Kegunaan dan Kasus dari FDM, TDM, dan CDM

Multiplexing adalah Teknik menggabungkan beberapa sinyal untuk dikirimkan secara bersamaan pada suatu kanal transmisi. Dimana perangkat yang melakukan Multiplexing disebut Multiplexer atau disebut juga dengan istilah Transceiver / Mux. Dan untuk di sisi penerima, gabungan sinyal - sinyal itu akan kembali di pisahkan sesuai dengan tujuan masing – masing. Proses ini disebut dengan Demultiplexing. Receiver atau perangkat yang melakukan Demultiplexing disebut dengan Demultiplexer atau disebut juga dengan istilah Demux.

Tujuan dan Keuntungan Multiplexing
tujuan : meningkatkan effisiensi penggunaan bandwidth / kapasitas saluran transmisi dengan cara berbagi akses bersama.
Keuntungan :
•  Komputer host hanya butuh satu port I/O untuk banyak terminal 
•  Hanya satu line transmisi yang dibutuhkan

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)

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 metoda 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. Teknik TDM terdiri atas :

Synchronous TDM
Hubungan antara sisi pengirim dan sisi penerima dalam komunikasi data yang menerapkan teknik Synchronous TDM dijelaskan secara skematik pada gambar

Cara kerja Synchronous TDM dijelaskan dengan ilustrasi dibawah ini

Asynchronous TDM

Untuk mengoptimalkan penggunaan saluran dengan cara menghindari adanya slot waktu yang kosong akibat tidak adanya data ( atau tidak aktif-nya 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.

Gambar di bawah ini menyajikan contoh ilustrasi yang sama dengan gambar Ilustrasi hasil sampling dari input line jika ditransmisikan dengan Asynchronous TDM. 

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.

Code Division Multiplexing (CDM) dirancang untuk menanggulangi kelemahankelemahan 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’.

Contoh penerapan CDM untuk 3 pengguna (A,B dan C) menggunakan panjang kode 8 bit (8-chip spreading code) dijelaskan sebagai berikut :

a. Pengalokasian kode unik (8-chip spreading code) bagi ketiga pengguna :

   - kode untuk A : 10111001
   - kode untuk B : 01101110
   - kode untuk C : 11001101

b. Misalkan pengguna A mengirim bit 1, pengguna B mengirim bit 0 dan pengguna C mengirim bit 1. Maka pada saluran transmisi akan dikirimkan kode berikut :

  - A mengirim bit 1 : 10111001 atau + - + + + - - +
  - B mengirim bit 0 : 10010001 atau + - - + - - - +
  - C mengirim bit 1 : 11001101 atau + + - - + + - +
 - hasil penjumlahan (sum) = +3,-1,-1,+1,+1,-1,-3,+3

c. Pasangan dari A akan menginterpretasi kode yang diterima dengan cara :

   - Sinyal yang diterima : +3 –1 –1 +1 +1 –1 –3 +3
   - Kode milik A : +1 –1 +1 +1 +1 -1 –1 +1
   - Hasil perkalian (product) : +3 +1 –1 +1 +1 +1 +3 +3 = 12
   Nilai +12 akan diinterpretasi sebagai bit ‘1’ karena mendekati nilai +8.

d. Pasangan dari pengguna B akan melakukan interpretasi sebagai berikut :

   - sinyal yang diterima : +3 –1 –1 +1 +1 –1 –3 +3
   - kode milik B : –1 +1 +1 –1 +1 +1 +1 –1
   - jumlah hasil perkalian : –3 –1 –1 –1 +1 –1 –3 –3 = -12
      berarti bit yang diterima adalah bit ‘0’, karena mendekati nilai –8.