Телекоммуникацияда жиілік бөлу мультиплекстеу (FDM) – бір арнада бірнеше сигналды жүргізуге мүмкіндік беретін технология. Радио, ТВ, кабельдік байланыста қолданылады.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Телекоммуникациядағы сигналды өңдеу техникасы
Signal processing technique in telecommunications
Телекоммуникацияда жиілікті бөлу мультиплексілеуі (ЖБМ) – байланыс ортасында қол жетімді жалпы жолақтың ені бір-біріне қабаттаспайтын жиілік жолақтарына бөлінетін техника. Әр жолақ жеке сигналды тарату үшін пайдаланылады. Бұл микротолқынды радио байланысы, кабель немесе оптикалық талшық сияқты жалғыз тарату ортасын бірнеше тәуелсіз сигналдармен бөлісуге мүмкіндік береді. Тағы бір қолданылуы – жоғары жылдамдықты сигналдың жекелеген сериялық биттерін немесе сегменттерін параллель түрде тарату. Жиілікті бөлу мультиплексілеуінің ең көп таралған мысалы – радио және теледидар хабарларын тарату, онда әртүрлі жиіліктегі бірнеше радиосигналдар бір уақытта ауа арқылы беріледі. Тағы бір мысал – кабельдік теледидар, онда көптеген телеарналар бір кабель арқылы бір мезгілде таратылады. ЖБМ телефон жүйелерінде жоғары сыйымды магистральдық желілер арқылы бірнеше телефон қоңырауларын тарату үшін, байланыс спутниктерінде жоғары және төменгі радио сәулелері арқылы бірнеше дерек арналарын беру үшін, сондай-ақ кеңжолақты DSL модемдерінде бұрылып өрілген телефон желілері арқылы үлкен көлемде компьютерлік деректерді тарату үшін де қолданылады. Оптикалық талшықты байланыста толқын ұзындығы бойынша бөлу мультиплексілеуі деп аталатын ұқсас техника қолданылады, онда әртүрлі толқын ұзындығы (жиіліктері) арқылы бір оптикалық талшықтан бірнеше дерек арналары беріледі.
In telecommunications, frequency division multiplexing (FDM) is a technique by which the total bandwidth available in a communication medium is divided into a series of non overlapping frequency bands, each of which is used to carry a separate signal. This allows a single transmission medium such as a microwave radio link, cable or optical fiber to be shared by multiple independent signals. Another use is to carry separate serial bits or segments of a higher rate signal in parallel. The most common example of frequency division multiplexing is radio and television broadcasting, in which multiple radio signals at different frequencies pass through the air at the same time. Another example is cable television, in which many television channels are carried simultaneously on a single cable. FDM is also used by telephone systems to transmit multiple telephone calls through high capacity trunklines, communications satellites to transmit multiple channels of data on uplink and downlink radio beams, and broadband DSL modems to transmit large amounts of computer data through twisted pair telephone lines, among many other uses. An analogous technique called wavelength division multiplexing is used in fiber optic communication, in which multiple channels of data are transmitted over a single optical fiber using different wavelengths (frequencies).
Принцип
FDM жүйесі арқылы жіберілетін бірнеше жеке ақпараттық (модуляциялық) сигналдар, мысалы, кабельді теледидар жүйесі арқылы жіберілетін телеарналардың бейнесигналдары, негізгі жолақты сигналдар деп аталады. Көздік нүктеде әрбір жиілік арнасы үшін электрондық осциллятор тасымалдаушы сигналды – ақпаратты "тасымалдау" үшін қолданылатын, бір жиілікте тұрақты тербеліс толқынын тудырады. Тасымалдаушы сигналдың жиілігі негізгі жолақты сигналдан әлдеқайда жоғары. Тасымалдаушы сигнал мен негізгі жолақты сигнал модулятор схемасында біріктіріледі. Модулятор тасымалдаушы сигналдың амплитудасын, жиілігін немесе фазасын негізгі жолақты сигналмен өзгертеді, деректерді тасымалдаушыға "қосады". Тасымалдаушыны негізгі жолақты сигналмен модуляциялау (араластыру) нәтижесінде тасымалдаушы жиілігіне жақын, жиіліктердің қосындысы (fC + fB) және айырмасы (fC - fB) бойынша қосалқы жиіліктер пайда болады. Модуляцияланған сигналдан алынған ақпарат тасымалдаушы жиіліктің екі жағындағы бүйірлік жолақтар арқылы тасымалданады. Сондықтан арна арқылы тасымалданатын барлық ақпарат тасымалдаушы жиіліктің айналасындағы тар жиілік жолағында орналасады, бұл арнаның өту жолағы деп аталады. Сол сияқты, қосымша негізгі жолақты сигналдар басқа жиіліктердегі тасымалдаушыларды модуляциялау үшін қолданылады, осылайша басқа ақпарат арналары құрылады. Тасымалдаушылардың жиіліктері бір-бірінен жеткілікті түрде алыс орналасқандықтан, әр арнаның жиілік жолақтары, жеке арналардың өту жолақтары, бір-бірімен қабаттаспайды. Барлық арналар коаксиалды кабель, оптикалық талшық немесе радио хабар таратушы арқылы ауа арқылы жіберіледі. Канал жиіліктері бір-бірінен жеткілікті алыс болғандықтан, өту жолақтары қабаттаспайды, бөлек арналар бір-біріне кедергі келтірмейді. Осылайша, қол жетімді жолақты "ұялар" немесе арналарға бөлуге болады, олардың әрқайсысы жеке модуляцияланған сигналды тасымалдай алады. Мысалы, кабельдік теледидар жүйелерінде қолданылатын коаксиалды кабельдің жолақтық ені шамамен 1000 МГц құрайды, бірақ әрбір теледидар арнасының өту жолағының ені 6 МГц ғана, сондықтан кабельде көптеген арналарға орын бар (қазіргі заманғы цифрлық кабельдік жүйелерде әр арна өз кезегінде кіші арналарға бөлінеді және 10 цифрлық теледидар арнасын тасымалдай алады). Кабельдің немесе талшықтың немесе радио қабылдағыштың соңында әр арна үшін жергілікті осциллятор осы арнаның тасымалдаушы жиілігінде сигнал шығарады, ол кіріс модуляцияланған сигналмен араластырылады. Жиіліктер азайтылады, нәтижесінде осы арнаға арналған негізгі жолақты сигнал қайтадан алынады. Бұл демодуляция деп аталады. Алынған негізгі жолақты сигнал басқа жиіліктерден сүзіліп, пайдаланушыға жіберіледі.
The multiple separate information (modulation) signals that are sent over an FDM system, such as the video signals of the television channels that are sent over a cable TV system, are called baseband signals. At the source end, for each frequency channel, an electronic oscillator generates a carrier signal, a steady oscillating waveform at a single frequency that serves to "carry" information. The carrier is much higher in frequency than the baseband signal. The carrier signal and the baseband signal are combined in a modulator circuit. The modulator alters some aspect of the carrier signal, such as its amplitude, frequency, or phase, with the baseband signal, "piggybacking" the data onto the carrier. The result of modulating (mixing) the carrier with the baseband signal is to generate sub frequencies near the carrier frequency, at the sum (fC + fB) and difference (fC − fB) of the frequencies. The information from the modulated signal is carried in sidebands on each side of the carrier frequency. Therefore, all the information carried by the channel is in a narrow band of frequencies clustered around the carrier frequency, this is called the passband of the channel. Similarly, additional baseband signals are used to modulate carriers at other frequencies, creating other channels of information. The carriers are spaced far enough apart in frequency that the band of frequencies occupied by each channel, the passbands of the separate channels, do not overlap. All the channels are sent through the transmission medium, such as a coaxial cable, optical fiber, or through the air using a radio transmitter. As long as the channel frequencies are spaced far enough apart that none of the passbands overlap, the separate channels will not interfere with each other. Thus the available bandwidth is divided into "slots" or channels, each of which can carry a separate modulated signal. For example, the coaxial cable used by cable television systems has a bandwidth of about 1000 MHz, but the passband of each television channel is only 6 MHz wide, so there is room for many channels on the cable (in modern digital cable systems each channel in turn is subdivided into subchannels and can carry up to 10 digital television channels). At the destination end of the cable or fiber, or the radio receiver, for each channel a local oscillator produces a signal at the carrier frequency of that channel, that is mixed with the incoming modulated signal. The frequencies subtract, producing the baseband signal for that channel again. This is called demodulation. The resulting baseband signal is filtered out of the other frequencies and output to the user.
Телефон
Ұзақ қашықтыққа телефон байланыстары үшін 20-ғасырдағы телефон компаниялары L тасымалдағыш және ұқсас коаксиалдық кабель жүйелерін пайдаланды, олар бірнеше сатыдағы арналық банктер арқылы мыңдаған дауыс схемаларын мультиплекстеуге мүмкіндік берді. Ал қысқа қашықтықтар үшін, Bell System K және N Carrier сияқты түрлі жүйелерде арзан теңгерілген жұп кабельдер қолданылды. Бұл кабельдер сонша үлкен жолақты еніне мүмкіндік бермеді, сондықтан тек 12 дауыс арнасы (екі жақты жолақты) және кейін 24 (бір жақты жолақты) төрт сымға мультиплекстелді, әр бағытқа бір жұп сым, ал қайталауыштар шамамен 10 км сайын орналастырылды. 12 арналы тасымалдағыш жүйесін қараңыз. 20-ғасырдың соңына қарай FDM дауыс схемалары сирек қолданылатын болды. Қазіргі заманғы телефон жүйелерінде FDM орнына уақыттық бөлістің мультиплекстеуі (TDM) қолданылатын цифрлық беріліс жүйесі пайдаланылады. 20-ғасырдың соңынан бері сандық абоненттік желілер (DSL) өз спектрін жиілік арналарына бөлу үшін дискретті көп тонды (DMT) жүйесін қолданып келеді.
For long distance telephone connections, 20th century telephone companies used L carrier and similar coaxial cable systems carrying thousands of voice circuits multiplexed in multiple stages by channel banks. For shorter distances, cheaper balanced pair cables were used for various systems including Bell System K and N Carrier. Those cables did not allow such large bandwidths, so only 12 voice channels (double sideband) and later 24 (single sideband) were multiplexed into four wires, one pair for each direction with repeaters every several miles, approximately 10 km. See 12 channel carrier system. By the end of the 20th century, FDM voice circuits had become rare. Modern telephone systems employ digital transmission, in which time division multiplexing (TDM) is used instead of FDM. Since the late 20th century, digital subscriber lines (DSL) have used a Discrete multitone (DMT) system to divide their spectrum into frequency channels.