多重化技術は 1870 年に開発されましたが、20 世紀後半になりました。それは、デジタル通信にはるかに適用できるようになりました。電気通信では、多重化技術は、複数のデータストリームを結合して単一のメディア上で送信するために使用されます。そのため、多重化に使用されるハードウェアは、n 個の入力ラインをマージして単一の o/p ラインを生成するマルチプレクサまたは MUX として知られています。多重化方式は、多数の電話コールが 1 本のワイヤで伝送される電気通信で広く使用されています。多重化は、次の 3 つのタイプに分類されます。周波数分割、波長分割 (WDM) 、および時分割。現在、これら 3 つの多重化技術は通信プロセスにおいて非常に重要な資産となり、電話回線、AM および FM ラジオ、さらには光ファイバーを介して独立した信号を送受信する方法が大幅に改善されました。この記事では、FDM または 周波数分割多重 – 作業とその応用。

周波数分割多重とは何ですか?

周波数分割多重化の定義は、共有媒体上で複数の信号を結合するために使用される多重化技術です。このタイプの多重化では、異なる周波数の信号が同時に送信されるようにマージされます。 FDM では、すべての信号がメインチャネルの異なる周波数に割り当てられるチャネルまたは単一の通信回線を介した送信のために、複数の信号がマージされます。

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FDM

周波数分割多重のブロック図

送信機と受信機を含む分周ブロック図を以下に示します。 FDM では、m1(t)、m2(t)、m3(t) などのさまざまなメッセージ信号が、fc1、fc2、fc3 などのさまざまな搬送波周波数で変調されます。このようにして、異なる変調信号が周波数領域内で互いに分離される。これらの変調された信号は、チャネル/伝送媒体を介して伝送される複合信号を形成するために結合されます。

2 つのメッセージ信号間の干渉を避けるために、ガードバンドもこれら 2 つの信号の間に保持されます。ガードバンドは、2 つの広い範囲の周波数を分離するために使用されます。これにより、同時に使用される通信チャネルが、伝送品質の低下に影響する干渉を経験しないことが保証されます。

周波数分割多重のブロック図

上の図に示すように、さまざまな周波数で変調された 3 つの異なるメッセージ信号があります。その後、それらは単一のコンポジット信号にマージされます。各信号のキャリア周波数は、変調信号が重複しないように選択する必要があります。このように、多重化された信号内の各変調信号は、周波数のドメイン内で互いに単純に分離されます。

受信側では、バンドパスフィルターを使用して、複合信号から各変調信号を分離し、逆多重化します。多重分離された信号を LPF を介して送信することにより、すべてのメッセージ信号を復元することができます。これが典型的なFDM（Frequency Division Multiplexing）方式です。

周波数分割多重化はどのように機能しますか?

FDMシステムでは、送信側には複数の送信機があり、受信側には複数の受信機があります。送信機と受信機の間には、通信チャネルがあります。 FDM では、送信機側で、すべての送信機が異なる周波数で信号を送信します。たとえば、最初の送信機は 30 kHz の周波数で信号を送信し、2 番目の送信機は 40 kHz の周波数で信号を送信し、3 番目の送信機は 50 kHz の周波数で信号を送信します。

その後、異なる周波数のこれらの信号は、通信チャネルを介して多重化された信号を送信するマルチプレクサとして知られるデバイスで結合されます。 FDM は、非常に一般的な多重化方式であるアナログ方式です。受信側では、デマルチプレクサを使用して多重化された信号を分離し、これらの分離された信号を特定の受信機に送信します。

一般的な FDM には合計 n チャネルがあり、n は 1 より大きい整数です。各チャネルは 1 ビットの情報を伝送し、独自の搬送周波数を持ちます。各チャンネルの出力は、他のすべてのチャンネルとは異なる周波数で送信されます。各チャネルへの入力は、量 dt だけ遅延されます。これは、時間単位または 1 秒あたりのサイクル数で測定できます。

各チャネルの遅延は、次のように計算できます。

dI(t) = I(t) + I(t-dt)/2 − I(t-dt)/2、ここで I(t) = 1/T + C1 *

I(t) = 1/T + C2 *

I(t) = 1/T + C3 *

ここで、T = 時間単位の信号の周期 (この場合はナノ秒)。 C1、C2、および C3 は、送信される信号のタイプとその変調方式に依存する定数です。

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各チャネルは、通過する光波のフィルターとして機能するフォトニック結晶のアレイで構成されています。各結晶は、特定の波長の光のみを通過させることができます。他のものは、その構造または隣接する結晶からの反射によって完全にブロックされます。

FDM では、ユーザーごとに追加の受信機を使用する必要がありますが、これは高価で、モバイルデバイスへのインストールが難しい場合があります。この問題は、次のような周波数変調技術を使用することで解決されています。 直交周波数分割多重 (OFDM) . OFDM 伝送は、単一のキャリア周波数で異なるサブキャリアを異なるユーザーに割り当てることにより、必要な受信機の数を減らします。

基地局と各モバイルユニットは時間の経過とともに同期する必要があるため、追加の受信機が必要です。この多重化では、データをバーストモードで送信することはできないため、データは連続的に送信されるため、受信側は次のパケットの受信を開始する前に次のパケットが受信されるまで待機する必要があります。異なる基地局から異なるレートでパケットを受信できる特別な受信機が必要です。そうしないと、パケットを正しくデコードできません。

FDM システムに含まれる送信機と受信機の数は、「送信機と受信機のペア」または略して TRP と呼ばれます。使用可能でなければならない TRP の数は、次の式を使用して計算できます。

NumberOfTRPs = (送信機数) (# ポイントを受け取る) (アンテナ数)

たとえば、送信機が 3 つと受信ポイント (RP) が 4 つある場合、送信機が 3 つと RP が 4 つあるため、TRP は 9 つになります。簡単にするために、各 RP には RP アンテナがあり、各 TRP には 2 つの RP アンテナがあると仮定しましょう。これは、さらに 9 つの TRPS が必要になることを意味します。

この多重化は、次のいずれかです。 ポイントからポイントへ また ポイントツーマルチポイント .ポイントツーポイントモードでは、各ユーザーが独自の送信機、受信機、およびアンテナを備えた独自の専用チャネルを持ちます。この場合、ユーザーごとに複数の送信機が存在する可能性があり、すべてのユーザーが異なるチャネルを使用します。ポイントツーマルチポイントモードでは、すべてのユーザーが同じチャネルを共有しますが、各ユーザーの送信機と受信機は、同じチャネル上の他のユーザーの送信機と受信機に接続されます。

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周波数分割多重と時分割多重

周波数分割多重化と時分割多重化の違いについては、以下で説明します。

周波数分割多重	時分割多重
FDM という用語は、「周波数分割多重化」の略です。	TDM という用語は、「時分割多重化」の略です。
この多重化は、単純にアナログ信号のみで機能します。	この多重化は、アナログ信号とデジタル信号の両方で簡単に機能します。
この多重化には高い競合があります。	この多重化は競合が少ないです。
FDMチップ/配線が複雑。	TDM チップ/配線は複雑ではありません。
この多重化は効率的ではありません。	この多重化は非常に効率的です。
FDM では、周波数が共有されます。	TDM では、時間を共有します。
FDM ではガードバンドが必須です。	TDM の同期パルスは必須です。
FDM では、周波数の異なるすべての信号が同時に動作します。	TDM では、周波数が等しいすべての信号が異なるタイミングで動作します。
FDM の干渉範囲は非常に広いです。	TDM の干渉範囲は無視できるか、非常に小さいです。
FDM の回路は複雑です。	TDM の回路は単純です。

長所と短所

の 周波数分割多重化の利点 g には以下が含まれます。

FDM の送信機と受信機は同期を必要としません。
よりシンプルで、その復調は簡単です。
低速の狭帯域のため、効果が得られるのは 1 つのチャネルのみです。
FDM はアナログ信号に適用できます。
多数のチャネルを同時に送信できます。
高価ではありません。
この多重化は信頼性が高い。
この多重化を利用することで、マルチメディアデータを低ノイズ、低歪み、高効率で伝送することができます。

の 周波数分割多重化の欠点 以下のものが含まれます。

FDM にはクロストークの問題があります。
FDM は、いくつかの低速チャネルが優先される場合にのみ適用されます
中間歪みが発生します。
FDM 回路は複雑です。
より多くの帯域幅が必要です。
スループットが低下します。
TDM と比較して、FDM によって提供されるレイテンシはより大きくなります。
この多重化には、動的調整がありません。
FDM には多数のフィルターと変調器が必要です。
この多重化のチャネルは、広帯域フェージングの影響を受ける可能性があります
チャネルの完全な帯域幅を FDM で利用することはできません。
FDM のシステムにはキャリア信号が必要です。

アプリケーション

周波数分割多重のアプリケーションには、次のものがあります。

以前は、FDM は携帯電話システムと高調波電信で使用されていました。通信システム .
周波数分割多重は、主にラジオ放送で使用されます。
FDMはテレビ放送でも使用されています。
このタイプの多重化は、単一のリンクまたは単一の伝送回線を介して複数の電話呼び出しを送信するのに役立つ電話システムに適用できます。
FDM は、衛星通信システムさまざまなデータチャネルを送信するため。
FM伝送システムまたはステレオ周波数変調で使用されます。
AM ラジオ伝送システム/振幅変調で使用されます。
公衆電話やケーブルテレビシステムに使用されています。
放送で使われています。
AM・FM放送で使用されています。
ワイヤレスネットワーク、セルラーネットワークなどで使用されます。
FDM は、ブロードバンド接続システムおよび DSL (デジタル加入者線) モデムで使用されます。
FDM システムは、主にオーディオ、ビデオ、画像伝送などのマルチメディアデータに使用されます。

したがって、これは周波数分割多重の概要またはFDM。これは、既存の帯域幅を複数のサブバンドに分割し、それぞれが信号を伝送できる多重化技術です。したがって、この多重化により、共有通信媒体上での同時送信が可能になります。この多重化により、システムは、独立した周波数サブバンド上で送信される多数のセグメント全体で膨大な量のデータを送信できます。ここで質問です。時分割多重化とは何ですか?