Frequency Division Multiplexing: Blockdiagram, arbete och dess tillämpningar

Multiplextekniken utvecklades 1870, dock i slutet av 1900-talet; den blev mycket mer användbar för digital telekommunikation. Inom telekommunikation är Multiplexering teknik används för att kombinera och skicka flera dataströmmar över ett enda medium. Så hårdvaran som används för multiplexering är känd som en multiplexer eller MUX som slår samman n ingångslinjer för att producera en enda o/p-linje. Multiplexeringsmetoden används i stor utsträckning inom telekommunikation där många telefonsamtal förs över en enda tråd. Multiplexing klassificeras i tre typer såsom; frekvensdelning, våglängdsdelning (WDM) och tidsindelning. För närvarande har dessa tre multiplexeringstekniker blivit en mycket betydande tillgång i telekommunikationsprocesser och de har mycket förbättrat sättet att skicka och ta emot oberoende signaler över telefonlinjer, AM- och FM-radio och även optiska fibrer. Den här artikeln diskuterar en av de typer av multiplexering som kallas FDM eller frekvensdelningsmultiplex – arbete och dess tillämpningar.

Vad är Frequency Division Multiplexing?

Definition av frekvensdelningsmultiplex är: en multiplexeringsteknik som används för att kombinera mer än en signal över ett delat medium. Vid denna typ av multiplexering slås signaler med olika frekvenser samman för samtidig överföring. I FDM slås flera signaler samman för överföring över en kanal eller en enda kommunikationslinje där varje signal allokeras till en annan frekvens i huvudkanalen.

Blockdiagram för frekvensdelningsmultiplexering

Frekvensdelningsblockschemat visas nedan som inkluderar en sändare och en mottagare. I FDM är de olika meddelandesignalerna som m1(t), m2(t) & m3(t) modulerade vid de olika bärvågsfrekvenserna som fcl, fc2 & fc3. På detta sätt separeras de olika modulerade signalerna från varandra inom frekvensdomänen. Dessa modulerade signaler slås samman för att forma den sammansatta signalen som sänds över kanalen/överföringsmediet.

För att undvika störningar mellan de två meddelandesignalerna hålls även ett skyddsband mellan dessa två signaler. Ett skyddsband används för att separera två breda frekvensområden. Detta säkerställer att kommunikationskanaler som används samtidigt inte upplever störningar som skulle påverka en minskad sändningskvalitet.

Som visas i figuren ovan finns det tre olika meddelandesignaler som är modulerade vid olika frekvenser. Därefter slås de samman till en enda sammansatt signal. Varje signals bärvågsfrekvenser måste väljas så att det inte finns någon överlappning av modulerade signaler. Så här är varje modulerad signal inom den multiplexerade signalen helt enkelt separerad från varandra inom frekvensdomänen.

I mottagaränden används bandpassfilter för att separera varje modulerad signal från den sammansatta signalen och demultiplexeras. Genom att sända den demultiplexerade signalen genom LPF:n är det möjligt att återställa varje meddelandesignal. Så här är en typisk FDM-metod (Frequency Division Multiplexing).

Hur fungerar Frequency Division Multiplexing?

I FDM-systemet har sändaränden flera sändare & mottagaränden flera mottagare. Mellan sändaren och mottagaren finns kommunikationskanalen. I FDM, vid sändaränden, sänder varje sändare en signal med en annan frekvens. Till exempel sänder den första sändaren en signal med 30 kHz frekvens, den andra sändaren sänder en signal med 40 kHz frekvens och tredje sändaren sänder en signal med 50 kHz frekvens.

Därefter kombineras dessa signaler med olika frekvenser med en anordning känd som en multiplexer som sänder de multiplexerade signalerna genom en kommunikationskanal. FDM är en analog metod som är en mycket populär multiplexeringsmetod. Vid mottagaränden används de-multiplexer för att separera de multiplexerade signalerna och sedan sänder den dessa separerade signaler till de särskilda mottagarna.

En typisk FDM har totalt n kanaler, där n är ett heltal större än 1. Varje kanal bär en bit information och har sin egen bärvågsfrekvens. Utsignalen från varje kanal skickas med en annan frekvens än alla andra kanaler. Ingången till varje kanal är fördröjd med en mängd dt, som kan mätas i tidsenheter eller cykler per sekund.

Fördröjningen genom varje kanal kan beräknas enligt följande:

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

I(t) = 1/T + C2 *

I(t) = 1/T + C3 *

där T = signalperiod i tidsenheter (i vårt fall är detta nanosekunder). Cl, C2 och C3 är konstanter som beror på typen av signal som sänds och dess moduleringsschema.

Varje kanal består av en rad fotoniska kristaller som fungerar som filter för ljusvågor som passerar genom dem. Varje kristall kan bara passera vissa våglängder av ljus; andra blockeras helt av sin struktur eller genom reflektion från en intilliggande kristall.

FDM kräver användning av en extra mottagare för varje användare, vilket kan vara dyrt och svårt att installera i mobila enheter. Detta problem har lösts genom att använda frekvensmoduleringstekniker som t.ex ortogonal frekvensdelningsmultiplexering (OFDM) . OFDM-överföring minskar det erforderliga antalet mottagare genom att tilldela olika underbärvågor till olika användare på en enda bärvågsfrekvens.

Det kräver ytterligare mottagare eftersom basstationen och varje mobil enhet måste synkroniseras över tiden. I denna multiplexering kan data inte sändas i burst-läge så data skickas kontinuerligt, så att mottagaren måste vänta tills nästa paket tas emot innan den kan börja ta emot nästa. Det kräver speciella mottagare för att kunna ta emot paket i olika takt från olika basstationer, annars skulle de inte kunna avkoda dem korrekt.

Antalet sändare och mottagare som är inblandade i FDM-system kallas för 'sändare-mottagare-paret' eller förkortat TRP. Antalet TRP:er som måste vara tillgängliga kan beräknas med hjälp av följande formel:

NumberOfTRPs = (# sändare) (# få poäng) (# antenner)

Om vi ​​till exempel har tre sändare och fyra mottagningspunkter (RP), kommer vi att ha nio TRP:er eftersom det finns tre sändare och fyra RP:er. För att göra saker enkelt, låt oss anta att varje RP har en RP-antenn och varje TRP har två RP-antenner; detta betyder att vi kommer att behöva nio fler TRPS:

Denna multiplexering kan vara antingen punkt till punkt eller peka till multipunkt . I punkt-till-punkt-läget har varje användare sin egen dedikerade kanal med sin egen sändare, mottagare och antenn. I det här fallet kan det finnas mer än en sändare per användare och alla användare skulle använda olika kanaler. I punkt-till-multipunkt-läget delar alla användare samma kanal, men varje användares sändare och mottagare är anslutna till andra användare på samma kanal.

Frequency Division Multiplexing kontra Time Division Multiplexing

Skillnaden mellan frekvensmultiplexering och tidsmultiplexering diskuteras nedan.

Fördelar och nackdelar

De fördelarna med frekvensdelningsmultiplexin g inkludera följande.

• FDM:s sändare och mottagare behöver ingen synkronisering.
• Det är enklare och dess demodulering är lätt.
• Endast en kanal kommer att få effekt på grund av det långsamma smala bandet.
• FDM kan användas för analoga signaler.
• Ett stort antal kanaler kan sändas samtidigt.
• Det är inte dyrt.
• Denna multiplexering har hög tillförlitlighet.
• Med denna multiplexering är det möjligt att överföra multimediadata med lågt brus och distorsion och även med hög effektivitet.

De nackdelar med frekvensdelningsmultiplex inkluderar följande.

• FDM har ett överhörningsproblem.
• FDM är endast tillämpligt när några få kanaler med lägre hastighet föredras
• Förmedlingsförvrängning uppstår.
• FDM-kretsar är komplexa.
• Det behöver mer bandbredd.
• Det ger färre genomströmningar.
• Jämfört med TDM är latensen som tillhandahålls av FDM mer.
• Denna multiplexering har inte dynamisk koordination.
• FDM behöver ett stort antal filter och modulatorer.
• Kanalen för denna multiplexering kan påverkas av bredbandsfading
• Kanalens fullständiga bandbredd kan inte utnyttjas på FDM.
• Systemet för FDM kräver en bärsignal.

Ansökningar

Tillämpningarna av frekvensdelningsmultiplex inkluderar följande.

• Tidigare användes FDM i mobiltelefonsystemet och harmonisk telegrafi kommunikationssystem .
• Frekvensdelningsmultiplexering används främst i radiosändningar.
• FDM används även i TV-sändningar.
• Denna typ av multiplexering är tillämpbar i telefonsystemet för att hjälpa till att överföra flera telefonsamtal över en enda länk eller en enda överföringslinje.
• FDM används i en satellitkommunikationssystem för överföring av olika datakanaler.
• Den används i FM-överföringssystem eller stereofrekvensmodulering.
• Den används i AM-radioöverföringssystem/amplitudmodulering.
• Den används för allmänna telefoner och kabel-TV-system.
• Det används i sändningar.
• Den används i AM- och FM-sändningar.
• Det används i trådlösa nätverk, mobilnät etc.
• FDM används i bredbandssystem och även i DSL-modem (Digital Subscriber Line).
• FDM-systemet används huvudsakligen för multimediadata som ljud-, video- och bildöverföring.

Detta är alltså en översikt över frekvensdelningsmultiplexering eller FDM. Detta är en multiplexeringsteknik som separerar den befintliga bandbredden i flera delband där var och en kan bära en signal. Så, denna multiplexering tillåter samtidiga sändningar över ett delat kommunikationsmedium. Denna multiplexering tillåter systemet att sända en enorm mängd data genom ett antal segment som sänds över oberoende frekvensunderband. Här är en fråga till dig, vad är tidsmultiplexering?