Aplicación de la comunicación multiplexada por división de frecuencia FDM en la vida real
1.1 Multiplexación por división de frecuencia tradicional
Una aplicación típica de la multiplexación por división de frecuencia tradicional es la transmisión de señales de TV de la red HFC, incluidas tanto señales de TV analógicas como señales de TV digitales, porque para las digitales. Señales de TV, aunque cada canal (8 MHz) está multiplexado por división de tiempo, sigue siendo multiplexado por división de frecuencia.
1.2 Multiplexación por división de frecuencia ortogonal
OFDM (multiplexación por división de frecuencia ortogonal) es en realidad una tecnología de modulación digital multiportadora. Todas las frecuencias portadoras de OFDM tienen intervalos de frecuencia iguales, que son múltiplos enteros de la frecuencia de oscilación básica. Ortogonalidad significa que el espectro de la señal de cada portadora es ortogonal.
El ancho de banda requerido por los sistemas OFDM es mucho menor que el de los sistemas FDM. Debido a que OFDM utiliza tecnología de portadora ortogonal libre de interferencias, no hay necesidad de bandas de guarda entre portadoras individuales, lo que hace que el uso del espectro disponible sea más eficiente. Además, la tecnología OFDM puede asignar datos dinámicamente entre subcanales. Para lograr el máximo rendimiento de datos, los moduladores multiportadora pueden asignar de forma inteligente más datos a subcanales de menor ruido. En la actualidad, la tecnología OFDM se ha utilizado ampliamente en los campos de transmisión de audio y video y en sistemas de comunicación civil. Las principales aplicaciones incluyen la línea de abonado digital asimétrica (ADSL), la transmisión de vídeo digital (DVB), la televisión de alta definición (HDTV), la red de área local inalámbrica (WLAN) y los sistemas de comunicación móvil de cuarta generación (4G). [Edite este párrafo] La multiplexación por división de tiempo (TDM) divide el tiempo proporcionado para que todo el canal transmita información en varios intervalos de tiempo (denominados intervalos de tiempo) y asigna estos intervalos de tiempo a cada fuente de señal, y cada señal se transmite en su propio horario exclusivo para la transmisión de datos. La característica de la multiplexación por división de tiempo es planificar intervalos de tiempo fijos con anticipación, por lo que a veces se la denomina multiplexación por división de tiempo síncrona. La ventaja es que la asignación de intervalos de tiempo es fija, fácil de ajustar y controlar, y es adecuada para la transmisión de información digital. La desventaja es que cuando una fuente de señal no tiene transmisión de datos, su canal correspondiente estará inactivo y otros canales ocupados no pueden; ocupar este canal inactivo, reduciendo así la utilización de la Línea. La multiplexación por división de tiempo, al igual que la tecnología de multiplexación por división de frecuencia, tiene una gama muy amplia de aplicaciones. Los teléfonos son el ejemplo más clásico de la multiplexación por división de tiempo y también se ha utilizado ampliamente en radio y televisión. Por ejemplo, la comunicación entre CM y CMTS en redes SDH, ATM, IP y HFC utiliza tecnología de multiplexación por división de tiempo. [Edite este párrafo] La comunicación por multiplexación por división de longitud de onda es un método de transmisión de señales utilizando luz. En el campo de las comunicaciones ópticas, la gente está acostumbrada a nombrar longitudes de onda en lugar de frecuencias. Por lo tanto, la denominada multiplexación por división de longitud de onda (WDM) es esencialmente multiplexación por división de frecuencia. WDM es un sistema que transmite múltiples longitudes de onda (canales) a través de 1 fibra, lo que convierte 1 fibra en múltiples fibras "virtuales". Por supuesto, cada fibra virtual funciona de forma independiente en diferentes longitudes de onda, mejorando enormemente la capacidad de transmisión de la fibra. Debido a la economía y eficacia de la tecnología del sistema WDM, se ha convertido en el principal medio para ampliar la capacidad de las redes de comunicación de fibra óptica. Como concepto de sistema, la tecnología de multiplexación por división de longitud de onda suele tener tres métodos de multiplexación, a saber, multiplexación por división de longitud de onda de 1 310 nm y 1 550 nm, multiplexación por división de longitud de onda gruesa (CWDM) y multiplexación por división de longitud de onda densa (DWDM).
(1) Multiplexación por división de longitud de onda de 1 310 nm y 1 550 nm de longitud de onda.
A principios de la década de 1970, esta tecnología de multiplexación utilizaba sólo dos longitudes de onda: una en la ventana de 1310 nm y otra en la ventana de 1550 nm. El uso de la tecnología WDM para lograr una transmisión de ventana dual de fibra única es la aplicación inicial de la multiplexación por división de longitud de onda.
(2) Multiplexación por división de longitud de onda gruesa
Después de que la tecnología de multiplexación por división de longitud de onda (WDM) se aplicó en redes troncales y redes de larga distancia, también comenzó a usarse en redes de área metropolitana. El uso se refiere principalmente a la tecnología WDM basta. CWDM utiliza una ventana amplia de 1 200 a 1 700 nm. Actualmente se utiliza principalmente en sistemas con una longitud de onda de 1550 nm. Por supuesto, también se está desarrollando un multiplexor por división de longitud de onda con una longitud de onda de 1310 nm. La separación entre canales adyacentes de un multiplexor por división de longitud de onda gruesa (intervalo de longitud de onda grande) es generalmente ≥20 nm, y el número de longitudes de onda es generalmente de 4 u 8 ondas, con un máximo de 16 ondas. Cuando el número de canales multiplexados es 16 o menos, dado que el láser DFB utilizado en el sistema CWDM no requiere refrigeración, el sistema CWDM tiene ventajas sobre el sistema DWDM en términos de costo, requisitos de consumo de energía, tamaño del equipo, etc., y CWDM es cada vez más aceptado por la industria. CWDM no necesita elegir costosos demultiplexores de onda densa y "amplificadores ópticos" EDFA, sino que solo requiere transceptores láser multicanal baratos como relés, por lo que el costo se reduce considerablemente. Ahora muchos fabricantes pueden proporcionar sistemas CWDM comerciales con 2 a 8 longitudes de onda, que son adecuados para su uso en ciudades donde el rango geográfico no es particularmente grande y el desarrollo del servicio de datos no es rápido.
(3) Multiplexación por división de longitud de onda densa
La tecnología de multiplexación por división de longitud de onda densa (DWDM) puede transportar de 8 a 160 longitudes de onda y, con el desarrollo continuo de la tecnología DWDM, sus longitudes de onda El límite superior del número de puntos sigue aumentando y el intervalo es generalmente ≤1,6 nm. Se utiliza principalmente en sistemas de transmisión de larga distancia. Todos los sistemas DWDM requieren tecnología de compensación de dispersión (para superar la distorsión no lineal en sistemas de múltiples longitudes de onda: fenómeno de mezcla de cuatro ondas). En los sistemas DWDM de 16 ondas, generalmente se usan fibras de compensación de dispersión convencionales para la compensación, mientras que en los sistemas DWDM de 40 ondas, se deben usar fibras de compensación de pendiente de dispersión para la compensación. DWDM puede combinar y transmitir diferentes longitudes de onda simultáneamente en la misma fibra óptica. Para garantizar una transmisión eficaz, una fibra óptica se convierte en múltiples fibras ópticas virtuales. Actualmente, utilizando la tecnología DWDM, una sola fibra puede transmitir tráfico de datos de hasta 400 Gbit/s. A medida que los fabricantes agregan más canales a cada fibra, las velocidades de transmisión de terabits por segundo están a la vuelta de la esquina. [Edite este párrafo] Multiplexación por división de código (Multiplexación por división de código) La multiplexación por división de código (CDM) es un método de multiplexación que utiliza diferentes codificaciones para distinguir las señales originales. Se combina principalmente con varias tecnologías de acceso múltiple para producir diversas tecnologías de acceso, incluido el acceso inalámbrico y por cable. Por ejemplo, en un sistema celular de acceso múltiple, los objetos de comunicación se distinguen por canales, y un canal sólo puede acomodar la conversación de un usuario. Muchos usuarios que están hablando al mismo tiempo se distinguen entre sí mediante canales, lo que se denomina acceso múltiple. El sistema de comunicación móvil es un sistema de trabajo multicanal con las características de transmisión y cobertura de área grande. En el área de cobertura de ondas de radio del entorno de comunicaciones móviles, el establecimiento de conexiones de canales inalámbricos entre usuarios es un método inalámbrico de acceso múltiple y pertenece a la tecnología de acceso múltiple. China Unicom CDMA (acceso múltiple por división de código) es un método de multiplexación por división de código, además del acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA), el acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) y el acceso múltiple por división de código síncrono (SCDMA), se denomina código. Dirección de acceso múltiple por división (CDMA).
(1)FDMA
El acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA) utiliza tecnología de acceso múltiple por modulación de frecuencia para asignar canales comerciales a diferentes usuarios en diferentes bandas de frecuencia. FDMA es adecuado para acceder a una gran cantidad de datos continuos y sin ráfagas, y rara vez se utiliza simplemente como método de acceso multicanal. Actualmente, la red de telefonía móvil GSM utilizada por China Unicom y China Mobile es una combinación de FDMA y TDMA.
(2) Acceso múltiple por división de tiempo TDMA
El acceso múltiple por división de tiempo TDMA utiliza tecnología de acceso múltiple por división de tiempo para asignar canales de servicio a diferentes usuarios en diferentes períodos de tiempo. La ventaja de TDMA es la alta utilización del espectro, que es adecuada para soportar el acceso de múltiples ráfagas o usuarios de datos de baja velocidad. Además de la combinación de FDMA y TDMA en la red de telefonía móvil GSM utilizada por China Unicom y China Mobile, la comunicación de CM y CMTS en la red HFC de radio y televisión también utiliza acceso múltiple por división de tiempo (basado en DOCSIS1.0 o 1.1 y Eruo DOCSIS1.0 o 1.65438).
(3)Acceso múltiple por división de código CDMA
CDMA es una nueva tecnología de comunicación inalámbrica madura desarrollada utilizando tecnología de comunicación de espectro extendido, una rama de la tecnología digital. Está desarrollado sobre la base de FDM y multiplexación por división de tiempo.
La característica de FDM es que el canal no es exclusivo, pero los recursos de tiempo son compartidos y las bandas de frecuencia utilizadas por cada subcanal no se superponen. La característica de TDM es que los intervalos de tiempo son exclusivos, pero los recursos del canal sí; compartidos, y las franjas horarias utilizadas por cada subcanal no se superponen. La característica de CDMA es que todos los subcanales pueden utilizar el canal completo para la transmisión de datos al mismo tiempo y disfruta de recursos tanto de canal como de tiempo. Por tanto, la eficiencia del canal es alta y la capacidad del sistema es grande. El principio técnico de CDMA se basa en la tecnología de espectro ensanchado, es decir, los datos de información de un determinado ancho de banda de señal a transmitir se modulan con un código pseudoaleatorio (PN) de alta velocidad con un ancho de banda mucho mayor que el ancho de banda de la señal. de modo que el ancho de banda de la señal de datos original se expande y luego la onda portadora se envía después de la modulación. El extremo receptor utiliza exactamente el mismo código pseudoaleatorio para realizar el procesamiento de correlación con la señal de ancho de banda recibida, convirtiendo la señal de banda ancha; en una señal de banda estrecha de los datos de información originales, es decir, desensancharse, realizando así la comunicación de información. La tecnología de acceso múltiple por división de código CDMA es totalmente adecuada para la gran capacidad, alta calidad, servicios integrales y transferencia suave que requieren las redes de comunicaciones móviles modernas, y está siendo favorecida por cada vez más operadores y usuarios.
(4) Tecnología de acceso múltiple por división de código síncrono
El acceso múltiple por división de código síncrono (SCDMA) significa que los códigos pseudoaleatorios son sincrónicos y ortogonales y se puede acceder a ellos de forma inalámbrica o por cable. ampliamente. Esta tecnología se utiliza para la comunicación entre CM y CMTS en redes HFC de radio y televisión, como el acceso de banda ancha de televisión por cable Terayon y Beijing Kaishitong, combinado con ATDM (Acceso múltiple por división de tiempo avanzado) y comunicación de canal de enlace ascendente SCDMA (basado en DOCSIS2.0 o Eruo DOCSIS2 .0).
El sistema de comunicación móvil de tercera generación de mi país también utiliza tecnología de acceso múltiple por división de código síncrono, lo que significa que los códigos pseudoaleatorios que representan a todos los usuarios se sincronizan cuando llegan a la estación base. Debido a la ortogonalidad sincrónica entre códigos pseudoaleatorios, la interferencia entre símbolos se puede eliminar de manera efectiva y la capacidad del sistema mejorará enormemente, que es de 4 a 5 veces mayor que la de otros estándares de comunicaciones móviles de tercera generación. [Edite este párrafo] La multiplexación por división espacial (SDM) es un método de multiplexación de múltiples pares de cables o fibras ópticas utilizando 1 cable. Por ejemplo, el cable de categoría 5 es un cable de 1 par trenzado de 4 pares, al igual que el cable local (docenas de pares). El requisito previo para realizar la multiplexación por división espacial es que el diámetro de la fibra óptica o del cable sea muy pequeño. Un cable óptico puede usarse como múltiples fibras ópticas o múltiples pares de cables, lo que no solo ahorra el material de la funda exterior, sino también. es cómodo de usar. [Edite este párrafo] La multiplexación estadística (SDM), a veces llamada multiplexación de etiquetas, multiplexación estadística por división de tiempo o multiplexación inteligente por división de tiempo, es en realidad lo que se llama asignación dinámica de ancho de banda. La multiplexación estadística es esencialmente una multiplexación por división de tiempo asíncrona, que puede asignar dinámicamente intervalos de tiempo según sea necesario, en lugar de utilizar el método de asignación de intervalos de tiempo fijo utilizado en la multiplexación por división de tiempo. Se asigna según si la fuente de la señal necesita enviar una señal de datos y la señal. requisitos de ancho de banda de la propia señal. Las principales aplicaciones son los multiplexores de programas de televisión digital y las redes de conmutación de paquetes. Las dos aplicaciones principales se describen a continuación.
6.1 Multiplexor de programas de TV digital
El multiplexor de programas de TV digital completa principalmente la función de remultiplexación del flujo de transporte (TS) MPEG-2 para formar un flujo de transporte multiprograma (MPTS). ), utilizado para la transmisión de programas de televisión digital. La llamada multiplexación estadística significa que la velocidad de bits de cada programa multiplexado no es constante y el principio de asignar velocidades de bits de acuerdo con la complejidad de la imagen se implementa entre programas. Debido a que cada canal (estándar o suplementario) puede transmitir múltiples programas y la complejidad de la imagen de cada programa es diferente (la probabilidad de que sea la misma es muy pequeña), podemos asignar la velocidad de bits entre programas en el mismo canal de acuerdo con la imagen. complejidad, Implementar reutilización estadística.
Los factores clave para realizar la multiplexación estadística son: primero, cómo evaluar la complejidad de la secuencia de imágenes en cualquier momento; existen dos métodos de evaluación subjetiva y evaluación objetiva; segundo, cómo asignar dinámicamente el ancho de banda; del servicio de vídeo de manera oportuna. El uso de tecnología de multiplexación estadística puede mejorar la eficiencia de la compresión, mejorar la calidad de la imagen, facilitar la transmisión de múltiples programas en un canal y ahorrar costos de transmisión.
6.2 Red de conmutación de paquetes
La red de conmutación de paquetes es un nuevo tipo de red de conmutación después de la red de conmutación de circuitos y la red de conmutación de mensajes. Se utiliza principalmente para comunicaciones de datos, como X.25, Frame Relay, DPT, SDH, GE, ATM, etc. La conmutación de paquetes es un método de conmutación de almacenamiento y reenvío que divide los mensajes del usuario en paquetes de una determinada longitud (puede ser fija o variable) y almacena y reenvía estos paquetes. Por lo tanto, tiene una mayor utilización que la conmutación de circuitos, un retraso más corto que la conmutación de mensajes y la capacidad de comunicarse en tiempo real.
La conmutación de paquetes utiliza el principio de multiplexación por división de tiempo estadística para multiplexar un enlace de datos en múltiples canales lógicos y, finalmente, forma una ruta de transmisión de información entre el usuario que llama y el usuario llamado, que se denomina circuito virtual (VC) antes de cada terminal de usuario. dispositivo comienza a enviarse y recibir datos entre sí, necesita establecer una conexión lógica a través de la red) para realizar la transmisión de paquetes de datos. Algunas redes de conmutación de paquetes admiten multiplexación estadística, mientras que otras no. Por ejemplo, SDH no admite multiplexación estadística y el ancho de banda es fijo. Las principales tecnologías que admiten la multiplexación estadística incluyen Frame Relay, ATM e IP, que se presentan a continuación.
(1) Frame Relay
Frame Relay es una tecnología de transmisión rápida de conmutación de paquetes desarrollada sobre la base de la tecnología de conmutación de paquetes X.25. La información del usuario se transmite en unidades de tramas (longitud variable) y los flujos de información del usuario se multiplexan estadísticamente.
(2) Cajero automático
ATM admite servicios orientados a conexión (conexión lógica no física) y tiene una gran flexibilidad. Puede asignar dinámicamente recursos de comunicación de acuerdo con las necesidades reales de los servicios multimedia. Para un servicio específico, la tasa de transmisión varía con la tasa de llegada de información. Por tanto, ATM tiene capacidad de multiplexación estadística y puede adaptarse a cualquier tipo de negocio.
(3) Baidu
DPT (Transmisión dinámica de paquetes) es una nueva generación de tecnología de transmisión dinámica de paquetes optimizada creada por Sisco. Absorbe las ventajas de SDH y supera sus deficiencias. Combina la tecnología de enrutamiento IP con el gran ancho de banda y las capacidades confiables de autorreparación de los anillos de fibra óptica. Debido a que todos los nodos tienen un mecanismo justo y admiten la multiplexación estadística del ancho de banda, el ancho de banda disponible de la red se puede duplicar.
(4) Gigabit Ethernet
GE (Gigabit Ethernet) es una extensión de la tecnología Ethernet y es la tercera generación de Ethernet. Maneja principalmente servicios de datos y es la tecnología principal utilizada actualmente en las redes troncales metropolitanas de banda ancha de radio y televisión. La utilización del canal de usuario de los puertos del conmutador Ethernet (RJ45) suele ser diferente. Algunos canales suelen estar ocupados y otros inactivos. Incluso si todos los puertos de un conmutador Ethernet se están comunicando, implican diferentes requisitos de ancho de banda. El intercambio de datos se caracteriza por ráfagas. Sólo mediante la multiplexación estadística, es decir, la asignación dinámica de ancho de banda, podemos reducir los fenómenos de ocupación e inactividad y maximizar el uso del ancho de banda de la red.
Multiplexación entrelazada de 7 bytes
La multiplexación en SDH (jerarquía digital síncrona) se refiere a la adaptación de señales de capa de canal de orden inferior en canales de orden superior, o multiplexación El proceso de adaptar una capa superior -ordenar la señal de la capa de canal en una sección multiplex. Sabemos que la multiplexación SDH tiene una estructura de multiplexación estandarizada, pero cada país o región tiene solo una hoja de ruta de multiplexación, que se implementa mediante una combinación de software y hardware, que es flexible y conveniente. La multiplexación por entrelazado de bytes (BIDM) es una forma de multiplexar el módulo de transmisión síncrona de bajo nivel (STM) en SDH al módulo de transmisión síncrona de alto nivel. El STM de alto nivel es 4 veces el STM de bajo nivel. Como se muestra en la Figura 1, cuatro bytes STM-1 se entrelazan y multiplexan en STM-4. Por supuesto, cuatro bytes STM-4 se entrelazan y multiplexan en STM-16, al igual que otros niveles de módulos de transmisión síncrona. El entrelazado de bytes aquí se refiere a extraer regularmente 1 byte de cuatro STM-1 y colocarlo en STM-4. La multiplexación por entrelazado de bytes, en primer lugar, incorpora la idea de diseño de la multiplexación síncrona SDH; en segundo lugar, según el valor de AU-PTR (puntero de unidad de gestión) y la regularidad de la interpolación de bytes, es posible ubicar la señal de baja velocidad en la señal de alta velocidad La ubicación permite que las señales de baja velocidad se separen o inserten fácilmente en señales de alta velocidad. Esta es también una de las ventajas de SDH en comparación con PDH. Debido a la irregularidad de la posición de la señal PDH de baja velocidad en la señal de alta velocidad, la inserción/separación de la señal de alta velocidad de la señal de baja velocidad debe multiplexarse/demultiplexarse paso a paso porque la multiplexación/demultiplexación aumentará. [Editar este párrafo] La multiplexación por división de longitud de onda de polarización es una tecnología de multiplexación utilizada en sistemas satelitales, es decir, una fuente puede recibir haces de dos modos de polarización al mismo tiempo, como polarización vertical y polarización horizontal, polarización circular izquierda y derecha. -polarización manual Polarización circular. Por lo general, hay dos formas de lograr la reutilización de frecuencias en los sistemas satelitales: una es utilizar diferentes métodos de polarización en la misma banda de frecuencia, como polarización vertical y polarización horizontal, polarización circular izquierda y polarización circular derecha; reutiliza la misma banda de frecuencia en diferentes haces. Este método se usa ampliamente en sistemas multihaz.
La multiplexación es una tecnología de comunicaciones que combina y descompone señales para que múltiples usuarios puedan disfrutar de una única línea de comunicaciones hacia ubicaciones remotas.
Un multiplexor combina múltiples señales en una sola línea para su transmisión y las señales se separan en el extremo receptor. Cada dispositivo que transmite en una línea multiplex está predividido en un intervalo de tiempo o frecuencia. Incluso si un dispositivo no está transmitiendo, el intervalo de tiempo o la frecuencia aún están asignados y no se utilizan, lo que resulta en una banda de frecuencia desperdiciada. La tecnología de multiplexación estadística resuelve este problema asignando dinámicamente intervalos de tiempo a los dispositivos que necesitan transmitir.
La multiplexación proporciona un método económico y práctico para que muchos usuarios se comuniquen con dispositivos remotos en una sola línea. En lugar de establecer una conexión de datos personales para cada usuario que se conecte a la instalación remota. Las líneas digitales de alta velocidad proporcionan una banda de frecuencia suficiente para que múltiples usuarios manejen comunicaciones de audio y video. Los multiplexores proporcionan una forma de utilizar esta banda de frecuencia.
Multiplexación por división de frecuencia (FDM) TDM es una tecnología de transmisión analógica de banda de frecuencia que puede transmitir múltiples señales simultáneamente en un cable. Cada base de datos o señal de audio se modula en una frecuencia portadora diferente. El rango de frecuencia de un canal se subdivide en canales estrechos, cada uno de los cuales puede transportar una señal diferente. Las bandas de protección entre canales de señal separan los canales de transmisión subdivididos para reducir la interferencia. FDM se usa ampliamente en transmisiones de radio y televisión, pero se transmite desde múltiples estaciones simultáneamente a través de ondas electromagnéticas o cables.
Multiplexación por división de tiempo (TDM) TDM es una tecnología de banda base. Los diferentes circuitos (datos o audio) se identifican por la posición del flujo de cuadros en intervalos de tiempo fijos. La señal analógica de entrada se modula y digitaliza con código de impulsos, y la información digitalizada se inserta en el intervalo de tiempo de transmisión en secuencia. Cada canal obtiene un intervalo de tiempo, de modo que todos los canales puedan disfrutar del medio de transmisión por igual.
Multiplexación inversa La multiplexación inversa es una tecnología que descompone un único flujo de datos de alta velocidad en múltiples flujos de datos de baja velocidad y los transmite a través de múltiples rutas de conexión de baja velocidad. Puede ahorrar el coste del alquiler de líneas de alta velocidad y aprovecharlas mejor.
En la multiplexación por división de tiempo estadística (STDM), si se asignan intervalos de tiempo a estaciones que no siempre transmiten, las líneas de transmisión no se pueden utilizar bien y estos intervalos de tiempo predivididos pueden desperdiciarse. La multiplexación por división de tiempo estadística resuelve este problema asignando dinámicamente intervalos de tiempo, utilizando así las líneas de manera más eficiente. La multiplexación estadística por división de tiempo (STDM) es costosa porque contiene algunos procesadores y utiliza técnicas de almacenamiento en búfer para utilizar el canal de manera eficiente. El almacenamiento en búfer puede aumentar la latencia y los procesadores y otros circuitos deben diseñarse para un alto rendimiento para aumentar las velocidades de comunicación.