Multiplexer (MUX)

Wat betekent Multiplexer?

Een multiplexer (MUX) is een netwerkapparaat dat het mogelijk maakt om een of meer analoge of digitale ingangssignalen samen over dezelfde communicatielink te sturen. Het doel van multiplexing is het combineren en verzenden van signalen over een enkel gedeeld medium om de efficiëntie te optimaliseren en de totale kosten van communicatie te verlagen.

In wezen functioneert een MUX als een meervoudige ingang met enkele uitgangsschakelaar die het mogelijk maakt om meerdere analoge en digitale ingangssignalen door een enkele uitgangslijn te leiden. Aan de ontvangende kant herstelt een ander apparaat, een demultiplexer genaamd, de oorspronkelijke individuele signalen.

Techopedia legt Multiplexer uit

Multiplexing-technieken zijn in het tijdperk van het ‘internet der dingen’, edge computing en 5G nuttige hulpmiddelen geworden voor netwerkoptimalisatie. Het is echter belangrijk op te merken dat multiplexing zelf vrij oud is in termen van postindustriële technologieën. In zijn vroegste vormen gaat multiplexing terug tot de jaren 1800 toen het voor het eerst werd gebruikt om oude communicatiekanalen zoals de telegraaf en radio te optimaliseren.

Vandaag de dag zouden communicatietoepassingen zoals telecommunicatie, satellieten, telemetrie en omroep onbetaalbaar zijn zonder multiplexing.

Soorten Multiplexing

Types multiplexing-technologieën en -processen omvatten, maar zijn niet beperkt tot:

• Time Division Multiplexing (TDM) – binnenkomende signalen worden verdeeld in gelijke tijdsloten van vaste lengte.
• Inverse Multiplexing (IMUX) – breekt de gecombineerde signalen in meerdere gelijktijdige signalen of datastromen met een lagere snelheid.
• Wavelength Division Multiplexing (WDM) – maakt het mogelijk om meerdere optische draaggolfsignalen door een enkele optische vezel te sturen. Elke golflengte van licht draagt een ander signaal.
• Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) – combineert en verzendt meerdere signalen tegelijkertijd op verschillende golflengten op dezelfde vezel.
• Frequency Division Multiplexing (FDM) – elke gegevensstroom gebruikt een draaggolfsignaal op een afzonderlijke frequentie.
• Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) – maakt gebruik van een groot aantal dicht bij elkaar liggende orthogonale subcarriers die parallel worden verzonden.
• Add/Drop Multiplexing (ADM) – kan signalen met lage bandbreedte uit de gegevensstroom laten vallen of verwijderen en ze naar andere netwerkroutes leiden.

Hoe Multiplexing werkt

Vandaag de dag worden frequentie-, tijd- en golflengtedivisie-multiplexing het meest geassocieerd worden met telecommunicatie.

Voor analoge signalen in telecommunicatie en signaalverwerking kan een tijddelingsmultiplexer meerdere samples van afzonderlijke analoge signalen selecteren en deze combineren tot één Pulse Amplitude Modulated (PAM) breedbandig analoog signaal. Als er twee ingangssignalen en één uitgangssignaal zijn, wordt een MUX een 2-op-1 multiplexer genoemd; met vier ingangssignalen is het een 4-op-1 multiplexer – enzovoort.

Voor digitale signalen in telecommunicatie op een computernetwerk of met digitale video, kunnen verschillende variabele datastromen met variabele bitsnelheid van ingangssignalen (met behulp van pakketmodus communicatie) worden gecombineerd, of gemultiplexed, tot één signaal met constante bandbreedte. Met een alternatieve methode die gebruikmaakt van TDM, kunnen een beperkt aantal datastromen met constante bitsnelheid van ingangssignalen worden gemultiplexed tot één datastroom met hogere bitsnelheid.

Een multiplexer heeft een demultiplexer nodig om het proces te voltooien, om de multiplexsignalen die door het enkele gedeelde medium of apparaat worden gedragen te scheiden. Vaak worden een multiplexer en een demultiplexer gecombineerd in een enkel apparaat (ook vaak gewoon multiplexer genoemd), zodat het apparaat zowel inkomende als uitgaande signalen kan verwerken.

Als alternatief kan de enkele uitgang van een multiplexer worden verbonden met de enkele ingang van een demultiplexer via een enkel kanaal. Beide methoden worden vaak gebruikt om kosten te besparen. Aangezien de meeste communicatiesystemen in beide richtingen zenden, zijn ofwel het enkele gecombineerde apparaat nodig, ofwel twee afzonderlijke apparaten (zoals in het laatste voorbeeld) aan beide uiteinden van de transmissielijn.

De toekomst van Multiplexing

Een van de meest fascinerende nieuwe toepassingen van multiplexing is te vinden in nieuwe communicatieparadigma’s zoals 5G, waar diverse hardware en capaciteiten zorgen voor verschillende soorten signaaloverdracht. Bijvoorbeeld, ‘waveform multiplexing’ voor 5G omvat ontwerpen met gedeeltelijke en volledige connectiviteit die subarrays gebruiken. Deze subarrays zijn verbonden met radiofrequentieketens om dit type meervoudige signaaloverdracht te optimaliseren.

Experts benoemen het gebruik van small cell-technologieën die breedband en multi-gigabytesnelheden bieden ter ondersteuning van data-intensieve activiteiten, zoals HDTV en draadloos gamen. Ze wijzen erop dat digitale beamforming-architectuur nuttig kan zijn in downlinkzenders en andere aspecten van mobiele toepassingen.

Over het algemeen is de toekomst van multiplexing nauw verwezen met de soorten connectiviteit die meer divers verkeer op een gegeven hardwaresysteem mogelijk maken. Virtual Local Area Networks of VLAN’s zijn bijvoorbeeld opstellingen waarbij een fysiek LAN, bestaande uit verschillende hardwareonderdelen, meer dan één bandbreedtetraject over het netwerk kan dragen. Signalen die bedoeld zijn voor verschillende componenten bewegen dus in dezelfde lijnen en worden effectief afgehandeld met virtualisatieschema’s.

Multiplexing is vergelijkbaar in die zin dat het de mogelijkheid bevordert om gegevens over te brengen die afkomstig zijn van verschillende paren apparatuur, in een soort tunnelsysteem waarbij de multiplexer en demultiplexer elkaar aanvullen.

Het idee van multiplexing inherent aan het zoeken naar efficiëntie voor telecom- of vergelijkbare systemen die een “pijplijn” gebruiken voor communicatie. Dit type verkeersregeling ligt ten grondslag aan de enorme vooruitgang in communicatietechnologie van de afgelopen decennia.