Multipleksowanie z podziałem częstotliwości: schemat blokowy, działanie i jego zastosowania

Technika multipleksowania została opracowana w 1870 roku, jednak pod koniec XX wieku; stało się znacznie bardziej przydatne w telekomunikacji cyfrowej. W telekomunikacji tzw Multipleksowanie Technika ta służy do łączenia i wysyłania wielu strumieni danych przez jedno medium. Tak więc sprzęt używany do multipleksowania jest znany jako multiplekser lub MUX, który łączy n linii wejściowych w celu wytworzenia pojedynczej linii O/P. Metoda multipleksowania jest szeroko stosowana w telekomunikacji, gdzie wiele połączeń telefonicznych jest przesyłanych przez jeden przewód. Multipleksowanie dzieli się na trzy typy, takie jak; podział częstotliwości, podział długości fali (WDM) i podział czasu. Obecnie te trzy techniki multipleksowania stały się bardzo ważnym atutem w procesach telekomunikacyjnych i znacznie poprawiły sposób, w jaki wysyłamy i odbieramy niezależne sygnały przez linie telefoniczne, radio AM i FM, a także światłowody. W tym artykule omówiono jeden z typów multipleksowania znany jako FDM lub multipleksowanie z podziałem częstotliwości – działanie i jego zastosowania.

Co to jest multipleksowanie z podziałem częstotliwości?

Definicja multipleksowania z podziałem częstotliwości to: technika multipleksowania używana do łączenia więcej niż jednego sygnału na wspólnym nośniku. W tego rodzaju multipleksowaniu sygnały o różnych częstotliwościach są łączone w celu jednoczesnej transmisji. W FDM wiele sygnałów jest łączonych w celu transmisji przez kanał lub pojedynczą linię komunikacyjną, gdzie każdy sygnał jest przypisany do innej częstotliwości w kanale głównym.

Schemat blokowy multipleksowania z podziałem częstotliwości

Poniżej przedstawiono schemat blokowy podziału częstotliwości, który obejmuje nadajnik i odbiornik. W FDM różne sygnały wiadomości, takie jak m1(t), m2(t) i m3(t), są modulowane przy różnych częstotliwościach nośnych, takich jak fc1, fc2 i fc3. W ten sposób różne modulowane sygnały są oddzielane od siebie w dziedzinie częstotliwości. Te modulowane sygnały są łączone ze sobą w celu ukształtowania sygnału złożonego, który jest transmitowany przez kanał/medium transmisyjne.

Aby uniknąć interferencji między dwoma sygnałami wiadomości, między tymi dwoma sygnałami utrzymywane jest również pasmo ochronne. Pasmo ochronne służy do oddzielenia dwóch szerokich zakresów częstotliwości. Dzięki temu kanały komunikacyjne, które są używane jednocześnie, nie doświadczają zakłóceń, które wpłynęłyby na obniżenie jakości transmisji.

Jak pokazano na powyższym rysunku, istnieją trzy różne sygnały wiadomości, które są modulowane z różnymi częstotliwościami. Następnie są one łączone w jeden sygnał złożony. Częstotliwości nośne każdego sygnału muszą być tak dobrane, aby sygnały modulowane nie zachodziły na siebie. W ten sposób każdy modulowany sygnał w zmultipleksowanym sygnale jest po prostu oddzielony od siebie w domenie częstotliwości.

Po stronie odbiornika stosowane są filtry pasmowoprzepustowe do oddzielania każdego modulowanego sygnału od sygnału złożonego i demultipleksowania. Przesyłając demultipleksowany sygnał przez LPF, możliwe jest odzyskanie każdego sygnału komunikatu. Tak wygląda typowa metoda FDM (Frequency Division Multiplexing).

Jak działa multipleksowanie z podziałem częstotliwości?

W systemie FDM po stronie nadajnika znajduje się kilka nadajników, a po stronie odbiornika kilka odbiorników. Pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem znajduje się kanał komunikacyjny. W FDM po stronie nadajnika każdy nadajnik transmituje sygnał o innej częstotliwości. Na przykład pierwszy nadajnik transmituje sygnał o częstotliwości 30 kHz, drugi nadajnik transmituje sygnał o częstotliwości 40 kHz, a trzeci nadajnik transmituje sygnał o częstotliwości 50 kHz.

Następnie te sygnały o różnych częstotliwościach są łączone z urządzeniem zwanym multiplekserem, które przesyła zmultipleksowane sygnały przez kanał komunikacyjny. FDM to metoda analogowa, która jest bardzo popularną metodą multipleksowania. Po stronie odbiornika demultiplekser służy do rozdzielania zmultipleksowanych sygnałów, a następnie przesyła te oddzielone sygnały do ​​poszczególnych odbiorników.

Typowy FDM ma w sumie n kanałów, gdzie n jest liczbą całkowitą większą od 1. Każdy kanał przenosi jeden bit informacji i ma własną częstotliwość nośną. Wyjście każdego kanału jest wysyłane z inną częstotliwością niż wszystkie inne kanały. Wejście do każdego kanału jest opóźnione o wartość dt, która może być mierzona w jednostkach czasu lub cyklach na sekundę.

Opóźnienie w każdym kanale można obliczyć w następujący sposób:

dI(t) = I(t) + I(t-dt)/2 − I(t-dt)/2, gdzie I(t) = 1/T + C1 *

ja(t) = 1/T + C2 *

ja(t) = 1/T + C3 *

gdzie T = okres sygnału w jednostkach czasu (w naszym przypadku są to nanosekundy). C1, C2 i C3 to stałe, które zależą od rodzaju przesyłanego sygnału i jego schematu modulacji.

Każdy kanał składa się z szeregu kryształów fotonicznych, które działają jak filtry dla przechodzących przez nie fal świetlnych. Każdy kryształ może przepuszczać tylko określone długości fal światła; inne są całkowicie blokowane przez swoją strukturę lub odbicie od sąsiedniego kryształu.

FDM wymaga zastosowania dodatkowego odbiornika dla każdego użytkownika, co może być kosztowne i trudne do zainstalowania w urządzeniach mobilnych. Problem ten został rozwiązany za pomocą technik modulacji częstotliwości, takich jak multipleksowanie z ortogonalnym podziałem częstotliwości (OFDM) . Transmisja OFDM zmniejsza wymaganą liczbę odbiorników, przypisując różne podnośne różnym użytkownikom na jednej częstotliwości nośnej.

Wymaga dodatkowych odbiorników, ponieważ stacja bazowa i każda jednostka mobilna muszą być zsynchronizowane w czasie. W tym multipleksowaniu dane nie mogą być wysyłane w trybie seryjnym, więc dane są wysyłane w sposób ciągły, tak że odbiorca musi czekać do odebrania następnego pakietu, zanim będzie mógł rozpocząć odbieranie następnego. Wymaga specjalnych odbiorników, aby móc odbierać pakiety z różnymi prędkościami z różnych stacji bazowych, w przeciwnym razie nie byłyby w stanie poprawnie ich zdekodować.

Liczba nadajników i odbiorników zaangażowanych w systemy FDM nazywana jest „parą nadajnik-odbiornik” lub w skrócie TRP. Liczbę TRP, które muszą być dostępne, można obliczyć za pomocą następującego wzoru:

Liczba TRP = (liczba nadajników) (# Odbierz punkty) (liczba anten)

Na przykład, jeśli mamy trzy nadajniki i cztery punkty odbioru (RP), będziemy mieć dziewięć TRP, ponieważ są trzy nadajniki i cztery RP. Dla uproszczenia załóżmy, że każdy RP ma antenę RP, a każdy TRP ma dwie anteny RP; oznacza to, że będziemy potrzebować jeszcze dziewięciu TRPS:

To multipleksowanie może być albo punkt do punktu lub punkt do wielu punktów . W trybie punkt-punkt każdy użytkownik ma swój dedykowany kanał z własnym nadajnikiem, odbiornikiem i anteną. W takim przypadku na użytkownika może przypadać więcej niż jeden nadajnik, a wszyscy użytkownicy będą korzystać z różnych kanałów. W trybie punkt-wielopunkt wszyscy użytkownicy współdzielą ten sam kanał, ale nadajnik i odbiornik każdego użytkownika są połączone z nadajnikami i odbiornikami innych użytkowników na tym samym kanale.

Multipleksowanie z podziałem częstotliwości a multipleksowanie z podziałem czasu

Różnicę między multipleksowaniem z podziałem częstotliwości a multipleksowaniem z podziałem czasu omówiono poniżej.

Zalety i wady

The zalety multipleksowania z podziałem częstotliwości g obejmują następujące elementy.

• Nadajnik i odbiornik FDM nie wymagają synchronizacji.
• Jest prostszy i jego demodulacja jest łatwa.
• Tylko jeden kanał uzyska efekt ze względu na powolne wąskie pasmo.
• FDM ma zastosowanie do sygnałów analogowych.
• Jednocześnie może być transmitowana duża liczba kanałów.
• To nie jest drogie.
• To multipleksowanie ma wysoką niezawodność.
• Korzystając z tego multipleksowania, możliwe jest przesyłanie danych multimedialnych z niskim poziomem szumów i zniekształceń, a także z wysoką wydajnością.

The wady multipleksowania z podziałem częstotliwości zawierać następujące.

• FDM ma problem z przesłuchem.
• FDM ma zastosowanie tylko wtedy, gdy preferowanych jest kilka kanałów o mniejszej szybkości
• Występuje zniekształcenie pośrednie.
• Obwody FDM są złożone.
• Potrzebuje większej przepustowości.
• Daje mniejszą przepustowość.
• W porównaniu z TDM opóźnienie zapewniane przez FDM jest większe.
• To multipleksowanie nie ma dynamicznej koordynacji.
• FDM wymaga dużej liczby filtrów i modulatorów.
• Na kanał tego multipleksowania może mieć wpływ zanik szerokopasmowy
• Pełna przepustowość kanału nie może być wykorzystana w FDM.
• System FDM wymaga sygnału nośnego.

Aplikacje

Zastosowania multipleksowania z podziałem częstotliwości obejmują następujące.

• Wcześniej FDM był używany w systemie telefonii komórkowej i telegrafii harmonicznej system komunikacji .
• Multipleksowanie z podziałem częstotliwości jest stosowane głównie w radiofonii.
• FDM jest również używany w transmisji telewizyjnej.
• Ten typ multipleksowania ma zastosowanie w systemie telefonicznym, aby pomóc w przesyłaniu kilku rozmów telefonicznych przez pojedyncze łącze lub pojedynczą linię transmisyjną.
• FDM jest używany m.in system łączności satelitarnej do transmisji różnych kanałów danych.
• Jest stosowany w systemach transmisji FM lub modulacji częstotliwości stereo.
• Jest stosowany w systemach transmisji radiowej AM/modulacji amplitudy.
• Jest używany w telefonach publicznych i systemach telewizji kablowej.
• Jest używany w radiofonii i telewizji.
• Jest używany w transmisjach AM i FM.
• Jest używany w sieciach bezprzewodowych, sieciach komórkowych itp.
• FDM jest używany w systemach połączeń szerokopasmowych, a także w modemach DSL (Digital Subscriber Line).
• System FDM jest używany głównie do transmisji danych multimedialnych, takich jak audio, wideo i obraz.

Tak to jest przegląd multipleksowania z podziałem częstotliwości lub FDM. Jest to technika multipleksowania, która rozdziela istniejące pasmo na kilka podpasm, z których każde może przenosić sygnał. Tak więc to multipleksowanie umożliwia równoczesne transmisje za pośrednictwem współdzielonego medium komunikacyjnego. To multipleksowanie umożliwia systemowi przesyłanie ogromnej ilości danych w wielu segmentach transmitowanych powyżej niezależnych podpasm częstotliwości. Oto pytanie do ciebie, co to jest multipleksowanie z podziałem czasu?