Multiplexação por Divisão de Frequência: Diagrama de Blocos, Funcionamento e Suas Aplicações

A técnica de multiplexação foi desenvolvida em 1870, porém no final do século XX; tornou-se muito mais aplicável para telecomunicações digitais. Nas telecomunicações, o Multiplexação A técnica é usada para combinar e enviar vários fluxos de dados em um único meio. Portanto, o hardware usado para multiplexação é conhecido como multiplexador ou MUX que mescla n linhas de entrada para produzir uma única linha o/p. O método de multiplexação é amplamente utilizado em telecomunicações, onde inúmeras chamadas telefônicas são realizadas em um único fio. A multiplexação é classificada em três tipos, como; divisão de frequência, divisão de comprimento de onda (WDM) , e divisão de tempo. Atualmente, essas três técnicas de multiplexação se tornaram um recurso muito significativo nos processos de telecomunicações e melhoraram muito a maneira como enviamos e recebemos sinais independentes por linhas telefônicas, rádio AM e FM e também fibras ópticas. Este artigo discute um dos tipos de multiplexação conhecidos como FDM ou multiplexação por divisão de frequência – funcionamento e suas aplicações.

O que é multiplexação por divisão de frequência?

A definição de multiplexação por divisão de frequência é: uma técnica de multiplexação usada para combinar mais de um sinal em um meio compartilhado. Nesse tipo de multiplexação, sinais com frequências diferentes são mesclados para transmissão simultânea. No FDM, vários sinais são mesclados para transmissão em um canal ou linha de comunicação única, onde cada sinal é alocado para uma frequência diferente no canal principal.

Diagrama de blocos de multiplexação por divisão de frequência

O diagrama de blocos de divisão de frequência é mostrado abaixo, que inclui um transmissor e um receptor. No FDM, os diferentes sinais de mensagem como m1(t), m2(t) e m3(t) são modulados em diferentes frequências portadoras como fc1, fc2 e fc3. Desta forma, os diferentes sinais modulados são separados uns dos outros dentro do domínio da frequência. Esses sinais modulados são mesclados para formar o sinal composto que é transmitido pelo canal/meio de transmissão.

Para evitar interferência entre os dois sinais de mensagem, uma banda de guarda também é mantida entre esses dois sinais. Uma banda de guarda é usada para separar duas amplas faixas de frequências. Isso garante que os canais de comunicação usados ​​simultaneamente não sofram interferências que afetariam a qualidade reduzida das transmissões.

Conforme mostrado na figura acima, existem três sinais de mensagem diferentes modulados em várias frequências. Depois disso, eles são mesclados em um único sinal composto. As frequências portadoras de cada sinal devem ser escolhidas de forma que não haja sobreposição de sinais modulados. Assim, cada sinal modulado dentro do sinal multiplexado é simplesmente separado um do outro dentro do domínio da frequência.

Na extremidade do receptor, filtros passa-banda são usados ​​para separar cada sinal modulado do sinal composto e demultiplexado. Ao transmitir o sinal desmultiplexado através do LPF, é possível recuperar todos os sinais de mensagem. É assim que funciona um método FDM (Frequency Division Multiplexing) típico.

Como funciona a multiplexação por divisão de frequência?

No sistema FDM, a extremidade do transmissor possui vários transmissores e a extremidade do receptor possui vários receptores. Entre o transmissor e o receptor, está o canal de comunicação. No FDM, no final do transmissor, cada transmissor transmite um sinal com uma frequência diferente. Por exemplo, o primeiro transmissor transmite um sinal com frequência de 30 kHz, o segundo transmissor transmite um sinal com frequência de 40 kHz e o terceiro transmissor transmite um sinal com frequência de 50 kHz.

Depois disso, esses sinais com diferentes frequências são combinados com um dispositivo conhecido como multiplexador que transmite os sinais multiplexados por meio de um canal de comunicação. FDM é um método analógico que é um método de multiplexação muito popular. Na extremidade do receptor, o desmultiplexador é usado para separar os sinais multiplexados e, em seguida, transmite esses sinais separados para os receptores específicos.

Um FDM típico tem um total de n canais, onde n é um inteiro maior que 1. Cada canal carrega um bit de informação e tem sua própria frequência de portadora. A saída de cada canal é enviada em uma frequência diferente de todos os outros canais. A entrada para cada canal é atrasada por uma quantidade dt, que pode ser medida em unidades de tempo ou ciclos por segundo.

O atraso através de cada canal pode ser calculado da seguinte forma:

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

I(t) = 1/T + C2 *

I(t) = 1/T + C3 *

onde T = período do sinal em unidades de tempo (no nosso caso são nanossegundos). C1, C2 e C3 são constantes que dependem do tipo de sinal que está sendo transmitido e seu esquema de modulação.

Cada canal consiste em uma matriz de cristais fotônicos que atuam como filtros para as ondas de luz que passam por eles. Cada cristal pode passar apenas certos comprimentos de onda de luz; outros são totalmente bloqueados por sua estrutura ou pela reflexão de um cristal adjacente.

O FDM requer o uso de um receptor adicional para cada usuário, o que pode ser caro e difícil de instalar em dispositivos móveis. Este problema foi resolvido usando técnicas de modulação de frequência, como multiplexação ortogonal por divisão de frequência (OFDM) . A transmissão OFDM reduz o número necessário de receptores, atribuindo diferentes subportadoras a diferentes usuários em uma única frequência de portadora.

Requer receptores adicionais porque a estação base e cada unidade móvel devem ser sincronizadas ao longo do tempo. Nesta multiplexação, os dados não podem ser enviados no modo burst, portanto, os dados são enviados continuamente, de modo que o receptor deve esperar até que o próximo pacote seja recebido antes de começar a receber o próximo. Requer que receptores especiais sejam capazes de receber pacotes em taxas diferentes de diferentes estações base, caso contrário, eles não seriam capazes de decodificá-los corretamente.

O número de transmissores e receptores envolvidos em sistemas FDM é chamado de “par transmissor-receptor” ou TRP para abreviar. O número de TRPs que devem estar disponíveis pode ser calculado usando a seguinte fórmula:

NumberOfTRPs = (# transmissores) (# pontos de recebimento) (# Antenas)

Por exemplo, se tivermos três transmissores e quatro pontos de recebimento (RPs), teremos nove TRPs porque são três transmissores e quatro RPs. Para manter as coisas simples, vamos supor que cada RP tenha uma antena RP e cada TRP tenha duas antenas RP; isso significa que precisaremos de mais nove TRPS:

Essa multiplexação pode ser ponto a ponto ou ponto a multi ponto . No modo ponto a ponto, cada usuário tem seu próprio canal dedicado com seu próprio transmissor, receptor e antena. Nesse caso, poderia haver mais de um transmissor por usuário e todos os usuários usariam canais diferentes. No modo ponto-a-multiponto, todos os usuários compartilham o mesmo canal, mas o transmissor e o receptor de cada usuário são conectados aos de outros usuários no mesmo canal.

Multiplexação por Divisão de Frequência x Multiplexação por Divisão de Tempo

A diferença entre multiplexação por divisão de frequência e multiplexação por divisão de tempo é discutida abaixo.

Vantagens e desvantagens

o vantagens da multiplexina por divisão de frequência g incluem o seguinte.

• O transmissor e receptor de FDM não precisa de nenhuma sincronização.
• É mais simples e sua demodulação é fácil.
• Apenas um canal terá efeito por causa da banda lenta e estreita.
• FDM é aplicável para sinais analógicos.
• Um grande número de canais pode ser transmitido simultaneamente.
• Não é caro.
• Esta multiplexação tem alta confiabilidade.
• Usando esta multiplexação, é possível transmitir dados multimídia com baixo ruído e distorção e também com alta eficiência.

o Desvantagens da multiplexação por divisão de frequência inclui o seguinte.

• FDM tem um problema de diafonia.
• O FDM é aplicável apenas quando alguns canais de menor velocidade são preferidos
• A distorção da intermediação ocorre.
• O circuito FDM é complexo.
• Precisa de mais largura de banda.
• Dá menos throughputs.
• Em comparação com o TDM, a latência fornecida pelo FDM é maior.
• Esta multiplexação não tem coordenação dinâmica.
• O FDM precisa de um grande número de filtros e moduladores.
• O canal desta multiplexação pode ser afetado pelo desvanecimento da banda larga
• A largura de banda completa do canal não pode ser utilizada no FDM.
• O sistema de FDM requer um sinal portador.

Formulários

As aplicações da multiplexação por divisão de frequência incluem as seguintes.

• Anteriormente, o FDM é usado no sistema de telefonia celular e na telegrafia harmônica sistema de comunicação .
• A multiplexação por divisão de frequência é usada principalmente na transmissão de rádio.
• O FDM também é usado na transmissão de TV.
• Esse tipo de multiplexação é aplicável no sistema telefônico para ajudar na transmissão de várias chamadas telefônicas em um único link ou linha de transmissão.
• FDM é usado em um sistema de comunicação por satélite para transmitir vários canais de dados.
• É usado em sistemas de transmissão FM ou modulação de frequência estéreo.
• É usado em sistemas de transmissão de rádio AM/modulação de amplitude.
• É usado para telefones públicos e sistemas de TV a cabo.
• É usado em radiodifusão.
• É usado em transmissões AM e FM.
• É usado em redes sem fio, redes celulares, etc.
• O FDM é utilizado em sistemas de conexão de banda larga e também em modems DSL (Digital Subscriber Line).
• O sistema FDM é usado principalmente para dados multimídia como transmissão de áudio, vídeo e imagem.

Assim é uma visão geral da multiplexação por divisão de frequência ou FDM. Esta é uma técnica de multiplexação que separa a largura de banda existente em várias sub-bandas onde cada uma pode transportar um sinal. Assim, esta multiplexação permite transmissões simultâneas acima de um meio de comunicação compartilhado. Essa multiplexação permite que o sistema transmita uma grande quantidade de dados através de vários segmentos transmitidos acima de sub-bandas de frequência independentes. Aqui está uma pergunta para você, o que é multiplexação por divisão de tempo?