ריבוי חלוקת תדרים: דיאגרמת בלוקים, עבודה ויישומיה

טכניקת הריבוי פותחה ב-1870, אולם בסוף המאה ה-20; זה נעשה הרבה יותר ישים עבור טלקומוניקציה דיגיטלית. בתחום הטלקומוניקציה, ה רִבּוּב הטכניקה משמשת לשילוב ולשלוח זרמי נתונים מרובים על מדיום יחיד. לכן, החומרה המשמשת לריבוי ידועה כמרבבי או MUX הממזג n קווי קלט כדי לייצר קו o/p יחיד. שיטת הריבוי נמצאת בשימוש נרחב בתקשורת שבה שיחות טלפון רבות מועברות לאורך חוט יחיד. ריבוי מסווג לשלושה סוגים כגון; חלוקת תדרים, חלוקת אורך גל (WDM) , וחלוקת זמן. נכון לעכשיו, שלוש טכניקות הריבוי הללו הפכו לנכס משמעותי מאוד בתהליכי טלקומוניקציה והן שיפרו מאוד את האופן שבו אנו שולחים ומקבלים אותות עצמאיים בקווי טלפון, רדיו AM ו-FM, וגם סיבים אופטיים. מאמר זה דן באחד מסוגי הריבוי הידועים כ-FDM או ריבוי חלוקת תדרים - עבודה והיישומים שלה.

מהי ריבוי חלוקת תדרים?

הגדרת ריבוי חלוקת תדרים היא: טכניקת ריבוי המשמשת לשילוב יותר מאותות אחד על מדיום משותף. בסוג זה של ריבוי, אותות עם תדרים שונים מתמזגים לשידור במקביל. ב-FDM, אותות מרובים מתמזגים לשידור על ערוץ או קו תקשורת בודד שבו כל אות מוקצה לתדר אחר בערוץ הראשי.

תרשים בלוקים של חלוקת תדרים

תרשים הבלוק של חלוקת התדרים מוצג להלן הכולל משדר ומקלט. ב-FDM, אותות ההודעות השונים כמו m1(t), m2(t) ו-m3(t) מאופנים בתדרי הנשא השונים כמו fc1, fc2 ו-fc3. באופן זה, האותות המאופנים השונים מופרדים זה מזה בתוך תחום התדר. האותות המאופנים הללו מתמזגים יחד כדי לעצב את האות המרוכב אשר מועבר על פני הערוץ/מדיום השידור.

כדי למנוע הפרעה בין שני אותות ההודעות, נשמרת גם פס שמירה בין שני האותות הללו. פס שמירה משמש להפרדה בין שני טווחים רחבים של תדרים. זה מבטיח שערוצי תקשורת שנמצאים בשימוש בו זמנית לא יחוו הפרעות שישפיעו על איכות שידורים מופחתת.

כפי שמוצג באיור לעיל, ישנם שלושה אותות הודעות שונים המאופנים בתדרים שונים. לאחר מכן, הם מתמזגים לאות מורכב אחד. יש לבחור את תדרי הנשא של כל אות כך שלא תהיה חפיפה של אותות מאופנים. כך, כל אות מאופנן בתוך האות המרובב פשוט מופרד זה מזה בתחום התדר.

בקצה המקלט, נעשה שימוש במסנני פס פס כדי להפריד כל אות מאופנן מהאות המרוכב ו-demultiplexed. על ידי שידור האות המשולב דרך ה-LPF, ניתן לשחזר כל אות הודעה. כך היא שיטת FDM (Frequency Division Multiplexing) טיפוסית.

כיצד פועל ריבוי חלוקת תדרים?

במערכת FDM, לקצה המשדר יש מספר משדרים ולקצה המקלט יש מספר מקלטים. בין המשדר למקלט, ערוץ התקשורת נמצא שם. ב-FDM, בקצה המשדר, כל משדר משדר אות בתדר שונה. למשל, המשדר הראשון משדר אות בתדר 30 קילו-הרץ, המשדר השני משדר אות בתדר של 40 קילו-הרץ והמשדר השלישי משדר אות בתדר של 50 קילו-הרץ.

לאחר מכן, האותות הללו בתדרים שונים משולבים עם התקן המכונה מרובה אשר מעביר את האותות המרובבים דרך ערוץ תקשורת. FDM היא שיטה אנלוגית שהיא שיטת ריבוי פופולרית מאוד. בקצה המקלט משתמשים ב-de-multiplexer כדי להפריד את האותות המרובבים ואז הוא משדר את האותות המופרדים הללו למקלטים המסוימים.

ל-FDM טיפוסי יש סך של n ערוצים, כאשר n הוא מספר שלם הגדול מ-1. כל ערוץ נושא סיביות מידע אחד ויש לו תדר נושא משלו. הפלט של כל ערוץ נשלח בתדר שונה מכל שאר הערוצים. הקלט לכל ערוץ מתעכב בכמות dt, אשר עשויה להימדד ביחידות זמן או במחזורים לשנייה.

ניתן לחשב את ההשהיה בכל ערוץ באופן הבא:

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

I(t) = 1/T + C2 *

I(t) = 1/T + C3 *

כאשר T = תקופת האות ביחידות זמן (במקרה שלנו מדובר בננו-שניות). C1, C2 ו-C3 הם קבועים התלויים בסוג האות המועבר ובסכמת האפנון שלו.

כל ערוץ מורכב ממערך של גבישים פוטוניים הפועלים כמסננים לגלי אור העוברים דרכם. כל גביש יכול לעבור רק אורכי גל מסוימים של אור; אחרים נחסמים לחלוטין על ידי המבנה שלהם או על ידי השתקפות של גביש סמוך.

FDM דורש שימוש במקלט נוסף עבור כל משתמש, שיכול להיות יקר וקשה להתקנה במכשירים ניידים. בעיה זו נפתרה על ידי שימוש בטכניקות אפנון תדרים כגון ריבוי תדר אורתוגונלי (OFDM) . שידור OFDM מפחית את המספר הנדרש של מקלטים על ידי הקצאת ספקי משנה שונים למשתמשים שונים בתדר ספק יחיד.

זה דורש מקלטים נוספים מכיוון שתחנת הבסיס וכל יחידה ניידת צריכות להיות מסונכרנות לאורך זמן. בריבוי זה לא ניתן לשלוח נתונים במצב פרץ ולכן הנתונים נשלחים ברציפות, כך שהמקלט חייב להמתין עד לקבלת החבילה הבאה לפני שהוא יכול להתחיל לקבל את הבא. זה מצריך מקלטים מיוחדים כדי להיות מסוגלים לקבל מנות בקצבים שונים מתחנות בסיס שונות, אחרת הם לא היו מסוגלים לפענח אותן בצורה נכונה.

מספר המשדרים והמקלטים המעורבים במערכות FDM נקרא 'זוג משדר-מקלט' או בקיצור TRP. ניתן לחשב את מספר ה-TRPs שחייבים להיות זמינים באמצעות הנוסחה הבאה:

NumberOfTRPs = (# משדרים) (# קבל נקודות) (# אנטנות)

לדוגמה, אם יש לנו שלושה משדרים וארבע נקודות קבלה (RPs), יהיו לנו תשעה TRPs כי יש שלושה משדרים וארבעה RPs. כדי שהדברים יהיו פשוטים, נניח שלכל RP יש אנטנת RP ולכל TRP יש שתי אנטנות RP; זה אומר שנצטרך עוד תשעה TRPS:

ריבוי זה יכול להיות גם נקודה לנקודה אוֹ נקודה לריבוי נקודה . במצב נקודה לנקודה, לכל משתמש ערוץ ייעודי משלו עם משדר, מקלט ואנטנה משלו. במקרה זה, יכול להיות יותר ממשדר אחד לכל משתמש וכל המשתמשים ישתמשו בערוצים שונים. במצב נקודה לריבוי נקודות, כל המשתמשים חולקים את אותו ערוץ, אבל המשדר והמקלט של כל משתמש מחוברים לאלה של משתמשים אחרים באותו ערוץ.

ריבוי חלוקת תדרים לעומת ריבוי חלוקת זמן

ההבדל בין ריבוי חלוקת תדרים לריבוי חלוקת זמן נדון להלן.

יתרונות וחסרונות

ה היתרונות של חלוקת תדרים מולטיפלקסין g כולל את הדברים הבאים.

• המשדר והמקלט של FDM אינם צריכים שום סנכרון.
• זה פשוט יותר והדמודולציה שלו קלה.
• רק ערוץ אחד יקבל השפעה בגלל הרצועה הצרה האיטית.
• FDM ישים עבור אותות אנלוגיים.
• ניתן לשדר מספר רב של ערוצים בו זמנית.
• זה לא יקר.
• לריבוי זה יש אמינות גבוהה.
• באמצעות ריבוי זה, ניתן לשדר נתוני מולטימדיה עם רעש ועיוות נמוכים וגם ביעילות גבוהה.

ה חסרונות של ריבוי חלוקת תדרים כלול את הבאים.

• ל-FDM יש בעיית הצלבה.
• FDM ישים רק כאשר מועדפים כמה ערוצים בעלי מהירות נמוכה יותר
• מתרחש עיוות תיווך.
• מעגלי FDM הם מורכבים.
• זה צריך יותר רוחב פס.
• זה נותן פחות תפוקות.
• בהשוואה ל-TDM, זמן האחזור שמספק FDM גדול יותר.
• לריבוי זה אין תיאום דינמי.
• FDM זקוק למספר רב של מסננים ומאפננים.
• הערוץ של ריבוי זה יכול להיות מושפע מדעיכת פס רחב
• לא ניתן לנצל את רוחב הפס המלא של הערוץ ב-FDM.
• המערכת של FDM דורשת אות נושא.

יישומים

היישומים של ריבוי חלוקת תדרים כוללים את הדברים הבאים.

• קודם לכן, נעשה שימוש ב-FDM במערכת הטלפון הסלולרי ובטלגרפיה הרמונית מערכת תקשורתית .
• ריבוי חלוקת תדרים משמש בעיקר בשידורי רדיו.
• FDM משמש גם בשידורי טלוויזיה.
• סוג זה של ריבוי ישים במערכת הטלפון כדי לסייע בהעברת מספר שיחות טלפון על גבי קישור בודד או קו שידור בודד.
• FDM משמש ב- מערכת תקשורת לוויינית להעברת ערוצי נתונים שונים.
• הוא משמש במערכות שידור FM או אפנון תדר סטריאו.
• הוא משמש במערכות שידור רדיו AM/אפנון אמפליטודה.
• הוא משמש עבור טלפונים ציבוריים ומערכות טלוויזיה בכבלים.
• הוא משמש בשידור.
• הוא משמש בשידורי AM ו-FM.
• הוא משמש ברשתות אלחוטיות, רשתות סלולריות וכו'.
• FDM משמש במערכות חיבור פס רחב וגם במודמי DSL (Digital Subscriber Line).
• מערכת FDM משמשת בעיקר לנתוני מולטימדיה כמו שידור אודיו, וידאו ותמונה.

כך זהו סקירה כללית של ריבוי חלוקת תדרים או FDM. זוהי טכניקת ריבוי המפרידה את רוחב הפס הקיים למספר תת-פסים כאשר כל אחד מהם יכול לשאת אות. אז, ריבוי זה מאפשר שידורים בו-זמניים מעל מדיום תקשורת משותף. ריבוי זה מאפשר למערכת להעביר כמות עצומה של נתונים לאורך מספר מקטעים המשודרים מעל תת-פסי תדר עצמאיים. הנה שאלה בשבילך, מה זה ריבוי חלוקת זמן?