Мультиплексирование с частотным разделением: блок-схема, работа и приложения

Метод мультиплексирования был разработан в 1870 году, однако в конце 20 века; он стал гораздо более применимым для цифровых телекоммуникаций. В сфере телекоммуникаций Мультиплексирование метод используется для объединения и отправки нескольких потоков данных по одному носителю. Таким образом, аппаратное обеспечение, используемое для мультиплексирования, известно как мультиплексор или MUX, который объединяет n входных линий для создания одной линии o/p. Метод мультиплексирования широко используется в телекоммуникациях, когда по одному проводу передаются многочисленные телефонные звонки. Мультиплексирование подразделяется на три типа, такие как; частотное разделение, разделение по длине волны (WDM) , и деление времени. В настоящее время эти три метода мультиплексирования стали очень важным преимуществом в телекоммуникационных процессах и значительно улучшили способы отправки и приема независимых сигналов по телефонным линиям, AM и FM-радио, а также по оптическим волокнам. В этой статье обсуждается один из типов мультиплексирования, известный как FDM или мультиплексирование с частотным разделением - работа и ее приложения.

Что такое мультиплексирование с частотным разделением каналов?

Определение мультиплексирования с частотным разделением: метод мультиплексирования, который используется для объединения более одного сигнала в общей среде. В этом типе мультиплексирования сигналы с разными частотами объединяются для одновременной передачи. В FDM несколько сигналов объединяются для передачи по каналу или одной линии связи, где каждому сигналу назначается отдельная частота в основном канале.

Блок-схема мультиплексирования с частотным разделением

Ниже показана блок-схема частотного разделения, которая включает в себя передатчик и приемник. В FDM различные сигналы сообщений, такие как m1(t), m2(t) и m3(t), модулируются на разных несущих частотах, таких как fc1, fc2 и fc3. Таким образом, различные модулированные сигналы отделяются друг от друга в частотной области. Эти модулированные сигналы объединяются вместе для формирования составного сигнала, который передается по каналу/среде передачи.

Чтобы избежать помех между двумя сигналами сообщения, между этими двумя сигналами также сохраняется защитная полоса. Защитная полоса используется для разделения двух широких диапазонов частот. Это гарантирует, что каналы связи, которые используются одновременно, не будут испытывать помех, которые могут повлиять на снижение качества передачи.

Как показано на приведенном выше рисунке, существует три разных сигнала сообщения, модулируемых на разных частотах. После этого они объединяются в единый составной сигнал. Несущие частоты каждого сигнала должны быть выбраны таким образом, чтобы не было перекрытия модулированных сигналов. Таким образом, каждый модулированный сигнал в мультиплексированном сигнале просто отделяется друг от друга в частотной области.

На стороне приемника используются полосовые фильтры для отделения каждого модулированного сигнала от составного сигнала и демультиплексирования. Передавая демультиплексированный сигнал через LPF, можно восстановить каждый сигнал сообщения. Так выглядит типичный метод FDM (мультиплексирование с частотным разделением).

Как работает мультиплексирование с частотным разделением каналов?

В системе FDM на стороне передатчика есть несколько передатчиков, а на стороне приемника - несколько приемников. Между передатчиком и приемником есть канал связи. В FDM на стороне передатчика каждый передатчик передает сигнал с разной частотой. Например, первый передатчик передает сигнал с частотой 30 кГц, второй передатчик передает сигнал с частотой 40 кГц, а третий передатчик передает сигнал с частотой 50 кГц.

После этого эти сигналы с разными частотами объединяются с помощью устройства, известного как мультиплексор, который передает мультиплексированные сигналы по каналу связи. FDM — это аналоговый метод, который является очень популярным методом мультиплексирования. На стороне приемника демультиплексор используется для разделения мультиплексированных сигналов, затем он передает эти разделенные сигналы конкретным приемникам.

Типичный FDM имеет в общей сложности n каналов, где n — целое число, большее 1. Каждый канал переносит один бит информации и имеет собственную несущую частоту. Выход каждого канала отправляется на частоте, отличной от частоты всех других каналов. Ввод в каждый канал задерживается на величину dt, которая может измеряться в единицах времени или циклах в секунду.

Задержку по каждому каналу можно рассчитать следующим образом:

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

I(t) = 1/T + C2 *

I(t) = 1/T + C3 *

где T = период сигнала в единицах времени (в нашем случае это наносекунды). C1, C2 и C3 — константы, зависящие от типа передаваемого сигнала и схемы его модуляции.

Каждый канал состоит из массива фотонных кристаллов, которые действуют как фильтры для световых волн, проходящих через них. Каждый кристалл может пропускать только определенные длины волн света; другие полностью блокируются своей структурой или отражением от соседнего кристалла.

FDM требует использования дополнительного приемника для каждого пользователя, который может быть дорогим и сложным в установке на мобильные устройства. Эта проблема была решена с помощью методов частотной модуляции, таких как мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) . Передача OFDM уменьшает необходимое количество приемников за счет назначения разных поднесущих разным пользователям на одной несущей частоте.

Для этого требуются дополнительные приемники, поскольку базовая станция и каждое мобильное устройство должны быть синхронизированы с течением времени. В этом мультиплексировании данные не могут быть отправлены в пакетном режиме, поэтому данные отправляются непрерывно, так что получатель должен ждать, пока не будет получен следующий пакет, прежде чем он сможет начать прием следующего. Требуется, чтобы специальные приемники могли принимать пакеты с разной скоростью от разных базовых станций, иначе они не смогут правильно их декодировать.

Количество передатчиков и приемников, задействованных в системах FDM, называется «парой передатчик-приемник» или сокращенно TRP. Количество TRP, которые должны быть доступны, можно рассчитать по следующей формуле:

NumberOfTRPs = (# передатчиков) (# получить баллы) (# Антенны)

Например, если у нас есть три передатчика и четыре точки приема (RP), у нас будет девять TRP, потому что есть три передатчика и четыре RP. Для простоты предположим, что каждый RP имеет антенну RP, а каждый TRP имеет две антенны RP; это означает, что нам понадобится еще девять TRPS:

Это мультиплексирование может быть либо точка-точка или точка на несколько точек . В режиме «точка-точка» у каждого пользователя есть свой выделенный канал со своими передатчиком, приемником и антенной. В этом случае у каждого пользователя может быть более одного передатчика, и все пользователи будут использовать разные каналы. В режиме «точка-многоточка» все пользователи используют один и тот же канал, но передатчик и приемник каждого пользователя подключены к передатчикам и приемникам других пользователей на том же канале.

Мультиплексирование с частотным разделением и мультиплексирование с временным разделением

Различие между мультиплексированием с частотным разделением и мультиплексированием с временным разделением обсуждается ниже.

Преимущества и недостатки

Преимущества мультиплексирования с частотным разделением г включают следующее.

• Передатчик и приемник FDM не нуждаются в синхронизации.
• Он проще и его демодуляция проста.
• Только один канал будет работать из-за медленной узкой полосы.
• FDM применим для аналоговых сигналов.
• Одновременно может передаваться большое количество каналов.
• Это не дорого.
• Это мультиплексирование имеет высокую надежность.
• Используя это мультиплексирование, можно передавать мультимедийные данные с низким уровнем шума и искажений, а также с высокой эффективностью.

недостатки мультиплексирования с частотным разделением включая следующее.

• FDM имеет проблему перекрестных помех.
• FDM применим только тогда, когда предпочтительны несколько менее скоростных каналов.
• Происходит промежуточное искажение.
• Схема FDM сложна.
• Ему нужна большая пропускная способность.
• Это дает меньшую пропускную способность.
• По сравнению с TDM задержка, обеспечиваемая FDM, больше.
• Это мультиплексирование не имеет динамической координации.
• FDM требует большого количества фильтров и модуляторов.
• На канал этого мультиплексирования могут повлиять широкополосные замирания.
• Полная полоса пропускания канала не может быть использована в FDM.
• Система FDM требует наличия несущего сигнала.

Приложения

Применения мультиплексирования с частотным разделением включают следующее.

• Ранее FDM использовался в системе сотовой связи и гармонической телеграфии. система связи .
• Мультиплексирование с частотным разделением в основном используется в радиовещании.
• FDM также используется в телевещании.
• Этот тип мультиплексирования применяется в телефонной системе для облегчения передачи нескольких телефонных вызовов по одному каналу или одной линии передачи.
• FDM используется в система спутниковой связи для передачи различных каналов данных.
• Он используется в системах передачи FM или частотной стереомодуляции.
• Он используется в системах радиопередачи AM/амплитудной модуляции.
• Он используется для общественных телефонов и систем кабельного телевидения.
• Используется в радиовещании.
• Он используется в AM и FM вещании.
• Используется в беспроводных сетях, сотовых сетях и т.д.
• FDM используется в системах широкополосной связи, а также в модемах DSL (цифровая абонентская линия).
• Система FDM в основном используется для передачи мультимедийных данных, таких как аудио, видео и изображения.

Таким образом, это обзор мультиплексирования с частотным разделением или ФДМ. Это метод мультиплексирования, который разделяет существующую полосу пропускания на несколько поддиапазонов, каждый из которых может передавать сигнал. Таким образом, это мультиплексирование позволяет осуществлять одновременную передачу через общую среду связи. Это мультиплексирование позволяет системе передавать огромное количество данных по ряду сегментов, передаваемых над независимыми частотными поддиапазонами. Вот вопрос к вам, что такое мультиплексирование с временным разделением?