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Varias señales de baja velocidad de datos se multiplexan a través de un único enlace de alta velocidad de datos y luego se demultiplexan en el otro extremo

En las redes de telecomunicaciones y de computadoras , la multiplexación (a veces contratada para muxing ) es un método por el cual múltiples señales analógicas o digitales se combinan en una señal a través de un medio compartido . El objetivo es compartir un recurso escaso. Por ejemplo, en telecomunicaciones, se pueden realizar varias llamadas telefónicas utilizando un cable. La multiplexación se originó en la telegrafía en la década de 1870 y ahora se aplica ampliamente en las comunicaciones. En telefonía , a George Owen Squier se le atribuye el desarrollo de la multiplexación de operadores telefónicos en 1910.

La señal multiplexada se transmite a través de un canal de comunicación como un cable. El multiplexado divide la capacidad del canal de comunicación en varios canales lógicos, uno para cada señal de mensaje o flujo de datos a transferir. Un proceso inverso, conocido como demultiplexación, extrae los canales originales en el extremo del receptor.

Un dispositivo que realiza la multiplexación se llama multiplexor (MUX) y un dispositivo que realiza el proceso inverso se llama demultiplexor (DEMUX o DMX).

La multiplexación inversa (IMUX) tiene el objetivo opuesto de la multiplexación, es decir, dividir un flujo de datos en varios flujos, transferirlos simultáneamente a través de varios canales de comunicación y recrear el flujo de datos original.

En informática , la multiplexación de E / S también se puede utilizar para referirse al concepto de procesar múltiples eventos de entrada / salida de un solo bucle de eventos , con llamadas al sistema como poll [1] y select (Unix) . [2]

Tipos [ editar ]

Se pueden transferir de manera eficiente múltiples flujos de bits digitales de tasa de bits variable a través de un solo canal de ancho de banda fijo por medio de multiplexación estadística . Se trata de una multiplexación en el dominio del tiempo en modo asíncrono que es una forma de multiplexación por división del tiempo.

Los flujos de bits digitales se pueden transferir a través de un canal analógico mediante técnicas de multiplexación por división de código, como el espectro ensanchado por salto de frecuencia (FHSS) y el espectro ensanchado de secuencia directa (DSSS).

En las comunicaciones inalámbricas , la multiplexación también se puede lograr mediante la polarización alterna ( horizontal / vertical o en el sentido de las agujas del reloj / en sentido contrario a las agujas del reloj ) en cada canal y satélite adyacente , o mediante una matriz de múltiples antenas en fase combinada con un esquema de comunicaciones de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO).

Multiplexación por división espacial [ editar ]

En la comunicación por cable, la multiplexación por división de espacio , también conocida como acceso múltiple por división de espacio (SDMA), es el uso de conductores eléctricos punto a punto separados para cada canal transmitido. Los ejemplos incluyen un cable de audio estéreo analógico, con un par de cables para el canal izquierdo y otro para el canal derecho, y un cable telefónico de pares múltiples , una red en estrella conmutada como una red de acceso telefónico, una red Ethernet conmutada y un red de malla .

En la comunicación inalámbrica, la multiplexación por división de espacio se logra con múltiples elementos de antena que forman una antena de matriz en fase . Algunos ejemplos son la multiplexación de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO), una sola entrada y múltiples salidas (SIMO) y múltiples entradas y múltiples salidas (MISO). Un enrutador inalámbrico IEEE 802.11g con k antenas hace posible, en principio, comunicarse con k canales multiplexados, cada uno con una tasa de bits máxima de 54 Mbit / s, aumentando así la tasa de bits máxima total en el factor k . Diferentes antenas darían diferentes firmas de propagación (eco) de múltiples rutas , lo que haría posible el procesamiento de señales digitales.técnicas para separar diferentes señales entre sí. Estas técnicas también se pueden utilizar para la diversidad espacial (resistencia mejorada al desvanecimiento) o formación de haces (selectividad mejorada) en lugar de multiplexación.

Multiplexación por división de frecuencia [ editar ]

Multiplexación por división de frecuencia (FDM): el espectro de cada señal de entrada se desplaza a un rango de frecuencia distinto.

La multiplexación por división de frecuencia (FDM) es inherentemente una tecnología analógica. FDM logra la combinación de varias señales en un medio enviando señales en varios rangos de frecuencia distintos a través de un solo medio. En FDM las señales son señales eléctricas. Una de las aplicaciones más comunes de FDM es la transmisión tradicional de radio y televisión desde estaciones terrestres, móviles o satelitales, o televisión por cable. Solo un cable llega al área residencial de un cliente, pero el proveedor de servicios puede enviar múltiples canales de televisión o señales simultáneamente a través de ese cable a todos los suscriptores sin interferencia. Los receptores deben sintonizar la frecuencia (canal) adecuada para acceder a la señal deseada. [3]

En las comunicaciones ópticas se utiliza una tecnología variante, denominada multiplexación por división de longitud de onda (WDM) .

Multiplexación por división de tiempo [ editar ]

Multiplexación por división de tiempo (TDM).

La multiplexación por división de tiempo (TDM) es una tecnología digital (o en casos excepcionales, analógica) que utiliza el tiempo, en lugar del espacio o la frecuencia, para separar los diferentes flujos de datos. TDM implica secuenciar grupos de unos pocos bits o bytes de cada flujo de entrada individual, uno tras otro, y de tal manera que puedan asociarse con el receptor apropiado. Si se hace con la suficiente rapidez, los dispositivos receptores no detectarán que parte del tiempo del circuito se utilizó para servir a otra ruta de comunicación lógica.

Considere una aplicación que requiera cuatro terminales en un aeropuerto para llegar a una computadora central. Cada terminal se comunicaba a 2400 baudios , por lo que en lugar de adquirir cuatro circuitos individuales para transportar una transmisión de tan baja velocidad, la aerolínea ha instalado un par de multiplexores. También se instalan un par de módems de 9600 baudios y un circuito de comunicaciones analógicas dedicado desde el mostrador de boletos del aeropuerto hasta el centro de datos de la aerolínea. [3] Algunos servidores proxy web (por ejemplo, polipo ) utilizan TDM en la canalización HTTP de múltiples transacciones HTTP en la misma conexión TCP / IP . [4]

Los métodos de comunicación multidrop y acceso múltiple con detección de portadora son similares a la multiplexación por división de tiempo en que múltiples flujos de datos están separados por tiempo en el mismo medio, pero debido a que las señales tienen orígenes separados en lugar de combinarse en una sola señal, se ven mejor como canales métodos de acceso , en lugar de una forma de multiplexación.

TD es una tecnología de multiplexación heredada que sigue siendo la columna vertebral de la mayoría de las redes nacionales de telefonía de línea fija en Europa, proporcionando los puertos de señalización y voz de 2 m / bit en centrales telefónicas de banda estrecha como el DMS100. Cada puerto E1 o TDM de 2 m / bit proporciona 30 o 31 intervalos de tiempo de voz en el caso de los sistemas de señalización CCITT7 y 30 canales de voz para los sistemas de señalización Q931, DASS2, DPNSS, V5 y CASS conectados por el cliente. [5]

Multiplexación por división de polarización [ editar ]

La multiplexación por división de polarización utiliza la polarización de la radiación electromagnética para separar los canales ortogonales. Se utiliza en la práctica en comunicaciones de radio y ópticas, particularmente en sistemas de transmisión de fibra óptica de 100 Gbit / s por canal .

Multiplexación de momento angular orbital [ editar ]

La multiplexación de momento angular orbital es una técnica relativamente nueva y experimental para multiplexar múltiples canales de señales transportadas utilizando radiación electromagnética en una sola ruta. [6] Se puede utilizar potencialmente además de otros métodos de multiplexación física para expandir en gran medida la capacidad de transmisión de dichos sistemas. A partir de 2012 , todavía se encuentra en su fase inicial de investigación, con demostraciones de laboratorio a pequeña escala de anchos de banda de hasta 2,5 Tbit / s en una sola ruta de luz. [7] Este es un tema controvertido en la comunidad académica, y muchos afirman que no es un nuevo método de multiplexación, sino más bien un caso especial de multiplexación por división espacial. [8]

Multiplexación por división de código [ editar ]

La multiplexación por división de código (CDM), el acceso múltiple por división de código (CDMA) o el espectro ensanchado es una clase de técnicas en las que varios canales comparten simultáneamente el mismo espectro de frecuencia y este ancho de banda espectral es mucho mayor que la velocidad de bits o la velocidad de símbolos . Una forma es el salto de frecuencia, otra es el espectro ensanchado de secuencia directa. En el último caso, cada canal transmite sus bits como una secuencia de pulsos codificada específica del canal denominada chips. El número de chips por bit, o chips por símbolo, es el factor de expansión.. Esta transmisión codificada generalmente se logra mediante la transmisión de una serie única de pulsos cortos dependientes del tiempo, que se colocan dentro de los tiempos de chip dentro del tiempo de bit más grande. Todos los canales, cada uno con un código diferente, pueden transmitirse en el mismo canal de fibra o radio u otro medio, y demultiplexarse ​​asincrónicamente. Las ventajas sobre las técnicas convencionales son que es posible un ancho de banda variable (al igual que en la multiplexación estadística ), que el ancho de banda amplio permite una relación señal / ruido deficiente de acuerdo con el teorema de Shannon-Hartley , y que la propagación de múltiples rutas en la comunicación inalámbrica puede combatirse mediante receptores de rastrillo .

Una aplicación importante de CDMA es el Sistema de posicionamiento global (GPS).

Multiplexación de telecomunicaciones

Método de acceso múltiple [ editar ]

Una técnica de multiplexación puede extenderse más en un método de acceso múltiple o método de acceso de canal , por ejemplo, TDM en acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) y multiplexación estadística en acceso múltiple con detección de portadora (CSMA). Un método de acceso múltiple permite que varios transmisores conectados al mismo medio físico compartan su capacidad.

La capa física del modelo OSI proporciona la multiplexación, mientras que el acceso múltiple también implica un protocolo de control de acceso a los medios , que es parte de la capa de enlace de datos .

La capa de transporte en el modelo OSI, así como el modelo TCP / IP, proporciona multiplexación estadística de varios flujos de datos de la capa de aplicación hacia / desde la misma computadora.

La multiplexación por división de código (CDM) es una técnica en la que cada canal transmite sus bits como una secuencia de pulsos codificada específica del canal. Esta transmisión codificada generalmente se logra mediante la transmisión de una serie única de pulsos cortos dependientes del tiempo, que se colocan dentro de los tiempos de chip dentro del tiempo de bit más grande. Todos los canales, cada uno con un código diferente, se pueden transmitir en la misma fibra y demultiplexar asincrónicamente. Otras técnicas de acceso múltiple ampliamente utilizadas son el acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) y el acceso múltiple por división de frecuencia.(FDMA). Las técnicas de multiplexación por división de código se utilizan como tecnología de acceso, a saber, acceso múltiple por división de código (CDMA), en el estándar Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) para la comunicación móvil de tercera generación (3G) identificada por la UIT. [ cita requerida ]

Áreas de aplicación [ editar ]

Telegrafía [ editar ]

La primera tecnología de comunicación que utilizó cables eléctricos y, por lo tanto, compartió un interés en las economías que ofrece la multiplexación, fue el telégrafo eléctrico . Los primeros experimentos permitieron que dos mensajes separados viajaran en direcciones opuestas simultáneamente, primero usando una batería eléctrica en ambos extremos y luego en un solo extremo.

Émile Baudot desarrolló un sistema de multiplexación de tiempo de múltiples máquinas Hughes en la década de 1870. En 1874, el telégrafo cuádruplex desarrollado por Thomas Edison transmitía dos mensajes en cada dirección simultáneamente, para un total de cuatro mensajes que transitaban por el mismo cable al mismo tiempo. Varios investigadores estaban investigando la telegrafía acústica , una técnica de multiplexación por división de frecuencia , que llevó a la invención del teléfono .

Telefonía [ editar ]

En telefonía , un cliente 's de la línea telefónica ahora normalmente termina en el concentrador remoto caja, donde se multiplexa junto con otras líneas telefónicas para que la vecindad otra área similar o. Luego, la señal multiplexada se lleva a la oficina central de conmutación por muchos menos cables y distancias mucho mayores de las que prácticamente puede llegar a la línea de un cliente. Esto también es válido para las líneas de abonado digital (DSL).

La fibra en el bucle (FITL) es un método común de multiplexación, que utiliza fibra óptica como columna vertebral . No solo conecta las líneas telefónicas POTS con el resto de la PSTN , sino que también reemplaza el DSL al conectarse directamente a Ethernet por cable en el hogar . El modo de transferencia asincrónica es a menudo el protocolo de comunicaciones que se utiliza. [ cita requerida ]

La televisión por cable lleva mucho tiempo transmitiendo canales de televisión multiplexados y, a fines del siglo XX, comenzó a ofrecer los mismos servicios que las compañías telefónicas . La IPTV también depende de la multiplexación.

Procesamiento de video [ editar ]

En los sistemas de edición y procesamiento de video , la multiplexación se refiere al proceso de entrelazar audio y video en un flujo de datos coherente.

En el video digital , tal flujo de transporte es normalmente una característica de un formato contenedor que puede incluir metadatos y otra información, como subtítulos . Las transmisiones de audio y video pueden tener una tasa de bits variable. El software que produce tal flujo de transporte y / o contenedor se denomina comúnmente multiplexor estadístico o muxer . Un demuxer es un software que extrae o pone a disposición de otro modo para procesar por separado los componentes de dicho flujo o contenedor.

Radiodifusión digital [ editar ]

En los sistemas de televisión digital , varios flujos de datos de tasa de bits variable se multiplexan juntos en un flujo de transporte de tasa de bits fija mediante multiplexación estadística . Esto hace posible transferir varios canales de video y audio simultáneamente sobre el mismo canal de frecuencia, junto con varios servicios. Esto puede involucrar varios programas de televisión de definición estándar (SDTV) (particularmente en DVB-T , DVB-S2 , ISDB y ATSC-C), o un HDTV , posiblemente con un solo canal complementario de SDTV en un canal de TV de 6 a 8 MHz de ancho. . El dispositivo que logra esto se llama multiplexor estadístico.. En varios de estos sistemas, la multiplexación da como resultado un flujo de transporte MPEG . Los estándares DVB más nuevos DVB-S2 y DVB-T2 tienen la capacidad de transportar varios canales HDTV en un multiplex. [ cita requerida ]

En la radio digital , un múltiplex (también conocido como conjunto) es una serie de estaciones de radio que se agrupan. Un múltiplex es un flujo de información digital que incluye audio y otros datos. [9]

En los satélites de comunicaciones que transportan redes de transmisión de televisión y redes de radio , esto se conoce como canales múltiples por portadora o MCPC . Cuando la multiplexación no es práctica (como cuando hay diferentes fuentes que usan un solo transpondedor ), se usa el modo de canal único por portadora . [ cita requerida ]

Radiodifusión analógica [ editar ]

En la radiodifusión de FM y otros medios de radio analógicos , la multiplexación es un término comúnmente dado al proceso de agregar subportadoras a la señal de audio antes de que ingrese al transmisor , donde ocurre la modulación . (De hecho, la señal multiplex estéreo se puede generar usando multiplexación por división de tiempo, cambiando entre las dos señales de entrada (canal izquierdo y canal derecho) a una frecuencia ultrasónica (la subportadora) y luego filtrando los armónicos más altos). en este sentido a veces se lo conoce como MPX , que a su vez es también un término antiguo para la FM estereofónica , que se ve en los sistemas estéreo desde la década de 1960.

Otros significados [ editar ]

En espectroscopía, el término se usa para indicar que el experimento se realiza con una mezcla de frecuencias a la vez y que su respuesta respectiva se desenreda después usando el principio de la transformada de Fourier .

En programación de computadoras , puede referirse al uso de un solo recurso en memoria (como un identificador de archivo) para manejar múltiples recursos externos (como archivos en disco). [10]

Algunas técnicas de multiplexación eléctrica no requieren un dispositivo " multiplexor " físico , se refieren a una " matriz de teclado " o estilo de diseño " Charlieplexing ":

  • Multiplexing may refer to the design of a multiplexed display (non-multiplexed displays are immune to break up).
  • Multiplexing may refer to the design of a "switch matrix" (non-multiplexed buttons are immune to "phantom keys" and also immune to "phantom key blocking").

In high-throughput DNA sequencing, the term is used to indicate that some artificial sequences (often called barcodes or indexes) have been added to link given sequence reads to a given sample, and thus allow for the sequencing of multiple samples in the same reaction.

See also[edit]

  • Add-drop multiplexer
  • Central office multiplexing
  • Channel bank
  • Multiplexed display
  • Optical add-drop multiplexer
  • Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) (which is a modulation method)
  • Statistical multiplexing

References[edit]

  1. ^ Charles M. Hannum; The NetBSD Foundation (1998). "poll, pollts — synchronous I/O multiplexing". BSD Cross Reference. NetBSD. Lay summary.
  2. ^ Computer Systems Research Group (1994). "select, pselect — synchronous I/O multiplexing". BSD Cross Reference. NetBSD. Lay summary.
  3. ^ a b Bates, Regis J; Bates, Marcus (2007), Voice and Data Communications, ISBN 9780072257328
  4. ^ "rfc2068 - HTTP/1.1". Retrieved 2010-09-23.
  5. ^ Breakthroughs in telephone technology : from Bell to smartphones. Curley, Robert, 1955- (1st ed.). New York, N.Y.: Britannica Educational Pub. in association with Rosen Educational Services. 2012. p. 69. ISBN 978-1-61530-724-1. OCLC 769190186.CS1 maint: others (link)
  6. ^ Tamburini, Fabrizio; Mari, Elettra; Sponselli, Anna; Thidé, Bo; Bianchini, Antonio; Romanato, Filippo (2012-01-01). "Encoding many channels on the same frequency through radio vorticity: first experimental test". New Journal of Physics. 14 (3): 033001. arXiv:1107.2348. Bibcode:2012NJPh...14c3001T. doi:10.1088/1367-2630/14/3/033001. ISSN 1367-2630. S2CID 3570230.
  7. ^ "'Twisted light' carries 2.5 terabits of data per second". BBC News. 2012-06-25. Retrieved 2012-06-25.
  8. ^ Tamagnone, Michele; Silva, Joana S.; Capdevila, Santiago; Mosig, Juan R.; Perruisseau-Carrier, Julien (2015). "The orbital angular momentum (OAM) multiplexing controversy: OAM as a subset of MIMO". 2015 9th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP): 1–5.
  9. ^ "All about DAB multiplexes". Radio & Television Investigation Service. BBC. Retrieved 17 June 2018.
  10. ^ "Multiplexing filehandles with select() in perl".
  • "Federal Standard 1037C: Glossary of Telecommunications Terms". Institute for Telecommunication Services. Retrieved 2009-10-19.
  • Efficient beam multiplexing using a spatial light modulator

External links[edit]

  • The dictionary definition of multiplexing at Wiktionary
  • Media related to Multiplexing at Wikimedia Commons