Sagedusjaotusega multipleksimine: plokkskeem, töö ja selle rakendused

Multipleksimise tehnika töötati välja 1870. aastal, kuid 20. sajandi lõpus; see muutus digitaalse telekommunikatsiooni jaoks palju rakendatavamaks. Telekommunikatsioonis on Multipleksimine tehnikat kasutatakse mitme andmevoo ühendamiseks ja saatmiseks ühe meediumi kaudu. Niisiis, multipleksimiseks kasutatavat riistvara tuntakse multiplekserina või MUX-ina, mis ühendab n sisendliini, et luua üks o/p liin. Multipleksimismeetodit kasutatakse laialdaselt telekommunikatsioonis, kus ühe juhtme kaudu edastatakse palju telefonikõnesid. Multipleksimine jaguneb kolme tüüpi, näiteks; sagedusjaotus, lainepikkuse jaotus (WDM) ja ajajaotus. Praegu on need kolm multipleksimistehnikat muutunud telekommunikatsiooniprotsessides väga oluliseks eeliseks ning need on oluliselt parandanud sõltumatute signaalide saatmise ja vastuvõtmise viisi telefoniliinide, AM- ja FM-raadio ning ka optiliste kiudude kaudu. Selles artiklis käsitletakse ühte multipleksimise tüüpidest, mida nimetatakse FDM-iks või sagedusjaotusega multipleksimine – töö ja selle rakendused.

Mis on sagedusjaotusega multipleksimine?

Sagedusjaotusega multipleksimise definitsioon on: multipleksimistehnika, mida kasutatakse rohkem kui ühe signaali ühendamiseks jagatud meediumi kaudu. Seda tüüpi multipleksimise korral liidetakse erinevate sagedustega signaalid samaaegseks edastamiseks. FDM-is liidetakse mitu signaali edastamiseks ühe kanali või ühe sideliini kaudu, kus iga signaal eraldatakse põhikanalis erinevale sagedusele.

Sagedusjaotusega multipleksimise plokkskeem

Allpool on näidatud sagedusjaotuse plokkskeem, mis sisaldab saatjat ja vastuvõtjat. FDM-is moduleeritakse erinevaid sõnumisignaale nagu m1(t), m2(t) ja m3(t) erinevatel kandesagedustel nagu fc1, fc2 ja fc3. Sel viisil eraldatakse erinevad moduleeritud signaalid üksteisest sageduspiirkonnas. Need moduleeritud signaalid liidetakse kokku, et kujundada komposiitsignaal, mis edastatakse kanali/edastuskandja kaudu.

Kahe teatesignaali häirete vältimiseks hoitakse nende kahe signaali vahel ka kaitseriba. Kaitseriba kasutatakse kahe laia sagedusvahemiku eraldamiseks. See tagab, et samaaegselt kasutatavad sidekanalid ei koge häireid, mis võiksid mõjutada edastuste kvaliteedi halvenemist.

Nagu on näidatud ülaltoodud joonisel, on kolm erinevat sõnumisignaali, mida moduleeritakse erinevatel sagedustel. Pärast seda liidetakse need üheks liitsignaaliks. Iga signaali kandesagedused tuleb valida nii, et moduleeritud signaalid ei kattuks. Niimoodi eraldatakse iga moduleeritud signaal multipleksitud signaalis lihtsalt üksteisest sageduspiirkonnas.

Vastuvõtja otsas kasutatakse ribapääsfiltreid, et eraldada iga moduleeritud signaal komposiitsignaalist ja demultipleksitakse. Demultipleksitud signaali edastamisel LPF-i kaudu on võimalik taastada iga sõnumisignaal. Selline on tüüpiline FDM (Frequency Division Multiplexing) meetod.

Kuidas sagedusjaotusega multipleksimine töötab?

FDM-süsteemis on saatja otsas mitu saatjat ja vastuvõtja otsas mitu vastuvõtjat. Saatja ja vastuvõtja vahel on sidekanal. FDM-is edastab iga saatja saatja otsas erineva sagedusega signaali. Näiteks esimene saatja saadab signaali sagedusega 30 kHz, teine ​​saatja 40 kHz sagedusega ja kolmas saatja 50 kHz sagedusega.

Pärast seda kombineeritakse need erineva sagedusega signaalid seadmega, mida tuntakse multiplekserina, mis edastab multipleksitud signaale sidekanali kaudu. FDM on analoogmeetod, mis on väga populaarne multipleksimismeetod. Vastuvõtja otsas kasutatakse multipleksitud signaalide eraldamiseks demultiplekserit, seejärel edastatakse need eraldatud signaalid konkreetsetele vastuvõtjatele.

Tüüpilises FDM-is on kokku n kanalit, kus n on täisarv, mis on suurem kui 1. Iga kanal kannab ühte bitti teavet ja sellel on oma kandesagedus. Iga kanali väljund saadetakse kõigist teistest kanalitest erineval sagedusel. Iga kanali sisend hilineb summa dt võrra, mida võib mõõta ajaühikutes või tsüklites sekundis.

Iga kanali läbimise viivitust saab arvutada järgmiselt:

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

I(t) = 1/T + C2*

I(t) = 1/T + C3*

kus T = signaali periood ajaühikutes (meie puhul on see nanosekundid). C1, C2 ja C3 on konstandid, mis sõltuvad edastatava signaali tüübist ja selle modulatsiooniskeemist.

Iga kanal koosneb fotooniliste kristallide massiivist, mis toimivad neid läbivate valguslainete filtritena. Iga kristall suudab läbida ainult teatud valguse lainepikkusi; teised on täielikult blokeeritud nende struktuuri või kõrvalasuvate kristallide peegelduse tõttu.

FDM nõuab iga kasutaja jaoks täiendava vastuvõtja kasutamist, mis võib olla kulukas ja mobiilseadmetesse keeruline paigaldada. See probleem on lahendatud kasutades sagedusmodulatsiooni tehnikaid nagu ortogonaalne sagedusjaotusega multipleksimine (OFDM) . OFDM-edastus vähendab vajalikku vastuvõtjate arvu, määrates erinevatele kasutajatele ühel kandesagedusel erinevad alamkandjad.

See nõuab täiendavaid vastuvõtjaid, kuna tugijaam ja iga mobiilseade tuleb aja jooksul sünkroniseerida. Selles multipleksimises ei saa andmeid saata sarivõtterežiimis, seega saadetakse andmeid pidevalt, nii et vastuvõtja peab ootama kuni järgmise paketi vastuvõtmiseni, enne kui saab hakata vastu võtma järgmist. Selleks on vaja spetsiaalseid vastuvõtjaid, et nad saaksid erinevatelt tugijaamadelt erineva kiirusega pakette vastu võtta, vastasel juhul ei saaks nad neid õigesti dekodeerida.

FDM-süsteemides osalevate saatjate ja vastuvõtjate arvu nimetatakse 'saatja-vastuvõtja paariks' või lühidalt TRP-ks. Saadaval olevate TRP-de arvu saab arvutada järgmise valemi abil:

NumberOfTRPs = (# saatjat) (# Saate punkte) (# antenni)

Näiteks kui meil on kolm saatjat ja neli vastuvõtupunkti (RP), on meil üheksa TRP-d, kuna seal on kolm saatjat ja neli RP-d. Et asjad oleksid lihtsad, oletame, et igal RP-l on RP-antenn ja igal TRP-l on kaks RP-antenni; see tähendab, et vajame veel üheksat TRPS-i:

See multipleksimine võib olla ükskõik kumb punktist punktini või punkt mitme punktini . Punkt-punkti režiimis on igal kasutajal oma eraldi kanal koos oma saatja, vastuvõtja ja antenniga. Sel juhul võiks ühe kasutaja kohta olla rohkem kui üks saatja ja kõik kasutajad kasutaksid erinevaid kanaleid. Punkt-mitmepunkti režiimis jagavad kõik kasutajad sama kanalit, kuid iga kasutaja saatja ja vastuvõtja on ühendatud sama kanali teiste kasutajate omadega.

Sagedusjaotusega multipleksimine vs aegjaotusega multipleksimine

Sagedusjaotusega multipleksimise ja aegjaotusega multipleksimise erinevust käsitletakse allpool.

Eelised ja miinused

The sagedusjaotusega multipleksiini eelised g sisaldab järgmist.

• FDM-i saatja ja vastuvõtja ei vaja sünkroonimist.
• See on lihtsam ja selle demoduleerimine on lihtne.
• Aeglase kitsa riba tõttu mõjub ainult üks kanal.
• FDM on kasutatav analoogsignaalide jaoks.
• Samaaegselt saab edastada suurt hulka kanaleid.
• See ei ole kallis.
• Sellel multipleksimisel on kõrge töökindlus.
• Selle multipleksimise abil on võimalik edastada multimeediumiandmeid madala müra ja moonutusega ning ka suure tõhususega.

The sagedusjaotusega multipleksimise puudused sisaldama järgmist.

• FDM-il on ristkõnede probleem.
• FDM on rakendatav ainult siis, kui eelistatakse mõnda väiksema kiirusega kanalit
• Tekib vahendusmoonutus.
• FDM-i vooluring on keeruline.
• See vajab rohkem ribalaiust.
• See annab väiksema läbilaskevõime.
• Võrreldes TDM-iga on FDM-i latentsusaeg suurem.
• Sellel multipleksimisel puudub dünaamiline koordineerimine.
• FDM vajab suurt hulka filtreid ja modulaatoreid.
• Selle multipleksimise kanalit võib mõjutada lairiba hääbumine
• Kanali täielikku ribalaiust ei saa FDM-is kasutada.
• FDM-i süsteem nõuab kandesignaali.

Rakendused

Sagedusjaotusega multipleksimise rakendused hõlmavad järgmist.

• Varem kasutati FDM-i mobiiltelefonisüsteemis ja harmoonilises telegraafis sidesüsteem .
• Sagedusjaotusega multipleksimist kasutatakse peamiselt raadioringhäälingus.
• FDM-i kasutatakse ka telesaadetes.
• Seda tüüpi multipleksimist saab kasutada telefonisüsteemis, et aidata edastada mitut telefonikõnet ühe lingi või ühe ülekandeliini kaudu.
• FDM-i kasutatakse a satelliitsidesüsteem erinevate andmekanalite edastamiseks.
• Seda kasutatakse FM-edastussüsteemides või stereosagedusmodulatsioonis.
• Seda kasutatakse AM raadioedastussüsteemides / amplituudmodulatsioonis.
• Seda kasutatakse avalike telefonide ja kaabeltelevisioonisüsteemide jaoks.
• Seda kasutatakse ringhäälingus.
• Seda kasutatakse AM ja FM ringhäälingus.
• Seda kasutatakse traadita võrkudes, mobiilsidevõrkudes jne.
• FDM-i kasutatakse lairibaühendussüsteemides ja ka DSL (Digital Subscriber Line) modemites.
• FDM-süsteemi kasutatakse peamiselt multimeediumandmete, näiteks heli, video ja pildi edastamiseks.

Nii see on ülevaade sagedusjaotusega multipleksimisest või FDM. See on multipleksimistehnika, mis eraldab olemasoleva ribalaiuse mitmeks alamribaks, millest igaüks saab signaali edastada. Niisiis, see multipleksimine võimaldab samaaegset edastust jagatud sidemeediumi kohal. See multipleksimine võimaldab süsteemil edastada tohutul hulgal andmeid mitmete sõltumatute sagedusalaribade kohal edastatavate segmentide kaudu. Siin on teile küsimus, mis on ajajaotusega multipleksimine?