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Ciencia y Tecnología

Aprende conceptos acerca del multiplexado

Equipo de Expertos en Ciencia y Tecnología

El multiplexado es una forma de enviar múltiples señales o flujos de información a través de un enlace de comunicaciones, al mismo tiempo en forma de una única y compleja señal. El receptor recupera las señales separadas mediante un proceso llamado demultiplexación.

Se trata del proceso que se lleva a cabo cuando en un mismo medio dirigido a la transmisión de información se reúnen un mínimo de dos canales distintos. Pueden ser dos o una cantidad mayor dependiendo de cada uno de los casos. Esta combinación de canales se realiza obligatoriamente a través de una herramienta que conocemos con el nombre de multiplexor. Es de ahí de donde obtiene el nombre este proceso tan utilizado en distintos campos.

Las redes utilizan el multiplexado por dos razones:

  • Para hacer posible que los dispositivos de red puedan comunicarse con cualquier otro dispositivo de red sin tener que dedicar una conexión dedicada para cada par. Esto requiere que se compartan medios.
  • Para hacer que un recurso escaso y/o caro pueda utilizarse exprimiendo al máximo sus posibilidades. Por ejemplo, para enviar muchas señales por cada cable o fibra que se desplaza entre las principales áreas metropolitanas, o a través de una conexión vía satélite.

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Su aplicación en el sector informático

Aunque la multiplexación se utiliza de forma frecuente en distintos terrenos, los que más se aprovechan de ella son los campos de la informática y las telecomunicaciones. Son aquellos que le sacan un mayor partido a sus ventajas y que más exprimen el potencial que ofrece. 

Si hablamos de la informática, la multiplexación se puede utilizar de distintas maneras, expandiéndose el término de una forma flexible en base al contexto

Uno de los usos frecuentes de este término se produce en el momento en el que utilizamos un archivo único en el cual integramos varios archivos independientes que están destinados a quedar unidos. Como cuando montamos un archivo visual al cual le introducimos un documento de audio por una dirección y uno de vídeo por el otro, algo muy común incluso a nivel de usuario cuando se publican vídeos en YouTube

Otro de los momentos en los que podemos usar la multiplexación aplicada a la informática viene en el caso de que queramos salvaguardar un archivo con total seguridad. En ese caso lo que creamos es una serie de copias del mismo archivo que se respaldan las unas a las otras con la intención de evitar incidentes y que si alguna termina viéndose comprometida las otras copias puedan cubrirlas. 

La multiplexación también la vemos en el interior del funcionamiento de una CPU dentro de un ordenador. Este componente multiplexa cuando los distintos procesos se acumulan en periodos de tiempo en los que van ocupando un mismo espacio con la intención de realizar sus acciones determinadas, manteniendo un orden y una cola bien estructurada. Y por supuesto, la multiplexación también se refiere a la situación en la cual un número superior a dos buses de datos comparten información de una manera directa entre diferentes tipos de herramienta, entre las que se pueden incluir una memoria interna o un disco externo de almacenamiento.  

Multiplexar en las telecomunicaciones

Haciendo referencia al caso del montaje de vídeo en informática, vemos que la multiplexación en telecomunicaciones tiene un tipo de funcionamiento similar. En este caso la información se plasma en forma de intercalados que van tomando cuerpo en un mismo elemento sin que se produzca la mezcla de los mismos. Esto se aplica en este caso no solo a vídeo y sonido, sino también a imágenes. 

Para los especialistas de este sector es común referirse a la acción de multiplexar como utilizar el control de acceso al medio, que viene a ser una forma distinta de nombrarlo pero con el mismo objetivo y función. 

Pongamos el ejemplo del sistema por el que funciona la emisión televisiva, que utiliza una frecuencia en la cual solo se podría emitir un canal de imagen si no se realizara la acción de la multiplexación. Al hacerla, sin embargo, de lo que nos beneficiamos es de poder introducir varios canales dentro de la misma señal sin que estos se mezclen en el momento de su concentración. 

Las ventajas del multiplexado en distintos sectores son enormes y solo hay que ver que también se usa en telefonía, telegrafía y procesado de otros medios para entender que se trata de una tecnología fundamental. Además, tiene la particularidad de entenderse con facilidad y de poder ser dominada a nivel práctico sin necesidad de una gran práctica, algo que los profesionales de estos campos agradecen.  

Tipos de multiplexado

En transmisión de radio analógica, las señales se multiplexan comúnmente usando multiplexado por división de frecuencia (FDM), en la que el ancho de banda en un enlace de comunicaciones se divide en subcanales de diferentes anchos de frecuencia, cada uno con una señal al mismo tiempo en paralelo. La TV por cable analógico funciona de la misma manera, enviando múltiples canales a través de los mismos hilos del cable coaxial.

Del mismo modo, en algunas redes ópticas los datos de diferentes canales de comunicación se envían en ondas de luz de diferentes longitudes de onda. Una variante de multiplexado llamada multiplexado compacto por división en longitudes de onda ( wave-length division multiplexing o WDM).

Todas estas técnicas utilizan básicamente el mismo concepto. El multiplexado por división de frecuencia describe los campos que tratan tradicionalmente frecuencias (como la radio y la televisión). El multiplexado compacto por división en longitudes de onda se utiliza en campos que tradicionalmente hablan de longitudes de onda, como las redes de ordenadores que utilizan sistemas de láser (que generan las señales enviadas a través de cables de fibra óptica) y telecomunicaciones. 

Existen otras variaciones como:

  • Multiplexado por división en longitudes de onda ligeras (Coarse wavelength Division Multiplexing o CWDM) que se utilizó a principios de los años 80 para transportar señal de video (CATV) y utiliza menos canales de información.
  • Multiplexado compacto denso por división en longitudes de onda (Dense Wavelength Division Multiplexing o DWDM), que es una técnica de transmisión de señales a través de fibra óptica usando más canales de información

En la transmisión digital, las señales se multiplexan comúnmente usando multiplexado por división de tiempo (TDM), en la que las señales múltiples son llevadas al mismo canal en espacios de tiempo alternados. Por ejemplo, TDM se usa en enlaces SONET que solían ser uno de los pilares de las iniciativas WAN y de conectividad a Internet.

El multiplexado por división en código (Code division multiplexing o CDM) utiliza códigos de identificación para distinguir una señal de otra en un medio compartido. Cada señal es asignada a una secuencia de bits que se combina con la señal original para producir un nuevo flujo de datos codificados. Si un receptor conoce el código puede recuperar la señal original con un proceso llamado dispreading. CDM es ampliamente utilizado en la televisión digital y la radiodifusión, y en las redes móviles. Cuando CDM permite múltiples señales de múltiples fuentes se llama acceso múltiple por división de código o CDMA del inglés Code Division Multiple Access.

El multiplexado en copias de seguridad

Cuando las copias de seguridad de datos se hacen en unidades de cinta, suelen ser lentas y, por esa razón, desde hace años las empresas utilizan el multiplexado para acelerar las tareas de respaldo en esas cintas. Se encuentra disponible en la mayoría de los paquetes de software de copia de seguridad profesionales. Lo que hace es combinar múltiples flujos de datos de copias de seguridad en uno solo para prevenir lo que se conoce como shoe-shining (vaivén de la cinta cada vez que se interrumpe la copia), acortar los tiempos de backup y acelerar las copias de seguridad.

En la actualidad, el disco y la nube están sustituyendo a la cinta como lugares principales de respaldo y, por esa razón, ya no tiene sentido, pero es interesante que conozcas que al igual que en telecomunicaciones, el multiplexado también era utilizado para los backups en cinta.

Resumen final de diferentes usos del multiplexado

Multiplexado por división de frecuencia (FDM)

FDM es un esquema en el que se combinan numerosas señales para la transmisión en una sola línea de comunicaciones o canal. Cada señal se le asigna una frecuencia diferente (subcanal) dentro del canal principal.

Multiplexado por división de tiempo (TDM)

TDM es un método para poner múltiples flujos de datos en una sola señal mediante la separación de la señal en muchos segmentos, cada uno con una duración muy corta. Cada flujo de datos individual se vuelve a montar en el extremo de recepción basándose en el timing.

Multiplexado compacto por división en longitudes de onda (WDM)

WDM es un método de combinación de múltiples señales en una sola fibra óptica a través de portadoras ópticas de diferente longitud de onda, usando luz procedente de un láser o un LED. Cada láser se modula mediante un conjunto independiente de señales.

Multiplexado compacto denso por división en longitudes de onda (DWDM)

DWDM es una tecnología que pone los datos de diferentes fuentes juntos en una fibra óptica, con cada señal transmitida al mismo tiempo en su propia longitud de onda de luz independiente. Usando DWDM, hasta 80 (o incluso más) longitudes de onda o canales de datos separados se puede multiplexar en un solo haz de luz transmitido en una sola fibra óptica. Cada canal tiene una señal de multiplexado por división de tiempo (TDM). En un sistema con cada canal llevando 2,5 Gbps, hasta 200 mil millones de bits se pueden entregar en un segundo por la fibra óptica.

Multiplexado por división en longitudes de onda ligeras (CWDM)

CWDM es un método de combinación de múltiples señales en haces de láser de diferentes longitudes de onda para la transmisión a través de cables de fibra óptica, de manera que el número de canales es menor que en DWDM, pero mayor que WDM.

Multiplexado por división en código (CDM)

CDM utiliza códigos de identificación para diferenciar una señal de otra. Cada señal es asignada a una secuencia de bits que se combina con la señal original para producir un nuevo flujo de datos codificados.

Acceso múltiple por división de código (CDMA)>

CDMA se refiere a cualquiera de los varios protocolos utilizados en las últimas generaciones de comunicaciones inalámbricas. CDMA es una forma de multiplexado, que permite a numerosas señales ocupar un solo canal de transmisión, optimizando el uso de ancho de banda disponible. La tecnología se utiliza en ultra alta frecuencia (UHF), sistemas de telefonía celular en las bandas de 800 MHz y 1,9 GHz.

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