Multiplexing

Multiplexing adalah sebuah teknik yang digunakan untuk menggabungkan beberapa sinyal ke dalam sebuah kanal komunikasi. Namun implementasi multiplexing dapat dilakukan dengan satu syarat, yaitu bandwidth dari kanal jauh lebih lebar daripada bandwidth dari sinyal-sinyal itu sendiri. Karena itu tujuan dilakukan multiplexing adalah membuat keseluruhan proses komunikasi menjadi lebih efisien. Sebagai contoh, komunikasi seluler yang menggunakan teknologi Global System for Mobile Communication (GSM) yang saat ini banyak diselenggarakan di Indonesia, memiliki lebar bandwidth 25 MHz untuk komunikasi dari Base-station menuju ke pengguna dan selebar 25 MHz lagi untuk komunikasi dari pengguna menuju ke base-station. Padahal sebuah kanal komunikasi (antara base-station dan pengguna) pada GSM hanya membutuhkan bandwidth sebesar 200 KHz, betapa boros apabila bandwidth yang melimpah hanya digunakan oleh satu kanal komunikasi saja. Karena itu untuk menyelesaikan problem pada contoh komunikasi seluler tersebut digunakan teknik multiplexing.

Apabila teknik multiplexing digunakan pada salah satu sisi jalur komunikasi, maka secara logis kita tahu bahwa akan dibutuhkan teknik untuk memilah-milah kembali sinyal yang telah digabungkan dalam proses multiplexing. Teknik yang digunakan untuk memilah-milah sinyal yang telah digabungkan disebut dengan demultiplexing.

Ada 3 macam teknik untuk melakukan multiplexing, yaitu Frequency-Division Multiplexing (FDM), Wavelength-Division Multiplexing (WDM) dan Time-Division Multiplexing (TDM). FDM dan WDM digunakan untuk melakukan multiplexing sinyal-sinyal analog, sedangan TDM digunakan untuk multiplexing sinyal digital.

Frequency-Division Multiplexing (FDM)

FDM menggabungkan beberapa sinyal analog yang akan ditransmisikan pada sebuah jalur komunikas. Karena itu multiplexing dengan menggunakan teknik FDM dapat terjadi apabila pita frekuensi setiap sinyal analog. Namun sebelum proses penggabungan terjadi, setiap sinyal harus dimodulasi terlebih dahulu dengan menggunakan frekuensi pembawa yang berbeda-beda. Pada jalur komunikasi yang telah di-multiplex, sebuah sinyal dengan frekuensi tertentu disebut dengan satu kanal komunikasi.

Gambar 1 Ilustrasi proses multiplexing pada FDM

Gambar 1 memberikan gambaran konseptual tentang multiplexing dengan teknik FDM. Perhatikan bahwa pada jalur komunikasi terdapat lima buah kanal berbeda, yang mana setiap kanal memiliki frekuensi tertentu, yaitu: f1, f2, ..., f5. Agar kanal komunikasi satu dengan kanal komunikasi yang lain tidak saling berinterferensi, maka di antara kanal komunikasi tersebut diberikan guard-band, yaitu pita frekuensi yang bertugas untuk memisahkan kanal komunikasi satu dengan yang lain.

Implementasi proses multiplexing dengan menggunakan teknik FDM dilakukan dengan cara menjumlahkan semua sinyal hasil modulasi dengan frekuensi pembawa tertentu, seperti ditunjukkan dalam Gambar 2. Gambar 2 adalah implementasi multiplexing dengan FDM untuk mencampur 5 buah informasi (digunakan istilah ‘informasi’ karena sinyal tersebut dapat berupa sinyal digital atau analog). Selanjutnya hasil sinyal campuran dilewatkan kembali melalui saluran komunikasi dengan menggunakan frekuensi pembawa fc.

Gambar 2 Ilustrasi proses implementasi multiplexing dengan teknik FDM

Spektrum sinyal FDM untuk 5 kanal komunikasi diilustrasikan dalam Gambar 3. Seperti terlihat dalam gambar, setiap kanal komunikasi dipisahkan oleh guard-band untuk mencegah terjadinya interferensi di antara pita frekuensi yang berdekatan.

Gambar 4. Ilustrasi proses implementasi demultiplexing dengan teknik FDM 

Sekarang bagaimana proses mendapatkan kembali informasi yang asli dari sinyal campuran hasil proses multiplexing? Sebagaimana dikemukakan sebelumnya, proses mengurai kembali campuran sinyal multiplexing disebut demultiplexing.

Pada proses demultiplexing, campuran sinyal dipisahkan dengan menggunakan filter bandpass. Keluaran dari filter adalah sinyal dengan frekuensi f1, f2, ..., f5. Langkah terakhir adalah melakukan proses demodulasi untuk mendapatkan kembali informasi asli. Seluruh proses demultiplexing pada FDM ditunjukkan dalam Gambar 4.

Gambar 4. Ilustrasi proses implementasi demultiplexing dengan teknik FDM

Contoh aplikasi teknik FDM dalam dunia nyata adalah pada radio siaran (broadcast) atau televisi siaran (broadcast). Pada radio siaran atau televisi siaran setiap stasium pemegang hak siaran akan menempati kanal komunikasi tertentu. Misalnya radio siaran FM, menurut Keputusan Menteri Perhubungan no 15 tahun 2003 menempati rentang pita frekuensi radio antara 87,5 MHz sampai 108 MHz, yang mana setiap kanal hanya diperbolehkan untuk menempati kanal dengan lebar pita frekuensi 100 KHz. Maka apabila dilakukan pembagian sederhana, akan didapatkan sebanyak 204 stasiun radio siaran di Indonesia.

Teknik multiplexing FDM juga digunakan pada telepon seluler generasi yang pertama (1G) yang dikenal dengan nama Advanced Mobile Phone System (AMPS) dengan alokasi pita frekuensi untuk masing-masing kanal adalah 25 MHz. Kanal untuk mengirim informasi dari base station ke pengguna (forward link) beroperasi pada pita frekuensi 869 MHz – 894 MHz, sedangkan kanal untuk mengirim informasi dari pengguna ke base station (reverse link) beroperasi pada pita frekuensi 829 MHz – 849 MHz. Pada AMPS setiap pengguna akan mendapatkan alokasi frekuensi sebesar 2 kali 30 KHz, yaitu: 1 kanal untuk mengirim informasi dan 1 kanal untuk menerima informasi. Karena itu beberapa pengguna tidak diperbolehkan untuk menggunakan kanal yang sama pada satu saat. Teknologi AMPS masuk ke Indonesia melalui operator telepon seluler bernama PT. Komselindo.

Teknologi GSM, yang saat ini banyak digunakan oleh pengguna telepon seluler di Indonesia menggunakan campulan teknologi multiplexing FDM dan TDM secara bersama-sama. Pada GSM kanal untuk forward link berada pada frekuensi 935 MHz – 960 MHz, sedangkan untuk reverse link berada pada frekuensi 890 MHz – 915 MHz. Setiap user akan mendapatkan alokasi frekuensi sebesar 200 KHz.

Wavelength-Division Multiplexing (WDM)

WDM adalah teknik yang digunakan untuk mentransmisikan beberapa sinyal dalam bentuk cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda-beda menjadi campuran sinyal cahaya (multiplexed signal). Cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda-beda ini dapat ditrafsirkan sebagai cahaya dengan warna yang berbeda-beda. Dengan demikian implementasi teknik WDM adalah untuk proses multiplexing pada saluran komunikasi serat optik.

Pada dasarnya teknik multiplexing WDM menggunakan prinsip yang sama dengan  teknik multiplexing FDM, tetapi WDM diaplikasikan untuk menggabungkan panjang gelombang dari sinyal cahaya, sedangkan FDM diaplikasikan untuk menggabungkan sinyal listrik analog. Perbedaan yang lain adalah bahwa WDM menggunakan gelombang pembawa dengan frekuensi yang diterapkan pada FDM. Secara konseptual teknik WDM dengan menggunakan 5 panjang gelombang diilustrasikan dalam Gambar 5.

Gambar 5. Ilustrasi proses multiplexing pada WDM

Saluran komunikasi serat opetik menggunakan cahaya dalam rentang pita frekuensi infra merah (infrared) dengan panjang gelombang bermacam-maca, yaitu: 850 nano-meter, 1.320 nano-meter, 1.400 nano-meter, 1.550 nano-meter dan 1.620 nano-meter.

Dalam aplikasi nyata terdapat tiga macam kategori WDM yaitu:

• Wavelength Division Multiplexing (WDM), menggabungkan 2 sampai 4 panjang gelombang dalam satu saluran komunikasi serat optik. Teknik WDM yang mula-mula digunakan adalah WDM dua kanal dengan menggunakan panjang gelombang 1.320 nano-meter/1.550 nano-meter.
• Coarse Wavelength Division Multiplexing (CWDM), menggabungkan 4 sampai 8 panjang gelombang atau lebih dalam satu saluran komunikasi serat optik dengan jarak antar sinyal sebesar 10-20 nano-meter. Pada umumnya digunakan untuk jaringan serat optik jarak pendek dan menengah (local area network atau metropolitan area network).
•  Dense Wavelength  Division Multiplexing DWDM), menggabungkan 8 atau lebih panjang gelombang dalam satu saluran komunikasi serat optik dengan jarak antar sinyal sebesar 1-2 nano-meter. Bahkan teknologi WDM terbaru dengan menggunakan DWDM dapat menggabungkan ratusan panjang gelombang dalam satu saluran komunikasi serat optik.

Time-Division Multiplexing (TDM)

TDM adalah teknik multiplexing dengan cara melakukan pembagian waktu akses ke saluran komunikasi. Pada TDM tidak ada pembagian kanal berdasarkan frekuensi, karena itu seluruh pita frekuensi yang ada dianggap sebagai satu kanal komunikasi. Secara natural, TDM diimplementasikan untuk sinyal digital, bukan pada sinyal analog. Perhatikan proses multiplexing lima buah sinyal digital dengan menggunakan TDM dalam Gambar 6. Setiap sinyal akan menempati slot waktu yang berbeda dalam proses transmisi, tetapi memiliki frekuensi pembawa sama.

Gambar 6. Ilustrasi proses multiplexing pada TDM

Seperti terlihat dalam gambar, sebanyak 5 sinyal input (berasal dari 5 koneksi) yang telah di multiplex membentuk deretan frame. Setiap frame memuat 5 buah slot dari sinyal asli dengan durasi waktu setiap slot lebih pendek daripada durasi waktu sinyal asli.

Teknik TDM dapat diimplementasikan dengan dua macam teknologi, yaitu: Synchronous TDM dan Statical TDM. Pada synchronous TDM, setiap koneksi memiliki jatah slot waktu pada keluaran hasil multiplex. Sekalipun tidak ada data pada slot tersebut, jatah slot waktu tetap dialokasikan bagi setiap koneksi pada bagian keluaran hasil multiplex. Sedangkan pada statistical TDM, jatah slot waktu hanya dialokasikan apabila koneksi memiliki data input, apabila koneksi tidak memberikan data imput alokasi waktu tidak diberikan untuk koneksi tersebut. Dengan demikian, statistical TDM lebih efisien daripada synchronous TDM.