ריבוי חטיבת החלל: דיאגרמה, עבודה, יתרונות, חסרונות ויישומיה

ריבוי ברשתות טלקומוניקציה ומחשבים הוא סוג של טכניקה המשמשת לשילוב והעברת אותות נתונים רבים לאורך מדיום יחיד. בתוך ה רִבּוּב שיטה, מרובה חומרה (MUX) משחקת תפקיד משמעותי בהשגת ריבוי על ידי מיזוג 'n' קווי קלט ליצירת קו פלט יחיד. אז שיטה זו עוקבת בעיקר אחר המושג הרבה-לאחד שמשמעותו קווי קלט n וקו פלט בודד. ישנם סוגים שונים של טכניקות ריבוי כמו; FDM, TDM, CDM , SDM & OFDM. מאמר זה מספק מידע קצר על אחד מסוגי טכניקות ריבוי כמו; ריבוי חלוקת שטח או SDM.

מהו ריבוי חטיבת החלל (SDM)?

טכניקת ריבוי במכשיר אלחוטי מערכת תקשורתית משמש לשיפור קיבולת המערכת על ידי ניצול פשוט של ההפרדה הפיזית של המשתמשים, ידוע כריבוי חלוקת שטח או ריבוי חלוקה מרחבית (SDM). בטכניקת ריבוי זו, כמה אנטנות משמשים בשני הקצוות של המשדר והמקלט כדי ליצור ערוצי תקשורת מקבילים. ערוצי תקשורת אלו אינם תלויים זה בזה, מה שמאפשר למספר משתמשים להעביר נתונים בו-זמנית בתוך פס תדרים דומה למעט הפרעות.

ניתן לשפר את קיבולת מערכת התקשורת האלחוטית על ידי הכללת יותר אנטנות ליצירת ערוצים עצמאיים יותר. טכניקת ריבוי זו משמשת בדרך כלל בתוך מערכות תקשורת אלחוטיות כמו; וויי - פיי, מערכות תקשורת לווייניות & רשתות סלולריות.

דוגמה של SDM בכבל אופטי תת-ימי

ריבוי חלוקת החלל ביישום הכבל האופטי התת-ימי מחולק לשלוש מערכות שידור; רצועת C של סיב יחיד ליבה, רצועת C+L סיב חד ליבה והעברת רצועת C עם סיב רב ליבות. תרשים מסלול האור של שלושת מערכת ההולכה מוצג להלן.

פס סיבי C עם ליבה אחת במערכת שידור של כבל אופטי תת ימי מצויד רק בציוד EDFA לשיפור האות. EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) ​​הוא סוג אחד של OFA שהוא מגבר אופטי דרך יוני ארביום הכלולים בליבת הסיבים האופטיים. ל-EDFA יש כמה תכונות כמו; רעש נמוך, רווח גבוה וקיטוב בלתי תלוי. הוא מגביר אותות אופטיים בפס של 1.55 מיקרומטר (או) 1.58 מיקרומטר.

מערכת השידור ברצועת C+L עם ליבה אחת דורשת שני EDFAs כדי לשפר את שני אותות הפס בהתאמה. מערכת ההעברה מרובת ליבות סיב C-band היא מאוד מסובכת והיא דורשת לשחרר כל ליבת סיב ולהכניס אותה למגבר האותות, ואחרי זה מאוורר את האות של המגבר לכבל הסיבים הרב-ליבות.

בכל פעם שיחס האות לרעש של מערכת השידור התלת-ערוצים הוא בערך 9.5dB, אזי מערכת השידור בפס C+L של סיבי ליבה אחת זקוקה ל-37 זוגות סיבים אופטיים כדי להשיג את יכולת השידור המקסימלית של כבל אופטי.

מערכת הילוכים מרובת ליבות סיבים C-band זקוקה ל-19 עד 20 זוגות של סיבים כדי להשיג את יכולת ההעברה הגבוהה ביותר. מערכת השידור בפס C+L של סיבים חד-ליבים דורשת רק שלושה עשר זוגות כבלי סיבים כדי לפזר את הקיבולת הגבוהה ביותר; עם זאת, הקיבולת הגבוהה ביותר שלו היא 70% מתמסורת הסיבים ברצועת C יחידה בלבד.

בטכנולוגיית SDM, המרחק של כל כבל אופטי תת ימי מוגדר ל-60 ק'מ כדי לחשב את המתחים הנדרשים על ידי שלוש מערכות השידור. פס C-ליבה יחיד ו-C+L-band זקוקים למתחים נמוכים יותר עד ל-15 קילו וולט של מתח מקסימלי. בהשוואה למערכות שידור FOC מרובות קוויות, המתח שלהן נמוך יותר מכיוון שמערכות שידור סיבים מרובות ליבות זקוקות למגברים נוספים להשלמת השידור.

בשלוש מערכות שידור של ריבוי חלוקת חלל, יכולת ההעברה של סיבי C+L של סיבי ליבה ורצועת C מרובה ליבות קלה יותר בהשוואה לשידור סיבי C-band עם ליבה אחת. מערכות סיבי C-band ו-C+L-wave של סיבים בודדים יכולות לנצל מתחים וניצול כוח נמוכים יותר בהשוואה למערכות מרובות ליבות אם ניתן להשיג קיבולת דומה באמצעות ריבוי ליבות.

ריבוי מחלקת החלל עובד

Multiplexing של חטיבת החלל (SDM) פועלת על ידי ניצול הממד המרחבי להעברת מספר זרמי נתונים עצמאיים בו-זמנית. להלן הסבר פשוט של איך זה עובד:

• הפרדה מרחבית : SDM מסתמך על הפרדה פיזית של נתיבי השידור עבור זרמי נתונים שונים. ניתן להשיג הפרדה זו באמצעות טכניקות שונות בהתאם לאמצעי השידור, כגון שימוש בסיבים אופטיים שונים, אלמנטים של אנטנה או נתיבים אקוסטיים.
• מספר ערוצים : כל נתיב מופרד מרחבית מייצג ערוץ תקשורת מובחן. ניתן להשתמש בערוצים אלה להעברת זרמי נתונים עצמאיים במקביל מבלי להפריע זה לזה.
• קידוד נתונים ומודולציה : לפני השידור, הנתונים המיועדים לכל ערוץ עוברים טכניקות קידוד ואפנון כדי להמיר אותם לפורמט המתאים לשידור על המדיום הנבחר. זה כרוך בדרך כלל בהמרת נתונים דיגיטליים לאותות אנלוגיים המאופנים בתדרים ספציפיים או מאפיינים אחרים המתאימים לאמצעי השידור.
• שידור סימולטני : ברגע שהנתונים מקודדים ומווסנים, הם מועברים בו זמנית על פני הערוצים המופרדים במרחב. שידור סימולטני זה מאפשר תפוקת נתונים מוגברת וניצול יעיל של משאבי התקשורת הזמינים.
• פענוח מקלט : בקצה הקליטה, האותות מכל הערוצים המרחביים מתקבלים ומעובדים בנפרד. כל ערוץ מפורק ומפוענח כדי לשחזר את זרמי הנתונים המקוריים. מכיוון שהערוצים מופרדים מרחבית, יש הפרעה מינימלית ביניהם, המאפשרת שחזור נתונים מהימן.
• אינטגרציה של זרמי נתונים : לבסוף, זרמי הנתונים המשוחזרים מכל הערוצים משולבים כדי לשחזר את הנתונים המועברים המקוריים. תהליך האינטגרציה הזה תלוי באפליקציה הספציפית ועשוי לכלול משימות כמו תיקון שגיאות, סנכרון וצבירת נתונים.

בסך הכל, ריבוי חלוקת החלל מאפשר שידור בו-זמני של זרמי נתונים מרובים עצמאיים על ידי מינוף הפרדה מרחבית, ובכך מגדיל את יכולת התקשורת והיעילות. הוא נמצא בשימוש נפוץ במערכות תקשורת שונות, כולל רשתות סיבים אופטיים, תקשורת אלחוטית, תקשורת לוויינית ותקשורת אקוסטית מתחת למים.

דוגמאות לריבוי של חטיבת החלל

הדוגמה הראשונה של SDM היא תקשורת סלולרית מכיוון שבתקשורת זו משתמשים שוב בקבוצה השווה של תדרי הנשא בתוך תאים שאינם קרובים זה לזה.

• תקשורת סיבים אופטיים : במערכות תקשורת סיבים אופטיים, ניתן להעביר מספר ערוצים בו זמנית דרך אותו סיב על ידי שימוש בנתיבים מרחביים שונים. כל נתיב מרחבי יכול לייצג אורך גל שונה (Wavelength Division Multiplexing - WDM) או מצב קיטוב שונה (Polarization Division Multiplexing - PDM). זה מאפשר להגדיל את קיבולת העברת הנתונים ללא צורך בהנחת כבלי סיבים פיזיים נוספים.
• מערכות אנטנה מרובות : בתקשורת אלחוטית, מערכות Multiple Input Multiple Out (MIMO) משתמשות במספר אנטנות הן במשדר והן במקלט כדי לשפר את היעילות הספקטרלית. כל זוג אנטנות יוצר ערוץ מרחבי, ונתונים מועברים על הערוצים הללו בו-זמנית, ומגדילים למעשה את הקיבולת של הקישור האלחוטי.
• תקשורת לוויינית : מערכות תקשורת לווייניות משתמשות לעתים קרובות בטכניקות SDM להעברת אותות מרובים בו זמנית באמצעות פסי תדרים שונים או נתיבים מרחביים. זה מאפשר ניצול יעיל יותר של משאבי לוויין ותפוקת נתונים מוגברת עבור יישומים כגון שידור, שירותי אינטרנט וחישה מרחוק.
• תקשורת אקוסטית מתחת למים : בסביבות תת-מימיות משתמשים בגלים אקוסטיים לתקשורת בשל יכולתם לעבור מרחקים ארוכים. ניתן להשתמש ב-SDM על ידי שימוש במספר הידרופונים ומשדרים ליצירת ערוצים מופרדים במרחב, המאפשרים שידור בו-זמני של זרמי נתונים מרובים והגדלת קיבולת התקשורת הכוללת.
• חיבורי מעגלים משולבים : בתוך מכשירים אלקטרוניים, כגון מעבדי מחשב או ציוד רשת, ניתן ליישם טכניקות ריבוי חלוקת חלל כדי לחבר מספר רכיבים או ליבות בשבב. על ידי ניתוב אותות דרך נתיבים פיזיים שונים, ניתן להעביר נתונים במקביל בין יחידות עיבוד שונות, ולשפר את ביצועי המערכת והתפוקה הכוללים.

יתרונות חסרונות

ה היתרונות של ריבוי חלוקת החלל כלול את הבאים.

• טכניקת SDM משפרת את הצפיפות המרחבית של סיב אופטי בחתך יחידה.
• זה מגביר את מספר ערוצי השידור המרחביים בתוך חיפוי משותף.
• ה-SDM הוא שילוב של FDM או ריבוי חלוקת תדרים ו-TDM או ריבוי חלוקת זמן .
• הוא משדר מסרים תוך שימוש בתדר מסוים, כך שניתן להשתמש בערוץ מסוים כנגד רצועת תדרים מסוימת למשך זמן מה.
• טכניקת ריבוי זו פשוט מאפשרת לסיב אופטי להעביר מספר אותות הנשלחים באורכי גל שונים פרט להפרעה זה לזה.
• SDM מפתחת יעילות אנרגטית ומאפשרת משמעותית עלויות נמוכות יותר עבור כל סיביות.
• טכניקת SDM משפרת את היעילות הספקטרלית עבור כל סיב פשוט על ידי ריבוי האותות בתוך מצבי LP אורתוגונליים ב-FMF (סיבים מועטים) ובסיבים מרובי ליבות.
• הפיתוח די פשוט ואין צורך ברכיבים אופטיים חדשים בסיסיים.
• השימוש הטוב ביותר ברוחב הפס.
• ניתן להשתמש שוב בתדר קבוע בתוך SDM.
• ניתן ליישם SDM בתוך כבלים אופטיים טהורים.
• התפוקה שלו גבוהה במיוחד בגלל הכבלים האופטיים.
• השימוש הטוב ביותר בתדר בגלל מספר טכניקות ריבוי וסיבים אופטיים.

ה החסרונות של ריבוי חלוקת החלל כלול את הבאים.

• העלות של SDM עדיין גדלה באופן משמעותי בגלל שיפור מספר ערוצי השידור.
• ריבוי משתמש באלגוריתמים ובפרוטוקולים מורכבים כדי למזג ולחלק את האותות השונים המשודרים. אז זה משפר את הקושי של הרשת ומקשה על תחזוקה ופתרון בעיות.
• ריבוי גורם להפרעה בין האותות המשודרים, מה שעלול לשחית את הערך של הנתונים המועברים.
• טכניקת ריבוי זו זקוקה לכמות מסוימת של רוחב פס עבור הליך הריבוי, מה שיכול להקטין את כמות רוחב הפס הזמין להעברת נתונים אמיתית.
• יישום ותחזוקה של ריבוי זה יקר בגלל המורכבות והציוד המיוחד הנדרש.
• ריבוי זה מקשה על שמירת הנתונים המועברים מכיוון שמספר אותות נשלחים מעל ערוץ דומה.
• ב-SDM, עשויה להתרחש הסקה.
• SDM עומד בפני הפסדי מסקנות גבוהים.
• ב-SDM, אותה סט של תדרים או אותה סט של אותות TDM משמשים בשני מקומות שונים

יישומי ריבוי של חטיבת החלל

ה יישומים של ריבוי חלוקת חלל כלול את הבאים.

• ריבוי חלוקת שטח משמש ברשתות יבשתיות באמצעות שתי שיטות שונות; רכיבים תואמי SDM מסודרים בתוך תשתיות שידור ומיתוג (או) יישום SDM רק בתוך ארכיטקטורת המיתוג.
• טכניקת ריבוי חלוקת שטח בתוך תקשורת אלחוטית MIMO ו סיב אופטי תקשורת משמשת לשידור ערוצים עצמאיים המופרדים בתוך החלל.
• SDM משמש ברשתות סלולריות בצורת טכנולוגיית Multiple Input Multiple Output, המשתמשת במספר אנטנות בשני הקצוות של המשדר והמקלט כדי לשפר את הערך וגם את היכולת של קישור התקשורת.
• SDM מתייחס לשיטה להבנת ריבוי סיבים אופטיים עם חלוקת שטח.
• טכניקת SDM משמשת להעברת נתונים אופטית בכל מקום שבו נעשה שימוש במספר ערוצים מרחביים כמו בסיבים מרובי ליבות.
• טכניקת ריבוי החלוקה המרחבית להעברת סיבים אופטיים עוזרת להתגבר על מגבלת היכולת של WDM.
• SDM משמש בטכנולוגיית GSM.

לפיכך, זהו סקירה כללית של ריבוי חלוקת החלל , עבודה, דוגמאות, יתרונות, חסרונות ויישומים. טכנולוגיית SDM תואמת את מגמת הצמיחה של תקשורת OFC או סיבים אופטיים. טכניקת ריבוי זו היא חידוש גדול ודרך מפותחת של טכנולוגיית OFC. הנה שאלה בשבילך, מה זה ריבוי חלוקת זמן או TDM?