecomunicaciones en la que varias llamadas telefónicas se transmiten a través de un solo cable.
- La multiplexación se originó en la telegrafía a principios de la década de 1870 y ahora se utiliza ampliamente en las comunicaciones.
- George Owen Squier desarrolló el multiplexación de operador telefónico en 1910.
Concepto de multiplexación
- Las 'n' líneas de entrada se transmiten a través de un multiplexor y el multiplexor combina las señales para formar una señal compuesta.
- La señal compuesta pasa a través de un demultiplexor y el demultiplexor separa una señal en señales componentes y las transfiere a sus respectivos destinos.
Ventajas de la multiplexación:
- Se puede enviar más de una señal a través de un único medio.
- El ancho de banda de un medio se puede utilizar de forma eficaz.
Técnicas de multiplexación
Las técnicas de multiplexación se pueden clasificar en:
Multiplexación por división de frecuencia (FDM)
- Es una técnica analógica.
- En el diagrama anterior, un único medio de transmisión se subdivide en varios canales de frecuencia y cada canal de frecuencia se asigna a diferentes dispositivos. El dispositivo 1 tiene un canal de frecuencia de 1 a 5.
- Las señales de entrada se traducen a bandas de frecuencia mediante técnicas de modulación y se combinan mediante un multiplexor para formar una señal compuesta.
- El objetivo principal del FDM es subdividir el ancho de banda disponible en diferentes canales de frecuencia y asignarlos a diferentes dispositivos.
- Utilizando la técnica de modulación, las señales de entrada se transmiten en bandas de frecuencia y luego se combinan para formar una señal compuesta.
- Las portadoras que se utilizan para modular las señales se conocen como subportadoras . Se representan como f1,f2..fn.
Ventajas de FDM:
- FDM se utiliza para señales analógicas.
- El proceso FDM es muy simple y de fácil modulación.
- Se puede enviar una gran cantidad de señales a través de un FDM simultáneamente.
- No requiere ninguna sincronización entre el remitente y el receptor.
Desventajas de FDM:
- La técnica FDM se utiliza sólo cuando se requieren canales de baja velocidad.
- Sufre el problema de la diafonía.
- Se requiere una gran cantidad de moduladores.
- Requiere un canal de gran ancho de banda.
Aplicaciones de FDM:
- FDM se utiliza comúnmente en redes de televisión.
- Se utiliza en transmisiones de FM y AM. Cada estación de radio FM tiene diferentes frecuencias y se multiplexan para formar una señal compuesta. La señal multiplexada se transmite en el aire.
Multiplexación por división de longitud de onda (WDM)
- La multiplexación por división de longitud de onda es igual que FDM, excepto que las señales ópticas se transmiten a través del cable de fibra óptica.
- WDM se utiliza en fibra óptica para aumentar la capacidad de una sola fibra.
- Se utiliza para aprovechar la capacidad de alta velocidad de datos del cable de fibra óptica.
- Es una técnica de multiplexación analógica.
- Las señales ópticas de diferentes fuentes se combinan para formar una banda de luz más amplia con la ayuda de un multiplexor.
- En el extremo receptor, el demultiplexor separa las señales para transmitirlas a sus respectivos destinos.
- La multiplexación y demultiplexación se pueden lograr mediante el uso de un prisma.
- Prism puede desempeñar una función de multiplexor combinando las diversas señales ópticas para formar una señal compuesta, y la señal compuesta se transmite a través de un cable de fibra óptica.
- Prism también realiza una operación inversa, es decir, demultiplexa la señal.
Multiplexación por división de tiempo
- Es una técnica digital.
- En la técnica de multiplexación por división de frecuencia, todas las señales operan al mismo tiempo con diferentes frecuencias, pero en el caso de la técnica de multiplexación por división de tiempo, todas las señales operan a la misma frecuencia con diferentes tiempos.
- En Técnica de multiplexación por división de tiempo , el tiempo total disponible en el canal se distribuye entre los diferentes usuarios. Por lo tanto, a cada usuario se le asigna un intervalo de tiempo diferente conocido como intervalo de tiempo en el que el remitente debe transmitir los datos.
- Un usuario toma el control del canal durante un período de tiempo fijo.
- En la técnica de multiplexación por división de tiempo, los datos no se transmiten simultáneamente, sino que se transmiten uno por uno.
- En TDM, la señal se transmite en forma de tramas. Los fotogramas contienen un ciclo de intervalos de tiempo en el que cada fotograma contiene uno o más intervalos dedicados a cada usuario.
- Se puede utilizar para multiplexar señales tanto digitales como analógicas, pero se utiliza principalmente para multiplexar señales digitales.
Hay dos tipos de TDM:
- TDM sincrónico
- TDM asíncrono
TDM sincrónico
- Un TDM síncrono es una técnica en la que se preasigna un intervalo de tiempo a cada dispositivo.
- En TDM síncrono, a cada dispositivo se le asigna un intervalo de tiempo independientemente de si el dispositivo contiene los datos o no.
- Si el dispositivo no tiene datos, la ranura permanecerá vacía.
- En TDM síncrono, las señales se envían en forma de tramas. Las franjas horarias se organizan en forma de fotogramas. Si un dispositivo no tiene datos para un intervalo de tiempo en particular, se transmitirá el intervalo vacío.
- Los TDM síncronos más populares son la multiplexación T-1, la multiplexación RDSI y la multiplexación SONET.
- Si hay n dispositivos, entonces hay n ranuras.
Concepto de TDM sincrónico
En la figura anterior, se implementa la técnica TDM síncrona. A cada dispositivo se le asigna una franja horaria. Los intervalos de tiempo se transmiten independientemente de si el remitente tiene datos para enviar o no.
Desventajas del TDM sincrónico:
- La capacidad del canal no se utiliza por completo ya que también se transmiten las ranuras vacías que no tienen datos. En la figura anterior, el primer cuadro está completamente lleno, pero en los dos últimos cuadros, algunas ranuras están vacías. Por tanto, podemos decir que la capacidad del canal no se utiliza de manera eficiente.
- La velocidad del medio de transmisión debe ser mayor que la velocidad total de las líneas de entrada. Un enfoque alternativo al TDM síncrono es la multiplexación por división de tiempo asíncrona.
TDM asíncrono
- Un TDM asíncrono también se conoce como TDM estadístico.
- Un TDM asíncrono es una técnica en la que los intervalos de tiempo no son fijos como en el caso del TDM síncrono. Los intervalos de tiempo se asignan únicamente a aquellos dispositivos que tienen los datos para enviar. Por lo tanto, podemos decir que el multiplexor por división de tiempo asíncrono transmite solo los datos de las estaciones de trabajo activas.
- Una técnica TDM asíncrona asigna dinámicamente los intervalos de tiempo a los dispositivos.
- En TDM asíncrono, la velocidad total de las líneas de entrada puede ser mayor que la capacidad del canal.
- El multiplexor asíncrono por división de tiempo acepta los flujos de datos entrantes y crea un marco que contiene solo datos sin espacios vacíos.
- En TDM asíncrono, cada ranura contiene una parte de dirección que identifica el origen de los datos.
- La diferencia entre TDM asíncrono y TDM síncrono es que muchas ranuras en TDM síncrono no se utilizan, pero en TDM asíncrono, las ranuras se utilizan por completo. Esto conduce a un menor tiempo de transmisión y a una utilización eficiente de la capacidad del canal.
- En TDM síncrono, si hay n dispositivos emisores, entonces hay n intervalos de tiempo. En TDM asíncrono, si hay n dispositivos de envío, entonces hay m intervalos de tiempo donde m es menor que n ( metro
- El número de espacios en un cuadro depende del análisis estadístico del número de líneas de entrada.
Concepto de TDM asíncrono
En el diagrama anterior, hay 4 dispositivos, pero solo dos dispositivos envían datos, es decir, A y C. Por lo tanto, los datos de A y C solo se transmiten a través de la línea de transmisión.
El marco del diagrama anterior se puede representar como:
La figura anterior muestra que la parte de datos contiene la dirección para determinar la fuente de los datos.