Multiplex dan Demultiplex

MULTIPLEXING

Saluran akan menawarkan bandwidth yang ditentukan, yang tersedia dengan waktu t, dimana t mungkin ¥ ®. Jadi, dengan mengacu ke saluran tersebut ada 'derajat kebebasan' 2, bandwidth yaitu atau frekuensi dan waktu.

Pengertian Multiplexing.

Sebelum kita membahas lebih lanjut mengenai Frequency Division Multiplexing ada baiknya kita membahas apa itu multiplexing. Multiplexing adalah teknik menggabungkan beberapa sinyal secara bersamaan pada suatu saluran transmisi. Di sisi penerima, pemisahan gabungan sinyal tersebut sesuai dengan tujuan masing-masing disebut Demultiplexing.Dalam multiplexing, perangkat yang memalukan multiplexing disebut Multiplexer atau disebut juga dengan istilah Transceiver/Mux. Receiver atau  perangkat yang melakukan Demultiplexing disebut dengan Demultiplexer atau disebut juga dengan istilah Demux. Multiplexer mengkombinasikan (me-multiplex) data dari n input dan mentransmisi melalui kapasitas data link yang tinggi. Demultiplexer menerima aliran data yang di-multiplex (pemisahan (demultiplex) dari data tersebut tergantung pada saluran) dan mengirimnya ke line output yang diminta.

Tujuan Muliplexing

 - meningkatkan effisiensi penggunaan bandwidth / kapasitas saluran transmisi dengan cara berbagi akses bersama.

Jenis-Jenis Multiplexing

1. Frequency Division Multiplexing (FDM)
2. Time Division Multiplexing (TDM)
3. Statistical Time Division Multiplexing (STDM)

Sekarang perhatikan sinyal. Sinyal tersebut ditandai dengan amplitudo, fase frekuensi, dan waktu.

Metode multiplexing Berbagai mungkin dalam hal bandwidth saluran dan waktu, dan sinyal, khususnya fase, frekuensi atau waktu. Dua metode dasar:

1)      Frequency Division Multiplexing FDM

FDM berasal dari AM teknik dimana sinyal menempati fisik yang sama 'line' tetapi dalam band frekuensi yang berbeda. Setiap sinyal menempati band sendiri yang spesifik frekuensi sepanjang waktu, yaitu pesan berbagi bandwidth saluran.

Frequency Division Multiplexing (FDM) adalah teknik menggabungkan banyak saluran input menjadi sebuah saluran output berdasarkan frekuensi. Jadi total bandwith dari keseluruhan saluran dibagi menjadi sub-sub saluran oleh frekuensi.

sistem FDM, umumnya terdiri dari 2 peralatan terminal dan penguat ulang saluran transmisi (repeater transmission line):

1. Peralatan Terminal (Terminal Equipment) Peralatan terminal terdiri dari bagian yang mengirimkan sinyal frekuensi ke repeater dan bagian penerima yang menerima sinyal tersebut dan mengubahnya kembali menjadi frekuensi semula.
2. Peralatan Penguat Ulang (Repeater Equipment) Repeater equipment terdiri dari penguat (amplifier) dan equalizer yang fungsinya masing-masing untuk mengkompensir redaman dan kecacatan redaman (attenuation distortion), sewaktu transmisi melewati saluran melewati saluran antara kedua repeater masing-masing.

Contoh Penggunaan FDM

Pada penyiaran radio yang menggunakan gelombang FM, frekuensi mulai dari 88 MHz s/d 108 MHz digunakan untuk penyiaran radio FM komersil. Frekuensi 88-108 MHz dibagi ke sub-band 200 KHz. Bandwidth dengan frekuensi 200 KHz sudah mencukupi untuk penyiaran radio FM dengan kualitas yang tinggi. Stasiun radio dapat dikenali dengan frekuensi pusat dari saluran masing-masing (ex: 91.5 MHz, 103.7 MHz). Sistem ini dapat memungkinkan pendengar radio mendengar sekitar 100 stasiun radio yang berlainan. Contoh lain dari penggunaan FDM: pada jaringan telepon analog dan jaringan satelit analog. Selain itu ide dasar FDM digunakan dalam teknologi saluran pelanggan digital yang dikenal dengan modem ADSL (Asymetric Digital Subcriber Loop ).

Kelebihan & Kekurangan FDM

Kelebihan:

• FDM tidak sensitif terhadap perambatan /perkembangan keterlambatan. Tehnik persamaan saluran (channel equalization) yang diperlukan untuk sistem FDM tidak sekompleks seperti yang digunakan pada sistem TDM.

Kekurangan:

• Adanya kebutuhan untuk memfilter bandpass,  yang harganya relatif mahal dan rumit untuk dibangun (penggunaan filter tersebut biasanya digunakan dalam transmitter dan receiver)
• Penguat tenaga (power amplifier) di transmitter yang digunakan memiliki karakteristik nonlinear (penguat linear lebih komplek untuk dibuat), dan amplifikasi nonlinear mengarah kepada pembuatan komponen spektral out-of-band yang dapat mengganggu saluran FDM yang lain.

Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)

• Skema FDM yang memanfaatkan metode modulasi multi-carrier digital
• Membagi frekuensi menjadi beberapa sub-carrier yang saling orthogonal untuk menghilangkan bidang penghalang
• Keunggulan utama dari OFDM adalah efisiensi spektrum yang lebih tinggi dibandingkan tehnik multicarrier konvensional
• (Hazy, 1997) Pemakaian OFDM mampu menghemat bandwidth hingga 50%

Penggunaan OFDM

• DAB (Digital Audio Broadcasting) di Eropa
• ADSL – OFDM menjadi basis untuk standar global ADSL
• WLAN – sedang dikembangkan teknologi point-to-point atau point-to-multipoint menggunakan teknologi OFDM

Wavelength Division Multiplexing (WDM)

• Dalam teknologi komunikasi fiber optik, WDM adalah teknologi yang me-multiplex banyak sinyal pembawa optik di satu saluran fiber optik dengan menggunakan panjang gelombang (warna) dari cahaya laser untuk membawa sinyal yang berbeda

Istilah WDM digunakan di pembawa optik, yang mana FDM digunakan di pembawa radio

2)      Time Division Multiplexing TDM

TDM berasal dari teknik sampling di mana pesan menempati semua bandwidth saluran tetapi untuk interval waktu yang singkat, yaitu pesan berbagi waktu saluran.

·         FDM - pesan menempati bandwidth yang sempit - sepanjang waktu.

·         TDM - pesan menempati bandwidth yang lebar - untuk interval waktu yang singkat.

Dua metode dasar yang diilustrasikan di bawah ini.

 

 Frequency Division Multiplexing FDM

FDM ini banyak digunakan dalam sistem radio dan televisi (misalnya siaran radio dan TV) dan secara luas digunakan dalam telepon multichannel (sekarang digantikan oleh teknik digital dan TDM). Sistem telepon multichannel menggambarkan beberapa aspek penting dan dianggap di bawah ini. Untuk speech, bandwidth » 3kHz memuaskan. Garis fisik, misalnya kabel co-aksial akan memiliki bandwidth dibandingkan dengan pidato seperti berikut.

Untuk menggunakan bandwidth lebih efektif, SSB digunakan yaitu

Catatan - USB telah dipilih.

Kami juga mencatat bahwa sinyal pesan m (t) biasanya band yang terbatas, yaitu

The Band Limiting Filter (BLF biasanya band pass filter dengan band pass 300Hz ke 3400Hz untuk berbicara. Hal ini untuk memungkinkan band penjaga antara saluran yang berdekatan.

Untuk telepon, garis fisik dibagi (notionally) ke 4kHz band atau saluran, yaitu spasi kanal adalah 4kHz. Jadi kita sekarang memiliki:

Catatan, BLF tidak memiliki ideal cut-off - band penjaga memungkinkan untuk 'roll off' filter untuk mengurangi crosstalk saluran yang berdekatan.

Perhatikan sekarang saluran sistem SSB tunggal.

The spectra will be

Perhatikan sekarang sistem dengan 3 saluran

Setiap frekuensi pembawa, FC1, FC2 FC3 dan dipisahkan dengan spasi kanal frekuensi, dalam hal ini 4 kHz, yaitu FC2 = + 4kHz FC1, FC2 FC3 = + 4kHz.

Spektrum dari sinyal FDM, F (t) akan menjadi:

Perhatikan bahwa sinyal baseband m1 (t), m2 (t), m3 (t) telah multiplexed ke saluran yang berdekatan, spasi kanal adalah 4kHz. Perhatikan juga bahwa filter SSB ditetapkan untuk memilih USB, disetel untuk f1, f2 dan f3 masing-masing.

Sebuah penerima FDM decoder diilustrasikan di bawah ini:

Filter SSB adalah sama seperti pada encoder, yaitu masing-masing berpusat pada f1, f2 dan f3 untuk memilih sideband yang sesuai dan menolak yang lain. Ini kemudian diikuti oleh demodulator sinkron, setiap makan dengan LO sinkron,, FC1 FC2 FC3 dan masing-masing.

Untuk sistem saluran 3 ditampilkan ada 1 desain untuk BLF (digunakan 3 kali), 3 desain untuk filter SSB (masing-masing digunakan dua kali) dan 1 desain untuk LPF (digunakan 3 kali).

Kabel co-axial bisa menampung beberapa ribu saluran 4 kHz, misalnya 3600 saluran khas. Bandwidth yang digunakan demikian 3600 x 4kHz = 14.4Mhz. Berpotensi karena itu ada 3600 berbeda desain filter SSB. Tidak hanya itu, tetapi desain harus berkisar dari kHz sampai MHz.

Consider also the ‘Q’ of the filter, where Q is defined as .

Untuk 'desain' di sekitar mengatakan 60kHz, = 15 yang wajar.Namun,untuk desain memiliki pusa mengatakan t frekuensi sekitar 10MHz,  memberikan Q = 2500 yang sulit untuk dicapai.

Untuk mengatasi masalah ini, sistem hirarkis untuk telepon menggunakan prinsip FDM untuk membentuk kelompok, supergroup, kelompok guru dan kelompok supermaster.

Dasar 12 Saluran Grup

Diagram di bawah ini mengilustrasikan prinsip FDM selama 12 channel (mirip dengan 3 saluran) ke bentuk kelompok dasar.

yaitu 12 saluran telepon yang multiplexing dalam band frekuensi 12kHz kHz  60 di 4kHz saluran  kelompok dasar. Sebuah desain untuk kelompok 12 saluran dasar adalah sebagai berikut:

super Grup

Kelompok-kelompok dasar sekarang mungkin multiplexing untuk membentuk kelompok super.group.

5 kelompok dasar multiplexing untuk membentuk kelompok super, yaitu 60 saluran dalam satu kelompok super.

Catatan - spasi kanal dalam kelompok super di atas adalah 48kHz, yaitu masing-masing frekuensi pembawa dipisahkan dengan 48kHz. Ada 12 desain (frekuensi rendah) untuk satu kelompok dasar dan 5 desain untuk kelompok super.

Q untuk kelompok super filter SSB adalah - yang wajar.

Oleh karena itu, sebanyak 17 desain yang diperlukan untuk 60 saluran. Dalam cara yang sama, kelompok sangat mungkin multiplexing untuk membentuk kelompok master, dan kelompok master untuk membentuk kelompok guru Super ...

Time Division Multiplexing (TDM)

Skema dasar TDM

o  Pada TDM, dilakukan proses sampling terhadap sinyal-sinyal yang         akan ditransmisikan menggunakan   rangkaian electronic switching

o  Tiap sinyal disampling pada Nyquist Rate atau lebih tinggi sesuai teori Shanon tentang sampling untuk menghindari Aliasing

o  Pada transmitter Low Pass Filter (LPF) digunakan untuk menghilangkan sinyal dengan frekuensi yang tidak dikehendaki

o  Pada receiver LPF digunakan untuk merekonstruksi sinyal agar sesuai dengan yang dikirimkan

o  Diperlukan adanya sinkronisasi antara rangkaian electronic switching pada transmitter dan receiver

Secara umum TDM menerapkan prinsip pemnggiliran waktu pemakaian saluran transmisi dengan mengalokasikan satu slot waktu (time slot) bagi setiap pemakai saluran (user).

TDM yaitu Terminal atau channel pemakaian bersama-sama kabel yang cepat dengan setiap channel membutuhkan waktu tertentu secara bergiliran (round-robin time-slicing). Biasanya waktu tersebut cukup digunakan untuk menghantar satu bit (kadang-kadang dipanggil bit interleaving) dari setiap channel secara bergiliran atau cukup untuk menghantar satu karakter (kadang-kadang dipanggil character interleaving atau byte interleaving). Menggunakan metoda character interleaving, multiplexer akan mengambil satu karakter (jajaran bitnya) dari setiap channel secara bergiliran dan meletakkan pada kabel yang dipakai bersama-sama sehingga sampai ke ujung multiplexer untuk dipisahkan kembali melalui port masing-masing. Menggunakan metoda bit interleaving, multiplexer akan mengambil satu bit dari setiap channel secara bergiliran dan meletakkan pada kabel yang dipakai sehingga sampai ke ujung multiplexer untuk dipisahkan kembali melalui port masing-masing. Jika ada channel yang tidak ada data untuk dihantar, TDM tetap menggunakan waktu untuk channel yang ada (tidak ada data yang dihantar), ini merugikan penggunaan kabel secara maksimun.

Kelebihanya adalah karena teknik ini tidak memerlukan guardband jadi bandwidth dapat digunakan sepenuhnya dan perlaksanaan teknik ini tidak sekompleks teknik FDM. Teknik TDM terdiri atas :

Asynchronous TDM

 Untuk mengoptimalkan penggunaan saluran dengan cara menghindari adanya slot waktu yang kosong akibat tidak adanya data ( atau tidak aktif-nya pengguna) pada saat  sampling setiap input line, maka pada Asynchronous TDM proses sampling hanya dilakukan untuk input line yang aktif saja. Konsekuensi dari hal tersebut adalah perlunya menambahkan informasi kepemilikan data pada setiap slot waktu berupa identitas

 pengguna atau identitas input line yang bersangkutan.

 Penambahan informasi pada setiap slot waktu yang dikirim merupakan overhead pada Asynchronous TDM.

TDM secara luas digunakan dalam komunikasi digital, misalnya dalam bentuk kode pulsa modulasi digital telephony (TDM / PCM). Pada TDM, setiap sinyal pesan menempati saluran (misalnya saluran transmisi) untuk jangka waktu singkat. Prinsipnya diilustrasikan di bawah ini:

Saklar SW1 dan SW2 memutar dalam sinkronisme, dan di masukan efek sampel setiap pesan secara berurutan m1 (t), m2 (t), m3 (t), M4 (t), M5 (t), m1 (t), m2 (t), ...

Nilai sampel (biasanya dalam bentuk digital) ditularkan dan sembuh di 'ujung' untuk menghasilkan output m1 (t) ... M5 (t). Untuk memudahkan ilustrasi mempertimbangkan sistem tersebut dengan 3 pesan, m1 (t), m2 (t) dan m3 (t), masing-masing tingkat DC yang berbeda seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Dalam ilustrasi ini sampel ditampilkan sebagai tingkatan, yaitu V1, V2 atau V3. Biasanya, tegangan ini akan diubah menjadi kode biner sebelum transmisi sebagaimana dijelaskan di bawah.

Perhatikan bahwa saluran tersebut dibagi dalam slot waktu dan dalam contoh ini, 3 pesan adalah time-division multiplexing di saluran tersebut. Proses pengambilan sampel mensyaratkan bahwa sinyal pesan yang suatu sampel pada tingkat fs  2B, dimana fs adalah sample rate, sampel per detik, dan B adalah frekuensi maksimum sinyal pesan, m (t) (yaitu Teorema Sampling berlaku) . Proses pengambilan sampel secara efektif menghasilkan pulsa kereta api, yang membutuhkan bandwidth yang jauh lebih besar dari B.

Jadi dalam TDM, sinyal pesan menempati bandwidth yang lebar untuk interval waktu yang singkat. Dalam ilustrasi di atas, sinyal akan ditampilkan sebagai PAM (Pulse Amplitude Modulation) sinyal. Dalam praktek ini biasanya diubah menjadi sinyal digital sebelum pembagian waktu multiplexing. Proses ini digambarkan di bawah ini.

Sebuah diagram skematik untuk menggambarkan prinsip selama 3 sinyal pesan ditampilkan di bawah.

Sekali lagi untuk kesederhanaan, setiap masukan pesan diasumsikan tingkat DC. (lihat halaman berikutnya)

Setiap nilai sampel diubah menjadi kode bit n oleh ADC. Setiap bit n kode 'cocok' slot waktu untuk pesan tertentu. Dalam prakteknya, pulsa sampel untuk setiap masukan pesan bisa sama. ADC multiplexing bisa memilih setiap masukan (yaitu sinyal S / H) pada gilirannya untuk konversi.

Untuk sistem saluran N, yaitu N sinyal pesan, sampel pada sampel tingkat fs per detik, dengan setiap sampel dikonversi ke kode biner bit n, dan dengan asumsi tidak ada bit tambahan untuk sinkronisasi diperlukan (dalam praktek bit lebih lanjut diperlukan) itu adalah mudah untuk melihat bahwa bit output rate untuk urutan data digital d (t) adalah

Output bit rate = Nnfs bit / detik.

Code Division Multiplexing (CDM)

 Code Division Multiplexing (CDM) dirancang untuk menanggulangi kelemahankelemahan yang dimiliki oleh teknik multiplexing sebelumnya, yakni TDM dan FDM.. Contoh aplikasinya pada saat ini adalah jaringan komunikasi seluler CDMA (Flexi) Prinsip kerja dari CDM adalah sebagai berikut :

 1. Kepada setiap entitas pengguna diberikan suatu kode unik (dengan panjang 64 bit) yang disebut chip spreading code.

 2. Untuk pengiriman bit ‘1’, digunakan representasi kode (chip spreading code) tersebut.

 3. Sedangkan untuk pengiriman bit ‘0’, yang digunakan adalah inverse dari kode tersebut.

 4. Pada saluran transmisi, kode-kode unik yang dikirim oleh sejumlah pengguna akan ditransmisikan dalam bentuk hasil penjumlahan (sum) dari kode-kode tersebut.

 5. Di sisi penerima, sinyal hasil penjumlahan kode-kode tersebut akan dikalikan dengan kode unik dari si pengirim (chip spreading code) untuk diinterpretasikan.

 selanjutnya :

 - jika jumlah hasil perkalian mendekati nilai +64 berarti bit ‘1’,

 - jika jumlahnya mendekati –64 dinyatakan sebagai bit ‘0’.

 Contoh penerapan CDM untuk 3 pengguna (A,B dan C) menggunakan panjang kode 8 bit (8-chip spreading code) dijelaskan sebagai berikut :

 a. Pengalokasian kode unik (8-chip spreading code) bagi ketiga pengguna :

    - kode untuk A : 10111001

    - kode untuk B : 01101110

    - kode untuk C : 11001101

 b. Misalkan pengguna A mengirim bit 1, pengguna B mengirim bit 0 dan pengguna C mengirim bit 1. Maka pada saluran transmisi akan dikirimkan kode berikut :

   - A mengirim bit 1 : 10111001 atau + - + + + - - +

   - B mengirim bit 0 : 10010001 atau + - - + - - - +

   - C mengirim bit 1 : 11001101 atau + + - - + + - +

   - hasil penjumlahan (sum) = +3,-1,-1,+1,+1,-1,-3,+3

 c. Pasangan dari A akan menginterpretasi kode yang diterima dengan cara :

    - Sinyal yang diterima : +3 –1 –1 +1 +1 –1 –3 +3

    - Kode milik A : +1 –1 +1 +1 +1 -1 –1 +1

    - Hasil perkalian (product) : +3 +1 –1 +1 +1 +1 +3 +3 = 12

    Nilai +12 akan diinterpretasi sebagai bit ‘1’ karena mendekati nilai +8.

d. Pasangan dari pengguna B akan melakukan interpretasi sebagai berikut :

    - sinyal yang diterima : +3 –1 –1 +1 +1 –1 –3 +3

    - kode milik B : –1 +1 +1 –1 +1 +1 +1 –1

    - jumlah hasil perkalian : –3 –1 –1 –1 +1 –1 –3 –3 = -12

   berarti bit yang diterima adalah bit ‘0’, karena mendekati nilai –8.