Multiplexverfahren
Multiplexverfahren bündeln mehrere einzelne Signale zu einem gemeinsamen seriell zu übertragenden Signal.
Durch einen sogenannten Multiplexer werden die Signale der verschiedenen Sender gebündelt und auf den Übertragungsweg gegeben. Auf der Empfängerseite werden die Signale durch eine Demultiplexer wieder entbündelt und den entsprechenden Empfängern zugeteilt.
Allgemein
Dieses Verfahren wurde entwickelt, um einerseits eine optimale Ausnutzung der Übertragungswege aber auch eine reduzierung der Kosten für Einrichtung und Wartung dieser Verbindungen zu erreichen.
Folgende generische Typen von Multiplexverfahren werden in der technischen Kommunikation verwendet:
- Raummultiplexverfahren, das Übertragungskanäle(Leitungen) zur gleichzeitigen Nutzung durch mehrere Sender und Empfänger bündelt
- Frequenzmultiplexverfahren, das mehrere Signale in der Frequenzebene bündelt
- Zeitmultiplexverfahren, das mehrere Signale in der Zeitebene bündelt
- Wellenlängenmultiplex, das mehrere Signale in der optischen Wellenlängenebene bündelt
Raummultiplexverfahren
Mit Raummultiplexverfahren bezeichnet man in der Nachrichtentechnik das Übertragen bzw. das Vermitteln von Nachrichten über individuelle Übertragungswege, die den einzelnen Sendern und Empfängern jeweils zur exklusiven Nutzung bereitgestellt werden.
Bei diesem einfachen Multiplexverfahren muß für eine drahtgebundene Übertragung eine eigene Leitung und bei einer drahtlosen Übertragung jeweils eine eigene Frequenz, zwischen Sender und Empfänger vorhanden sein. Aus diesem Grund zählt dieses Verfahren nicht wirklich zu den Multiplexverfahren.
Eine Methode des Raummultiplexverfahren ist die Kreuzschinenverteilung (eng. cross bar switching). Hierbei handelt es sich um eine Matrix aus mehreren Leitungen mit vielen Schaltern. Durch diese Matrix kann jeder Sender jeden Empfänger erreichen, sofern die Leitung frei und der Schalter aktiv ist.
Sind die Signale von verschiedenen Sendern über einen gemeinsamen Übertragungsweg zu übermitteln, bedient man sich der eigendlichen Multiplexverfahren.
Frequenzmultiplexverfahren
Mit dem Frequenzmultiplexverfahren (Abk. FDM für Frequence Division Multiplex) werden mehrer Signale mit einer schmalen Frequenzlage auf eine breitbandige Trägerfrequenz gebündelt. Man sagt auch die Signale werden auf die Trägerfrequenz in unterschiedliche Frequenzbänder moduliert. Die Übertragung der Signale erfolgt dabei gleichtzeitig und unabhängig von einander.
Durch die Modulation in unterschiedliche Frequenzbänder, ist es beim Empfänger mit Hilfe von Filter möglich, die Signale wieder in ihre ursprüngliches Frequenzlage zurück zu wandeln(demodulieren). Zur Vermeidung von Interferenzen und um eine bessere Trennung der Signale im Empfängerfilter zu erreichen, werden unbenutzte Schutzbänder(eng. Guard Bands) zwischen den einzelnen Frequenzbändern erzeugt.
Die wohl älteste Anwendung des Frequenzmultiplexverfahren ist die Stereotonübertragung im UKW-Radio. Weitere Anwendungsbereiche sind die Richt- und Mobilfunktechnik in der Telekommunikation. Auch bei der Übertragung von Informationen über Breitbandverteilnetze wie dem Kabelfernsehen kommt diese Technik zum Einsatz. Zudem ist dieses Verfahren mit dem Zeitmultiplexverfahren kombinierbar. Das GSM-Mobilfunknetz verwendet sowohl das Frequenzmultiplexverfahren als auch das Zeitmultiplexverfahren.
Zeitmultiplexverfahren
Beim Zeitmultiplexverfahren (Abk. TDM für Time Division Multiplex) werden in bestimmten Zeitabschnitten (Time Slots) die Daten(Signale) verschiedener Sender auf einem Kanal übertragen. Das Zeitmultiplexverfahren unterscheidet zwischen dem synchronen und asynchronen Verfahren.
synchrones Verfahren
Beim synchronen Verfahren (Abk. STDM für Synchron Time Division Multiplex)wird jedem Sender durch den Multiplexer ein fester Zeitabschnitt zur Übertragung seiner Daten(Signale) auf dem Übertragungskanal zugeordnet. Dies hat den Vorteil das jede Verbindung eine konstante Datenübertragungsrate erhält.
Der Nachteil ist, wenn ein Sender keine Daten(Signale) sendet, der entsprechende Zeitabschnitt nicht verwendet wird. Der Übertragungskanal wird in so einem Fall nicht optimal genutzt.
asynchrones Verfahren
Durch das asynchrone Verfahren (Abk. ATDM für Asynchron Time Division Multiplex) wird der Nachteil des synchronen Verfahren verhindert. Dies geschieht in dem nur die Sender durch den Multiplexer auf den Übertragungskanal gegeben werden, die Daten(Signale) auch wirklich senden. Hierzu ist es aber notwendig jedem in einem Zeitabschnitt übertragene Datenpaket, einen Kanalinformation (andere Bez. Header, Channel Identifier) hinzu zu fügen. Anhand dieser Kanalinformation kann der Demultiplexer am Ziel des Übertragungskanal die Datenpakete dem richtigen Empfänger wieder zuteilen. Deshalb wird das asynchrone Verfahren auch teilweise als Adressen-Multiplex bezeichnet. Durch diese bedarfsgerechte Zuweisung der Zeitabschnitte wird der Übertragungskanal sehr ökonomisch genutzt. Wenn alle Sender Daten(Signale) übertragen, erhalten alle eine konstante Datenübertragungsrate. Frei Zeitabschnitte durch nicht aktive Sender werden von den anderen Sendern mitbenutzt, wodurch deren Datenübertragungsrate steigt. Dieses bezeichnet man dann auch als Dynamisches Multiplexen.
Geschichte und Anwendung
Die erste bekannte Anwendung des Zeitmultiplexverfahren wurde von dem Franzosen Jean-Maurice-Émile Baudot [1] entwickelt. Seine 1874 entwickelte Apparatur machte es möglich 4-6 Telegrafiesignale über eine Leitung im Zeitmultiplexverfahren zu übertragen.
Wellenlängenmultiplex
Weblinks
- http://chem.ch.huji.ac.il/~eugeniik/history/baudot.html Geschichte und Bilder von Baudots Telegraf (englisch)