Multiplexación
La multiplexación es el conjunto de técnicas que permiten transmitir de forma simultánea varias señales a través de un mismo enlace. Se utiliza cuando la capacidad del medio de transmisión es mayor que las necesidades de un canal de comunicación individual entre el transmisor y el receptor.
La multiplexación (llamada MUX) consiste en combinar varios canales de Información de baja velocidad en un solo medio de transmisión de alta velocidad gracias al multiplexor. Este dispositivo tiene varias entradas y es capaz de unirlas en una sola salida sin que interfieran entre sí. En el extremo receptor el flujo de entrada se descodifica mediante la desmultiplexión (denominada DEMUX), convirtiendo esa única señal de entrada en varias señales de salida.
Esquema de multiplexación:
El fin de la multiplexación es, por tanto, utilizar solo un medio para la transmisión física de varias comunicaciones sin que interfieran entre si.
Objetivos:
- Compartir la capacidad de transmisión de datos sobre un mismo enlace para aumentar la eficiencia.
- Minimizar la cantidad de líneas físicas requeridas y maximizar el uso del ancho de banda de los medios
Por ejemplo, para llevar a cabo una transmisión analógica full-dúplex utilizando como medio de transmisión el cable de cobre, serían necesarios dos cables, uno para cada sentido de la transmisión, ya que, en una comunicación full-dúplex, existen siempre dos canales de comunicación. Utilizando las técnicas de multiplexación se pueden transmitir los dos canales a través del mismo cable, siempre y cuando el ancho de banda del medio (el cable de cobre) sea igual o superior a la suma de los anchos de banda de cada canal.
Actualmente, la multiplexación es una técnica fundamental en las telecomunicaciones, incluida la Telemática. Debido al enorme volumen de Información que se intercambia, es necesario aprovechar al máximo las altas capacidades de los medios de transmisión actuales, como el cable coaxial y la fibra óptica, a través de los cuales, y gracias a la multiplexación, pueden viajar simultáneamente cientos e incluso miles de canales de datos.
Las técnicas más utilizadas son:
- Multiplexación por división de frecuencia (FDM): que utiliza varias frecuencias para el envío por un único medio.
- Multiplexación por división de Longitud de Onda (WDM): enviando con diferentes longitudes de onda las señales a la vez.
- Multiplexación por división de tiempo (TDM): la cual, por espacios de tiempo divididos, envía los diferentes datos.
FDM (Multiplexación por División de Frecuencia) (ANALÓGICA)
La multiplexación por división de frecuencia o FDM (Frequency Division Multiplexing) es una técnica empleada cuando se quiere transmitir varias señales analógicas a través de un medio de transmisión con un ancho de banda mayor que el de las señales que hay que transmitir.
La multiplexación de las señales se lleva a cabo modulando cada una de las señales con una frecuencia portadora distinta. La distancia en frecuencia entre las portadoras debe ser tal que no se produzca solapamiento entre las diferentes señales.
Proceso de multiplexación FDM en el tiempo:
Proceso de multiplexación FDM en la frecuencia:
Además, se deben elegir frecuencias portadoras que no existan en las señales que se van a multiplexar.
Por ejemplo, si se desea multiplexar una señal que ocupa una banda entre 0 y 100 khz, no se podrá utilizar una portadora dentro de esa banda de frecuencias.
FDM se aplica para multiplexar señales analógicas, por lo que se deberá utilizar cualquier técnica de modulación de señales analógicas, por ejemplo, AM o FM. el problema es que tanto en AM como en FM la señal modulada tiene un ancho de banda mayor que la original. Para conseguir un mejor aprovechamiento del ancho de banda del medio, se pueden utilizar otras técnicas como BLU (Banda Lateral única), donde el ancho de banda de la señal modulada es el mismo que el de la señal original.
El proceso de demultiplexación, es decir, de extracción de cada una de las señales multiplexadas se basa en la utilización de filtros paso banda en el receptor. es necesario un filtro por cada señal a demultiplexar. Después del filtrado ya se puede aplicar la demodulación que devolverá cada señal a sus frecuencias originales.
TDM (La multiplexación por división en el tiempo ) (DIGITAL)
La multiplexación por división en el tiempo o TDM (time Division Multiplexing) es un proceso que se utiliza para transmitir señales digitales cuando la tasa de bits permitida por el medio de transmisión es mayor que la tasa de bits de los datos que hay que multiplexar.
En este caso, la multiplexación consiste en enviar varias señales digitales por un único enlace dividiendo el tiempo de transmisión entre las señales que hay que multiplexar. El multiplexor TDM consta de varios canales digitales de entrada. La señal digital que llega por cada canal se envía a un canal único de salida durante cierto tiempo, transcurrido este tiempo el multiplexor comunica el siguiente canal de entrada con la salida. Este proceso se repite hasta llegar al último canal después del cual se pasa de nuevo al primer canal.
El proceso sería algo así como una puerta giratoria con varias entradas y una única salida.
Existen dos tipos de TDM sincrónica y asíncrona:
- TDM Síncrona: el término “síncrono” no tiene el mismo significado que el que se vio en la transmisión serie de datos. en este caso, síncrono se refiere a que, en la multiplexación, a cada canal que se desea transmitir se le asigna exactamente la misma porción de tiempo, independientemente de si en el canal hay datos para transmitir. Digamos que se asignan turnos de transmisión fijos e iguales a cada canal. Si tenemos cuatro canales, a cada canal se le asigna un turno de transmisión. Si a un canal le toca transmitir y no tiene nada, durante ese turno no se transmitirán datos. cada porción de tiempo que un dispositivo transmite datos de forma continua se denomina time slot (ranura o intervalo de tiempo). Durante ese time slot se transmite siempre el mismo número de bits.
Una trama estará formada por un turno completo de porciones de tiempo o time slot. Es decir, si tenemos cuatro canales, una trama estará formada por los cuatro turnos, cada uno de ellos con la duración de un time slot.
La velocidad de transmisión de la señal multiplexada será igual a la velocidad de cada canal por el número de canales, en el caso de que la tasa de bits de cada canal sea la misma. Si todos los canales tienen la misma velocidad de transmisión, a cada canal se le asigna un time slot. Si por el contrario existen dispositivos a mayor velocidad, se le asigna más de un time slot, con la condición de que las tasas de datos deben ser múltiplos enteros unas de otras.
TDM síncrona con canales a diferentes velocidad:
En algunas transmisiones TDM síncronas se pueden utilizar bits adicionales por trama para proporcionar un nivel más de sincronismo. Estos bits se denominan bits de tramado.
Como cada canal tiene asignado un time slot fijo dentro de la trama, en principio no es necesario enviar bits de control para la identificación de los canales.
Para transmitir con tasas de datos que no sean múltiplos enteros, el multiplexor añade bits extra al canal del que se desea ajustar su tasa de bits.
El principal inconveniente de la TDM síncrona es la pérdida de eficiencia de la transmisión cuando haya canales que no transmiten datos. Como cada canal tiene asignado un time slot en cada trama, si un canal no transmite datos en un momento dado, su time slot quedará vacío. Por tanto, la TDM síncrona se utiliza para multiplexar canales con un flujo continuo de Información.
- TDM Asíncrona o TDM Estadística
Para solucionar el problema del no aprovechamiento de la capacidad del enlace en la TDM síncrona cuando algún canal no transmite datos, se utiliza la técnica denominada TDM asíncrona (o estadística).
El proceso de multiplexación se lleva a cabo de la misma forma que en TDM síncrona. La diferencia es que los canales no tienen asignado un time slot fijo en cada trama. Al igual que en TDM síncrono, se establece un turno por cada canal, pero, en este caso, si un canal no tiene datos para transmitir, se pasa el turno al siguiente canal, de forma que todos los time slots que forman la trama contengan datos, aunque no necesariamente de canales consecutivos.
Debido a esto, el número de time slots de una trama no tiene que coincidir con el número de canales como ocurría en TDM síncrono. De hecho, el número de time slots de la trama interesa que sea igual al promedio del número de canales que transmiten datos. es decir, si tenemos un sistema TDM con 10 canales y se calcula de forma estadística que hay siempre un promedio de seis canales transmitiendo datos simultáneamente, se elegirá este número como número de time slots por trama y no 10. De esta forma se aprovecha de forma mucho más eficiente la capacidad del enlace, ya que apenas habrá time slots vacíos.
La velocidad de transmisión de la señal multiplexada será la tasa de bits de cada canal por el número de time slots. En el ejemplo anterior, la señal multiplexada es equivalente a una multiplexación de seis canales. será necesario implementar un buffer de memoria, ya que cuando haya transmisión simultánea en más de seis canales llegarán datos más rápidamente de lo que se pueden transmitir.
Debido a que los datos de cada canal no ocupan posiciones fijas en la trama, es necesario incluir una identificación del canal para cada time slot. Esta situación implica un aumento de datos de control en el enlace, lo cual limita la eficacia de TDM asíncrona. Para minimizar el impacto que supone llevar a cabo este direccionamiento es necesario utilizar un tamaño de time slot grande e intentar utilizar el menor número de bits para la identificación del canal.
WDM (Multiplexación por división de Longitud de Onda) (FIBRA ÓPTICA)
La multiplexación por división de Longitud de Onda o WDM (wavelength Division Multiplexing) es una técnica de multiplexación similar a FDM, pero utilizando señales ópticas en lugar de señales electromagnéticas. Por tanto, WDM se usa para la transmisión de varias señales utilizando fibra óptica como medio de transmisión. En este caso, cada canal que se desea multiplexar se transmite utilizando una Longitud de Onda diferente.
Para su implementación es necesario utilizar emisores láser que emitan luz a diferentes longitudes de onda. Todas las señales ópticas generadas se combinan y transmiten por un único canal. En el receptor es necesario utilizar filtros ópticos y fotodetectores ajustados a las longitudes de onda adecuadas.
Se conoce como DWDM (Dense wavelength Division Multiplexing) la evolución de WDM en la que se ha conseguido acercar las longitudes de onda portadoras, de forma que el canal de fibra tiene más capacidad. además, en DWDM existen otras mejoras importantes, como la capacidad de amplificar todas las longitudes de onda sin necesidad de convertirlas a señales eléctricas. También permite transportar señales ópticas de diferentes velocidades y tipos de forma simultánea.
Tanto WDM como DWDM usan fibra óptica monomodo para transportar señales ópticas a diferentes longitudes de onda. No confundir este concepto con el modo de transmisión por fibra multimodo.
Las técnicas WDM se comenzaron a utilizar para aprovechar el enorme ancho de banda de la fibra óptica. actualmente, y gracias a esta técnica, se han conseguido velocidades de transmisión de 25 Tbps a través de una única fibra óptica.
