Frekventno multipleksiranje: blok dijagram, rad i njegove primjene

Tehnika multipleksiranja razvijena je 1870. godine, međutim u kasnom 20. stoljeću; postao je mnogo primjenjiviji za digitalne telekomunikacije. U telekomunikacijama, Multipleksiranje tehnika se koristi za kombiniranje i slanje više tokova podataka preko jednog medija. Dakle, hardver koji se koristi za multipleksiranje poznat je kao multiplekser ili MUX koji spaja n ulaznih linija da proizvede jednu o/p liniju. Metoda multipleksiranja naširoko se koristi u telekomunikacijama gdje se brojni telefonski pozivi prenose jednom žicom. Multipleksiranje je klasificirano u tri vrste kao što su; frekvencijska podjela, podjela valnih duljina (WDM) , i vremenska podjela. Trenutno su ove tri tehnike multipleksiranja postale vrlo značajna prednost u telekomunikacijskim procesima i znatno su poboljšale način na koji šaljemo i primamo neovisne signale preko telefonskih linija, AM i FM radija, kao i optičkih vlakana. Ovaj članak govori o jednoj od vrsta multipleksiranja poznatoj kao FDM ili frekvencijsko multipleksiranje – rad i njegove primjene.

Što je frekvencijsko multipleksiranje?

Definicija multipleksiranja s frekvencijskom podjelom je: tehnika multipleksiranja koja se koristi za kombiniranje više od jednog signala preko zajedničkog medija. U ovoj vrsti multipleksiranja, signali s različitim frekvencijama se spajaju za istodobni prijenos. U FDM-u višestruki signali se spajaju za prijenos preko kanala ili jedne komunikacijske linije gdje je svaki signal dodijeljen različitoj frekvenciji u glavnom kanalu.

Blok dijagram frekvencijskog multipleksiranja

Dolje je prikazan blok dijagram frekvencijske podjele koji uključuje odašiljač i prijemnik. U FDM-u, različiti signali poruka kao što su m1(t), m2(t) i m3(t) modulirani su na različitim frekvencijama nositelja kao što su fc1, fc2 i fc3. Na ovaj način, različiti modulirani signali su odvojeni jedan od drugog unutar frekvencijske domene. Ovi modulirani signali se spajaju kako bi oblikovali kompozitni signal koji se prenosi preko kanala/medija za prijenos.

Kako bi se izbjegle smetnje između dva signala poruke, zaštitni pojas također se drži između ova dva signala. Zaštitni pojas koristi se za odvajanje dva široka raspona frekvencija. Ovo osigurava da komunikacijski kanali koji se koriste istovremeno ne dožive smetnje koje bi utjecale na smanjenu kvalitetu prijenosa.

Kao što je prikazano na gornjoj slici, postoje tri različita signala poruka modulirana na različitim frekvencijama. Nakon toga se spajaju u jedan kompozitni signal. Frekvencije nositelja svakog signala moraju biti odabrane tako da nema preklapanja moduliranih signala. Na ovaj način, svaki modulirani signal unutar multipleksiranog signala jednostavno je odvojen jedan od drugog unutar domene frekvencije.

Na kraju prijemnika koriste se pojasni filtri za odvajanje svakog moduliranog signala od kompozitnog signala i demultipleksiranja. Odašiljanjem demultipleksiranog signala kroz LPF, moguće je oporaviti svaki signal poruke. Ovako izgleda tipična FDM (Frequency Division Multiplexing) metoda.

Kako radi multipleksiranje s frekvencijskom podjelom?

U FDM sustavu, odašiljač ima nekoliko odašiljača, a prijemnik ima nekoliko prijemnika. Između odašiljača i prijemnika nalazi se komunikacijski kanal. U FDM-u, na kraju odašiljača, svaki odašiljač odašilje signal različite frekvencije. Na primjer, prvi odašiljač emitira signal frekvencije 30 kHz, drugi odašiljač emitira signal frekvencije 40 kHz, a treći odašiljač emitira signal frekvencije 50 kHz.

Nakon toga se ti signali različitih frekvencija kombiniraju s uređajem poznatim kao multiplekser koji prenosi multipleksirane signale kroz komunikacijski kanal. FDM je analogna metoda koja je vrlo popularna metoda multipleksiranja. Na kraju prijemnika de-multiplekser se koristi za odvajanje multipleksiranih signala, a zatim prenosi te odvojene signale do određenih prijamnika.

Tipični FDM ima ukupno n kanala, gdje je n cijeli broj veći od 1. Svaki kanal nosi jedan bit informacije i ima svoju frekvenciju nositelja. Izlaz svakog kanala šalje se na različitoj frekvenciji od svih ostalih kanala. Ulaz u svaki kanal kasni za iznos dt, koji se može mjeriti u jedinicama vremena ili ciklusima u sekundi.

Kašnjenje kroz svaki kanal može se izračunati na sljedeći način:

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

I(t) = 1/T + C2 *

I(t) = 1/T + C3 *

gdje je T = period signala u jedinicama vremena (u našem slučaju to su nanosekunde). C1, C2 i C3 su konstante koje ovise o vrsti signala koji se prenosi i njegovoj shemi modulacije.

Svaki kanal sastoji se od niza fotonskih kristala koji djeluju kao filteri za svjetlosne valove koji prolaze kroz njih. Svaki kristal može propuštati samo određene valne duljine svjetlosti; drugi su potpuno blokirani svojom strukturom ili refleksijom od susjednog kristala.

FDM zahtijeva korištenje dodatnog prijemnika za svakog korisnika, što može biti skupo i teško za instalirati u mobilne uređaje. Ovaj problem je riješen korištenjem tehnika frekvencijske modulacije kao što je ortogonalno frekvencijsko multipleksiranje (OFDM) . OFDM prijenos smanjuje potreban broj prijamnika dodjeljivanjem različitih podnosača različitim korisnicima na jednoj nosivoj frekvenciji.

Zahtijeva dodatne prijamnike jer se bazna stanica i svaka mobilna jedinica moraju vremenom sinkronizirati. U ovom multipleksiranju podaci se ne mogu slati u burst modu pa se podaci šalju kontinuirano, tako da primatelj mora čekati dok ne primi sljedeći paket prije nego što može početi primati sljedeći. Zahtijeva posebne prijamnike koji mogu primati pakete različitim brzinama od različitih baznih stanica, inače ih ne bi mogli ispravno dekodirati.

Broj odašiljača i prijamnika uključenih u FDM sustave naziva se 'par odašiljač-prijemnik' ili skraćeno TRP. Broj TRP-ova koji moraju biti dostupni može se izračunati pomoću sljedeće formule:

NumberOfTRPs = (# odašiljača) (# bodova za primanje) (# antena)

Na primjer, ako imamo tri odašiljača i četiri prijemne točke (RP), imat ćemo devet TRP-ova jer postoje tri odašiljača i četiri RP-a. Da pojednostavimo stvari, pretpostavimo da svaki RP ima RP antenu i svaki TRP ima dvije RP antene; to znači da će nam trebati još devet TRPS-ova:

Ovo multipleksiranje može biti bilo koje od točke do točke ili od točke do više točaka . U načinu rada od točke do točke svaki korisnik ima svoj namjenski kanal sa svojim odašiljačem, prijemnikom i antenom. U ovom slučaju, moglo bi postojati više od jednog odašiljača po korisniku i svi bi korisnici koristili različite kanale. U načinu rada od točke do više točaka, svi korisnici dijele isti kanal, ali su odašiljač i prijemnik svakog korisnika povezani s onima drugih korisnika na istom kanalu.

Frequency Division Multiplexing vs Time Division Multiplexing

Razlika između multipleksiranja s frekvencijskom podjelom i multipleksiranja s vremenskom podjelom raspravlja se u nastavku.

Prednosti i nedostatci

The prednosti frekvencijskog multipleksina g uključuju sljedeće.

• Odašiljač i prijemnik FDM-a ne trebaju nikakvu sinkronizaciju.
• Jednostavniji je i njegova demodulacija je laka.
• Samo će jedan kanal imati učinak zbog sporog uskog pojasa.
• FDM je primjenjiv za analogne signale.
• Veliki broj kanala može se istovremeno emitirati.
• Nije skupo.
• Ovo multipleksiranje ima visoku pouzdanost.
• Koristeći ovo multipleksiranje, moguće je prenijeti multimedijske podatke s niskim šumom i izobličenjem te uz visoku učinkovitost.

The nedostaci frekvencijskog multipleksiranja uključuju sljedeće.

• FDM ima problem s preslušavanjem.
• FDM je primjenjiv samo kada se preferira nekoliko kanala manje brzine
• Dolazi do intermedijacijske distorzije.
• FDM strujni krug je složen.
• Treba više propusnosti.
• Omogućuje manje protoka.
• U usporedbi s TDM-om, latencija koju pruža FDM je veća.
• Ovo multipleksiranje nema dinamičku koordinaciju.
• FDM treba veliki broj filtera i modulatora.
• Na kanal ovog multipleksiranja može utjecati širokopojasni feding
• Kompletna propusnost kanala ne može se iskoristiti na FDM-u.
• Sustav FDM zahtijeva nosivi signal.

Prijave

Primjene frekvencijskog multipleksiranja uključuju sljedeće.

• Ranije se FDM koristio u sustavu mobilne telefonije i harmoničkoj telegrafiji komunikacijski sustav .
• Frekventno multipleksiranje se uglavnom koristi u radiodifuziji.
• FDM se također koristi u TV emitiranju.
• Ova vrsta multipleksiranja primjenjiva je u telefonskom sustavu za pomoć u prijenosu nekoliko telefonskih poziva preko jedne veze ili jedne prijenosne linije.
• FDM se koristi u a satelitski komunikacijski sustav za prijenos raznih podatkovnih kanala.
• Koristi se u sustavima FM prijenosa ili stereo frekvencijskoj modulaciji.
• Koristi se u AM sustavima radio prijenosa/amplitudna modulacija.
• Koristi se za javne telefone i sustave kabelske televizije.
• Koristi se u emitiranju.
• Koristi se u AM i FM emitiranju.
• Koristi se u bežičnim mrežama, mobilnim mrežama itd.
• FDM se koristi u sustavima širokopojasne veze i također u DSL (Digital Subscriber Line) modemima.
• FDM sustav uglavnom se koristi za multimedijske podatke kao što su audio, video i prijenos slike.

Dakle, ovo je pregled frekvencijskog multipleksiranja ili FDM. Ovo je tehnika multipleksiranja koja razdvaja postojeću propusnost u nekoliko podpojasa gdje svaki može nositi signal. Dakle, ovo multipleksiranje omogućuje simultane prijenose iznad zajedničkog komunikacijskog medija. Ovo multipleksiranje omogućuje sustavu prijenos ogromne količine podataka kroz niz segmenata koji se prenose iznad neovisnih frekvencijskih podpojasa. Ovdje je pitanje za vas, što je vremensko multipleksiranje?