Analogové a digitální technologie
Multiplexování

Multiplex spojuje několik analogových nebo digitálních signálů do jednoho telekomunikačního spoje. Multiplexor (mux) se používá zejména na zvýšení objemu dat, které se mohou přenést v daném pásmu s určitou šířkou a v určitém čase.

Naopak, demultiplexor (demux) je zařízení s jedním vstupem, které přijme vstupní signál a rozdělí ho do mnoha výstupních signálů. Multiplexor se obvykle používá s doplňkovým demultiplexorem na straně přijímače.

## Frekvenční multiplex

Frekvenční multiplex (Frequency division multiplexing FDM) je analogová technologie. Frekvenční multiplex spojuje několik signálů do jednoho společného zdroje tak, že se vysílají v odlišných frekvenčních pásmech.

Důvodem využívání systémů s frekvenčním dělením (frekvenčním multiplexem) je možnost současného vysílání více signálů z různých kanálů, a také to, že mohou být vysílány signály z různých prostorově odlehlých míst.

Nedostatkem je vzájemné ovlivňování kanálů, které vzniká překrýváním spekter signálů, neideálním filtrováním a objevením se nežádoucích frekvenčních složek vlivem přeslechů v elektrických obvodech.

Při frekvenčním multiplexování jsou jednotlivým signálům na frekvenční ose přiděleny navzájem se nepřekrývající frekvenční pásma ∆f1, ∆f2, ...., ∆fn. Obyčejně ∆f1 =∆f2 ... =∆fk = ∆fn. Spektra signálů příslušných kanálů se musí vejít do vyhrazených frekvenčních pásem ∆fn.

Rozdělení frekvenčního spektra příslušným kanálem

Frekvenční pásmo přenosové cesty F určují hraniční frekvence kanálů, čili minimální frekvence intervalu ∆f1 (∆f1min) a maximální frekvence intervalu ∆fn (∆fnmax).

Důležitou součástí frekvenčního multiplexu na straně vysílače i přijímače jsou pásmové filtry (PP), které na vysílací straně ohraničují frekvenční pásma příslušných kanálů. Na přijímací straně zase filtry rozdělují signály, které po průchodu demodulátorem mohou být přijaty přijímacím převodníkem. Při výběru frekvenčního pásma filtrů se především bere v úvahu požadovaná přenosová rychlost systému.

V reálných filtrech se útlum za hranicemi frekvenčního pásma nemění skokem, ale spojitě, proto se mezi frekvenčními pásmy jednotlivých filtrů vynechává ochranné frekvenční pásmo ∆f0. Poměr ∆ f0/∆f =kf závisí na amplitudově-frekvenčních charakteristikách použitých pásmových filtrů (viz obrázek dole). Více informací o filtrech je v kapitole Filtry.

Amplitudově-frekvenční charakteristiky (ideální a skutečná) pásmových filtrů

Prostřednictvím modulace různými signály (nosný signál, nosná, angl. carrier) se posouvají jednotlivá (např. hovorová) pásma do subpásem, a tak se přenášejí. Po demodulaci na přijímací straně jsou k dispozici jednotlivá hovorová pásma ve svojí původní formě. Tímto postupem se dá přenášet, prostřednictvím jednoho vedení více hovorových pásem současně.

Princip frekvenčního multiplexu

Frekvenční multiplex se používal zejména v analogových telekomunikačních systémech. V současnosti jej využívají hlavně TV společnosti (každý kanál je na mírně odlišné frekvenci – přepínáním kanálu na TV přeladíme na jiné frekvenční pásmo) a v optických komunikacích.

## Časový multiplex

Časový multiplex (Time division multiplex TDM) se využívá v síťových i telefonních systémech a dělá přesně to, co říká samotný název: periodicky vybere vzorky z několika signálů s nižší rychlostí, spojené je přenese přes jeden přenosový kanál s vyšší rychlostí a na konci obnoví původní signál. Vzorky vybírá periodicky na základě času.

Vstupní zařízení, multiplexor, vybírá vzorky z různých signálů, spojí je do jednoho a vysílá je jedním kanálem. Tímto způsobem je více vzorků z různých zdrojů spojeno a přeloženo do vysokorychlostního kanálu. Toto je možné realizovat díky tomu, že zdroje vysílají data relativně malou modulační rychlostí (jako 300 Bd) a výsledný kanál sdružuje modulační rychlosti ze všech zdrojů (1200 Bd). Na konci přenosové cesty jiný multiplexor rozdělí přenášená data a pošle je do cíle, znova tou samou menší modulační rychlostí jakou vstoupili do TDM systému.

Tuto technologii využívají zejména telefonní společnosti, které musí přepojit obrovské množství telefonních hovorů přes omezený počet kabelů. V případě, že hovor je rozdělený na vzorky a je obnovený rychleji než to dokáže lidské ucho zjistit, nikdo to nezjistí. Právě proto telefonní přenosy využívají TDM s vysokorychlostními nosiči, a takto přenesou několik hovorů najednou.

Nevýhodou multiplexů využívajících časový multiplex je skutečnost, že přidělují časové polohy i tehdy, když zdroj nic nevysílá. To vede k neefektivitě.

Časový multiplex a) informace 1, b) informace 2, c) multiplexované posloupnosti impulsů

### Synchronizace

Synchronizace vzorkovacího procesu je nezbytná pro to, aby se udržely správné pozice posloupností impulzů. Zabezpečuje se posloupností hodinových impulsů, která je referenční pro všechny vzorkovací obvody. V přijímači musí existovat podobná posloupnost hodinových impulzů, která zabezpečí správné přebírání jednotlivých impulsů příslušných informací. Jinak by přijímač/demultiplexor nemohl určit, do kterého cílového kanálu patří jednotlivé zdrojové signály a jak signál zrekonstruovat zpětně. Posloupnost hodinových impulsů ve vysílači a přijímači musí mít definovány fázové poměry a vzájemně se synchronizují. Časová synchronizace je proto nezbytně nutná pro správné fungování TDM technologie.

Synchronizace hodinových impulsů sama o sobě ještě negarantuje správné přebírání informací. Je k tomu nezbytná ještě i rámcová synchronizace. Pro synchronizaci hodinových impulsů i rámcovou synchronizaci se obvykle vymezuje jedna časová poloha, ve které se umístí speciální impulsy (např. Větší než je předpokládaná největší hodnota v následující časové poloze). Začátek každého rámce je tak jednoznačně detekovatelný jednoduchými prahovacími obvody.