Multiplexação é uma técnica usada para combinar e enviar vários fluxos de dados em um único meio. O processo de combinação dos fluxos de dados é conhecido como multiplexação e o hardware usado para multiplexação é conhecido como multiplexador.

A multiplexação é obtida usando um dispositivo chamado Multiplexer ( MUX ) que combina n linhas de entrada para gerar uma única linha de saída. A multiplexação segue muitos para um, ou seja, n linhas de entrada e uma linha de saída.

A demultiplexação é obtida usando um dispositivo chamado Demultiplexer ( DEMUX ) disponível no terminal receptor. DEMUX separa um sinal em seus sinais componentes (uma entrada en saídas). Portanto, podemos dizer que a demultiplexação segue a abordagem um-para-muitos.

Por que multiplexar?

• O meio de transmissão é usado para enviar o sinal do remetente ao receptor. O meio só pode ter um sinal por vez.
• Se houver vários sinais para compartilhar um meio, então o meio deve ser dividido de tal forma que cada sinal receba uma parte da largura de banda disponível. Por exemplo: Se houver 10 sinais e a largura de banda do meio for 100 unidades, então as 10 unidades serão compartilhadas por cada sinal.
• Quando vários sinais compartilham o meio comum, existe a possibilidade de colisão. O conceito de multiplexação é usado para evitar tal colisão.
• Os serviços de transmissão são muito caros.

História da Multiplexação

• A técnica de multiplexação é amplamente utilizada em telecomunicações em que diversas chamadas telefônicas são realizadas através de um único fio.
• A multiplexação originou-se na telegrafia no início da década de 1870 e agora é amplamente utilizada na comunicação.
• George Owen Squier desenvolveu o multiplexação de operadora de telefonia em 1910.

Conceito de Multiplexação

• As 'n' linhas de entrada são transmitidas através de um multiplexador e o multiplexador combina os sinais para formar um sinal composto.
• O sinal composto é passado por um demultiplexador e o demultiplexador separa um sinal em sinais componentes e os transfere para seus respectivos destinos.

Vantagens da multiplexação:

• Mais de um sinal pode ser enviado por um único meio.
• A largura de banda de um meio pode ser utilizada de forma eficaz.

Técnicas de multiplexação

As técnicas de multiplexação podem ser classificadas como:

Multiplexação por divisão de frequência (FDM)

• É uma técnica analógica.
Multiplexação por divisão de frequênciaé uma técnica na qual a largura de banda disponível de um único meio de transmissão é subdividida em vários canais.

• No diagrama acima, um único meio de transmissão é subdividido em vários canais de frequência, e cada canal de frequência é atribuído a diferentes dispositivos. O dispositivo 1 possui um canal de frequência na faixa de 1 a 5.
• Os sinais de entrada são traduzidos em bandas de frequência usando técnicas de modulação e combinados por um multiplexador para formar um sinal composto.
• O principal objetivo do FDM é subdividir a largura de banda disponível em diferentes canais de frequência e alocá-los a diferentes dispositivos.
• Usando a técnica de modulação, os sinais de entrada são transmitidos em bandas de frequência e depois combinados para formar um sinal composto.
• As portadoras usadas para modular os sinais são conhecidas como subportadoras . Eles são representados como f1,f2..fn.
FDMé usado principalmente em transmissões de rádio e redes de TV.

Vantagens do FDM:

• FDM é usado para sinais analógicos.
• O processo FDM é uma modulação muito simples e fácil.
• Um grande número de sinais pode ser enviado simultaneamente através de um FDM.
• Não requer nenhuma sincronização entre remetente e destinatário.

Desvantagens do FDM:

• A técnica FDM é usada apenas quando são necessários canais de baixa velocidade.
• Sofre o problema de crosstalk.
• É necessário um grande número de moduladores.
• Requer um canal de alta largura de banda.

Aplicações do FDM:

• FDM é comumente usado em redes de TV.
• É usado em transmissões FM e AM. Cada estação de rádio FM possui frequências diferentes e são multiplexadas para formar um sinal composto. O sinal multiplexado é transmitido no ar.

Multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM)

• A multiplexação por divisão de comprimento de onda é igual ao FDM, exceto que os sinais ópticos são transmitidos através do cabo de fibra óptica.
• WDM é usado em fibra óptica para aumentar a capacidade de uma única fibra.
• É usado para utilizar a capacidade de alta taxa de dados do cabo de fibra óptica.
• É uma técnica de multiplexação analógica.
• Sinais ópticos de diferentes fontes são combinados para formar uma faixa mais ampla de luz com a ajuda do multiplexador.
• Na extremidade receptora, o demultiplexador separa os sinais para transmiti-los aos seus respectivos destinos.
• A multiplexação e a demultiplexação podem ser obtidas usando um prisma.
• O prisma pode desempenhar a função de multiplexador combinando os vários sinais ópticos para formar um sinal composto, e o sinal composto é transmitido através de um cabo de fibra óptica.
• O Prism também realiza uma operação reversa, ou seja, demultiplexação do sinal.

Multiplexação por divisão de tempo

• É uma técnica digital.
• Na técnica de multiplexação por divisão de frequência, todos os sinais operam ao mesmo tempo com frequências diferentes, mas no caso da técnica de multiplexação por divisão de tempo, todos os sinais operam na mesma frequência com tempos diferentes.
• Em Técnica de multiplexação por divisão de tempo , o tempo total disponível no canal é distribuído entre os diferentes usuários. Portanto, cada usuário recebe um intervalo de tempo diferente, conhecido como intervalo de tempo, no qual os dados devem ser transmitidos pelo remetente.
• Um usuário assume o controle do canal por um período fixo de tempo.
• Na técnica de multiplexação por divisão de tempo, os dados não são transmitidos simultaneamente, mas sim um por um.
• No TDM, o sinal é transmitido na forma de frames. Os frames contêm um ciclo de intervalos de tempo em que cada quadro contém um ou mais slots dedicados a cada usuário.
• Ele pode ser usado para multiplexar sinais digitais e analógicos, mas é usado principalmente para multiplexar sinais digitais.

Existem dois tipos de TDM:

• TDM síncrono
• TDM assíncrono

TDM síncrono

• Um TDM síncrono é uma técnica na qual o intervalo de tempo é pré-atribuído a cada dispositivo.
• No Synchronous TDM, cada dispositivo recebe algum intervalo de tempo, independentemente do fato de o dispositivo conter os dados ou não.
• Se o dispositivo não tiver dados, o slot permanecerá vazio.
• No TDM Síncrono, os sinais são enviados na forma de quadros. Os intervalos de tempo são organizados na forma de quadros. Se um dispositivo não tiver dados para um intervalo de tempo específico, o intervalo vazio será transmitido.
• Os TDM síncronos mais populares são a multiplexação T-1, a multiplexação ISDN e a multiplexação SONET.
• Se houver n dispositivos, então haverá n slots.

Conceito de TDM síncrono

Na figura acima, a técnica Synchronous TDM é implementada. Cada dispositivo é alocado com algum intervalo de tempo. Os intervalos de tempo são transmitidos independentemente de o remetente ter ou não dados para enviar.

Desvantagens do TDM síncrono:

• A capacidade do canal não é totalmente utilizada, pois também são transmitidos os slots vazios que não contêm dados. Na figura acima, o primeiro quadro está completamente preenchido, mas nos dois últimos quadros alguns slots estão vazios. Portanto, podemos dizer que a capacidade do canal não é utilizada de forma eficiente.
• A velocidade do meio de transmissão deve ser maior que a velocidade total das linhas de entrada. Uma abordagem alternativa ao TDM síncrono é a multiplexação assíncrona por divisão de tempo.

TDM assíncrono

• Um TDM assíncrono também é conhecido como TDM estatístico.
• Um TDM assíncrono é uma técnica na qual os intervalos de tempo não são fixos como no caso do TDM síncrono. Os intervalos de tempo são alocados apenas para os dispositivos que possuem dados para enviar. Portanto, podemos dizer que o multiplexador assíncrono por divisão de tempo transmite apenas os dados das estações de trabalho ativas.
• Uma técnica TDM assíncrona aloca dinamicamente os intervalos de tempo aos dispositivos.
• No TDM Assíncrono, a velocidade total das linhas de entrada pode ser maior que a capacidade do canal.
• O multiplexador assíncrono de divisão de tempo aceita os fluxos de dados de entrada e cria um quadro que contém apenas dados sem slots vazios.
• No TDM assíncrono, cada slot contém uma parte de endereço que identifica a origem dos dados.

• A diferença entre o TDM assíncrono e o TDM síncrono é que muitos slots no TDM síncrono não são utilizados, mas no TDM assíncrono, os slots são totalmente utilizados. Isto leva a um tempo de transmissão menor e à utilização eficiente da capacidade do canal.
• No TDM síncrono, se houver n dispositivos de envio, então haverá n intervalos de tempo. No TDM assíncrono, se houver n dispositivos de envio, então haverá m intervalos de tempo onde m é menor que n ( eu).
• O número de slots num quadro depende da análise estatística do número de linhas de entrada.

Conceito de TDM assíncrono

No diagrama acima, existem 4 dispositivos, mas apenas dois dispositivos estão enviando os dados, ou seja, A e C. Portanto, os dados de A e C são transmitidos apenas através da linha de transmissão.

O quadro do diagrama acima pode ser representado como:

A figura acima mostra que a parte dos dados contém o endereço para determinar a origem dos dados.