Frekvensdivisjonsmultipleksing: blokkdiagram, arbeid og applikasjoner

Multipleksingsteknikken ble utviklet i 1870, men på slutten av 1900-tallet; det ble mye mer anvendelig for digital telekommunikasjon. Innen telekommunikasjon er Multipleksing teknikk brukes til å kombinere og sende flere datastrømmer over et enkelt medium. Så, maskinvaren som brukes til multipleksing er kjent som en multiplekser eller MUX som slår sammen n inngangslinjer for å produsere en enkelt o/p-linje. Multipleksingsmetoden er mye brukt i telekommunikasjon hvor mange telefonsamtaler føres gjennom en enkelt ledning. Multipleksing er klassifisert i tre typer som; frekvensdeling, bølgelengdedeling (WDM) , og tidsinndeling. For tiden har disse tre multipleksingsteknikkene blitt en svært betydelig ressurs i telekommunikasjonsprosesser, og de har forbedret måten vi sender og mottar uavhengige signaler på over telefonlinjer, AM- og FM-radio og også optiske fibre. Denne artikkelen diskuterer en av typene multipleksing kjent som FDM eller frekvensdelingsmultipleksing – arbeid og dets applikasjoner.

Hva er Frequency Division Multiplexing?

Definisjon av frekvensdelingsmultipleksing er: en multipleksingsteknikk som brukes til å kombinere mer enn ett signal over et delt medium. I denne typen multipleksing slås signaler med forskjellige frekvenser sammen for samtidig overføring. I FDM slås flere signaler sammen for overføring over en kanal eller enkelt kommunikasjonslinje hvor hvert signal er allokert til en annen frekvens i hovedkanalen.

Frekvensdelingsmultipleksing blokkdiagram

Frekvensdelingsblokkdiagrammet er vist nedenfor som inkluderer en sender og en mottaker. I FDM blir de forskjellige meldingssignalene som m1(t), m2(t) & m3(t) modulert ved de forskjellige bærefrekvensene som fc1, fc2 & fc3. På denne måten blir de forskjellige modulerte signalene separert fra hverandre innenfor frekvensdomenet. Disse modulerte signalene slås sammen for å forme det sammensatte signalet som sendes over kanalen/overføringsmediet.

For å unngå interferens mellom de to meldingssignalene, holdes det også et vaktbånd mellom disse to signalene. Et vaktbånd brukes til å skille to brede frekvensområder. Dette sikrer at kommunikasjonskanaler som brukes samtidig ikke opplever forstyrrelser som vil påvirke redusert kvalitet på overføringene.

Som vist i figuren ovenfor, er det tre forskjellige meldingssignaler som moduleres ved forskjellige frekvenser. Etter det blir de slått sammen til et enkelt sammensatt signal. Hvert signals bærefrekvenser må velges slik at det ikke er noen overlapping av modulerte signaler. Slik er hvert modulert signal i det multipleksede signalet ganske enkelt separert fra hverandre innenfor frekvensdomenet.

Ved mottakerenden brukes båndpassfiltre for å skille hvert modulert signal fra det sammensatte signalet og demultipleks. Ved å sende det demultipleksede signalet gjennom LPF, er det mulig å gjenopprette hvert meldingssignal. Slik er en typisk FDM-metode (Frequency Division Multiplexing).

Hvordan fungerer frekvensdelingsmultipleksing?

I FDM-systemet har senderenden flere sendere og mottakerenden har flere mottakere. Mellom sender og mottaker er kommunikasjonskanalen der. I FDM, ved senderenden, sender hver sender et signal med en annen frekvens. For eksempel sender den første senderen et signal med 30 kHz frekvens, den andre senderen sender et signal med 40 kHz frekvens og den tredje senderen sender et signal med 50 kHz frekvens.

Etter det blir disse signalene med forskjellige frekvenser kombinert med en enhet kjent som en multiplekser som overfører de multipleksede signalene gjennom en kommunikasjonskanal. FDM er en analog metode som er en veldig populær multipleksingsmetode. Ved mottakerenden brukes de-multiplekseren til å separere de multipleksede signalene, og deretter overfører den disse separerte signalene til de spesielle mottakerne.

En typisk FDM har totalt n kanaler, hvor n er et heltall større enn 1. Hver kanal bærer en bit informasjon og har sin egen bærefrekvens. Utgangen fra hver kanal sendes med en annen frekvens enn alle andre kanaler. Inngangen til hver kanal er forsinket med en mengde dt, som kan måles i tidsenheter eller sykluser per sekund.

Forsinkelsen gjennom hver kanal kan beregnes som følger:

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

I(t) = 1/T + C2 *

I(t) = 1/T + C3 *

der T = signalperiode i tidsenheter (i vårt tilfelle er dette nanosekunder). C1, C2 og C3 er konstanter som avhenger av typen signal som sendes og dets modulasjonsskjema.

Hver kanal består av en rekke fotoniske krystaller som fungerer som filtre for lysbølger som passerer gjennom dem. Hver krystall kan bare passere visse bølgelengder av lys; andre er blokkert utelukkende av strukturen eller av refleksjon fra en tilstøtende krystall.

FDM krever bruk av en ekstra mottaker for hver bruker, noe som kan være dyrt og vanskelig å installere i mobile enheter. Dette problemet er løst ved å bruke frekvensmodulasjonsteknikker som f.eks ortogonal frekvensdelingsmultipleksing (OFDM) . OFDM-overføring reduserer det nødvendige antallet mottakere ved å tilordne forskjellige underbærere til forskjellige brukere på en enkelt bærefrekvens.

Det krever ekstra mottakere fordi basestasjonen og hver mobilenhet må synkroniseres over tid. I denne multipleksingen kan ikke data sendes i burst-modus, så dataene sendes kontinuerlig, slik at mottakeren må vente til neste pakke er mottatt før den kan begynne å motta den neste. Det krever spesielle mottakere for å kunne motta pakker med forskjellige hastigheter fra forskjellige basestasjoner, ellers ville de ikke kunne dekode dem riktig.

Antall sendere og mottakere som er involvert i FDM-systemer kalles 'sender-mottaker-paret' eller TRP for kort. Antall TRPer som må være tilgjengelige kan beregnes ved å bruke følgende formel:

NumberOfTRPs = (# sendere) (# Motta poeng) (# antenner)

Hvis vi for eksempel har tre sendere og fire mottakspunkter (RP-er), vil vi ha ni TRP-er fordi det er tre sendere og fire RP-er. For å gjøre ting enkelt, la oss anta at hver RP har en RP-antenne og hver TRP har to RP-antenner; dette betyr at vi trenger ni TRPS til:

Denne multipleksingen kan være enten punkt til punkt eller pek til multipunkt . I punkt-til-punkt-modus har hver bruker sin egen dedikerte kanal med sin egen sender, mottaker og antenne. I dette tilfellet kan det være mer enn én sender per bruker, og alle brukere vil bruke forskjellige kanaler. I punkt-til-multipunkt-modus deler alle brukere samme kanal, men hver brukers sender og mottaker er koblet til andre brukere på samme kanal.

Frekvensdelingsmultipleksing vs tidsdelingsmultipleksing

Forskjellen mellom frekvensdelingsmultipleksing og tidsdelt multipleksing er diskutert nedenfor.

Fordeler og ulemper

De fordelene med frekvensdelingsmultipleksin g inkludere følgende.

• Senderen og mottakeren til FDM trenger ingen synkronisering.
• Det er enklere og demoduleringen er enkel.
• Bare én kanal vil få effekt på grunn av det langsomme smale båndet.
• FDM kan brukes for analoge signaler.
• Et stort antall kanaler kan sendes samtidig.
• Det er ikke dyrt.
• Denne multipleksingen har høy pålitelighet.
• Ved å bruke denne multipleksingen er det mulig å overføre multimediadata med lav støy og forvrengning og også med høy effektivitet.

De ulemper med frekvensdelingsmultipleksing Inkluder følgende.

• FDM har et krysstaleproblem.
• FDM er kun aktuelt når noen få kanaler med lavere hastighet er foretrukket
• Formidlingsforvrengning oppstår.
• FDM-kretsløp er komplekst.
• Den trenger mer båndbredde.
• Det gir færre gjennomstrømninger.
• Sammenlignet med TDM er ventetiden gitt av FDM mer.
• Denne multipleksingen har ikke dynamisk koordinering.
• FDM trenger et stort antall filtre og modulatorer.
• Kanalen til denne multipleksingen kan bli påvirket av bredbåndsfading
• Kanalens komplette båndbredde kan ikke brukes på FDM.
• Systemet til FDM krever et bæresignal.

applikasjoner

Anvendelsene av frekvensdelingsmultipleksing inkluderer følgende.

• Tidligere ble FDM brukt i mobiltelefonsystemet og harmonisk telegrafi kommunikasjonssystem .
• Frekvensdelingsmultipleksing brukes hovedsakelig i radiokringkasting.
• FDM brukes også i TV-kringkasting.
• Denne typen multipleksing er anvendelig i telefonsystemet for å hjelpe til med å overføre flere telefonsamtaler over en enkelt kobling eller enkelt overføringslinje.
• FDM brukes i en satellittkommunikasjonssystem for overføring av ulike datakanaler.
• Den brukes i FM-overføringssystemer eller stereofrekvensmodulering.
• Den brukes i AM-radiooverføringssystemer/amplitudemodulering.
• Den brukes til offentlige telefoner og kabel-TV-systemer.
• Det brukes i kringkasting.
• Den brukes i AM- og FM-kringkasting.
• Den brukes i trådløse nettverk, mobilnettverk, etc.
• FDM brukes i bredbåndstilkoblingssystemer og også i DSL (Digital Subscriber Line) modemer.
• FDM-systemet brukes hovedsakelig til multimediadata som lyd-, video- og bildeoverføring.

Slik er dette en oversikt over frekvensdelingsmultipleksing eller FDM. Dette er en multipleksingsteknikk som skiller den eksisterende båndbredden i flere underbånd der hver kan bære et signal. Så denne multipleksingen tillater samtidige overføringer over et delt kommunikasjonsmedium. Denne multipleksingen gjør at systemet kan overføre en enorm mengde data gjennom en rekke segmenter som sendes over uavhengige frekvensunderbånd. Her er et spørsmål til deg, hva er tidsdelingsmultipleksing?