การมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความถี่: บล็อกไดอะแกรม การทำงาน และการใช้งาน

เทคนิคมัลติเพล็กซ์ได้รับการพัฒนาในปี พ.ศ. 2413 อย่างไรก็ตามในช่วงปลายศตวรรษที่ 20; มันใช้ได้กับการสื่อสารโทรคมนาคมแบบดิจิทัลมากขึ้น ในกิจการโทรคมนาคม, มัลติเพล็กซ์ เทคนิคนี้ใช้เพื่อรวมและส่งข้อมูลหลาย ๆ สตรีมผ่านสื่อเดียว ดังนั้น ฮาร์ดแวร์ที่ใช้สำหรับการมัลติเพล็กซ์จึงเรียกว่ามัลติเพล็กเซอร์หรือ MUX ที่รวมอินพุต n บรรทัดเพื่อสร้างบรรทัด o/p เดียว วิธีการมัลติเพล็กซิ่งถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการสื่อสารโทรคมนาคม โดยจะมีการรับสายโทรศัพท์จำนวนมากผ่านสายเส้นเดียว มัลติเพล็กซ์แบ่งออกเป็น 3 ประเภท ได้แก่ การแบ่งความถี่ การแบ่งความยาวคลื่น (WDM) และการแบ่งเวลา ในปัจจุบัน เทคนิคมัลติเพล็กซิ่งทั้งสามนี้ได้กลายเป็นสินทรัพย์ที่สำคัญมากในกระบวนการโทรคมนาคม และพวกมันได้ปรับปรุงวิธีที่เราส่งและรับสัญญาณอิสระผ่านสายโทรศัพท์ วิทยุ AM และ FM และใยแก้วนำแสงได้ดีขึ้นอย่างมาก บทความนี้กล่าวถึงมัลติเพล็กซ์ประเภทหนึ่งที่เรียกว่า FDM หรือ มัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความถี่ - การทำงานและการใช้งาน

มัลติเพล็กซิ่งแบบแบ่งความถี่คืออะไร?

คำจำกัดความของมัลติเพล็กซิ่งแบบแบ่งความถี่คือ: เทคนิคการมัลติเพล็กซ์ที่ใช้เพื่อรวมสัญญาณมากกว่าหนึ่งสัญญาณบนสื่อที่ใช้ร่วมกัน ในการมัลติเพล็กซ์ประเภทนี้ สัญญาณที่มีความถี่ต่างกันจะถูกรวมสำหรับการส่งสัญญาณพร้อมกัน ใน FDM สัญญาณหลายรายการจะถูกรวมเข้าด้วยกันสำหรับการส่งผ่านช่องสัญญาณหรือสายสื่อสารเดียว ซึ่งทุกสัญญาณจะถูกจัดสรรให้กับความถี่ที่แตกต่างกันในช่องสัญญาณหลัก

ไดอะแกรมบล็อกมัลติเพล็กซ์ส่วนความถี่

แผนภาพบล็อกการแบ่งความถี่แสดงไว้ด้านล่างซึ่งประกอบด้วยเครื่องส่งและเครื่องรับ ใน FDM สัญญาณข้อความต่างๆ เช่น m1(t), m2(t) & m3(t) จะถูกมอดูเลตที่ความถี่พาหะต่างๆ เช่น fc1, fc2 & fc3 ด้วยวิธีนี้ สัญญาณมอดูเลตต่างๆ จะถูกแยกออกจากกันภายในโดเมนความถี่ สัญญาณมอดูเลตเหล่านี้ถูกรวมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างรูปร่างของสัญญาณคอมโพสิตที่ส่งผ่านช่องสัญญาณ/สื่อส่งสัญญาณ

เพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนระหว่างสัญญาณข้อความทั้งสอง แถบป้องกันจะถูกเก็บไว้ระหว่างสัญญาณทั้งสองนี้ด้วย แถบป้องกันใช้เพื่อแยกช่วงความถี่กว้างสองช่วง สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าช่องทางการสื่อสารที่ใช้พร้อมกันจะไม่ถูกรบกวนซึ่งจะส่งผลต่อคุณภาพของการส่งสัญญาณที่ลดลง

ดังที่แสดงในรูปด้านบน มีสัญญาณข้อความที่แตกต่างกันสามสัญญาณที่ถูกมอดูเลตที่ความถี่ต่างๆ หลังจากนั้นจะรวมเป็นสัญญาณเดียว ต้องเลือกความถี่พาหะของสัญญาณแต่ละรายการเพื่อไม่ให้สัญญาณมอดูเลตทับซ้อนกัน ด้วยวิธีนี้ สัญญาณมอดูเลตแต่ละสัญญาณภายในสัญญาณมัลติเพล็กซ์จะถูกแยกออกจากกันภายในโดเมนของความถี่

ที่ปลายเครื่องรับ ตัวกรองแบนด์พาสใช้เพื่อแยกสัญญาณมอดูเลตแต่ละสัญญาณออกจากสัญญาณคอมโพสิทและดีมัลติเพล็กซ์ โดยการส่งสัญญาณดีมัลติเพล็กซ์ผ่าน LPF จะสามารถกู้คืนสัญญาณข้อความทั้งหมดได้ นี่เป็นวิธี FDM (Frequency Division Multiplexing) ทั่วไป

การมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความถี่ทำงานอย่างไร

ในระบบ FDM ปลายเครื่องส่งสัญญาณมีเครื่องส่งสัญญาณหลายเครื่อง และปลายเครื่องรับมีเครื่องรับหลายเครื่อง ระหว่างเครื่องส่งและเครื่องรับ มีช่องสัญญาณสื่อสารอยู่ที่นั่น ใน FDM ที่ปลายเครื่องส่งสัญญาณ เครื่องส่งสัญญาณทุกเครื่องจะส่งสัญญาณด้วยความถี่ที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ตัวส่งตัวแรกส่งสัญญาณด้วยความถี่ 30 kHz ตัวส่งตัวที่สองส่งสัญญาณด้วยความถี่ 40 kHz และตัวส่งตัวที่สามส่งสัญญาณด้วยความถี่ 50 kHz

หลังจากนั้น สัญญาณเหล่านี้ที่มีความถี่ต่างกันจะถูกรวมเข้ากับอุปกรณ์ที่เรียกว่ามัลติเพล็กเซอร์ซึ่งจะส่งสัญญาณมัลติเพล็กซ์ผ่านช่องทางการสื่อสาร FDM เป็นวิธีอะนาล็อกซึ่งเป็นวิธีมัลติเพล็กซ์ที่ได้รับความนิยมมาก ที่ส่วนท้ายของเครื่องรับ de-multiplexer ใช้เพื่อแยกสัญญาณมัลติเพล็กซ์ จากนั้นจะส่งสัญญาณที่แยกจากกันเหล่านี้ไปยังเครื่องรับเฉพาะ

FDM ทั่วไปมีทั้งหมด n ช่อง โดยที่ n เป็นจำนวนเต็มที่มากกว่า 1 แต่ละช่องจะมีข้อมูลหนึ่งบิตและมีความถี่ของคลื่นพาหะของตัวเอง เอาต์พุตของแต่ละช่องจะถูกส่งด้วยความถี่ที่แตกต่างจากช่องอื่นๆ ทั้งหมด อินพุตของแต่ละแชนเนลจะล่าช้าเป็นจำนวน dt ซึ่งอาจวัดเป็นหน่วยเวลาหรือรอบต่อวินาที

ความล่าช้าในแต่ละช่องสามารถคำนวณได้ดังนี้:

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

I(t) = 1/T + C2 *

I(t) = 1/T + C3 *

โดยที่ T = ระยะเวลาของสัญญาณในหน่วยเวลา (ในกรณีของเราคือนาโนวินาที) C1, C2 และ C3 เป็นค่าคงที่ที่ขึ้นอยู่กับประเภทของสัญญาณที่ส่งและรูปแบบการมอดูเลต

แต่ละช่องประกอบด้วยแถวของผลึกโทนิคที่ทำหน้าที่เป็นตัวกรองคลื่นแสงที่ผ่านเข้ามา คริสตัลแต่ละชิ้นสามารถผ่านแสงได้เฉพาะความยาวคลื่นเท่านั้น บางส่วนถูกปิดกั้นโดยโครงสร้างหรือโดยการสะท้อนจากคริสตัลที่อยู่ติดกัน

FDM จำเป็นต้องใช้ตัวรับสัญญาณเพิ่มเติมสำหรับผู้ใช้แต่ละราย ซึ่งอาจมีราคาแพงและติดตั้งในอุปกรณ์เคลื่อนที่ได้ยาก ปัญหานี้ได้รับการแก้ไขโดยใช้เทคนิคการมอดูเลตความถี่ เช่น การมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความถี่มุมฉาก (OFDM) . การส่ง OFDM ช่วยลดจำนวนเครื่องรับที่ต้องการโดยการกำหนดผู้ให้บริการย่อยที่แตกต่างกันให้กับผู้ใช้ที่แตกต่างกันในความถี่ของผู้ให้บริการรายเดียว

ต้องใช้เครื่องรับเพิ่มเติมเนื่องจากสถานีฐานและหน่วยเคลื่อนที่แต่ละเครื่องต้องมีการซิงโครไนซ์เมื่อเวลาผ่านไป ในการส่งข้อมูลแบบมัลติเพล็กซิ่งนี้ไม่สามารถส่งในโหมด Burst ได้ ดังนั้นข้อมูลจะถูกส่งอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นผู้รับจึงต้องรอจนกว่าจะได้รับแพ็กเก็ตถัดไปก่อนที่จะเริ่มรับแพ็กเก็ตถัดไป ต้องใช้เครื่องรับพิเศษเพื่อให้สามารถรับแพ็กเก็ตในอัตราที่ต่างกันจากสถานีฐานต่างๆ มิฉะนั้นจะไม่สามารถถอดรหัสได้อย่างถูกต้อง

จำนวนเครื่องส่งและเครื่องรับที่เกี่ยวข้องกับระบบ FDM เรียกว่า 'คู่เครื่องส่ง-เครื่องรับ' หรือเรียกสั้นๆ ว่า TRP จำนวน TRP ที่ต้องมีสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้:

NumberOfTRPs = (# เครื่องส่งสัญญาณ) (# รับคะแนน) (#เสาอากาศ)

ตัวอย่างเช่น หากเรามีเครื่องส่งสัญญาณสามเครื่องและจุดรับสัญญาณสี่จุด (RPs) เราจะมี TRP เก้าเครื่องเพราะมีเครื่องส่งสัญญาณสามเครื่องและ RP สี่เครื่อง เพื่อให้ทุกอย่างง่ายขึ้น สมมติว่า RP แต่ละตัวมีเสาอากาศ RP และ TRP แต่ละตัวมีเสาอากาศ RP สองตัว ซึ่งหมายความว่าเราต้องการ TRPS อีกเก้ารายการ:

มัลติเพล็กซ์นี้สามารถเป็นได้ทั้ง จุดต่อจุด หรือ ชี้ไปที่หลายจุด . ในโหมดจุดต่อจุด ผู้ใช้แต่ละรายจะมีช่องสัญญาณเฉพาะของตนเองพร้อมตัวส่ง ตัวรับ และเสาอากาศของตนเอง ในกรณีนี้ อาจมีเครื่องส่งสัญญาณมากกว่าหนึ่งเครื่องต่อผู้ใช้หนึ่งราย และผู้ใช้ทั้งหมดจะใช้ช่องสัญญาณที่แตกต่างกัน ในโหมดจุดต่อหลายจุด ผู้ใช้ทุกคนแชร์ช่องสัญญาณเดียวกัน แต่ตัวส่งและตัวรับของผู้ใช้แต่ละคนเชื่อมต่อกับช่องสัญญาณเดียวกันของผู้ใช้รายอื่น

การมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความถี่ Vs การมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งเวลา

ความแตกต่างระหว่างมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความถี่และมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งเวลาจะกล่าวถึงด้านล่าง

ข้อดีและข้อเสีย

เดอะ ข้อดีของมัลติเพล็กซินแบบแบ่งความถี่ g รวมสิ่งต่อไปนี้

• ตัวส่งและตัวรับของ FDM ไม่จำเป็นต้องซิงโครไนซ์ใดๆ
• มันง่ายกว่า & การแยกส่วนนั้นง่าย
• มีเพียงช่องเดียวเท่านั้นที่จะมีผลเนื่องจากแถบแคบที่ช้า
• FDM ใช้ได้กับสัญญาณแอนะล็อก
• สามารถส่งช่องสัญญาณจำนวนมากพร้อมกันได้
• มันไม่แพง
• มัลติเพล็กซ์นี้มีความน่าเชื่อถือสูง
• การใช้มัลติเพล็กซ์นี้ทำให้สามารถส่งข้อมูลมัลติมีเดียที่มีสัญญาณรบกวนและการบิดเบือนต่ำและยังมีประสิทธิภาพสูงอีกด้วย

เดอะ ข้อเสียของการมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความถี่ รวมสิ่งต่อไปนี้

• FDM มีปัญหาในการพูดข้าม
• FDM ใช้ได้เฉพาะเมื่อต้องการใช้ช่องสัญญาณที่มีความเร็วน้อยกว่าไม่กี่ช่องเท่านั้น
• เกิดการผิดเพี้ยนของตัวกลาง
• วงจร FDM มีความซับซ้อน
• มันต้องการแบนด์วิธที่มากขึ้น
• ให้ทรูพุตน้อยลง
• เมื่อเทียบกับ TDM เวลาแฝงที่ FDM มอบให้นั้นมากกว่า
• การมัลติเพล็กซ์นี้ไม่มีการประสานงานแบบไดนามิก
• FDM ต้องการตัวกรองและโมดูเลเตอร์จำนวนมาก
• แชนเนลของการมัลติเพล็กซิ่งนี้อาจได้รับผลกระทบจากการซีดจางของแถบความถี่กว้าง
• ไม่สามารถใช้แบนด์วิธทั้งหมดของช่องบน FDM ได้
• ระบบของ FDM ต้องการสัญญาณพาหะ

แอพพลิเคชั่น

การประยุกต์ใช้มัลติเพล็กซิ่งแบบแบ่งความถี่มีดังต่อไปนี้

• ก่อนหน้านี้ FDM ถูกใช้ในระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่และระบบโทรเลขแบบฮาร์มอนิก ระบบสื่อสาร .
• มัลติเพล็กซิ่งแบบแบ่งความถี่ส่วนใหญ่จะใช้ในวิทยุกระจายเสียง
• FDM ยังใช้ในการออกอากาศทางทีวี
• มัลติเพล็กซิ่งประเภทนี้ใช้กับระบบโทรศัพท์เพื่อช่วยในการส่งสัญญาณโทรศัพท์หลายสายผ่านลิงค์เดียวหรือสายส่งสัญญาณเดียว
• FDM ใช้ใน ระบบสื่อสารผ่านดาวเทียม สำหรับรับส่งข้อมูลช่องสัญญาณต่างๆ
• ใช้ในระบบส่งสัญญาณ FM หรือการมอดูเลตความถี่สเตอริโอ
• ใช้ในระบบส่งสัญญาณวิทยุ AM/การปรับแอมพลิจูด
• ใช้สำหรับโทรศัพท์สาธารณะและระบบเคเบิลทีวี
• ใช้ในการออกอากาศ
• ใช้ในการกระจายเสียง AM และ FM
• ใช้ในเครือข่ายไร้สาย เครือข่ายเซลลูล่าร์ ฯลฯ
• FDM ใช้ในระบบการเชื่อมต่อบรอดแบนด์และในโมเด็ม DSL (Digital Subscriber Line)
• ระบบ FDM ส่วนใหญ่ใช้สำหรับข้อมูลมัลติมีเดีย เช่น การส่งสัญญาณเสียง วิดีโอ และภาพ

เป็นเช่นนี้ ภาพรวมของการมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความถี่ หรือ FDM นี่เป็นเทคนิคมัลติเพล็กซ์ที่แยกแบนด์วิดท์ที่มีอยู่ออกเป็นหลายแบนด์ย่อยซึ่งแต่ละแบนด์สามารถนำสัญญาณได้ ดังนั้น การมัลติเพล็กซิ่งนี้ช่วยให้สามารถส่งสัญญาณพร้อมกันเหนือสื่อสื่อสารที่ใช้ร่วมกันได้ การมัลติเพล็กซ์นี้ช่วยให้ระบบสามารถส่งข้อมูลจำนวนมากผ่านเซ็กเมนต์จำนวนหนึ่งที่ส่งผ่านความถี่ย่อยอิสระ นี่คือคำถามสำหรับคุณ มัลติเพล็กซ์แบบแบ่งเวลาคืออะไร?