Multiplexing

1
Multiplexing
2
Multiplexing
3
Frequency Division Multiplexing

• FDM
• Penggunaan bandwidth berlebih pada media
  membutuhkan bandwid pada channel
• Tiap sinyal di modulasi dengan frekuensi carrier
  berbeda
• Frekuensi sinyal dipesah sehingga tidak terjasi
  overlap (guard bands)
• e.g. broadcast radio
• Channel diallokasikan jika tidak ada data

4
Diagram Frequency Division Multiplexing
5
Sistem FDM
6
FDM pada Tiga Voiceband Signals
7
Sistem Carrier Analog

• ATT (USA)
• Pola Hirarki FDM
• Group
• 12 voice channels (4kHz each) 48kHz
• Range 60kHz to 108kHz
• Supergroup
• 60 channel
• FDM pada 5 group sinyal dalam carriers diantara
  420kHz dan 612 kHz
• Mastergroup
• 10 supergroups

8
Wavelength Division Multiplexing

• Banyak cahaya pada frekuensi berbeda
• Carried oleh optical fiber
• Bentuk FDM
• Tiap carrier warna cahaya dipisahkan pada saluran
  data
• 1997 Bell Labs
• 100 sinar
• Setiap 10 Gbps
• Memberikan 1 terabit per second (Tbps)
• Sistem komersial pada 160 channels dari 10 Gbps
  yang tersedia
• Lab systems (Alcatel) 256 channels dalam tiap
  39.8 Gbps
• 10.1 Tbps
• Over 100km

9
Operasi WDM

• Secara umum arsitekturnya sama dengan FDM
• Nomor Sumber membangkitkan sinar dengan frekuensi
  berbeda
• Multiplexer menggabungkan sumber-sumber untuk
  ditransmisikan pada single fiber
• Optical amplifiers memperkuat semua wavelengths
• Typically tens of km apart
• Demux membagi channel-channel dalam satu tujuan
• Mostly 1550nm wavelength range
• Dahulu 200MHz tiapr channel
• Sekarang 50GHz

10
Dense Wavelength Division Multiplexing

• DWDM
• Tdak ada ketentuan atau definisi standar
• Secara tidak langsung lebih banyak channel lebih
  banyak akhiran pada WDM
• 200GHz atau kurang

11
Synchronous Time Division Multiplexing

• Kecepatan data pada medium melebihi kecepatan
  data pada sinyal digital yang ditransmisikan
• Multiple digital signals interleaved dalam
• Dimungkinkan dalam level bit pada block-block
• Time slots preassigned untuk sumber dan fixed
• Time slots dialokasikan jika tidak ada data
• Time slots tidak dimiliki selama diantara sumber
  yang didistribusikan

12
Time Division Multiplexing
13
Sistem TDM
14
TDM Link Control

• Tidak ada header-header dan trailers
• Tidak dibutuhkan protokol data link control
• Flow control
• Kecepatan data pada line dimultiplex adalah fixed
• Jika satu channel receiver tidak menerima
  data,yang lain harus mengikuti
• Sumber dikumpulkan harus diquench (dipadamkan)
• Meningglkan slot kosong
• Error control
• Errors dideteksi dan dihandel oleh sistem
  individual channel

15
Data Link Control dalam TDM
16
Framing

• Tidak ada flag atau karakter SYNCmenggolongkan
  frame-frame TDM
• Harus menyediakan mekanisme sinkronisasi
• Membuat framing digit
• Satu kontrol bit dibuat untuk tiap frame TDM
• Seperti channel yang lain - control channel
• Mengidentifikasi bit patterns digunakan untuk
  mengontrol channel
• e.g. alternating 01010101tidak seperti dalam
  data channel
• Dapar membandingkan incoming bit patterns tiap
  channel dengan sync pattern

17
Pulse Stuffing

• Masalah - mensikronkan sumber data
• Clocks dalam sumber yang berbeda penyimpangn
• Kecepatan data untuk sumber yang berbeda tidak
  digabungkan oleh simple rational number
• Solusi - Pulse Stuffing
• Kecepatan data outgoing (excluding framing bits)
  lebih tinggi daripada jumlah kecepatan incoming
• Stuff extra dummy bits or pulses into each
  incoming signal until it matches local clock
• Stuffed pulses inserted at fixed locations in
  frame and removed at demultiplexer

18
TDM pada Sumber Analog dan Digital
19
Sistem Carrier Digital

• Hierarki pada TDM
• USA/Canada/Japan menggunakan satu sistem
• ITU-T menggunakan sistem yang mirip (tetapi
  berbeda)
• US system based on DS-1 format
• Multiplexes 24 channels
• Tiap frame memiliki 8 bit per channel ditambah
  satu framing bit
• 193 bits per frame

20
Sistem Carrier Digital(2)

• Untuk suara tiap channel berisi satu kata pada
  pendigitalan data(PCM, 8000 samples per sec)
• Kecepatan data 8000x193 1.544Mbps
• Five out of six frames have 8 bit PCM samples
• Sixth frame is 7 bit PCM word plus signaling bit
• Bentuk aliran bit pensinyalan untuk tiap channel
  berisi control dan routing info
• Beberapa format untuk data digital
• 23 channels of data
• 7 bits per frame plus indicator bit for data or
  systems control
• 24th channel is sync

21
Mixed Data

• DS-1 dapat membawa mixed voice dan sinyal data
• Digunakan 24 channels
• Tidak ada sync byte
• Dapat interleave DS-1 channels juga
• Ds-2 is four DS-1 giving 6.312Mbps

22
Format DS-1 Transmission
23
SONET/SDH

• Synchronous Optical Network (ANSI)
• Synchronous Digital Hierarchy (ITU-T)
• Compatible
• Signal Hierarchy
• Synchronous Transport Signal level 1 (STS-1) or
  Optical Carrier level 1 (OC-1)
• 51.84Mbps
• Carry DS-3 or group of lower rate signals (DS1
  DS1C DS2) plus ITU-T rates (e.g. 2.048Mbps)
• Multiple STS-1 combined into STS-N signal
• ITU-T lowest rate is 155.52Mbps (STM-1)

24
Format Frame SONET
25
SONET STS-1 Overhead Octets
26
Statistical TDM

• Dalam Synchronous TDM banyak slot yang dibuang
• Statistical TDM mengallocasikan time slots
  dynamically based on demand
• Multiplexer scans line input dan memilih data
  sampai frame penuh
• Kecepatan data pada line lebih kecil daripada
  kecepatan aggregate pada line input

27
Statistical Format Frame TDM
28
Performance

• Output kecepatan data lebih buruk kecepatan
  data aggregate
• Dimungkinkan karena masalah selama peak
  periods
• Buffer inputs
• Menjaga ukuran buffer ke minimum smpai mengurangi
  delay

29
Ukuran Buffer dan Delay
30
Kabel Outlie Modem

• Dua bentuk channel dari kabel tv menyediakan
  dedikasi untuk transfer data
• Satu unutk tiap direction
• Tiap channel shared oleh number pada subscribers
• Pola dibutuhkan untuk alokasi kapasitas
• Statistical TDM

31
Pengoperasian Kabel Modem

• Downstream
• Kabel scheduler mengirimkan data dalam pake-paket
  kecil
• Jika lebih dari satu subscriber active, tiap
  subscriber mendapatkan kapasitas fraction
  downstream
• mendapatkan 500kbps sampai 1.5Mbps
• Digunakan juga untuk alokasi time slots upstream
  untuk subscribers
• Upstream
• User meminta timeslots dalam bagian channel
  upstream
• Diperuntukkan untuk slots
• Headend scheduler mengirim kembali assignment
  pada time slot berikutnya untuk subscriber

32
Pola Kabel Modem
33
Asymmetrical Digital Subscriber Line

• ADSL
• Link diantara subscriber dan jaringan
• Local loop
• Menggunakan currently installed twisted pair
  cable
• Dapat membawa broader spectrum
• 1 MHz atau lebih

34
Disain ADSL

• Asymmetric
• Kapasitas downstream lebih besar daripada
  upstream
• Frequency division multiplexing
• Lowest 25kHz for voice
• Plain old telephone service (POTS)
• Menggunakan echo cancellation atauFDM untuk
  memberikan two bands
• menggunakan FDM within bands
• Range 5.5km

35
Konfigurasi Channel ADSL
36
Discrete Multitone

• DMT
• Multiple sinyal carrier dalam frekuensi yang
  berbeda
• Beberapa bit tiap channel
• 4kHz subchannels
• Mengirimkan tes sinyal untuk digunakan
  subchannels dengan snyal lebih baik dari rasio
  noise
• 256 downstream subchannels at 4kHz (60kbps)
• 15.36MHz
• Impairments memberi this down ke1.5Mbps ke 9Mbps

37
DTM Bits Per Alokasi Channel
38
Transmitter DMT
39
xDSL

• Kecepatan data tinggi DSL
• Single line DSL
• Kecepatan data sangat tinggi DSL

40
Spread Spectrum

• Data digital atau analog
• Isyarat analog
• Spread spectrum yang melebihi lebar bandwidth
• Membuat Jamming dan interception harder
• Frekwensi harapan
• Signal Broadcast melebihi rangkaian frekwensi
  acak
• Urutan Langsung (Direct Sequence)
• Masing-Masing bit diwakili oleh berbagai bit
  dalam sinyal yang dipancarkan
• Pemotongan kode (Chipping Code)

41
Konsep Spread Spectrum

• Memberi masukan ke dalam channel encoder
• Membatasi bandwidth sinyal analog di sekitar
  frekwensi pusat
• Sinyal termodulasi menggunakan digit sequence
• penyebaran code/sequence
• secara khas dihasilkan oleh pseudonoise/
  pseudorandom number generator
• menaikkan Bandwidth secara significan
• spread spektrum
• Receiver menggunakan squence yang sama untuk
  memodulasi sinyal
• Sinyal termodulasi di inputkan kedalam Channel
  decoder

42
Model Umum dari Sistem Spread Spectrum
43
Gains (Penguatan)

• Imunitas dari berbagai noise dan multipath
  distortion
• Termasuk gangguan (Jamming)
• Dapat mengacak sinyal
• Hanya receiver yang mengetahui pengacakan kode
  dapat mendapat kembali sinyal
• Beberapa user dapat mengunakan bandwidth yang
  lebih besar dengan sedikit interferency
• Telepon seluler
• Code division multiplexing (CDM)
• Code division multiple access (CDMA)

44
Jumlah Pseudorandom

• Dihasilkan Oleh Algoritme menggunakaninitial seed
• Algoritma Deterministic
• tidak benar-benar acak
• Jika algoritma baik, hasil lewat test acak layak
• Harus mengetahui algoritma dan seed untuk
  memprediksikan sequence

45
Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS)

• Sinyal broadcastmelebihi rangkaian frekwensi
  acak
• Receiver meloncat antar frekwensi dalam sync
  dengan transmitter
• Eavesdroppers hear unintelligible blips
• Jamming pada satu frekwensi hanya mempengaruhi
  sedikit bit

46
Operasi Dasar

• 2k frekuensi carier menhasilkan 2k channels
• Saluran yang mengatur jarak bersesuaian dengan
  bandwidth masukan
• Masing-masing saluran digunakan untuk
  memperbaiki interval
• 300 m didalam IEEE 802.11
• Beberapa jumlah bit dikirim beberapa
  penggunaan rencana penyandian
• _at_ Maka jadilah pecahan bit
• Sequence yang didikte dengan Spreading kode

47
Contoh Frequncy Hopping(frequansi Harapan)
48
Sistem Frequency Hopping Spread Spectrum pada
Transmitter
49
Sistem Frequency Hopping Spread Spectrum pada
Receiver
50
Slow and Fast FHSS

• Frekwensi bergeser tiap-tiap Tc Detik
• Durasi dari signal element adalah Ts detik
• Slow FHSS memiliki Tc ? Ts
• Fast FHSS memiliki Tc lt Ts
• Biasanya fast FHSS memberikan improved
  performance dalam noise (or jamming)

51
Slow Frequency Hop Spread Spectrum menggunakan
MFSK (M4, k2)
52
Fast Frequency Hop Spread Spectrum menggunakan
MFSK (M4, k2)
53
FHSS Performance Considerations

• Typically large number of frequencies used
• Improved resistance to jamming

54
Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)

• Masing-Masing Bit yang diwakili oleh berbagai bit
  yang menggunakan spreading kode
• Kode Penyebaran menyebar sinyal ke seberang
  frekwensi band lebih luas
• Sebanding dengan jumlah bit yang digunakan
• 10 kode penyebaran bit menyebar sinyal ke
  seberang 10 kali luas bidang 1 kode bit
• Satu metoda
• Kombinasi masukan dengan kode penyebaran
  (spreading code ) yang menggunakan XOR
• Bit Masukan 1 membalikkan bit kode penyebaran
• Bit Masukan 0 tidak bisa membalikkan bit kode
  penyebaran
• Data rate samadengan spreading code asli
• Performance similar ke FHSS

55
Contoh Direct Sequence Spread Spectrum
56
Direct Sequence Spread Spectrum pada Transmitter
57
Direct Sequence Spread Spectrum pada Receiver
58
Contoh Direct Sequence Spread Spectrum
Menggunakan BPSK
59
Approximate spectrum sinyal DSSS
60
Code Division Multiple Access (CDMA)

• Diri dari banyak bagian Teknik yang digunakan di
  spektrum di/tersebar
• Mulai dengan tingkat tarip isyarat data D
• Tingkat tarip Data Bit yang disebut/dipanggil
• PecahKan masing-masing menggigit ke dalam k
  memotong menurut pola teladan ditetapkanperbaiki
  dikhususkan untuk pemakai masing-masing
• UserS kode
• Saluran baru mempunyai data chip menilai kD chip
  per detik
• E.G. K6, tiga para pemakai ( A,B,C)
  memberitahukan penerima dasar R
• Kode untuk A lt 1,-1,-1,1,-1,1gt
• Kode untuk B lt 1,1,-1,-1,1,1gt
• Kode untuk C lt 1,1,-1,1,1,-1gt

61
Contoh CDMA
62
CDMA Explanation

• Mempertimbangkan Suatu memberitahukan dasar
• Dasar mengetahui AS kode
• Asumsikan komunikasi telah menyamakan
• Suatu kekurangan untuk mengirimkan suatu 1
• Irimkan chip mempola lt 1,-1,-1,1,-1,1gt
• AS kode
• Suatu kekurangan untuk mengirimkan 0
• Irimkan chip mempola lt- 1,1,1,-1,1,-1gt
• Komplemen AS kode
• Ahli sandi mengabaikan lain sumber ketika
  penggunaan AS kode untuk memecahkan kode
• Orthogonal Kode

63
CDMA untuk DSSS

• n para pemakai masing-masing menggunakan berbeda
  ORTHOGONAL PN urutan
• Atur arus data para pemakai masing-masing
• Menggunakan BPSK
• Alikan dengan penyebaran kode pemakai

64
CDMA di (dalam) suatu DSSS Lingkungan
65
Tujuh Menggali CDMA Sandi dan Mecahkan kode