Frequency Division Multiplexing : Block Diagram, Paggawa at Mga Aplikasyon Nito

Ang pamamaraan ng multiplexing ay binuo noong 1870, gayunpaman sa huling bahagi ng ika-20 siglo; naging mas naaangkop ito para sa mga digital na telekomunikasyon. Sa telekomunikasyon, ang Multiplexing Ang pamamaraan ay ginagamit upang pagsamahin at ipadala ang maramihang mga stream ng data sa isang solong medium. Kaya, ang hardware na ginagamit para sa multiplexing ay kilala bilang isang multiplexer o MUX na pinagsasama ang mga linya ng input upang makabuo ng isang linya ng o/p. Ang paraan ng multiplexing ay malawakang ginagamit sa telekomunikasyon kung saan maraming tawag sa telepono ang dinadala sa isang wire. Ang multiplexing ay inuri sa tatlong uri tulad ng; paghahati ng dalas, wavelength division (WDM) , at paghahati ng oras. Sa kasalukuyan, ang tatlong pamamaraan ng multiplexing na ito ay naging isang napakahalagang asset sa mga proseso ng telekomunikasyon at lubos nilang napabuti ang paraan ng pagpapadala at pagtanggap namin ng mga independiyenteng signal sa pamamagitan ng mga linya ng telepono, AM at FM na radyo, at gayundin ang mga optical fiber. Tinatalakay ng artikulong ito ang isa sa mga uri ng multiplexing na kilala bilang FDM o frequency division multiplexing – gumagana at mga aplikasyon nito.

Ano ang Frequency Division Multiplexing?

Ang kahulugan ng frequency division multiplexing ay: isang pamamaraan ng multiplexing na ginagamit upang pagsamahin ang higit sa isang signal sa isang shared medium. Sa ganitong uri ng multiplexing, ang mga signal na may iba't ibang mga frequency ay pinagsama para sa kasabay na paghahatid. Sa FDM, maraming signal ang pinagsasama para sa paghahatid sa isang channel o solong linya ng komunikasyon kung saan ang bawat signal ay inilalaan sa ibang frequency sa pangunahing channel.

Frequency Division Multiplexing Block Diagram

Ang frequency division block diagram ay ipinapakita sa ibaba na kinabibilangan ng transmitter at receiver. Sa FDM, ang iba't ibang signal ng mensahe tulad ng m1(t), m2(t) at m3(t) ay modulated sa iba't ibang frequency ng carrier tulad ng fc1, fc2 at fc3. Sa ganitong paraan, ang iba't ibang modulated signal ay pinaghihiwalay mula sa isa't isa sa loob ng frequency domain. Ang mga modulated signal na ito ay pinagsama-sama upang hubugin ang composite signal na ipinapadala sa channel/transmission medium.

Para maiwasan ang interference sa pagitan ng dalawang signal ng mensahe, may guard band din na inilalagay sa pagitan ng dalawang signal na ito. Ang isang guard band ay ginagamit upang paghiwalayin ang dalawang malawak na hanay ng mga frequency. Tinitiyak nito na ang mga channel ng komunikasyon na ginagamit nang sabay-sabay ay hindi nakakaranas ng interference na makakaapekto sa pinababang kalidad ng mga transmission.

Tulad ng ipinapakita sa figure sa itaas, mayroong tatlong magkakaibang signal ng mensahe na modulated sa iba't ibang frequency. Pagkatapos nito, pinagsama ang mga ito sa isang solong composite signal. Ang mga dalas ng carrier ng bawat signal ay dapat piliin upang walang overlapping ng mga modulated signal. Tulad nito, ang bawat modulated signal sa loob ng multiplexed signal ay hinihiwalay lang sa isa't isa sa loob ng domain ng frequency.

Sa dulo ng receiver, ginagamit ang mga bandpass filter para paghiwalayin ang bawat modulated signal mula sa composite signal at demultiplexed. Sa pamamagitan ng pagpapadala ng demultiplexed signal sa pamamagitan ng LPF, makakamit na mabawi ang bawat signal ng mensahe. Ganito ang karaniwang paraan ng FDM (Frequency Division Multiplexing).

Paano Gumagana ang Frequency Division Multiplexing?

Sa FDM system, ang dulo ng transmitter ay may ilang mga transmiter at ang dulo ng receiver ay may ilang mga receiver. Sa pagitan ng transmitter at receiver, naroon ang channel ng komunikasyon. Sa FDM, sa dulo ng transmitter, ang bawat transmitter ay nagpapadala ng signal na may ibang frequency. Halimbawa, ang unang transmiter ay nagpapadala ng signal na may 30 kHz frequency, ang pangalawang transmitter ay nagpapadala ng signal na may 40 kHz frequency at ang ikatlong transmitter ay nagpapadala ng signal na may 50 kHz frequency.

Pagkatapos nito, ang mga signal na ito na may iba't ibang mga frequency ay pinagsama sa isang aparato na kilala bilang isang multiplexer na nagpapadala ng mga multiplex na signal sa pamamagitan ng isang channel ng komunikasyon. Ang FDM ay isang analog na pamamaraan na isang napakapopular na paraan ng multiplexing. Sa dulo ng receiver ang de-multiplexer ay ginagamit upang paghiwalayin ang mga multiplex na signal pagkatapos ay ipinapadala nito ang mga hiwalay na signal sa partikular na mga receiver.

Ang karaniwang FDM ay may kabuuang n channel, kung saan ang n ay isang integer na mas malaki sa 1. Ang bawat channel ay nagdadala ng isang piraso ng impormasyon at may sarili nitong carrier frequency. Ang output ng bawat channel ay ipinapadala sa ibang frequency mula sa lahat ng iba pang channel. Ang input sa bawat channel ay naantala ng halagang dt, na maaaring masukat sa mga yunit ng oras o mga cycle bawat segundo.

Ang pagkaantala sa bawat channel ay maaaring kalkulahin tulad ng sumusunod:

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

I(t) = 1/T + C2 *

I(t) = 1/T + C3 *

kung saan T = panahon ng signal sa mga yunit ng oras (sa aming kaso ito ay nanoseconds). Ang C1, C2 at C3 ay mga constant na nakadepende sa uri ng signal na ipinapadala at ang modulation scheme nito.

Ang bawat channel ay binubuo ng isang hanay ng mga photonic crystal na nagsisilbing mga filter para sa mga light wave na dumadaan sa kanila. Ang bawat kristal ay maaari lamang pumasa sa ilang mga wavelength ng liwanag; ang iba ay ganap na naharang sa pamamagitan ng kanilang istraktura o sa pamamagitan ng pagmuni-muni mula sa isang katabing kristal.

Kinakailangan ng FDM ang paggamit ng karagdagang receiver para sa bawat user, na maaaring magastos at mahirap i-install sa mga mobile device. Ang problemang ito ay nalutas sa pamamagitan ng paggamit ng frequency modulation techniques tulad ng orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) . Binabawasan ng OFDM transmission ang kinakailangang bilang ng mga receiver sa pamamagitan ng pagtatalaga ng iba't ibang subcarrier sa iba't ibang user sa isang dalas ng carrier.

Nangangailangan ito ng mga karagdagang receiver dahil ang base station at bawat mobile unit ay kailangang i-synchronize sa paglipas ng panahon. Sa multiplexing data na ito ay hindi maipapadala sa burst mode kaya ang data ay patuloy na ipinapadala, upang ang receiver ay dapat maghintay hanggang sa susunod na packet ay matanggap bago ito magsimulang makatanggap ng susunod. Nangangailangan ito ng mga espesyal na receiver upang makatanggap ng mga packet sa iba't ibang mga rate mula sa iba't ibang base station, kung hindi, hindi nila ma-decode nang tama ang mga ito.

Ang bilang ng mga transmitters at receiver na kasangkot sa FDM system ay tinatawag na 'transmitter-receiver pair' o TRP para sa maikling salita. Ang bilang ng mga TRP na dapat na magagamit ay maaaring kalkulahin sa pamamagitan ng paggamit ng sumusunod na formula:

NumberOfTRPs = (# Transmitter) (# Makatanggap ng Mga Puntos) (# Antenna)

Halimbawa, kung mayroon tayong tatlong transmitter at apat na receive point (RP), magkakaroon tayo ng siyam na TRP dahil mayroong tatlong transmitter at apat na RP. Upang mapanatiling simple ang mga bagay, ipagpalagay natin na ang bawat RP ay may RP antenna at ang bawat TRP ay may dalawang RP antenna; nangangahulugan ito na kakailanganin natin ng siyam pang TRPS:

Ang multiplexing na ito ay maaaring alinman punto sa punto o point sa multi point . Sa point-to-point mode, ang bawat user ay may sariling dedikadong channel na may sarili nitong transmitter, receiver at antenna. Sa kasong ito, maaaring mayroong higit sa isang transmitter bawat user at lahat ng user ay gagamit ng iba't ibang channel. Sa point-to-multipoint mode, ang lahat ng user ay nagbabahagi ng parehong channel, ngunit ang transmitter at receiver ng bawat user ay konektado sa mga user ng iba pang user sa parehong channel.

Frequency Division Multiplexing Vs Time Division Multiplexing

Ang pagkakaiba sa pagitan ng frequency division multiplexing at time division multiplexing ay tinalakay sa ibaba.

Mga Kalamangan at Kahinaan

Ang mga pakinabang ng frequency division multiplexin g isama ang mga sumusunod.

• Ang transmitter at receiver ng FDM ay hindi nangangailangan ng anumang pag-synchronize.
• Ito ay mas simple at ang demodulation nito ay madali.
• Isang channel lang ang magkakaroon ng epekto dahil sa mabagal na makitid na banda.
• Naaangkop ang FDM para sa mga analog signal.
• Ang isang malaking bilang ng mga channel ay maaaring sabay-sabay na maipadala.
• Hindi ito mahal.
• Ang multiplexing na ito ay may mataas na pagiging maaasahan.
• Gamit ang multiplexing na ito, posible na magpadala ng multimedia data na may mababang ingay at pagbaluktot at mayroon ding mataas na kahusayan.

Ang disadvantages ng frequency division multiplexing isama ang mga sumusunod.

• May problema sa cross-talk ang FDM.
• Naaangkop lamang ang FDM kapag mas gusto ang ilang channel na hindi gaanong bilis
• Nagaganap ang pagbaluktot ng intermediation.
• Ang FDM circuitry ay kumplikado.
• Kailangan nito ng mas maraming bandwidth.
• Nagbibigay ito ng mas kaunting mga throughput.
• Kung ikukumpara sa TDM, mas marami ang latency na ibinigay ng FDM.
• Ang multiplexing na ito ay walang dynamic na koordinasyon.
• Kailangan ng FDM ng malaking bilang ng mga filter at modulator.
• Ang channel ng multiplexing na ito ay maaaring maapektuhan ng wideband fading
• Ang kumpletong bandwidth ng channel ay hindi magagamit sa FDM.
• Ang sistema ng FDM ay nangangailangan ng signal ng carrier.

Mga aplikasyon

Ang mga aplikasyon ng frequency division multiplexing ay kinabibilangan ng mga sumusunod.

• Mas maaga, ang FDM ay ginagamit sa cellular telephone system at harmonic telegraphy sistema ng komunikasyon .
• Ang frequency division multiplexing ay pangunahing ginagamit sa radio broadcasting.
• Ginagamit din ang FDM sa pagsasahimpapawid sa TV.
• Ang ganitong uri ng multiplexing ay naaangkop sa sistema ng telepono upang makatulong sa pagpapadala ng ilang mga tawag sa telepono sa iisang link o solong transmission line.
• Ginagamit ang FDM sa a sistema ng komunikasyon ng satellite para sa pagpapadala ng iba't ibang mga channel ng data.
• Ito ay ginagamit sa FM transmission system o stereo frequency modulation.
• Ito ay ginagamit sa AM radio transmission system/Amplitude Modulation.
• Ginagamit ito para sa mga pampublikong telepono at cable TV system.
• Ginagamit ito sa pagsasahimpapawid.
• Ito ay ginagamit sa AM at FM na pagsasahimpapawid.
• Ginagamit ito sa mga wireless network, cellular network, atbp.
• Ginagamit ang FDM sa mga sistema ng koneksyon sa broadband at gayundin sa mga modem ng DSL (Digital Subscriber Line).
• Ang FDM system ay pangunahing ginagamit para sa multimedia data tulad ng audio, video at pagpapadala ng imahe.

Kaya ito ay isang pangkalahatang-ideya ng Frequency division multiplexing o FDM. Ito ay isang multiplexing technique na naghihiwalay sa umiiral na bandwidth sa ilang mga sub-band kung saan ang bawat isa ay maaaring magdala ng signal. Kaya, ang multiplexing na ito ay nagbibigay-daan sa sabay-sabay na mga pagpapadala sa itaas ng isang nakabahaging daluyan ng komunikasyon. Ang multiplexing na ito ay nagbibigay-daan sa system na magpadala ng malaking halaga ng data sa isang bilang ng mga segment na ipinadala sa itaas ng mga independiyenteng frequency sub-band. Narito ang isang tanong para sa iyo, ano ang time division multiplexing?