Multipleksowanie z podziałem częstotliwości

W telekomunikacji multipleksowanie z podziałem częstotliwości ( FDM ) to technika, dzięki której całkowita szerokość pasma dostępna w medium komunikacyjnym jest dzielona na szereg nienakładających się pasm częstotliwości , z których każdy jest używany do przenoszenia oddzielnego sygnału. Dzięki temu pojedyncze medium transmisyjne, takie jak mikrofalowe łącze radiowe, kabel lub światłowód , może być współużytkowane przez wiele niezależnych sygnałów. Innym zastosowaniem jest równoległe przenoszenie oddzielnych bitów szeregowych lub segmentów sygnału o większej przepływności .

Najbardziej powszechnym przykładem multipleksowania z podziałem częstotliwości jest transmisja radiowa i telewizyjna, w której wiele sygnałów radiowych na różnych częstotliwościach przechodzi przez powietrze w tym samym czasie. Innym przykładem jest telewizja kablowa , w której wiele kanałów telewizyjnych jest nadawanych jednocześnie na jednym kablu. FDM jest również używany w systemach telefonicznych do przesyłania wielu połączeń telefonicznych przez łącza miejskie o dużej przepustowości, satelity komunikacyjne do przesyłania wielu kanałów danych w wiązkach radiowych łącza w górę i w dół oraz szerokopasmowe modemy DSL do przesyłania dużych ilości danych komputerowych za pośrednictwem skrętki telefonicznej, między innymi wiele innych zastosowań.

Analogiczna technika zwana multipleksowaniem z podziałem długości fali jest stosowana w komunikacji światłowodowej , w której wiele kanałów danych jest przesyłanych przez pojedyncze włókno światłowodowe przy użyciu różnych długości fal (częstotliwości).

Zasada

Pasmo przepustowe kanału FDM przenoszącego dane cyfrowe, modulowane przez kwadraturowe kluczowanie z przesunięciem fazowym QPSK .

Wiele oddzielnych sygnałów informacyjnych (modulacyjnych), które są przesyłane przez system FDM, takie jak sygnały wideo z kanałów telewizyjnych, które są przesyłane przez system telewizji kablowej, nazywane są sygnałami pasma podstawowego . Na końcu źródła, dla każdego kanału częstotliwości, oscylator elektroniczny generuje sygnał nośny , stałą oscylującą falę o pojedynczej częstotliwości , która służy do „przenoszenia” informacji. Nośna ma znacznie wyższą częstotliwość niż sygnał pasma podstawowego. Sygnał nośny i sygnał pasma podstawowego są łączone w modulatora . Modulator zmienia niektóre aspekty sygnału nośnego, takie jak jego amplituda , częstotliwość lub faza, z sygnałem pasma podstawowego, „ przenosząc ” dane na nośną.

Wynikiem modulowania (mieszania) nośnej z sygnałem pasma podstawowego jest generowanie podczęstotliwości w pobliżu częstotliwości nośnej , przy sumie ( f _C + f _B ) i różnicy ( f _C − f _B ) częstotliwości. Informacja z modulowanego sygnału jest przenoszona w pasmach bocznych po każdej stronie częstotliwości nośnej. Dlatego wszystkie informacje przenoszone przez kanał znajdują się w wąskim paśmie częstotliwości skupionych wokół częstotliwości nośnej, co nazywa się pasmem przepustowym kanału .

Podobnie, dodatkowe sygnały pasma podstawowego są wykorzystywane do modulowania nośnych na innych częstotliwościach, tworząc inne kanały informacyjne. Nośne są wystarczająco oddalone od siebie częstotliwościowo, aby pasma częstotliwości zajmowane przez każdy kanał, pasma przepustowe oddzielnych kanałów, nie zachodziły na siebie. Wszystkie kanały przesyłane są za pośrednictwem medium transmisyjnego, takiego jak kabel koncentryczny, światłowód lub drogą powietrzną za pomocą nadajnika radiowego . Dopóki częstotliwości kanałów są wystarczająco oddalone od siebie, aby żadne z pasm przepustowych nie zachodziło na siebie, oddzielne kanały nie będą ze sobą kolidować. W ten sposób dostępna szerokość pasma jest podzielona na „szczeliny” lub kanały, z których każdy może przenosić oddzielny modulowany sygnał.

Na przykład kabel koncentryczny używany w systemach telewizji kablowej ma szerokość pasma około 1000 MHz , ale pasmo przepuszczania każdego kanału telewizyjnego ma tylko 6 MHz, więc w kablu jest miejsce na wiele kanałów (w nowoczesnych cyfrowych systemach kablowych każdy kanał z kolei jest podzielony na podkanały i może przenosić do 10 cyfrowych kanałów telewizyjnych).

Na docelowym końcu kabla lub światłowodu lub odbiornika radiowego, dla każdego kanału lokalny oscylator wytwarza sygnał o częstotliwości nośnej tego kanału, który jest mieszany z przychodzącym modulowanym sygnałem. Częstotliwości odejmują, wytwarzając ponownie sygnał pasma podstawowego dla tego kanału. Nazywa się to demodulacją . Wynikowy sygnał pasma podstawowego jest filtrowany z innych częstotliwości i wysyłany do użytkownika.

Telefon

W przypadku długodystansowych połączeń telefonicznych XX-wieczne firmy telekomunikacyjne wykorzystywały systemy kabli koncentrycznych typu L-carrier i podobne systemy kabli koncentrycznych , przenoszące tysiące obwodów głosowych multipleksowanych na wielu etapach przez banki kanałów .

Bell System K- i N-Carrier, zastosowano tańsze kable zbalansowane . Te kable nie pozwalały na tak duże przepustowości, więc tylko 12 kanałów głosowych ( podwójna wstęga boczna ), a później 24 ( pojedyncza wstęga boczna ) zostało zmultipleksowanych w cztery przewody , po jednej parze w każdym kierunku z przemiennikami co kilka mil, około 10 km. Zobacz 12-kanałowy system nośny . Pod koniec XX wieku obwody głosowe FDM stały się rzadkością. Nowoczesne systemy telefoniczne wykorzystują transmisję cyfrową, w której zamiast FDM stosuje się multipleksowanie z podziałem czasu (TDM).

Od końca XX wieku cyfrowe linie abonenckie (DSL) wykorzystywały system dyskretnych wielotonów (DMT) do dzielenia widma na kanały częstotliwości.

Koncepcja odpowiadająca multipleksowaniu z podziałem częstotliwości w dziedzinie optycznej jest znana jako multipleksowanie z podziałem długości fali .

Grupa i supergrupa

Powszechny niegdyś system FDM, używany na przykład w nośnej L , wykorzystuje filtry kryształowe, które działają w zakresie 8 MHz, tworząc grupę kanałów złożoną z 12 kanałów, szerokość pasma 48 kHz w zakresie od 8140 do 8188 kHz, wybierając nośne w zakresie 8140 do 8184 kHz wybierając górną wstęgę boczną ta grupa może być następnie przetłumaczona na standardowy zakres 60 do 108 kHz przez nośną 8248 kHz. Takie systemy są stosowane w DTL (Direct To Line) i DFSG (Directly formed super group).

132 kanały głosowe (2SG + 1G) mogą być utworzone przy użyciu płaszczyzny DTL modulacja i plan częstotliwości są podane na FIG1 i FIG2 wykorzystanie techniki DTL pozwala na utworzenie maksymalnie 132 kanałów głosowych, które mogą być umieszczone bezpośrednio na linii. DTL eliminuje sprzęt grupowy i supergrupowy.

DFSG może podjąć podobne kroki, w których można uzyskać bezpośrednie utworzenie wielu super grup w paśmie 8 kHz. DFSG eliminuje również sprzęt grupowy i może zaoferować:

• Redukcja kosztów od 7% do 13%
• Mniej sprzętu do zainstalowania i konserwacji
• Zwiększona niezawodność dzięki mniejszej liczbie urządzeń

Zarówno DTL, jak i DFSG mogą spełnić wymagania systemu o niskiej gęstości (przy użyciu DTL) i systemu o wyższej gęstości (przy użyciu DFSG). Terminal DFSG jest podobny do terminala DTL, z wyjątkiem tego, że zamiast dwóch supergrup łączy się wiele supergrup. Przykładem jest grupa główna z 600 kanałami (10 supergrup) oparta na DFSG.

Inne przykłady

FDM może być również używany do łączenia sygnałów przed końcową modulacją na fali nośnej. W tym przypadku sygnały nośne są określane jako podnośne : przykładem jest stereofoniczna transmisja FM , w której podnośna 38 kHz jest używana do oddzielenia sygnału różnicowego lewa-prawa od centralnego kanału sumy lewa-prawa, przed modulacją częstotliwości sygnał złożony. Analogowy NTSC jest podzielony na częstotliwości podnośnych dla wideo, koloru i dźwięku. DSL wykorzystuje różne częstotliwości do przesyłania głosu oraz do w górę iw dół na tych samych przewodach, co jest również przykładem dupleksu częstotliwości .

Tam, gdzie multipleksowanie z podziałem częstotliwości jest używane w celu umożliwienia wielu użytkownikom współdzielenia fizycznego kanału komunikacyjnego , nazywa się to wielodostępem z podziałem częstotliwości (FDMA).

FDMA to tradycyjny sposób rozdzielania sygnałów radiowych z różnych nadajników.

W latach sześćdziesiątych i siedemdziesiątych XIX wieku kilku wynalazców próbowało FDM pod nazwami telegrafii akustycznej i telegrafii harmonicznej. Praktyczny FDM został osiągnięty dopiero w epoce elektronicznej. Tymczasem ich wysiłki doprowadziły do ​​elementarnego zrozumienia technologii elektroakustycznej, co zaowocowało wynalezieniem telefonu .

Zobacz też

• Multipleksowanie z ortogonalnym podziałem częstotliwości (OFDM)
• Nieortogonalne multipleksowanie z podziałem częstotliwości (N-OFDM)

Generał

•   Harold PE Stern, Samy A. Mahmoud (2006). „Systemy komunikacyjne: analiza i projektowanie”, Prentice Hall . ISBN 0-13-040268-0 .