Prostorsko razdeljeno multipleksiranje: diagram, delovanje, prednosti, slabosti in njegove aplikacije

Multipleksiranje v telekomunikacijskih in računalniških omrežjih je vrsta tehnike, ki se uporablja za združevanje in prenos številnih podatkovnih signalov po enem samem mediju. V multipleksiranje metoda, multiplekser (MUX) strojna oprema igra pomembno vlogo pri doseganju multipleksiranja z združevanjem 'n' vhodnih linij za ustvarjanje ene same izhodne vrstice. Ta metoda torej sledi predvsem konceptu mnogo proti ena, kar pomeni n vhodnih vrstic in eno samo izhodno linijo. Obstajajo različne vrste tehnik multipleksiranja, kot so; FDM, TDM, CDM , SDM in OFDM. Ta članek vsebuje kratke informacije o eni od vrst tehnik multipleksiranja, kot je; prostorsko razdeljeno multipleksiranje ali SDM.

Kaj je Space Division Multiplexing (SDM)?

Tehnika multipleksiranja znotraj brezžičnega omrežja komunikacijski sistem se uporablja za izboljšanje zmogljivosti sistema s preprostim izkoriščanjem fizične ločitve uporabnikov, znano kot prostorsko razdeljeno multipleksiranje ali prostorsko razdeljeno multipleksiranje (SDM). V tej tehniki multipleksiranja je več antene se uporabljajo na obeh koncih oddajnika in sprejemnika za vzpostavitev vzporednih komunikacijskih kanalov. Ti komunikacijski kanali so neodvisni drug od drugega, kar več uporabnikom omogoča hkratni prenos podatkov znotraj podobnega frekvenčnega pasu, razen motenj.

Zmogljivost brezžičnega komunikacijskega sistema je mogoče izboljšati s preprosto vključitvijo več anten za oblikovanje več neodvisnih kanalov. Ta tehnika multipleksiranja se pogosto uporablja v brezžičnih komunikacijskih sistemih, kot so; Wifi, satelitski komunikacijski sistemi & mobilna omrežja.

Primer SDM v podmorskem optičnem kablu

Prostorsko razdeljeno multipleksiranje v podmorski optični kabelski aplikaciji je razdeljeno na tri prenosne sisteme; enojedrni optični C-pas, enojedrni optični C+L-pas in večjedrni prenos C-pasu. Spodaj je prikazan diagram treh svetlobnih poti prenosnega sistema.

C-pas enojedrnih vlaken v prenosnem sistemu podmorskega optičnega kabla je opremljen samo z opremo EDFA za izboljšanje signala. EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) ​​je ena vrsta OFA, ki je optični ojačevalnik prek erbijevih ionov, vključenih v jedro optičnega vlakna. EDFA ima nekaj funkcij, kot so; nizek šum, visoko ojačenje in neodvisnost od polarizacije. Ojačuje optične signale v pasu 1,55 μm (ali) 1,58 μm.

Enojedrni C+L pasovni prenosni sistem zahteva dva EDFA za ustrezno izboljšanje dvopasovnih signalov. Prenosni sistem C-pasu z večjedrnimi vlakni je zelo zapleten in zahteva razprševanje vsakega jedra vlakna in vnos v ojačevalnik signala, nato pa signal ojačevalnika razpršite v kabel z večžilnimi vlakni.

Kadarkoli je razmerje med signalom in šumom 3-kanalnega prenosnega sistema približno 9,5 dB, potrebuje prenosni sistem C+L-pasu z enojedrnimi vlakni 37 parov optičnih vlaken, da doseže največjo zmogljivost prenosa optičnih kablov.

Prenosni sistem C-pasu z večjedrnimi vlakni potrebuje 19 do 20 parov vlaken, da doseže najvišjo zmogljivost prenosa. Prenosni sistem C+L-pasu z enojedrnimi vlakni potrebuje le trinajst parov optičnih kablov za širjenje največje zmogljivosti; vendar je njegova najvišja zmogljivost 70 % samo prenosa enojedrnih vlaken C-pasu.

V tehnologiji SDM je razdalja vsakega podmorskega optičnega kabla nastavljena na 60 km za izračun zahtevanih napetosti treh prenosnih sistemov. Enojedrni C-pas in C+L-pas potrebujeta nižje napetosti do 15 kV največje napetosti. V primerjavi z večlinijskimi prenosnimi sistemi FOC so njihove napetosti nižje, ker sistemi z večjedrnimi optičnimi vlakni potrebujejo dodatne ojačevalnike za dokončanje prenosa.

V treh sistemih prenosa prostorskega multipleksiranja je sposobnost prenosa enojedrnega optičnega pasu C+L in večjedrnega C-pasu manjša v primerjavi s prenosom enojedrnega optičnega pasu C. Sistemi C-band & C+L-wave z enojedrnimi vlakni lahko uporabljajo nižje napetosti in izkoristek energije v primerjavi z večjedrnimi sistemi, če je podobna zmogljivost dosegljiva z večjedrnimi sistemi.

Multipleksiranje vesoljske delitve deluje

Space Division Multiplexing (SDM) deluje tako, da izkorišča prostorsko dimenzijo za hkratni prenos več neodvisnih podatkovnih tokov. Tukaj je poenostavljena razlaga, kako deluje:

• Prostorska ločitev : SDM temelji na fizičnem ločevanju prenosnih poti za različne podatkovne tokove. To ločitev je mogoče doseči z različnimi tehnikami glede na medij prenosa, kot je uporaba različnih optičnih vlaken, antenskih elementov ali akustičnih poti.
• Več kanalov : Vsaka prostorsko ločena pot predstavlja poseben komunikacijski kanal. Te kanale je mogoče uporabiti za sočasni prenos neodvisnih podatkovnih tokov brez medsebojnega motenja.
• Kodiranje in modulacija podatkov : Pred prenosom so podatki, namenjeni vsakemu kanalu, podvrženi tehnikam kodiranja in modulacije, da se pretvorijo v obliko, primerno za prenos po izbranem mediju. To običajno vključuje pretvorbo digitalnih podatkov v analogne signale, modulirane na določenih frekvencah ali drugih lastnostih, primernih za prenosni medij.
• Simultani prenos : Ko so podatki kodirani in modulirani, se prenašajo hkrati po prostorsko ločenih kanalih. Ta sočasni prenos omogoča večjo prepustnost podatkov in učinkovito uporabo razpoložljivih komunikacijskih virov.
• Dekodiranje sprejemnika : Na sprejemnem koncu se signali iz vseh prostorskih kanalov sprejemajo in obdelujejo ločeno. Vsak kanal se demodulira in dekodira, da se obnovijo izvirni podatkovni tokovi. Ker so kanali prostorsko ločeni, so med njimi minimalne motnje, kar omogoča zanesljivo obnovitev podatkov.
• Integracija podatkovnih tokov : Končno so obnovljeni podatkovni tokovi iz vseh kanalov integrirani za rekonstrukcijo izvirnih prenesenih podatkov. Ta integracijski proces je odvisen od specifične aplikacije in lahko vključuje naloge, kot so odpravljanje napak, sinhronizacija in združevanje podatkov.

Na splošno multipleksiranje s prostorsko delitvijo omogoča hkraten prenos več neodvisnih podatkovnih tokov z izkoriščanjem prostorske ločitve, s čimer se poveča komunikacijska zmogljivost in učinkovitost. Običajno se uporablja v različnih komunikacijskih sistemih, vključno z omrežji z optičnimi vlakni, brezžično komunikacijo, satelitsko komunikacijo in podvodno akustično komunikacijo.

Primeri multipleksiranja z delitvijo prostora

Prvi primer SDM je celična komunikacija, ker se pri tej komunikaciji ponovno uporablja enak nabor nosilnih frekvenc v celicah, ki niso blizu druga drugi.

• Komunikacija z optičnimi vlakni : V komunikacijskih sistemih z optičnimi vlakni se lahko več kanalov hkrati prenaša po istem vlaknu z uporabo različnih prostorskih poti. Vsaka prostorska pot lahko predstavlja drugačno valovno dolžino (Wavelength Division Multiplexing – WDM) ali različno polarizacijsko stanje (Polarization Division Multiplexing – PDM). To omogoča večjo zmogljivost prenosa podatkov, ne da bi bilo treba polagati dodatne fizične optične kable.
• Sistemi z več antenami : V brezžični komunikaciji sistemi z več vhodi in več izhodi (MIMO) uporabljajo več anten na oddajniku in sprejemniku za izboljšanje spektralne učinkovitosti. Vsak par anten tvori prostorski kanal, podatki pa se prenašajo po teh kanalih hkrati, kar učinkovito poveča zmogljivost brezžične povezave.
• Satelitska komunikacija : Satelitski komunikacijski sistemi pogosto uporabljajo tehnike SDM za prenos več signalov hkrati z uporabo različnih frekvenčnih pasov ali prostorskih poti. To omogoča učinkovitejšo uporabo satelitskih virov in povečan pretok podatkov za aplikacije, kot so oddajanje, internetne storitve in daljinsko zaznavanje.
• Podvodna akustična komunikacija : V podvodnih okoljih se za komunikacijo uporabljajo akustični valovi, ker lahko prepotujejo velike razdalje. SDM je mogoče uporabiti z uporabo več hidrofonov in oddajnikov za ustvarjanje prostorsko ločenih kanalov, kar omogoča hkraten prenos več podatkovnih tokov in povečanje celotne komunikacijske zmogljivosti.
• Povezave integriranih vezij : Znotraj elektronskih naprav, kot so računalniški procesorji ali omrežna oprema, je mogoče uporabiti tehnike prostorskega multipleksiranja za medsebojno povezovanje več komponent ali jeder na čipu. Z usmerjanjem signalov po različnih fizičnih poteh se lahko podatki sočasno prenašajo med različnimi procesnimi enotami, kar izboljša splošno zmogljivost in prepustnost sistema.

Prednosti in slabosti

The prednosti prostorskega multipleksiranja vključujejo naslednje.

• Tehnika SDM izboljša prostorsko gostoto optičnih vlaken v preseku enote.
• Poveča število prostorskih prenosnih kanalov znotraj skupne obloge.
• SDM je kombinacija FDM ali frekvenčnega multipleksiranja in TDM oz časovno razdeljeno multipleksiranje .
• Oddaja sporočila z uporabo določene frekvence, tako da se določen kanal lahko nekaj časa uporablja proti določenemu frekvenčnemu pasu.
• Ta tehnika multipleksiranja preprosto omogoča, da optično vlakno oddaja več signalov, ki so poslani na različnih valovnih dolžinah, pri čemer se ne motijo ​​drug drugega.
• SDM razvija energetsko učinkovitost in bistveno nižje stroške za vsak bit.
• Tehnika SDM izboljša spektralno učinkovitost za vsako vlakno s preprostim multipleksiranjem signalov znotraj ortogonalnih načinov LP v FMF (malonačinskih vlaknih) in večjedrnih vlaknih.
• Razvoj je dokaj preprost in niso potrebne nobene temeljne nove optične komponente.
• Najboljša uporaba pasovne širine.
• Fiksno frekvenco je mogoče ponovno uporabiti znotraj SDM.
• SDM je mogoče implementirati znotraj čistih optičnih kablov.
• Njegova prepustnost je izjemno visoka zaradi optičnih kablov.
• Najboljša uporaba frekvence zaradi več tehnik multipleksiranja in optičnih vlaken.

The slabosti multipleksiranja s prostorsko delitvijo vključujejo naslednje.

• Stroški SDM še vedno močno naraščajo zaradi izboljšanja števila prenosnih kanalov.
• Multipleksiranje uporablja zapletene algoritme in protokole za združevanje in delitev različnih signalov, ki se oddajajo. To torej izboljša težavnost omrežja ter ga oteži vzdrževanje in odpravljanje težav.
• Multipleksiranje povzroča motnje med signali, ki se oddajajo, kar lahko pokvari vrednost prenesenih podatkov.
• Ta tehnika multipleksiranja potrebuje določeno količino pasovne širine za postopek multipleksiranja, kar lahko zmanjša količino pasovne širine, ki je na voljo za dejanski prenos podatkov.
• Izvajanje in vzdrževanje tega multipleksiranja je drago zaradi kompleksnosti in zahtevane specializirane opreme.
• Zaradi tega multipleksiranja je shranjevanje poslanih podatkov težje, ker je več signalov poslanih nad podobnim kanalom.
• V SDM lahko pride do sklepanja.
• SDM se sooča z velikimi izgubami sklepanja.
• V SDM se isti niz frekvenc ali isti niz signalov TDM uporablja na dveh različnih mestih

Aplikacije za multipleksiranje prostorske delitve

The aplikacije prostorskega multipleksiranja vključujejo naslednje.

• Prostorsko razdeljeno multipleksiranje se v prizemnih omrežjih uporablja z dvema različnima metodama; Komponente, združljive s SDM, razporejene znotraj prenosne in preklopne infrastrukture (ali) implementacija SDM samo znotraj preklopne arhitekture.
• Tehnika prostorskega multipleksiranja v okviru brezžične komunikacije MIMO in optičnimi vlakni komunikacija se uporablja za oddajanje neodvisnih kanalov, ki so ločeni znotraj prostora.
• SDM se uporablja v celičnih omrežjih v obliki tehnologije Multiple Input Multiple Output, ki uporablja več anten na obeh koncih oddajnika in sprejemnika za izboljšanje vrednosti in zmogljivosti komunikacijske povezave.
• SDM se nanaša na metodo za razumevanje multipleksiranja optičnih vlaken z delitvijo prostora.
• Tehnika SDM se uporablja za optični prenos podatkov povsod, kjer se uporablja več prostorskih kanalov, kot pri večjedrnih vlaknih.
• Tehnika multipleksiranja s prostorsko delitvijo za prenos po optičnih vlaknih pomaga preseči omejitev zmogljivosti WDM.
• SDM se uporablja v tehnologiji GSM.

Torej, to je pregled prostorskega multipleksiranja , delovanje, primeri, prednosti, slabosti in aplikacije. Tehnologija SDM je v skladu s trendom rasti OFC ali komunikacije z optičnimi vlakni. Ta tehnika multipleksiranja je glavna inovacija in razvit način tehnologije OFC. Tukaj je vprašanje za vas, kaj je multipleksiranje s časovno delitvijo ali TDM?