В телекоммуникациях и компьютерных сетях мультиплексирование ( иногда сокращенное до мультиплексирования ) — это метод, с помощью которого несколько аналоговых или цифровых сигналов объединяются в один сигнал по общей среде . Цель состоит в том, чтобы поделиться дефицитным ресурсом – физической средой передачи данных . [ нужна цитата ] Например, в телекоммуникациях несколько телефонных звонков могут передаваться по одному проводу. Мультиплексирование зародилось в телеграфии в 1870-х годах и сейчас широко применяется в связи. В телефонии Джорджу Оуэну Сквайеру приписывают разработку мультиплексирования телефонных операторов в 1910 году.
Мультиплексированный сигнал передается по каналу связи, например 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 приемника.
Устройство, выполняющее мультиплексирование, называется мультиплексором ( MUX), а устройство, выполняющее обратный процесс, называется демультиплексором ( DEMUX или DMX).
Обратное мультиплексирование (IMUX) преследует противоположную мультиплексированию цель, а именно разбить один поток данных на несколько потоков, передать их одновременно по нескольким каналам связи и воссоздать исходный поток данных.
В вычислениях мультиплексирование ввода-вывода также может использоваться для обозначения концепции обработки нескольких событий ввода-вывода из одного цикла событий с помощью системных вызовов, таких как poll [ 1] и select (Unix) . [2]
Несколько цифровых битовых потоков 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 временным разделением.
Цифровые потоки битов могут передаваться по аналоговому каналу с помощью методов мультиплексирования с кодовым разделением, таких как расширение спектра со скачкообразной перестройкой частоты (FHSS) и расширение спектра прямой последовательности (DSSS).
В беспроводной связи мультиплексирование также может быть достигнуто посредством переменной поляризации ( горизонтальной / вертикальной или по часовой стрелке / против часовой стрелки ) на каждом соседнем канале и спутнике или с помощью фазированной многоантенной решетки в сочетании со схемой связи с несколькими входами и множеством выходов (MIMO).
В проводной связи мультиплексирование с пространственным разделением каналов , также известное как множественный доступ с пространственным разделением каналов (SDMA), представляет собой использование отдельных двухточечных электрических проводников для каждого передаваемого канала. Примеры включают аналоговый стереоаудиокабель с одной парой проводов для левого канала и другой для правого канала, а также многопарный телефонный кабель , коммутируемую звездообразную сеть , такую как сеть телефонного доступа, коммутируемую сеть Ethernet и ячеистая сеть .
В беспроводной связи пространственное мультиплексирование 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), а также мультиплексирование с несколькими входами и одним выходом (MISO). Беспроводной маршрутизатор IEEE 802.11g с k антеннами в принципе позволяет осуществлять связь с k мультиплексированными каналами, каждый с пиковой скоростью передачи данных 54 Мбит/с, тем самым увеличивая общую пиковую скорость передачи данных в k раз . Различные антенны будут давать разные характеристики многолучевого распространения (эха), что позволит технологиям цифровой обработки сигналов отделять разные сигналы друг от друга. Эти методы также могут использоваться для пространственного разнесения (повышенная устойчивость к замираниям) или формирования диаграммы направленности (улучшенная избирательность), а не для мультиплексирования.
Мультиплексирование с частотным разделением каналов (FDM) по своей сути является аналоговой технологией. FDM обеспечивает объединение нескольких сигналов в одну среду путем отправки сигналов в нескольких различных диапазонах частот в одной среде. В FDM сигналы являются электрическими сигналами. Одним из наиболее распространенных применений FDM является традиционное радио- и телевещание с наземных, мобильных или спутниковых станций, а также кабельное телевидение. Только один кабель достигает жилого района клиента, но поставщик услуг может передавать по этому кабелю несколько телевизионных каналов или сигналов одновременно всем абонентам без помех. Приемники должны настроиться на соответствующую частоту (канал) для доступа к нужному сигналу. [3]
Вариант технологии, называемый мультиплексированием с разделением по длине волны (WDM), используется в оптической связи .
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 предполагает упорядочивание групп из нескольких битов или байтов из каждого отдельного входного потока, одного за другим, таким образом, чтобы их можно было связать с соответствующим получателем. Если все сделать достаточно быстро, принимающие устройства не обнаружат, что часть времени канала использовалась для обслуживания другого логического пути связи.
Рассмотрим приложение, требующее четырех терминалов в аэропорту для доступа к центральному компьютеру. Каждый терминал обменивается данными на скорости 2400 бод , поэтому вместо того, чтобы приобретать четыре отдельных канала для такой низкоскоростной передачи, авиакомпания установила пару мультиплексоров. Также установлена пара модемов на 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 при конвейерной передаче нескольких HTTP- транзакций по одному TCP/IP-соединению . [4]
Методы множественного доступа с контролем несущей и многоточечной связи аналогичны мультиплексированию с временным разделением в том, что несколько потоков данных разделены по времени в 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 устаревшая технология мультиплексирования, которая до сих пор обеспечивает основу большинства национальных сетей фиксированной телефонной связи в Европе, обеспечивая 2-мегабитные голосовые и сигнальные порты на узкополосных телефонных станциях, таких как DMS100. Каждый порт TDM E1 или 2 м/бит обеспечивает 30 или 31 временной интервал речи в случае систем сигнализации CCITT7 и 30 голосовых каналов для систем сигнализации Q931, DASS2, DPNSS, V5 и CASS, подключаемых клиентом. [5]
Мультиплексирование с поляризационным разделением использует поляризацию электромагнитного излучения для разделения ортогональных каналов. Он практически используется как в радио-, так и в оптической связи, особенно в оптоволоконных системах передачи со скоростью 100 Гбит/с на канал .
Дифференциальная кросс-поляризованная беспроводная связь — это новый метод передачи через поляризованную антенну, использующий дифференциальный метод. [6]
Мультиплексирование по орбитальному угловому моменту — относительно новый и экспериментальный метод мультиплексирования нескольких каналов сигналов, передаваемых с использованием электромагнитного излучения по одному пути. [7] Его потенциально можно использовать в дополнение к другим методам физического мультиплексирования для значительного расширения пропускной способности таких систем. По состоянию на 2012 год [обновлять]он все еще находится на ранней стадии исследований, когда проводятся небольшие лабораторные демонстрации пропускной способности до 2,5 Тбит / с по одному световому пути. [8] Это спорный вопрос в академическом сообществе, многие утверждают, что это не новый метод мультиплексирования, а скорее особый случай мультиплексирования с пространственным разделением каналов. [9]
Мультиплексирование с кодовым разделением каналов (CDM), множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA) или расширение спектра — 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 из форм — скачкообразная перестройка частоты, другая — расширение спектра с помощью прямой последовательности. В последнем случае каждый канал передает свои биты в виде закодированной последовательности импульсов, специфичной для канала, называемой чипами. Количество чипов на бит или чипов на символ является коэффициентом расширения . Эта кодированная передача обычно осуществляется путем передачи уникальной, зависящей от времени серии коротких импульсов, которые помещаются в пределах чипового времени внутри большего битового времени. Все каналы, каждый с разным кодом, могут передаваться по одному и тому же оптоволоконному, радиоканалу или другой среде и асинхронно демультиплексироваться. Преимущества по сравнению с традиционными методами заключаются в том, что возможна переменная полоса пропускания (так же, как при статистическом мультиплексировании ), что широкая полоса пропускания обеспечивает плохое соотношение сигнал/шум в соответствии с теоремой Шеннона-Хартли и что с многолучевым распространением в беспроводной связи можно бороться путем рейковые приемники .
Важным применением CDMA является система глобального позиционирования (GPS).
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 и той же физической среде, совместно использовать ее емкость.
Мультиплексирование обеспечивается физическим уровнем модели OSI , тогда как множественный доступ также включает протокол управления доступом к среде передачи , который является частью уровня канала передачи данных .
Транспортный уровень в модели OSI, как и модель TCP/IP, обеспечивает статистическое мультиплексирование нескольких потоков данных прикладного уровня на один и тот же компьютер.
Мультиплексирование с кодовым разделением каналов (CDM) — это метод, при котором каждый канал передает свои биты в виде закодированной последовательности импульсов, специфичной для канала. Эта кодированная передача обычно осуществляется путем передачи уникальной, зависящей от времени серии коротких импульсов, которые помещаются в пределах чипового времени внутри большего битового времени. Все каналы, каждый с разным 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). В качестве технологии доступа используются методы мультиплексирования с кодовым разделением каналов, а именно множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA), в стандарте универсальной системы мобильной связи (UMTS) для мобильной связи третьего поколения (3G), определенного ITU. [ нужна цитата ]
Самой ранней технологией связи, использующей электрические провода и, следовательно, разделяющей интерес к экономии, обеспечиваемой мультиплексированием, был электрический телеграф . Ранние эксперименты позволяли двум отдельным сообщениям передаваться в противоположных направлениях одновременно: сначала с использованием электрической батареи на обоих концах, а затем только на одном конце.
Эмиль Бодо разработал систему временного мультиплексирования из нескольких машин Хьюза в 1870-х годах. В 1874 году квадруплексный телеграф, разработанный Томасом Эдисоном, передавал два сообщения в каждом направлении одновременно, всего по одному и тому же проводу одновременно передавалось четыре сообщения. Несколько исследователей изучали акустическую телеграфию , метод частотного мультиплексирования , который привел к изобретению телефона .
В телефонии телефонная линия клиента теперь обычно заканчивается на удаленном концентраторе , где она мультиплексируется вместе с другими телефонными линиями для этого района или другой аналогичной области. Мультиплексированный сигнал затем передается в центральную коммутационную станцию по значительно меньшему количеству проводов и на гораздо большие расстояния, чем практически может пройти линия клиента. Это также справедливо и для цифровых абонентских линий (DSL).
Волокно в петле (FITL) — это распространенный метод мультиплексирования, в 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 . [ нужна цитата ]
Кабельное телевидение уже давно предоставляет мультиплексированные телевизионные каналы , а в конце 20-го века начало предлагать те же услуги, что и телефонные компании . IPTV также зависит от мультиплексирования.
В системах редактирования и обработки видео мультиплексированием называется процесс чередования аудио и видео в один когерентный поток данных.
В цифровом видео такой транспортный поток обычно является особенностью контейнерного формата , который может включать метаданные и другую информацию, например субтитры . Аудио- и видеопотоки могут иметь переменную скорость передачи данных. Программное обеспечение, создающее такой транспортный поток и/или контейнер, обычно называется мультиплексором или мультиплексором . Демультиплексор — это программное обеспечение, которое извлекает или иным образом делает доступными для отдельной обработки компоненты такого потока или контейнера.
В системах цифрового телевидения несколько потоков данных с переменной скоростью передачи данных мультиплексируются вместе в транспортный поток с фиксированной скоростью передачи данных посредством статистического мультиплексирования . Это позволяет передавать одновременно несколько видео- и аудиоканалов по одному и тому же частотному каналу вместе с различными сервисами. Это может включать в себя несколько программ телевидения стандартной четкости (SDTV) (особенно на DVB-T , DVB-S2 , ISDB и ATSC-C) или одно телевидение высокой четкости , возможно, с одним сопутствующим каналом SDTV на одном телевизоре шириной от 6 до 8 МГц. канал. Устройство, которое выполняет это, называется статистическим мультиплексором . В некоторых из этих систем в результате мультиплексирования образуется транспортный поток MPEG . Новые стандарты DVB DVB-S2 и DVB-T2 способны передавать несколько каналов HDTV в одном мультиплексе. [ нужна цитата ]
В цифровом радио мультиплекс (также известный как ансамбль) — это несколько радиостанций, сгруппированных вместе. Мультиплекс — это поток цифровой информации, включающий в себя аудио и другие данные. [10]
На спутниках связи , которые несут сети телевещания и радиосети , это известно как несколько каналов на несущую или MCPC . Там, где мультиплексирование нецелесообразно (например, когда есть разные источники, использующие один транспондер ), используется один канал для каждого режима несущей . [ нужна цитата ]
В FM-вещании и других аналоговых радиосредах мультиплексирование — это термин, обычно обозначающий процесс 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 путем переключения между двумя входными сигналами (левым каналом и правым каналом) со скоростью ультразвука (поднесущей), а затем фильтрацией высших гармоник.) Мультиплексирование. в этом смысле его иногда называют MPX , что, в свою очередь, также является старым термином для стереофонического FM, который используется в стереосистемах с 1960-х годов.
В спектроскопии этот термин используется для обозначения того, что эксперимент проводится одновременно со смесью частот, а их соответствующий отклик впоследствии определяется 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). [11]
Некоторые методы электрического мультиплексирования не требуют физического устройства « мультиплексора », они относятся к стилю дизайна « клавиатурная матрица » или « чарлиплексирование »:
В высокопроизводительном секвенировании ДНК этот термин используется для обозначения того, что некоторые искусственные последовательности (часто называемые штрих-кодами или индексами ) были добавлены для связи считывания данной последовательности с данным образцом и, таким образом, позволяют секвенировать несколько образцов в одной и той же реакции. .
В социолингвистике мультиплексность используется для описания количества различных связей между людьми, которые являются частью социальной сети . Мультиплексная сеть — это сеть, в которой участники имеют ряд связей, вытекающих из более чем одного социального контекста, например, коллеги по работе, соседи или родственники.
{{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
Словарное определение мультиплексирования в Викисловаре
СМИ, связанные с мультиплексированием, на Викискладе?