多重化
Channel: 宇宙のすべての知識 プリンシピア
Date: 28/05/2020

多重化, by Wikipedia https://ja.wikipedia.org/wiki?curid=127344 / CC BY SA 3.0

#多重化
#通信工学
多重化（たじゅうか、英: multiplexing, muxing）とは電気通信およびコンピュータネットワークにおいて、複数のアナログ信号またはデジタルデータストリームをまとめ、一つの共有された伝送路で送ることである。
多重通信、多重伝送とも言う。
高価・貴重な資源を共有することを目的としている。
例えば電気通信において、電話の複数の通話を1つの電話線で伝送することがある。
多重化は電信から始まり、その後様々な通信で使われるようになった。
 多重化の概念図: 複数の入力伝送路を多重化して単一の高速伝送路に接続する。
多重化されたデータストリームをデマルチプレクサが受信し、元々の複数のデータストリームに展開する。
 多重化された信号群は1つの伝送路上で送られる。
多重化は、物理的には1つの高速大容量の伝送路を論理的な複数の伝送路に分割し、それぞれの論理伝送路を伝送すべき個々の信号やデータストリームに割り当てるものである。
その逆の処理を多重分離 (demultiplexing) と呼び、受信側で本来の伝送路群を展開する。
 多重化を行うデバイスをマルチプレクサ (MUX)、その逆を行うデバイスをデマルチプレクサ (DEMUX) と呼ぶ。
 逆多重化 (IMUX) は多重化とは逆の目的で使われる。
もともと1つだったデータストリームを複数に分割し、それらを同時に複数の伝送路を使って送信し、受信側で元のデータストリームを再構成する。
 多重化技術にはいくつかの種類があり、それぞれに様々な派生技術がある。
主なものとして、空間分割多重化 (SDM)、周波数分割多重化 (FDM)、時分割多重化 (TDM)、符号分割多重化 (CDM) がある。
 伝送路を有効利用するため各方式を組み合せて使用することが多くなってきている。
 パケット通信のようにビットレートが変化するデジタルのビットストリームの場合、統計多重化を使って固定帯域幅の伝送路で効率的に伝送できる。
パケット通信は非同期な時間領域多重化の一例であり、時分割多重化に似ている。
 デジタルのビットストリームは符号分割多重化 (CDM) を使ってアナログ伝送路上で伝送でき、周波数ホッピング・スペクトラム拡散 (FHSS) や直接シーケンス・スペクトラム拡散 (DSSS) などの技法がある。
 無線通信では、隣接する伝送路と人工衛星で偏波をずらす（水平/上下あるいは時計回り/反時計回り）で多重化したり、MIMO (Multiple-input multiple-output) 方式を組合わせたアレイアンテナによって多重化したりする。
 有線通信の空間分割多重化では、単に2地点を複数本の電線で繋いでそれぞれ異なる伝送路として使う方式も含まれる。
例えば、アナログステレオのオーディオケーブルでは、右チャンネル用と左チャンネル用にそれぞれペアのワイヤが使われている。
また、電話線も多数の撚り対線で構成される。
もう1つの例として、アナログ電話網（ただし、交換機内部や交換機同士の接続では一般に他の多重化技法が使われている）やスイッチ型イーサネットなどの星型ネットワークがある。
3つめの例はメッシュネットワークである。
一般に有線の空間分割多重化は多重化とは見なされない。
 無線通信の空間分割多重化は、複数のアンテナ部品を並べたアレイアンテナによるものである。
MIMO (multiple-input and multiple-output)、SIMO (single-input and multiple-output)、MISO (multiple-input and single-output) と呼ばれる多重化がある。
例えば、IEEE 802.11n の無線ルータに N 個のアンテナがあるとき、それぞれがピークビットレート 54 Mbit/s の N 個の多重化された伝送路で通信可能で、全体としてピーク性能が N 倍になる。
それぞれのアンテナはそれぞれ異なるマルチパス（エコー）特性を示すため、デジタル信号処理によって個々の信号に分離することができる。
これらの技法は多重化以外に、空間ダイバーシティ（通信品質の向上）やビームフォーミング（選択性向上）にも使われる。
 詳細は「周波数分割多重化」を参照 周波数分割多重化 (FDM): 各入力信号のスペクトルをそれぞれ別の周波数範囲にずらして配置する。
 周波数分割多重化 (FDM) は本来、アナログ通信の技法である。
FDMは複数のデジタル信号をそれぞれ異なる周波数領域...