주파수 분할 다중화 : 블록 다이어그램, 작동 및 응용

멀티플렉싱 기술은 1870년에 개발되었지만 20세기 후반에 개발되었습니다. 디지털 통신에 훨씬 더 적합해졌습니다. 통신에서는 멀티플렉싱 기술은 단일 매체를 통해 여러 데이터 스트림을 결합하고 전송하는 데 사용됩니다. 따라서 멀티플렉싱에 사용되는 하드웨어는 단일 o/p 라인을 생성하기 위해 n개의 입력 라인을 병합하는 멀티플렉서 또는 MUX로 알려져 있습니다. 다중화 방법은 단일 회선을 통해 수많은 전화 통화가 전달되는 통신에 널리 사용됩니다. 다중화는 다음과 같은 세 가지 유형으로 분류됩니다. 주파수 분할, 파장 분할(WDM) , 그리고 시분할. 현재 이 세 가지 다중화 기술은 통신 프로세스에서 매우 중요한 자산이 되었으며 전화선, AM 및 FM 라디오, 광섬유를 통해 독립적인 신호를 송수신하는 방식을 크게 개선했습니다. 이 기사에서는 FDM 또는 주파수 분할 다중화 – 작업 및 응용 프로그램.

주파수 분할 다중화란 무엇입니까?

주파수 분할 다중화 정의는 공유 매체를 통해 둘 이상의 신호를 결합하는 데 사용되는 다중화 기술입니다. 이러한 유형의 다중화에서는 서로 다른 주파수의 신호가 병합되어 동시 전송됩니다. FDM에서는 모든 신호가 주 채널의 다른 주파수에 할당되는 단일 통신 회선 또는 채널을 통한 전송을 위해 여러 신호가 병합됩니다.

주파수 분할 다중화 블록 선도

송신기와 수신기를 포함하는 주파수 분할 블록 다이어그램이 아래에 나와 있습니다. FDM에서 m1(t), m2(t) 및 m3(t)와 같은 다양한 메시지 신호는 fc1, fc2 및 fc3과 같은 다양한 반송파 주파수에서 변조됩니다. 이러한 방식으로, 서로 다른 변조 신호는 주파수 영역 내에서 서로 분리됩니다. 이러한 변조된 신호는 함께 병합되어 채널/전송 매체를 통해 전송되는 합성 신호를 형성합니다.

두 메시지 신호 사이의 간섭을 피하기 위해 이 두 신호 사이에 가드 밴드도 유지됩니다. 가드 밴드는 두 개의 넓은 주파수 범위를 분리하는 데 사용됩니다. 이것은 동시에 사용되는 통신 채널이 전송 품질 저하에 영향을 미칠 수 있는 간섭을 경험하지 않도록 합니다.

위의 그림에서 볼 수 있듯이 세 가지 다른 메시지 신호가 다양한 주파수에서 변조됩니다. 그런 다음 단일 복합 신호로 병합됩니다. 변조된 신호가 겹치지 않도록 각 신호의 반송파 주파수를 선택해야 합니다. 이와 같이 다중화된 신호 내의 각각의 변조된 신호는 단순히 주파수 영역 내에서 서로 분리되어 있다.

수신기 끝에서 대역 통과 필터는 각 변조 신호를 복합 신호 및 역다중화에서 분리하는 데 사용됩니다. 역다중화된 신호를 LPF를 통해 전송함으로써 모든 메시지 신호를 복구할 수 있다. 이것이 일반적인 FDM(Frequency Division Multiplexing) 방식입니다.

주파수 분할 다중화는 어떻게 작동합니까?

FDM 시스템에서 송신단에는 여러 개의 송신기가 있고 수신단에는 여러 개의 수신기가 있습니다. 송신기와 수신기 사이에 통신 채널이 있습니다. FDM에서 송신기 끝에서 모든 송신기는 다른 주파수로 신호를 전송합니다. 예를 들어, 첫 번째 송신기는 30kHz 주파수의 신호를 전송하고, 두 번째 송신기는 40kHz 주파수의 신호를 전송하며, 세 번째 송신기는 50kHz 주파수의 신호를 전송합니다.

그 후, 서로 다른 주파수를 가진 이러한 신호는 다중화된 신호를 통신 채널을 통해 전송하는 다중화기로 알려진 장치와 결합됩니다. FDM은 매우 널리 사용되는 다중화 방식인 아날로그 방식입니다. 수신기 측에서 디멀티플렉서는 다중화된 신호를 분리하는 데 사용되며 분리된 신호를 특정 수신기로 전송합니다.

일반적인 FDM에는 총 n개의 채널이 있습니다. 여기서 n은 1보다 큰 정수입니다. 각 채널은 1비트의 정보를 전달하며 고유한 반송파 주파수를 가집니다. 각 채널의 출력은 다른 모든 채널과 다른 주파수로 전송됩니다. 각 채널에 대한 입력은 시간 또는 초당 사이클 단위로 측정될 수 있는 양 dt만큼 지연됩니다.

각 채널을 통한 지연은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

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

I(t) = 1/T + C2 *

I(t) = 1/T + C3 *

여기서 T = 시간 단위의 신호 주기(이 경우 나노초). C1, C2 및 C3은 전송되는 신호 유형과 변조 방식에 따라 달라지는 상수입니다.

각 채널은 채널을 통과하는 광파에 대한 필터 역할을 하는 광자 결정 배열로 구성됩니다. 각 수정은 특정 파장의 빛만 통과할 수 있습니다. 다른 것들은 그들의 구조나 인접한 결정으로부터의 반사에 의해 완전히 차단됩니다.

FDM은 사용자마다 추가 수신기를 사용해야 하므로 비용이 많이 들고 모바일 장치에 설치하기 어려울 수 있습니다. 이 문제는 다음과 같은 주파수 변조 기술을 사용하여 해결되었습니다. OFDM(직교 주파수 분할 다중화) . OFDM 전송은 단일 반송파 주파수에서 서로 다른 사용자에게 서로 다른 부반송파를 할당하여 필요한 수신기 수를 줄입니다.

기지국과 각 이동 장치가 시간이 지남에 따라 동기화되어야 하기 때문에 추가 수신기가 필요합니다. 이 다중화에서는 버스트 모드에서 데이터를 보낼 수 없으므로 데이터가 계속 전송되므로 수신기는 다음 패킷을 수신하기 전에 다음 패킷이 수신될 때까지 기다려야 합니다. 다른 기지국에서 다른 속도로 패킷을 수신할 수 있는 특수 수신기가 필요합니다. 그렇지 않으면 패킷을 올바르게 디코딩할 수 없습니다.

FDM 시스템에 포함된 송신기와 수신기의 수를 '송신기-수신기 쌍' 또는 줄여서 TRP라고 합니다. 사용 가능해야 하는 TRP의 수는 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.

NumberOfTRPs = (송신기 수) (# 포인트 받기) (# 안테나)

예를 들어 3개의 송신기와 4개의 수신 지점(RP)이 있는 경우 3개의 송신기와 4개의 RP가 있으므로 9개의 TRP가 있습니다. 간단하게 하기 위해 각 RP에 RP 안테나가 있고 각 TRP에 2개의 RP 안테나가 있다고 가정합니다. 이는 9개의 TRPS가 더 필요함을 의미합니다.

이 멀티플렉싱은 다음 중 하나일 수 있습니다. 포인트 투 포인트 또는 포인트 투 멀티 포인트 . 점대점 모드에서 각 사용자는 자체 송신기, 수신기 및 안테나가 있는 전용 채널을 가집니다. 이 경우 사용자당 하나 이상의 송신기가 있을 수 있으며 모든 사용자는 다른 채널을 사용합니다. Point-to-Multipoint 모드에서 모든 사용자는 동일한 채널을 공유하지만 각 사용자의 송신기와 수신기는 동일한 채널에 있는 다른 사용자의 송신기와 수신기에 연결됩니다.

주파수 분할 다중화 대 시분할 다중화

주파수 분할 다중화와 시분할 다중화 간의 차이점은 아래에서 설명합니다.

장점과 단점

그만큼 주파수 분할 멀티플렉신의 장점 g 다음을 포함합니다.

• FDM의 송신기와 수신기는 동기화가 필요하지 않습니다.
• 더 간단하고 복조가 쉽습니다.
• 느린 협대역 때문에 하나의 채널만 효과를 얻습니다.
• FDM은 아날로그 신호에 적용할 수 있습니다.
• 다수의 채널을 동시에 전송할 수 있습니다.
• 비싸지 않습니다.
• 이 멀티플렉싱은 높은 신뢰성을 가지고 있습니다.
• 이 다중화를 이용하면 잡음과 왜곡이 적고 효율이 높은 멀티미디어 데이터를 전송할 수 있다.

그만큼 주파수 분할 다중화의 단점 다음을 포함하십시오.

• FDM에는 누화 문제가 있습니다.
• FDM은 몇 개의 저속 채널이 선호되는 경우에만 적용 가능합니다.
• 중간 왜곡이 발생합니다.
• FDM 회로는 복잡합니다.
• 더 많은 대역폭이 필요합니다.
• 더 적은 처리량을 제공합니다.
• TDM에 비해 FDM이 제공하는 대기 시간이 더 깁니다.
• 이 멀티플렉싱에는 동적 조정이 없습니다.
• FDM에는 많은 수의 필터와 변조기가 필요합니다.
• 이 멀티플렉싱 채널은 광대역 페이딩의 영향을 받을 수 있습니다.
• 채널의 전체 대역폭은 FDM에서 사용할 수 없습니다.
• FDM 시스템에는 반송파 신호가 필요합니다.

애플리케이션

주파수 분할 다중화의 응용 프로그램은 다음과 같습니다.

• 이전에 FDM은 셀룰러 전화 시스템 및 고조파 전신에 사용되었습니다. 의사 소통 시스템 .
• 주파수 분할 다중화는 주로 라디오 방송에서 사용됩니다.
• FDM은 TV 방송에서도 사용됩니다.
• 이러한 유형의 다중화는 단일 링크 또는 단일 전송 라인을 통해 여러 전화 통화를 전송하는 데 도움이 되는 전화 시스템에 적용할 수 있습니다.
• FDM은 위성 통신 시스템 다양한 데이터 채널을 전송합니다.
• FM 전송 시스템 또는 스테레오 주파수 변조에 사용됩니다.
• AM 라디오 전송 시스템/진폭 변조에 사용됩니다.
• 공중 전화 및 케이블 TV 시스템에 사용됩니다.
• 방송에 사용됩니다.
• AM 및 FM 방송에서 사용됩니다.
• 무선 네트워크, 셀룰러 네트워크 등에 사용됩니다.
• FDM은 광대역 연결 시스템과 DSL(Digital Subscriber Line) 모뎀에도 사용됩니다.
• FDM 시스템은 주로 오디오, 비디오 및 이미지 전송과 같은 멀티미디어 데이터에 사용됩니다.

따라서 이것은 주파수 분할 다중화 개요 또는 FDM. 이것은 기존 대역폭을 각각 신호를 전달할 수 있는 여러 하위 대역으로 분리하는 다중화 기술입니다. 따라서 이 다중화를 통해 공유 통신 매체를 통해 동시 전송이 가능합니다. 이 멀티플렉싱을 통해 시스템은 독립적인 주파수 하위 대역 위로 전송되는 여러 세그먼트를 통해 엄청난 양의 데이터를 전송할 수 있습니다. 시분할 다중화란 무엇입니까?