Мултиплексирање са поделом фреквенција: блок дијаграм, рад и његове примене

Техника мултиплексирања развијена је 1870. године, међутим, крајем 20. века; постао је много применљивији за дигиталне телекомуникације. У телекомуникацијама, Мултиплексирање техника се користи за комбиновање и слање више токова података преко једног медија. Дакле, хардвер који се користи за мултиплексирање је познат као мултиплексер или МУКС који спаја н улазних линија да би произвео једну о/п линију. Метода мултиплексирања се широко користи у телекомуникацијама где се бројни телефонски позиви преносе кроз једну жицу. Мултиплексирање је класификовано у три типа као што су; подела фреквенција, подела таласне дужине (ВДМ) , и временска подела. Тренутно су ове три технике мултиплексирања постале веома значајна предност у телекомуникационим процесима и веома су побољшале начин на који шаљемо и примамо независне сигнале преко телефонских линија, АМ и ФМ радија, као и оптичких влакана. Овај чланак разматра један од типова мултиплексирања познатих као ФДМ или мултиплексирање са поделом фреквенција – рад и његове примене.

Шта је мултиплексирање са поделом фреквенција?

Дефиниција мултиплексирања са поделом фреквенције је: техника мултиплексирања која се користи за комбиновање више од једног сигнала преко заједничког медија. Код овог типа мултиплексирања, сигнали са различитим фреквенцијама се спајају за истовремени пренос. У ФДМ-у, вишеструки сигнали се спајају за пренос преко канала или једне комуникационе линије где је сваки сигнал додељен другој фреквенцији у главном каналу.

Блок дијаграм мултиплексирања са поделом фреквенција

Доле је приказан блок дијаграм поделе фреквенције који укључује предајник и пријемник. У ФДМ-у, различити сигнали порука као што су м1(т), м2(т) и м3(т) су модулисани на различитим носећим фреквенцијама као што су фц1, фц2 и фц3. На овај начин, различити модулисани сигнали су одвојени један од другог унутар фреквенцијског домена. Ови модулисани сигнали се спајају како би обликовали композитни сигнал који се преноси преко канала/преносног медијума.

Да би се избегле сметње између два сигнала поруке, заштитни појас се такође одржава између ова два сигнала. Заштитни појас се користи за раздвајање два широка опсега фреквенција. Ово осигурава да комуникациони канали који се користе истовремено не доживе сметње које би утицале на смањење квалитета преноса.

Као што је приказано на горњој слици, постоје три различита сигнала поруке који су модулисани на различитим фреквенцијама. Након тога, они се спајају у један композитни сигнал. Носеће фреквенције сваког сигнала морају бити одабране тако да нема преклапања модулисаних сигнала. На овај начин, сваки модулисани сигнал унутар мултиплексираног сигнала је једноставно одвојен један од другог унутар домена фреквенције.

На крају пријемника, пропусни филтери се користе да одвоје сваки модулисани сигнал од композитног сигнала и демултиплексирају. Преношењем демултиплексираног сигнала кроз ЛПФ, могуће је повратити сваки сигнал поруке. Овако је типична метода ФДМ (Фрекуенци Дивисион Мултиплекинг).

Како функционише мултиплексирање са поделом фреквенција?

У ФДМ систему, крај предајника има неколико предајника, а крај пријемника има неколико пријемника. Између предајника и пријемника, тамо је комуникациони канал. У ФДМ-у, на крају предајника, сваки предајник емитује сигнал са различитом фреквенцијом. На пример, први предајник емитује сигнал са фреквенцијом од 30 кХз, други предајник емитује сигнал са фреквенцијом од 40 кХз, а трећи предајник емитује сигнал са фреквенцијом од 50 кХз.

Након тога, ови сигнали различитих фреквенција се комбинују са уређајем познатим као мултиплексер који преноси мултиплексиране сигнале кроз комуникациони канал. ФДМ је аналогна метода која је веома популарна метода мултиплексирања. На крају пријемника, демултиплексер се користи за раздвајање мултиплексираних сигнала, а затим преноси ове раздвојене сигнале до одређених пријемника.

Типичан ФДМ има укупно н канала, где је н цео број већи од 1. Сваки канал носи један бит информација и има сопствену фреквенцију носиоца. Излаз сваког канала се шаље на различитој фреквенцији од свих осталих канала. Улаз у сваки канал је одложен за износ дт, који се може мерити у јединицама времена или циклуса у секунди.

Кашњење кроз сваки канал се може израчунати на следећи начин:

дИ(т) = И(т) + И(т-дт)/2 − И(т-дт)/2, где је И(т) = 1/Т + Ц1 *

И(т) = 1/Т + Ц2 *

И(т) = 1/Т + Ц3 *

где је Т = период сигнала у јединицама времена (у нашем случају то су наносекунде). Ц1, Ц2 и Ц3 су константе које зависе од типа сигнала који се преноси и његове модулационе шеме.

Сваки канал се састоји од низа фотонских кристала који делују као филтери за светлосне таласе који пролазе кроз њих. Сваки кристал може да прође само одређене таласне дужине светлости; други су потпуно блокирани својом структуром или рефлексијом од суседног кристала.

ФДМ захтева коришћење додатног пријемника за сваког корисника, што може бити скупо и тешко се инсталирати у мобилне уређаје. Овај проблем је решен коришћењем техника фреквентне модулације као нпр ортогонално фреквенцијско мултиплексирање (ОФДМ) . ОФДМ пренос смањује потребан број пријемника додељивањем различитих подносаца различитим корисницима на једној фреквенцији носиоца.

Захтева додатне пријемнике јер базна станица и свака мобилна јединица морају да буду синхронизоване током времена. У овом мултиплексирању подаци се не могу слати у бурст моду, тако да се подаци шаљу непрекидно, тако да прималац мора да сачека док се не прими следећи пакет пре него што почне да прима следећи. Захтева посебне пријемнике да би могли да примају пакете различитим брзинама са различитих базних станица, иначе не би могли да их исправно декодирају.

Број предајника и пријемника укључених у ФДМ системе назива се „пар предајник-пријемник“ или скраћено ТРП. Број ТРП-ова који морају бити доступни може се израчунати коришћењем следеће формуле:

НумберОфТРПс = (# предајника) (# примљених поена) (# антене)

На пример, ако  имамо три предајника и четири тачке пријема (РП), имаћемо девет ТРП јер постоје три предајника и четири РП. Да ствари буду једноставне, претпоставимо да сваки РП има РП антену и сваки ТРП има две РП антене; то значи да ће нам требати још девет ТРПС:

Ово мултиплексирање може бити било које од тачке до тачке или тачка до више тачака . У режиму од тачке до тачке, сваки корисник има свој наменски канал са сопственим предајником, пријемником и антеном. У овом случају, може постојати више од једног предајника по кориснику и сви корисници би користили различите канале. У режиму од тачке до више тачака, сви корисници деле исти канал, али предајник и пријемник сваког корисника су повезани са онима других корисника на истом каналу.

Мултиплексирање са поделом фреквенције наспрам мултиплексирања са временским поделом

Разлика између мултиплексирања са поделом фреквенције и мултиплексирања са временском поделом је размотрена у наставку.

Предности и мане

Тхе предности мултиплексина са поделом фреквенције г укључују следеће.

• Предајнику и пријемнику ФДМ-а није потребна никаква синхронизација.
• Једноставније је и његова демодулација је лака.
• Само један канал ће имати ефекта због спорог уског опсега.
• ФДМ је применљив за аналогне сигнале.
• Истовремено се може преносити велики број канала.
• Није скупо.
• Ово мултиплексирање има високу поузданост.
• Користећи ово мултиплексирање, могуће је преносити мултимедијалне податке са ниским нивоом шума и изобличења, а такође и са високом ефикасношћу.

Тхе недостаци мултиплексирања са поделом фреквенција укључи следеће.

• ФДМ има проблем унакрсних разговора.
• ФДМ је применљив само када се преферира неколико канала мање брзине
• Долази до посредничке дисторзије.
• ФДМ кола су сложена.
• Потребно му је више пропусног опсега.
• То даје мањи проток.
• У поређењу са ТДМ, латенција коју обезбеђује ФДМ је већа.
• Ово мултиплексирање нема динамичку координацију.
• ФДМ-у је потребан велики број филтера и модулатора.
• На канал овог мултиплексирања може утицати широкопојасно бледење
• Комплетна пропусност канала се не може користити на ФДМ-у.
• Систем ФДМ захтева сигнал носиоца.

Апликације

Примене фреквентног мултиплексирања обухватају следеће.

• Раније се ФДМ користио у систему мобилне телефоније и хармонијској телеграфији комуникациони систем .
• Мултиплексирање са поделом фреквенција се углавном користи у радиодифузији.
• ФДМ се такође користи у ТВ емитовању.
• Овај тип мултиплексирања је применљив у телефонском систему да помогне у преношењу неколико телефонских позива преко једне везе или једне далеководе.
• ФДМ се користи у а сателитски комуникациони систем за пренос различитих канала података.
• Користи се у ФМ системима за пренос или стерео фреквенцијској модулацији.
• Користи се у АМ радио преносним системима/амплитудна модулација.
• Користи се за јавне телефоне и системе кабловске телевизије.
• Користи се у емитовању.
• Користи се у АМ и ФМ емитовању.
• Користи се у бежичним мрежама, ћелијским мрежама итд.
• ФДМ се користи у системима широкопојасне везе и такође у ДСЛ (Дигитал Субсцрибер Лине) модемима.
• ФДМ систем се углавном користи за мултимедијалне податке као што су аудио, видео и пренос слике.

Тако је ово преглед мултиплексирања са поделом фреквенција или ФДМ. Ово је техника мултиплексирања која раздваја постојећи пропусни опсег у неколико подопсега од којих сваки може да носи сигнал. Дакле, ово мултиплексирање омогућава симултане преносе изнад заједничког комуникационог медија. Ово мултиплексирање омогућава систему да преноси огромну количину података кроз низ сегмената који се емитују изнад независних фреквенцијских подопсега. Ево питања за вас, шта је мултиплексирање са временском поделом?