Space Division Multiplexing: Diagram, Working, Advantages, Nackdelar och dess tillämpningar

Multiplexering i telekommunikations- och datornätverk är en typ av teknik som används för att kombinera och överföra många datasignaler genom ett enda medium. I den multiplexering metod, multiplexor (MUX)-hårdvara spelar en betydande roll för att uppnå multiplexering genom att slå samman 'n' ingångslinjer för att generera en enda utgångslinje. Så den här metoden följer huvudsakligen många-till-en-konceptet som betyder n-ingångslinjer och enkel utgångslinje. Det finns olika typer av multiplexeringstekniker som; FDM, TDM, CDM , SDM & OFDM. Den här artikeln ger kort information om en av typerna av multiplexeringstekniker som; space division multiplexing eller SDM.

Vad är Space Division Multiplexing (SDM)?

En multiplexeringsteknik inom en trådlös kommunikationssystem används för att förbättra systemkapaciteten genom att helt enkelt utnyttja den fysiska separeringen av användare är känd som space division multiplexing eller spatial division multiplexing (SDM). I denna multiplexeringsteknik, flera antenner används i båda ändarna av sändaren och mottagaren för att skapa parallella kommunikationskanaler. Dessa kommunikationskanaler är oberoende av varandra, vilket gör att flera användare kan sända data samtidigt inom ett liknande frekvensband förutom störningar.

Det trådlösa kommunikationssystemets kapacitet kan förbättras genom att helt enkelt inkludera fler antenner för att bilda mer oberoende kanaler. Denna multiplexeringsteknik används ofta inom trådlösa kommunikationssystem som; Wi-Fi, satellitkommunikationssystem & mobilnät.

Exempel på SDM i optisk ubåtskabel

Space division multiplexing i den optiska ubåtskabelapplikationen är uppdelad i tre transmissionssystem; enkelkärnig fiber C-band, enkelkärnig fiber C+L-band & flerkärnig fiber C-band transmission. De tre transmissionssystemens ljusvägsdiagram visas nedan.

Ett enkelkärnigt fiber C-band i ett undervattens optisk kabelöverföringssystem är endast utrustat med EDFA-utrustning för att förbättra signalen. EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) ​​är en typ av OFA som är en optisk förstärkare genom erbiumjoner som ingår i den optiska fiberkärnan. EDFA har några funktioner som; lågt brus, hög förstärkning och polarisationsoberoende. Den förstärker optiska signaler inom 1,55 μm (eller) 1,58 μm bandet.

Det enkärniga C+L-bandsöverföringssystemet kräver två EDFA för att förbättra de två bandsignalerna på motsvarande sätt. Det flerkärniga fiber C-bandsöverföringssystemet är mycket komplicerat och det kräver att man fläktar ut varje fiberkärna och matar in den till signalförstärkaren, och efter det fläktar man in förstärkarens signal till flerkärnig fiberkabel.

Närhelst signal-brusförhållandet för det 3-kanaliga överföringssystemet är cirka 9,5 dB, behöver överföringssystemet för C+L-band med singelkärna 37 optiska fiberpar för att uppnå maximal överföring av optisk kabelkapacitet.

Multicore fiber C-band transmissionssystem behöver 19 till 20 par fibrer för att uppnå högsta överföringsförmåga. Single-core fiber C+L-band transmissionssystem kräver endast tretton fiberkabelpar för att sprida den högsta kapaciteten; Dess högsta kapacitet är dock 70 % av enbart C-bandfiberöverföringen med en kärna.

I SDM-teknik är avståndet för varje optisk undervattenskabel satt till 60 km för att beräkna de spänningar som krävs av de tre transmissionssystemen. Enkelkärniga C-band & C+L-band behöver lägre spänningar genom 15 kV maxspänning. Jämfört med flerlinjes FOC-överföringssystem är deras spänningar lägre eftersom flerkärniga fiberöverföringssystem behöver extra förstärkare för att slutföra överföringen.

I tre överföringssystem för rymddivisionsmultiplexering är överföringsförmågan hos enkärnig fiber C+L-band & flerkärnig C-band mindre jämfört med enkelkärnig fiber C-bandsöverföring. Enkelkärniga fiber C-band & C+L-vågsystem kan utnyttja lägre spänningar och effektutnyttjande jämfört med flerkärniga system om en liknande kapacitet kan uppnås genom flerkärniga.

Space Division Multiplexing arbetar

Space Division Multiplexing (SDM) fungerar genom att utnyttja den rumsliga dimensionen för att överföra flera oberoende dataströmmar samtidigt. Här är en förenklad förklaring av hur det fungerar:

• Rumslig separation : SDM förlitar sig på att fysiskt separera överföringsvägarna för olika dataströmmar. Denna separation kan uppnås med användning av olika tekniker beroende på överföringsmediet, såsom användning av olika optiska fibrer, antennelement eller akustiska vägar.
• Flera kanaler : Varje rumsligt separerad väg representerar en distinkt kommunikationskanal. Dessa kanaler kan användas för att sända oberoende dataströmmar samtidigt utan att störa varandra.
• Datakodning och modulering : Före överföring genomgår data avsedd för varje kanal kodnings- och moduleringstekniker för att konvertera den till ett format som är lämpligt för överföring över det valda mediet. Detta innebär typiskt att digitala data omvandlas till analoga signaler som moduleras vid specifika frekvenser eller andra egenskaper som är lämpliga för överföringsmediet.
• Samtidig överföring : När data väl är kodad och modulerad, sänds den samtidigt över de rumsligt separerade kanalerna. Denna samtidiga överföring möjliggör ökad datagenomströmning och effektivt utnyttjande av tillgängliga kommunikationsresurser.
• Mottagarens avkodning : Vid mottagningsänden tas signalerna från alla spatiala kanaler emot och bearbetas separat. Varje kanal demoduleras och avkodas för att återställa de ursprungliga dataströmmarna. Eftersom kanalerna är rumsligt åtskilda, finns det minimal interferens mellan dem, vilket möjliggör tillförlitlig dataåterställning.
• Integration av dataströmmar : Slutligen integreras de återvunna dataströmmarna från alla kanaler för att rekonstruera den ursprungliga överförda datan. Denna integrationsprocess beror på den specifika applikationen och kan involvera uppgifter som felkorrigering, synkronisering och dataaggregering.

Totalt sett möjliggör rymddelningsmultiplexering samtidig överföring av flera oberoende dataströmmar genom att utnyttja rumslig separation, vilket ökar kommunikationskapaciteten och effektiviteten. Det används ofta i olika kommunikationssystem, inklusive optiska fibernätverk, trådlös kommunikation, satellitkommunikation och akustisk undervattenskommunikation.

Space Division Multiplexing Exempel

Det första exemplet på SDM är cellulär kommunikation eftersom i denna kommunikation används samma uppsättning bärvågsfrekvenser igen inom celler som inte är nära varandra.

• Optisk fiberkommunikation : I fiberoptiska kommunikationssystem kan flera kanaler sändas samtidigt genom samma fiber genom att använda olika rumsliga vägar. Varje rumslig bana kan representera en annan våglängd (Wavelength Division Multiplexing – WDM) eller ett annat polarisationstillstånd (Polarization Division Multiplexing – PDM). Detta möjliggör ökad dataöverföringskapacitet utan att behöva lägga ner ytterligare fysiska fiberkablar.
• Flera antennsystem : Vid trådlös kommunikation använder MIMO-system (multiple-input multiple-output) flera antenner vid både sändaren och mottagaren för att förbättra spektral effektivitet. Varje antennpar bildar en rumslig kanal, och data sänds över dessa kanaler samtidigt, vilket effektivt ökar kapaciteten hos den trådlösa länken.
• Satellitkommunikation : Satellitkommunikationssystem använder ofta SDM-tekniker för att sända flera signaler samtidigt med olika frekvensband eller rumsliga vägar. Detta möjliggör ett mer effektivt utnyttjande av satellitresurser och ökad datagenomströmning för applikationer som sändningar, internettjänster och fjärranalys.
• Undervattens akustisk kommunikation : I undervattensmiljöer används akustiska vågor för kommunikation på grund av deras förmåga att resa långa sträckor. SDM kan användas genom att använda flera hydrofoner och sändare för att skapa rumsligt separerade kanaler, vilket möjliggör samtidig överföring av flera dataströmmar och ökar den totala kommunikationskapaciteten.
• Integrated Circuit Interconnects : Inom elektroniska enheter, såsom datorprocessorer eller nätverksutrustning, kan rymddelningsmultiplexeringstekniker användas för att koppla ihop flera komponenter eller kärnor på ett chip. Genom att dirigera signaler genom olika fysiska vägar kan data överföras samtidigt mellan olika bearbetningsenheter, vilket förbättrar systemets övergripande prestanda och genomströmning.

Fördelar & nackdelar

De fördelar med rymddelningsmultiplex inkluderar följande.

• En SDM-teknik förbättrar den optiska fiberns rumsliga täthet i enhetstvärsnitt.
• Det ökar antalet rumsliga överföringskanaler inom en gemensam beklädnad.
• SDM är en kombination av FDM eller frekvensdelningsmultiplex och TDM eller tidsmultiplexering .
• Den sänder meddelanden med användning av en specifik frekvens, så en viss kanal kan användas mot ett visst frekvensband under en tid.
• Denna multiplexeringsteknik tillåter helt enkelt en optisk fiber att sända flera signaler som sänds med olika våglängder exklusive att störa varandra.
• SDM utvecklar energieffektivitet och möjliggör avsevärt lägre kostnader för varje bit.
• SDM-tekniken förbättrar den spektrala effektiviteten för varje fiber genom att helt enkelt multiplexa signalerna inom ortogonala LP-lägen i FMF (få-modsfibrer) och flerkärniga fibrer.
• Utvecklingen är ganska enkel och inga grundläggande nya optiska komponenter behövs.
• Bästa användningen av bandbredd.
• Fast frekvens kan användas igen inom SDM.
• SDM kan implementeras inom rena optiska kablar.
• Dess genomströmning är extremt hög på grund av de optiska kablarna.
• Bästa användningen av frekvensen tack vare flera multiplexeringstekniker och fiberoptik.

De nackdelar med rymddelningsmultiplex inkluderar följande.

• Kostnaden för SDM ökar fortfarande avsevärt på grund av att antalet överföringskanaler förbättras.
• Multiplexing använder komplexa algoritmer och protokoll för att slå samman och dela de olika signalerna som sänds. Så detta förbättrar nätverkets svårighetsgrad och gör det svårare att underhålla och felsöka.
• Multiplexering orsakar interferens mellan signalerna som sänds, vilket kan fördärva värdet på de överförda data.
• Denna multiplexeringsteknik behöver en viss mängd bandbredd för multiplexeringsproceduren, vilket kan minska mängden tillgänglig bandbredd för verklig dataöverföring.
• Att implementera och underhålla denna multiplexering är dyrt på grund av komplexiteten och den specialutrustning som krävs.
• Denna multiplexering gör det svårare att spara de överförda data eftersom flera signaler sänds över en liknande kanal.
• I SDM kan en slutsats uppstå.
• SDM står inför höga slutledningsförluster.
• I SDM används samma uppsättning frekvenser eller samma uppsättning TDM-signaler på två olika platser

Space Division Multiplexing-applikationer

De tillämpningar av rymddelningsmultiplexering inkluderar följande.

• Space division multiplexing används i markbundna nätverk genom två olika metoder; SDM-kompatibla komponenter arrangerade inom både överförings- och kopplingsinfrastrukturer (eller) SDM-implementering endast inom kopplingsarkitekturen.
• Space-division multiplexing-teknik inom MIMO trådlös kommunikation och fiberoptisk kommunikation används för att sända oberoende kanaler som är separerade i rymden.
• SDM används i cellulära nätverk i teknikformen Multiple Input Multiple Output, som använder flera antenner i båda ändarna av sändaren och mottagaren för att förbättra värdet och förmågan hos kommunikationslänken.
• SDM hänvisar till en metod för att förstå optisk fibermultiplexering med rymddelning.
• SDM-teknik används för optisk dataöverföring där flera rumsliga kanaler används som i flerkärniga fibrer.
• Tekniken för spatial division multiplexing för överföring av optisk fiber hjälper till att övervinna kapacitetsgränsen för WDM.
• SDM används i GSM-teknik.

Detta är alltså en översikt över rymddelningsmultiplexering , arbete, exempel, fördelar, nackdelar och tillämpningar. SDM-teknik överensstämmer med tillväxttrenden för OFC eller optisk fiberkommunikation. Denna multiplexeringsteknik är en stor innovation och ett utvecklat sätt för OFC-teknik. Här är en fråga till dig, vad är tidsdelningsmultiplex eller TDM?