Мультиплексирование в телекоммуникационных и компьютерных сетях — это метод, используемый для объединения и передачи многочисленных сигналов данных по одной среде. в мультиплексирование метод, мультиплексор Аппаратное обеспечение (MUX) играет важную роль в достижении мультиплексирования путем объединения n входных строк для создания одной выходной строки. Таким образом, этот метод в основном следует концепции «многие к одному», что означает n входных линий и одну выходную линию. Существуют различные типы методов мультиплексирования, например; ФДМ, ТДМ, МЧР , SDM и OFDM. В этой статье представлена краткая информация об одном из типов методов мультиплексирования, например; мультиплексирование с пространственным разделением каналов или SDM.
Что такое мультиплексирование с пространственным разделением каналов (SDM)?
Метод мультиплексирования в беспроводной сети система связи используется для увеличения пропускной способности системы за счет простого использования физического разделения пользователей, известного как мультиплексирование с пространственным разделением каналов или мультиплексирование с пространственным разделением каналов (SDM). В этом методе мультиплексирования несколько антенны используются на обоих концах передатчика и приемника для создания параллельных каналов связи. Эти каналы связи независимы друг от друга, что позволяет нескольким пользователям одновременно передавать данные в одном и том же диапазоне частот за исключением помех.
Пропускную способность системы беспроводной связи можно повысить, просто добавив больше антенн для формирования более независимых каналов. Этот метод мультиплексирования обычно используется в таких системах беспроводной связи, как; Wi-Fi, системы спутниковой связи и сотовые сети.
Пример SDM в подводном оптическом кабеле
Мультиплексирование с пространственным разделением каналов в подводных оптических кабелях разделено на три системы передачи; Передача C-диапазона по одножильному волокну, C+L-диапазона по одножильному волокну и C-диапазона по многожильному волокну. Схема пути света трех систем передачи показана ниже.
Одножильное оптоволокно C-диапазона в системе подводной оптической кабельной передачи оснащено только оборудованием EDFA для улучшения сигнала. EDFA (усилитель из волокна, легированного эрбием) — это один из видов OFA, который представляет собой оптический усилитель за счет ионов эрбия, включенных в сердцевину оптического волокна. EDFA имеет некоторые функции, такие как; низкий уровень шума, высокий коэффициент усиления и независимость от поляризации. Он усиливает оптические сигналы в диапазоне 1,55 мкм (или) 1,58 мкм.
Одноядерная система передачи C+L-диапазона требует двух EDFA для соответствующего улучшения двухдиапазонных сигналов. Система передачи C-диапазона по многожильному оптоволоконному кабелю очень сложна и требует разветвления каждой сердцевины волокна и ввода ее в усилитель сигнала, а затем подачи сигнала усилителя в многожильный оптоволоконный кабель.
Всякий раз, когда соотношение сигнал/шум в 3-канальной системе передачи составляет около 9,5 дБ, тогда для одножильного оптоволокна в диапазоне C+L требуется 37 пар оптических волокон для достижения максимальной пропускной способности оптического кабеля.
Для достижения максимальной пропускной способности многожильной оптоволоконной системе передачи C-диапазона требуется от 19 до 20 пар волокон. Для одножильной оптоволоконной системы передачи C+L-диапазона требуется всего тринадцать пар оптоволоконных кабелей для распределения максимальной пропускной способности; однако его максимальная пропускная способность составляет 70% только от одноядерной передачи по оптоволокну C-диапазона.
В технологии SDM расстояние каждого подводного оптического кабеля устанавливается равным 60 км для расчета требуемого напряжения для трех систем передачи. Одножильные C-диапазоны и C+L-диапазоны требуют более низких напряжений до максимального напряжения 15 кВ. По сравнению с многолинейными системами передачи по оптоволокну, их напряжения меньше, поскольку многожильным волоконно-оптическим системам передачи требуются дополнительные усилители для завершения передачи.
В трех системах передачи с пространственным мультиплексированием пропускная способность одножильного волокна C+L-диапазона и многоядерного C-диапазона меньше по сравнению с передачей C-диапазона по одножильному волокну. Одножильные оптоволоконные системы C-диапазона и C+L-волны могут использовать более низкие напряжения и энергопотребление по сравнению с многоядерными системами, если аналогичная пропускная способность достигается за счет многоядерных систем.
Мультиплексирование с космическим разделением работает
Мультиплексирование с пространственным разделением каналов (SDM) работает за счет использования пространственного измерения для одновременной передачи нескольких независимых потоков данных. Вот упрощенное объяснение того, как это работает:
- Пространственное разделение : SDM опирается на физическое разделение путей передачи для разных потоков данных. Это разделение может быть достигнуто с использованием различных методов в зависимости от среды передачи, например, с использованием различных оптических волокон, антенных элементов или акустических путей.
- Несколько каналов : Каждый пространственно разделенный путь представляет собой отдельный канал связи. Эти каналы можно использовать для одновременной передачи независимых потоков данных, не мешая друг другу.
- Кодирование и модуляция данных : Перед передачей данные, предназначенные для каждого канала, подвергаются методам кодирования и модуляции для преобразования их в формат, подходящий для передачи по выбранной среде. Обычно это включает преобразование цифровых данных в аналоговые сигналы, модулированные на определенных частотах или с другими свойствами, подходящими для среды передачи.
- Одновременная передача : После того как данные закодированы и модулированы, они передаются одновременно по пространственно разделенным каналам. Такая одновременная передача позволяет увеличить пропускную способность данных и эффективно использовать доступные ресурсы связи.
- Декодирование приемника : На принимающей стороне сигналы всех пространственных каналов принимаются и обрабатываются отдельно. Каждый канал демодулируется и декодируется для восстановления исходных потоков данных. Поскольку каналы пространственно разделены, между ними существует минимальная интерференция, что позволяет обеспечить надежное восстановление данных.
- Интеграция потоков данных : Наконец, восстановленные потоки данных со всех каналов объединяются для восстановления исходных переданных данных. Этот процесс интеграции зависит от конкретного приложения и может включать в себя такие задачи, как исправление ошибок, синхронизация и агрегирование данных.
В целом, мультиплексирование с пространственным разделением обеспечивает одновременную передачу нескольких независимых потоков данных за счет пространственного разделения, тем самым увеличивая пропускную способность и эффективность связи. Он обычно используется в различных системах связи, включая оптоволоконные сети, беспроводную связь, спутниковую связь и подводную акустическую связь.
Примеры мультиплексирования с пространственным разделением
Первым примером SDM является сотовая связь, поскольку в этой связи снова используется одинаковый набор несущих частот внутри ячеек, которые не расположены близко друг к другу.
- Оптоволоконная связь : В волоконно-оптических системах связи несколько каналов могут передаваться одновременно по одному и тому же волокну, используя разные пространственные пути. Каждый пространственный путь может представлять разную длину волны (мультиплексирование с разделением по длине волны – WDM) или другое состояние поляризации (мультиплексирование с поляризационным разделением – PDM). Это позволяет увеличить пропускную способность передачи данных без необходимости прокладки дополнительных физических оптоволоконных кабелей.
- Несколько антенных систем : В беспроводной связи системы с несколькими входами и несколькими выходами (MIMO) используют несколько антенн как на передатчике, так и на приемнике для повышения спектральной эффективности. Каждая пара антенн образует пространственный канал, и данные передаются по этим каналам одновременно, эффективно увеличивая пропускную способность беспроводной линии связи.
- Спутниковая связь : Системы спутниковой связи часто используют методы SDM для одновременной передачи нескольких сигналов с использованием разных диапазонов частот или пространственных путей. Это позволяет более эффективно использовать спутниковые ресурсы и увеличить пропускную способность данных для таких приложений, как вещание, интернет-услуги и дистанционное зондирование.
- Подводная акустическая связь : В подводной среде акустические волны используются для связи благодаря их способности распространяться на большие расстояния. SDM можно использовать путем использования нескольких гидрофонов и передатчиков для создания пространственно разделенных каналов, что позволяет одновременно передавать несколько потоков данных и увеличивать общую пропускную способность связи.
- Межсоединительные схемы интегральных схем : В электронных устройствах, таких как компьютерные процессоры или сетевое оборудование, методы пространственного мультиплексирования могут применяться для соединения нескольких компонентов или ядер на кристалле. Путем маршрутизации сигналов по разным физическим путям данные могут передаваться одновременно между различными процессорами, что повышает общую производительность и пропускную способность системы.
Преимущества недостатки
Преимущества мультиплексирования с пространственным разделением включая следующее.
- Метод SDM улучшает пространственную плотность оптического волокна в единичном поперечном сечении.
- Это увеличивает количество каналов пространственной передачи в общей оболочке.
- SDM представляет собой комбинацию FDM или мультиплексирования с частотным разделением и TDM или мультиплексирование с временным разделением .
- Он передает сообщения с использованием определенной частоты, поэтому определенный канал может использоваться в определенном диапазоне частот в течение некоторого времени.
- Этот метод мультиплексирования просто позволяет оптическому волокну передавать несколько сигналов, которые передаются на разных длинах волн, не создавая помех друг другу.
- SDM повышает энергоэффективность и значительно снижает затраты на каждый бит.
- Метод SDM повышает спектральную эффективность для каждого волокна за счет простого мультиплексирования сигналов в ортогональных модах LP в FMF (многомодовые волокна) и многосердцевинных волокнах.
- Разработка довольно проста и не требует никаких фундаментальных новых оптических компонентов.
- Лучшее использование пропускной способности.
- Фиксированная частота может снова использоваться в SDM.
- SDM может быть реализован в чисто оптических кабелях.
- Его пропускная способность чрезвычайно высока благодаря оптическим кабелям.
- Лучшее использование частоты благодаря нескольким методам мультиплексирования и оптоволоконному кабелю.
Недостатки мультиплексирования с пространственным разделением каналов включая следующее.
- Стоимость SDM по-прежнему существенно возрастает из-за увеличения количества каналов передачи.
- Мультиплексирование использует сложные алгоритмы и протоколы для объединения и разделения различных передаваемых сигналов. Таким образом, это повышает сложность сети и усложняет ее обслуживание и устранение неполадок.
- Мультиплексирование вызывает помехи между передаваемыми сигналами, что может исказить ценность передаваемых данных.
- Этот метод мультиплексирования требует определенной пропускной способности для процедуры мультиплексирования, что может уменьшить объем пропускной способности, доступной для реальной передачи данных.
- Внедрение и обслуживание этого мультиплексирования обходится дорого из-за сложности и необходимости специализированного оборудования.
- Такое мультиплексирование затрудняет сохранение передаваемых данных, поскольку несколько сигналов передаются по одному и тому же каналу.
- В SDM может произойти вывод.
- SDM сталкивается с высокими потерями вывода.
- В SDM один и тот же набор частот или один и тот же набор сигналов TDM используются в двух разных местах.
Приложения мультиплексирования с космическим разделением
Применение пространственного мультиплексирования включая следующее.
- Мультиплексирование с пространственным разделением каналов используется в наземных сетях двумя разными методами; Компоненты, совместимые с SDM, размещены как в инфраструктуре передачи, так и в инфраструктуре коммутации (или) реализация SDM только в архитектуре коммутации.
- Метод мультиплексирования с пространственным разделением каналов в беспроводной связи MIMO и оптоволокно связь используется для трансляции независимых каналов, разделенных в пространстве.
- SDM используется в сотовых сетях в форме технологии «множественный вход и несколько выходов», которая использует несколько антенн на обоих концах передатчика и приемника для повышения ценности, а также возможностей канала связи.
- SDM относится к методу понимания мультиплексирования оптического волокна с пространственным разделением.
- Метод SDM используется для оптической передачи данных везде, где используется несколько пространственных каналов, например, в многосердцевинных волокнах.
- Метод мультиплексирования с пространственным разделением для передачи по оптоволокну помогает преодолеть ограничения возможностей WDM.
- SDM используется в технологии GSM.
Таким образом, это обзор мультиплексирования с пространственным разделением каналов , работа, примеры, преимущества, недостатки и приложения. Технология SDM соответствует тенденции роста OFC или оптоволоконной связи. Этот метод мультиплексирования является важной инновацией и развитием технологии OFC. Вот вам вопрос, что такое мультиплексирование с временным разделением или TDM?
