Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для мультиплексирования в электронике и обработки сигналов см. Мультиплексор .
Мультиплексирование
Схема мультиплексирования .svg
Аналоговая модуляция
похожие темы
Несколько сигналов с низкой скоростью передачи данных мультиплексируются по одному каналу с высокой скоростью передачи данных, а затем демультиплексируются на другом конце.

В области телекоммуникаций и компьютерных сетях , Multiplexing (иногда контракт на мультиплексирование ) представляет собой метод , с помощью которого кратно аналогового или цифровых сигналов объединяются в один сигнал над общей средой . Цель состоит в том, чтобы поделиться ограниченным ресурсом. Например, в телекоммуникациях несколько телефонных звонков могут осуществляться по одному проводу. Мультиплексирование зародилось в телеграфии в 1870-х годах и теперь широко применяется в связи. В телефонии , Джордж Оуэн Squier приписывают развитие телефонных несущего МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЯ в 1910 году.

Мультиплексированный сигнал передается по каналу связи, например по кабелю. Мультиплексирование делит пропускную способность канала связи на несколько логических каналов, по одному для каждого передаваемого сигнала сообщения или потока данных. Обратный процесс, известный как демультиплексирование, извлекает исходные каналы на стороне получателя.

Устройство, которое выполняет мультиплексирование, называется мультиплексором (MUX), а устройство, которое выполняет обратный процесс, называется демультиплексором (DEMUX или DMX).

Обратное мультиплексирование (IMUX) имеет противоположную цель, чем мультиплексирование, а именно разбивает один поток данных на несколько потоков, передает их одновременно по нескольким каналам связи и воссоздает исходный поток данных.

В вычислении , ввода / вывода мультиплексирования может также использоваться для обозначения понятия обработки множества входных / выходных событий из одного цикла событий , с системными вызовами , такими как опрос [1] и выберите (Unix) . [2]

Типы [ править ]

Множественные потоки цифровых битов с переменной скоростью передачи данных могут эффективно передаваться по одному каналу с фиксированной полосой пропускания посредством статистического мультиплексирования . Это асинхронный режим мультиплексирования во временной области, который является формой мультиплексирования с разделением по времени.

Цифровые потоки битов могут передаваться по аналоговому каналу с помощью методов мультиплексирования с кодовым разделением каналов, таких как расширенный спектр со скачкообразной перестройкой частоты (FHSS) и расширенный спектр с прямой последовательностью (DSSS).

В беспроводной связи мультиплексирование также может быть выполнено с помощью чередующейся поляризации ( горизонтальной / вертикальной или по часовой / против часовой стрелки ) на каждом соседнем канале и спутнике или с помощью фазированной многоантенной решетки в сочетании со схемой связи с несколькими входами и несколькими выходами (MIMO).

Мультиплексирование с разделением по пространству [ править ]

Основная статья: Множественный доступ с разделением пространства

В проводной связи мультиплексирование с пространственным разделением каналов , также известное как множественный доступ с пространственным разделением (SDMA), представляет собой использование отдельных двухточечных электрических проводников для каждого передаваемого канала. Примеры включают аналоговый стереофонический аудиокабель с одной парой проводов для левого канала, а другой - для правого канала, а также многопарный телефонный кабель , коммутируемую звездообразную сеть, такую ​​как сеть телефонного доступа, коммутируемая сеть Ethernet и ячеистая сеть .

В беспроводной связи мультиплексирование с пространственным разделением каналов достигается с помощью нескольких антенных элементов, образующих фазированную антенную решетку . Примерами являются мультиплексирование с несколькими входами и несколькими выходами (MIMO), с одним входом и несколькими выходами (SIMO) и с несколькими входами и одним выходом (MISO). Беспроводной маршрутизатор IEEE 802.11g с k антеннами в принципе делает возможным взаимодействие с k мультиплексированных каналов, каждый с пиковой скоростью передачи 54 Мбит / с, таким образом увеличивая общую пиковую скорость передачи данных в k раз . Различные антенны будут давать разные сигнатуры многолучевого распространения (эхо), что делает возможной цифровую обработку сигнала.методы отделения разных сигналов друг от друга. Эти методы также могут использоваться для пространственного разнесения (повышенная устойчивость к замиранию) или формирования диаграммы направленности (улучшенная избирательность) вместо мультиплексирования.

Мультиплексирование с частотным разделением [ править ]

Мультиплексирование с частотным разделением (FDM): спектр каждого входного сигнала смещается в отдельный частотный диапазон.

Мультиплексирование с частотным разделением (FDM) по своей сути является аналоговой технологией. FDM позволяет объединить несколько сигналов в одну среду, посылая сигналы в нескольких различных частотных диапазонах по одной среде. В FDM сигналы - это электрические сигналы. Одним из наиболее распространенных приложений FDM является традиционное радио- и телевещание с наземных, мобильных или спутниковых станций или кабельное телевидение. Только один кабель достигает жилого района клиента, но поставщик услуг может передавать несколько телевизионных каналов или сигналов одновременно по этому кабелю всем абонентам без помех. Приемники должны настроиться на соответствующую частоту (канал), чтобы получить доступ к желаемому сигналу. [3]

В оптической связи используется вариантная технология, называемая мультиплексированием с разделением по длине волны (WDM) .

Мультиплексирование с временным разделением [ править ]

Мультиплексирование с временным разделением (TDM).

Мультиплексирование с временным разделением (TDM) - это цифровая (или, в редких случаях, аналоговая) технология, которая использует время вместо пространства или частоты для разделения различных потоков данных. TDM включает в себя упорядочение групп из нескольких бит или байтов из каждого отдельного входного потока, один за другим, таким образом, чтобы они могли быть связаны с соответствующим приемником. Если это сделать достаточно быстро, принимающие устройства не обнаружат, что часть времени схемы использовалась для обслуживания другого логического канала связи.

Рассмотрим приложение, требующее от четырех терминалов в аэропорту доступа к центральному компьютеру. Каждый терминал обменивался данными на скорости 2400 бод , поэтому вместо того, чтобы приобретать четыре отдельных канала для передачи такой низкоскоростной передачи, авиакомпания установила пару мультиплексоров. Также установлены пара модемов со скоростью 9600 бод и одна выделенная аналоговая линия связи от билетной кассы аэропорта до центра обработки данных авиакомпании. [3] Некоторые веб-прокси-серверы (например, polipo ) используют TDM в конвейерной передаче нескольких HTTP- транзакций в одно и то же соединение TCP / IP . [4]

Множественный доступ с контролем несущей и методы многоточечной связи аналогичны мультиплексированию с разделением по времени в том, что несколько потоков данных разделены по времени на одной и той же среде, но поскольку сигналы имеют разные источники, а не объединяются в один сигнал, их лучше всего рассматривать как канал методы доступа , а не форма мультиплексирования.

TD - это унаследованная технология мультиплексирования, которая по-прежнему составляет основу большинства национальных сетей фиксированной телефонной связи в Европе, обеспечивая 2-битные голосовые и сигнальные порты на узкополосных телефонных станциях, таких как DMS100. Каждый порт TDM E1 или 2 м / бит обеспечивает 30 или 31 речевой временной интервал в случае систем сигнализации CCITT7 и 30 голосовых каналов для подключенных заказчиком систем сигнализации Q931, DASS2, DPNSS, V5 и CASS. [5]

Мультиплексирование с разделением поляризации [ править ]

Мультиплексирование с поляризационным разделением использует поляризацию электромагнитного излучения для разделения ортогональных каналов. Он находит практическое применение как в радио, так и в оптической связи, особенно в волоконно-оптических системах передачи со скоростью 100 Гбит / с на канал .

Мультиплексирование орбитального углового момента [ править ]

Мультиплексирование орбитального углового момента - относительно новый экспериментальный метод мультиплексирования нескольких каналов сигналов, передаваемых с использованием электромагнитного излучения по одному пути. [6] Его потенциально можно использовать в дополнение к другим методам физического мультиплексирования для значительного увеличения пропускной способности таких систем. По состоянию на 2012 год он все еще находится на ранней стадии исследований, с небольшими лабораторными демонстрациями пропускной способности до 2,5 Тбит / с на одном световом пути. [7] Это спорная тема в академическом сообществе, и многие утверждают, что это не новый метод мультиплексирования, а, скорее, частный случай мультиплексирования с разделением по пространству. [8]

Мультиплексирование с кодовым разделением [ править ]

Мультиплексирование с кодовым разделением каналов (CDM), множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA) или расширенный спектр - это класс методов, в которых несколько каналов одновременно используют один и тот же частотный спектр , и эта спектральная полоса пропускания намного выше, чем скорость передачи данных или скорость передачи символов . Одна форма - это скачкообразная перестройка частоты, другая - это расширение спектра прямой последовательностью. В последнем случае каждый канал передает свои биты в виде кодированной специфической для канала последовательности импульсов, называемых чипами. Количество чипов на бит или чипов на символ - это коэффициент расширения.. Эта кодированная передача обычно осуществляется путем передачи уникальной зависящей от времени серии коротких импульсов, которые помещаются в интервалы времени чипа в пределах большего времени передачи битов. Все каналы, каждый с различным кодом, могут передаваться по одному и тому же оптоволокну, радиоканалу или другой среде и асинхронно демультиплексироваться. Преимущества перед традиционными методами заключаются в том, что возможна переменная полоса пропускания (так же, как при статистическом мультиплексировании ), что широкая полоса пропускания обеспечивает низкое отношение сигнал / шум в соответствии с теоремой Шеннона-Хартли и что многолучевое распространение в беспроводной связи можно бороться с грабли приемники .

Важным применением CDMA является система глобального позиционирования (GPS).

Телекоммуникационное мультиплексирование

Метод множественного доступа [ править ]

Метод мультиплексирования может быть дополнительно расширен до метода множественного доступа или метода доступа к каналу , например, TDM в множественный доступ с временным разделением каналов (TDMA) и статистическое мультиплексирование в множественный доступ с контролем несущей (CSMA). Метод множественного доступа позволяет нескольким передатчикам, подключенным к одной физической среде, совместно использовать ее пропускную способность.

Мультиплексирование обеспечиваются физическим уровнем в модели OSI , в то время как множественный доступ с также включает в себя управление доступом к среде протокол, который является частью слоя Data Link .

Транспортный уровень в модели OSI, так же как и модель TCP / IP, обеспечивает статистическое мультиплексирование нескольких потоков данных прикладного уровня к / от одного и того же компьютера.

Мультиплексирование с кодовым разделением (CDM) - это метод, при котором каждый канал передает свои биты в виде кодированной специфической для канала последовательности импульсов. Эта кодированная передача обычно осуществляется путем передачи уникальной зависящей от времени серии коротких импульсов, которые помещаются в интервалы времени чипа в пределах большего времени передачи битов. Все каналы, каждый с различным кодом, могут передаваться по одному и тому же волокну и асинхронно демультиплексироваться. Другими широко используемыми методами множественного доступа являются множественный доступ с временным разделением каналов (TDMA) и множественный доступ с частотным разделением каналов.(FDMA). Методы мультиплексирования с кодовым разделением каналов используются в качестве технологии доступа, а именно множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA), в стандарте универсальной системы мобильной связи (UMTS) для мобильной связи третьего поколения (3G), идентифицированном ITU. [ необходима цитата ]

Области применения [ править ]

Телеграфия [ править ]

Первой технологией связи, использующей электрические провода и, следовательно, разделяющей интерес к экономии, обеспечиваемой мультиплексированием, был электрический телеграф . Ранние эксперименты позволяли двум отдельным сообщениям перемещаться в противоположных направлениях одновременно, сначала используя электрическую батарею на обоих концах, а затем только на одном конце.

Эмиль Бодо разработал систему временного мультиплексирования для нескольких машин Хьюза в 1870-х годах. В 1874 году квадруплексный телеграф, разработанный Томасом Эдисоном, передавал два сообщения в каждом направлении одновременно, в общей сложности четыре сообщения проходили по одному и тому же проводу одновременно. Несколько исследователей изучали акустическую телеграфию , метод мультиплексирования с частотным разделением , что привело к изобретению телефона .

Телефония [ править ]

В телефонии , клиент «s телефонная линия в настоящее время , как правило , заканчивается на удаленное концентратором поле, где он мультиплексируется вместе с другими телефонными линиями для этой местности или другой аналогичной области. Затем мультиплексированный сигнал передается в центральную коммутационную станцию по значительно меньшему количеству проводов и на гораздо большие расстояния, чем практически может пройти линия клиента. Это также верно и для цифровых абонентских линий (DSL).

Волокно в петле (FITL) - это распространенный метод мультиплексирования, при котором в качестве магистрали используется оптическое волокно . Он не только соединяет телефонные линии POTS с остальной частью PSTN , но также заменяет DSL, подключаясь напрямую к Ethernet, подключенному к дому . Часто используется асинхронный режим передачи . [ необходима цитата ]

Кабельное телевидение издавна транслировало мультиплексированные телеканалы , а в конце 20 века начало предлагать те же услуги, что и телефонные компании . IPTV также зависит от мультиплексирования.

Обработка видео [ править ]

Основная статья: Демультиплексор (медиафайл)

В системах редактирования и обработки видео мультиплексирование относится к процессу чередования аудио и видео в один согласованный поток данных.

В цифровом видео такой транспортный поток обычно является функцией формата контейнера, который может включать в себя метаданные и другую информацию, такую ​​как субтитры . Аудио- и видеопотоки могут иметь переменную скорость передачи данных. Программное обеспечение, которое создает такой транспортный поток и / или контейнер, обычно называется статистическим мультиплексором или мультиплексором . Демультиплексора это программное обеспечение , которое извлекает или иным образом делает доступной для отдельной обработки компоненты такого потока или контейнера.

Цифровое вещание [ править ]

В системах цифрового телевидения несколько потоков данных с переменной скоростью передачи мультиплексируются вместе в транспортный поток с фиксированной скоростью передачи посредством статистического мультиплексирования . Это позволяет передавать несколько видео- и аудиоканалов одновременно по одному и тому же частотному каналу вместе с различными услугами. Это может включать несколько телевизионных программ стандартной четкости (SDTV) (в частности, DVB-T , DVB-S2 , ISDB и ATSC-C) или один HDTV , возможно, с одним сопутствующим каналом SDTV по одному телевизионному каналу шириной от 6 до 8 МГц. . Устройство, которое выполняет это, называется статистическим мультиплексором.. В некоторых из этих систем мультиплексирование приводит к транспортному потоку MPEG . Новые стандарты DVB DVB-S2 и DVB-T2 позволяют передавать несколько каналов HDTV в одном мультиплексе. [ необходима цитата ]

В цифровом радио мультиплекс (также известный как ансамбль) - это несколько сгруппированных вместе радиостанций. Мультиплекс - это поток цифровой информации, который включает аудио и другие данные. [9]

На спутниках связи, которые передают широковещательные телевизионные сети и радиосети , это известно как несколько каналов на одну несущую или MCPC . Если мультиплексирование нецелесообразно (например, когда разные источники используют один транспондер ), используется один канал для каждого режима несущей . [ необходима цитата ]

Аналоговое вещание [ править ]

В FM-радиовещании и других аналоговых радиопередачах термин «мультиплексирование» обычно используется для обозначения процесса добавления поднесущих к аудиосигналу перед его поступлением в передатчик , где происходит модуляция . (Фактически, стереофонический мультиплексный сигнал может быть сгенерирован с использованием мультиплексирования с временным разделением, переключаясь между двумя входными сигналами (левый канал и правый канал) с ультразвуковой скоростью (поднесущая), а затем отфильтровывая высшие гармоники.) Мультиплексирование. в этом смысле иногда называют MPX , что, в свою очередь, также является старым термином для стереофонического FM, который используется в стереосистемах с 1960-х годов.

Другие значения [ править ]

В спектроскопии этот термин используется для обозначения того, что эксперимент проводится со смесью частот сразу и их соответствующий отклик затем раскрывается с использованием принципа преобразования Фурье .

В компьютерном программировании это может относиться к использованию одного ресурса в памяти (например, дескриптора файла) для обработки нескольких внешних ресурсов (например, файлов на диске). [10]

Некоторые методы электрического мультиплексирования не требуют физического « мультиплексора », они относятся к стилю дизайна « матрица клавиатуры » или « Charlieplexing »:

  • Мультиплексирование может относиться к конструкции мультиплексированного дисплея (немультиплексированные дисплеи невосприимчивы к разрыву ).
  • Мультиплексирование может относиться к конструкции «матрицы переключателей» (немультиплексированные кнопки невосприимчивы к «фантомным клавишам», а также невосприимчивы к «блокировке фантомных клавиш» ).

В высокопроизводительном секвенировании ДНК этот термин используется для обозначения того, что некоторые искусственные последовательности (часто называемые штрих-кодами или индексами ) были добавлены для связывания данных считываний последовательности с данным образцом и, таким образом, позволяют секвенировать несколько образцов в одной реакции. .

См. Также [ править ]

  • Мультиплексор добавления и удаления
  • Мультиплексирование центрального офиса
  • Банк каналов
  • Мультиплексный дисплей
  • Оптический мультиплексор ввода-вывода
  • Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) (метод модуляции)
  • Статистическое мультиплексирование

Ссылки [ править ]

  1. ^ Чарльз М. Ханнум; Фонд NetBSD (1998). «опрос, опрос - мультиплексирование синхронного ввода / вывода» . Перекрестная ссылка BSD . NetBSD . Выложите резюме .
  2. ^ Группа исследования компьютерных систем (1994). «select, pselect - мультиплексирование синхронного ввода / вывода» . Перекрестная ссылка BSD . NetBSD . Выложите резюме .
  3. ^ а б Бейтс, Реджис Дж; Бейтс, Маркус (2007), голосовая связь и передача данных , ISBN 9780072257328
  4. ^ «rfc2068 - HTTP / 1.1» . Проверено 23 сентября 2010 .
  5. ^ Прорыв в телефонных технологиях: от Bell до смартфонов . Керли, Роберт, 1955- (1-е изд.). Нью-Йорк, Нью-Йорк: Образовательный паб Britannica. совместно с Rosen Educational Services. 2012. с. 69. ISBN. 978-1-61530-724-1. OCLC  769190186 .CS1 maint: другие ( ссылка )
  6. ^ Тамбурини, Фабрицио; Мари, Элеттра; Спонселли, Анна; Тиде, Бо; Бьянкини, Антонио; Романато, Филиппо (01.01.2012). «Кодирование множества каналов на одной и той же частоте с помощью завихренности радиоволн: первое экспериментальное испытание» . Новый журнал физики . 14 (3): 033001. arXiv : 1107.2348 . Bibcode : 2012NJPh ... 14c3001T . DOI : 10.1088 / 1367-2630 / 14/3/033001 . ISSN 1367-2630 . S2CID 3570230 .  
  7. ^ « « Скрученный свет »передает 2,5 терабит данных в секунду» . BBC News . 2012-06-25 . Проверено 25 июня 2012 .
  8. ^ Tamagnone, Микеле; Silva, Joana S .; Капдевила, Сантьяго; Mosig, Juan R .; Перрюассо-Кэрриер, Жюльен (2015). «Споры по поводу мультиплексирования орбитального углового момента (OAM): OAM как подмножество MIMO». 2015 9-я Европейская конференция по антеннам и распространению радиоволн (EuCAP) : 1–5.
  9. ^ "Все о мультиплексах DAB" . Служба расследований радио и телевидения . BBC . Проверено 17 июня 2018 .
  10. ^ "Мультиплексирование дескрипторов файлов с помощью select () в Perl" .
  • «Федеральный стандарт 1037C: Глоссарий телекоммуникационных терминов» . Институт телекоммуникационных услуг . Проверено 19 октября 2009 .
  • Эффективное мультиплексирование луча с использованием пространственного модулятора света

Внешние ссылки [ править ]

  • Словарное определение мультиплексирования в Викисловаре
  • СМИ, связанные с мультиплексированием, на Викискладе?