मल्टिप्लेक्सिंग आणि मीडिया (अच्युत गोडबोले)

ऑप्टिकल फायबरमध्ये विजेच्या तारांऐवजी प्लॅस्टिकच्या आवरणात ठेवलेले काचेचे फायबर्स वापरले जातात. या रचनेमुळे विजेच्या तारांप्रमाणे हे काचेचे फायबर्ससुद्धा न तुटता वाकू शकतात आणि त्यामुळे ते कुठूनही कसेही वळवता येतात. या सगळ्यावर आर्द्रता, पाणी आणि इतर गोष्टींपासून संरक्षण करण्यासाठी एक कवच असतं आणि या सगळ्याभोवती पुन्हा टेफ्लॉन, प्लॅस्टिक किंवा धातूंचं बनवलेलं एक बाह्य आवरण (आउटर जॅकेट) असतं. यामुळे सिग्नलची गळती होत नाही.

प्रत्येक सिग्नलला आणि प्रत्येक मीडियाला एक फ्रिक्वेन्सी बँडविड्थ आणि म्हणूनच कमाल डेटा रेट असतो हे आपण बघितलं आहेच. आता आपल्याला प्रश्न पडेल, की जर कुठल्याही मीडियाची बँडविड्थ ही जे ट्रान्समिट करायचंय त्या सिग्नलच्या बँडविड्थपेक्षा खूप जास्त असेल, तर काय करायचं? उदाहरणार्थ, टेलिफोनमधल्या आवाजासाठी गार्ड बँड धरून काही ठिकाणी ही बँडविड्थ ४ KHz समजली जाते; पण आपण त्यासाठी ३ KHz बँडविड्थ लागते असं धरू. तसंच आता ट्विस्टेड वायर पेयरची बँडविड्थ १०० MHz इतकी सुद्धा असू शकते पण पूर्वी ती १ MHz होती; आपण या चर्चेसाठी ती १ MHz म्हणजे १००० KHz धरू - म्हणजे ३ KHz च्या ३३० पट. टेलिफोनच्या प्रत्येक संभाषणासाठी एक नवीन वायर जोडायची म्हटली, तर खूपच खर्चिक झालं असतं आणि सगळीकडे ताराच तारा झाल्या असत्या. म्हणून एक युक्ती वापरतात. त्याला ‘मल्टिप्लेक्सिंग’ असं म्हणतात. याप्रमाणे एकाच तारेतून एकाच वेळी अनेक संभाषणं प्रवास करू शकतात. यामध्ये माध्यमाची बँडविड्थ (आपल्या उदाहरणात ट्विस्टेड वायर पेयरची बँडविड्थ १ MHz किंवा १००० KHz) ही प्रत्येकी ३ KHz च्या अनेक गटांत विभागली जाते. यांनाच ‘चॅनेल्स’ असं म्हणतात. उदाहरणार्थ, चॅनेल १ ची बँडविड्थ ०-३ KHz, चॅनेल २ ची बँडविड्थ ३-६ KHz, चॅनेल ३ ची बँडविड्थ ६-९ KHz वगैरे. हे शेजारच्या आकृतीत दाखवलंय. आता वेगवेगळे चॅनेल्स वेगवेगळ्या टेलिफोनच्या संभाषणासाठी वाटले जातात आणि संभाषण संपलं, की मग ते मोकळ्या चॅनेल्सच्या यादीत जाऊन बसतात. कुठल्याही क्षणी कुठले चॅनेल्स मोकळे आहेत याची नोंदही ती यंत्रणा ठेवत असते.

जेव्हा कुणीही नवीन टेलिफोन कॉल करतो, तेव्हा या मीडियामधला कुठला चॅनेल मोकळा आहे ते बघितलं जातं आणि तो चॅनेल त्या संभाषणासाठी दिला जातो. समजा आपल्या उदाहरणात हा मोकळा चॅनेल ३ नंबरचा आहे. म्हणजेच त्याची बँडविड्थ ६ KHz -९ KHz आहे हे आपल्याला माहीत आहेच. मात्र, आता येणाऱ्या नवीन टेलिफोन संभाषणासाठी लागणाऱ्या सिग्नलची बँडविड्थ ०-३ KHz या रेंजमधली असते. त्यामुळे संभाषणातल्या प्रत्येक फ्रिक्वेन्सीमध्ये त्या वायरमध्ये शिरतानाच ६ KHz आपोआप मिसळले जाण्याची क्षमता मल्टिप्लेक्सर नावाच्या यंत्रणेत असते आणि त्यानंतर तो सिग्नल चॅनेल ३ मधून प्रवास करतो. कारण आता त्यातले सगळे सिग्नल्स ६ KHz-९ KHz या रेंजमध्ये मोडतात. सिग्नल वायरच्या दुसऱ्या बाजूला पोचला, की त्या सिग्नलच्या प्रत्येक फ्रिक्वेन्सीमधून ६ KHz वजा करण्याची क्षमता डीमल्टिप्लेक्सर नावाच्या यंत्रणेत असते आणि त्यामुळे मग आपल्याला मूळच्या आवाजातल्या ० KHz-३ KHz या फ्रिक्वेन्सीज मिळतात आणि त्यामुळे मूळचं टेलिफोन संभाषण आपल्याला ऐकू येतं.

हे झालं फ्रिक्वेन्सी डिव्हिजन मल्टिप्लेक्सिंग (FDM). टाईम डिव्हिजन मल्टिप्लेक्सिंग (TDM) हाही एक प्रकार आहे. यामध्ये बँडविड्थची विभागणी होत नाही, तर वेळेची विभागणी होते. समजा वरच्या आकृतीत दोन्ही बाजूला प्रत्येकी तीन फोन्सऐवजी प्रत्येकी A, B, C असे तीन पीसीज आहेत; आणि प्रत्येक पीसीला दुसऱ्या बाजूच्या एका पीसीला काही डेटा पाठवायचाय. आता टाईम डिव्हिजन मल्टिप्लेक्सिंगमध्ये प्रत्येकाच्या डेटाचे सारख्या आकाराचे भाग केले जातात. यांना आपण पॅकेट्स म्हणू. आता डेटा पाठवताना सर्वप्रथम सगळ्या पीसीजकडूनची पॅकेट नंबर १ अशी पॅकेट्स एकामागोमाग पाठवली जातात. आकृतीत ती A1, B1 आणि C1 अशी दाखवली आहेत. त्यासाठी मल्टिप्लेक्सर असतो. त्यानंतर सगळ्यांकडली पॅकेट नंबर २ (म्हणजे A2, B2 आणि C2) एकापाठोपाठ पाठवली जातात...असं करत करत सगळी पॅकेट्स दुसऱ्या टोकाला पोचतात. दुसऱ्या टोकाला प्रत्येक पीसीसाठीची पॅकेट्स (उदा. A1, A2, A3...) गोळा करून ती योग्य त्या पीसीकडे (उदाहरणार्थ A कडे) पाठवली जातात. यासाठी डीमल्टिप्लेक्सर असतो. या योजनेमध्ये एक फायदा असतो. तो म्हणजे सगळ्या पीसीजना न्याय मिळतो. नाही तर समजा एका पीसीला खूप मोठी फाईल पाठवायची असेल, तर इतरांना खूप वेळ वाट पाहावी लागली असती.

ट्विस्टेड वायर पेअरनंतर कोऑक्सिअल केबल्स (कोअॅक्स) आल्या. त्यांची बँडविड्थ साधारणपणे ७५० MHz म्हणजे ७५०००० KHz असते. त्यात तर खूपच मोठ्या प्रमाणावर टेलिफोन संभाषणं ‘मावू’ शकतात. म्हणून एके काळी आपल्या घरातल्या टेलिफोनपर्यंत ट्विस्टेड वायर पेयर यायची, याचं कारण आपल्या टेलिफोनमधून एका वेळी एकच संभाषण होत असतं. आता समजा आपल्याला दुसऱ्या शहरातल्या कोणाशीतरी बोलायचं असेल, तर प्रथम आपलं संभाषण आपल्या टेलिफोनपासून ट्विस्टेड वायर पेअरमधून आपल्या शहराच्या एक्स्चेंजपर्यंत पोचतं आणि तिथून ते दुसऱ्या शहराच्या एक्स्चेंजपर्यंत जातं आणि तिथून पुन्हा ट्विस्टेड वायर पेअरमधून आपल्याला पाहिजे तिथं जातं. आपल्या घरातून निघणारी वायर कमी क्षमतेची चालते. कारण त्या वायरमधून एका वेळी एकच संभाषण होत असतं; पण दोन एक्स्चेंजेसमध्ये (उदाहरणार्थ, पुणे एक्स्चेंज आणि मुंबई एक्स्चेंज) एकाच वेळी अनेक संभाषणं होत असल्यामुळे त्यांच्यात कोऑक्सिअल केबलचा वापर व्हायचा. या दोन शहरातली शेकडो संभाषणं कोअॅक्सच्या मोठ्या फ्रिक्वेन्सी बँडविड्थचे भाग पाडून निर्माण केलेल्या चॅनेल्समध्ये लोड केली जायची आणि मग ती प्रवास करायची. इथंही FDM चा वापर मोठ्या प्रमाणावर व्हायचा.

कोअॅक्सचा वापर केबल टीव्हीसाठीही होतो. व्हिडिओ सिग्नलची बँडविड्थ ६ MHz असल्यामुळे आणि कोअॅक्सची बँडविड्थ ७५० MHz असल्यामुळे एका कोअॅक्समध्ये १०० च्या वर ‘चॅनेल्स’ ‘मावू’ शकतात. म्हणूनच तेवढे चॅनेल्स आपल्या टीव्ही सेटपर्यंत येतात. टीव्हीमधल्या प्रत्येक चॅनेलसाठी एक ठराविक फ्रिक्वेन्सी बँड असतो. त्यातून त्या टीव्ही चॅनेलचं प्रसारण त्या टीव्ही केंद्रातून होत असतं. वेगवेगळ्या फ्रिक्वेन्सी बँड्‍समध्ये प्रसारित होणारी ही सगळी चॅनेल्स सॅटेलाईटच्या द्वारे जमिनीवरच्या स्टेशनकडे येतात आणि तिथून एकाच वेळी आपल्या टीव्ही सेटपर्यंत कोअॅक्सिअल केबलमधून येतात. मात्र, प्रत्येक चॅनेलचा फ्रीक्वेन्सी बँड वेगळा असल्यामुळे त्यातले आवाज किंवा त्यातली दृश्यं एकमेकांत मिसळत नाहीत. आपण जेव्हा रिमोट वापरून चॅनेल बदलतो, तेव्हा फक्त त्या चॅनेलसाठी राखून ठेवलेला फ्रिक्वेन्सी बँड निवडत असतो. त्यामुळे आपल्याला त्या निवडलेल्या बँडमधलेच सिग्नल्स म्हणजे फक्त तोच प्रोग्रॅम दिसायला लागतो.
यानंतर ऑप्टिकल फायबर निघाले. आज तर ‘फायबर’नं जगभर क्रांतीच केली आहे. रिलायन्सनं ‘फायबर टू होम’ ही योजना जाहीर करून खळबळच माजवली आहे. त्यामुळे केबलमधून जी मंडळी आपल्याला टीव्हीचे प्रोग्रॅम्स किंवा इंटरनेट सेवा देत होती, त्यांच्या पोटावरच पाय येण्याची शक्यता आहे. याचबरोबर घरबसल्या प्रत्येकाला नव्या सिनेमाचा ‘फर्स्ट डे फर्स्ट शो’ बघायला मिळेल असंही रिलायन्सनं जाहीर केलं. यामुळे मल्टिप्लेक्सेस आणि थिएटर्स यांच्या भवितव्याविषयी प्रश्नचिन्हं उभं राहण्याची शक्यता निर्माण झाली आहे, असं काहींचं म्हणणं आहे.

ऑप्टिकल फायबरमध्ये विजेच्या तारांऐवजी प्लॅस्टिकच्या आवरणात ठेवलेले काचेचे फायबर्स वापरले जातात. या रचनेमुळे विजेच्या तारांप्रमाणे हे काचेचे फायबर्ससुद्धा न तुटता वाकू शकतात आणि त्यामुळे ते कुठूनही कसेही वळवता येतात. या सगळ्यावर आर्द्रता, पाणी आणि इतर गोष्टींपासून संरक्षण करण्यासाठी एक कवच असतं आणि या सगळ्याभोवती पुन्हा टेफ्लॉन, प्लॅस्टिक किंवा धातूंचं बनवलेलं एक बाह्य आवरण (आउटर जॅकेट) असतं. यामुळे सिग्नलची गळती होत नाही.

यातून डेटा पाठवण्यासाठी एका टोकाला ० आणि १ या बिट्ससाठीच्या इलेक्ट्रिक सिग्नलच्या स्वरूपाच्या डिजिटल पल्सेसचं प्रकाशाच्या पल्सेसमध्ये रूपांतर होतं. यानंतर या प्रकाशाच्या पल्सेस या काचेच्या फायबरमधून परावर्तित होत होत, प्रवास करत दुसऱ्या टोकाला येतात. या दुसऱ्या टोकाला या प्रकाशाच्या पल्सेसचं पुन्हा ० आणि १ या बिट्ससाठीच्या इलेक्ट्रिक पल्सेसमध्ये रूपांतर होतं आणि त्या टोकाला हे बिट्स गोळा केले जातात. अशा तऱ्हेनं ऑप्टिकल फायबर काम करतात. यामध्ये १०० TBits/sec पर्यंत डेटा रेट मिळतो.

अनगायडेड मीडियामध्ये मायक्रोवेव्ह, सॅटेलाईट, रेडिओ आणि इन्फ्रारेड या चार मुख्य पद्धती आहेत. मायक्रोवेव्हमध्ये ज्या दोघांमध्ये कम्युनिकेशन व्हायचं असेल, ते एकमेकांना दिसायला पाहिजेत. म्हणूनच त्यांना ‘लाइन ऑफ साइट’ असं म्हणतात. फायबर ऑप्टिक्सच्या अगोदर ही पद्धती टेलिफोनसाठी वापरली जायची. यासाठी उंच जागांवर ठराविक अंतरावर अँटेनाज बसवलेले असतात. प्रत्येक अँटेना अगोदरचे सिग्नल्स घेऊन ते जर बदललेले असतील (डिस्टॉर्ट) तर रिपीटरच्या सहाय्यानं पुन्हा पूर्ववत करून पुढच्या अँटेनाकडे पाठवतो. अशा तऱ्हेनं टेलिफोनचं संभाषण दूर अंतरावरूनही चटकन करता येतं. हे अँटेनाज जितक्या जास्त उंचीवर असतात तितके ते खूप दुरूनही दिसतात आणि त्यामुळे दोन अँटेनाजमधलं अंतर जास्त असलं तरी चालतं. थोडक्यात असं केलं, तर कमी अँटेनाज लागतात. अमेरिकेतली एमसीआय (MCI) ही कंपनी ही मायक्रोवेव्हची पद्धती वापरायची. त्यांचं नावच मुळी ‘मायक्रोवेव्ह कम्युनिकेशन्स इंक’ असं होतं. याउलट ‘स्प्रिंट’ या कंपनीनं ऑप्टिकल फायबर वापरलं होतं. कालांतरानं एमसीआयनंही फायबर वापरायला सुरवात केली.

सॅटेलाईट्समुळे जमिनीवर ठराविक अंतरावर वेगवेगळे अँटेनाज ठेवण्याची गरज उरत नाही. सॅटेलाईट हाच मुळी सगळ्यांसाठी एक मोठा अँटेना आणि रिपीटर असतो. त्यामुळे ट्रान्समीटरकडून डेटा सॅटेलाईटकडे जातो आणि तिथून तो रिसीव्हरकडे पाठवला जातो. यात फक्त एक गोची असते. ट्रान्समीटर आणि रिसीव्हर हे दोन्ही पृथ्वीवर असल्यामुळे ते पृथ्वीबरोबरच फिरत असतात. सॅटेलाईट्स मात्र आकाशात असतात. त्यामुळे या दोघांच्या दृष्टीनं सॅटेलाईट्सचं स्थान स्थिर किंवा कायम राहण्यासाठी सॅटेलाईटस् सुद्धा पृथ्वीसारखेच फिरत ठेवावे लागतात. थोडक्यात ते पृथ्वीसारखेच फिरते ठेऊन पृथ्वीच्या दृष्टीनं ते स्थिर ठेवतात. म्हणूनच त्यांना ‘जिओसिन्क्रोनस’ असं म्हणतात. सर्व पृथ्वी कव्हर करण्यासाठी कमीत कमी तीन सॅटेलाईट्स लागतात. सॅटेलाईट्सविषयी आपण विस्तृत चर्चा पूर्वी केली आहेच.
रेडिओ वेव्हजमध्ये या इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वेव्हज असतात आणि त्या हवेत सगळ्या दिशेनं प्रसारित केल्या जातात. पाठवणाऱ्यांची अँटेना आणि रिसिव्हरची अँटेना या दोन्ही अँटेनाज अलाइन करण्याची गरज नसते. तो सिग्नल कुणालाही मिळू शकतो आणि मग ती व्यक्ती त्याचा उपयोग करू शकते. एफएम रेडिओ हे याचं उत्तम उदाहरण आहे.

इन्फ्रारेड सिग्नल्स हे अतिशय कमी अंतरावर काम करतात. उदाहरणार्थ, टीव्हीचं रिमोट. हे सिग्नल्स भिंतीतून आरपार जाऊ शकत नाहीत. पुढच्या लेखात ट्रान्समिशन पद्धतींविषयी बोलू.