Мультиплексирование с частотным разделением каналов - Frequency-division multiplexing - Wikipedia

В телекоммуникации, мультиплексирование с частотным разделением (FDM) - это метод, с помощью которого пропускная способность доступно в средство коммуникации делится на серию неперекрывающихся полосы частот, каждый из которых используется для передачи отдельного сигнала. Это позволяет использовать одну среду передачи, такую ​​как кабель или оптоволокно для совместного использования несколькими независимыми сигналами. Другое использование - перенос отдельных последовательных битов или сегментов более высокоскоростного сигнала в параллельно.

Наиболее распространенным примером мультиплексирования с частотным разделением является радио и телевизионное вещание, при котором несколько радиосигналов на разных частотах проходят через эфир одновременно. Другой пример кабельное телевидение, в котором множество телевизионных каналов одновременно передаются по одному кабелю. FDM также используется телефонными системами для передачи нескольких телефонных вызовов по магистральным линиям большой емкости, спутники связи для передачи нескольких каналов данных по радиолучам восходящей и нисходящей линии связи, а также широкополосной DSL модемы передавать большие объемы компьютерных данных через витая пара телефонные линии, среди многих других применений.

Аналогичная методика называется мультиплексирование с разделением по длине волны используется в волоконно-оптическая связь, в котором несколько каналов данных передаются по одному оптоволокно используя разные длины волн (частоты) света.

Как это устроено

Полоса пропускания канала FDM, несущего цифровые данные, модулированные QPSK квадратурная фазовая манипуляция.

Множественные отдельные информационные (модулирующие) сигналы, которые отправляются через систему FDM, такие как видеосигналы телевизионных каналов, которые отправляются через систему кабельного телевидения, называются основная полоса сигналы. На стороне источника для каждого частотного канала электронный генератор генерирует перевозчик сигнал, устойчиво колеблющийся сигнал на одиночном частота который служит для «передачи» информации. Несущая намного выше по частоте, чем сигнал основной полосы частот. Сигнал несущей и сигнал основной полосы частот объединяются в модулятор схема. Модулятор изменяет некоторые аспекты несущего сигнала, например его амплитуда, частота или фаза с сигналом основной полосы частот "совмещение "данные на носитель.

Результат модулирующий (смешивание) несущая с сигналом основной полосы частот должна генерировать подчастоты около несущая частота, на сумму (ж_C + ж_B) и разница (ж_C − ж_B) частот. Информация из модулированного сигнала переносится в боковые полосы по обе стороны от несущей частоты. Следовательно, вся информация, переносимая каналом, находится в узкой полосе частот, сгруппированных вокруг несущей частоты, это называется полоса пропускания канала.

Точно так же дополнительные сигналы основной полосы частот используются для модуляции несущих на других частотах, создавая другие каналы информации. Несущие разнесены достаточно далеко друг от друга по частоте, чтобы полосы частот, занимаемые каждым каналом, полосы пропускания отдельных каналов не перекрывались. Все каналы передаются через среду передачи, такую ​​как коаксиальный кабель, оптическое волокно или по воздуху, используя радиопередатчик. Пока частоты каналов разнесены достаточно далеко друг от друга, чтобы ни одна из полос пропускания не перекрывалась, отдельные каналы не будут мешать друг другу. Таким образом, доступная полоса пропускания делится на «слоты» или каналы, каждый из которых может передавать отдельный модулированный сигнал.

Например, коаксиальный кабель использован кабельное телевидение системы имеет пропускную способность около 1000 МГц, но полоса пропускания каждого телевизионного канала составляет всего 6 МГц, поэтому на кабеле есть место для многих каналов (в современных цифровой кабель В системах каждый канал, в свою очередь, делится на подканалы и может передавать до 10 каналов цифрового телевидения).

На конечном конце кабеля, волокна или радиоприемника для каждого канала гетеродин генерирует сигнал на несущей частоте этого канала, который смешивается с входящим модулированным сигналом. Частоты вычитаются, снова создавая сигнал основной полосы частот для этого канала. Это называется демодуляция. Результирующий сигнал основной полосы частот отфильтровывается от других частот и выводится пользователю.

телефон

За междугородная телефонная связь, Телефонные компании 20 века использовали L-носитель и подобные коаксиальный кабель системы, несущие тысячи речевых каналов, мультиплексированных в несколько этапов банки каналов.

На короткие расстояния дешевле сбалансированная пара кабели использовались для различных систем, в том числе Bell System K- и N-носители. Эти кабели не позволяли использовать такую ​​широкую полосу пропускания, поэтому только 12 голосовых каналов (двойная боковая полоса ) и более поздние 24 (одинарная боковая полоса ) были мультиплексированы в четыре провода, по одной паре для каждого направления с повторители каждые несколько миль, примерно 10 км. Видеть 12-канальная несущая система. К концу 20-го века голосовые схемы FDM стали редкостью. Современные телефонные системы используют цифровую передачу, в которой мультиплексирование с временным разделением (TDM) используется вместо FDM.

С конца 20 века цифровые абонентские линии (DSL) использовали Дискретный мультитональный (DMT) для разделения их спектра на частотные каналы.

Концепция, соответствующая мультиплексированию с частотным разделением каналов в оптической области, известна как мультиплексирование с разделением по длине волны.

Группа и супергруппа

Некогда обычная система FDM, используемая, например, в L-носитель, использует кварцевые фильтры, которые работают в диапазоне 8 МГц, чтобы сформировать группу каналов из 12 каналов с полосой пропускания 48 кГц в диапазоне от 8140 до 8188 кГц путем выбора несущих в диапазоне от 8140 до 8184 кГц, выбирая верхняя боковая полоса затем эту группу можно преобразовать в стандартный диапазон от 60 до 108 кГц с помощью несущей 8248 кГц. Такие системы используются в DTL (Direct To Line) и DFSG (Directlyformed super group).

132 голосовых канала (2SG + 1G) могут быть сформированы с использованием DTL спланировать модуляцию и частотный план представлены на фиг.1 и фиг.2. Использование технологии DTL позволяет формировать максимум 132 голосовых канала, которые могут быть размещены непосредственно на линии. DTL исключает групповое и супергрупповое оборудование.

DFSG может предпринять аналогичные шаги, когда прямое формирование нескольких супергрупп может быть получено на частоте 8 кГц, DFSG также исключает групповое оборудование и может предложить:

• Снижение стоимости с 7% до 13%
• Меньше оборудования для установки и обслуживания
• Повышенная надежность за счет меньшего количества оборудования

И DTL, и DFSG могут соответствовать требованиям системы с низкой плотностью (с использованием DTL) и с системой с высокой плотностью (с использованием DFSG). Терминал DFSG похож на терминал DTL, за исключением того, что вместо двух супергрупп объединены многие супергруппы. Мастергруппа из 600 каналов (10 супергрупп) является примером, основанным на DFSG.

Другие примеры

FDM также может использоваться для объединения сигналов перед окончательной модуляцией на несущей. В этом случае несущие сигналы называются поднесущие: пример стерео FM Передача, где поднесущая 38 кГц используется для отделения левого и правого разностного сигнала от центрального левого и правого суммарного канала до частотной модуляции составного сигнала. NTSC телеканал делится на поднесущие частоты для видео, цвета и звука. DSL использует разные частоты для голоса и для вверх по течению и вниз по течению передача данных по одним и тем же проводникам, что также является примером частотный дуплекс.

Если мультиплексирование с частотным разделением используется, чтобы позволить нескольким пользователям совместно использовать физический канал связи, это называется множественный доступ с частотным разделением каналов (FDMA).^[1]

FDMA - традиционный способ разделения радио сигналы от разных передатчиков.

В 1860-х и 70-х годах несколько изобретателей попытались использовать FDM под именем акустическая телеграфия и гармоническая телеграфия. Практический FDM был достигнут только в эпоху электроники. Между тем их усилия привели к элементарному пониманию электроакустической технологии, в результате чего изобретение телефона.

Смотрите также

• AN / UCC-4 - пример реализации FDM
• Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM)
• Неортогональное мультиплексирование с частотным разделением каналов (N-OFDM)

Рекомендации

1. Уайт, Курт (2007). Передача данных и компьютерные сети. Бостон, Массачусетс: Технология курса Thomson. стр.140–143. ISBN  1-4188-3610-9.

Общий

• Гарольд П. Стерн, Сами А. Махмуд (2006). «Коммуникационные системы: анализ и дизайн», Prentice Hall. ISBN  0-13-040268-0.