多重化は、複数のデータ ストリームを結合し、単一のメディア上で送信するために使用される技術です。データ ストリームを結合するプロセスは多重化として知られており、多重化に使用されるハードウェアはマルチプレクサとして知られています。
多重化は、マルチプレクサー ( MUX ) n 個の入力行を結合して 1 つの出力行を生成します。多重化は多対 1、つまり n 個の入力ラインと 1 つの出力ラインに従います。
逆多重化は、デマルチプレクサー ( DEMUX ）受信側で利用可能です。 DEMUX は、信号をコンポーネント信号 (1 つの入力と n つの出力) に分離します。したがって、逆多重化は 1 対多のアプローチに従っていると言えます。
なぜ多重化するのか?
- 伝送媒体は、送信者から受信者に信号を送信するために使用されます。メディアには一度に 1 つの信号しか含めることができません。
- 1 つのメディアを共有する信号が複数ある場合は、各信号に利用可能な帯域幅の一部が割り当てられるようにメディアを分割する必要があります。例: 10 個の信号があり、メディアの帯域幅が 100 ユニットの場合、10 ユニットは各信号によって共有されます。
- 複数の信号が共通の媒体を共有する場合、衝突の可能性があります。このような衝突を避けるために多重化の概念が使用されます。
- 伝送サービスは非常に高価です。
多重化の歴史
- 多重化技術は、複数の電話呼が 1 本の回線を通じて伝送される電気通信で広く使用されています。
- 多重化は 1870 年代初頭に電信で誕生し、現在では通信で広く使用されています。
- ジョージ・オーウェン・スクワイアが開発したのは、 電話事業者多重化 1910年に。
多重化の概念
- 「n」個の入力ラインはマルチプレクサを介して送信され、マルチプレクサは信号を結合して複合信号を形成します。
- コンポジット信号はデマルチプレクサを通過し、デマルチプレクサは信号をコンポーネント信号に分離し、それぞれの宛先に転送します。
多重化の利点:
- 単一の媒体上で複数の信号を送信できます。
- メディアの帯域幅を有効に活用できます。
多重化技術
多重化技術は次のように分類できます。
周波数分割多重 (FDM)
- アナログな手法です。
- 上の図では、単一の伝送媒体がいくつかの周波数チャネルに細分化され、各周波数チャネルが異なるデバイスに割り当てられます。デバイス 1 には、1 ～ 5 の範囲の周波数チャネルがあります。
- 入力信号は変調技術を使用して周波数帯域に変換され、マルチプレクサによって結合されてコンポジット信号が形成されます。
- FDM の主な目的は、利用可能な帯域幅をさまざまな周波数チャネルに細分化し、それらをさまざまなデバイスに割り当てることです。
- 変調技術を使用して、入力信号は周波数帯域に送信され、結合されて複合信号を形成します。
- 信号の変調に使用されるキャリアは次のように知られています。 サブキャリア 。それらは f1、f2..fn として表されます。
FDM の利点:
- FDM はアナログ信号に使用されます。
- FDM プロセスは非常にシンプルで簡単な変調です。
- 多数の信号を FDM 経由で同時に送信できます。
- 送信者と受信者間の同期は必要ありません。
FDM の欠点:
- FDM 技術は、低速チャネルが必要な場合にのみ使用されます。
- クロストークの問題が発生します。
- 多数の変調器が必要です。
- 高帯域幅のチャネルが必要です。
FDM のアプリケーション:
- FDM はテレビ ネットワークで一般的に使用されます。
- FM放送やAM放送などで使われています。各 FM ラジオ局は異なる周波数を持っており、それらは多重化されて複合信号を形成します。多重化された信号は空中を伝送されます。
波長分割多重 (WDM)
- 波長分割多重は、光信号が光ファイバー ケーブルを介して送信されることを除いて FDM と同じです。
- WDM は、単一のファイバーの容量を増やすために光ファイバーで使用されます。
- 光ファイバーケーブルの高速データレート機能を利用するために使用されます。
- これはアナログ多重化技術です。
- マルチプレクサの助けを借りて、さまざまなソースからの光信号が結合されて、より広い帯域の光が形成されます。
- 受信側では、デマルチプレクサが信号を分離してそれぞれの宛先に送信します。
- 多重化と逆多重化はプリズムを使用することで実現できます。
- プリズムは、さまざまな光信号を結合してコンポジット信号を形成することでマルチプレクサの役割を果たし、そのコンポジット信号は光ファイバーケーブルを通じて送信されます。
- Prism は逆の操作、つまり信号を逆多重化することも実行します。
時分割多重化
- それはデジタル技術です。
- 周波数分割多重技術では、すべての信号が異なる周波数で同時に動作しますが、時分割多重技術の場合は、すべての信号が同じ周波数で異なる時間で動作します。
- で 時分割多重技術 、チャネルで利用可能な合計時間は、さまざまなユーザーに分配されます。したがって、各ユーザーには、送信者によってデータが送信されるタイムスロットとして知られる異なる時間間隔が割り当てられます。
- ユーザーは一定時間チャンネルを制御します。
- 時分割多重技術では、データは同時に送信されず、データは 1 つずつ送信されます。
- TDM では、信号はフレームの形式で送信されます。フレームにはタイム スロットのサイクルが含まれており、各フレームには各ユーザー専用の 1 つ以上のスロットが含まれています。
- デジタル信号とアナログ信号の両方を多重化するために使用できますが、主にデジタル信号を多重化するために使用されます。
TDM には 2 つのタイプがあります。
- 同期TDM
- 非同期 TDM
同期TDM
- 同期 TDM は、タイムスロットがすべてのデバイスに事前に割り当てられる技術です。
- 同期 TDM では、デバイスにデータが含まれているかどうかに関係なく、各デバイスに何らかのタイム スロットが与えられます。
- デバイスにデータがない場合、スロットは空のままになります。
- 同期 TDM では、信号はフレームの形式で送信されます。タイムスロットはフレームの形式で編成されます。デバイスに特定のタイムスロットのデータがない場合、空のスロットが送信されます。
- 最も一般的な同期 TDM は、T-1 多重化、ISDN 多重化、および SONET 多重化です。
- n 個のデバイスがある場合、n 個のスロットがあります。
同期 TDM の概念
上の図では、同期 TDM 技術が実装されています。各デバイスにはいくつかのタイムスロットが割り当てられます。タイムスロットは、送信者が送信するデータを持っているかどうかに関係なく送信されます。
同期 TDM の欠点:
- データのない空のスロットも送信されるため、チャネルの容量は十分に活用されません。上の図では、最初のフレームは完全に埋められていますが、最後の 2 つのフレームではいくつかのスロットが空になっています。したがって、チャネルの容量が効率的に活用されていないと言えます。
- 伝送媒体の速度は、入力回線の合計速度よりも高速である必要があります。同期 TDM の代替アプローチは、非同期時分割多重化です。
非同期 TDM
- 非同期 TDM は統計的 TDM とも呼ばれます。
- 非同期ＴＤＭは、同期ＴＤＭのようにタイムスロットが固定されない技術である。タイムスロットは、送信するデータがあるデバイスのみに割り当てられます。したがって、非同期時分割マルチプレクサはアクティブなワークステーションからのデータのみを送信すると言えます。
- 非同期 TDM 技術は、タイムスロットをデバイスに動的に割り当てます。
- 非同期 TDM では、入力回線の合計速度がチャネルの容量を超える可能性があります。
- 非同期時分割マルチプレクサは、受信データ ストリームを受け入れ、空のスロットのないデータのみを含むフレームを作成します。
- 非同期 TDM では、各スロットにはデータのソースを識別するアドレス部分が含まれています。
- 非同期 TDM と同期 TDM の違いは、同期 TDM では多くのスロットが未使用であるのに対し、非同期 TDM ではスロットが完全に使用されることです。これにより、送信時間が短縮され、チャネルの容量が効率的に利用されます。
- 同期 TDM では、n 個の送信デバイスがある場合、n 個のタイムスロットが存在します。非同期 TDM では、n 個の送信デバイスがある場合、m 個のタイムスロットが存在します。ここで、m は n 未満です ( メートル
- フレーム内のスロットの数は、入力回線数の統計分析によって決まります。
非同期 TDM の概念
上図では機器が4台ありますが、データを送信している機器はAとCの2台だけです。したがって、伝送路にはAとCのデータのみが送信されます。
上図のフレームは次のように表すことができます。
上図は、データ部分にデータの送信元を特定するためのアドレスが含まれていることを示しています。