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Ein Multiplexer (MUX) ist ein Netzwerkgerät, das es ermöglicht, ein oder mehrere analoge oder digitale Eingangssignale gemeinsam über dieselbe Kommunikationsübertragungsstrecke zu übertragen. Der Zweck des Multiplexens besteht darin, Signale zu kombinieren und über ein einziges gemeinsames Medium zu übertragen, um die Effizienz zu optimieren und die Gesamtkosten der Kommunikation zu senken.
Im Wesentlichen fungiert ein MUX als ein Schalter mit mehreren Eingängen und einem Ausgang, der es ermöglicht, mehrere analoge und digitale Eingangssignale über eine einzige Ausgangsleitung zu leiten. Auf der Empfangsseite stellt ein anderes Gerät, der sogenannte Demultiplexer, die ursprünglichen Einzelsignale wieder her.
Techopedia erklärt den Multiplexer
Multiplexing-Techniken sind im Zeitalter des Internets der Dinge, des Edge Computing und von 5G zu nützlichen Werkzeugen der Netzwerkoptimierung geworden. Es ist jedoch wichtig zu wissen, dass das Multiplexing an sich schon recht alt ist, was die postindustriellen Technologien angeht. In seinen frühesten Formen lässt sich Multiplexing bis in die 1800er Jahre zurückverfolgen, als es zum ersten Mal eingesetzt wurde, um ältere Kommunikationskanäle wie den Telegraphen und das Radio zu optimieren.
Heute wären die folgenden Kommunikationsanwendungen ohne Multiplexing unerschwinglich: Telekommunikation, Satelliten, Telemetrie und Rundfunk.
Arten von Multiplexing
Zu den Arten von Multiplexing-Technologien und -Verfahren gehören unter anderem:
- Zeitmultiplexing (TDM) – eingehende Signale werden in gleiche Zeitschlitze fester Länge aufgeteilt.
- Inverses Multiplexing (IMUX) – Aufteilung der kombinierten Signale in mehrere gleichzeitige Signale oder Datenströme mit geringerer Geschwindigkeit.
- Wellenlängenmultiplexing (WDM) – ermöglicht die Übertragung mehrerer optischer Trägersignale über eine einzige optische Faser. Jede Wellenlänge des Lichts überträgt ein anderes Signal.
- Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) – kombiniert und überträgt mehrere Signale mit unterschiedlichen Wellenlängen gleichzeitig über dieselbe Faser.
- Frequency Division Multiplexing (FDM) – jeder Datenstrom verwendet ein Trägersignal mit einer bestimmten Frequenz.
- Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) – nutzt eine große Anzahl von eng beieinander liegenden orthogonalen Unterträgern, die parallel übertragen werden.
- Add/Drop Multiplexing (ADM) – kann Signale mit geringer Bandbreite aus dem Datenstrom herausnehmen oder entfernen und sie auf andere Netzwerkrouten leiten.
Wie Multiplexing funktioniert
Heutzutage sind Frequenzmultiplex, Zeitmultiplex und Wellenlängenmultiplex die am meisten mit der Telekommunikation verbundenen Multiplexing-Arten.
Bei analogen Signalen in der Telekommunikation und Signalverarbeitung kann ein Zeitmultiplexer mehrere Abtastwerte separater Analogsignale auswählen und sie zu einem pulsamplitudenmodulierten (PAM) Breitband-Analogsignal kombinieren. Bei zwei Eingangssignalen und einem Ausgangssignal wird ein MUX als 2-zu-1-Multiplexer bezeichnet; bei vier Eingangssignalen ist er ein 4-zu-1-Multiplexer – und so weiter.
Bei digitalen Signalen in der Telekommunikation in einem Computernetzwerk oder bei digitalem Video können mehrere Datenströme mit variabler Bitrate von Eingangssignalen (unter Verwendung von Paketmoduskommunikation) zu einem Signal mit konstanter Bandbreite kombiniert oder gemultiplext werden. Mit einer alternativen Methode, die einen TDM verwendet, kann eine begrenzte Anzahl von Eingangssignalströmen mit konstanter Bitrate zu einem Datenstrom mit höherer Bitrate gemultiplext werden.
Ein Multiplexer benötigt zur Vervollständigung des Prozesses einen Demultiplexer, um die Multiplexsignale zu trennen, die von einem einzigen gemeinsamen Medium oder Gerät übertragen werden. Häufig werden ein Multiplexer und ein Demultiplexer in einem einzigen Gerät kombiniert (oft auch nur als Multiplexer bezeichnet), damit das Gerät sowohl eingehende als auch ausgehende Signale verarbeiten kann.
Alternativ kann der einzelne Ausgang eines Multiplexers mit dem einzelnen Eingang eines Demultiplexers über einen einzigen Kanal verbunden werden. Beide Methoden werden häufig als kostensparende Maßnahme eingesetzt. Da die meisten Kommunikationssysteme in beide Richtungen übertragen, wird ein einziges kombiniertes Gerät oder zwei separate Geräte (wie im letzten Beispiel) an beiden Enden der Übertragungsleitung benötigt.
Die Zukunft des Multiplexens
Eine der faszinierendsten neuen Anwendungen von Multiplexing betrifft neue Kommunikationsparadigmen wie 5G, bei denen unterschiedliche Hardware und Einrichtungskapazitäten für verschiedene Arten der Signalübertragung sorgen. Das Wellenform-Multiplexing für 5G umfasst beispielsweise partielle und vollständige Konnektivitätsdesigns, die Sub-Arrays verwenden, die mit Hochfrequenzketten verbunden sind, um diese Art der Mehrfachsignalübertragung zu optimieren.
Die Experten beschreiben den Einsatz von Small-Cell-Technologien, die Breitband- und Multi-Gigabyte-Raten zur Unterstützung datenintensiver Aktivitäten wie HDTV und drahtlose Spiele bieten. Die digitale Beamforming-Architektur, so stellen sie fest, kann bei Downlink-Sendern und anderen Aspekten mobiler Anwendungen nützlich sein.
Im Allgemeinen ist die Zukunft des Multiplexing eng mit den Konnektivitätsarten verbunden, die einen vielfältigeren Datenverkehr auf einem bestimmten Hardwaresystem ermöglichen. Virtuelle lokale Netze oder VLANs sind beispielsweise Einrichtungen, bei denen ein physisches LAN, das aus verschiedenen Hardwarekomponenten besteht, mehr als eine Bandbreitenbahn durch das Netz führen kann. Signale, die für verschiedene Komponenten bestimmt sind, werden also in denselben Leitungen übertragen und mit Virtualisierungsschemata effektiv gehandhabt.
Multiplexing ist insofern ähnlich, als es die Fähigkeit fördert, Daten, die von verschiedenen Gerätepaaren stammen, in einer Art Tunnelsystem zu übertragen, bei dem sich Multiplexer und Demultiplexer gegenseitig ergänzen.
Die Idee des Multiplexing ist im Wesentlichen darauf zurückzuführen, dass man versucht, die Effizienz von Telekommunikations- oder ähnlichen Systemen zu steigern, die eine „Pipeline“ für die Kommunikation verwenden. Diese Art der Verkehrssteuerung steht hinter den enormen Fortschritten in der Kommunikationstechnologie der letzten Jahrzehnte.
