MULTIPLEXING

Pengertian Multiplexing

Multiplexing adalah suatu teknik mengirimkan lebih dari satu (banyak) informasi melalui satu saluran. Istilah ini adalah istilah dalam dunia telekomunikasi. Contoh aplikasi dari teknik multiplexing ini adalah pada jaringan transmisi jarak jauh, baik yang menggunakan kabel maupun yang menggunakan media udara (wireless atau radio). Sebagai contoh, satu helai kabel optik Surabaya-Jakarta bisa dipakai untuk menyalurkan ribuan percakapan telepon. Idenya adalah bagaimana menggabungkan ribuan informasi percakapan (voice) yang berasal dari ribuan pelanggan telepon tanpa saling bercampur satu sama lain.

Teknik multiplexing ada beberapa cara. Yang pertama, multiplexing dengan cara menata tiap informasi (suara percakapan 1 pelanggan) sedemikian rupa sehingga menempati satu alokasi frekuensi selebar sekitar 4 kHz. Teknik ini dinamakan Frequency Division Multiplexing (FDM). Teknologi ini digunakan di Indonesia hingga tahun 90-an pada jaringan telepon analog dan sistem satelit analog sebelum digantikan dengan teknologi digital.

Pada tahun 2000-an ini, ide dasar FDM digunakan dalam teknologi saluran pelanggan digital yang dikenal dengan modem ADSL (asymetric digital subscriber loop). Yang kedua adalah multiplexing dengan cara tiap pelanggan menggunakan saluran secara bergantian. Teknik ini dinamakan Time Division Multiplexing (TDM). Tiap pelanggan diberi jatah waktu (time slot) tertentu sedemikian rupa sehingga semua informasi percakapan bisa dikirim melalui satu saluran secara bersama-sama tanpa disadari oleh pelanggan bahwa mereka sebenarnya bergantian menggunakan saluran. Kenapa si pelanggan tidak merasakan pergantian itu? Karena pergantiannya terjadi setiap 125 microsecond; berapapun jumlah pelanggan atau informasi yang ingin di-multiplex, setiap pelanggan akan mendapatkan giliran setiap 125 microsecond, hanya jatah waktunya semakin cepat. Teknik multiplexing yang ketiga adalah yang digunakan dalam saluran kabel optik yang disebut Wavelength Division Multiplexing (WDM), yaitu satu kabel optik dipakai untuk menyalurkan lebih dari satu sumber sinar dimana satu sinar dengan lamda tertentu mewakili satu sumber informasi.

Pada pembahasan ini, digambarkan teknik-teknik yang efisien dalam penggunaan data link dengan beban yang sangat berat. Secara spesifik, dengan perangkat yang dihubungkan dengan jalur ujung-ke-ujung, umumnya diharapkan adanya frame multiple yang menonjol sehingga link data tidak macet di antara kedua station tersebut. Biasanya, dua station yang saling berkomunikasi tidak akan menggunakan link data berkapasitas penuh. Untuk efisiensinya, kaasitas tersebut harus dibagi. Istilah umum untuk pembagian semacam itu disebut multiplexing.

Aplikasi multiplexing yang umum adalah dalam komunikasi long-haul. Media utama pada jaringan long-haul berupa jalur gelombang  mikro, koaksial, atau serat optik berkapasitas tinggi. Jalur-jalur ini dapat memuat transmisi data dalam jumlah besar secara simultan dengan menggunakan multiplexing.

Pada gambar dibawah ini menggambarkan fungsi multiplexing dalam bentuk yang paling sederhana. Terdapat input n untuk multiplexer. Multiplexer dihubungkan ke demultiplexer melalui sebuah jalur tunggal. Saluran tersebut mampu membawa n channel data yang terpisah.

(Gambar  Konsep Dasar Dari Multiplexing)

Multiplexer menggabungkan (melakukan multiplexing) data dari jalur input n dan mentransmisikannya melalui jalur berkapasitas tinggi. Demultiplexer menerima aliran data yang sudah dimultiplexkan, kemudian memisahkan (malakukan demultiplexing) data berdasarkan channel, lalu mengirimkannya ke saluran output yang tepat.

Penggunaan multiplexing secara luas dalam komunikasi data dapat dijelaskan melalui hal-hal berikut ini:

Ø  Semakin tinggi rate data, semakin efektif biaya untuk fasilitas transmisi. Maksudnya, untuk suatu aplikasi dan pada jarak tertentu, biaya per kbps menurun bila rate data fasilitas transmisi meningkat. Hampir sama dengan itu, biaya transmisi dan peralatan penerima per kbps menurun, bila rate data meningkat.

Ø  Sebagian besar perangkat komunikasi data individu memerlukan dukungan rate data yang relatif sedang-sedang saja. Sebagai contoh, untuk sebagian besar aplikasi komputer pribadi dan terminal, rate data diantara 9600 bps dan 64 kbps sudah cukup memadai.

Pernyataan tersebut dimaksudkan sebagai syarat-syarat bagi perangkat komunikasi data. Pernyataan yang sama diterapkan untuk komunikasi suara. Maksudnya, semakin besar fasilitas transmisi sebagai syarat untuk channel suara, semakin berkurang biaya per channel suara individu. Kapasitas yang diperklukan untuk sebuah channel suara tunggal biasanya sedang-sedang saja.

Pembahasan ini menitik beratkan pada lima jenis teknik multiplexing. Pertama, kasus khusus dari time Division Multiplexing (TDM) terdiri atas synchkronous TDM dan asynchkronous TDM. Jenis ini paling banyak dipergunakan untuk memultiplexingkan aliran suara dan aliran data yang didigitalkan. Kedua, Frequency-Division Multiplexing (FDM), yang paling banyak dilakukan dan cukup dikenal oleh siapa saja yang pernah menggunakan radio atau televisi. Jenis ketiga, Code Division Multifplexing (CDM) jenis ini  dirancang untuk menanggulangi kelemahan-kelemahan yang dimiliki oleh teknik multiplexing sebelumnya, yakni TDM dan FDM. Contoh aplikasinya padasaati ini adalah jaringan seluler CDMA (Flexi). Jenis keempat Wavelenght Division Multiplexing (WDM), teknik ini digunakan pada transmisi data pada serat optik (optical fiber) Diana sinyal yang ditransmisikan berupa cahaya. Kelima Optical Code Division Multiplexing (ODM), prinsip yang digunakan pada ODM sama dengan CDM, hanya dalam hal ini yang dikodekan adalah berupa sinyal analog cahaya dengan pola tertentu.

Jenis Teknik Multiplexing

Teknik Multiplexing yang umum digunakan adalah :

a.    Time Division Multiplexing (TDM) :

·         Synchronous TDM

·         Asynchronous TDM

b.    Frequency Division Multiplexing (FDM)

c.    Code Division Multiplexing (CDM)

d.    Wavelength Division Multiplexing (WDM)

e.    Optical code Division Multiplexing (ODM)

         Time Division Multiplexing (TDM)

Secara umum TDM menerapkan prinsip pemnggiliran waktu pemakaian saluran transmisi dengan mengalokasikan satu slot waktu (time slot) bagi setiap pemakai saluran (user). TDM yaitu Terminal atau channel pemakaian bersama-sama kabel yang cepat dengan setiap channel membutuhkan waktu tertentu secara bergiliran (round-robin time-slicing). Biasanya waktu tersebut cukup digunakan untuk menghantar satu bit (kadang-kadang dipanggil bit interleaving) dari setiap channel secara bergiliran atau cukup untuk menghantar satu karakter (kadang-kadang dipanggil character interleaving atau byte interleaving). Menggunakan metode character interleaving, multiplexer akan mengambil satu karakter (jajaran bitnya) dari setiap channel secara bergiliran dan meletakkan pada kabel yang dipakai bersama-sama sehingga sampai ke ujung multiplexer untuk dipisahkan kembali melalui port masing-masing. Menggunakan metoda bit interleaving, multiplexer akan mengambil satu bit dari setiap channel secara bergiliran dan meletakkan pada kabel yang dipakai sehingga sampai ke ujung multiplexer untuk dipisahkan kembali melalui port masing-masing. Jika ada channel yang tidak ada data untuk dihantar, TDM tetap menggunakan waktu untuk channel yang ada (tidak ada data yang dihantar), ini merugikan penggunaan kabel secara maksimun. Kelebihanya adalah karena teknik ini tidak memerlukan guardband jadi bandwidth dapat digunakan sepenuhnya dan perlaksanaan teknik ini tidak sekompleks teknik FDM.

Gambar  TDM

                        Kelebihan dari teknik TDM (Time Division Multiplexing)

a.    Dapat dengan mudah disesuaikan dengan transmisi data serta komunikasi suara. TDMA menawarkan kemampuan untuk membawa kecepatan data dari 64 kbps sampai 120 Mbps (diperluas dalam kelipatan 64 kbps) yang memungkinkan operator untuk menawarkan komunikasi pribadi seperti faks, voiceband data, dan layanan pesan singkat (SMS) serta aplikasi yang membutuhkan “pitalebar” secara intensif seperti multimedia dan videoconference.

b.    Tidak seperti teknik spread-spectrum yang dapat mengalami gangguan di antara para pengguna yang semuanya berada pada pita frekuensi yang sama dan berhubungan pada saat yang sama, teknologi TDMA memisahkan pengguna dalam waktu, agar tidak mengalami gangguan dari hubungan simultan lainnya.

c.    TDMA menyediakan daya hidup baterai yang lama.

d.    TDMA menjalankan pengisian penyimpanan di stasiun dasar peralatan, ruang dan pemeliharaan, merupakan faktor penting sebagai ukuran pertumbuhan sel yang lebih kecil.

e.    Biaya penggunaan TDMA sangat efektif untuk mengubah teknologi arus sistem analog ke digital.

Kekurangan dari teknik TDM (Time Division Multiplexing)

a.    Penggunaan dari celah waktu yang sudah ditetapkan membuat sulit untuk mengendalikan panggilan ke kolom berikutnya, menambah kemungkinan dari se­buah panggilan akan terputus ketika panggilan tersebut bergerak diantara kolom­kolom.

b.    TDMA merupakan pokok dari penggabungan bagian bagian distorsi, yang berdampak ketika potongan dari perbincangan melompat mengelilingi bangunan dan kesulitan lainnya seperti sikap pada saat perbincangan sampai pada telepon dari urutan.

c.    Pemborosan bandwidth.

Teknik TDM terdiri atas :

a.    Synchronous TDM

Hubungan antara sisi pengirim dan sisi penerima dalam komunikasi data yang menerapkan teknik Synchronous TDM.Cara kerja Synchronous TDM dijelaskan dengan ilustrasi dibawah ini

Gambar Ilustrasi hasil sampling dari input line

b.    Asynchronous TDM

Untuk mengoptimalkan penggunaan saluran dengan cara menghindari adanya slot waktu yang kosong akibat tidak adanya data ( atau tidak aktifnya pengguna) pada saat  sampling setiap input line, maka pada Asynchronous TDM proses sampling hanya dilakukan untuk input line yang aktif saja. Konsekuensi dari hal tersebut adalah perlunya menambahkan informasi kepemilikan data pada setiap slot waktu berupa identitas pengguna atau identitas input line yang bersangkutan. Penambahan informasi pada setiap slot waktu yang dikirim merupakan overhead pada Asynchronous TDM.  Pada gambar 3 akan menyajikan contoh ilustrasi yang sama dengan gambar Ilustrasi hasil sampling dari input line jika ditransmisikan dengan Asynchronous TDM.

Gambar  Frame pada Asysnchronous TDM

2          Frequency Division Multiplexing (FDM)

Prinsip dari FDM adalah pembagian bandwidth saluran transmisi atas sejumlah kanal (dengan lebar pita frekuensi yang sama atau berbeda) dimana masing-masing kanal dialokasikan ke pasangan entitas yang berkomunikasi. Contoh aplikasi FDM ini yang polpuler pada saat ini adalah Jaringan Komunikasi Seluler, seperti GSM (Global System Mobile) yang dapat menjangkau jarak 100 m s/d 35 km. Tingkatan generasi GSM adalah sbb:

First-generation: Analog cellular systems (450-900 MHz)

·         Frequency shift keying for signaling

·         FDMA for spectrum sharing

·         NMT (Europe), AMPS (US)

 Second-generation: Digital cellular systems (900, 1800 MHz)

·         TDMA/CDMA for spectrum sharing

·         Circuit switching

·         GSM (Europe), IS-136 (US), PDC (Japan)

 2.5G: Packet switching extensions

·         Digital: GSM to GPRS

·         Analog: AMPS to CDPD

 3G:

·         High speed, data and Internet services

·         IMT-2000

FDM yaitu pemakaian secara bersama kabel yang mempunyai bandwidth yang tinggi terhadap beberapa frekuensi (setiap channel akan menggunakan frekuensi yang berbeda). Contoh metoda multiplexer ini dapat dilihat pada kabel coaxial TV, dimana beberapa channel TV terdapat beberapa chanel, dan kita hanya perlu tunner (pengatur channel) untuk gelombang yang dikehendaki. Pada teknik FDM, tidak perlu ada modem karena multiplexer juga bertindak sebagai modem (membuat permodulatan terhadap data digital). Kelemahan Modem disatukan dengan multiplexer adalah sulitnya meng-upgrade ke komponen yang lebih maju dan mempunyai kecepatan yang lebih tinggi (seperti teknik permodulatan modem yang begitu cepat meningkat). Kelemahannya adalah jika ada channel (terminal) yang tidak menghantar data, frekuensi yang dikhususkan untuk membawa data pada channel tersebut tidak tergunakan dan ini merugikandan juga harganya agak mahal dari segi pemakaian (terutama dibandingkan dengan TDM) kerana setiap channel harus disediakan frekuensinya. Kelemahan lain adalah kerana bandwidth jalur atau media yang dipakai bersama-sama tidak dapat digunakan sepenuhnya, kerana sebagian dari frekuensi terpaksa digunakan untuk memisahkan antara frekuensi channelchannel yang ada. Frekuensi pemisah ini dipanggil guardband.

Kelebihan dari teknik FDM (Frequency Division Multiplexing)

a.    Tidak sensitiv terhadap sinyal tunda.

Terjadi karena rendahnya kecepatan transmisi di tiap subcarrier berarti periode simbolnya menjadi lebih panjang.

b.    Kuat menghadapi frequency selective fading.

Dimana bandwidth dari channel lebih sempit daripada bandwidth dari transmisi sehingga mengakibatkan pelemahan daya terima secara tidak seragam pada beberapa frekuensi tertentu.

c.    Efisien dalam pemakaian frekuensi.

Kekurangan dari teknik FDM (Frequency Division Multiplexing)

Adanya kebutuhan untuk memfilter bandpass, yang harganya relatif mahal dan ru­mit untuk dibangun (penggunaan filter tersebut biasanya digunakan dalam transmitter dan receiver)

a.    Penguat tenaga (power amplifier) di transmitter yang digunakan memiliki karakteristik nonlinear (penguat linear lebih komplek untuk dibuat), dan ampli­fikasi nonlinear mengarah kepada pembuatan komponen spektral out of band yang dapat mengganggu saluran FDM yang lain.

b.    Frequency Offset, yang disebabkan oleh jitter pada gelombang pembawa (carrier wave)

           Code Division Multiplexing (CDM)

Code Division Multiplexing (CDM) dirancang untuk menanggulangi kelemahan kelemahan yang dimiliki oleh teknik multiplexing sebelumnya, yakni TDM dan FDM. Contoh aplikasinya pada saat ini adalah jaringan komunikasi seluler CDMA (Flexi) Prinsip kerja dari CDM adalah sebagai berikut :

1.    Kepada setiap entitas pengguna diberikan suatu kode unik (dengan panjang 64 bit) yang disebut chip spreading code.

2.    Untuk pengiriman bit ‘1’, digunakan representasi kode (chip spreading code) tersebut.

3.    Sedangkan untuk pengiriman bit ‘0’, yang digunakan adalah inverse dari kode tersebut.

4.    Pada saluran transmisi, kode-kode unik yang dikirim oleh sejumlah pengguna akan ditransmisikan dalam bentuk hasil penjumlahan (sum) dari kode-kode tersebut.

5.    Di sisi penerima, sinyal hasil penjumlahan kode-kode tersebut akan dikalikan dengan kode unik dari si pengirim (chip spreading code) untuk diinterpretasikan. selanjutnya :

-       jika jumlah hasil perkalian mendekati nilai +64 berarti bit ‘1’,

-       jika jumlahnya mendekati –64 dinyatakan sebagai bit ‘0’.

Kelebihan dar teknik CDM (Code Division Multiplexing)

a.    Baik untuk diterapkan pada jaringan telekomunikasi jarak jauh/long distance. Baik juga untuk sistem point to point maupun topologi ring.

b.    Lebih fleksibel untuk mengantisipasi pertumbuhan traffic yang tidak terprediksi.

c.    Transparan terhadap beberapa bit rate dan protocol jaringan.

d.    Tepat untuk diterapkan pada daerah dengan perkembangan kebutuhan bandwidth yang cepat.

Kekurangan dari teknik CDM (Code Division Multiplexing)

a.    Direkomendasikan untuk kapasitas yang besar saja atau tidak di rekomendasikan pada kapasitas kecil.

           Wavelength Division Multiplexing (WDM)

Teknik multiplexing ini digunakan pada transmisi data melalui serat  optik (optical fiber) dimana sinyal yang ditransmisikan berupa sinar. Pada WDM prinsip yang diterapkan mirip seperti pada FDM, hanya dengan cara pembedaan panjang gelombang (wavelength) sinar. Sejumlah berkas sinar dengan panjang gelombang berbeda ditransmisikan secara simultan melalui serat optik yang sama (dari jenis Multi mode optical fiber).

Gambaran WDM.

Sebuah sistem WDM menggunakan multiplexer di pemancar sinyal untuk bergabung dengan bersama-sama, dan demultiplexer pada penerima untuk membagi mereka terpisah. Dengan tepat jenis serat adalah mungkin untuk memiliki perangkat yang melakukan keduanya secara bersamaan, dan dapat berfungsi sebagai multiplexer menambahkan-drop optik . Perangkat penyaringan optik digunakan secara konvensional telah menjadi etalons , stabil solid-state tunggal frekuensi interferometer Fabry-Perot dalam bentuk film tipis berlapis kaca optik.

Konsep ini pertama kali diterbitkan pada 1970, dan tahun 1978 sistem WDM sedang diwujudkan dalam laboratorium. Para WDM pertama sistem dikombinasikan hanya dua sinyal. Sistem modern dapat menangani hingga 160 sinyal dan dengan demikian dapat memperluas dasar 10 Gb / s sistem atas sepasang serat tunggal untuk lebih dari 1,6 Tbit / s .

Sistem WDM yang populer dengan perusahaan telekomunikasi karena mereka memungkinkan mereka untuk memperluas kapasitas jaringan tanpa meletakkan lebih banyak serat. Dengan menggunakan WDM dan amplifier optik , mereka dapat mengakomodasi beberapa generasi pengembangan teknologi di bidang infrastruktur optik mereka tanpa harus merombak jaringan backbone.Kapasitas link yang diberikan dapat diperluas hanya dengan upgrade ke multiplexer dan demultiplexers di kedua ujungnya.

Hal ini sering dilakukan dengan menggunakan optik-ke-listrik-ke-optik (O / E / O) terjemahan di tepi dari jaringan transportasi, sehingga memungkinkan interoperation dengan peralatan yang ada dengan antarmuka optik.

Sebagian besar sistem WDM beroperasi pada single-mode kabel serat optik , yang memiliki diameter inti dari 9 pm. Bentuk-bentuk tertentu dari WDM juga dapat digunakan dalam multi-mode kabel serat (juga dikenal sebagai tempat kabel) yang memiliki diameter inti dari 50 atau 62,5 pm.

Wavelength Division Multiplexing.

Kelebihan dari teknik WDM (Wavelength Division Multiplexing)

a.    Kapasitas pengiriman data yang lebih besar.

b.    Transmisi data melalui serat optik dapat berjalan dengan kecepatan 2,5 sampai 10 Gbits / sec lebih cepat dari mediatransmisi lainnya.

Kekurangan dari teknik WDM (Wavelength Division Multiplexing)

a.    Membutuhkan biaya yang mahal untuk pemasangan dan perawatannya.

2          Optical code Division Multiplexing (ODM).

Prinsip yang digunakan pada ODM serupa dengan CDM, hanya dalam hal ini yang dikode adalah berupa sinyal analog (sinar) dengan pola tertentu. Sejumlah berkas sinar dengan pola sinyal berbeda ditransmisikan melalui serat optik dengan menggunakan prinsip TDM (berupa temporal-spectral signal structure). Di sisi penerima setiap berkas sinar tersebut akan diinterpretasi untuk setiap pasangan pengguna untuk memperoleh kembali data yang dikode tersebut dengan cara mengenali terlebih dahulu pola sinyal yang digunakan.

            Keuntungan dari Penerapan  Multiplexing pada Janringan

a.    Komputer host hanya butuh satu port I/O untuk banyak terminal.

b.    Hanya satu line transmisi yang dibutuhkan.