Multiplexación

En la comunicación por cable, la multiplexación por división espacial , también conocida como acceso múltiple por división espacial (SDMA), consiste en el uso de conductores eléctricos punto a punto separados para cada canal transmitido. Algunos ejemplos son un cable de audio estéreo analógico, con un par de cables para el canal izquierdo y otro para el derecho, un cable telefónico multipar , una red en estrella conmutada como una red de acceso telefónico, una red Ethernet conmutada y una red de malla .

En la comunicación inalámbrica, la multiplexación por división espacial se logra con múltiples elementos de antena que forman una antena de matriz en fase . Ejemplos de ello son la multiplexación de entrada múltiple y salida múltiple (MIMO), entrada única y salida múltiple (SIMO) y entrada múltiple y salida única (MISO). Un enrutador inalámbrico IEEE 802.11g con k antenas permite, en principio, comunicarse con k canales multiplexados, cada uno con una velocidad de bits máxima de 54 Mbit/s , aumentando así la velocidad de bits máxima total en un factor k . Las diferentes antenas generarían diferentes firmas de propagación multitrayecto (eco), lo que permitiría a las técnicas de procesamiento digital de señales separar las distintas señales entre sí. Estas técnicas también pueden utilizarse para la diversidad espacial (mayor robustez frente al desvanecimiento) o la formación de haces (mayor selectividad) en lugar de la multiplexación.

La multiplexación por división de frecuencia (FDM) es inherentemente una tecnología analógica. La FDM logra la combinación de varias señales en un solo medio mediante el envío de señales en distintos rangos de frecuencia a través de un único medio. En la FDM, las señales son eléctricas. Una de las aplicaciones más comunes de la FDM es la radiodifusión tradicional de radio y televisión desde estaciones terrestres, móviles o satelitales, o la televisión por cable. Un solo cable llega al área residencial del cliente, pero el proveedor de servicios puede enviar múltiples canales o señales de televisión simultáneamente a través de ese cable a todos los suscriptores sin interferencias. Los receptores deben sintonizar la frecuencia (canal) adecuada para acceder a la señal deseada. ^{[ 4 ]}

En las comunicaciones ópticas se utiliza una tecnología variante denominada multiplexación por división de longitud de onda (WDM, por sus siglas en inglés) .

La multiplexación por división de tiempo (TDM) es una tecnología digital (o, en raras ocasiones, analógica) que utiliza el tiempo, en lugar del espacio o la frecuencia, para separar los distintos flujos de datos. La TDM consiste en secuenciar grupos de unos pocos bits o bytes de cada flujo de entrada individual, uno tras otro, de forma que puedan asociarse con el receptor adecuado. Si se realiza con la suficiente rapidez, los dispositivos receptores no detectarán que parte del tiempo del circuito se utilizó para otra ruta de comunicación lógica.

Consideremos una aplicación que requiere que cuatro terminales en un aeropuerto se conecten a una computadora central. Cada terminal se comunicaba a 2400 baudios , por lo que, en lugar de adquirir cuatro circuitos individuales para transportar una transmisión de tan baja velocidad, la aerolínea instaló un par de multiplexores. También se instalaron un par de módems de 9600 baudios y un circuito de comunicaciones analógicas dedicado desde el mostrador de venta de boletos del aeropuerto hasta el centro de datos de la aerolínea. ^{[ 4 ]} Algunos servidores proxy web (por ejemplo, polipo ) utilizan TDM en la canalización HTTP de múltiples transacciones HTTP en la misma conexión TCP/IP . ^{[ 5 ]}

Los métodos de comunicación de acceso múltiple con detección de portadora y multidrop son similares a la multiplexación por división de tiempo en el sentido de que múltiples flujos de datos están separados por el tiempo en el mismo medio, pero debido a que las señales tienen orígenes separados en lugar de combinarse en una sola señal, se consideran mejor como métodos de acceso al canal , en lugar de una forma de multiplexación.

TD es una tecnología de multiplexación heredada que aún constituye la base de la mayoría de las redes nacionales de telefonía fija en Europa, proporcionando puertos de voz y señalización de 2 Mbit/s en centrales telefónicas de banda estrecha como la DMS100. Cada puerto E1 o TDM de 2 Mbit/s proporciona 30 o 31 intervalos de tiempo de voz en el caso de los sistemas de señalización CCITT7 y 30 canales de voz para los sistemas de señalización Q931, DASS2, DPNSS, V5 y CASS conectados al cliente. ^{[ 6 ]}

La multiplexación por división de polarización utiliza la polarización de la radiación electromagnética para separar canales ortogonales. Se utiliza en la práctica tanto en comunicaciones por radio como ópticas, especialmente en sistemas de transmisión por fibra óptica de 100 Gbit/s por canal .

La comunicación inalámbrica de polarización cruzada diferencial es un método novedoso para la transmisión de antenas polarizadas que utiliza una técnica diferencial. ^{[ 7 ]}

La multiplexación por momento angular orbital es una técnica relativamente nueva y experimental para multiplexar múltiples canales de señales transmitidas mediante radiación electromagnética a través de una única trayectoria. ^{[ 8 ]} Potencialmente, puede utilizarse junto con otros métodos de multiplexación física para ampliar considerablemente la capacidad de transmisión de dichos sistemas. A partir de 2012Todavía se encuentra en su fase inicial de investigación, con demostraciones de laboratorio a pequeña escala de anchos de banda de hasta 2,5 Tbit/s en una sola trayectoria de luz. ^{[ 9 ]} Este es un tema controvertido en la comunidad académica, y muchos afirman que no es un nuevo método de multiplexación, sino más bien un caso especial de multiplexación por división espacial. ^{[ 10 ]}

La multiplexación por división de código (CDM), el acceso múltiple por división de código (CDMA) o el espectro ensanchado son técnicas en las que varios canales comparten simultáneamente el mismo espectro de frecuencias , y este ancho de banda espectral es mucho mayor que la tasa de bits o la tasa de símbolos . Una forma es el salto de frecuencia, otra es el espectro ensanchado de secuencia directa. En este último caso, cada canal transmite sus bits como una secuencia codificada de pulsos específicos del canal, llamados chips. El número de chips por bit, o chips por símbolo, es el factor de ensanchamiento . Esta transmisión codificada se realiza típicamente transmitiendo una serie única de pulsos cortos dependientes del tiempo, que se colocan dentro de los tiempos de chip dentro del tiempo de bit mayor. Todos los canales, cada uno con un código diferente, pueden transmitirse en la misma fibra, canal de radio u otro medio, y demultiplexarse ​​asíncronamente. Las ventajas sobre las técnicas convencionales son que es posible un ancho de banda variable (al igual que en la multiplexación estadística ), que el ancho de banda amplio permite una relación señal-ruido baja según el teorema de Shannon-Hartley , y que la propagación multitrayecto en la comunicación inalámbrica puede combatirse mediante receptores de rake .

Una aplicación importante de CDMA es el Sistema de Posicionamiento Global (GPS).

La primera tecnología de comunicación que utilizaba cables eléctricos, y que por lo tanto compartía el interés por las ventajas económicas que ofrecía la multiplexación, fue el telégrafo eléctrico . Los primeros experimentos permitieron que dos mensajes distintos viajaran simultáneamente en direcciones opuestas, primero utilizando una batería eléctrica en ambos extremos y luego en un solo extremo.

Émile Baudot desarrolló un sistema de multiplexación temporal con múltiples máquinas Hughes en la década de 1870. En 1874, el telégrafo cuádruple desarrollado por Thomas Edison transmitió dos mensajes en cada dirección simultáneamente, para un total de cuatro mensajes que transitaban por el mismo cable al mismo tiempo. Varios investigadores estudiaban la telegrafía acústica , una técnica de multiplexación por división de frecuencia , que condujo a la invención del teléfono .

En telefonía , la línea telefónica de un cliente suele terminar en la central receptora , donde se multiplexa junto con otras líneas telefónicas de ese vecindario o área similar. La señal multiplexada se transmite a la central de conmutación mediante muchos menos cables y a distancias mucho mayores que las que puede cubrir la línea de un cliente. Esto también se aplica a las líneas de abonado digital (DSL).

La fibra en bucle (FITL) es un método común de multiplexación que utiliza fibra óptica como infraestructura principal . No solo conecta las líneas telefónicas POTS con el resto de la red telefónica pública conmutada (PSTN) , sino que también reemplaza al DSL al conectarse directamente a la red Ethernet cableada en el hogar . El protocolo de comunicación utilizado suele ser el Modo de Transferencia Asíncrona ( ATM) .

La televisión por cable lleva mucho tiempo ofreciendo canales multiplexados y, a finales del siglo XX, comenzó a ofrecer los mismos servicios que las compañías telefónicas . La IPTV también depende de la multiplexación.

En los sistemas de edición y procesamiento de vídeo , la multiplexación se refiere al proceso de intercalar audio y vídeo en un único flujo de datos coherente.

En el vídeo digital , un flujo de transporte de este tipo suele ser una característica de un formato contenedor que puede incluir metadatos y otra información, como subtítulos . Los flujos de audio y vídeo pueden tener una tasa de bits variable. El software que genera dicho flujo de transporte o contenedor se denomina comúnmente multiplexor . Un demultiplexor es un software que extrae o pone a disposición, para su procesamiento independiente, los componentes de dicho flujo o contenedor.

En los sistemas de televisión digital , varias secuencias de datos de tasa de bits variable se multiplexan en una secuencia de transporte de tasa de bits fija mediante multiplexación estadística . Esto permite transmitir varios canales de vídeo y audio simultáneamente por el mismo canal de frecuencia, junto con diversos servicios. Esto puede incluir varios programas de televisión de definición estándar (SDTV) (en particular en DVB-T , DVB-S2 , ISDB y ATSC-C), o un canal de alta definición ( HDTV ), posiblemente con un único canal complementario de SDTV sobre un  canal de televisión de 6 a 8 MHz de ancho. El dispositivo que realiza esta función se denomina multiplexor estadístico . En varios de estos sistemas, la multiplexación da como resultado una secuencia de transporte MPEG . Los estándares DVB más recientes, DVB-S2 y DVB-T2, tienen la capacidad de transmitir varios canales de HDTV en un solo multiplex.

En la radio digital , un multiplex (también conocido como conjunto) es un conjunto de estaciones de radio agrupadas. Un multiplex es un flujo de información digital que incluye audio y otros datos. ^{[ 11 ]}

En los satélites de comunicaciones que transmiten redes de televisión y radio , esto se conoce como multicanal por portadora o MCPC . Cuando la multiplexación no es práctica (por ejemplo, cuando hay diferentes fuentes que utilizan un solo transpondedor ), se utiliza el modo de un solo canal por portadora .

En la radiodifusión FM y otros medios de radio analógicos , la multiplexación es un término que se utiliza comúnmente para describir el proceso de añadir subportadoras a la señal de audio antes de que entre en el transmisor , donde se produce la modulación . (De hecho, la señal estéreo multiplexada se puede generar mediante multiplexación por división de tiempo, alternando entre las dos señales de entrada (canal izquierdo y canal derecho) a una frecuencia ultrasónica (la subportadora) y filtrando posteriormente los armónicos superiores). La multiplexación en este sentido se conoce a veces como MPX , que a su vez es también un término antiguo para la FM estereofónica , presente en los sistemas estéreo desde la década de 1960.