Was ist ein Multiplexer (MUX) und welche Vorteile hat er?

Aug 22, 2023

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Margaret Rouse ist eine preisgekrönte technische Autorin und Dozentin, die für ihre Fähigkeit bekannt ist, einem technisch nicht versierten Fachpublikum komplexe technische Themen einfach zu erklären. Über…

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Ein Multiplexer (MUX) ist ein Netzwerkgerät, das die gemeinsame Übertragung eines oder mehrerer analoger oder digitaler Eingangssignale über dieselbe Kommunikationsübertragungsverbindung ermöglicht. Der Zweck des Multiplexens besteht darin, Signale über ein einziges gemeinsames Medium zu kombinieren und zu übertragen, um die Effizienz zu optimieren und die Gesamtkosten der Kommunikation zu senken.

Im Wesentlichen fungiert ein MUX als Schalter mit mehreren Eingängen und einem Ausgang, der die Weiterleitung mehrerer analoger und digitaler Eingangssignale über eine einzige Ausgangsleitung ermöglicht. Auf der Empfangsseite stellt ein weiteres Gerät, ein sogenannter Demultiplexer, die ursprünglichen Einzelsignale wieder her.

Multiplexing-Techniken sind im Zeitalter des Internets der Dinge, des Edge Computing und von 5G zu nützlichen Werkzeugen zur Netzwerkoptimierung geworden. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass Multiplexing selbst im Hinblick auf postindustrielle Technologien ziemlich alt ist. In seinen frühesten Formen lässt sich Multiplexing bis ins 19. Jahrhundert zurückverfolgen, als es erstmals zur Optimierung veralteter Kommunikationskanäle wie Telegraf und Radio eingesetzt wurde.

Heutzutage wären die folgenden Kommunikationsanwendungen ohne Multiplexing unerschwinglich teuer: Telekommunikation, Satelliten, Telemetrie und Rundfunk.

Zu den Arten von Multiplexing-Technologien und -Prozessen gehören unter anderem:

Heutzutage sind Frequenzmultiplex, Zeitmultiplex und Wellenlängenmultiplex die Multiplexarten, die am engsten mit der Telekommunikation in Verbindung gebracht werden.

Für analoge Signale in der Telekommunikation und Signalverarbeitung kann ein Zeitmultiplexer mehrere Abtastwerte separater analoger Signale auswählen und sie zu einem pulsamplitudenmodulierten (PAM) Breitband-Analogsignal kombinieren. Wenn zwei Eingangssignale und ein Ausgangssignal vorhanden sind, wird ein MUX als 2-zu-1-Multiplexer bezeichnet; mit vier Eingangssignalen ist es ein 4-zu-1-Multiplexer – und so weiter.

Für digitale Signale in der Telekommunikation in einem Computernetzwerk oder mit digitalem Video können mehrere Datenströme von Eingangssignalen mit variabler Bitrate (unter Verwendung der Paketmoduskommunikation) zu einem Signal mit konstanter Bandbreite kombiniert oder gemultiplext werden. Mit einem alternativen Verfahren unter Verwendung eines TDM kann eine begrenzte Anzahl von Datenströmen von Eingangssignalen mit konstanter Bitrate in einen Datenstrom mit höherer Bitrate gemultiplext werden.

Ein Multiplexer benötigt einen Demultiplexer, um den Prozess abzuschließen und Multiplexsignale zu trennen, die von dem einzelnen gemeinsam genutzten Medium oder Gerät übertragen werden. Häufig werden ein Multiplexer und ein Demultiplexer in einem einzigen Gerät (oft auch einfach Multiplexer genannt) kombiniert, damit das Gerät sowohl eingehende als auch ausgehende Signale verarbeiten kann.

Alternativ kann der einzelne Ausgang eines Multiplexers über einen einzelnen Kanal mit dem einzelnen Eingang eines Demultiplexers verbunden werden. Beide Methoden werden häufig als kostensparende Maßnahme eingesetzt. Da die meisten Kommunikationssysteme in beide Richtungen übertragen, werden an beiden Enden der Übertragungsleitung ein einzelnes kombiniertes Gerät oder zwei separate Geräte (wie im letzten Beispiel) benötigt.

Eine der faszinierendsten neuen Anwendungen des Multiplexing betrifft neue Kommunikationsparadigmen wie 5G, bei denen unterschiedliche Hardware- und Setup-Kapazitäten für unterschiedliche Arten der Signalübertragung sorgen. Beispielsweise umfasst das Wellenform-Multiplexing für 5G teilweise und vollständige Konnektivitätsdesigns, die mit Hochfrequenzketten verbundene Unterarrays verwenden, um diese Art der Mehrfachsignalübertragung zu optimieren.

Experten beschreiben den Einsatz von Small-Cell-Technologien mit Breitband- und Multi-Gigabyte-Raten zur Unterstützung datenintensiver Aktivitäten wie HDTV und drahtloses Gaming. Sie stellen fest, dass die digitale Beamforming-Architektur bei Downlink-Sendern und anderen Aspekten mobiler Anwendungen nützlich sein kann.

Im Allgemeinen ist die Zukunft des Multiplexings eng mit den Konnektivitätstypen verknüpft, die einen vielfältigeren Datenverkehr auf einem bestimmten Hardwaresystem ermöglichen. Virtuelle lokale Netzwerke oder VLANs sind beispielsweise Konfigurationen, bei denen physische LANs, die aus verschiedenen Hardwareteilen bestehen, mehr als eine Bandbreitenbahn über das Netzwerk übertragen können. Signale, die für verschiedene Komponenten bestimmt sind, werden also auf denselben Leitungen übertragen und mithilfe von Virtualisierungsschemata effektiv verarbeitet.

Multiplexing ist insofern ähnlich, als es die Fähigkeit fördert, Daten von verschiedenen Gerätepaaren in einer Art Tunnelsystem zu übertragen, in dem Multiplexer und Demultiplexer einander ergänzen.

Die Idee des Multiplexings beruht im Wesentlichen auf der Suche nach Effizienzsteigerungen für Telekommunikations- oder ähnliche Systeme, die eine „Pipeline“ für die Kommunikation nutzen. Diese Art der Verkehrskontrolle ist der Grund für enorme Fortschritte in der Kommunikationstechnologie in den letzten Jahrzehnten.

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Von: Viraj Randev

Von: Mensholong Lepcha | Krypto- und Blockchain-Autor

Von: Assad Abbas | Festangestellter außerordentlicher Professor für Informatik an der COMSATS University

Von: Arthur Cole | Mitwirkender

Von: Tim Keary | Technologieexperte