Multiplexing a divisione di frequenza: diagramma a blocchi, funzionamento e sue applicazioni

La tecnica del multiplexing è stata sviluppata nel 1870, tuttavia alla fine del XX secolo; è diventato molto più applicabile per le telecomunicazioni digitali. Nelle telecomunicazioni, il Multiplexing tecnica viene utilizzata per combinare e inviare più flussi di dati su un unico supporto. Pertanto, l'hardware utilizzato per il multiplexing è noto come multiplexer o MUX che unisce n linee di input per produrre una singola linea o/p. Il metodo multiplexing è ampiamente utilizzato nelle telecomunicazioni in cui numerose chiamate telefoniche vengono trasportate su un unico filo. Il multiplexing è classificato in tre tipi come; divisione di frequenza, divisione di lunghezza d'onda (WDM) , e divisione del tempo. Attualmente, queste tre tecniche di multiplexing sono diventate una risorsa molto significativa nei processi di telecomunicazione e hanno notevolmente migliorato il modo in cui inviamo e riceviamo segnali indipendenti su linee telefoniche, radio AM e FM e anche fibre ottiche. Questo articolo discute uno dei tipi di multiplexing noto come FDM o multiplazione a divisione di frequenza – lavoro e sue applicazioni.

Cos'è il multiplexing a divisione di frequenza?

La definizione di multiplexing a divisione di frequenza è: una tecnica di multiplexing utilizzata per combinare più di un segnale su un mezzo condiviso. In questo tipo di multiplexing, i segnali con frequenze diverse vengono uniti per la trasmissione simultanea. In FDM, più segnali vengono uniti per la trasmissione su un canale o su una singola linea di comunicazione in cui ogni segnale è assegnato a una frequenza diversa nel canale principale.

Diagramma a blocchi del multiplexing a divisione di frequenza

Di seguito è mostrato il diagramma a blocchi della divisione di frequenza che include un trasmettitore e un ricevitore. In FDM, i diversi segnali di messaggio come m1(t), m2(t) e m3(t) sono modulati alle diverse frequenze portanti come fc1, fc2 e fc3. In questo modo, i diversi segnali modulati sono separati l'uno dall'altro all'interno del dominio della frequenza. Questi segnali modulati vengono fusi insieme per modellare il segnale composito che viene trasmesso sul canale/mezzo di trasmissione.

Per evitare interferenze tra i due segnali di messaggio, viene mantenuta anche una banda di guardia tra questi due segnali. Una banda di guardia viene utilizzata per separare due ampie gamme di frequenze. Ciò garantisce che i canali di comunicazione utilizzati contemporaneamente non subiscano interferenze che influirebbero sulla qualità ridotta delle trasmissioni.

Come mostrato nella figura sopra, ci sono tre diversi segnali di messaggio modulati a varie frequenze. Successivamente, vengono uniti in un unico segnale composito. Le frequenze portanti di ciascun segnale devono essere scelte in modo che non vi siano sovrapposizioni di segnali modulati. In questo modo, ciascun segnale modulato all'interno del segnale multiplexato è semplicemente separato l'uno dall'altro all'interno del dominio della frequenza.

All'estremità del ricevitore, vengono utilizzati filtri passa-banda per separare ciascun segnale modulato dal segnale composito e demultiplato. Trasmettendo il segnale demultiplato attraverso l'LPF, è possibile recuperare ogni segnale di messaggio. Ecco come funziona un tipico metodo FDM (Frequency Division Multiplexing).

Come funziona il multiplexing a divisione di frequenza?

Nel sistema FDM, l'estremità del trasmettitore ha diversi trasmettitori e l'estremità del ricevitore ha diversi ricevitori. Tra il trasmettitore e il ricevitore, c'è il canale di comunicazione. In FDM, all'estremità del trasmettitore, ogni trasmettitore trasmette un segnale con una frequenza diversa. Ad esempio, il primo trasmettitore trasmette un segnale con una frequenza di 30 kHz, il secondo trasmettitore trasmette un segnale con una frequenza di 40 kHz e il terzo trasmettitore trasmette un segnale con una frequenza di 50 kHz.

Successivamente, questi segnali con frequenze diverse vengono combinati con un dispositivo noto come multiplexer che trasmette i segnali multiplexati attraverso un canale di comunicazione. FDM è un metodo analogico che è un metodo di multiplexing molto popolare. All'estremità del ricevitore, il de-multiplexer viene utilizzato per separare i segnali multiplexati, quindi trasmette questi segnali separati ai ricevitori particolari.

Un tipico FDM ha un totale di n canali, dove n è un numero intero maggiore di 1. Ogni canale trasporta un bit di informazioni e ha la propria frequenza portante. L'uscita di ciascun canale viene inviata a una frequenza diversa da tutti gli altri canali. L'ingresso a ciascun canale è ritardato di una quantità dt, che può essere misurata in unità di tempo o cicli al secondo.

Il ritardo attraverso ciascun canale può essere calcolato come segue:

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

I(t) = 1/T + C2 *

I(t) = 1/T + C3 *

dove T = periodo del segnale in unità di tempo (nel nostro caso si tratta di nanosecondi). C1, C2 e C3 sono costanti che dipendono dal tipo di segnale trasmesso e dal suo schema di modulazione.

Ogni canale è costituito da una serie di cristalli fotonici che fungono da filtri per le onde luminose che li attraversano. Ogni cristallo può far passare solo determinate lunghezze d'onda della luce; altri sono completamente bloccati dalla loro struttura o dal riflesso di un cristallo adiacente.

FDM richiede l'uso di un ricevitore aggiuntivo per ogni utente, che può essere costoso e difficile da installare nei dispositivi mobili. Questo problema è stato risolto utilizzando tecniche di modulazione di frequenza come multiplexing a divisione di frequenza ortogonale (OFDM) . La trasmissione OFDM riduce il numero richiesto di ricevitori assegnando diverse sottoportanti a diversi utenti su una singola frequenza portante.

Richiede ricevitori aggiuntivi perché la stazione base e ciascuna unità mobile devono essere sincronizzate nel tempo. In questo multiplexing i dati non possono essere inviati in modalità burst, quindi i dati vengono inviati continuamente, in modo che il destinatario debba attendere fino alla ricezione del pacchetto successivo prima di poter iniziare a ricevere quello successivo. Richiede ricevitori speciali in grado di ricevere pacchetti a velocità diverse da diverse stazioni base, altrimenti non sarebbero in grado di decodificarli correttamente.

Il numero di trasmettitori e ricevitori coinvolti nei sistemi FDM è chiamato 'coppia trasmettitore-ricevitore' o TRP in breve. Il numero di TRP che devono essere disponibili può essere calcolato utilizzando la seguente formula:

NumberOfTRPs = (# trasmettitori) (# punti ricevuti) (# Antenne)

Ad esempio, se abbiamo tre trasmettitori e quattro punti di ricezione (RP), avremo nove TRP perché ci sono tre trasmettitori e quattro RP. Per semplificare le cose, supponiamo che ogni RP abbia un'antenna RP e ogni TRP abbia due antenne RP; questo significa che avremo bisogno di altri nove TRPS:

Questo multiplexing può essere uno dei due punto a punto o punto a punto multiplo . Nella modalità punto-punto, ogni utente ha il proprio canale dedicato con il proprio trasmettitore, ricevitore e antenna. In questo caso, ci potrebbe essere più di un trasmettitore per utente e tutti gli utenti userebbero canali diversi. Nella modalità punto-multipunto, tutti gli utenti condividono lo stesso canale, ma il trasmettitore e il ricevitore di ciascun utente sono collegati a quelli degli altri utenti sullo stesso canale.

Multiplexing a divisione di frequenza vs multiplexing a divisione di tempo

La differenza tra multiplexing a divisione di frequenza e multiplexing a divisione di tempo è discussa di seguito.

Vantaggi e svantaggi

Il Vantaggi della multiplexina a divisione di frequenza g includono quanto segue.

• Il trasmettitore e il ricevitore di FDM non necessitano di alcuna sincronizzazione.
• È più semplice e la sua demodulazione è facile.
• Solo un canale avrà effetto a causa della banda lenta e stretta.
• FDM è applicabile per segnali analogici.
• È possibile trasmettere contemporaneamente un gran numero di canali.
• Non è caro.
• Questo multiplexing ha un'elevata affidabilità.
• Utilizzando questo multiplexing, è possibile trasmettere dati multimediali con basso rumore e distorsione e anche con alta efficienza.

Il svantaggi del multiplexing a divisione di frequenza include il seguente.

• FDM ha un problema di cross-talk.
• FDM è applicabile solo quando si preferiscono alcuni canali a velocità inferiore
• Si verifica una distorsione dell'intermediazione.
• I circuiti FDM sono complessi.
• Ha bisogno di più larghezza di banda.
• Fornisce meno throughput.
• Rispetto a TDM, la latenza fornita da FDM è maggiore.
• Questo multiplexing non ha un coordinamento dinamico.
• FDM ha bisogno di un gran numero di filtri e modulatori.
• Il canale di questo multiplexing può essere influenzato dall'attenuazione della banda larga
• L'intera larghezza di banda del canale non può essere utilizzata sull'FDM.
• Il sistema di FDM richiede un segnale portante.

Applicazioni

Le applicazioni del multiplexing a divisione di frequenza includono quanto segue.

• In precedenza, FDM è utilizzato nel sistema di telefonia cellulare e nella telegrafia armonica sistema di comunicazione .
• Il multiplexing a divisione di frequenza viene utilizzato principalmente nelle trasmissioni radiofoniche.
• FDM è utilizzato anche nelle trasmissioni televisive.
• Questo tipo di multiplexing è applicabile nel sistema telefonico per aiutare a trasmettere più chiamate telefoniche su un singolo collegamento o singola linea di trasmissione.
• FDM è utilizzato in a sistema di comunicazione satellitare per la trasmissione di vari canali dati.
• Viene utilizzato nei sistemi di trasmissione FM o nella modulazione di frequenza stereo.
• Viene utilizzato nei sistemi di trasmissione radio AM/modulazione di ampiezza.
• Viene utilizzato per telefoni pubblici e sistemi TV via cavo.
• È usato nelle trasmissioni.
• Viene utilizzato nelle trasmissioni AM e FM.
• Viene utilizzato in reti wireless, reti cellulari, ecc.
• FDM è utilizzato nei sistemi di connessione a banda larga e anche nei modem DSL (Digital Subscriber Line).
• Il sistema FDM viene utilizzato principalmente per dati multimediali come la trasmissione di audio, video e immagini.

Così è questo una panoramica del multiplexing a divisione di frequenza o FDM. Questa è una tecnica di multiplexing che separa la larghezza di banda esistente in diverse sottobande in cui ciascuna può trasportare un segnale. Quindi, questo multiplexing consente trasmissioni simultanee su un mezzo di comunicazione condiviso. Questo multiplexing consente al sistema di trasmettere un'enorme quantità di dati attraverso un numero di segmenti trasmessi sopra sottobande di frequenza indipendenti. Ecco una domanda per te, cos'è il multiplexing a divisione di tempo?