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multiplexverfahren

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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.

Table of contents
1 Allgemein
2 Raummultiplexverfahren (SDM, SDMA)
3 Frequenzmultiplexverfahren (FDM, FDMA)
4 Zeitmultiplexverfahren (TDM, TDMA)
5 Wellenlängenmultiplexverfahren (WDM, WDMA)
6 Siehe auch
7 Weblinks

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
  • Wellenlängenmultiplexverfahren - das mehrere Signale in der optischen Wellenlängenebene bündelt

Raummultiplexverfahren (SDM, SDMA)

Mit Raummultiplexverfahren (Abk. SDM für Space Division Multiplex oder SDMA für Space Division Multiple Access) bezeichnet man in der Nachrichtentechnik das Übertragen bzw. das Vermitteln von mehreren Nachrichten über parallel installiert Übertragungswege, die den einzelnen Sendern und Empfängern jeweils zur exklusiven Nutzung bereitgestellt werden.

Man unterscheidet hierbei zwischen zwei verschiedene Varianten:

  • drahtgebundenes Raummultiplexverfahren
  • drahtloses Raummultiplexverfahren


Das drahtgebundene Raummultiplexverfahren ist das einfachste und älteste Multiplexverfahren. Hierbei werden zur gleichzeitigen Unterstützung von individuellen Verbindungen mehrere Leitungen parallel installiert. Diese parallelen Leitungen werden auch als Leitungsbündel (engl. Trunk) bezeichnet.
Die einfachste Anwendung dieses Verfahrens sind die schon in der Anfangszeit der Telekommunikation und bis heute gebräuchlichen mehradrigen Kabel. Eine andere Methode des Raummultiplexverfahren ist die Kreuzschienenverteilung (engl. cross bar switching) die auch als Koppelfeld bezeichnet wird. Hierbei handelt es sich um eine Matrix aus mehreren Leitungen mit vielen Schaltern. Hier zeigt sich einer der Vorteil des Raummultiplexverfahren. Durch diese Matrix ist sichergestellt das jeder Sender jeden Empfänger erreichen kann, sofern die Leitung frei und der Schalter aktiv ist.


Beim drahtlosen Raummultiplexverfahren wird für jede Verbindung eine eigene Funkstrecke verwendet. Normalerweise erfolgt eine Mehrfachausnutzung einer Funkstrecke mit Hilfe des Frequenzmultiplexverfahrens, das zusätzlich noch mit dem Zeit- oder Codemultiplexverfahren kombiniert wird. Das Raummultiplexverfahren wird notwendig, wenn die zu übertragenden Verbindungen steigen und gleichzeitig Frequenzknappheit besteht. Dazu wird die gleiche Frequenz mit ausreichendem räumlichen Abstand mehrfach benutzt. Der ausreichende räumliche Abstand ist notwendig, um zwischen den verschiedenen Sendern mit gleicher Sendefrequenz störende Interferenzen zu vermeiden.
Zum Einsatz kommt dieses Verfahren unteranderem beim Rundfunk, Fernsehen und zellularen Mobilfunk. Hierbei decken verschiedene Sender nur eine begrenztes Gebiet ab. Benachbarte Sender arbeiten hier mit unterschiedlichen Frequenzen. Sender die nicht benachbart sind können dann parallel die gleichen Frequenzen wiederbenutzen.

Frequenzmultiplexverfahren (FDM, FDMA)

Mit dem Frequenzmultiplexverfahren (Abk. FDM für Frequence Division Multiplex oder FDMA für Frequency Division Multiple Access) 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.

Das Frequenzmultiplexverfahren ist sowohl in drahtgebundenen als auch in drahtlosen Kommunikationssystemen anwendbar. Ein erster Vorschlag zur Vielfachausnutzung von Leitungen durch Frequenzmultiplexverfahren wurde 1886 für Telegraphie durch Elisha Gray gemacht. Die wohl bekannteste Anwendung ist die Stereotonübertragung im UKW-Radio. Weitere heutige 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 (z.B. bei GSM, DECT oder Bluetooth).

Zeitmultiplexverfahren (TDM, TDMA)

Beim Zeitmultiplexverfahren (Abk. TDM für Time Division Multiplex oder TDMA für Time Division Multiple Access) 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 (STD für Synchron Time Division) 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. Zusätzlich ist jederzeit ein Sender durch seine Position auf dem Übertragungskanal identifizierbar. Dies vereinfacht am Ziel den notwendigen Prozess des Demultiplexen.
Der Nachteil ist wenn ein Sender keine Daten(Signale) sendet, der entsprechende Zeitabschnitt ungenutzt bleibt. Der Übertragungskanal wird in so einem Fall nicht optimal ausgelastet.


asynchrones Verfahren

Durch das asynchrone Verfahren (ATD für Asynchron Time Division) 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-Multiplexen oder label-multiplexing bezeichnet. Durch diese bedarfsgerechte Zuweisung der Zeitabschnitte wird der Übertragungskanal sehr ökonomisch genutzt. Wenn alle Sender Daten(Signale) übertragen, erhalten alle eine konstante Datenübertragungsrate. Freie Zeitabschnitte durch nicht aktive Sender werden von den anderen Sendern mitbenutzt, wodurch deren Datenübertragungsrate steigt. Dies bezeichnet man dann auch als Dynamisches Multiplexen. Als Nachteil gilt das die Datenpakete durch die Kanalinformation, sowie der Aufwand des Demultiplexen, größer werden.


Das Zeitmultiplexverfahren ist, wie das Frequenzmultiplexverfahren, sowohl in drahtgebundenen als auch in drahtlosen Kommunikationssystemen anwendbar. 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. Heutige Anwendungsbereiche sind Übertragungstechniken wie z.B. ISDN, DSL oder ATM. Das GSM-Mobilfunknetz verwendet sowohl das Zeitmultiplexverfahren als auch das Frequenzmultiplexverfahren.

Wellenlängenmultiplexverfahren (WDM, WDMA)

Das Wellenlängenmultiplexverfahren (Abk. WDM für Wavelength Division Multiplex oder WDMA für Wavelength Division Multiple Access) ist ein optisches Frequenzmultiplexverfahren das bei der Übertragung von Daten(Signalen) über Glasfaserkabel (Lichtwellenleiter) verwendet wird.

Beim Wellenlängenmultiplexverfahren werden aus verschiedene Spektralfarben(Lichtfrequenzen) Lichtsignal zur Übertragung in einem Lichtwellenleiter verwendete. Als Quelle für die Lichtsignale dienen vorwiegend lichtemittierende Dioden (LED) oder Laser. Jede dieser so erzeugten Spektralfarben bildet somit einen eigenen Übertragungskanal auf den man nun die Daten(Signale) eines Senders modulieren kann. Die so modulierten Daten(Signale) werden dann durch optische Koppelelement gebündelt und gleichzeitig sowie unabhängig von einander übertragen. Am Ziel dieser optischen Multiplexverbindung werden die einzelnen optischen Übertragungskanäle durch passive optische Filter oder wellenlängensensible opto-elektrische Empfängerelemente wieder getrennt.

Inzwischen existieren Techniken, einzelne optische Träger ohne vorherige Wandlung auf die elektrische Ebene zu verstärken und zu routen und somit optische Netze zu realisieren. Wesentliche Komponenten dieser Technik sind optische Multiplexer, optische Erbium-Verstärker (erbium doped amplifiers), optische Crossconnects und optische Demultiplexer, die die Kanäle durch Filter trennen.


Der hauptsächliche Anwendungsbereich des Wellenlängenmultiplexverfahren ist heute der Einsatz in sogenannten Weitverkehrsnetzen. Als sogenantes Dichtes Wellenlängenmultiplex (Abk. DWDM für Dense Wavelength Division Multiplex) wird eine leistungsstärke Variante bezeichnet die pro Glasfaser eine Übertragungsrate von ca. 40 Gbit/s erreicht.

Siehe auch

Multiplextechnik, Übertragungstechnik, SDH, PDH

Weblinks

  • http://chem.ch.huji.ac.il/~eugeniik/history/baudot.html Geschichte und Bilder von Baudots Telegraf (englisch)

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