Ghép kênh phân chia theo tần số: Sơ đồ khối, Hoạt động & Ứng dụng của nó

Kỹ thuật ghép kênh được phát triển vào năm 1870, tuy nhiên vào cuối thế kỷ 20; nó trở nên áp dụng nhiều hơn cho viễn thông kỹ thuật số. Trong viễn thông, các ghép kênh kỹ thuật được sử dụng để kết hợp và gửi nhiều luồng dữ liệu qua một phương tiện duy nhất. Vì vậy, phần cứng được sử dụng để ghép kênh được gọi là bộ ghép kênh hoặc MUX hợp nhất n dòng đầu vào để tạo ra một dòng o/p duy nhất. Phương pháp ghép kênh được sử dụng rộng rãi trong viễn thông, nơi có nhiều cuộc gọi điện thoại được thực hiện trên một dây duy nhất. Ghép kênh được phân thành ba loại như; phân chia tần số, phân chia bước sóng (WDM) , và phân chia thời gian. Hiện tại, ba kỹ thuật ghép kênh này đã trở thành một tài sản rất quan trọng trong các quy trình viễn thông và chúng đã cải thiện rất nhiều cách chúng ta gửi và nhận tín hiệu độc lập qua đường dây điện thoại, đài AM & FM và cả sợi quang. Bài viết này thảo luận về một trong các loại ghép kênh được gọi là FDM hoặc Ghép kênh tần số - làm việc & các ứng dụng của nó.

Ghép kênh phân chia theo tần số là gì?

Định nghĩa ghép kênh phân chia theo tần số là: một kỹ thuật ghép kênh được sử dụng để kết hợp nhiều tín hiệu trên một phương tiện dùng chung. Trong kiểu ghép kênh này, các tín hiệu có tần số khác nhau được hợp nhất để truyền đồng thời. Trong FDM, nhiều tín hiệu được hợp nhất để truyền qua một kênh hoặc một đường truyền thông duy nhất trong đó mọi tín hiệu được phân bổ cho một tần số khác nhau trong kênh chính.

Sơ đồ khối ghép kênh phân chia tần số

Sơ đồ khối phân chia tần số được hiển thị bên dưới bao gồm máy phát và máy thu. Trong FDM, các tín hiệu thông báo khác nhau như m1(t), m2(t) & m3(t) được điều chế ở các tần số sóng mang khác nhau như fc1, fc2 & fc3. Theo cách này, các tín hiệu điều chế khác nhau được tách biệt với nhau trong miền tần số. Các tín hiệu đã điều chế này được hợp nhất với nhau để tạo thành tín hiệu tổng hợp được truyền qua kênh/môi trường truyền dẫn.

Để tránh nhiễu giữa hai tín hiệu tin nhắn, một dải bảo vệ cũng được giữ ở giữa hai tín hiệu này. Một dải bảo vệ được sử dụng để phân tách hai dải tần số rộng. Điều này đảm bảo rằng các kênh liên lạc được sử dụng đồng thời không bị nhiễu, điều này sẽ ảnh hưởng đến việc giảm chất lượng truyền dẫn.

Như thể hiện trong hình trên, có ba tín hiệu thông báo khác nhau được điều chế ở các tần số khác nhau. Sau đó, chúng được hợp nhất thành một tín hiệu tổng hợp duy nhất. Các tần số sóng mang của mỗi tín hiệu phải được chọn sao cho không có sự chồng lấp của các tín hiệu đã điều chế. Như vậy, mỗi tín hiệu được điều chế trong tín hiệu ghép kênh chỉ đơn giản là tách biệt với nhau trong miền tần số.

Ở đầu thu, các bộ lọc thông dải được sử dụng để tách từng tín hiệu đã điều chế khỏi tín hiệu tổng hợp & tách kênh. Bằng cách truyền tín hiệu đã tách kênh thông qua LPF, có thể khôi phục mọi tín hiệu thông báo. Đây là cách một phương pháp FDM (Ghép kênh phân chia theo tần số) điển hình.

Ghép kênh phân chia tần số hoạt động như thế nào?

Trong hệ thống FDM, đầu phát có một số máy phát và đầu thu có một số máy thu. Ở giữa máy phát và máy thu, kênh liên lạc ở đó. Trong FDM, ở đầu máy phát, mỗi máy phát sẽ truyền tín hiệu có tần số khác nhau. Chẳng hạn, máy phát thứ nhất truyền tín hiệu có tần số 30 kHz, máy phát thứ hai truyền tín hiệu có tần số 40 kHz và máy phát thứ ba truyền tín hiệu có tần số 50 kHz.

Sau đó, các tín hiệu có tần số khác nhau này được kết hợp với một thiết bị được gọi là bộ ghép kênh truyền các tín hiệu ghép kênh thông qua một kênh liên lạc. FDM là một phương pháp tương tự là một phương pháp ghép kênh rất phổ biến. Ở đầu thu, bộ khử ghép kênh được sử dụng để tách các tín hiệu ghép kênh, sau đó nó truyền các tín hiệu đã tách này đến các máy thu cụ thể.

Một FDM điển hình có tổng cộng n kênh, trong đó n là số nguyên lớn hơn 1. Mỗi kênh mang một bit thông tin và có tần số sóng mang riêng. Đầu ra của mỗi kênh được gửi ở tần số khác với tất cả các kênh khác. Đầu vào của mỗi kênh bị trễ một lượng dt, giá trị này có thể được đo bằng đơn vị thời gian hoặc chu kỳ trên giây.

Độ trễ qua mỗi kênh có thể được tính như sau:

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

Tôi(t) = 1/T + C2 *

Tôi(t) = 1/T + C3 *

trong đó T = chu kỳ tín hiệu tính theo đơn vị thời gian (trong trường hợp của chúng tôi là nano giây). C1, C2 và C3 là các hằng số phụ thuộc vào loại tín hiệu được truyền và sơ đồ điều chế của nó.

Mỗi kênh bao gồm một dãy tinh thể quang tử hoạt động như bộ lọc sóng ánh sáng truyền qua chúng. Mỗi tinh thể chỉ có thể truyền qua một số bước sóng ánh sáng nhất định; những cái khác bị chặn hoàn toàn bởi cấu trúc của chúng hoặc bởi sự phản xạ từ một tinh thể liền kề.

FDM yêu cầu sử dụng một bộ thu bổ sung cho mỗi người dùng, điều này có thể tốn kém và khó cài đặt trong thiết bị di động. Vấn đề này đã được giải quyết bằng cách sử dụng các kỹ thuật điều chế tần số như ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) . Truyền OFDM giảm số lượng máy thu cần thiết bằng cách gán các sóng mang phụ khác nhau cho những người dùng khác nhau trên một tần số sóng mang duy nhất.

Nó yêu cầu các máy thu bổ sung vì trạm cơ sở và mỗi thiết bị di động phải được đồng bộ hóa theo thời gian. Trong ghép kênh này, dữ liệu không thể được gửi ở chế độ liên tục nên dữ liệu được gửi liên tục, do đó người nhận phải đợi cho đến khi nhận được gói tiếp theo trước khi có thể bắt đầu nhận gói tiếp theo. Nó yêu cầu các máy thu đặc biệt có thể nhận các gói ở các tốc độ khác nhau từ các trạm gốc khác nhau, nếu không chúng sẽ không thể giải mã chúng một cách chính xác.

Số lượng máy phát và máy thu tham gia vào hệ thống FDM được gọi là “cặp máy thu-máy phát” hoặc viết tắt là TRP. Số lượng TRP phải có sẵn có thể được tính bằng cách sử dụng công thức sau:

NumberOfTRPs = (# Máy phát) (# Nhận Điểm) (# Ăng ten)

Ví dụ: nếu chúng tôi có ba bộ phát và bốn điểm nhận (RP), chúng tôi sẽ có chín TRP vì có ba bộ phát và bốn RP. Để đơn giản, hãy giả sử rằng mỗi RP có một ăng-ten RP và mỗi TRP có hai ăng-ten RP; điều này có nghĩa là chúng ta sẽ cần thêm 9 TRPS nữa:

Việc ghép kênh này có thể là điểm tới điểm hoặc là điểm đến đa điểm . Trong chế độ điểm-điểm, mỗi người dùng có kênh riêng với bộ phát, bộ thu và ăng-ten riêng. Trong trường hợp này, mỗi người dùng có thể có nhiều hơn một bộ phát và tất cả người dùng sẽ sử dụng các kênh khác nhau. Ở chế độ điểm-đa điểm, tất cả người dùng chia sẻ cùng một kênh, nhưng bộ phát và bộ thu của mỗi người dùng được kết nối với những người dùng khác trên cùng một kênh.

Ghép kênh phân chia tần số Vs Ghép kênh phân chia thời gian

Sự khác biệt giữa ghép kênh phân chia theo tần số và ghép kênh phân chia theo thời gian được thảo luận dưới đây.

Ưu điểm và nhược điểm

Các ưu điểm của ghép kênh phân chia theo tần số g bao gồm những điều sau đây.

• Máy phát và máy thu của FDM không cần bất kỳ đồng bộ hóa nào.
• Nó đơn giản hơn và việc giải điều chế của nó rất dễ dàng.
• Chỉ có một kênh sẽ có hiệu lực do băng hẹp chậm.
• FDM được áp dụng cho các tín hiệu tương tự.
• Một số lượng lớn các kênh có thể được truyền đồng thời.
• Nó không phải là đắt tiền.
• Ghép kênh này có độ tin cậy cao.
• Sử dụng ghép kênh này, có thể truyền dữ liệu đa phương tiện với độ nhiễu và độ méo thấp đồng thời đạt hiệu quả cao.

Các nhược điểm của ghép kênh phân chia theo tần số bao gồm những điều sau đây.

• FDM có vấn đề về đàm thoại chéo.
• FDM chỉ được áp dụng khi ưu tiên một vài kênh tốc độ thấp hơn
• Biến dạng trung gian xảy ra.
• Mạch FDM rất phức tạp.
• Nó cần nhiều băng thông hơn.
• Nó cho ít thông lượng hơn.
• So với TDM, độ trễ do FDM cung cấp nhiều hơn.
• Ghép kênh này không có sự phối hợp động.
• FDM cần một số lượng lớn bộ lọc & bộ điều biến.
• Kênh của ghép kênh này có thể bị ảnh hưởng bởi hiện tượng mờ băng rộng
• Không thể sử dụng toàn bộ băng thông của kênh trên FDM.
• Hệ thống FDM yêu cầu tín hiệu sóng mang.

Các ứng dụng

Các ứng dụng của ghép kênh phân chia theo tần số bao gồm những điều sau đây.

• Trước đó, FDM được sử dụng trong hệ thống điện thoại di động và điện báo sóng hài hệ thống thông tin liên lạc .
• Ghép kênh phân chia tần số chủ yếu được sử dụng trong phát sóng vô tuyến.
• FDM cũng được sử dụng trong phát sóng truyền hình.
• Loại ghép kênh này được áp dụng trong hệ thống điện thoại để giúp truyền một số cuộc gọi điện thoại qua một liên kết hoặc đường truyền đơn.
• FDM được sử dụng trong một hệ thống liên lạc vệ tinh để truyền các kênh dữ liệu khác nhau.
• Nó được sử dụng trong các hệ thống truyền dẫn FM hoặc điều chế tần số âm thanh nổi.
• Nó được sử dụng trong các hệ thống truyền dẫn vô tuyến AM/Điều chế biên độ.
• Nó được sử dụng cho điện thoại công cộng và hệ thống truyền hình cáp.
• Nó được sử dụng trong phát thanh truyền hình.
• Nó được sử dụng trong phát sóng AM và FM.
• Nó được sử dụng trong các mạng không dây, mạng di động, v.v.
• FDM được sử dụng trong các hệ thống kết nối băng thông rộng và cả trong modem DSL (Đường dây thuê bao kỹ thuật số).
• Hệ thống FDM chủ yếu được sử dụng cho dữ liệu đa phương tiện như truyền âm thanh, video và hình ảnh.

Vì vậy đây là tổng quan về ghép kênh phân chia theo tần số hoặc FDM. Đây là một kỹ thuật ghép kênh phân tách băng thông hiện có thành nhiều băng con, trong đó mỗi băng con có thể mang một tín hiệu. Vì vậy, ghép kênh này cho phép truyền đồng thời trên một phương tiện truyền thông được chia sẻ. Việc ghép kênh này cho phép hệ thống truyền một lượng dữ liệu khổng lồ qua một số phân đoạn được truyền trên các băng con tần số độc lập. Đây là một câu hỏi dành cho bạn, ghép kênh phân chia theo thời gian là gì?