Multiplexování v telekomunikačních a počítačových sítích je typ techniky používané ke kombinování a přenosu četných datových signálů přes jediné médium. V multiplexování metoda, multiplexer Hardware (MUX) hraje významnou roli při dosahování multiplexování sloučením „n“ vstupních linek za účelem vytvoření jediné výstupní linky. Tato metoda tedy vychází hlavně z konceptu many-to-one, což znamená n-vstupních linek a jednu výstupní linku. Existují různé typy technik multiplexování, jako je; FDM, TDM, CDM , SDM a OFDM. Tento článek poskytuje stručné informace o jednom z typů technik multiplexování, jako je; prostorového multiplexování nebo SDM.
Co je Space Division Multiplexing (SDM)?
Technika multiplexování v rámci bezdrátové sítě komunikační systém se používá ke zvýšení kapacity systému prostým využitím fyzického oddělení uživatelů, je známé jako prostorové multiplexování nebo prostorové multiplexování (SDM). V této technice multiplexování několik antény se používají na obou koncích vysílače a přijímače k vytvoření paralelních komunikačních kanálů. Tyto komunikační kanály jsou na sobě nezávislé, což umožňuje několika uživatelům současně přenášet data v rámci podobného frekvenčního pásma s výjimkou rušení.
Kapacitu bezdrátového komunikačního systému lze zlepšit jednoduchým zapojením více antén pro vytvoření více nezávislých kanálů. Tato technika multiplexování se běžně používá v bezdrátových komunikačních systémech, jako je; Wi-Fi, satelitní komunikační systémy a mobilní sítě.
Příklad SDM v podmořském optickém kabelu
Prostorový multiplex v aplikaci podmořského optického kabelu je rozdělen do tří přenosových systémů; jednojádrové vlákno C-band, jednojádrové vlákno C+L-band a vícejádrové vlákno C-band přenos. Schéma tří přenosových světelných drah je uvedeno níže.
Jednojádrové vlákno C-band v podmořském optickém kabelovém přenosovém systému je vybaveno pouze zařízením EDFA pro zlepšení signálu. EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) je jeden druh OFA, který je optickým zesilovačem prostřednictvím erbiových iontů obsažených v jádru optického vlákna. EDFA má některé funkce jako; nízký šum, vysoký zisk a nezávislost na polarizaci. Zesiluje optické signály v pásmu 1,55 μm (nebo) 1,58 μm.
Jednojádrový přenosový systém v pásmu C+L vyžaduje dva EDFA pro odpovídající zlepšení dvoupásmových signálů. Vícejádrový vláknový přenosový systém v pásmu C je velmi komplikovaný a vyžaduje rozvětvení každého vlákna vlákna a jeho vložení do zesilovače signálu a poté ventilátoru signálu zesilovače do vícežilového optického kabelu.
Kdykoli je poměr signálu k šumu 3kanálového přenosového systému přibližně 9,5 dB, pak jednojádrový přenosový systém v pásmu C+L potřebuje 37 párů optických vláken, aby dosáhl maximální přenosové kapacity optického kabelu.
Vícejádrový přenosový systém C-band potřebuje 19 až 20 párů vláken, aby dosáhl nejvyšší přenosové schopnosti. Přenosový systém v pásmu C+L s jedním jádrem vyžaduje pouze třináct párů optických kabelů k rozšíření nejvyšší kapacity; jeho nejvyšší kapacita je však 70 % pouze jednojádrového C-band optického přenosu.
V technologii SDM je vzdálenost každého podmořského optického kabelu nastavena na 60 km pro výpočet požadovaného napětí třemi přenosovými systémy. Jednojádrové pásmo C a pásmo C+L vyžadují nižší napětí až do maximálního napětí 15 kV. Ve srovnání s vícelinkovými přenosovými systémy FOC jsou jejich napětí nižší, protože vícejádrové optické přenosové systémy potřebují pro dokončení přenosu další zesilovače.
Ve třech přenosových systémech multiplexování s prostorovým dělením je přenosová schopnost jednojádrového vláknového C+L-pásma a vícejádrového C-pásma menší ve srovnání s jednojádrovým vláknovým C-pásmovým přenosem. Jednojádrové vláknové systémy C-band & C+L-wave mohou využívat nižší napětí a spotřebu energie ve srovnání s vícejádrovými systémy, pokud je podobná kapacita dosažitelná prostřednictvím vícejádrových systémů.
Space Division Multiplexing funguje
Space Division Multiplexing (SDM) funguje tak, že využívá prostorovou dimenzi k současnému přenosu více nezávislých datových toků. Zde je zjednodušené vysvětlení, jak to funguje:
- Prostorová separace : SDM spoléhá na fyzické oddělení přenosových cest pro různé datové toky. Tohoto oddělení lze dosáhnout pomocí různých technik v závislosti na médiu přenosu, jako je použití různých optických vláken, anténních prvků nebo akustických cest.
- Více kanálů : Každá prostorově oddělená cesta představuje odlišný komunikační kanál. Tyto kanály lze využít k souběžnému přenosu nezávislých datových toků, aniž by se navzájem rušily.
- Kódování a modulace dat : Před přenosem jsou data určená pro každý kanál podrobena kódovacím a modulačním technikám, aby byla převedena do formátu vhodného pro přenos přes zvolené médium. To typicky zahrnuje konverzi digitálních dat na analogové signály modulované na specifických frekvencích nebo jiných vlastnostech vhodných pro přenosové médium.
- Simultánní přenos : Jakmile jsou data zakódována a modulována, jsou přenášena současně přes prostorově oddělené kanály. Tento simultánní přenos umožňuje zvýšenou datovou propustnost a efektivní využití dostupných komunikačních zdrojů.
- Dekódování přijímače : Na přijímací straně jsou signály ze všech prostorových kanálů přijímány a zpracovávány samostatně. Každý kanál je demodulován a dekódován, aby se obnovily původní datové toky. Vzhledem k tomu, že kanály jsou prostorově odděleny, dochází mezi nimi k minimální interferenci, což umožňuje spolehlivou obnovu dat.
- Integrace datových toků : Nakonec jsou obnovené datové toky ze všech kanálů integrovány pro rekonstrukci původních přenášených dat. Tento integrační proces závisí na konkrétní aplikaci a může zahrnovat úkoly, jako je oprava chyb, synchronizace a agregace dat.
Celkově umožňuje multiplexování s dělením prostoru současný přenos více nezávislých datových toků využitím prostorového oddělení, čímž se zvyšuje komunikační kapacita a efektivita. Běžně se používá v různých komunikačních systémech, včetně sítí optických vláken, bezdrátové komunikace, satelitní komunikace a podvodní akustické komunikace.
Příklady multiplexování s dělením prostoru
Prvním příkladem SDM je celulární komunikace, protože v této komunikaci se opět používá stejná sada nosných frekvencí v buňkách, které nejsou blízko sebe.
- Komunikace pomocí optických vláken : V optických komunikačních systémech může být současně přenášeno více kanálů stejným vláknem pomocí různých prostorových cest. Každá prostorová cesta může představovat jinou vlnovou délku (Wavelength Division Multiplexing – WDM) nebo jiný polarizační stav (Polarization Division Multiplexing – PDM). To umožňuje zvýšenou kapacitu přenosu dat bez nutnosti pokládat další fyzické kabely.
- Vícenásobné anténní systémy : V bezdrátové komunikaci využívají systémy s více vstupy a více výstupy (MIMO) více antén na vysílači i přijímači pro zlepšení spektrální účinnosti. Každý anténní pár tvoří prostorový kanál a data jsou přenášena těmito kanály současně, což efektivně zvyšuje kapacitu bezdrátového spojení.
- Satelitní komunikace : Satelitní komunikační systémy často využívají techniky SDM k přenosu více signálů současně pomocí různých frekvenčních pásem nebo prostorových cest. To umožňuje efektivnější využití satelitních zdrojů a zvýšenou datovou propustnost pro aplikace, jako je vysílání, internetové služby a vzdálený průzkum Země.
- Podvodní akustická komunikace : V podvodním prostředí se akustické vlny používají ke komunikaci kvůli jejich schopnosti cestovat na velké vzdálenosti. SDM lze použít pomocí více hydrofonů a vysílačů k vytvoření prostorově oddělených kanálů, což umožňuje současný přenos více datových toků a zvyšuje celkovou komunikační kapacitu.
- Propojení integrovaných obvodů : V rámci elektronických zařízení, jako jsou počítačové procesory nebo síťová zařízení, lze techniky prostorového multiplexování použít k propojení více komponent nebo jader na čipu. Směrováním signálů různými fyzickými cestami mohou být data přenášena souběžně mezi různými procesorovými jednotkami, což zvyšuje celkový výkon a propustnost systému.
Výhody nevýhody
The výhody multiplexování s dělením prostoru zahrnout následující.
- Technika SDM zlepšuje prostorovou hustotu optického vlákna v jednotkovém průřezu.
- Zvyšuje počet prostorových přenosových kanálů v rámci společného opláštění.
- SDM je kombinací FDM nebo frekvenčního multiplexování a TDM popř multiplexování s časovým dělením .
- Přenáší zprávy s využitím specifické frekvence, takže určitý kanál může být po určitou dobu využíván proti určitému frekvenčnímu pásmu.
- Tato technika multiplexování jednoduše umožňuje optickému vláknu přenášet několik signálů, které jsou vysílány na různých vlnových délkách, aniž by se vzájemně rušily.
- SDM vyvíjí energetickou účinnost a výrazně umožňuje nižší náklady na každý bit.
- Technika SDM zlepšuje spektrální účinnost pro každé vlákno jednoduchým multiplexováním signálů v ortogonálních LP režimech ve FMF (few-mode fiber) a vícejádrových vláknech.
- Vývoj je poměrně jednoduchý a nejsou nutné žádné zásadní nové optické komponenty.
- Nejlepší využití šířky pásma.
- V rámci SDM lze opět použít pevnou frekvenci.
- SDM lze implementovat v rámci čistě optických kabelů.
- Jeho propustnost je extrémně vysoká díky optickým kabelům.
- Nejlepší využití frekvence díky několika technikám multiplexování a optickým vláknům.
The nevýhody multiplexování s dělením prostoru zahrnout následující.
- Náklady na SDM stále výrazně rostou, protože se zlepšuje počet přenosových kanálů.
- Multiplexování využívá složité algoritmy a protokoly ke sloučení a rozdělení různých vysílaných signálů. Takže to zlepšuje obtížnost sítě a ztěžuje její údržbu a odstraňování problémů.
- Multiplexování způsobuje interferenci mezi vysílanými signály, což může poškodit hodnotu přenášených dat.
- Tato technika multiplexování potřebuje určité množství šířky pásma pro proceduru multiplexování, což může snížit množství dostupné šířky pásma pro přenos skutečných dat.
- Implementace a údržba tohoto multiplexování je nákladná kvůli složitosti a požadovanému specializovanému vybavení.
- Toto multiplexování ztěžuje ukládání přenášených dat, protože několik signálů je posíláno nad podobným kanálem.
- U SDM může dojít k závěru.
- SDM čelí vysokým inferenčním ztrátám.
- V SDM se používá stejná sada frekvencí nebo stejná sada signálů TDM na dvou různých místech
Space Division Multiplexing Applications
The aplikace prostorového multiplexování zahrnout následující.
- Prostorové multiplexování se používá v pozemních sítích dvěma různými metodami; Komponenty kompatibilní s SDM uspořádané v rámci přenosové i přepínací infrastruktury (nebo) implementace SDM pouze v rámci přepínací architektury.
- Technika prostorového multiplexování v rámci bezdrátové komunikace MIMO a optické vlákno komunikace se používá k vysílání nezávislých kanálů, které jsou odděleny v prostoru.
- SDM se používá v celulárních sítích ve formě technologie Multiple Input Multiple Output, která využívá několik antén na obou koncích vysílače a přijímače pro zvýšení hodnoty i schopnosti komunikačního spojení.
- SDM označuje metodu pro pochopení multiplexování optických vláken s dělením prostoru.
- Technika SDM se používá pro přenos optických dat všude tam, kde se používá více prostorových kanálů jako u vícejádrových vláken.
- Technika multiplexování s prostorovým dělením pro přenos optickým vláknem pomáhá překonat kapacitní limit WDM.
- SDM se používá v technologii GSM.
Tedy, toto je přehled multiplexování s dělením prostoru , fungování, příklady, výhody, nevýhody a aplikace. Technologie SDM odpovídá rostoucímu trendu komunikace OFC nebo optických vláken. Tato technika multiplexování je hlavní inovací a vyvinutým způsobem technologie OFC. Zde je pro vás otázka, co je multiplexování s časovým dělením nebo TDM?
