Multiplexovanie s frekvenčným delením: Bloková schéma, práca a jej aplikácie

Technika multiplexovania bola vyvinutá v roku 1870, avšak koncom 20. storočia; stal sa oveľa použiteľnejším pre digitálne telekomunikácie. V telekomunikáciách, Multiplexovanie Táto technika sa používa na kombinovanie a odosielanie viacerých dátových tokov cez jedno médium. Takže hardvér, ktorý sa používa na multiplexovanie, je známy ako multiplexor alebo MUX, ktorý spája n vstupných liniek, aby vytvoril jednu o/p linku. Metóda multiplexovania je široko používaná v telekomunikáciách, kde sú početné telefónne hovory prenášané cez jeden kábel. Multiplexovanie je rozdelené do troch typov, ako napr. frekvenčné delenie, delenie vlnovej dĺžky (WDM) a časové delenie. V súčasnosti sa tieto tri techniky multiplexovania stali veľmi významným prínosom v telekomunikačných procesoch a veľmi zlepšili spôsob, akým odosielame a prijímame nezávislé signály cez telefónne linky, AM a FM rádio a tiež optické vlákna. Tento článok pojednáva o jednom z typov multiplexovania známeho ako FDM resp multiplexovanie s frekvenčným delením - práca a jej aplikácie.

Čo je to multiplexovanie s frekvenčným delením?

Definícia multiplexovania s frekvenčným delením je: technika multiplexovania, ktorá sa používa na kombinovanie viac ako jedného signálu na zdieľanom médiu. Pri tomto type multiplexovania sa signály s rôznymi frekvenciami spájajú na súbežný prenos. V FDM sa viaceré signály zlučujú na prenos cez kanál alebo jedinú komunikačnú linku, kde je každý signál pridelený inej frekvencii v hlavnom kanáli.

Bloková schéma multiplexovania s frekvenčným delením

Nižšie je zobrazená bloková schéma frekvenčného delenia, ktorá zahŕňa vysielač a prijímač. V FDM sú rôzne signály správ ako m1(t), m2(t) & m3(t) modulované na rôznych nosných frekvenciách ako fc1, fc2 & fc3. Týmto spôsobom sú rôzne modulované signály navzájom oddelené vo frekvenčnej doméne. Tieto modulované signály sa zlúčia do tvaru kompozitného signálu, ktorý sa prenáša cez kanál/prenosové médium.

Aby sa zabránilo interferencii medzi dvoma signálmi správ, medzi týmito dvoma signálmi je tiež udržiavané ochranné pásmo. Ochranné pásmo sa používa na oddelenie dvoch širokých rozsahov frekvencií. To zaisťuje, že súčasne používané komunikačné kanály nebudú vystavené rušeniu, ktoré by ovplyvnilo zníženú kvalitu prenosu.

Ako je znázornené na obrázku vyššie, existujú tri rôzne signály správ, ktoré sú modulované na rôznych frekvenciách. Potom sa zlúčia do jedného kompozitného signálu. Nosné frekvencie každého signálu musia byť zvolené tak, aby nedochádzalo k prekrývaniu modulovaných signálov. Takto je každý modulovaný signál v rámci multiplexovaného signálu jednoducho od seba oddelený v rámci frekvenčnej domény.

Na konci prijímača sa na oddelenie každého modulovaného signálu od zloženého signálu a demultiplexovania používajú pásmové filtre. Prenosom demultiplexovaného signálu cez LPF je možné obnoviť každý signál správy. Takto vyzerá typická metóda FDM (Frequency Division Multiplexing).

Ako funguje multiplexovanie s frekvenčným delením?

V systéme FDM má koniec vysielača niekoľko vysielačov a koniec prijímača má niekoľko prijímačov. Medzi vysielačom a prijímačom je komunikačný kanál. V FDM na konci vysielača každý vysielač vysiela signál s inou frekvenciou. Napríklad prvý vysielač vysiela signál s frekvenciou 30 kHz, druhý vysielač vysiela signál s frekvenciou 40 kHz a tretí vysielač vysiela signál s frekvenciou 50 kHz.

Potom sa tieto signály s rôznymi frekvenciami kombinujú so zariadením známym ako multiplexor, ktorý prenáša multiplexované signály cez komunikačný kanál. FDM je analógová metóda, ktorá je veľmi populárnou metódou multiplexovania. Na konci prijímača sa demultiplexor používa na oddelenie multiplexovaných signálov a potom tieto oddelené signály prenáša do konkrétnych prijímačov.

Typický FDM má celkom n kanálov, kde n je celé číslo väčšie ako 1. Každý kanál nesie jeden bit informácie a má svoju vlastnú nosnú frekvenciu. Výstup každého kanála je odosielaný na inej frekvencii ako všetky ostatné kanály. Vstup do každého kanálu je oneskorený o hodnotu dt, ktorá môže byť meraná v jednotkách času alebo cyklov za sekundu.

Oneskorenie cez každý kanál možno vypočítať takto:

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

I(t) = 1/T + C2*

I(t) = 1/T + C3*

kde T = perióda signálu v časových jednotkách (v našom prípade ide o nanosekundy). C1, C2 a C3 sú konštanty, ktoré závisia od typu prenášaného signálu a jeho modulačnej schémy.

Každý kanál pozostáva z radu fotonických kryštálov, ktoré fungujú ako filtre pre svetelné vlny, ktoré nimi prechádzajú. Každý kryštál môže prejsť len určitými vlnovými dĺžkami svetla; iné sú úplne blokované svojou štruktúrou alebo odrazom od susedného kryštálu.

FDM vyžaduje použitie ďalšieho prijímača pre každého používateľa, čo môže byť drahé a náročné na inštaláciu do mobilných zariadení. Tento problém bol vyriešený použitím techník frekvenčnej modulácie ako napr ortogonálne frekvenčne delené multiplexovanie (OFDM) . OFDM prenos znižuje požadovaný počet prijímačov priradením rôznych subnosných rôznym užívateľom na jednej nosnej frekvencii.

Vyžaduje si to ďalšie prijímače, pretože základňová stanica a každá mobilná jednotka musia byť časom synchronizované. V tomto multiplexovaní nie je možné odosielať dáta v zhlukovom režime, takže dáta sú odosielané nepretržite, takže prijímač musí čakať, kým nie je prijatý ďalší paket, kým môže začať prijímať ďalší. Vyžaduje to špeciálne prijímače, aby mohli prijímať pakety rôznymi rýchlosťami z rôznych základňových staníc, inak by ich nedokázali správne dekódovať.

Počet vysielačov a prijímačov zapojených do FDM systémov sa nazýva „pár vysielač-prijímač“ alebo skrátene TRP. Počet TRP, ktoré musia byť k dispozícii, možno vypočítať pomocou nasledujúceho vzorca:

Počet TRP = (# vysielačov) (# body získania) (# antén)

Napríklad, ak máme tri vysielače a štyri prijímacie body (RP), budeme mať deväť TRP, pretože máme tri vysielače a štyri RP. Aby sme veci zjednodušili, predpokladajme, že každý RP má RP anténu a každý TRP má dve RP antény; to znamená, že budeme potrebovať ďalších deväť TRPS:

Toto multiplexovanie môže byť buď bod k bodu alebo point to multi point . V režime point-to-point má každý užívateľ svoj vlastný vyhradený kanál s vlastným vysielačom, prijímačom a anténou. V tomto prípade by mohol byť viac ako jeden vysielač na používateľa a všetci používatelia by používali rôzne kanály. V režime point-to-multipoint všetci používatelia zdieľajú rovnaký kanál, ale vysielač a prijímač každého používateľa sú pripojené k vysielačom a prijímačom ostatných používateľov na rovnakom kanáli.

Multiplexovanie s frekvenčným delením vs. multiplexovanie s časovým delením

Rozdiel medzi multiplexovaním s frekvenčným delením a multiplexovaním s časovým delením je diskutovaný nižšie.

Výhody a nevýhody

The výhody frekvenčného multiplexu g zahŕňajú nasledujúce.

• Vysielač a prijímač FDM nepotrebuje žiadnu synchronizáciu.
• Je jednoduchší a jeho demodulácia je jednoduchá.
• Z dôvodu pomalého úzkeho pásma bude účinný iba jeden kanál.
• FDM je použiteľný pre analógové signály.
• Súčasne je možné prenášať veľké množstvo kanálov.
• Nie je to drahé.
• Toto multiplexovanie má vysokú spoľahlivosť.
• Pomocou tohto multiplexovania je možné prenášať multimediálne dáta s nízkym šumom a skreslením a tiež s vysokou účinnosťou.

The nevýhody multiplexovania s frekvenčným delením zahŕňajú nasledujúce.

• FDM má problém s presluchom.
• FDM je použiteľné len vtedy, keď je preferovaných niekoľko kanálov s nižšou rýchlosťou
• Dochádza ku skresleniu sprostredkovania.
• Obvody FDM sú zložité.
• Vyžaduje si to väčšiu šírku pásma.
• Poskytuje menšiu priepustnosť.
• V porovnaní s TDM je latencia poskytovaná FDM väčšia.
• Toto multiplexovanie nemá dynamickú koordináciu.
• FDM potrebuje veľké množstvo filtrov a modulátorov.
• Kanál tohto multiplexovania môže byť ovplyvnený širokopásmovým slabnutím
• Na FDM nie je možné využiť celú šírku pásma kanála.
• Systém FDM vyžaduje nosný signál.

Aplikácie

Aplikácie multiplexovania s frekvenčným delením zahŕňajú nasledujúce.

• Predtým sa FDM používal v systéme mobilných telefónov a harmonickej telegrafii komunikačný systém .
• V rozhlasovom vysielaní sa využíva najmä multiplexovanie s frekvenčným delením.
• FDM sa používa aj v TV vysielaní.
• Tento typ multiplexovania je použiteľný v telefónnom systéme na pomoc pri prenose niekoľkých telefónnych hovorov cez jednu linku alebo jednu prenosovú linku.
• FDM sa používa v a satelitný komunikačný systém na prenos rôznych dátových kanálov.
• Používa sa v FM prenosových systémoch alebo stereofrekvenčnej modulácii.
• Používa sa v AM rádiových prenosových systémoch/amplitúdovej modulácii.
• Používa sa pre verejné telefóny a káblové TV systémy.
• Používa sa vo vysielaní.
• Používa sa pri AM a FM vysielaní.
• Používa sa v bezdrôtových sieťach, mobilných sieťach atď.
• FDM sa používa v systémoch širokopásmového pripojenia a tiež v modemoch DSL (Digital Subscriber Line).
• Systém FDM sa používa hlavne na multimediálne dáta, ako je prenos zvuku, videa a obrazu.

Tak toto je prehľad multiplexovania s frekvenčným delením alebo FDM. Ide o techniku ​​multiplexovania, ktorá oddeľuje existujúcu šírku pásma do niekoľkých podpásiem, z ktorých každé môže prenášať signál. Toto multiplexovanie teda umožňuje simultánne prenosy nad zdieľaným komunikačným médiom. Toto multiplexovanie umožňuje systému prenášať obrovské množstvo dát cez množstvo segmentov prenášaných nad nezávislými frekvenčnými podpásma. Tu je otázka pre vás, čo je to multiplexovanie s časovým delením?