Frekvenční multiplexování: Blokové schéma, práce a jeho aplikace

Technika multiplexování byla vyvinuta v roce 1870, nicméně na konci 20. století; stal se mnohem použitelnějším pro digitální telekomunikace. V telekomunikacích, Multiplexování Tato technika se používá ke kombinování a odesílání více datových toků přes jediné médium. Takže hardware, který se používá pro multiplexování, je známý jako multiplexor nebo MUX, který spojuje n vstupních linek a vytváří jednu linku o/p. Metoda multiplexování je široce používána v telekomunikacích, kde jsou četné telefonní hovory přenášeny po jediném drátu. Multiplexování je rozděleno do tří typů, jako je; frekvenční dělení, dělení vlnové délky (WDM) a časové dělení. V současnosti se tyto tři techniky multiplexování staly velmi významným přínosem v telekomunikačních procesech a velmi zlepšily způsob, jakým odesíláme a přijímáme nezávislé signály přes telefonní linky, AM a FM rádio a také optická vlákna. Tento článek pojednává o jednom z typů multiplexování známého jako FDM nebo multiplexování s frekvenčním dělením – práce a její aplikace.

Co je to frekvenční multiplexování?

Definice multiplexování s frekvenčním dělením je: technika multiplexování, která se používá ke kombinaci více než jednoho signálu na sdíleném médiu. Při tomto typu multiplexování se signály s různými frekvencemi spojují pro souběžný přenos. V FDM je více signálů sloučeno pro přenos přes kanál nebo jedinou komunikační linku, kde je každý signál přiřazen k jiné frekvenci v hlavním kanálu.

Blokové schéma multiplexování s frekvenčním dělením

Níže je uvedeno blokové schéma frekvenčního rozdělení, které zahrnuje vysílač a přijímač. V FDM jsou různé signály zpráv jako m1(t), m2(t) & m3(t) modulovány na různých nosných frekvencích jako fc1, fc2 & fc3. Tímto způsobem jsou různé modulované signály od sebe odděleny ve frekvenční doméně. Tyto modulované signály jsou sloučeny dohromady, aby tvarovaly složený signál, který je přenášen kanálem/přenosovým médiem.

Aby se zabránilo interferenci mezi těmito dvěma signály, je mezi těmito dvěma signály také udržováno ochranné pásmo. Ochranné pásmo se používá k oddělení dvou širokých rozsahů frekvencí. Tím je zajištěno, že komunikační kanály, které jsou používány současně, nebudou vystaveny rušení, které by mělo vliv na sníženou kvalitu přenosů.

Jak je znázorněno na obrázku výše, existují tři různé signály zpráv, které jsou modulovány na různých frekvencích. Poté jsou sloučeny do jediného složeného signálu. Nosné frekvence každého signálu musí být zvoleny tak, aby nedocházelo k překrývání modulovaných signálů. Takto je každý modulovaný signál v rámci multiplexovaného signálu od sebe jednoduše oddělen v rámci frekvenční domény.

Na konci přijímače se používají pásmové filtry k oddělení každého modulovaného signálu od složeného signálu a demultiplexovaného signálu. Přenosem demultiplexovaného signálu přes LPF je možné obnovit každý signál zprávy. Takto vypadá typická metoda FDM (Frequency Division Multiplexing).

Jak funguje frekvenční multiplexování?

V systému FDM má konec vysílače několik vysílačů a konec přijímače několik přijímačů. Mezi vysílačem a přijímačem je komunikační kanál. V FDM na konci vysílače každý vysílač vysílá signál s jinou frekvencí. Například první vysílač vysílá signál s frekvencí 30 kHz, druhý vysílač vysílá signál s frekvencí 40 kHz a třetí vysílač vysílá signál s frekvencí 50 kHz.

Poté jsou tyto signály s různými frekvencemi kombinovány se zařízením známým jako multiplexer, který přenáší multiplexované signály prostřednictvím komunikačního kanálu. FDM je analogová metoda, která je velmi populární metodou multiplexování. Na přijímacím konci je demultiplexer použit k oddělení multiplexovaných signálů a poté tyto oddělené signály přenáší do jednotlivých přijímačů.

Typický FDM má celkem n kanálů, kde n je celé číslo větší než 1. Každý kanál nese jeden bit informace a má svou vlastní nosnou frekvenci. Výstup každého kanálu je vysílán na jiné frekvenci než všechny ostatní kanály. Vstup do každého kanálu je zpožděn o hodnotu dt, kterou lze měřit v jednotkách času nebo cyklech za sekundu.

Zpoždění přes každý kanál lze vypočítat následovně:

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 = perioda signálu v jednotkách času (v našem případě se jedná o nanosekundy). C1, C2 a C3 jsou konstanty, které závisí na typu přenášeného signálu a jeho modulačním schématu.

Každý kanál se skládá z pole fotonických krystalů, které fungují jako filtry pro světelné vlny, které jimi procházejí. Každý krystal může projít pouze určitými vlnovými délkami světla; jiné jsou zcela blokovány svou strukturou nebo odrazem od sousedního krystalu.

FDM vyžaduje použití dalšího přijímače pro každého uživatele, což může být drahé a obtížné instalovat do mobilních zařízení. Tento problém byl vyřešen použitím technik frekvenční modulace, jako je např ortogonální multiplexování s frekvenčním dělením (OFDM) . Přenos OFDM snižuje požadovaný počet přijímačů přiřazením různých dílčích nosných k různým uživatelům na jedné nosné frekvenci.

Vyžaduje další přijímače, protože základnová stanice a každá mobilní jednotka musí být v průběhu času synchronizovány. V tomto multiplexování nelze data posílat ve shlukovém režimu, takže se data posílají nepřetržitě, takže přijímač musí čekat, dokud není přijat další paket, než může začít přijímat další. Vyžaduje speciální přijímače, aby mohly přijímat pakety různými rychlostmi z různých základnových stanic, jinak by je nedokázaly správně dekódovat.

Počet vysílačů a přijímačů zapojených do systémů FDM se nazývá „pár vysílač-přijímač“ nebo zkráceně TRP. Počet TRP, které musí být k dispozici, lze vypočítat pomocí následujícího vzorce:

Počet TRP = (# vysílačů) (# obdržených bodů) (# antén)

Pokud například máme tři vysílače a čtyři přijímací body (RP), budeme mít devět TRP, protože máme tři vysílače a čtyři RP. Aby to bylo jednoduché, předpokládejme, že každý RP má RP anténu a každý TRP má dvě RP antény; to znamená, že budeme potřebovat dalších devět TRPS:

Toto multiplexování může být buď bod k bodu nebo point to multi point . V režimu point-to-point má každý uživatel svůj vyhrazený kanál s vlastním vysílačem, přijímačem a anténou. V tomto případě by mohlo existovat více než jeden vysílač na uživatele a všichni uživatelé by používali různé kanály. V režimu point-to-multipoint sdílejí všichni uživatelé stejný kanál, ale vysílač a přijímač každého uživatele jsou připojeny k vysílačům a přijímačům ostatních uživatelů na stejném kanálu.

Multiplexování s frekvenčním dělením versus multiplexování s časovým dělením

Rozdíl mezi frekvenčním a časovým multiplexováním je diskutován níže.

Výhody a nevýhody

The výhody frekvenčního multiplexu g zahrnují následující.

• Vysílač a přijímač FDM nepotřebuje žádnou synchronizaci.
• Je jednodušší a jeho demodulace je snadná.
• Kvůli pomalému úzkému pásmu se projeví pouze jeden kanál.
• FDM je použitelný pro analogové signály.
• Současně lze přenášet velké množství kanálů.
• Není to drahé.
• Toto multiplexování má vysokou spolehlivost.
• Pomocí tohoto multiplexování je možné přenášet multimediální data s nízkým šumem a zkreslením a také s vysokou účinností.

The nevýhody frekvenčního multiplexování zahrnout následující.

• FDM má problém s přeslechem.
• FDM je použitelné pouze v případě, že je preferováno několik kanálů s nižší rychlostí
• Dochází k intermediálnímu zkreslení.
• FDM obvody jsou složité.
• Potřebuje větší šířku pásma.
• Poskytuje menší propustnost.
• Ve srovnání s TDM je latence poskytovaná FDM větší.
• Toto multiplexování nemá dynamickou koordinaci.
• FDM potřebuje velké množství filtrů a modulátorů.
• Kanál tohoto multiplexování může být ovlivněn širokopásmovým únikem
• Na FDM nelze využít úplnou šířku pásma kanálu.
• Systém FDM vyžaduje nosný signál.

Aplikace

Aplikace frekvenčního multiplexování zahrnují následující.

• Dříve se FDM používal v systému mobilních telefonů a harmonické telegrafii komunikační systém .
• Multiplexování s frekvenčním dělením se používá především v rozhlasovém vysílání.
• FDM se také používá v televizním vysílání.
• Tento typ multiplexování je použitelný v telefonním systému, aby pomohl při přenosu několika telefonních hovorů přes jedinou linku nebo jednu přenosovou linku.
• FDM se používá v a satelitní komunikační systém pro přenos různých datových kanálů.
• Používá se v přenosových systémech FM nebo stereofrekvenční modulaci.
• Používá se v AM rádiových přenosových systémech/amplitudové modulaci.
• Používá se pro veřejné telefony a systémy kabelové televize.
• Používá se ve vysílání.
• Používá se ve vysílání AM a FM.
• Používá se v bezdrátových sítích, celulárních sítích atd.
• FDM se používá v systémech širokopásmového připojení a také v modemech DSL (Digital Subscriber Line).
• Systém FDM se používá hlavně pro multimediální data, jako je přenos zvuku, videa a obrazu.

Tak toto je přehled frekvenčního multiplexování nebo FDM. Jedná se o techniku ​​multiplexování, která rozděluje stávající šířku pásma do několika dílčích pásem, z nichž každé může přenášet signál. Toto multiplexování tedy umožňuje simultánní přenosy nad sdíleným komunikačním médiem. Toto multiplexování umožňuje systému přenášet obrovské množství dat v řadě segmentů přenášených nad nezávislými frekvenčními dílčími pásmy. Zde je pro vás otázka, co je to multiplexování s časovým dělením?