Frekvenčno razdeljeno multipleksiranje: blokovni diagram, delovanje in njegove aplikacije

Tehnika multipleksiranja je bila razvita leta 1870, vendar v poznem 20. stoletju; postalo je veliko bolj uporabno za digitalne telekomunikacije. V telekomunikacijah je Multipleksiranje tehnika se uporablja za združevanje in pošiljanje več podatkovnih tokov prek enega medija. Torej je strojna oprema, ki se uporablja za multipleksiranje, znana kot multiplekser ali MUX, ki združuje n vhodnih linij, da ustvari eno samo o/p linijo. Metoda multipleksiranja se pogosto uporablja v telekomunikacijah, kjer se številni telefonski klici prenašajo po eni sami žici. Multipleksiranje je razvrščeno v tri vrste, kot so; frekvenčna delitev, delitev valovne dolžine (WDM) , in časovna delitev. Trenutno so te tri tehnike multipleksiranja postale zelo pomembna prednost v telekomunikacijskih procesih in zelo so izboljšale način pošiljanja in sprejemanja neodvisnih signalov prek telefonskih linij, AM in FM radia ter tudi optičnih vlaken. Ta članek obravnava eno od vrst multipleksiranja, znano kot FDM oz multipleksiranje s frekvenčno delitvijo – delovanje in njegove aplikacije.

Kaj je multipleksiranje s frekvenčno delitvijo?

Definicija multipleksiranja s frekvenčno delitvijo je: tehnika multipleksiranja, ki se uporablja za kombiniranje več kot enega signala prek skupnega medija. Pri tej vrsti multipleksiranja se signali z različnimi frekvencami združijo za sočasni prenos. Pri FDM se več signalov združi za prenos po kanalu ali eni komunikacijski liniji, kjer je vsak signal dodeljen drugi frekvenci v glavnem kanalu.

Blokovni diagram frekvenčnega multipleksiranja

Spodaj je prikazan blokovni diagram frekvenčne delitve, ki vključuje oddajnik in sprejemnik. V FDM so različni signali sporočil, kot so m1(t), m2(t) in m3(t), modulirani na različnih nosilnih frekvencah, kot so fc1, fc2 in fc3. Na ta način so različni modulirani signali ločeni drug od drugega znotraj frekvenčne domene. Ti modulirani signali se združijo, da oblikujejo sestavljeni signal, ki se prenaša po kanalu/prenosnem mediju.

Da bi se izognili motnjam med obema signaloma sporočila, je med tema dvema signaloma tudi zaščitni pas. Varovalni pas se uporablja za ločevanje dveh širokih razponov frekvenc. To zagotavlja, da komunikacijski kanali, ki se uporabljajo hkrati, ne bodo imeli motenj, ki bi vplivale na zmanjšano kakovost prenosov.

Kot je prikazano na zgornji sliki, obstajajo trije različni signali sporočil, modulirani na različnih frekvencah. Po tem se združijo v en sam sestavljeni signal. Nosilne frekvence vsakega signala morajo biti izbrane tako, da ne pride do prekrivanja moduliranih signalov. Tako je vsak moduliran signal v multipleksiranem signalu preprosto ločen drug od drugega znotraj frekvenčne domene.

Na koncu sprejemnika se pasovni filtri uporabljajo za ločevanje vsakega moduliranega signala od kompozitnega in demultipleksiranega signala. S prenosom demultipleksiranega signala skozi LPF je mogoče obnoviti vsak signal sporočila. Tako je značilna metoda FDM (frekvenčno razdeljeno multipleksiranje).

Kako deluje frekvenčno razdeljeno multipleksiranje?

V sistemu FDM ima oddajnik več oddajnikov in sprejemnik več sprejemnikov. Med oddajnikom in sprejemnikom je komunikacijski kanal. Pri FDM na koncu oddajnika vsak oddajnik oddaja signal z drugačno frekvenco. Na primer, prvi oddajnik oddaja signal s frekvenco 30 kHz, drugi oddajnik oddaja signal s frekvenco 40 kHz in tretji oddajnik oddaja signal s frekvenco 50 kHz.

Nato se ti signali z različnimi frekvencami združijo z napravo, znano kot multiplekser, ki prenaša multipleksirane signale skozi komunikacijski kanal. FDM je analogna metoda, ki je zelo priljubljena metoda multipleksiranja. Na koncu sprejemnika se de-multiplekser uporablja za ločevanje multipleksiranih signalov, nato pa te ločene signale odda posameznim sprejemnikom.

Tipični FDM ima skupaj n kanalov, kjer je n celo število, večje od 1. Vsak kanal nosi en bit informacije in ima svojo nosilno frekvenco. Izhod vsakega kanala je poslan na drugačni frekvenci kot vsi drugi kanali. Vhod v vsak kanal je zakasnjen za količino dt, ki se lahko meri v časovnih enotah ali ciklih na sekundo.

Zakasnitev skozi vsak kanal se lahko izračuna na naslednji način:

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

I(t) = 1/T + C2 *

I(t) = 1/T + C3 *

kjer je T = obdobje signala v časovnih enotah (v našem primeru so to nanosekunde). C1, C2 in C3 so konstante, ki so odvisne od vrste signala, ki se prenaša, in njegove modulacijske sheme.

Vsak kanal je sestavljen iz niza fotonskih kristalov, ki delujejo kot filtri za svetlobne valove, ki prehajajo skozi njih. Vsak kristal lahko prepušča le določene valovne dolžine svetlobe; druge popolnoma blokira njihova struktura ali odboj od sosednjega kristala.

FDM zahteva uporabo dodatnega sprejemnika za vsakega uporabnika, kar je lahko drago in težko za namestitev v mobilne naprave. Ta problem je bil rešen z uporabo tehnik frekvenčne modulacije, kot je npr pravokotno frekvenčno multipleksiranje (OFDM) . Prenos OFDM zmanjša zahtevano število sprejemnikov z dodeljevanjem različnih podnosilcev različnim uporabnikom na eni nosilni frekvenci.

Potrebuje dodatne sprejemnike, saj je treba bazno postajo in vsako mobilno enoto skozi čas sinhronizirati. Pri tem multipleksiranju podatkov ni mogoče poslati v zaporednem načinu, zato se podatki pošiljajo neprekinjeno, tako da mora sprejemnik počakati, da prejme naslednji paket, preden lahko začne prejemati naslednjega. Zahteva posebne sprejemnike, ki lahko sprejemajo pakete z različnimi hitrostmi od različnih baznih postaj, sicer jih ne bi mogli pravilno dekodirati.

Število oddajnikov in sprejemnikov, vključenih v sisteme FDM, se imenuje 'par oddajnik-sprejemnik' ali na kratko TRP. Število TRP, ki mora biti na voljo, je mogoče izračunati z uporabo naslednje formule:

NumberOfTRPs = (# oddajnikov) (# Prejemanje točk) (# antene)

Na primer, če imamo tri oddajnike in štiri sprejemne točke (RP), bomo imeli devet TRP, ker obstajajo trije oddajniki in štirje RP. Da bi stvari poenostavili, predpostavimo, da ima vsak RP anteno RP in vsak TRP dve anteni RP; to pomeni, da bomo potrebovali še devet TRPS:

To multipleksiranje je lahko bodisi od točke do točke oz od točke do več točk . V načinu od točke do točke ima vsak uporabnik svoj namenski kanal s svojim oddajnikom, sprejemnikom in anteno. V tem primeru bi lahko obstajalo več kot en oddajnik na uporabnika in vsi uporabniki bi uporabljali različne kanale. V načinu od točke do več točk si vsi uporabniki delijo isti kanal, vendar sta oddajnik in sprejemnik vsakega uporabnika povezana z oddajnikom in sprejemnikom drugih uporabnikov na istem kanalu.

Multipleksiranje s frekvenčno delitvijo v primerjavi s multipleksiranjem s časovno delitvijo

Spodaj je obravnavana razlika med multipleksiranjem s frekvenčno delitvijo in multipleksiranjem s časovno delitvijo.

Prednosti in slabosti

The prednosti frekvenčnega multipleksina g vključujejo naslednje.

• Oddajnik in sprejemnik FDM ne potrebujeta nobene sinhronizacije.
• Je preprostejši in njegova demodulacija je enostavna.
• Samo en kanal bo imel učinek zaradi počasnega ozkega pasu.
• FDM se uporablja za analogne signale.
• Hkrati je mogoče prenašati veliko število kanalov.
• Ni drago.
• To multipleksiranje ima visoko zanesljivost.
• Z uporabo tega multipleksiranja je mogoče prenašati multimedijske podatke z nizkim šumom in popačenjem ter tudi z visoko učinkovitostjo.

The slabosti frekvenčnega multipleksiranja vključujejo naslednje.

• FDM ima težave s preslušavanjem.
• FDM je uporaben le, če je prednost nekaj kanalov z manjšo hitrostjo
• Pojavi se vmesno popačenje.
• Vezje FDM je zapleteno.
• Potrebuje večjo pasovno širino.
• Zagotavlja manj pretokov.
• V primerjavi s TDM je zakasnitev, ki jo zagotavlja FDM, večja.
• To multipleksiranje nima dinamične koordinacije.
• FDM potrebuje veliko število filtrov in modulatorjev.
• Na kanal tega multipleksiranja lahko vpliva širokopasovno bledenje
• Celotne pasovne širine kanala ni mogoče uporabiti na FDM.
• Sistem FDM zahteva nosilni signal.

Aplikacije

Aplikacije frekvenčnega multipleksiranja vključujejo naslednje.

• Prej se je FDM uporabljal v sistemu mobilne telefonije in harmonični telegrafiji komunikacijski sistem .
• Frekvenčno multipleksiranje se uporablja predvsem v radijskem oddajanju.
• FDM se uporablja tudi pri TV oddajanju.
• Ta vrsta multipleksiranja je uporabna v telefonskem sistemu za pomoč pri prenosu več telefonskih klicev prek ene povezave ali ene prenosne linije.
• FDM se uporablja v a satelitski komunikacijski sistem za prenos različnih podatkovnih kanalov.
• Uporablja se v FM prenosnih sistemih ali stereo frekvenčni modulaciji.
• Uporablja se v radijskih prenosnih sistemih AM/amplitudna modulacija.
• Uporablja se za javne telefone in sisteme kabelske televizije.
• Uporablja se pri oddajanju.
• Uporablja se pri oddajanju AM in FM.
• Uporablja se v brezžičnih omrežjih, mobilnih omrežjih itd.
• FDM se uporablja v širokopasovnih povezovalnih sistemih in tudi v modemih DSL (Digital Subscriber Line).
• Sistem FDM se uporablja predvsem za multimedijske podatke, kot so prenos zvoka, videa in slike.

Tako je to pregled frekvenčnega multipleksiranja ali FDM. To je tehnika multipleksiranja, ki loči obstoječo pasovno širino na več podpasov, kjer lahko vsak prenaša signal. Torej to multipleksiranje omogoča sočasne prenose nad skupnim komunikacijskim medijem. To multipleksiranje omogoča sistemu prenos ogromne količine podatkov skozi številne segmente, ki se prenašajo nad neodvisnimi frekvenčnimi podpasovi. Tu je vprašanje za vas, kaj je multipleksiranje s časovno delitvijo?