Ghép kênh trong mạng viễn thông và máy tính là một loại kỹ thuật được sử dụng để kết hợp và truyền nhiều tín hiệu dữ liệu trên một phương tiện duy nhất. bên trong ghép kênh phương pháp, bộ ghép kênh Phần cứng (MUX) đóng một vai trò quan trọng trong việc đạt được khả năng ghép kênh bằng cách hợp nhất các dòng đầu vào 'n' để tạo ra một dòng đầu ra duy nhất. Vì vậy, phương pháp này chủ yếu tuân theo khái niệm nhiều-một, có nghĩa là n dòng đầu vào và một dòng đầu ra. Có nhiều loại kỹ thuật ghép kênh khác nhau như; FDM, TDM, CDM , SDM & OFDM. Bài viết này cung cấp thông tin ngắn gọn về một trong các loại kỹ thuật ghép kênh như; ghép kênh phân chia không gian hoặc SDM.
Ghép kênh phân chia không gian (SDM) là gì?
Một kỹ thuật ghép kênh trong mạng không dây hệ thống thông tin liên lạc được sử dụng để nâng cao dung lượng hệ thống bằng cách khai thác sự phân tách vật lý của người dùng được gọi là ghép kênh phân chia không gian hoặc ghép kênh phân chia không gian (SDM). Trong kỹ thuật ghép kênh này, một số ăng ten được sử dụng ở cả hai đầu của máy phát và máy thu để tạo các kênh liên lạc song song. Các kênh liên lạc này độc lập với nhau, cho phép nhiều người dùng truyền dữ liệu đồng thời trong một dải tần tương tự ngoại trừ nhiễu.
Dung lượng hệ thống truyền thông không dây có thể được cải thiện bằng cách thêm nhiều ăng-ten hơn để tạo thành các kênh độc lập hơn. Kỹ thuật ghép kênh này được sử dụng phổ biến trong các hệ thống truyền thông không dây như; Wifi, hệ thống thông tin vệ tinh & mạng di động.
SDM trong ví dụ về cáp quang dưới biển
Ghép kênh phân chia không gian trong ứng dụng cáp quang dưới biển được chia thành ba hệ thống truyền dẫn; Truyền dẫn băng tần C sợi đơn lõi, truyền dẫn băng tần C + L sợi đơn lõi và băng tần C sợi đa lõi. Sơ đồ đường dẫn ánh sáng của ba hệ thống truyền tải được hiển thị bên dưới.
Băng tần C sợi đơn lõi trong hệ thống truyền dẫn cáp quang dưới biển chỉ được trang bị thiết bị EDFA để cải thiện tín hiệu. EDFA (Bộ khuếch đại sợi pha tạp Erbium) là một loại OFA là bộ khuếch đại quang thông qua các ion erbium có trong lõi sợi quang. EDFA có một số tính năng như; tiếng ồn thấp, độ lợi cao và phân cực độc lập. Nó khuếch đại tín hiệu quang trong dải 1,55 μm (hoặc) 1,58 μm.
Hệ thống truyền dẫn băng tần C+L lõi đơn yêu cầu hai EDFA để cải thiện tín hiệu hai băng tần tương ứng. Hệ thống truyền dẫn băng tần C sợi quang đa lõi rất phức tạp và nó đòi hỏi phải phân tán từng lõi sợi quang và đưa nó vào bộ khuếch đại tín hiệu, sau đó quạt trong tín hiệu bộ khuếch đại vào cáp quang đa lõi.
Bất cứ khi nào tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm của hệ thống truyền 3 kênh là khoảng 9,5dB, thì hệ thống truyền dẫn băng tần C+L lõi đơn cần 37 cặp sợi quang để đạt được khả năng truyền dẫn cáp quang tối đa.
Hệ thống truyền dẫn băng tần C sợi quang đa lõi cần 19 đến 20 cặp sợi để đạt được khả năng truyền dẫn cao nhất. Hệ thống truyền dẫn băng tần C+L sợi đơn lõi chỉ cần 13 cặp cáp quang để trải công suất cao nhất; tuy nhiên, công suất cao nhất của nó chỉ là 70% đường truyền cáp quang băng tần C lõi đơn.
Trong công nghệ SDM, khoảng cách của mỗi cáp quang dưới biển được đặt là 60km để tính toán điện áp yêu cầu của ba hệ thống truyền tải. Dải C lõi đơn và dải C+L cần điện áp thấp hơn đến mức điện áp tối đa 15 kV. So với hệ thống truyền tải FOC nhiều đường, điện áp của chúng thấp hơn vì hệ thống truyền dẫn cáp quang đa lõi cần thêm bộ khuếch đại để hoàn thành việc truyền tải.
Trong ba hệ thống truyền dẫn ghép kênh phân chia không gian, khả năng truyền của băng tần C+L lõi đơn và băng tần C đa lõi nhẹ hơn so với truyền dẫn băng tần C sợi đơn lõi. Hệ thống sợi quang C-band & C+L-wave lõi đơn có thể sử dụng điện áp và mức sử dụng năng lượng thấp hơn so với hệ thống đa lõi nếu có thể đạt được công suất tương tự thông qua đa lõi.
Hoạt động ghép kênh phân chia không gian
Ghép kênh phân chia không gian (SDM) hoạt động bằng cách khai thác chiều không gian để truyền đồng thời nhiều luồng dữ liệu độc lập. Đây là lời giải thích đơn giản về cách thức hoạt động của nó:
- Tách không gian : SDM dựa vào việc phân chia vật lý các đường truyền cho các luồng dữ liệu khác nhau. Sự phân tách này có thể đạt được bằng cách sử dụng các kỹ thuật khác nhau tùy thuộc vào phương tiện truyền dẫn, chẳng hạn như sử dụng các sợi quang, phần tử ăng-ten hoặc đường dẫn âm thanh khác nhau.
- Nhiều kênh : Mỗi đường dẫn được phân tách theo không gian đại diện cho một kênh liên lạc riêng biệt. Các kênh này có thể được sử dụng để truyền các luồng dữ liệu độc lập đồng thời mà không gây nhiễu lẫn nhau.
- Mã hóa và điều chế dữ liệu : Trước khi truyền, dữ liệu dành cho mỗi kênh phải trải qua các kỹ thuật mã hóa và điều chế để chuyển đổi nó thành định dạng phù hợp để truyền qua phương tiện đã chọn. Điều này thường liên quan đến việc chuyển đổi dữ liệu số thành tín hiệu tương tự được điều chế ở tần số cụ thể hoặc các thuộc tính khác phù hợp với môi trường truyền dẫn.
- Truyền đồng thời : Sau khi dữ liệu được mã hóa và điều chế, nó sẽ được truyền đồng thời qua các kênh được phân tách theo không gian. Việc truyền đồng thời này cho phép tăng thông lượng dữ liệu và sử dụng hiệu quả các tài nguyên truyền thông sẵn có.
- Giải mã máy thu : Ở đầu nhận, tín hiệu từ tất cả các kênh không gian được nhận và xử lý riêng biệt. Mỗi kênh được giải điều chế và giải mã để khôi phục các luồng dữ liệu gốc. Vì các kênh được tách biệt về mặt không gian nên giữa chúng có sự can thiệp tối thiểu, cho phép phục hồi dữ liệu đáng tin cậy.
- Tích hợp các luồng dữ liệu : Cuối cùng, các luồng dữ liệu được khôi phục từ tất cả các kênh được tích hợp để tái tạo lại dữ liệu được truyền ban đầu. Quá trình tích hợp này phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể và có thể bao gồm các tác vụ như sửa lỗi, đồng bộ hóa và tổng hợp dữ liệu.
Nhìn chung, ghép kênh phân chia không gian cho phép truyền đồng thời nhiều luồng dữ liệu độc lập bằng cách tận dụng sự phân tách không gian, từ đó tăng khả năng và hiệu quả truyền thông. Nó thường được sử dụng trong các hệ thống thông tin liên lạc khác nhau, bao gồm mạng cáp quang, thông tin liên lạc không dây, thông tin vệ tinh và thông tin liên lạc âm thanh dưới nước.
Ví dụ ghép kênh phân chia không gian
Ví dụ đầu tiên của SDM là giao tiếp di động vì trong giao tiếp này, tập hợp tần số sóng mang bằng nhau được sử dụng lại trong các ô không gần nhau.
- Truyền thông cáp quang : Trong hệ thống thông tin sợi quang, nhiều kênh có thể được truyền đồng thời qua cùng một sợi quang bằng cách sử dụng các đường dẫn không gian khác nhau. Mỗi đường dẫn không gian có thể biểu thị một bước sóng khác nhau (Ghép kênh phân chia theo bước sóng - WDM) hoặc một trạng thái phân cực khác (Ghép kênh phân chia phân cực - PDM). Điều này cho phép tăng dung lượng truyền dữ liệu mà không cần phải đặt thêm cáp quang vật lý.
- Nhiều hệ thống ăng-ten : Trong giao tiếp không dây, hệ thống nhiều đầu vào nhiều đầu ra (MIMO) sử dụng nhiều ăng-ten ở cả máy phát và máy thu để cải thiện hiệu suất phổ. Mỗi cặp ăng-ten tạo thành một kênh không gian và dữ liệu được truyền đồng thời qua các kênh này, giúp tăng hiệu quả dung lượng của liên kết không dây.
- Truyền thông vệ tinh : Hệ thống thông tin vệ tinh thường sử dụng kỹ thuật SDM để truyền nhiều tín hiệu đồng thời bằng các dải tần số hoặc đường dẫn không gian khác nhau. Điều này cho phép sử dụng tài nguyên vệ tinh hiệu quả hơn và tăng thông lượng dữ liệu cho các ứng dụng như phát thanh truyền hình, dịch vụ internet và viễn thám.
- Truyền thông âm thanh dưới nước : Trong môi trường dưới nước, sóng âm được sử dụng để liên lạc do khả năng truyền đi khoảng cách xa. SDM có thể được sử dụng bằng cách sử dụng nhiều ống nghe dưới nước và máy phát để tạo các kênh tách biệt về mặt không gian, cho phép truyền đồng thời nhiều luồng dữ liệu và tăng khả năng liên lạc tổng thể.
- Kết nối mạch tích hợp : Trong các thiết bị điện tử, chẳng hạn như bộ xử lý máy tính hoặc thiết bị mạng, kỹ thuật ghép kênh phân chia không gian có thể được áp dụng để kết nối nhiều thành phần hoặc lõi trên chip. Bằng cách định tuyến tín hiệu qua các đường dẫn vật lý khác nhau, dữ liệu có thể được truyền đồng thời giữa các đơn vị xử lý khác nhau, nâng cao hiệu suất và thông lượng tổng thể của hệ thống.
Ưu điểm và nhược điểm
Các Ưu điểm của ghép kênh phân chia không gian bao gồm những điều sau đây.
- Kỹ thuật SDM cải thiện mật độ không gian của sợi quang theo mặt cắt đơn vị.
- Nó tăng số lượng kênh truyền không gian trong một lớp phủ chung.
- SDM là sự kết hợp của FDM hoặc ghép kênh phân chia tần số & TDM hoặc ghép kênh phân chia thời gian .
- Nó truyền tin nhắn bằng cách sử dụng một tần số cụ thể, do đó, một kênh cụ thể có thể được sử dụng trên một dải tần số cụ thể trong một thời gian.
- Kỹ thuật ghép kênh này chỉ đơn giản cho phép một sợi quang truyền một số tín hiệu được gửi ở các bước sóng khác nhau mà không gây nhiễu lẫn nhau.
- SDM phát triển hiệu quả sử dụng năng lượng và cho phép giảm chi phí đáng kể cho mỗi bit.
- Kỹ thuật SDM cải thiện hiệu suất phổ cho từng sợi bằng cách ghép kênh tín hiệu trong các chế độ LP trực giao trong FMF (sợi ít chế độ) và sợi đa lõi.
- Quá trình phát triển khá đơn giản và không cần các thành phần quang học mới cơ bản.
- Sử dụng băng thông tốt nhất.
- Tần số cố định có thể được sử dụng lại trong SDM.
- SDM có thể được triển khai trong cáp quang thuần túy.
- Thông lượng của nó cực kỳ cao nhờ cáp quang.
- Sử dụng tần số tốt nhất nhờ một số kỹ thuật ghép kênh và cáp quang.
Các Nhược điểm của ghép kênh phân chia không gian bao gồm những điều sau đây.
- Chi phí của SDM vẫn tăng đáng kể do cải thiện số lượng kênh truyền.
- Ghép kênh sử dụng các thuật toán và giao thức phức tạp để hợp nhất và phân chia các tín hiệu khác nhau đang được phát. Vì vậy, điều này cải thiện độ khó của mạng và khiến việc bảo trì và khắc phục sự cố trở nên khó khăn hơn.
- Ghép kênh gây nhiễu giữa các tín hiệu được phát, có thể làm hỏng giá trị của dữ liệu được truyền.
- Kỹ thuật ghép kênh này cần một lượng băng thông nhất định cho quy trình ghép kênh, điều này có thể làm giảm lượng băng thông có sẵn để truyền dữ liệu thực.
- Việc triển khai và duy trì việc ghép kênh này rất tốn kém vì tính phức tạp và cần có thiết bị chuyên dụng.
- Việc ghép kênh này làm cho việc lưu dữ liệu được truyền trở nên khó khăn hơn vì một số tín hiệu đang được gửi trên một kênh tương tự.
- Trong SDM, một suy luận có thể xảy ra.
- SDM phải đối mặt với tổn thất suy luận cao.
- Trong SDM, cùng một bộ tần số hoặc cùng một bộ tín hiệu TDM được sử dụng ở hai nơi khác nhau
Ứng dụng ghép kênh phân chia không gian
Các ứng dụng của ghép kênh phân chia không gian bao gồm những điều sau đây.
- Ghép kênh phân chia không gian được sử dụng trong các mạng mặt đất thông qua hai phương pháp khác nhau; Các thành phần tương thích SDM được bố trí trong cả cơ sở hạ tầng truyền tải và chuyển mạch (hoặc) chỉ triển khai SDM trong kiến trúc chuyển mạch.
- Kỹ thuật ghép kênh phân chia không gian trong truyền thông không dây MIMO và sợi quang thông tin liên lạc được sử dụng để phát sóng các kênh độc lập được tách biệt trong không gian.
- SDM được sử dụng trong các mạng di động ở dạng công nghệ Nhiều đầu vào Nhiều đầu ra, sử dụng một số ăng-ten ở cả hai đầu máy phát và máy thu để nâng cao giá trị cũng như khả năng của liên kết truyền thông.
- SDM đề cập đến một phương pháp để hiểu việc ghép kênh sợi quang với sự phân chia không gian.
- Kỹ thuật SDM được sử dụng để truyền dữ liệu quang ở bất cứ nơi nào sử dụng nhiều kênh không gian như trong sợi đa lõi.
- Kỹ thuật ghép kênh phân chia không gian để truyền dẫn cáp quang giúp khắc phục giới hạn khả năng của WDM.
- SDM được sử dụng trong công nghệ GSM.
Như vậy, đây là Tổng quan về ghép kênh phân chia không gian , hoạt động, ví dụ, ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng. Công nghệ SDM phù hợp với xu hướng phát triển của OFC hoặc truyền thông cáp quang. Kỹ thuật ghép kênh này là một cải tiến lớn và cách phát triển của công nghệ OFC. Đây là câu hỏi dành cho bạn, ghép kênh phân chia thời gian hay TDM là gì?
