Multiplexarea cu diviziune în frecvență: diagramă bloc, lucru și aplicațiile sale

Încercați Instrumentul Nostru Pentru Eliminarea Problemelor





Tehnica multiplexării a fost dezvoltată în 1870, însă la sfârșitul secolului al XX-lea; a devenit mult mai aplicabil pentru telecomunicațiile digitale. În telecomunicații, Multiplexarea tehnica este utilizată pentru a combina și trimite mai multe fluxuri de date pe un singur mediu. Deci, hardware-ul care este utilizat pentru multiplexare este cunoscut sub numele de multiplexor sau MUX care îmbină n linii de intrare pentru a produce o singură linie o/p. Metoda de multiplexare este utilizată pe scară largă în telecomunicații, unde numeroase apeluri telefonice sunt efectuate printr-un singur fir. Multiplexarea este clasificată în trei tipuri, cum ar fi; diviziune de frecventa, diviziunea lungimii de unda (WDM) , și diviziunea în timp. În prezent, aceste trei tehnici de multiplexare au devenit un atu foarte important în procesele de telecomunicații și au îmbunătățit foarte mult modul în care trimitem și primim semnale independente prin linii telefonice, radio AM și FM și, de asemenea, fibre optice. Acest articol discută unul dintre tipurile de multiplexare cunoscut sub numele de FDM sau multiplexarea prin diviziune în frecvență – lucru și aplicațiile sale.


Ce este multiplexarea cu diviziune în frecvență?

Definiția multiplexării cu diviziune în frecvență este: o tehnică de multiplexare care este utilizată pentru a combina mai mult de un semnal pe un mediu partajat. În acest tip de multiplexare, semnalele cu frecvențe diferite sunt îmbinate pentru transmisie concomitentă. În FDM, mai multe semnale sunt îmbinate pentru transmisie pe un canal sau o singură linie de comunicații în care fiecare semnal este alocat la o frecvență diferită în canalul principal.



  FDM
FDM

Diagrama bloc de multiplexare a diviziunii de frecvență

Diagrama bloc de diviziune a frecvenței este prezentată mai jos, care include un transmițător și un receptor. În FDM, diferitele semnale de mesaj precum m1(t), m2(t) și m3(t) sunt modulate la diferite frecvențe purtătoare, cum ar fi fc1, fc2 și fc3. În acest mod, diferitele semnale modulate sunt separate unele de altele în domeniul frecvenței. Aceste semnale modulate sunt îmbinate împreună pentru a modela semnalul compozit care este transmis prin canal/mediu de transmisie.

Pentru a evita interferența între cele două semnale de mesaj, o bandă de gardă este de asemenea păstrată între aceste două semnale. O bandă de gardă este utilizată pentru a separa două game largi de frecvențe. Acest lucru asigură că canalele de comunicație care sunt utilizate simultan nu suferă interferențe care ar afecta calitatea redusă a transmisiilor.



  Diagrama bloc de multiplexare a diviziunii de frecvență
Diagrama bloc de multiplexare a diviziunii de frecvență

După cum se arată în figura de mai sus, există trei semnale de mesaj diferite care sunt modulate la diferite frecvențe. După aceea, ele sunt îmbinate într-un singur semnal compus. Frecvențele purtătoare ale fiecărui semnal trebuie alese astfel încât să nu existe suprapunere a semnalelor modulate. Astfel, fiecare semnal modulat din semnalul multiplexat este pur și simplu separat unul de celălalt în domeniul frecvenței.

La capătul receptorului, filtrele trece-bandă sunt folosite pentru a separa fiecare semnal modulat de semnalul compozit și demultiplexat. Prin transmiterea semnalului demultiplexat prin LPF, este posibil să se recupereze fiecare semnal de mesaj. Așa este o metodă tipică FDM (Frequency Division Multiplexing).

  PCBWay

Cum funcționează multiplexarea cu diviziunea de frecvență?

În sistemul FDM, capătul emițătorului are mai multe emițătoare și capătul receptor are mai multe receptoare. Între emițător și receptor, canalul de comunicare este acolo. În FDM, la capătul emițătorului, fiecare transmițător transmite un semnal cu o frecvență diferită. De exemplu, primul transmițător transmite un semnal cu o frecvență de 30 kHz, al doilea transmițător transmite un semnal cu o frecvență de 40 kHz și al treilea transmițător transmite un semnal cu o frecvență de 50 kHz.

După aceea, aceste semnale cu frecvențe diferite sunt combinate cu un dispozitiv cunoscut sub numele de multiplexor care transmite semnalele multiplexate printr-un canal de comunicație. FDM este o metodă analogică care este o metodă de multiplexare foarte populară. La capătul receptorului, demultiplexorul este utilizat pentru a separa semnalele multiplexate, apoi transmite aceste semnale separate către receptorii particulari.

Un FDM tipic are un total de n canale, unde n este un număr întreg mai mare de 1. Fiecare canal transportă un bit de informație și are propria frecvență purtătoare. Ieșirea fiecărui canal este trimisă la o frecvență diferită față de toate celelalte canale. Intrarea pe fiecare canal este întârziată cu o sumă dt, care poate fi măsurată în unități de timp sau cicluri pe secundă.

Întârzierea prin fiecare canal poate fi calculată după cum urmează:

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

I(t) = 1/T + C2 *

I(t) = 1/T + C3 *

unde T = perioada semnalului în unități de timp (în cazul nostru aceasta este nanosecunde). C1, C2 și C3 sunt constante care depind de tipul de semnal transmis și de schema de modulație a acestuia.

Fiecare canal constă dintr-o serie de cristale fotonice care acționează ca filtre pentru undele luminoase care trec prin ele. Fiecare cristal poate trece doar pe anumite lungimi de undă de lumină; altele sunt blocate în întregime prin structura lor sau prin reflectarea unui cristal adiacent.

FDM necesită utilizarea unui receptor suplimentar pentru fiecare utilizator, care poate fi costisitor și dificil de instalat pe dispozitivele mobile. Această problemă a fost rezolvată prin utilizarea tehnicilor de modulare a frecvenței precum multiplexare prin diviziune ortogonală de frecvență (OFDM) . Transmisia OFDM reduce numărul necesar de receptoare prin atribuirea diferiților subpurtători diferiți utilizatori pe o singură frecvență purtătoare.

Este nevoie de receptoare suplimentare deoarece stația de bază și fiecare unitate mobilă trebuie sincronizate în timp. În această multiplexare, datele nu pot fi trimise în modul burst, astfel încât datele sunt trimise continuu, astfel încât receptorul trebuie să aștepte până când următorul pachet este primit înainte de a putea începe să primească următorul pachet. Este nevoie de receptori speciali pentru a putea primi pachete la rate diferite de la diferite stații de bază, altfel nu le-ar putea decoda corect.

Numărul de transmițători și receptori implicați în sistemele FDM se numește „pereche emițător-receptor” sau TRP pe scurt. Numărul de TRP care trebuie să fie disponibile poate fi calculat utilizând următoarea formulă:

NumberOfTRPs = (# transmițători) (# puncte de primire) (# antene)

De exemplu, dacă  avem trei transmițătoare și patru puncte de recepție (RP), vom avea nouă TRP, deoarece există trei transmițători și patru RP. Pentru a menține lucrurile simple, să presupunem că fiecare RP are o antenă RP și fiecare TRP are două antene RP; asta înseamnă că vom avea nevoie de încă nouă TRPS:

Această multiplexare poate fi fie punct la punct sau punct la mai multe puncte . În modul punct-la-punct, fiecare utilizator are propriul său canal dedicat cu propriul emițător, receptor și antenă. În acest caz, ar putea exista mai mult de un transmițător per utilizator și toți utilizatorii ar folosi canale diferite. În modul punct-la-multipunct, toți utilizatorii partajează același canal, dar emițătorul și receptorul fiecărui utilizator sunt conectate la cele ale altor utilizatori de pe același canal.

Multiplexarea cu diviziune în frecvență vs multiplexarea cu diviziunea în timp

Diferența dintre multiplexarea pe diviziune în frecvență și multiplexarea pe diviziune în timp este discutată mai jos.

Multiplexarea cu diviziune în frecvență Multiplexarea cu diviziune în timp
Termenul FDM înseamnă „multiplexare prin diviziune de frecvență”. Termenul TDM înseamnă „multiplexare pe diviziune în timp”.
Această multiplexare funcționează pur și simplu cu semnale analogice. Această multiplexare funcționează pur și simplu cu semnale analogice și digitale.
Acest multiplexare are un conflict ridicat. Acest multiplexare are un conflict scăzut.
Cipul/cablajul FDM este complex. Cipul/Cablarea TDM nu este complexă.
Această multiplexare nu este eficientă. Această multiplexare este foarte eficientă.
În FDM, frecvența este partajată. În TDM, timpul este partajat.
Banda de paza este obligatorie in FDM. Pulsul de sincronizare în TDM este obligatoriu.
În FDM, toate semnalele cu frecvențe diferite funcționează simultan. În TDM, toate semnalele cu frecvență egală funcționează la momente diferite.
FDM are o gamă foarte mare de interferență. TDM are un interval de interferență neglijabil sau foarte scăzut.
Circuitul FDM este complex. Circuitul TDM este simplu.

Avantaje și dezavantaje

The avantajele multiplexinei cu diviziune în frecvență g includ următoarele.

  • Emițătorul și receptorul FDM nu necesită nicio sincronizare.
  • Este mai simplu și demodularea lui este ușoară.
  • Doar un canal va avea efect din cauza benzii înguste lente.
  • FDM este aplicabil pentru semnale analogice.
  • Un număr mare de canale pot fi transmise simultan.
  • Nu este scump.
  • Acest multiplexare are o fiabilitate ridicată.
  • Folosind această multiplexare, este posibilă transmiterea datelor multimedia cu zgomot redus și distorsiune și, de asemenea, cu eficiență ridicată.

The dezavantajele multiplexării cu diviziune în frecvență includ următoarele.

  • FDM are o problemă de diafonie.
  • FDM este aplicabil numai atunci când sunt preferate câteva canale cu viteză mai mică
  • Apare distorsiunea de intermediere.
  • Circuitul FDM este complex.
  • Are nevoie de mai multă lățime de bandă.
  • Oferă mai puține debite.
  • În comparație cu TDM, latența oferită de FDM este mai mare.
  • Această multiplexare nu are coordonare dinamică.
  • FDM are nevoie de un număr mare de filtre și modulatoare.
  • Canalul acestei multiplexări poate fi afectat de estomparea în bandă largă
  • Lățimea de bandă completă a canalului nu poate fi utilizată pe FDM.
  • Sistemul FDM necesită un semnal purtător.

Aplicații

Aplicațiile multiplexării prin diviziune în frecvență includ următoarele.

  • Anterior, FDM este folosit în sistemul de telefonie celulară și telegrafia armonică Sistem de comunicatii .
  • Multiplexarea cu diviziune în frecvență este utilizată în principal în radiodifuziunea.
  • FDM este folosit și în emisiunile TV.
  • Acest tip de multiplexare este aplicabil în sistemul telefonic pentru a ajuta la transmiterea mai multor apeluri telefonice printr-o singură legătură sau o singură linie de transmisie.
  • FDM este utilizat într-un sistem de comunicații prin satelit pentru transmiterea diferitelor canale de date.
  • Este utilizat în sistemele de transmisie FM sau modularea în frecvență stereo.
  • Este utilizat în sistemele de transmisie radio AM/modularea amplitudinii.
  • Este folosit pentru telefoane publice și sisteme de televiziune prin cablu.
  • Este folosit în radiodifuziune.
  • Este folosit în transmisiile AM ​​și FM.
  • Este folosit în rețelele wireless, rețelele celulare etc.
  • FDM este utilizat în sistemele de conexiune în bandă largă și, de asemenea, în modemurile DSL (Digital Subscriber Line).
  • Sistemul FDM este utilizat în principal pentru date multimedia, cum ar fi transmisia audio, video și imagini.

Așa este o prezentare generală a multiplexării cu diviziune în frecvență sau FDM. Aceasta este o tehnică de multiplexare care separă lățimea de bandă existentă în mai multe sub-benzi în care fiecare poate transporta un semnal. Deci, această multiplexare permite transmisii simultane deasupra unui mediu de comunicare partajat. Această multiplexare permite sistemului să transmită o cantitate imensă de date printr-un număr de segmente transmise deasupra sub-benzilor de frecvență independente. Iată o întrebare pentru tine, ce este multiplexarea pe diviziune în timp?