Frekvenciaosztásos multiplexelés: blokkdiagram, működés és alkalmazásai

A multiplexelési technikát 1870-ben, de a 20. század végén fejlesztették ki; sokkal inkább alkalmazhatóvá vált a digitális távközlésben. A távközlésben a Multiplexelés A technikát több adatfolyam kombinálására és küldésére használják egyetlen médiumon. Tehát a multiplexelésre használt hardvert multiplexernek vagy MUX-nak nevezik, amely n bemeneti vonalat egyesít, hogy egyetlen o/p vonalat hozzon létre. A multiplexelési módszert széles körben használják a távközlésben, ahol számos telefonhívást folytatnak egyetlen vezetéken. A multiplexelés három típusba sorolható, mint pl. frekvenciaosztás, hullámhossz-osztás (WDM) , és időosztás. Jelenleg ez a három multiplexelési technika nagyon fontos eszközzé vált a távközlési folyamatokban, és nagymértékben javította a független jelek telefonvonalakon, AM és FM rádión, valamint optikai szálakon keresztüli küldését és vételét. Ez a cikk az FDM vagy a multiplexelés egyik típusát tárgyalja frekvenciaosztásos multiplexelés – működés és alkalmazásai.

Mi az a frekvenciaosztásos multiplexelés?

A frekvenciaosztásos multiplexelés definíciója: egy multiplexelési technika, amelyet több jel kombinálására használnak egy megosztott adathordozón. Az ilyen típusú multiplexelés során a különböző frekvenciájú jeleket egyesítik az egyidejű átvitel érdekében. Az FDM-ben több jelet egyesítenek egy csatornán vagy egyetlen kommunikációs vonalon keresztül történő továbbításhoz, ahol minden jel más-más frekvenciához van hozzárendelve a fő csatornán.

Frekvenciaosztásos multiplexelési blokkdiagram

Az alábbiakban látható a frekvenciaosztás blokkdiagramja, amely egy adót és egy vevőt tartalmaz. Az FDM-ben a különböző üzenetjelek, mint az m1(t), m2(t) és m3(t) a különböző vivőfrekvenciákon modulálva vannak, például fc1, fc2 és fc3. Ily módon a különböző modulált jelek el vannak választva egymástól a frekvenciatartományon belül. Ezeket a modulált jeleket egyesítik, hogy kialakítsák az összetett jelet, amelyet a csatornán/átviteli közegen továbbítanak.

A két üzenetjel közötti interferencia elkerülése érdekében egy védősávot is tartanak a két jel között. A védősáv két széles frekvenciatartomány elválasztására szolgál. Ez biztosítja, hogy az egyidejűleg használt kommunikációs csatornák ne tapasztaljanak olyan interferenciát, amely az átvitel minőségének romlását befolyásolná.

Amint a fenti ábrán látható, három különböző üzenetjelet modulálnak különböző frekvenciákon. Ezt követően egyetlen összetett jellé egyesülnek. Minden jel vivőfrekvenciáját úgy kell megválasztani, hogy ne legyen átfedés a modulált jelek között. Ily módon a multiplexált jelen belül minden modulált jel egyszerűen elválik egymástól a frekvenciatartományon belül.

A vevő oldalon sávszűrőket használnak az egyes modulált jelek elkülönítésére az összetett jeltől és a demultiplexeléstől. A demultiplexelt jelnek az LPF-en keresztül történő továbbításával minden üzenetjel visszaállítható. Ilyen egy tipikus FDM (Frequency Division Multiplexing) módszer.

Hogyan működik a frekvenciaosztásos multiplexelés?

Az FDM rendszerben az adó végén több adó, a vevő oldalon több vevő található. Az adó és a vevő között ott van a kommunikációs csatorna. Az FDM-ben az adó végén minden adó eltérő frekvenciájú jelet ad. Például az első adó 30 kHz frekvenciájú jelet ad, a második adó 40 kHz frekvenciával, a harmadik adó pedig 50 kHz frekvenciájú jelet ad.

Ezt követően ezeket a különböző frekvenciájú jeleket egy multiplexerként ismert eszközzel kombinálják, amely a multiplexelt jeleket kommunikációs csatornán továbbítja. Az FDM egy analóg módszer, amely nagyon népszerű multiplexelési módszer. A vevő oldalon a demultiplexer a multiplexelt jelek szétválasztására szolgál, majd ezeket az elválasztott jeleket továbbítja az adott vevőknek.

Egy tipikus FDM összesen n csatornát tartalmaz, ahol n egy 1-nél nagyobb egész szám. Minden csatorna egy bit információt hordoz, és saját vivőfrekvenciája van. Az egyes csatornák kimenete az összes többi csatornától eltérő frekvencián kerül továbbításra. Az egyes csatornák bemenetét dt késlelteti, amely időegységben vagy másodpercenkénti ciklusokban mérhető.

Az egyes csatornákon keresztüli késleltetés a következőképpen számítható ki:

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

I(t) = 1/T + C2*

I(t) = 1/T + C3*

ahol T = a jel periódusa időegységben (esetünkben ez nanoszekundum). A C1, C2 és C3 olyan állandók, amelyek az átvitt jel típusától és annak modulációs sémájától függenek.

Mindegyik csatorna egy sor fotonikus kristályból áll, amelyek szűrőként működnek a rajtuk áthaladó fényhullámok számára. Minden kristály csak bizonyos hullámhosszú fényt képes átengedni; másokat szerkezetük vagy a szomszédos kristályról való visszaverődés teljesen elzár.

Az FDM minden felhasználó számára egy további vevő használatát igényli, ami költséges lehet, és nehezen telepíthető mobileszközökre. Ezt a problémát olyan frekvenciamodulációs technikák alkalmazásával oldották meg, mint pl ortogonális frekvenciaosztásos multiplexelés (OFDM) . Az OFDM átvitel csökkenti a vevők szükséges számát azáltal, hogy különböző alvivőket rendel különböző felhasználókhoz egyetlen vivőfrekvencián.

Ehhez további vevőkre van szükség, mivel a bázisállomást és minden mobil egységet idővel szinkronizálni kell. Ebben a multiplexelésben nem lehet adatot küldeni burst módban, így az adatküldés folyamatosan történik, így a vevőnek meg kell várnia a következő csomag vételét, mielőtt elkezdheti fogadni a következőt. Ehhez speciális vevőkre van szükség, hogy különböző sebességgel tudják fogadni a csomagokat a különböző bázisállomásokról, különben nem tudnák helyesen dekódolni azokat.

Az FDM rendszerekben részt vevő adók és vevők számát „adó-vevő párnak” vagy röviden TRP-nek nevezik. A rendelkezésre álló TRP-k száma a következő képlettel számítható ki:

NumberOfTRPs = (# adó) (# pontot kap) (# antenna)

Ha például három adónk és négy vételi pontunk (RP) van, akkor kilenc TRP-nk lesz, mivel három adó és négy RP van. Az egyszerűség kedvéért tegyük fel, hogy minden RP-nek van egy RP-antennája, és minden TRP-nek két RP-antennája; ez azt jelenti, hogy további kilenc TRPS-re lesz szükségünk:

Ez a multiplexelés lehet bármelyik pontról pontra vagy pontról több pontra . Pont-pont módban minden felhasználó saját dedikált csatornával rendelkezik saját adóval, vevővel és antennával. Ebben az esetben egynél több adó lehet felhasználónként, és minden felhasználó különböző csatornákat használ. A pont-többpont módban minden felhasználó ugyanazon a csatornán osztozik, de minden felhasználó adója és vevőkészüléke csatlakozik az ugyanazon a csatornán lévő többi felhasználóhoz.

Frekvenciaosztásos multiplexelés vs időosztásos multiplexelés

A frekvenciaosztásos multiplexelés és az időosztásos multiplexelés közötti különbséget az alábbiakban tárgyaljuk.

Előnyök és hátrányok

Az a frekvenciaosztásos multiplexin előnyei g tartalmazza a következőket.

• Az FDM adó-vevője nem igényel szinkronizálást.
• Egyszerűbb, demodulálása egyszerű.
• Csak egy csatorna éri el a hatást a lassú keskeny sáv miatt.
• Az FDM analóg jelekre alkalmazható.
• Egyidejűleg nagyszámú csatorna átvitele lehetséges.
• Nem drága.
• Ez a multiplexelés nagy megbízhatósággal rendelkezik.
• Ezzel a multiplexeléssel lehetőség nyílik multimédiás adatok átvitelére alacsony zajszinttel és torzítással, valamint nagy hatékonysággal.

Az a frekvenciaosztásos multiplexelés hátrányai a következőket tartalmazzák.

• Az FDM-nek áthallási problémája van.
• Az FDM csak akkor alkalmazható, ha néhány kisebb sebességű csatorna preferált
• Közvetítési torzulás lép fel.
• Az FDM áramkör bonyolult.
• Nagyobb sávszélesség kell hozzá.
• Kevesebb áteresztőképességet biztosít.
• A TDM-hez képest az FDM által biztosított késleltetés nagyobb.
• Ez a multiplexelés nem rendelkezik dinamikus koordinációval.
• Az FDM-nek nagyszámú szűrőre és modulátorra van szüksége.
• Ennek a multiplexelésnek a csatornáját érintheti a szélessávú fading
• A csatorna teljes sávszélessége nem használható ki az FDM-en.
• Az FDM rendszer vivőjelet igényel.

Alkalmazások

A frekvenciaosztásos multiplexelés alkalmazásai a következők.

• Korábban az FDM-et a mobiltelefon-rendszerben és a harmonikus távírásban használták kommunikációs rendszer .
• A frekvenciaosztásos multiplexelést elsősorban a rádióműsorszórásban használják.
• Az FDM-et a TV-műsorszórásban is használják.
• Ez a fajta multiplexelés a telefonrendszerben alkalmazható több telefonhívás egyetlen linken vagy egyetlen átviteli vonalon történő továbbításában.
• Az FDM-et a műholdas kommunikációs rendszer különböző adatcsatornák továbbítására.
• FM átviteli rendszerekben vagy sztereó frekvencia modulációban használják.
• AM rádióátviteli rendszerekben/Amplitúdómodulációban használják.
• Nyilvános telefonokhoz és kábel TV-rendszerekhez használják.
• A műsorszórásban használják.
• AM és FM adásoknál használják.
• Használják vezeték nélküli hálózatokban, mobilhálózatokban stb.
• Az FDM-et szélessávú csatlakozási rendszerekben és DSL (Digital Subscriber Line) modemekben is használják.
• Az FDM rendszert elsősorban multimédiás adatok, például hang-, videó- ​​és képátvitelre használják.

Így van ez a frekvenciaosztásos multiplexelés áttekintése vagy FDM. Ez egy multiplexelési technika, amely a meglévő sávszélességet több alsávra osztja, amelyek mindegyike egy jelet hordozhat. Tehát ez a multiplexelés lehetővé teszi az egyidejű átvitelt egy megosztott kommunikációs közeg felett. Ez a multiplexelés lehetővé teszi a rendszer számára, hogy hatalmas mennyiségű adatot továbbítson a független frekvencia-alsávok felett továbbított szegmenseken keresztül. Itt egy kérdés, hogy mi az időosztásos multiplexelés?