Frequency Division Multiplexing: Blokdiagram, arbejde og dets applikationer

Multiplexing-teknikken blev udviklet i 1870, dog i slutningen af ​​det 20. århundrede; det blev meget mere anvendeligt til digital telekommunikation. Inden for telekommunikation er Multiplexing teknik bruges til at kombinere og sende flere datastrømme over et enkelt medie. Så hardwaren, der bruges til multipleksing, er kendt som en multiplexer eller MUX, der fusionerer n input-linjer for at producere en enkelt o/p-linje. Multipleksmetoden er meget udbredt i telekommunikation, hvor adskillige telefonopkald føres gennem en enkelt ledning. Multiplexing er klassificeret i tre typer såsom; frekvensdeling, bølgelængdedeling (WDM) og tidsinddeling. På nuværende tidspunkt er disse tre multiplekseringsteknikker blevet et meget betydeligt aktiv i telekommunikationsprocesser, og de har meget forbedret måden, hvorpå vi sender og modtager uafhængige signaler over telefonlinjer, AM & FM-radio og også optiske fibre. Denne artikel diskuterer en af ​​de typer multipleksing kendt som FDM eller frekvensdelingsmultipleksing – arbejde og dets applikationer.

Hvad er Frequency Division Multiplexing?

Definition af frekvensdelingsmultipleksing er: en multipleksingsteknik, der bruges til at kombinere mere end ét signal over et delt medie. I denne type multipleksing bliver signaler med forskellige frekvenser slået sammen til samtidig transmission. I FDM slås flere signaler sammen til transmission over en kanal eller enkelt kommunikationslinje, hvor hvert signal er allokeret til en anden frekvens i hovedkanalen.

Blokdiagram for frekvensdelingsmultipleksing

Frekvensdelingsblokdiagrammet er vist nedenfor, som inkluderer en sender og en modtager. I FDM moduleres de forskellige meddelelsessignaler som m1(t), m2(t) & m3(t) ved de forskellige bærefrekvenser som fc1, fc2 & fc3. På denne måde adskilles de forskellige modulerede signaler fra hinanden inden for frekvensdomænet. Disse modulerede signaler flettes sammen for at forme det sammensatte signal, som transmitteres over kanalen/transmissionsmediet.

For at undgå interferens mellem de to meddelelsessignaler, holdes der også et beskyttelsesbånd mellem disse to signaler. Et beskyttelsesbånd bruges til at adskille to brede frekvensområder. Dette sikrer, at kommunikationskanaler, der bruges samtidigt, ikke oplever interferens, som ville påvirke den reducerede kvalitet af transmissioner.

Som vist i ovenstående figur er der tre forskellige meddelelsessignaler, der moduleres ved forskellige frekvenser. Derefter slås de sammen til et enkelt sammensat signal. Hvert signals bærefrekvenser skal vælges, så der ikke er nogen overlapning af modulerede signaler. Som dette er hvert moduleret signal i det multipleksede signal simpelthen adskilt fra hinanden inden for frekvensdomænet.

I modtagerenden bruges båndpasfiltre til at adskille hvert moduleret signal fra det sammensatte signal og demultipleks. Ved at transmittere det demultipleksede signal gennem LPF'en er det muligt at gendanne hvert meddelelsessignal. Sådan er en typisk FDM-metode (Frequency Division Multiplexing).

Hvordan fungerer Frequency Division Multiplexing?

I FDM-systemet har senderenden flere sendere & modtagerenden har flere modtagere. Mellem sender og modtager er kommunikationskanalen der. I FDM, i senderenden, sender hver sender et signal med en anden frekvens. For eksempel sender den første sender et signal med 30 kHz frekvens, den anden sender et signal med 40 kHz frekvens og tredje sender et signal med 50 kHz frekvens.

Derefter kombineres disse signaler med forskellige frekvenser med en enhed kendt som en multiplekser, som transmitterer de multipleksede signaler gennem en kommunikationskanal. FDM er en analog metode, som er en meget populær multipleksingsmetode. Ved modtagerenden bruges de-multiplekseren til at adskille de multipleksede signaler, hvorefter den transmitterer disse adskilte signaler til de bestemte modtagere.

En typisk FDM har i alt n kanaler, hvor n er et heltal større end 1. Hver kanal bærer en bit information og har sin egen bærefrekvens. Outputtet fra hver kanal sendes med en anden frekvens end alle andre kanaler. Indgangen til hver kanal er forsinket med en mængde dt, som kan måles i tidsenheder eller cyklusser pr. sekund.

Forsinkelsen gennem 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 *

hvor T = signalperiode i tidsenheder (i vores tilfælde er dette nanosekunder). C1, C2 og C3 er konstanter, der afhænger af typen af ​​signal, der transmitteres, og dets modulationsskema.

Hver kanal består af en række fotoniske krystaller, der fungerer som filtre for lysbølger, der passerer gennem dem. Hver krystal kan kun passere visse bølgelængder af lys; andre er blokeret fuldstændigt af deres struktur eller af refleksion fra en tilstødende krystal.

FDM kræver brug af en ekstra modtager for hver bruger, hvilket kan være dyrt og vanskeligt at installere i mobile enheder. Dette problem er blevet løst ved at bruge frekvensmodulationsteknikker som f.eks ortogonal frekvensdelingsmultipleksing (OFDM) . OFDM-transmission reducerer det nødvendige antal modtagere ved at tildele forskellige underbærere til forskellige brugere på en enkelt bærefrekvens.

Det kræver yderligere modtagere, fordi basestationen og hver mobilenhed skal synkroniseres over tid. I denne multipleksing kan data ikke sendes i burst-tilstand, så dataene sendes kontinuerligt, så modtageren skal vente til den næste pakke er modtaget, før den kan begynde at modtage den næste. Det kræver specielle modtagere at kunne modtage pakker med forskellige hastigheder fra forskellige basestationer, ellers ville de ikke være i stand til at afkode dem korrekt.

Antallet af sendere og modtagere, der er involveret i FDM-systemer, kaldes 'sender-modtager-parret' eller kort sagt TRP. Antallet af TRP'er, der skal være tilgængelige, kan beregnes ved at bruge følgende formel:

NumberOfTRPs = (# sendere) (# Modtag point) (# antenner)

Hvis vi f.eks. har tre sendere og fire modtagepunkter (RP'er), vil vi have ni TRP'er, fordi der er tre sendere og fire RP'er. For at holde tingene enkle, lad os antage, at hver RP har en RP-antenne, og hver TRP har to RP-antenner; det betyder, at vi skal bruge ni TRPS mere:

Denne multipleksing kan være enten punkt til punkt eller punkt til multipunkt . I punkt-til-punkt-tilstand har hver bruger sin egen dedikerede kanal med sin egen sender, modtager og antenne. I dette tilfælde kan der være mere end én sender pr. bruger, og alle brugere vil bruge forskellige kanaler. I punkt-til-multipunkt-tilstanden deler alle brugere den samme kanal, men hver brugers sender og modtager er forbundet med andre brugeres på samme kanal.

Frekvensdelingsmultipleksing vs tidsdelingsmultipleksing

Forskellen mellem frekvensdelingsmultipleksing og tidsmultipleksing diskuteres nedenfor.

Fordele og ulemper

Det fordele ved frekvensdelingsmultiplexin g omfatter følgende.

• FDM's sender og modtager behøver ingen synkronisering.
• Det er enklere og dets demodulation er let.
• Kun én kanal vil få effekt på grund af det langsomme smalle bånd.
• FDM kan anvendes til analoge signaler.
• Et stort antal kanaler kan transmitteres samtidigt.
• Det er ikke dyrt.
• Denne multipleksing har høj pålidelighed.
• Ved at bruge denne multipleksing er det muligt at transmittere multimediedata med lav støj og forvrængning og også med høj effektivitet.

Det ulemper ved frekvensdelingsmultipleksing omfatte følgende.

• FDM har et krydstaleproblem.
• FDM er kun anvendelig, når nogle få mindre hastighedskanaler foretrækkes
• Formidlingsforvrængning forekommer.
• FDM-kredsløb er komplekst.
• Det kræver mere båndbredde.
• Det giver færre gennemløb.
• Sammenlignet med TDM er latensen leveret af FDM mere.
• Denne multipleksing har ikke dynamisk koordination.
• FDM har brug for et stort antal filtre & modulatorer.
• Kanalen for denne multipleksing kan blive påvirket af bredbåndsfading
• Kanalens fulde båndbredde kan ikke udnyttes på FDM.
• Systemet i FDM kræver et bæresignal.

Ansøgninger

Anvendelserne af frekvensdelingsmultipleksing omfatter følgende.

• Tidligere blev FDM brugt i mobiltelefonsystemet og harmonisk telegrafi kommunikationssystem .
• Frekvensdelingsmultipleksing bruges hovedsageligt i radioudsendelser.
• FDM bruges også i tv-udsendelser.
• Denne type multipleksing er anvendelig i telefonsystemet for at hjælpe med at transmittere flere telefonopkald over en enkelt forbindelse eller enkelt transmissionslinje.
• FDM bruges i en satellitkommunikationssystem til transmission af forskellige datakanaler.
• Det bruges i FM-transmissionssystemer eller stereofrekvensmodulation.
• Det bruges i AM-radiotransmissionssystemer/amplitudemodulering.
• Det bruges til offentlige telefoner og kabel-tv-systemer.
• Det bruges i udsendelser.
• Det bruges i AM- og FM-udsendelser.
• Det bruges i trådløse netværk, mobilnetværk osv.
• FDM bruges i bredbåndsforbindelsessystemer og også i DSL (Digital Subscriber Line) modemer.
• FDM-systemet bruges hovedsageligt til multimediedata som lyd-, video- og billedtransmission.

Sådan er dette en oversigt over frekvensdelingsmultipleksing eller FDM. Dette er en multipleksingsteknik, der adskiller den eksisterende båndbredde i flere underbånd, hvor hver kan bære et signal. Så denne multipleksing tillader samtidige transmissioner over et delt kommunikationsmedium. Denne multipleksing gør det muligt for systemet at transmittere en enorm mængde data gennem et antal segmenter, der transmitteres over uafhængige frekvensunderbånd. Her er et spørgsmål til dig, hvad er tidsdelingsmultipleksing?