Frequentieverdeling Multiplexing: blokdiagram, werking en toepassingen

De multiplextechniek werd ontwikkeld in 1870, maar aan het einde van de 20e eeuw; het werd veel toepasselijker voor digitale telecommunicatie. In de telecommunicatie, de Multiplexen techniek wordt gebruikt om meerdere datastromen te combineren en te verzenden over een enkel medium. De hardware die wordt gebruikt voor multiplexing staat dus bekend als een multiplexer of MUX die n invoerlijnen samenvoegt om een ​​enkele o/p-lijn te produceren. De multiplexmethode wordt veel gebruikt in de telecommunicatie, waarbij talloze telefoongesprekken via een enkele draad worden gevoerd. Multiplexing is ingedeeld in drie typen, zoals; frequentie verdeling, golflengteverdeling (WDM) , en tijdverdeling. Op dit moment zijn deze drie multiplextechnieken een zeer belangrijke troef geworden in telecommunicatieprocessen en ze hebben de manier waarop we onafhankelijke signalen verzenden en ontvangen via telefoonlijnen, AM- en FM-radio en ook optische vezels aanzienlijk verbeterd. Dit artikel bespreekt een van de soorten multiplexing die bekend staat als FDM of frequentieverdeling multiplexen – werken & zijn toepassingen.

Wat is frequentieverdelingsmultiplexing?

De definitie van frequentieverdelingsmultiplexing is: een multiplextechniek die wordt gebruikt om meer dan één signaal over een gedeeld medium te combineren. Bij dit type multiplexing worden signalen met verschillende frequenties samengevoegd voor gelijktijdige verzending. Bij FDM worden meerdere signalen samengevoegd voor verzending via een kanaal of een enkele communicatielijn, waarbij elk signaal wordt toegewezen aan een andere frequentie in het hoofdkanaal.

Frequentieverdeling Multiplexing Blokdiagram

Hieronder ziet u het frequentieverdelingsblokschema met daarin een zender en een ontvanger. In FDM worden de verschillende berichtsignalen zoals m1(t), m2(t) & m3(t) gemoduleerd op de verschillende draaggolffrequenties zoals fc1, fc2 & fc3. Op deze manier worden de verschillende gemoduleerde signalen binnen het frequentiedomein van elkaar gescheiden. Deze gemoduleerde signalen worden samengevoegd om het samengestelde signaal te vormen dat via het kanaal/transmissiemedium wordt verzonden.

Om interferentie tussen de twee berichtensignalen te voorkomen, wordt er ook een bewakingsband tussen deze twee signalen gehouden. Een bewakingsband wordt gebruikt om twee brede frequentiebereiken van elkaar te scheiden. Dit zorgt ervoor dat communicatiekanalen die gelijktijdig worden gebruikt geen interferentie ondervinden die de kwaliteit van de transmissies zou verminderen.

Zoals te zien is in de bovenstaande afbeelding, zijn er drie verschillende berichtsignalen die op verschillende frequenties worden gemoduleerd. Daarna worden ze samengevoegd tot één samengesteld signaal. De draaggolffrequenties van elk signaal moeten zo worden gekozen dat er geen overlapping is van gemoduleerde signalen. Op deze manier wordt elk gemoduleerd signaal binnen het gemultiplexte signaal eenvoudig van elkaar gescheiden binnen het frequentiedomein.

Aan de kant van de ontvanger worden banddoorlaatfilters gebruikt om elk gemoduleerd signaal te scheiden van het samengestelde & gedemultiplexte signaal. Door het gedemultiplexte signaal via de LPF te verzenden, is het mogelijk om elk berichtsignaal te herstellen. Dit is hoe een typische FDM-methode (Frequency Division Multiplexing) is.

Hoe werkt frequentieverdelingsmultiplexing?

In het FDM-systeem heeft de zenderzijde meerdere zenders en de ontvangerzijde meerdere ontvangers. Tussen de zender en ontvanger bevindt zich het communicatiekanaal. Bij FDM, aan de kant van de zender, zendt elke zender een signaal uit met een andere frequentie. De eerste zender zendt bijvoorbeeld een signaal uit met een frequentie van 30 kHz, de tweede zender zendt een signaal uit met een frequentie van 40 kHz en de derde zender zendt een signaal uit met een frequentie van 50 kHz.

Daarna worden deze signalen met verschillende frequenties gecombineerd met een apparaat dat een multiplexer wordt genoemd en dat de gemultiplexte signalen via een communicatiekanaal verzendt. FDM is een analoge methode die een zeer populaire multiplexmethode is. Aan de kant van de ontvanger wordt de-multiplexer gebruikt om de gemultiplexte signalen te scheiden, waarna deze gescheiden signalen naar de specifieke ontvangers worden verzonden.

Een typische FDM heeft in totaal n kanalen, waarbij n een geheel getal groter dan 1 is. Elk kanaal bevat één bit informatie en heeft zijn eigen draaggolffrequentie. De uitvoer van elk kanaal wordt op een andere frequentie verzonden dan alle andere kanalen. De invoer naar elk kanaal wordt vertraagd met een hoeveelheid dt, die kan worden gemeten in tijdseenheden of cycli per seconde.

De vertraging door elk kanaal kan als volgt worden berekend:

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

I(t) = 1/T + C2 *

I(t) = 1/T + C3 *

waarbij T = signaalperiode in tijdseenheden (in ons geval is dit nanoseconden). C1, C2 en C3 zijn constanten die afhangen van het type signaal dat wordt verzonden en het modulatieschema.

Elk kanaal bestaat uit een reeks fotonische kristallen die fungeren als filters voor lichtgolven die er doorheen gaan. Elk kristal kan slechts bepaalde golflengten van licht doorlaten; andere worden volledig geblokkeerd door hun structuur of door reflectie van een aangrenzend kristal.

FDM vereist het gebruik van een extra ontvanger voor elke gebruiker, wat duur kan zijn en moeilijk te installeren in mobiele apparaten. Dit probleem is opgelost door gebruik te maken van frequentiemodulatietechnieken zoals orthogonale frequentieverdeling multiplexing (OFDM) . OFDM-transmissie vermindert het vereiste aantal ontvangers door verschillende subdraaggolven toe te wijzen aan verschillende gebruikers op een enkele draaggolffrequentie.

Het vereist extra ontvangers omdat het basisstation en elke mobiele eenheid in de loop van de tijd moeten worden gesynchroniseerd. Bij deze multiplexing kunnen gegevens niet in burst-modus worden verzonden, dus de gegevens worden continu verzonden, zodat de ontvanger moet wachten tot het volgende pakket wordt ontvangen voordat hij het volgende pakket kan ontvangen. Het vereist speciale ontvangers om pakketten met verschillende snelheden van verschillende basisstations te kunnen ontvangen, anders zouden ze deze niet correct kunnen decoderen.

Het aantal zenders en ontvangers dat betrokken is bij FDM-systemen wordt het 'zender-ontvangerpaar' of kortweg TRP genoemd. Het aantal TRP's dat beschikbaar moet zijn, kan worden berekend met behulp van de volgende formule:

AantalTRP's = (# Zenders) (# Punten ontvangen) (# Antennes)

Als we bijvoorbeeld drie zenders en vier ontvangstpunten (RP's) hebben, hebben we negen TRP's omdat er drie zenders en vier RP's zijn. Laten we, om het simpel te houden, aannemen dat elke RP een RP-antenne heeft en dat elke TRP twee RP-antennes heeft; dit betekent dat we nog negen TRPS nodig hebben:

Deze multiplexing kan beide zijn punt naar punt of punt naar multipunt . In de point-to-point-modus heeft elke gebruiker zijn eigen toegewijde kanaal met zijn eigen zender, ontvanger en antenne. In dit geval kan er meer dan één zender per gebruiker zijn en gebruiken alle gebruikers verschillende kanalen. In de point-to-multipoint-modus delen alle gebruikers hetzelfde kanaal, maar zijn de zender en ontvanger van elke gebruiker verbonden met die van andere gebruikers op hetzelfde kanaal.

Frequentieverdelingsmultiplexing versus tijdsverdelingsmultiplexing

Het verschil tussen frequentieverdelingsmultiplexing en tijdverdelingsmultiplexing wordt hieronder besproken.

Voor-en nadelen

De voordelen van multiplexine met frequentieverdeling g omvatten het volgende.

• De zender en ontvanger van FDM hebben geen synchronisatie nodig.
• Het is eenvoudiger en de demodulatie ervan is eenvoudig.
• Slechts één kanaal krijgt effect vanwege de trage smalle band.
• FDM is toepasbaar voor analoge signalen.
• Er kan een groot aantal kanalen tegelijk worden verzonden.
• Het is niet duur.
• Deze multiplexing heeft een hoge betrouwbaarheid.
• Door deze multiplexing te gebruiken, is het mogelijk om multimediagegevens met weinig ruis en vervorming en ook met een hoog rendement te verzenden.

De nadelen van multiplexing met frequentieverdeling omvatten het volgende.

• FDM heeft een overspraakprobleem.
• FDM is alleen van toepassing wanneer een paar minder snelle kanalen de voorkeur hebben
• Intermediaire vervorming treedt op.
• FDM-circuits zijn complex.
• Het heeft meer bandbreedte nodig.
• Het geeft minder doorvoer.
• In vergelijking met TDM is de latentie van FDM hoger.
• Deze multiplexing heeft geen dynamische coördinatie.
• FDM heeft een groot aantal filters en modulatoren nodig.
• Het kanaal van deze multiplexing kan worden beïnvloed door breedbandfading
• De volledige bandbreedte van het kanaal kan niet worden gebruikt op de FDM.
• Het systeem van FDM vereist een draaggolfsignaal.

toepassingen

De toepassingen van frequentieverdelingsmultiplexing omvatten het volgende.

• Eerder werd FDM gebruikt in het mobiele telefoonsysteem en harmonische telegrafie communicatie systeem .
• Frequentieverdelingsmultiplexing wordt voornamelijk gebruikt bij radio-uitzendingen.
• FDM wordt ook gebruikt bij tv-uitzendingen.
• Dit type multiplexing is van toepassing in het telefoonsysteem om te helpen bij het verzenden van meerdere telefoongesprekken via een enkele link of enkele transmissielijn.
• FDM wordt gebruikt in een satelliet communicatie systeem voor het verzenden van verschillende datakanalen.
• Het wordt gebruikt in FM-transmissiesystemen of stereofrequentiemodulatie.
• Het wordt gebruikt in AM-radiotransmissiesystemen/amplitudemodulatie.
• Het wordt gebruikt voor openbare telefoons en kabeltelevisiesystemen.
• Het wordt gebruikt in de omroep.
• Het wordt gebruikt in AM- en FM-uitzendingen.
• Het wordt gebruikt in draadloze netwerken, mobiele netwerken, enz.
• FDM wordt gebruikt in breedbandverbindingssystemen en ook in DSL-modems (Digital Subscriber Line).
• FDM-systeem wordt voornamelijk gebruikt voor multimediagegevens zoals audio-, video- en beeldoverdracht.

Zo is dit een overzicht van frequentieverdelingsmultiplexing of FDM. Dit is een multiplextechniek die de bestaande bandbreedte scheidt in verschillende subbanden waar elk een signaal kan dragen. Deze multiplexing maakt dus gelijktijdige verzendingen mogelijk boven een gedeeld communicatiemedium. Door deze multiplexing kan het systeem een ​​enorme hoeveelheid gegevens verzenden via een aantal segmenten die worden verzonden boven onafhankelijke frequentiesubbanden. Hier is een vraag voor u, wat is tijdverdelingsmultiplexing?