Multiplexverfahren

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Multiplexverfahren

Stichpunkte

Allgemein
	Multiplexverfahren (multiplex (lat.) = vielfach
	vielfÃ¤ltig) sind Methoden in der NachrichtenÃ¼bertragungstechnik mit denen mehrere Signale gleichzeitig Ã¼ber ein Medium (Kabel oder Funkstrecke) Ã¼bertragen werden kÃ¶nnen
	Die Intentionen fÃ¼r die Anwendung von Multiplexing sind bei leitungsgebundener und bei FunkÃ¼bertragung etwas unterschiedlich
	Bei leitungsgebundener Ãœbertragung werden die Signale aus mehreren Quellen durch einen so genannten Multiplexer gebÃ¼ndelt und gemeinsam Ã¼ber einen statt Ã¼ber mehrere parallele Wege Ã¼bertragen
	Der EmpfÃ¤nger entbÃ¼ndelt die Signale dann wieder
	Ziel hierbei ist es
	die Kosten fÃ¼r die Ãœbertragungsstrecke mÃ¶glichst niedrig zu halten
	um mehrere Teilnehmer
	WDMA) 6 Codemultiplexverfahren (CDM
	die meist auch rÃ¤umlich verteilt sind
	"Verbergen") 1 Allgemein 2 Raummultiplexverfahren (SDM
	gleichzeitig mit einer zentralen Funkstation verbinden zu kÃ¶nnen. Inhaltsverzeichnis showTocToggle("Anzeigen"
	In der Funktechnik wird Multiplexing eingesetzt
	CDMA) 7 Literatur 8 Siehe auch 9 Weblinks [Bearbeiten]
	SDMA) 2.1 Drahtgebundene Raummultiplexverfahren 2.2 Drahtlose Raummultiplexverfahren 3 Frequenzmultiplexverfahren (FDM
	TDMA) 4.1 Synchrones Verfahren 4.2 Asynchrones Verfahren 5 WellenlÃ¤ngenmultiplexverfahren (WDM
	FDMA) 3.1 Frequenzmultiplex auf Leitungen 3.2 Frequenzmultiplex bei FunkÃ¼bertragung 4 Zeitmultiplexverfahren (TDM
Allgemein
	Diese Verfahren wurde entwickelt
	zu erreichen
	um eine optimale Ausnutzung von Leitungen und Frequenzen
	die in der Kommunikationstechnik als Ãœbertragungswege dienen
	Ebenfalls werden hierdurch die Kosten fÃ¼r Einrichtung und Wartung dieser Ãœbertragungswege reduziert
	Die Ãœbertragungswege werden bei einem Multiplexverfahren in mehrere KanÃ¤le aufgeteilt
	um so verschiedene Signale ohne gegenseitige Beeinflussung gleichzeitig zu Ã¼bertragen
	Richtfunkstrecken) werden zur parallelen aber exklusiven Nutzung durch mehrere Sender und EmpfÃ¤nger gebÃ¼ndelt. Frequenzmultiplexverfahren - Bei LeitungsÃ¼bertragung werden mehrere zu Ã¼bertragende Signale in einem Frequenzbereich gebÃ¼ndelt; bei FunkÃ¼bertragung werden unterschiedlichen Sendern unterschiedliche Frequenzen zugewiesen. Zeitmultiplexverfahren - Mehrere Signale werden durch (meist periodisches) zeitversetztes Senden Ã¼bertragen. WellenlÃ¤ngenmultiplexverfahren - Dies ist ein optisches Frequenzmultiplexverfahren fÃ¼r die Ãœbertragung auf Lichtwellenleitern. Codemultiplexverfahren - Dieses Verfahren wird nur in der Funktechnik eingesetzt
	In der technischen Kommunikation verwendet man hierzu die folgenden generellen Typen von Multiplexverfahren. Raummultiplexverfahren - ÃœbertragungskanÃ¤le (Leitungen
	Mehrere Sender Ã¼bertragen ihre Signale gleichzeitig und werden im EmpfÃ¤nger durch ihre unterschiedliche Codierung unterschieden. [Bearbeiten]
Raummultiplexverfahren (SDM, SDMA)
	Mit Raummultiplexverfahren (Abk
	SDM fÃ¼r Space Division Multiplex oder SDMA fÃ¼r Space Division Multiple Access) bezeichnet man in der Nachrichtentechnik das Ãœbertragen beziehungsweise das Vermitteln von mehreren Nachrichten Ã¼ber parallel installierte Ãœbertragungswege
	die den einzelnen Sendern und EmpfÃ¤ngern jeweils zur exklusiven Nutzung bereitgestellt werden
	Man unterscheidet hierbei zwischen zwei verschiedenen Varianten: drahtgebundenes Raummultiplexverfahren drahtloses Raummultiplexverfahren [Bearbeiten]
Drahtgebundene Raummultiplexverfahren
	Bild nicht gefunden Schematische Darstellung einer Kreuzschienenverteilung Das drahtgebundene Raummultiplexverfahren ist das einfachste und Ã¤lteste Multiplexverfahren
	Hierbei werden zur gleichzeitigen UnterstÃ¼tzung von individuellen Verbindungen mehrere Leitungen parallel installiert
	Diese parallelen Leitungen werden auch als LeitungsbÃ¼ndel (engl
	Trunk) bezeichnet
	Die einfachste Anwendung dieses Verfahrens sind die schon in der Anfangszeit der Telekommunikation und bis heute gebrÃ¤uchlichen mehradrigen Kabel
	die auch als Koppelfeld bezeichnet wird
	Eine andere Methode des Raummultiplexverfahrens ist die Kreuzschienenverteilung (engl. cross bar switching)
	Hierbei handelt es sich um eine Matrix aus mehreren Leitungen mit vielen Schaltern
	Hier zeigt sich einer der Vorteile des Raummultiplexverfahrens
	Durch diese Matrix ist sichergestellt
	sofern die Leitung frei und der Schalter aktiv ist. [Bearbeiten]
	dass jeder Sender jeden EmpfÃ¤nger erreichen kann
Drahtlose Raummultiplexverfahren
	Beim drahtlosen Raummultiplexverfahren wird fÃ¼r jede Gruppe von Verbindungen eine eigene Richtfunkstrecke verwendet
	Normalerweise erfolgt eine Mehrfachausnutzung einer Funkstrecke mit Hilfe des Frequenzmultiplexverfahrens oder des Zeitmultiplexverfahren oder einer Kombination aus beiden
	Das Raummultiplexverfahren wird notwendig
	wenn die Anzahl der zu Ã¼bertragenden Verbindungen steigt und gleichzeitig Frequenzknappheit besteht
	Dann wird die gleiche Frequenz mit ausreichendem rÃ¤umlichen Abstand mehrfach benutzt
	Der ausreichende rÃ¤umliche Abstand ist notwendig
	um zwischen den verschiedenen Sendern mit gleicher Sendefrequenz stÃ¶rende Interferenzen zu vermeiden
	Zum Einsatz kommt dieses Verfahren unter anderem in den Richtfunknetzen hinter den Sendestationen bei Rundfunk
	Fernsehen und zellularem Mobilfunk. [Bearbeiten]
Frequenzmultiplexverfahren (FDM, FDMA)
	Das Frequenzmultiplexverfahren (Abk
	FDM fÃ¼r Frequence Division Multiplex oder FDMA fÃ¼r Frequency Division Multiple Access) ist sowohl in drahtgebundenen als auch in drahtlosen Kommunikationssystemen anwendbar
	Ein erster Vorschlag zur Vielfachausnutzung von Leitungen durch Frequenzmultiplexverfahren wurde 1886 fÃ¼r die Telegraphie durch Elisha Gray gemacht
	Die wohl bekannteste Anwendung ist die StereotonÃ¼bertragung im UKW-Radio. [Bearbeiten]
Frequenzmultiplex auf Leitungen
	Bild nicht gefunden Schematische Darstellung des Frequenzmultiplexverfahren Hierbei werden mehrere Signale mit jeweils einer schmalen Bandbreite zu einem breitbandigen Signal gebÃ¼ndelt und dann auf eine TrÃ¤gerfrequenz moduliert
	Man sagt auch
	die Signale werden auf die TrÃ¤gerfrequenz in unterschiedliche FrequenzbÃ¤nder moduliert
	Die Ãœbertragung der Signale erfolgt dabei gleichzeitig und unabhÃ¤ngig von einander
	die Signale wieder in ihre ursprÃ¼ngliches Frequenzlage zurÃ¼ck zu wandeln (demodulieren)
	Durch die Modulation in unterschiedliche FrequenzbÃ¤nder ist es beim EmpfÃ¤nger mit Hilfe von Filtern mÃ¶glich
	werden unbenutzte SchutzbÃ¤nder (eng
	Zur Vermeidung von Interferenzen und um eine bessere Trennung der Signale im EmpfÃ¤ngerfilter zu erreichen
	Guard Bands) zwischen den einzelnen FrequenzbÃ¤ndern frei gelassen. Angewendet wird Frequenzmultiplex auf vielen Leitungen im Telefonnetz
	Auch bei der Ãœbertragung von Informationen Ã¼ber Breitbandverteilnetze wie dem Kabelfernsehen kommt diese Technik zum Einsatz. [Bearbeiten]
Frequenzmultiplex bei FunkÃ¼bertragung
	sondern jedes Signal wird direkt auf seine TrÃ¤gerfrequenz moduliert
	Hierbei werden die unterschiedlichen Signale nicht vorher gebÃ¼ndelt
	Heutige Anwendungsbereiche sind die Richt- und Mobilfunktechnik in der Telekommunikation
	Das russische Satellitennavigationssystem Glonass verwendet ebenfalls das Frequenzmultiplexverfahren
	zum Beispiel beim Global System for Mobile Communications(GSM)
	Zudem ist dieses Verfahren mit dem Zeitmultiplexverfahren kombinierbar
	bei Digital Enhanced Cordless Telecommunications (DECT) oder bei Bluetooth
	Anmerkung: Die Zuweisung unterschiedlicher Frequenzen zu unterschiedlichen (rÃ¤umlich getrennten) Sendestationen (z.B
	Mobilfunkzellen) bezeichnet man Ã¼blicherweise nicht als Multiplexing
	Hier spricht man von Frequenzplanung. [Bearbeiten]
Zeitmultiplexverfahren (TDM, TDMA)
	Beim Zeitmultiplexverfahren (Abk
	TDM fÃ¼r Time Division Multiplex oder TDMA fÃ¼r Time Division Multiple Access) werden in bestimmten Zeitabschnitten (Time Slots) die Daten (Signale) verschiedener Sender auf einem Kanal Ã¼bertragen
	Das Zeitmultiplexverfahren unterscheidet zwischen dem synchronen und asynchronen Verfahren. [Bearbeiten]
Synchrones Verfahren
	Bild nicht gefunden synchrones Verfahren Beim synchronen Verfahren (Abk
	STD fÃ¼r Synchron Time Division) wird jedem Sender durch den Multiplexer ein fester Zeitabschnitt zur Ãœbertragung seiner Daten (Signale) auf dem Ãœbertragungskanal zugeordnet
	dass jede Verbindung eine konstante DatenÃ¼bertragungsrate erhÃ¤lt
	Dies hat den Vorteil
	ZusÃ¤tzlich ist jederzeit ein Sender durch seine Position auf dem Ãœbertragungskanal identifizierbar
	Dies vereinfacht am Ziel den notwendigen Prozess des Demultiplexen
	Der Nachteil ist
	dass
	der entsprechende Zeitabschnitt ungenutzt bleibt
	wenn ein Sender keine Daten (Signale) sendet
	Der Ãœbertragungskanal wird in einem solchen Fall nicht optimal ausgelastet. [Bearbeiten]
Asynchrones Verfahren
	Bild nicht gefunden asynchrones Verfahren Durch das asynchrone Verfahren (Abk
	ATD fÃ¼r Asynchron Time Division) wird der Nachteil des synchronen Verfahren verhindert
	die Daten (Signale) auch wirklich senden
	indem nur die Sender durch den Multiplexer auf den Ãœbertragungskanal gegeben werden
	Dies geschieht
	jedem in einem Zeitabschnitt Ã¼bertragene Datenpaket eine Kanalinformation (andere Bez
	Hierzu ist es aber notwendig
	Channel Identifier) hinzu zu fÃ¼gen
	Header
	Anhand dieser Kanalinformation kann der Demultiplexer am Ziel des Ãœbertragungskanals die Datenpakete dem richtigen EmpfÃ¤nger wieder zuteilen
	Deshalb wird das asynchrone Verfahren auch teilweise als Adressen-Multiplexen oder label-multiplexing bezeichnet
	Durch diese bedarfsgerechte Zuweisung der Zeitabschnitte wird der Ãœbertragungskanal sehr Ã¶konomisch genutzt
	Wenn alle Sender Daten (Signale) Ã¼bertragen
	erhalten alle eine konstante DatenÃ¼bertragungsrate
	wodurch deren DatenÃ¼bertragungsrate steigt
	Freie Zeitabschnitte durch nicht aktive Sender werden von den anderen Sendern mitbenutzt
	Dies bezeichnet man dann auch als Dynamisches Multiplexen
	dass die Datenpakete durch die Kanalinformation sowie der Aufwand des Demultiplexens grÃ¶ÃŸer werden. Das Zeitmultiplexverfahren ist
	sowohl in drahtgebundenen als auch in drahtlosen Kommunikationssystemen anwendbar
	wie das Frequenzmultiplexverfahren
	Als Nachteil gilt
	Die erste bekannte Anwendung des Zeitmultiplexverfahren wurde von dem Franzosen Jean-Maurice-Ã‰mile Baudot [1] (http://chem.ch.huji.ac.il/~eugeniik/history/baudot.html) entwickelt
	Seine 1874 entwickelte Apparatur machte es mÃ¶glich
	4-6 Telegrafiesignale Ã¼ber eine Leitung im synchronen Zeitmultiplexverfahren zu Ã¼bertragen
	wie Integrated Services Digital Network (ISDN)
	Digital Subscriber Line (DSL) oder Asynchronous Transfer Mode (ATM)
	Heutige Anwendungsbereiche sind Ãœbertragungstechniken
	Das GSM-Mobilfunknetz verwendet sowohl das Zeitmultiplexverfahren als auch das Frequenzmultiplexverfahren. [Bearbeiten]
WellenlÃ¤ngenmultiplexverfahren (WDM, WDMA)
	Das WellenlÃ¤ngenmultiplexverfahren (Abk
	das bei der Ãœbertragung von Daten (Signalen) Ã¼ber Glasfaserkabel (Lichtwellenleiter) verwendet wird. Beim WellenlÃ¤ngenmultiplexverfahren werden aus verschiedenen Spektralfarben (Lichtfrequenzen) bestehende Lichtsignale zur Ãœbertragung in einem Lichtwellenleiter verwendet
	WDM fÃ¼r Wavelength Division Multiplex oder WDMA fÃ¼r Wavelength Division Multiple Access) ist ein optisches Frequenzmultiplexverfahren
	Als Quelle fÃ¼r die Lichtsignale dienen vorwiegend lichtemittierende Dioden (LED) oder Laser
	Jede dieser so erzeugten Spektralfarben bildet somit einen eigenen Ãœbertragungskanal
	auf den man nun die Daten (Signale) eines Senders modulieren kann
	Die so modulierten Daten (Signale) werden dann durch optische Koppelelemente gebÃ¼ndelt und gleichzeitig sowie unabhÃ¤ngig voneinander Ã¼bertragen
	Am Ziel dieser optischen Multiplexverbindung werden die einzelnen optischen ÃœbertragungskanÃ¤le durch passive optische Filter oder wellenlÃ¤ngensensible opto-elektrische EmpfÃ¤ngerelemente wieder getrennt
	Das Verfahren ist mit dem Zeitmultiplexverfahren kombinierbar
	Inzwischen existieren Techniken
	einzelne optische KanÃ¤le ohne vorherige Wandlung auf die elektrische Ebene zu verstÃ¤rken und zu routen und somit optische Netze zu realisieren
	optische Crossconnects und optische Demultiplexer
	die die KanÃ¤le durch Filter trennen
	Wesentliche Komponenten dieser Technik sind optische Multiplexer
	optische Erbium-VerstÃ¤rker (erbium doped amplifiers)
	Das sogenannte Dichte WellenlÃ¤ngenmultiplex (Abk
	DWDM fÃ¼r Dense Wavelength Division Multiplex) gilt zur Zeit als leistungsstÃ¤rkste Variante
	indem die zur Ãœbertragung verwendeten WellenlÃ¤ngen (Spektalfarben) sehr "dicht" im Glasfaserkabel Ã¼bertragen werden
	Dies wird erreicht
	8 nm und 1
	6 nm
	Der Abstand der WellenlÃ¤ngen liegt hierbei zwischen 0
	indem teure
	Diese dichten AbstÃ¤nde kÃ¶nnen nur erreicht werden
	gekÃ¼hlte Laser und hochwertige Filter eingesetzt werden
	Hierdurch erhÃ¤lt man aber DatenÃ¼bertragungsraten bis 40 Gbit/s pro Kanal und Leitungsreichweiten Ã¼ber mehrere 1000 Kilometer
	Aus diesem Grund ist der hauptsÃ¤chliche Anwendungsbereich dieser Variante der Einsatz im Wide- und Global Area Network
	Eine kostengÃ¼nstigere Variante stellt das Grobe WellenlÃ¤ngenmultiplex (Abk
	CWDM fÃ¼r Coarse Wavelength Division Multiplex) dar
	Die hierbei zur Ãœbertragung eingesetzten WellenlÃ¤ngen (Spektralfarben) haben dabei einen Abstand von zirka 20 nm
	Um diese "grobe" Aufteilung der WellenlÃ¤ngen zu erreichen werden nur "einfache" und somit kostengÃ¼nstige Lasertypen benÃ¶tigt
	Mit dieser Variante des WellenlÃ¤ngenmultiplex werden DatenÃ¼bertragungsraten bis 2
	5 Gbit/s und Leitungsreichweiten bis 70 km ohne SignalverstÃ¤rkung pro Kanal erreicht
	Als Einsatzgebiete gelten Verbindungen im Metro-Bereich. [Bearbeiten]
Codemultiplexverfahren (CDM, CDMA)
	Beim Codemultiplexverfahren (Abk
	CDM fÃ¼r Code Division Multiplex oder CDMA fÃ¼r Code Division Multiple Access) werden die Daten (Signale) mehrerer Quellen oder Sender gleichzeitig auf derselben Frequenz Ã¼bertragen
	wird eine dem Sender zugewiesene Bitfolge (der Code) Ã¼bertragen
	Um ein Datenbit zu Ã¼bertragen
	auch als chip rate bezeichnet
	ist somit ein Vielfaches der Datenrate des Quellensignals
	Die Datenrate auf dem Ãœbertragungskanal
	Zur Ãœbertragung des Bitwerts "1" wird der Code selbst
	fÃ¼r den Bitwert "0" der inverse Code Ã¼bertragen
	entsteht hierdurch ein Signalgemisch. Der EmpfÃ¤nger filtert das Signal eines bestimmten Senders aus dem Signalgemisch heraus
	Sind mehrere Sender gleichzeitig aktiv
	indem er die Korrelation zwischen dem ihm bekannten Codemuster des Senders und dem Signalgemisch berechnet
	Einfach ausgedrÃ¼ckt wird hierbei das Signalgemisch mit dem Codemuster (binÃ¤r) durchmultipliziert
	Die Korrelationsfunktion liefert den Wert "1" fÃ¼r das Datenbit "1" und "-1" fÃ¼r das Datenbit "0"
	liefert die Korrelation den Wert "0"
	Wenn der Sender gar nicht sendet
	mÃ¼ssen Codemuster zugewiesen werden
	die unabhÃ¤ngig voneinander sind
	Um eine gegenseitige Beeinflussung der Signale der unterschiedlichen Sender zu vermeiden
	Man bezeichnet solche Codemuster dann als orthogonal
	"sieht" Sendesignale mit orthogonalem Codemuster als Rauschen auf dem Ãœbertragungskanal
	Ein EmpfÃ¤nger
	der das Codemuster eines bestimmten Senders sucht
	unter der Bezeichnung W-CDMA fÃ¼r Wideband - Code Division Multiple Access das derzeit europaweit aufgebaut wird
	dem Universal Mobile Telecommunications System (UMTS)
	Eingesetzt wird das Codemultiplexverfahren beim neuen Mobilfunkstandard der dritten Generation
	Die hierbei eingesetzt Bandbreite liegt
	4 - 5 MHz
	bei 4
	je nach Netzbetreiber
	Bei UMTS kÃ¶nnen unterschiedlichen Sendern unterschiedlich lange Codemuster zugewiesen werden
	aber auch um so geringer die benÃ¶tigte Sendeleistung
	Je lÃ¤nger der Code um so geringer die Nutzdatenrate
	FÃ¼r eine Bruttodatenrate von 960 kbps wird beispielsweise ein Codemuster mit der LÃ¤nge 4 bit verwendet; bei 15 kbps Bruttodatenrate ist der Code 256 bit lang
	das Multiplexverfahren der Wahl
	wie der Name schon impliziert
	Auch beim Amerikanischen 3G Standard cdma2000 ist CDMA
	WeltmarktfÃ¼hrer fÃ¼r CDMA-Technologie ist Qualcomm
	Die Firma besitzt auch die Rechte an den meisten wichtigen CDMA-Patenten
	Eine weitere Anwendung fÃ¼r CDMA ist das Satellitennavigationssystem GPS. [Bearbeiten]
Literatur
	Ohm
	Hans D.: SignalÃ¼bertragung - Grundlagen der digitalen und analogen NachrichtenÃ¼bertragungssysteme
	Jens R.; LÃ¼ke
	Berlin 2002 ISBN 3-540-67768-2 [Bearbeiten]
	Springer Verlag
Siehe auch
	Multiplextechnik Ãœbertragungstechnik SDH PDH [Bearbeiten]
Weblinks
	Geschichte und Bilder von Baudots Telegraf (englisch) (http://chem.ch.huji.ac.il/~eugeniik/history/baudot.html) WCDMA - Multiplexing von UMTS (deutsch) (http://umtslink.at/UMTS/wcdma.html) en:Multiplexing fi:CDMA fr:Multiplexage ja:å¤šå…ƒæŽ¥ç¶š sv:CDMA

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