Il multiplexing è una tecnica utilizzata per combinare e inviare più flussi di dati su un unico mezzo. Il processo di combinazione dei flussi di dati è noto come multiplexing e l'hardware utilizzato per il multiplexing è noto come multiplexer.

Il multiplexing si ottiene utilizzando un dispositivo chiamato Multiplexer ( MUX ) che combina n linee di input per generare un'unica linea di output. Il multiplexing segue il metodo molti-a-uno, ovvero n linee di ingresso e una linea di uscita.

Il demultiplexing si ottiene utilizzando un dispositivo chiamato Demultiplexer ( DEMUX ) disponibile all'estremità ricevente. DEMUX separa un segnale nei suoi segnali componenti (un ingresso e n uscite). Pertanto, possiamo dire che il demultiplexing segue l'approccio uno-a-molti.

Perché il multiplexing?

• Il mezzo di trasmissione viene utilizzato per inviare il segnale dal mittente al destinatario. Il mezzo può avere un solo segnale alla volta.
• Se sono presenti più segnali per condividere un mezzo, allora il mezzo deve essere diviso in modo tale che a ciascun segnale venga assegnata una parte della larghezza di banda disponibile. Ad esempio: se ci sono 10 segnali e la larghezza di banda del mezzo è 100 unità, le 10 unità vengono condivise da ciascun segnale.
• Quando più segnali condividono lo stesso mezzo, esiste la possibilità di collisione. Il concetto di multiplexing viene utilizzato per evitare tale collisione.
• I servizi di trasmissione sono molto costosi.

Storia del multiplexing

• La tecnica del multiplexing è ampiamente utilizzata nelle telecomunicazioni in cui diverse chiamate telefoniche vengono trasportate attraverso un unico cavo.
• Il multiplexing ebbe origine nella telegrafia all'inizio degli anni '70 dell'Ottocento ed è ora ampiamente utilizzato nella comunicazione.
• George Owen Squier ha sviluppato il multiplexing dell'operatore telefonico nel 1910.

Concetto di multiplexing

• Le linee di ingresso 'n' vengono trasmesse attraverso un multiplexer e il multiplexer combina i segnali per formare un segnale composito.
• Il segnale composito viene fatto passare attraverso un demultiplexer e il demultiplexer separa un segnale in segnali componenti e li trasferisce alle rispettive destinazioni.

Vantaggi del multiplexing:

• È possibile inviare più segnali su un singolo mezzo.
• La larghezza di banda di un mezzo può essere utilizzata in modo efficace.

Tecniche di multiplexing

Le tecniche di multiplexing possono essere classificate come:

Multiplexing a divisione di frequenza (FDM)

• È una tecnica analogica.
Multiplexing a divisione di frequenzaè una tecnica in cui la larghezza di banda disponibile di un singolo mezzo trasmissivo viene suddivisa in più canali.

• Nello schema sopra, un singolo mezzo di trasmissione è suddiviso in diversi canali di frequenza e ciascun canale di frequenza è assegnato a diversi dispositivi. Il dispositivo 1 ha un canale di frequenza compreso tra 1 e 5.
• I segnali in ingresso vengono tradotti in bande di frequenza utilizzando tecniche di modulazione e vengono combinati da un multiplexer per formare un segnale composito.
• Lo scopo principale dell'FDM è suddividere la larghezza di banda disponibile in diversi canali di frequenza e assegnarli a diversi dispositivi.
• Utilizzando la tecnica di modulazione, i segnali di ingresso vengono trasmessi in bande di frequenza e quindi combinati per formare un segnale composito.
• Le portanti utilizzate per modulare i segnali sono note come sottoportanti . Sono rappresentati come f1,f2..fn.
FDMviene utilizzato principalmente nelle trasmissioni radiofoniche e nelle reti televisive.

Vantaggi dell'FDM:

• FDM viene utilizzato per i segnali analogici.
• Il processo FDM è una modulazione molto semplice e facile.
• È possibile inviare simultaneamente un gran numero di segnali attraverso un FDM.
• Non richiede alcuna sincronizzazione tra mittente e destinatario.

Svantaggi dell'FDM:

• La tecnica FDM viene utilizzata solo quando sono richiesti canali a bassa velocità.
• Soffre il problema della diafonia.
• È richiesto un gran numero di modulatori.
• Richiede un canale con larghezza di banda elevata.

Applicazioni di FDM:

• FDM è comunemente usato nelle reti televisive.
• Viene utilizzato nelle trasmissioni FM e AM. Ciascuna stazione radio FM ha frequenze diverse e vengono multiplexate per formare un segnale composito. Il segnale multiplex viene trasmesso nell'aria.

Multiplexing a divisione di lunghezza d'onda (WDM)

• Il multiplexing a divisione di lunghezza d'onda è uguale a FDM, tranne per il fatto che i segnali ottici vengono trasmessi attraverso il cavo in fibra ottica.
• Il WDM viene utilizzato sulle fibre ottiche per aumentare la capacità di una singola fibra.
• Viene utilizzato per sfruttare l'elevata capacità di velocità dati del cavo in fibra ottica.
• È una tecnica di multiplexing analogico.
• I segnali ottici provenienti da sorgenti diverse vengono combinati per formare una banda di luce più ampia con l'aiuto del multiplexer.
• All'estremità ricevente, il demultiplexer separa i segnali per trasmetterli alle rispettive destinazioni.
• Il multiplexing e il demultiplexing possono essere ottenuti utilizzando un prisma.
• Prism può svolgere il ruolo di multiplexer combinando i vari segnali ottici per formare un segnale composito e il segnale composito viene trasmesso attraverso un cavo in fibra ottica.
• Prism esegue anche un'operazione inversa, ovvero demultiplexando il segnale.

Multiplexing a divisione di tempo

• È una tecnica digitale.
• Nella tecnica del multiplexing a divisione di frequenza, tutti i segnali funzionano contemporaneamente con frequenze diverse, ma nel caso della tecnica del multiplexing a divisione di tempo, tutti i segnali funzionano alla stessa frequenza con tempi diversi.
• In Tecnica del multiplexing a divisione di tempo , il tempo totale disponibile nel canale viene distribuito tra i diversi utenti. Pertanto, a ciascun utente viene assegnato un intervallo di tempo diverso noto come fascia oraria in cui i dati devono essere trasmessi dal mittente.
• Un utente prende il controllo del canale per un periodo di tempo fisso.
• Nella tecnica Time Division Multiplexing, i dati non vengono trasmessi simultaneamente, ma uno per uno.
• In TDM, il segnale viene trasmesso sotto forma di frame. I frame contengono un ciclo di slot temporali in cui ogni frame contiene uno o più slot dedicati a ciascun utente.
• Può essere utilizzato per multiplexare sia segnali digitali che analogici, ma principalmente per multiplexare segnali digitali.

Esistono due tipi di TDM:

• TDM sincrono
• TDM asincrono

TDM sincrono

• Un TDM sincrono è una tecnica in cui la fascia oraria è preassegnata a ciascun dispositivo.
• Nel TDM sincrono, a ciascun dispositivo viene assegnato un intervallo di tempo indipendentemente dal fatto che il dispositivo contenga o meno i dati.
• Se il dispositivo non dispone di dati, lo slot rimarrà vuoto.
• Nel TDM sincrono i segnali vengono inviati sotto forma di frame. Le fasce orarie sono organizzate sotto forma di frame. Se un dispositivo non dispone di dati per un determinato intervallo di tempo, verrà trasmesso lo slot vuoto.
• I TDM sincrono più popolari sono il multiplexing T-1, il multiplexing ISDN e il multiplexing SONET.
• Se ci sono n dispositivi, allora ci sono n slot.

Concetto di TDM sincrono

Nella figura sopra è implementata la tecnica TDM sincrono. Ad ogni dispositivo è assegnata una fascia oraria. Le fasce orarie vengono trasmesse indipendentemente dal fatto che il mittente abbia o meno dati da inviare.

Svantaggi del TDM sincrono:

• La capacità del canale non viene utilizzata completamente poiché vengono trasmessi anche gli slot vuoti che non contengono dati. Nella figura sopra, il primo fotogramma è completamente pieno, ma negli ultimi due fotogrammi alcuni slot sono vuoti. Pertanto, possiamo dire che la capacità del canale non viene utilizzata in modo efficiente.
• La velocità del mezzo trasmissivo dovrebbe essere maggiore della velocità totale delle linee di ingresso. Un approccio alternativo al TDM sincrono è il multiplexing a divisione di tempo asincrono.

TDM asincrono

• Un TDM asincrono è anche noto come TDM statistico.
• Un TDM asincrono è una tecnica in cui gli intervalli di tempo non sono fissi come nel caso del TDM sincrono. Gli intervalli di tempo vengono assegnati solo ai dispositivi che hanno i dati da inviare. Pertanto, possiamo dire che il multiplexor asincrono a divisione di tempo trasmette solo i dati dalle workstation attive.
• Una tecnica TDM asincrona alloca dinamicamente gli slot temporali ai dispositivi.
• Nel TDM asincrono, la velocità totale delle linee di ingresso può essere maggiore della capacità del canale.
• Il multiplexor asincrono a divisione temporale accetta i flussi di dati in entrata e crea un frame che contiene solo dati senza slot vuoti.
• Nel TDM asincrono, ogni slot contiene una parte di indirizzo che identifica l'origine dei dati.

• La differenza tra TDM asincrono e TDM sincrono è che molti slot nel TDM sincrono non sono utilizzati, ma nel TDM asincrono gli slot sono completamente utilizzati. Ciò porta ad un tempo di trasmissione più breve e ad un utilizzo efficiente della capacità del canale.
• Nel TDM sincrono, se ci sono n dispositivi di invio, allora ci sono n intervalli di tempo. Nel TDM asincrono, se ci sono n dispositivi di invio, allora ci sono m intervalli di tempo dove m è minore di n ( M).
• Il numero di slot in un frame dipende dall'analisi statistica del numero di linee di input.

Concetto di TDM asincrono

Nello schema sopra, ci sono 4 dispositivi, ma solo due dispositivi inviano i dati, cioè A e C. Pertanto, i dati di A e C vengono trasmessi solo attraverso la linea di trasmissione.

La cornice del diagramma sopra può essere rappresentata come:

La figura sopra mostra che la parte dati contiene l'indirizzo per determinare l'origine dei dati.