Мультиплексирование - Multiplexing - Wikipedia

О мультиплексировании в электронике и обработке сигналов см. Мультиплексор.
Мультиплексирование
Multiplexing diagram.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 телекоммуникации и компьютерная сеть, мультиплексирование (иногда по контракту с мультиплексирование) - это метод, с помощью которого несколько аналоговых или цифровых сигналов объединяются в один сигнал через общая среда. Цель - поделиться ограниченным ресурсом. Например, в сфере телекоммуникаций несколько телефонные звонки можно переносить на одном тросе. Мультиплексирование возникло в телеграфия в 1870-х годах и сейчас широко применяется в коммуникациях. В телефония, Джордж Оуэн Сквайер приписывают развитие мультиплексирования телефонных операторов 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 мультиплексор (MUX), а устройство, которое выполняет обратный процесс, называется демультиплексор (DEMUX или DMX).

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

В вычисление, Мультиплексирование ввода / вывода также может использоваться для обозначения концепции обработки нескольких ввод, вывод События с одного цикл событий, с системными вызовами вроде опрос[1] и выберите (Unix).[2]

Типы

Несколько переменная скорость передачи данных цифровой битовые потоки может быть эффективно передан через один фиксированный пропускная способность канал с помощью статистическое мультиплексирование. Это асинхронный режим мультиплексирования во временной области, который является формой мультиплексирования с разделением по времени.

Цифровые битовые потоки 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 прямой последовательности (DSSS).

В беспроводная связь, мультиплексирование также может быть выполнено через чередование поляризация (горизонтальный /вертикальный или же по часовой стрелке /против часовой стрелки ) на каждой соседний канал и через спутник, или через фазированная многоантенная решетка в сочетании с связь с несколькими входами и несколькими выходами (MIMO) схема.

Мультиплексирование с разделением по пространству

Основная статья: Множественный доступ с разделением по пространству

При проводной связи мультиплексирование с разделением по пространству, также известный как множественный доступ с пространственным разделением каналов (SDMA), представляет собой использование отдельных двухточечных электрических проводов 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 переключенный звездная сеть таких как сеть телефонного доступа, коммутируемая сеть Ethernet и ячеистая сеть.

В беспроводной связи мультиплексирование с пространственным разделением достигается с помощью нескольких антенных элементов, образующих фазированная антенная решетка. Примеры несколько входов и выходов (MIMO), мультиплексирование с одним входом и несколькими выходами (SIMO) и мультиплексирование с несколькими входами и одним выходом (MISO). Беспроводной маршрутизатор IEEE 802.11g с k антенны в принципе позволяют общаться с k мультиплексированные каналы, каждый с пиковой скоростью передачи 54 Мбит / с, что увеличивает общую пиковую скорость передачи данных в раз k. Разные антенны дали бы разные многолучевое распространение (эхо) подписи, что делает возможным цифровая обработка сигналов методы отделения разных сигналов друг от друга. Эти методы также можно использовать для космическое разнообразие (повышенная устойчивость к выцветанию) или формирование луча (улучшенная селективность), а не мультиплексирование.

Мультиплексирование с частотным разделением каналов

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

Мультиплексирование с частотным разделением каналов (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]

Вариант технологии, называемый мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM) используется в оптическая связь.

Мультиплексирование с временным разделением

Мультиплексирование с временным разделением (TDM).

Мультиплексирование с временным разделением (TDM) - это цифровая (или, в редких случаях, аналоговая) технология, которая использует время, а не пространство или частоту, 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 общался по 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] Немного веб-прокси-серверы (например. полипо ) использовать TDM в Конвейерная обработка HTTP из нескольких HTTP транзакции на том же TCP / IP соединение.[4]

Множественный доступ с контролем оператора связи и многоточечный методы 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 методы доступа к каналу, 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 поляризационным разделением

Мультиплексирование с поляризационным разделением использует поляризация электромагнитного излучения на отдельные ортогональные каналы. Практически используется как в радио-, так и в оптической связи, особенно при скорости 100 Гбит / с на канал. волоконно-оптические системы передачи.

Мультиплексирование орбитального углового момента

Мультиплексирование орбитального углового момента - это 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 неоднозначная тема в академическом сообществе, и многие утверждают, что это не новый метод мультиплексирования, а, скорее, частный случай мультиплексирования с разделением на пространство.[8]

Мультиплексирование с кодовым разделением

Мультиплексирование с кодовым разделением (CDM), Кодовым разделением множественного доступа (CDMA) или расширенный спектр это класс методов, при которых несколько каналов одновременно используют один и тот же частотный спектр, и эта спектральная полоса намного выше, чем скорость передачи или символьная скорость. Одна форма - это скачкообразная перестройка частоты, другая - это прямой расширенный спектр. 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 распространения. 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 оптоволоконному каналу, радиоканалу или другой среде и асинхронно демультиплексироваться. Преимущества перед традиционными методами заключаются в том, что возможна переменная пропускная способность (как в статистическое мультиплексирование ), что широкая полоса пропускания обеспечивает плохое отношение сигнал / шум в соответствии с Теорема Шеннона-Хартли, и с многолучевым распространением в беспроводной связи можно бороться с помощью приемники граблей.

Значительным применением CDMA является спутниковая система навигации (GPS).

Телекоммуникационное мультиплексирование

Метод множественного доступа

Техника мультиплексирования может быть расширена до метод множественного доступа или же метод доступа к каналу, например, TDM в множественный доступ с разделением по времени (TDMA) и статистическое мультиплексирование в множественный доступ с контролем оператора (CSMA). Метод множественного доступа позволяет нескольким передатчикам, подключенным к одной физической среде, совместно использовать ее емкость.

Мультиплексирование обеспечивается Физический слой из Модель OSI, в то время как множественный доступ также включает контроль доступа к медиа протокол, который является частью Уровень канала передачи данных.

Транспортный уровень в модели OSI, а также 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 специфичной 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 со своим кодом, могут передаваться по одному и тому же волокну и асинхронно демультиплексироваться. Другие широко используемые методы множественного доступа: множественный доступ с разделением по времени (TDMA) и множественный доступ с частотным разделением каналов 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), установленном ITU.[нужна цитата ]

Области применения

Телеграфия

Самой ранней технологией связи, использующей электрические провода и, следовательно, разделяющей интерес к экономике, обеспечиваемой мультиплексированием, была 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 временное мультиплексирование система множественных Хьюз машин в 1870-х гг. В 1874 г. квадруплексный телеграф разработан Томас Эдисон передал два сообщения в каждом направлении одновременно, всего четыре сообщения проходили по одному и тому же проводу одновременно. Несколько исследователей изучали акустическая телеграфия, а мультиплексирование с частотным разделением техника, которая привела к изобретение телефона.

Телефония

В телефония, а покупатель с телефонная линия теперь обычно заканчивается на удаленный концентратор box, где он мультиплексируется вместе с другими телефонные линии для этого район или другой подобной области. Затем мультиплексированный сигнал передается на центральная коммутационная станция на значительно меньшем количестве проводов и на гораздо большие расстояния, чем практически может пройти линия клиента. Это также верно и для цифровые абонентские линии (DSL).

Волокно в петле (FITL) - это распространенный метод мультиплексирования, который использует оптоволокно как позвоночник. Он не только соединяет Горшки телефонные линии с остальными PSTN, но также заменяет DSL, подключаясь напрямую к Ethernet подключен к дома. асинхронный режим передачи часто протокол связи использовал.[нужна цитата ]

Кабельное ТВ давно носит мультиплексный телеканалы, а в конце 20 века начали предлагать те же услуги, что и телефонные компании. IPTV также зависит от мультиплексирования.

Обработка видео

Основная статья: Демультиплексор (медиафайл)

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

В цифровое видео, такой транспортный поток обычно является функцией формат контейнера который может включать метаданные и другая информация, такая как субтитры. Аудио- и видеопотоки могут иметь переменную скорость передачи данных. Программное обеспечение, которое создает такой транспортный поток и / или контейнер, обычно называется статистический мультиплексор или же мультиплексор. А демультиплексор - это программное обеспечение, которое извлекает или иным образом делает доступными для отдельной обработки компоненты такого потока или контейнера.

Цифровое вещание

В цифровое телевидение системы, несколько потоков данных с переменной скоростью передачи мультиплексируются вместе в транспортный поток с фиксированной скоростью передачи с помощью статистическое мультиплексирование. Это позволяет передавать несколько видео- и аудиоканалов одновременно по одному и тому же частотному каналу вместе с различными услугами. Это может включать несколько телевидение стандартной четкости (SDTV) программы (особенно на 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 статистический мультиплексор. В некоторых из этих систем мультиплексирование приводит к Транспортный поток MPEG. Новые стандарты DVB DVB-S2 и DVB-T2 способен нести несколько HDTV каналы в одном мультиплексе.[нужна цитата ]

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

На спутники связи которые несут транслировать телевизионные сети и радиосети, это известно как несколько каналов на несущую или же MCPC. Если мультиплексирование нецелесообразно (например, когда есть разные источники, использующие один транспондер ), один канал на несущую используется режим.[нужна цитата ]

Аналоговое вещание

В FM-вещание и другие аналог радио медиа, мультиплексирование - это термин, обычно используемый для процесса добавления поднесущие к звуковому сигналу, прежде чем он попадет в передатчик, куда модуляция происходит. (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 стереофонический FM, видно на стереосистемы с 1960-х гг.

Другие значения

В спектроскопия этот термин используется для обозначения того, что эксперимент проводится сразу со смесью частот, а их соответствующий отклик затем раскрывается с помощью преобразование Фурье принцип.

В компьютерное программирование, он 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 "мультиплексор "устройство, они относятся к"матрица клавиатуры " или же "Чарлиплексинг "стиль дизайна:

  • Мультиплексирование может относиться к конструкции мультиплексный дисплей (немультиплексированные дисплеи невосприимчивы к расставаться ).
  • Мультиплексирование может относиться к конструкции «матрицы переключателей» (не мультиплексированные кнопки невосприимчивы к «фантомным клавишам», а также невосприимчивы к «блокировка фантомного ключа» ).

При высокой пропускной способности Секвенирование ДНК, этот термин используется для обозначения некоторых искусственных последовательностей (часто называемых штрих-коды или же индексы) были добавлены, чтобы связать данные чтения последовательности с данным образцом, и, таким образом, обеспечить секвенирование нескольких образцов в одной реакции.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Чарльз М. Ханнум; В NetBSD Фонд (1998). "опрос, опрос - мультиплексирование синхронного ввода / вывода". Перекрестная ссылка BSD. NetBSD. Сложить резюме.
  2. ^ Группа исследования компьютерных систем (1994). "select, pselect - синхронное мультиплексирование ввода / вывода". Перекрестная ссылка BSD. NetBSD. Сложить резюме.
  3. ^ а б Бейтс, Регис Дж; Бейтс, Маркус (2007), Голосовая связь и передача данных, ISBN  9780072257328
  4. ^ «rfc2068 - HTTP / 1.1». Получено 2010-09-23.
  5. ^ Прорывы 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 (связь)
  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. Дои:10.1088/1367-2630/14/3/033001. ISSN  1367-2630. S2CID  3570230.
  7. ^ "'Twisted Light "передает 2,5 терабит данных в секунду". Новости BBC. 2012-06-25. Получено 2012-06-25.
  8. ^ Таманьоне, Микеле; Silva, Joana S .; Капдевила, Сантьяго; Mosig, Juan R .; Перрюассо-Кэрриер, Жюльен (2015). «Споры о мультиплексировании 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. Получено 17 июн 2018.
  10. ^ "Мультиплексирование дескрипторов файлов с помощью select () в Perl".

внешняя ссылка