En telecomunicaciones y redes informáticas , la multiplexación (a veces abreviada como muxing ) es un método por el cual se combinan múltiples señales analógicas o digitales en una sola señal a través de un medio compartido . El objetivo es compartir un recurso escaso: un medio de transmisión físico . [ cita requerida ] Por ejemplo, en telecomunicaciones, se pueden realizar varias llamadas telefónicas utilizando un cable. La multiplexación se originó en la telegrafía en la década de 1870 y ahora se aplica ampliamente en las comunicaciones. En telefonía, a George Owen Squier se le atribuye el desarrollo de la multiplexación de operadores telefónicos en 1910.
La señal multiplexada se transmite a través de un canal de comunicación, como un cable. La multiplexación divide la capacidad del canal de comunicación en varios canales lógicos, uno para cada señal de mensaje o flujo de datos que se va a transferir. Un proceso inverso, conocido como demultiplexación, extrae los canales originales en el extremo del receptor.
Un dispositivo que realiza la multiplexación se llama multiplexor ( MUX), y un dispositivo que realiza el proceso inverso se llama demultiplexor (DEMUX o DMX).
La multiplexación inversa (IMUX) tiene el objetivo opuesto a la multiplexación, es decir, dividir un flujo de datos en varios flujos, transferirlos simultáneamente a través de varios canales de comunicación y recrear el flujo de datos original.
En informática , la multiplexación de E/S también se puede utilizar para referirse al concepto de procesamiento de múltiples eventos de entrada/salida desde un único bucle de eventos , con llamadas al sistema como poll [1] y select (Unix) . [2]
Se pueden transferir de manera eficiente múltiples flujos de bits digitales de velocidad de bits variable a través de un único canal de ancho de banda fijo mediante multiplexación estadística . Se trata de una multiplexación en el dominio del tiempo en modo asíncrono , que es una forma de multiplexación por división de tiempo.
Los flujos de bits digitales se pueden transferir a través de un canal analógico mediante técnicas de multiplexación por división de código, como el espectro ensanchado por salto de frecuencia (FHSS) y el espectro ensanchado por secuencia directa (DSSS).
En las comunicaciones inalámbricas , la multiplexación también se puede lograr a través de polarización alterna ( horizontal / vertical o en sentido horario / antihorario ) en cada canal y satélite adyacente, o a través de un conjunto de antenas múltiples en fase combinado con un esquema de comunicaciones de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO).
En las comunicaciones 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. Entre los ejemplos se incluyen un cable de audio estéreo analógico, con un par de cables para el canal izquierdo y otro para el canal derecho, un cable telefónico multipar, una red en estrella conmutada como una red de acceso telefónico, una red Ethernet conmutada y una red en malla .
En las comunicaciones inalámbricas, la multiplexación por división espacial se logra con múltiples elementos de antena que forman una antena de matriz en fase . Algunos ejemplos son la multiplexación de entrada múltiple y salida múltiple (MIMO), la de entrada única y salida múltiple (SIMO) y la de 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 tasa de bits pico de 54 Mbit/s, aumentando así la tasa de bits pico total en el factor k . Las diferentes antenas darían diferentes firmas de propagación por trayectos múltiples (eco), lo que haría posible que las técnicas de procesamiento de señales digitales separen diferentes señales entre sí. Estas técnicas también se pueden utilizar para la diversidad espacial (mejor robustez al desvanecimiento) o la formación de haces (mejor 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 enviando señales en varios rangos de frecuencia distintos a través de un solo medio. En la FDM, las señales son señales eléctricas. Una de las aplicaciones más comunes de la FDM es la transmisión tradicional de radio y televisión desde estaciones terrestres, móviles o satelitales, o la televisión por cable. Solo un cable llega a la zona residencial de un 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. [3]
En las comunicaciones ópticas se utiliza una tecnología variante, denominada multiplexación por división de longitud de onda (WDM) .
La multiplexación por división de tiempo (TDM) es una tecnología digital (o, en casos excepcionales, analógica) que utiliza el tiempo, en lugar del espacio o la frecuencia, para separar los diferentes flujos de datos. La TDM implica la secuenciación de grupos de unos pocos bits o bytes de cada flujo de entrada individual, uno tras otro, y de tal manera que puedan asociarse con el receptor apropiado. Si se realiza con la suficiente rapidez, los dispositivos receptores no detectarán que parte del tiempo del circuito se utilizó para servir a otra ruta de comunicación lógica.
Consideremos una aplicación que requiere cuatro terminales en un aeropuerto para llegar a una computadora central. Cada terminal se comunica a 2400 baudios , por lo que en lugar de adquirir cuatro circuitos individuales para llevar a cabo una transmisión de tan baja velocidad, la aerolínea ha instalado un par de multiplexores. También se instalan un par de módems de 9600 baudios y un circuito de comunicaciones analógicas dedicado desde el mostrador de venta de billetes del aeropuerto hasta el centro de datos de la aerolínea. [3] Algunos servidores proxy web (por ejemplo , polipo ) utilizan TDM en la canalización HTTP de múltiples transacciones HTTP en la misma conexión TCP/IP . [4]
Los métodos de comunicación de acceso múltiple con detección de portadora y multidrop son similares a la multiplexación por división de tiempo en que múltiples flujos de datos están separados por tiempo en el mismo medio, pero debido a que las señales tienen orígenes separados en lugar de combinarse en una sola señal, es mejor considerarlos como métodos de acceso al canal , en lugar de una forma de multiplexación.
La TD es una tecnología de multiplexación heredada que todavía constituye la columna vertebral de la mayoría de las redes de telefonía fija nacionales en Europa, y proporciona 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. [5]
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, en particular en sistemas de transmisión por fibra óptica de 100 Gbit/s por canal .
Las comunicaciones inalámbricas con polarización cruzada diferencial son un método novedoso para la transmisión de antena polarizada que utiliza una técnica diferencial. [6]
La multiplexación por momento angular orbital es una técnica relativamente nueva y experimental para multiplexar múltiples canales de señales transportadas mediante radiación electromagnética a través de una única trayectoria. [7] Puede utilizarse potencialmente junto con otros métodos de multiplexación física para ampliar en gran medida la capacidad de transmisión de dichos sistemas. En 2012, [actualizar]todavía 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 a través de una única trayectoria de luz. [8] Se trata de un tema controvertido en la comunidad académica, y muchos afirman que no se trata de un nuevo método de multiplexación, sino más bien de un caso especial de multiplexación por división espacial. [9]
La multiplexación por división de código (CDM), el acceso múltiple por división de código (CDMA) o el espectro ensanchado es una clase de técnicas en las que varios canales comparten simultáneamente el mismo espectro de frecuencia , 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 el último caso, cada canal transmite sus bits como una secuencia codificada de pulsos específicos del canal llamados chips. La cantidad de chips por bit, o chips por símbolo, es el factor de ensanchamiento . Esta transmisión codificada generalmente se logra transmitiendo una serie única dependiente del tiempo de pulsos cortos, que se colocan dentro de los tiempos de chip dentro del tiempo de bit más grande. Todos los canales, cada uno con un código diferente, se pueden transmitir en el mismo canal de fibra o radio u otro medio, y demultiplexarse de forma asincrónica. Las ventajas sobre las técnicas convencionales son que es posible un ancho de banda variable (como en la multiplexación estadística ), que el ancho de banda amplio permite una mala relación señal-ruido según el teorema de Shannon-Hartley , y que la propagación por trayectos múltiples en la comunicación inalámbrica se puede combatir con receptores rake .
Una aplicación importante de CDMA es el Sistema de Posicionamiento Global (GPS).
Una técnica de multiplexación puede extenderse aún más a un método de acceso múltiple o método de acceso a canal , por ejemplo, TDM a acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) y multiplexación estadística a acceso múltiple por detección de portadora (CSMA). Un método de acceso múltiple permite que varios transmisores conectados al mismo medio físico compartan su capacidad.
La multiplexación la proporciona la capa física del modelo OSI , mientras que el acceso múltiple también implica un protocolo de control de acceso al medio , que es parte de la capa de enlace de datos .
La capa de transporte en el modelo OSI, así como el modelo TCP/IP, proporciona multiplexación estadística de varios flujos de datos de la capa de aplicación hacia/desde la misma computadora.
La multiplexación por división de código (CDM) es una técnica en la que cada canal transmite sus bits como una secuencia de pulsos codificada específica del canal. Esta transmisión codificada se logra 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 más grande. Todos los canales, cada uno con un código diferente, se pueden transmitir en la misma fibra y demultiplexarse de forma asincrónica. Otras técnicas de acceso múltiple ampliamente utilizadas son el acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) y el acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA). Las técnicas de multiplexación por división de código se utilizan como una tecnología de acceso, a saber, el acceso múltiple por división de código (CDMA), en el estándar del Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles (UMTS) para la comunicación móvil de tercera generación (3G) identificado por la UIT. [ cita requerida ]
La primera tecnología de comunicación que utilizó cables eléctricos y, por lo tanto, que compartía el interés por las economías que ofrecía la multiplexación, fue el telégrafo eléctrico . Los primeros experimentos permitieron que dos mensajes separados viajaran en direcciones opuestas simultáneamente, primero utilizando una batería eléctrica en ambos extremos y luego solo en un extremo.
Émile Baudot desarrolló un sistema de multiplexación temporal de múltiples máquinas Hughes en la década de 1870. En 1874, el telégrafo cuádruplex desarrollado por Thomas Edison transmitía dos mensajes en cada dirección simultáneamente, para un total de cuatro mensajes que transitaban por el mismo cable al mismo tiempo. Varios investigadores estaban investigando 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 normalmente termina en el concentrador remoto , donde se multiplexa junto con otras líneas telefónicas de ese vecindario o de otra área similar. La señal multiplexada se transmite luego a la central de conmutación a través de muchos menos cables y a distancias mucho mayores de las que la línea de un cliente puede alcanzar prácticamente. Esto también es válido para las líneas de abonado digital (DSL).
La fibra en bucle (FITL) es un método común de multiplexación que utiliza fibra óptica como red troncal . No solo conecta las líneas telefónicas POTS con el resto de la PSTN , sino que también reemplaza a DSL al conectarse directamente a Ethernet conectada al hogar . El modo de transferencia asíncrona es a menudo el protocolo de comunicaciones utilizado. [ cita requerida ]
La televisión por cable lleva mucho tiempo transmitiendo canales de televisión 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 procesamiento y edición de vídeo , la multiplexación se refiere al proceso de intercalar audio y vídeo en un flujo de datos coherente.
En el vídeo digital , un flujo de transporte de este tipo es normalmente una característica de un formato contenedor que puede incluir metadatos y otra información, como subtítulos . Los flujos de audio y vídeo pueden tener una velocidad de bits variable. El software que produce dicho flujo de transporte o contenedor se denomina comúnmente multiplexor o muxer . Un demuxer es un software que extrae o pone a disposición de otro modo los componentes de dicho flujo o contenedor para su procesamiento por separado.
En los sistemas de televisión digital , varios flujos de datos de velocidad de bits variable se multiplexan juntos en un flujo de transporte de velocidad de bits fija mediante multiplexación estadística . Esto hace posible transferir varios canales de vídeo y audio simultáneamente sobre el mismo canal de frecuencia, junto con varios servicios. Esto puede implicar varios programas de televisión de definición estándar (SDTV) (particularmente en DVB-T , DVB-S2 , ISDB y ATSC-C), o una HDTV , posiblemente con un solo canal complementario SDTV sobre un canal de televisión de 6 a 8 MHz de ancho. El dispositivo que logra esto se llama multiplexor estadístico . En varios de estos sistemas, la multiplexación da como resultado un flujo de transporte MPEG . Los estándares DVB más nuevos DVB-S2 y DVB-T2 tienen la capacidad de transportar varios canales HDTV en un multiplexor. [ cita requerida ]
En la radio digital , un multiplex (también conocido como conjunto) es un conjunto de estaciones de radio que se agrupan. Un multiplex es un flujo de información digital que incluye audio y otros datos. [10]
En los satélites de comunicaciones que transmiten redes de televisión y radio , esto se conoce como canal múltiple por portadora o MCPC . Cuando la multiplexación no es práctica (por ejemplo, cuando hay diferentes fuentes que utilizan un único transpondedor ), se utiliza el modo de canal único por portadora . [ cita requerida ]
En la radiodifusión FM y otros medios de radio analógicos , multiplexación es un término que se da comúnmente al proceso de agregar subportadoras a la señal de audio antes de que ingrese al transmisor , donde se produce la modulación . (De hecho, la señal multiplex estéreo se puede generar utilizando multiplexación por división de tiempo, al cambiar entre las dos señales de entrada (canal izquierdo y canal derecho) a una velocidad ultrasónica (la subportadora) y luego filtrar los armónicos más altos). La multiplexación en este sentido a veces se conoce como MPX , que a su vez también es un término antiguo para FM estereofónica , visto en sistemas estéreo desde la década de 1960.
En espectroscopia, el término se utiliza para indicar que el experimento se realiza con una mezcla de frecuencias a la vez y su respectiva respuesta se desentraña después utilizando el principio de la transformada de Fourier .
En programación informática , puede referirse al uso de un único recurso en memoria (como un identificador de archivo) para manejar múltiples recursos externos (como archivos en disco). [11]
Algunas técnicas de multiplexación eléctrica no requieren un dispositivo " multiplexor " físico, se refieren a un estilo de diseño de " matriz de teclado " o " Charlieplexing ":
En la secuenciación de ADN de alto rendimiento , el término se utiliza para indicar que se han agregado algunas secuencias artificiales (a menudo llamadas códigos de barras o índices ) para vincular lecturas de secuencias determinadas a una muestra determinada y así permitir la secuenciación de múltiples muestras en la misma reacción.
En sociolingüística , el término multiplex se utiliza para describir la cantidad de conexiones distintas entre individuos que forman parte de una red social . Una red multiplex es aquella en la que los miembros comparten una cantidad de vínculos que provienen de más de un contexto social, como compañeros de trabajo, vecinos o familiares.
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La definición del diccionario de multiplexación en Wikcionario
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