مضاعفة تقسيم التردد: مخطط الكتلة والعمل وتطبيقاته

تم تطوير تقنية تعدد الإرسال في عام 1870 ، ولكن في أواخر القرن العشرين ؛ أصبح أكثر قابلية للتطبيق على الاتصالات الرقمية. في مجال الاتصالات السلكية واللاسلكية ، فإن مضاعفة تُستخدم التقنية لدمج وإرسال تدفقات بيانات متعددة عبر وسيط واحد. لذلك ، تُعرف الأجهزة المستخدمة لتعدد الإرسال بمضاعف الإرسال أو MUX الذي يدمج n خطوط الإدخال لإنتاج خط o / p واحد. تُستخدم طريقة تعدد الإرسال على نطاق واسع في الاتصالات السلكية واللاسلكية حيث يتم إجراء العديد من المكالمات الهاتفية عبر سلك واحد. يتم تصنيف تعدد الإرسال إلى ثلاثة أنواع مثل ؛ تقسيم التردد تقسيم الطول الموجي (WDM) ، وتقسيم الوقت. في الوقت الحاضر ، أصبحت تقنيات تعدد الإرسال الثلاث أصولًا مهمة جدًا في عمليات الاتصالات السلكية واللاسلكية ، وقد حسنت كثيرًا الطريقة التي نرسل بها ونستقبل إشارات مستقلة عبر خطوط الهاتف وراديو AM و FM وأيضًا الألياف الضوئية. تتناول هذه المقالة أحد أنواع مضاعفة الإرسال المعروفة باسم FDM أو تردد بالتقسيم - العمل وتطبيقاته.

ما هو تعدد الإرسال بتقسيم التردد؟

تعريف تعدد الإرسال بتقسيم التردد هو: تقنية تعدد إرسال تُستخدم لدمج أكثر من إشارة عبر وسيط مشترك. في هذا النوع من تعدد الإرسال ، يتم دمج الإشارات ذات الترددات المختلفة للإرسال المتزامن. في FDM ، يتم دمج إشارات متعددة للإرسال عبر قناة أو خط اتصالات فردي حيث يتم تخصيص كل إشارة لتردد مختلف في القناة الرئيسية.

مخطط كتلة تعدد الإرسال بتقسيم التردد

يظهر أدناه مخطط تقسيم التردد والذي يتضمن جهاز إرسال وجهاز استقبال. في FDM ، يتم تعديل إشارات الرسائل المختلفة مثل m1 (t) و m2 (t) و m3 (t) على ترددات الموجة الحاملة المختلفة مثل fc1 و fc2 و fc3. بهذه الطريقة ، يتم فصل الإشارات المشكلة المختلفة عن بعضها البعض داخل مجال التردد. يتم دمج هذه الإشارات المعدلة معًا لتشكيل الإشارة المركبة التي يتم إرسالها عبر القناة / وسيط الإرسال.

لتجنب التداخل بين إشارتين الرسالتين ، يتم أيضًا الاحتفاظ بنطاق حارس بين هاتين الإشارتين. يستخدم نطاق الحرس لفصل نطاقين عريضين من الترددات. يضمن ذلك عدم تعرض قنوات الاتصال المستخدمة في نفس الوقت للتداخل الذي قد يؤثر على جودة الإرسال المنخفضة.

كما هو مبين في الشكل أعلاه ، هناك ثلاث إشارات رسائل مختلفة يتم تشكيلها على ترددات مختلفة. بعد ذلك ، يتم دمجها في إشارة مركبة واحدة. يجب اختيار ترددات الموجة الحاملة لكل إشارة بحيث لا يكون هناك تداخل في الإشارات المعدلة. مثل هذا ، يتم ببساطة فصل كل إشارة مشكلة داخل الإشارة متعددة الإرسال عن بعضها البعض في مجال التردد.

في نهاية المستقبل ، تُستخدم مرشحات ممر النطاق لفصل كل إشارة مشكلة عن الإشارة المركبة والمفككة. من خلال إرسال إشارة مفككة الإرسال عبر LPF ، يمكن استعادة كل إشارة رسالة. هذه هي الطريقة التي تكون بها طريقة FDM النموذجية (مضاعفة تقسيم التردد).

كيف يعمل مضاعفة تقسيم التردد؟

في نظام FDM ، يحتوي طرف المرسل على العديد من أجهزة الإرسال ونهاية جهاز الاستقبال به عدة أجهزة استقبال. بين المرسل والمستقبل ، توجد قناة الاتصال. في FDM ، في نهاية جهاز الإرسال ، يرسل كل جهاز إرسال إشارة بتردد مختلف. على سبيل المثال ، يرسل جهاز الإرسال الأول إشارة بتردد 30 كيلو هرتز ، بينما يرسل جهاز الإرسال الثاني إشارة بتردد 40 كيلو هرتز وينقل جهاز الإرسال الثالث إشارة بتردد 50 كيلو هرتز.

بعد ذلك ، يتم دمج هذه الإشارات ذات الترددات المختلفة مع جهاز يعرف باسم معدد الإرسال الذي ينقل الإشارات المضاعفة عبر قناة اتصال. FDM هي طريقة تمثيلية وهي طريقة تعدد إرسال شائعة جدًا. في نهاية المستقبل ، يتم استخدام مزيل الإرسال لفصل الإشارات متعددة الإرسال ثم يقوم بإرسال هذه الإشارات المنفصلة إلى أجهزة استقبال معينة.

يحتوي FDM النموذجي على إجمالي n من القنوات ، حيث يمثل n عددًا صحيحًا أكبر من 1. وتحمل كل قناة بت واحدًا من المعلومات ولها تردد الموجة الحاملة الخاص بها. يتم إرسال إخراج كل قناة بتردد مختلف عن جميع القنوات الأخرى. يتم تأخير الإدخال لكل قناة بمقدار dt ، والذي يمكن قياسه بوحدات زمنية أو دورات في الثانية.

يمكن حساب التأخير عبر كل قناة على النحو التالي:

dI (t) = I (t) + I (t-dt) / 2 - I (t-dt) / 2 ، حيث I (t) = 1 / T + C1 *

أنا (ر) = 1 / T + C2 *

أنا (ر) = 1 / T + C3 *

حيث T = فترة الإشارة بوحدات زمنية (في حالتنا هذه نانو ثانية). C1 و C2 و C3 هي ثوابت تعتمد على نوع الإشارة التي يتم إرسالها ومخطط تشكيلها.

تتكون كل قناة من مجموعة من البلورات الضوئية التي تعمل كمرشحات لموجات الضوء التي تمر عبرها. يمكن لكل بلورة أن تمر فقط بأطوال موجية معينة من الضوء ؛ يتم حظر البعض الآخر تمامًا من خلال هيكلها أو عن طريق الانعكاس من بلورة مجاورة.

يتطلب FDM استخدام جهاز استقبال إضافي لكل مستخدم ، والذي قد يكون مكلفًا ويصعب تثبيته في الأجهزة المحمولة. تم حل هذه المشكلة باستخدام تقنيات تعديل التردد مثل مضاعفة تقسيم التردد المتعامد (OFDM) . يقلل إرسال OFDM العدد المطلوب من المستقبلات من خلال تخصيص موجات حاملة فرعية مختلفة لمستخدمين مختلفين على تردد موجة حاملة واحدة.

يتطلب أجهزة استقبال إضافية لأنه يجب مزامنة المحطة الأساسية وكل وحدة متنقلة بمرور الوقت. في بيانات تعدد الإرسال هذه لا يمكن إرسالها في وضع الاندفاع لذلك يتم إرسال البيانات بشكل مستمر ، لذلك يجب أن ينتظر المستقبل حتى يتم استلام الحزمة التالية قبل أن يتمكن من البدء في تلقي الحزمة التالية. يتطلب ذلك أن تكون أجهزة الاستقبال الخاصة قادرة على استقبال الحزم بمعدلات مختلفة من محطات قاعدة مختلفة ، وإلا فلن تكون قادرة على فك تشفيرها بشكل صحيح.

يُطلق على عدد أجهزة الإرسال والاستقبال المشاركة في أنظمة FDM اسم 'زوج المرسل والمستقبل' أو اختصارًا TRP. يمكن حساب عدد TRPs التي يجب أن تكون متاحة باستخدام الصيغة التالية:

NumberOfTRPs = (# أجهزة الإرسال) (# تلقي النقاط) (# هوائيات)

على سبيل المثال ، إذا كان لدينا ثلاثة أجهزة إرسال وأربع نقاط استقبال (RPs) ، فسيكون لدينا تسعة أجهزة إرسال لأن هناك ثلاثة أجهزة إرسال وأربعة أجهزة RP. لتبسيط الأمور ، لنفترض أن لكل RP هوائي RP ولكل TRP هوائيان RP ؛ هذا يعني أننا سنحتاج إلى تسعة تربس أخرى:

يمكن أن يكون تعدد الإرسال إما من نقطة إلى نقطة أو أشر إلى نقاط متعددة . في الوضع من نقطة إلى نقطة ، يكون لكل مستخدم قناته المخصصة مع جهاز الإرسال والاستقبال والهوائي الخاص به. في هذه الحالة ، يمكن أن يكون هناك أكثر من جهاز إرسال لكل مستخدم وسيستخدم جميع المستخدمين قنوات مختلفة. في الوضع من نقطة إلى عدة نقاط ، يتشارك جميع المستخدمين نفس القناة ، ولكن يتم توصيل جهاز الإرسال والاستقبال لكل مستخدم بأجهزة المستخدمين الآخرين على نفس القناة.

مضاعفة تقسيم التردد مقابل مضاعفة تقسيم الوقت

نناقش أدناه الفرق بين تعدد الإرسال بتقسيم التردد وتعدد الإرسال بتقسيم الوقت.

المميزات والعيوب

ال مزايا تعدد الإرسال بتقسيم التردد ز تشمل ما يلي.

• لا يحتاج جهاز الإرسال والاستقبال الخاص بـ FDM إلى أي مزامنة.
• إنه أبسط واستخلاصه سهل.
• سيتم تفعيل قناة واحدة فقط بسبب النطاق الضيق البطيء.
• FDM قابل للتطبيق للإشارات التناظرية.
• يمكن إرسال عدد كبير من القنوات في وقت واحد.
• ليست باهظة الثمن.
• يتميز هذا الإرسال المتعدد بموثوقية عالية.
• باستخدام هذا الإرسال المتعدد ، من الممكن نقل بيانات الوسائط المتعددة مع ضوضاء وتشويه منخفضين وأيضًا بكفاءة عالية.

ال مساوئ تعدد الإرسال بتقسيم التردد تشمل ما يلي.

• لدى FDM مشكلة تداخل الحديث.
• لا يمكن تطبيق FDM إلا عند تفضيل عدد قليل من القنوات الأقل سرعة
• يحدث تشويه الوساطة.
• دارة FDM معقدة.
• يحتاج إلى مزيد من النطاق الترددي.
• يعطي صبيب أقل.
• بالمقارنة مع TDM ، فإن زمن الوصول الذي يوفره FDM هو أكثر.
• لا يحتوي تعدد الإرسال هذا على تنسيق ديناميكي.
• يحتاج FDM إلى عدد كبير من المرشحات والمعدلات.
• يمكن أن تتأثر قناة تعدد الإرسال هذا بخبو النطاق العريض
• لا يمكن استخدام النطاق الترددي الكامل للقناة على FDM.
• يتطلب نظام FDM إشارة الناقل.

التطبيقات

تشمل تطبيقات تعدد الإرسال بتقسيم التردد ما يلي.

• في وقت سابق ، تم استخدام FDM في نظام الهاتف الخلوي والتلغراف التوافقي نظام الاتصال .
• يستخدم تعدد الإرسال بتقسيم التردد بشكل أساسي في البث الإذاعي.
• يستخدم FDM أيضًا في البث التلفزيوني.
• هذا النوع من تعدد الإرسال قابل للتطبيق في نظام الهاتف للمساعدة في إرسال عدة مكالمات هاتفية عبر رابط واحد أو خط إرسال واحد.
• يستخدم FDM في ملف نظام الاتصالات عبر الأقمار الصناعية لنقل قنوات البيانات المختلفة.
• يتم استخدامه في أنظمة إرسال FM أو تعديل تردد الاستريو.
• يتم استخدامه في أنظمة الإرسال اللاسلكي AM / تعديل السعة.
• يتم استخدامه للهواتف العامة وأنظمة تلفزيون الكابل.
• يتم استخدامه في البث.
• يتم استخدامه في البث AM و FM.
• يتم استخدامه في الشبكات اللاسلكية والشبكات الخلوية وما إلى ذلك.
• يستخدم FDM في أنظمة الاتصال واسع النطاق وأيضًا في أجهزة مودم DSL (خط المشترك الرقمي).
• يستخدم نظام FDM بشكل أساسي لبيانات الوسائط المتعددة مثل نقل الصوت والفيديو والصور.

هكذا هذا نظرة عامة على تعدد الإرسال بتقسيم التردد أو FDM. هذه تقنية تعدد إرسال تفصل عرض النطاق الترددي الحالي إلى عدة نطاقات فرعية حيث يمكن لكل منها أن يحمل إشارة. لذلك ، يسمح تعدد الإرسال بالإرسال المتزامن فوق وسيط اتصال مشترك. يتيح تعدد الإرسال هذا للنظام إرسال كمية هائلة من البيانات عبر عدد من المقاطع المرسلة فوق نطاقات التردد الفرعية المستقلة. إليك سؤال لك ، ما هو مضاعفة القسمة الزمنية؟