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Internet - Multiplazioni
Multiplazione e condivisione di un canale di trasmissione

In elettronica e nelle telecomunicazioni col termine multiplazione (multiplexing) si intende indicare la tecnica mediante la quale più segnali condividono lo stesso canale di trasmissione. Facciamo subito qualche semplice esempio per capire di cosa stiamo parlando.

Quando facciamo una telefonata a qualcuno che abita in un'altra città, il segnale vocale relativo alla nostra chiamata viene trasmesso fino a destinazione usando i cavi telefonici che collegano le due città. E' ovviamente impensabile che esista un cavo separato per ogni coppia di utenti residenti nelle due città, poiché il numero di collegamenti necessari diventerebbe enorme. Dunque gli stessi cavi (canali di trasmissione) devono essere condivisi contemporaneamente fra più utenti: questo è appunto un caso di multiplazione.

Un altro semplice esempio è quello delle trasmissioni radio. Tutte le stazioni radiofoniche condividono lo stesso canale di trasmissione (in questo caso lo spazio in cui si propagano le onde elettromagnetiche). Anche questo è un esempio di multiplazione. In fase di ricezione, il ricevitore radio dovrà separare la trasmissione su cui siamo sintonizzati da tutte le altre che viaggiano sullo stesso canale.

La schema generale della multiplazione è il seguente:

Il multiplexer e il demultiplexer sono due dispositivi il cui scopo è quello di multiplexare più segnali su un unico canale (in trasmissione) e quindi demultiplexarli, separando le singole trasmissioni, in ricezione.

E' evidente che il multiplexing è fondamentale per il funzionamento della rete internet. Infatti i miliardi di comunicazioni che viaggiano in rete contemporaneamente condividono gli stessi canali di trasmissione (gli stessi cavi, gli stessi satelliti etc.), per cui devono esistere sistemi adatti a convogliare tutte queste trasmissioni sugli stessi canali e quindi a separarle in arrivo.

Le due principali tecniche usate per la multiplazione nell'ambito delle comunicazioni tradizionali sono la multiplazione a divisione di tempo e quella a divisione di frequenza, cui accenneremo ora brevemente. Entrambe sono utilizzate in diversa misura (soprattutto quella a divisione di frequenza) per le comunicazioni in internet. Nella prossima lezione vedremo invece un'altra tecnica di multiplexing (detta a commutazione di pacchetto) che invece è caratteristica peculiare delle trasmissioni in rete.

Multiplazione a divisione di tempo (TDM = Time Division Multiplexing)

Nella multiplazione a divisione di tempo (Time Division Multiplexing) i segnali da trasmettere su un unico canale condiviso vengono suddivisi in campioni di breve durata e trasmessi sul canale comune insieme ai campioni appartenenti agli altri segnali.

Si osservi la figura seguente dove il terminale superiore nella colonna di sinistra vuole comunicare con quello superiore nella colonna di destra, il centrale della colonna di sinistra col centrale nella colonna di destra e l'inferiore di sinistra con l'inferiore di destra. Tutti terminali condividono lo stesso canale di trasmissione:

In trasmissione ad ogni terminale viene assegnato un intervallo di tempo (time slot) durante il quale può occupare il canale. Al termine del time slot, il canale viene assegnato a un'altra coppia di terminali e così via, in modo ciclico.

Se la commutazione fra una coppia di terminali e l'altra avviene abbastanza rapidamente, ovvero sei time slot sono brevi e si ripetono con frequenza elevata nel tempo, trasmettitore e ricevitore hanno l'illusione di essere gli unici proprietari del canale e che la loro comunicazione avvenga senza interruzioni nel tempo.

Multiplazione a divisione di frequenza (FDM = Frequency Division Multiplexing)

Nella multiplazione a divisione di frequenza (Frequency Division Multiplexing) il canale di trasmissione viene suddiviso in sottocanali, ognuno dei quali corrisponde a un determinato intervallo di frequenze (banda), assegnati a ogni coppia di trasmettitore-ricevitore.

Il concetto non è semplicissimo da comprendere senza un'adeguata conoscenza dell'analisi in frequenza dei segnali (argomento che esula dai limiti di questa trattazione). Possiamo però fare un semplice esempio parlando di segnali luminosi.

Tutti sanno che la luce si può scomporre nella somma di tre colori primari che sono il rosso (Red), il blu (Blue) e il verde (Green). Qualunque colore si può ottenere da un'opportuna miscela di RGB; il bianco è dato dalla somma di uguali quantità di RGB, mentre il nero si ottiene quando nessuno dei tre colori primari è presente.

Sfruttando queste idee potremmo realizzare un elementare sistema di trasmissione a divisione di frequenza che usa la luce come segnale trasmissivo. Immaginiamo, come prima, tre coppie di terminali in comunicazione su un unico canale condiviso. Ogni coppia di terminali usa una luce di uno dei colori primari (RGB) per la trasmissione. I segnali luminosi emessi dai tre trasmettitori vengono convogliati su un unico canale (ad esempio un cavo in fibra ottica, in grado di trasmettere la luce) e in ricezione, tramite opportuni filtri colorati, i tre segnali di colore vengono nuovamente separati l'uno dall'altro.

Questa multiplazione (tecnicamente si chiama Wavelength Division Multiplexing) è un esempio di multiplazione a divisione di frequenza con segnali luminosi.

Qualcosa di simile può essere fatto con i segnali elettrici e con le onde radio: anche in questi casi si assegna un "colore" (una banda di frequenze) a ogni coppia trasmettitore-ricevitore. In trasmissione tutte le bande vengono miscelate su un unico canale; in ricezione avviene invece la separazione fra le bande.

 

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