Multipleksowanie w sieciach telekomunikacyjnych i komputerowych to rodzaj techniki stosowanej do łączenia i przesyłania wielu sygnałów danych w jednym medium. w multipleksowanie metoda, multiplekser Sprzęt (MUX) odgrywa znaczącą rolę w osiąganiu multipleksowania poprzez łączenie „n” linii wejściowych w celu wygenerowania pojedynczej linii wyjściowej. Zatem ta metoda opiera się głównie na koncepcji wiele do jednego, co oznacza n linii wejściowych i jedną linię wyjściową. Istnieją różne typy technik multipleksowania, takie jak; FDM, TDM, CDM , SDM i OFDM. Artykuł ten zawiera krótkie informacje na temat jednego z typów technik multipleksowania, takich jak; multipleksowanie z podziałem przestrzeni lub SDM.

Co to jest multipleksowanie z podziałem przestrzeni (SDM)?

Technika multipleksowania w sieci bezprzewodowej system komunikacji służy do zwiększania wydajności systemu poprzez proste wykorzystanie fizycznej separacji użytkowników i jest znane jako multipleksowanie z podziałem przestrzeni lub multipleksowanie z podziałem przestrzennym (SDM). W tej technice multipleksowania kilka anteny są wykorzystywane na obu końcach nadajnika i odbiornika w celu utworzenia równoległych kanałów komunikacyjnych. Te kanały komunikacji są od siebie niezależne, co pozwala kilku użytkownikom na jednoczesną transmisję danych w podobnym paśmie częstotliwości, z wyjątkiem zakłóceń.

Wydajność systemu komunikacji bezprzewodowej można zwiększyć, dodając po prostu więcej anten w celu utworzenia bardziej niezależnych kanałów. Ta technika multipleksowania jest powszechnie stosowana w systemach komunikacji bezprzewodowej, takich jak: Wi-Fi, systemy łączności satelitarnej i sieci komórkowe.

Przykład SDM w podwodnym kablu optycznym

Multipleksowanie z podziałem przestrzeni w zastosowaniu podmorskiego kabla optycznego jest podzielone na trzy systemy transmisji; jednordzeniowa transmisja światłowodowa w paśmie C, jednożyłowa transmisja światłowodowa w paśmie C+L i wielordzeniowa transmisja światłowodowa w paśmie C. Poniżej pokazano schemat ścieżki światła trzech systemów transmisyjnych.

Jednożyłowy światłowód pasma C w podmorskim systemie transmisji kabla optycznego wyposażony jest wyłącznie w sprzęt EDFA poprawiający sygnał. EDFA (Erbium Doped Fibre Amplifier) to jeden z rodzajów OFA, który jest wzmacniaczem optycznym poprzez jony erbu zawarte w rdzeniu światłowodu. EDFA ma pewne funkcje, takie jak; niski poziom szumów, wysokie wzmocnienie i niezależność od polaryzacji. Wzmacnia sygnały optyczne w paśmie 1,55 μm (lub) 1,58 μm.

SDM w podwodnym kablu optycznym

Jednordzeniowy system transmisji w paśmie C+L wymaga dwóch modułów EDFA w celu odpowiedniej poprawy sygnałów w dwóch pasmach. Wielordzeniowy system transmisji światłowodowej w paśmie C jest bardzo skomplikowany i wymaga rozłożenia każdego rdzenia światłowodu i wprowadzenia go do wzmacniacza sygnału, a następnie rozproszenia sygnału wzmacniacza do wielożyłowego kabla światłowodowego.

Jeżeli stosunek sygnału do szumu w 3-kanałowym systemie transmisji wynosi około 9,5 dB, wówczas jednordzeniowy system transmisji światłowodowej w paśmie C+L potrzebuje 37 par włókien optycznych, aby osiągnąć maksymalną zdolność transmisji kabla optycznego.

Wielordzeniowy system transmisji światłowodowej w paśmie C wymaga od 19 do 20 par włókien, aby osiągnąć najwyższą zdolność transmisji. Jednordzeniowy system transmisji światłowodowej w paśmie C+L wymaga jedynie trzynastu par kabli światłowodowych, aby zapewnić najwyższą przepustowość; jednakże jego największa pojemność wynosi 70% tylko jednordzeniowej transmisji światłowodowej w paśmie C.

W technologii SDM odległość każdego podmorskiego kabla optycznego wynosi 60 km, aby obliczyć wymagane napięcia w trzech systemach przesyłowych. Jednordzeniowe pasmo C i pasmo C+L wymagają niższych napięć do 15 kV maksymalnego napięcia. W porównaniu do wieloliniowych systemów transmisji FOC, ich napięcia są mniejsze, ponieważ wielordzeniowe systemy transmisji światłowodowej wymagają dodatkowych wzmacniaczy do zakończenia transmisji.

W trzech systemach transmisyjnych z multipleksowaniem z podziałem przestrzeni, zdolność transmisji jednordzeniowego światłowodu w paśmie C+L i wielordzeniowego pasma C jest mniejsza w porównaniu z jednożyłową transmisją w paśmie C. Jednordzeniowe systemy światłowodowe pracujące w paśmie C i falach C+L mogą wykorzystywać niższe napięcia i zużycie energii w porównaniu z systemami wielordzeniowymi, jeśli podobną wydajność można uzyskać w przypadku systemów wielordzeniowych.

Działa multipleksowanie z podziałem przestrzeni

Multipleksowanie z podziałem przestrzeni (SDM) wykorzystuje wymiar przestrzenny do jednoczesnej transmisji wielu niezależnych strumieni danych. Oto uproszczone wyjaśnienie, jak to działa:

Separacja przestrzenna : SDM polega na fizycznym oddzieleniu ścieżek transmisji dla różnych strumieni danych. Separację tę można osiągnąć różnymi technikami w zależności od medium transmisyjnego, takimi jak zastosowanie różnych włókien optycznych, elementów antenowych czy ścieżek akustycznych.
Wiele kanałów : Każda przestrzennie oddzielona ścieżka reprezentuje odrębny kanał komunikacyjny. Kanały te można wykorzystać do jednoczesnego przesyłania niezależnych strumieni danych bez wzajemnego zakłócania się.
Kodowanie i modulacja danych : Przed transmisją dane przeznaczone dla każdego kanału poddawane są technikom kodowania i modulacji w celu przekształcenia ich w format odpowiedni do transmisji na wybranym nośniku. Zwykle obejmuje to konwersję danych cyfrowych na sygnały analogowe modulowane przy określonych częstotliwościach lub innych właściwościach odpowiednich dla medium transmisyjnego.
Transmisja symultaniczna : Po zakodowaniu i modulacji dane są przesyłane jednocześnie przestrzennie oddzielonymi kanałami. Taka jednoczesna transmisja pozwala na zwiększenie przepustowości danych i efektywne wykorzystanie dostępnych zasobów komunikacyjnych.
Dekodowanie odbiornika : Po stronie odbiorczej sygnały ze wszystkich kanałów przestrzennych są odbierane i przetwarzane oddzielnie. Każdy kanał jest demodulowany i dekodowany w celu odzyskania oryginalnych strumieni danych. Ponieważ kanały są oddzielone przestrzennie, zakłócenia między nimi są minimalne, co pozwala na niezawodne odzyskiwanie danych.
Integracja strumieni danych : Na koniec odzyskane strumienie danych ze wszystkich kanałów są integrowane w celu rekonstrukcji pierwotnie przesłanych danych. Ten proces integracji zależy od konkretnej aplikacji i może obejmować takie zadania, jak korekcja błędów, synchronizacja i agregacja danych.

Ogólnie rzecz biorąc, multipleksowanie z podziałem przestrzeni umożliwia jednoczesną transmisję wielu niezależnych strumieni danych poprzez wykorzystanie separacji przestrzennej, zwiększając w ten sposób przepustowość i efektywność komunikacji. Jest powszechnie stosowany w różnych systemach komunikacyjnych, w tym w sieciach światłowodowych, komunikacji bezprzewodowej, komunikacji satelitarnej i podwodnej komunikacji akustycznej.

Przykłady multipleksowania z podziałem przestrzeni

Pierwszym przykładem SDM jest komunikacja komórkowa, ponieważ w tej komunikacji ponownie wykorzystywany jest równy zestaw częstotliwości nośnych w komórkach, które nie są blisko siebie.

Komunikacja światłowodowa : W światłowodowych systemach komunikacyjnych wiele kanałów może być przesyłanych jednocześnie przez to samo włókno, przy użyciu różnych ścieżek przestrzennych. Każda ścieżka przestrzenna może reprezentować inną długość fali (multipleksowanie z podziałem długości fali – WDM) lub inny stan polaryzacji (multipleksowanie z podziałem polaryzacji – PDM). Pozwala to na zwiększenie przepustowości transmisji danych bez konieczności układania dodatkowych fizycznych kabli światłowodowych.
Wiele systemów antenowych : W komunikacji bezprzewodowej systemy MIMO (multi-input multiple-output) wykorzystują wiele anten zarówno w nadajniku, jak i odbiorniku, aby poprawić wydajność widmową. Każda para anten tworzy kanał przestrzenny, a dane przesyłane są tymi kanałami jednocześnie, skutecznie zwiększając przepustowość łącza bezprzewodowego.
Łączność satelitarna : Systemy komunikacji satelitarnej często wykorzystują techniki SDM do jednoczesnego przesyłania wielu sygnałów przy użyciu różnych pasm częstotliwości lub ścieżek przestrzennych. Pozwala to na bardziej efektywne wykorzystanie zasobów satelitarnych i zwiększoną przepustowość danych dla zastosowań takich jak nadawanie, usługi internetowe i teledetekcja.
Podwodna komunikacja akustyczna : W środowiskach podwodnych do komunikacji wykorzystuje się fale akustyczne ze względu na ich zdolność do przemieszczania się na duże odległości. SDM można wykorzystać, wykorzystując wiele hydrofonów i nadajników, do tworzenia przestrzennie oddzielonych kanałów, co pozwala na jednoczesną transmisję wielu strumieni danych i zwiększa ogólną pojemność komunikacyjną.
Połączenia wzajemne układów scalonych : W urządzeniach elektronicznych, takich jak procesory komputerowe lub sprzęt sieciowy, można zastosować techniki multipleksowania z podziałem przestrzeni w celu połączenia wielu komponentów lub rdzeni w chipie. Kierując sygnały różnymi ścieżkami fizycznymi, dane mogą być przesyłane jednocześnie pomiędzy różnymi jednostkami przetwarzającymi, co zwiększa ogólną wydajność i przepustowość systemu.

Zalety wady

The zalety multipleksowania z podziałem przestrzeni uwzględnij poniższe.

Technika SDM poprawia gęstość przestrzenną światłowodu w przekroju jednostkowym.
Zwiększa liczbę kanałów transmisji przestrzennej we wspólnej obudowie.
SDM jest kombinacją FDM lub multipleksowania z podziałem częstotliwości i TDM lub multipleksowanie z podziałem czasu .
Przesyła komunikaty z wykorzystaniem określonej częstotliwości, dzięki czemu dany kanał może być przez pewien czas wykorzystywany w danym paśmie częstotliwości.
Ta technika multipleksowania pozwala po prostu na przesłanie przez światłowód kilku sygnałów wysyłanych na różnych długościach fal, bez wzajemnego zakłócania się.
SDM zwiększa efektywność energetyczną i znacznie pozwala obniżyć koszty każdego bitu.
Technika SDM poprawia wydajność widmową każdego światłowodu poprzez proste multipleksowanie sygnałów w ortogonalnych modach LP w światłowodach FMF (włókna o kilku trybach) i włóknach wielordzeniowych.
Opracowanie jest dość proste i nie są potrzebne żadne nowe, fundamentalne komponenty optyczne.
Najlepsze wykorzystanie przepustowości.
Stała częstotliwość może być ponownie używana w ramach SDM.
SDM można wdrożyć w kablach czysto optycznych.
Jego przepustowość jest niezwykle wysoka dzięki kablom optycznym.
Najlepsze wykorzystanie częstotliwości dzięki kilku technikom multipleksowania i światłowodom.

The Wady multipleksowania z podziałem przestrzeni uwzględnij poniższe.

Koszt SDM wciąż znacząco rośnie ze względu na poprawę liczby kanałów transmisji.
Multipleksowanie wykorzystuje złożone algorytmy i protokoły do łączenia i dzielenia różnych nadawanych sygnałów. Poprawia to trudność sieci i utrudnia jej konserwację i rozwiązywanie problemów.
Multipleksowanie powoduje zakłócenia pomiędzy nadawanymi sygnałami, co może zniekształcić wartość przesyłanych danych.
Ta technika multipleksowania wymaga pewnej przepustowości dla procedury multipleksowania, co może zmniejszyć szerokość pasma dostępną dla rzeczywistej transmisji danych.
Wdrożenie i utrzymanie tego multipleksowania jest kosztowne ze względu na złożoność i wymagany specjalistyczny sprzęt.
Multipleksowanie utrudnia zapisywanie przesyłanych danych, ponieważ na podobnym kanale przesyłanych jest kilka sygnałów.
W SDM może wystąpić wnioskowanie.
SDM boryka się z dużymi stratami wynikającymi z wnioskowania.
W SDM ten sam zestaw częstotliwości lub ten sam zestaw sygnałów TDM jest używany w dwóch różnych miejscach

Aplikacje multipleksowania z podziałem przestrzeni

The zastosowania multipleksowania z podziałem przestrzeni uwzględnij poniższe.

Multipleksowanie z podziałem przestrzeni jest stosowane w sieciach naziemnych dwiema różnymi metodami; Komponenty kompatybilne z SDM rozmieszczone zarówno w infrastrukturze przesyłowej, jak i przełączającej (lub) implementacja SDM tylko w architekturze przełączającej.
Technika multipleksowania z podziałem przestrzeni w komunikacji bezprzewodowej MIMO i światłowodowy komunikacja służy do nadawania niezależnych kanałów oddzielonych przestrzenią.
SDM jest stosowany w sieciach komórkowych w postaci technologii Multiple Output Multiple Output, która wykorzystuje kilka anten na obu końcach nadajnika i odbiornika w celu zwiększenia wartości i wydajności łącza komunikacyjnego.
SDM odnosi się do metody rozumienia multipleksowania włókien optycznych z podziałem przestrzeni.
Technikę SDM stosuje się do optycznej transmisji danych wszędzie tam, gdzie wykorzystuje się wiele kanałów przestrzennych, jak w światłowodach wielordzeniowych.
Technika multipleksowania z podziałem przestrzennym dla transmisji światłowodowej pomaga pokonać ograniczenia możliwości WDM.
SDM jest stosowany w technologii GSM.

Zatem to jest przegląd multipleksowania z podziałem przestrzeni , działanie, przykłady, zalety, wady i zastosowania. Technologia SDM jest zgodna z trendem wzrostu OFC lub komunikacji światłowodowej. Ta technika multipleksowania jest główną innowacją i rozwiniętym sposobem technologii OFC. Oto pytanie do Ciebie, czym jest multipleksowanie z podziałem czasu lub TDM?