Analógové a digitálne technológie
Multiplexovanie

Multiplex spája niekoľko analógových alebo digitálnych signálov do jedného telekomunikačného spoju. Multipexer (alebo mux) sa využíva najmä na zvýšenie objemu dát, ktoré sa môžu preniesť v danom pásme s určitou šírkou a v určitom čase.

Naopak, demultiplexer (alebo demux) je zariadenie s jedným vstupom, ktoré vezme vstupný signál a rozdelí ho do viacerých výstupných signálov. Multiplexer sa zvyčajne používa s doplnkovým demultiplexerom na strane prijímača.

## Frekvenčný multiplex

Frekvenčný multiplex (Frequency division multiplexing, FDM) je najmä analógová technológia. Frekvenčný multiplex spája niekoľko signálov do jedného spoločného zdroja tak, že sa vysielajú v odlišných frekvenčných pásmach.

Dôvodom využívania systémov s frekvenčným rozdeľovaním (frekvenčným multiplexom) je možnosť súčasného vysielania viac signálov z rôznych kanálov, ako aj fakt, že môžu byť vysielané signály z rôznych priestorovo odľahlých miest.

Nedostatkom je vzájomné ovplyvňovanie kanálov, ktoré vzniká prekrývaním spektier signálov, neideálnosťou filtrov a objavením sa neželaných frekvenčných zložiek vplyvom presluchov v elektrických obvodoch.

Pri frekvenčnom multiplexe sú jednotlivým signálom na frekvenčnej osi pridelené navzájom sa neprekrývajúce frekvenčné pásma ∆f1, ∆f2, ...., ∆fn. Obyčajne ∆f1 =∆f2 ... =∆fk = ∆fn. Spektrá signálov príslušných kanálov sa musia zmestiť do vyhradených frekvenčných pásiem ∆fn.

Obr. 3.1: Rozdelenie frekvenčného spektra príslušným kanálom

Frekvenčné pásmo prenosovej cesty F určujú hraničné frekvencie kanálov, čiže minimálna frekvencia intervalu ∆f1 (∆f1min) a maximálna frekvencia intervalu ∆fn (∆fnmax).

Dôležitou súčasťou frekvenčného multiplexu na strane vysielača aj prijímača sú pásmové filtre (PP), ktoré na vysielacej strane ohraničujú frekvenčné pásma príslušných kanálov. Na prijímacej strane zase filtre rozdeľujú signály, ktoré po prechode demodulátorom môžu byť prijaté prijímacím prevodníkom. Pri výbere frekvenčného pásma filtrov sa predovšetkým berie do úvahy požadovaná rýchlosť prenosu systému.

V reálnych filtroch útlm za hranicami frekvenčného pásma sa nemení skokom, ale spojito, preto sa medzi frekvenčnými pásmami jednotlivých filtrov vynecháva ochranné frekvenčné pásmo ∆f0. Pomer ∆ f0/∆f =kf závisí od amplitúdovo-frekvenčných charakteristík použitých pásmových filtrov (Obr. 3.2) (viac o filtroch v kapitole Filtre).

Obr. 3.2: Amplitúdovo frekvenčné charakteristiky (ideálna a skutočná) pásmových filtrov

Prostredníctvom modulácie rôznymi signálmi (nosný signál, nosná, angl. carrier) sa posúvajú jednotlivé (napr. hovorové) pásma do subpásiem a až tak sa prenášajú. Po demodulácii na prijímacej strane sú k dispozícii jednotlivé hovorové pásma vo svojej pôvodnej forme. Týmto postupom sa dajú prenášať viaceré hovorové pásma súčasne prostredníctvom jedného vedenia.

Obr. 3.3: Princíp frekvenčného multiplexu

Frekvenčný multiplex sa používal najmä v analógových telekomunikačných systémoch. V súčasnosti ho využívajú hlavne TV spoločnosti (každý kanál je na mierne odlišnej frekvencii – prepínaním kanálu na TV preladíme na iné frekvenčné pásmo) a v optických komunikáciách.

## Časový multiplex

Časový multiplex (Time division multiplex TDM) sa využíva v sieťových aj telefónnych systémoch a robí presne to, čo hovorí samotný názov: periodicky vyberie vzorky z niekoľkých signálov s nižšou rýchlosťou, spojené ich prenesie cez jeden prenosový kanál s vyššou rýchlosťou a na konci obnoví pôvodný signál. Vzorky vyberá periodicky na základe času.

Vstupné zariadenie, multiplexer, vyberá vzorky z rôznych signálov, spojí ich do jedného a vysiela ich jedným kanálom. Týmto spôsobom je viacero vzoriek z rôznych zdrojov spojených a preložených do vysokorýchlostného kanála. Toto je možné realizovať vďaka tomu, že zdroje vysielajú dáta relatívne malou rýchlosťou (ako 300 baud) a výsledný kanál združuje rýchlosti zo všetkých zdrojov (1200 baud). Na konci prenosovej cesty iný multiplexer rozdelí prenášané dáta a pošle ich do cieľa, znova tou istou menšou rýchlosťou akou vstúpili do TDM systém.

Túto technológiu využívajú najmä telefónne spoločnosti, ktoré musia prepojiť obrovské množstvo telefónnych hovorov cez obmedzený počet káblov. V prípade, že hovor je rozdelený na vzorky a obnovený rýchlejšie ako to dokáže ľudské ucho zistiť, nikto to nezistí. Práve preto telefónne prenosy využívajú TDM s vysokorýchlostnými nosičmi, a takto prenesú niekoľko hovorov naraz.

Jedna nevýhoda multiplexov využívajúcich časový multiplex je, že prideľujú časové polohy aj vtedy, keď zdroj nič nevysiela. To vedie k neefektivite.

Obr. 3.4: Časový multiplex. a) informácia 1, b) informácia 2, c) multiplexované postupnosti impulzov

### Synchronizácia

Synchronizácia vzorkovacieho procesu je nevyhnutná na to, aby sa udržali správne pozície postupností impulzov. Tá sa zabezpečuje postupnosťou hodinových impulzov, ktorá je referenčná pre všetky vzorkovacie obvody. V prijímači musí existovať podobná postupnosť hodinových impulzov, ktorá zabezpečí správne preberanie jednotlivých impulzov príslušných informácií. Inak by prijímač/demultiplexer nevedel určiť, do akého cieľového kanála patria jednotlivé zdrojové signály a ako naspäť signál zrekonštruovať. Postupnosti hodinových impulzov vo vysielači a prijímači musia mať definované fázové pomery a vzájomne sa synchronizujú. Časová synchronizácia je preto nevyhnutne dôležitá pre správne fungovanie TDM technológie.

Synchronizácia hodinových impulzov sama o sebe ešte negarantuje správne preberanie informácií. Nevyhnutná je k tomu ešte aj rámcová synchronizácia. Pre synchronizáciu hodinových impulzov aj rámcovú synchronizáciu sa zvyčajne vymedzuje jedna časová poloha, v ktorej sa umiestnia špeciálne impulzy (napr. väčšie ako je predpokladaná najväčšia hodnota v nasledujúcej časovej polohe). Začiatok každého rámca je tak jednoznačne detekovateľný jednoduchými prahovacími obvodmi.