Il multiplexing nelle reti di telecomunicazioni e informatiche è un tipo di tecnica utilizzata per combinare e trasmettere numerosi segnali di dati attraverso un unico mezzo. Nel multiplexing metodo, multiplexer (MUX) l'hardware svolge un ruolo significativo nel raggiungimento del multiplexing unendo 'n' linee di ingresso per generare una singola linea di uscita. Quindi questo metodo segue principalmente il concetto molti-a-uno che significa n linee di input e una singola linea di output. Esistono diversi tipi di tecniche di multiplexing come; FDM, TDM, CDM , SDM e OFDM. Questo articolo fornisce brevi informazioni su uno dei tipi di tecniche di multiplexing come; multiplexing a divisione spaziale o SDM.

Cos'è il multiplexing a divisione spaziale (SDM)?

Una tecnica di multiplexing all'interno di un wireless sistema di comunicazione viene utilizzato per migliorare la capacità del sistema sfruttando semplicemente la separazione fisica degli utenti, nota come multiplexing a divisione spaziale o multiplexing a divisione spaziale (SDM). In questa tecnica di multiplexing, diversi antenne sono utilizzati su entrambe le estremità del trasmettitore e del ricevitore per creare canali di comunicazione paralleli. Questi canali di comunicazione sono indipendenti l'uno dall'altro, il che consente a più utenti di trasmettere dati contemporaneamente all'interno di una banda di frequenza simile, salvo interferenze.

La capacità del sistema di comunicazione wireless può essere migliorata semplicemente includendo più antenne per formare canali più indipendenti. Questa tecnica di multiplexing viene utilizzata comunemente nei sistemi di comunicazione wireless come; Wifi, sistemi di comunicazione satellitare e reti cellulari.

SDM nell'esempio di cavo ottico sottomarino

Il multiplexing a divisione spaziale nell'applicazione del cavo ottico sottomarino è diviso in tre sistemi di trasmissione; Trasmissione in banda C in fibra single-core, banda C+L in fibra single-core e trasmissione in banda C in fibra multi-core. Di seguito è mostrato il diagramma del percorso luminoso dei tre sistemi di trasmissione.

Una banda C in fibra single-core in un sistema di trasmissione via cavo ottico sottomarino è dotata solo di apparecchiature EDFA per migliorare il segnale. EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) è un tipo di OFA che è un amplificatore ottico attraverso ioni erbio inclusi nel nucleo della fibra ottica. EDFA ha alcune funzionalità come; basso rumore, alto guadagno e indipendente dalla polarizzazione. Amplifica i segnali ottici nella banda di 1,55 μm (o) 1,58 μm.

SDM nel cavo ottico sottomarino

Il sistema di trasmissione single-core in banda C+L richiede due EDFA per migliorare corrispondentemente i segnali delle due bande. Il sistema di trasmissione in banda C in fibra multi-core è molto complicato e richiede l'apertura a ventaglio di ogni nucleo della fibra e l'immissione nell'amplificatore di segnale, quindi la ventola nel segnale dell'amplificatore nel cavo in fibra multi-core.

“forma d'onda di uscita dell'amplificatore operazionale dell'integratore ”

Ogni volta che il rapporto segnale-rumore del sistema di trasmissione a 3 canali è di circa 9,5 dB, il sistema di trasmissione in banda C+L in fibra single-core necessita di 37 coppie di fibre ottiche per ottenere la massima capacità di trasmissione del cavo ottico.

Il sistema di trasmissione in banda C in fibra multicore richiede da 19 a 20 coppie di fibre per ottenere la massima capacità di trasmissione. Il sistema di trasmissione in banda C+L in fibra single-core richiede solo tredici coppie di cavi in fibra per distribuire la massima capacità; tuttavia, la sua capacità massima è pari solo al 70% della trasmissione in fibra single-core in banda C.

Nella tecnologia SDM, la distanza di ogni cavo ottico sottomarino è impostata su 60 km per calcolare le tensioni richieste dai tre sistemi di trasmissione. La banda C single-core e la banda C+L richiedono tensioni inferiori fino a 15 kV di tensione massima. Rispetto ai sistemi di trasmissione FOC multilinea, le loro tensioni sono inferiori perché i sistemi di trasmissione in fibra multi-core necessitano di amplificatori aggiuntivi per completare la trasmissione.

In tre sistemi di trasmissione di multiplexing a divisione spaziale, la capacità di trasmissione della banda C+L in fibra single-core e della banda C multi-core è inferiore rispetto alla trasmissione in banda C in fibra single-core. I sistemi in fibra single-core in banda C e onda C+L possono utilizzare tensioni e utilizzo di energia inferiori rispetto ai sistemi multi-core se una capacità simile è ottenibile tramite multi-core.

Funzionamento del multiplexing della divisione spaziale

Lo Space Division Multiplexing (SDM) funziona sfruttando la dimensione spaziale per trasmettere simultaneamente più flussi di dati indipendenti. Ecco una spiegazione semplificata di come funziona:

Separazione spaziale : SDM si basa sulla separazione fisica dei percorsi di trasmissione per diversi flussi di dati. Questa separazione può essere ottenuta utilizzando varie tecniche a seconda del mezzo di trasmissione, come l'utilizzo di diverse fibre ottiche, elementi di antenna o percorsi acustici.
Canali multipli : Ogni percorso spazialmente separato rappresenta un canale di comunicazione distinto. Questi canali possono essere utilizzati per trasmettere simultaneamente flussi di dati indipendenti senza interferire tra loro.
Codifica e modulazione dei dati : Prima della trasmissione, i dati destinati a ciascun canale vengono sottoposti a tecniche di codifica e modulazione per convertirli in un formato adatto alla trasmissione sul mezzo prescelto. Ciò comporta tipicamente la conversione di dati digitali in segnali analogici modulati a frequenze specifiche o altre proprietà adatte al mezzo di trasmissione.
Trasmissione simultanea : Una volta che i dati sono codificati e modulati, vengono trasmessi simultaneamente su canali spazialmente separati. Questa trasmissione simultanea consente una maggiore velocità di trasmissione dei dati e un utilizzo efficiente delle risorse di comunicazione disponibili.
Decodifica del ricevitore : All'estremità ricevente, i segnali provenienti da tutti i canali spaziali vengono ricevuti ed elaborati separatamente. Ogni canale viene demodulato e decodificato per recuperare i flussi di dati originali. Poiché i canali sono separati spazialmente, l'interferenza tra loro è minima, consentendo un recupero dati affidabile.
Integrazione di flussi di dati : Infine, i flussi di dati recuperati da tutti i canali vengono integrati per ricostruire i dati trasmessi originali. Questo processo di integrazione dipende dall'applicazione specifica e può comportare attività come la correzione degli errori, la sincronizzazione e l'aggregazione dei dati.

Nel complesso, il multiplexing a divisione spaziale consente la trasmissione simultanea di più flussi di dati indipendenti sfruttando la separazione spaziale, aumentando così la capacità e l'efficienza della comunicazione. È comunemente utilizzato in vari sistemi di comunicazione, comprese le reti in fibra ottica, la comunicazione wireless, la comunicazione satellitare e la comunicazione acustica subacquea.

Esempi di multiplexing a divisione spaziale

Il primo esempio di SDM è la comunicazione cellulare perché in questa comunicazione viene utilizzato nuovamente lo stesso insieme di frequenze portanti all'interno di cellule non vicine tra loro.

Comunicazione in fibra ottica : Nei sistemi di comunicazione in fibra ottica, più canali possono essere trasmessi simultaneamente attraverso la stessa fibra utilizzando percorsi spaziali diversi. Ciascun percorso spaziale può rappresentare una diversa lunghezza d'onda (Wavelength Division Multiplexing – WDM) o un diverso stato di polarizzazione (Polarization Division Multiplexing – PDM). Ciò consente una maggiore capacità di trasmissione dei dati senza dover posare ulteriori cavi in fibra fisica.
Sistemi di antenne multiple : Nella comunicazione wireless, i sistemi MIMO (multiple input multiple output) utilizzano più antenne sia sul trasmettitore che sul ricevitore per migliorare l'efficienza spettrale. Ciascuna coppia di antenne forma un canale spaziale e i dati vengono trasmessi su questi canali simultaneamente, aumentando di fatto la capacità del collegamento wireless.
Comunicazione satellitare : I sistemi di comunicazione satellitare spesso utilizzano tecniche SDM per trasmettere più segnali simultaneamente utilizzando diverse bande di frequenza o percorsi spaziali. Ciò consente un utilizzo più efficiente delle risorse satellitari e una maggiore velocità di trasmissione dei dati per applicazioni quali radiodiffusione, servizi Internet e telerilevamento.
Comunicazione acustica subacquea : Negli ambienti sottomarini, le onde acustiche vengono utilizzate per la comunicazione grazie alla loro capacità di percorrere lunghe distanze. L'SDM può essere impiegato utilizzando più idrofoni e trasmettitori per creare canali spazialmente separati, consentendo la trasmissione simultanea di più flussi di dati e aumentando la capacità di comunicazione complessiva.
Interconnessioni di circuiti integrati : All'interno dei dispositivi elettronici, come processori di computer o apparecchiature di rete, è possibile applicare tecniche di multiplexing a divisione spaziale per interconnettere più componenti o core su un chip. Instradando i segnali attraverso diversi percorsi fisici, i dati possono essere trasmessi contemporaneamente tra varie unità di elaborazione, migliorando le prestazioni e il throughput complessivi del sistema.

Vantaggi e svantaggi

IL vantaggi del multiplexing a divisione spaziale include il seguente.

Una tecnica SDM migliora la densità spaziale della fibra ottica nella sezione trasversale unitaria.
Aumenta il numero di canali di trasmissione spaziale all'interno di un rivestimento comune.
L'SDM è una combinazione di FDM o multiplexing a divisione di frequenza e TDM o multiplexing a divisione di tempo .
Trasmette messaggi con l'utilizzo di una frequenza specifica, quindi un canale particolare può essere utilizzato contro una banda di frequenza particolare per un certo periodo.
Questa tecnica di multiplexing consente semplicemente a una fibra ottica di trasmettere diversi segnali che vengono inviati a varie lunghezze d'onda senza interferire tra loro.
L'SDM sviluppa l'efficienza energetica e consente di ridurre significativamente i costi per ciascun bit.
La tecnica SDM migliora l'efficienza spettrale di ciascuna fibra semplicemente multiplexando i segnali all'interno delle modalità LP ortogonali in FMF (fibre a poche modalità) e fibre multi-core.
Lo sviluppo è abbastanza semplice e non sono necessari nuovi componenti ottici fondamentali.
Miglior utilizzo della larghezza di banda.
La frequenza fissa può essere riutilizzata all'interno di SDM.
L'SDM può essere implementato all'interno di cavi ottici puri.
La sua produttività è estremamente elevata grazie ai cavi ottici.
Miglior utilizzo della frequenza grazie a diverse tecniche di multiplexing e fibra ottica.

IL svantaggi del multiplexing a divisione di spazio include il seguente.

Il costo dell'SDM continua ad aumentare in modo significativo a causa del miglioramento del numero di canali di trasmissione.
Il multiplexing utilizza algoritmi e protocolli complessi per unire e dividere i vari segnali trasmessi. Quindi questo migliora la difficoltà della rete e ne rende più difficile la manutenzione e la risoluzione dei problemi.
Il multiplexing provoca interferenze tra i segnali trasmessi, che possono corrompere il valore dei dati trasmessi.
Questa tecnica di multiplexing richiede una certa quantità di larghezza di banda per la procedura di multiplexing, che può ridurre la quantità di larghezza di banda disponibile per la trasmissione dei dati reali.
L'implementazione e il mantenimento di questo multiplexing sono costosi a causa della complessità e delle attrezzature specializzate richieste.
Questo multiplexing rende più difficile il salvataggio dei dati trasmessi perché diversi segnali vengono inviati su un canale simile.
In SDM può verificarsi un'inferenza.
L’SDM deve affrontare elevate perdite di inferenza.
In SDM, lo stesso insieme di frequenze o lo stesso insieme di segnali TDM vengono utilizzati in due luoghi diversi

Applicazioni di multiplexing a divisione spaziale

IL applicazioni del multiplexing a divisione spaziale include il seguente.

Il multiplexing a divisione spaziale viene utilizzato nelle reti terrestri attraverso due metodi diversi; Componenti compatibili con SDM disposti sia all'interno delle infrastrutture di trasmissione che di commutazione (o) implementazione SDM solo all'interno dell'architettura di commutazione.
Tecnica di multiplexing a divisione spaziale nella comunicazione wireless MIMO e fibra ottica la comunicazione viene utilizzata per trasmettere canali indipendenti separati nello spazio.
L'SDM viene utilizzato nelle reti cellulari nella forma della tecnologia Multiple Input Multiple Output, che utilizza diverse antenne su entrambe le estremità del trasmettitore e del ricevitore per migliorare il valore e la capacità del collegamento di comunicazione.
SDM si riferisce a un metodo per comprendere il multiplexing della fibra ottica con divisione dello spazio.
La tecnica SDM viene utilizzata per la trasmissione ottica di dati ovunque vengano utilizzati più canali spaziali come nelle fibre multi-core.
La tecnica di multiplexing a divisione spaziale per la trasmissione in fibra ottica aiuta a superare il limite di capacità del WDM.
SDM è utilizzato nella tecnologia GSM.

Quindi, questo è una panoramica del multiplexing a divisione di spazio , funzionamento, esempi, vantaggi, svantaggi e applicazioni. La tecnologia SDM è conforme al trend di crescita della comunicazione OFC o fibra ottica. Questa tecnica di multiplexing è un'innovazione importante e un modo sviluppato della tecnologia OFC. Ecco una domanda per te: cos'è il multiplexing a divisione di tempo o TDM?