Multiplexage par répartition en fréquence : schéma fonctionnel, fonctionnement et ses applications

La technique de multiplexage a été développée en 1870, mais à la fin du 20ème siècle ; il est devenu beaucoup plus applicable aux télécommunications numériques. Dans les télécommunications, la Multiplexage technique est utilisée pour combiner et envoyer plusieurs flux de données sur un seul support. Ainsi, le matériel utilisé pour le multiplexage est connu sous le nom de multiplexeur ou MUX qui fusionne n lignes d'entrée pour produire une seule ligne o/p. La méthode de multiplexage est largement utilisée dans les télécommunications où de nombreux appels téléphoniques sont acheminés sur un seul fil. Le multiplexage est classé en trois types tels que; division de fréquence, division de longueur d'onde (WDM) , et division du temps. À l'heure actuelle, ces trois techniques de multiplexage sont devenues un atout très important dans les processus de télécommunication et elles ont considérablement amélioré la façon dont nous envoyons et recevons des signaux indépendants sur les lignes téléphoniques, la radio AM et FM, ainsi que les fibres optiques. Cet article traite de l'un des types de multiplexage connu sous le nom de FDM ou multiplexage par répartition en fréquence – le fonctionnement & ses applications.

Qu'est-ce que le multiplexage par répartition en fréquence ?

La définition du multiplexage par répartition en fréquence est : une technique de multiplexage utilisée pour combiner plusieurs signaux sur un support partagé. Dans ce type de multiplexage, des signaux de fréquences différentes sont fusionnés pour une transmission simultanée. Dans FDM, plusieurs signaux sont fusionnés pour être transmis sur un canal ou une seule ligne de communication où chaque signal est attribué à une fréquence différente dans le canal principal.

Schéma fonctionnel du multiplexage par répartition en fréquence

Le schéma fonctionnel de la division de fréquence est illustré ci-dessous, qui comprend un émetteur et un récepteur. En FDM, les différents signaux de message comme m1(t), m2(t) et m3(t) sont modulés aux différentes fréquences porteuses comme fc1, fc2 et fc3. De cette manière, les différents signaux modulés sont séparés les uns des autres dans le domaine fréquentiel. Ces signaux modulés sont fusionnés pour former le signal composite qui est transmis sur le canal/support de transmission.

Pour éviter les interférences entre les deux signaux de message, une bande de garde est également maintenue entre ces deux signaux. Une bande de garde est utilisée pour séparer deux larges plages de fréquences. Cela garantit que les canaux de communication qui sont utilisés simultanément ne subissent pas d'interférences qui affecteraient la qualité réduite des transmissions.

Comme le montre la figure ci-dessus, il existe trois signaux de message différents modulés à différentes fréquences. Après cela, ils sont fusionnés en un seul signal composite. Les fréquences porteuses de chaque signal doivent être choisies de sorte qu'il n'y ait pas de chevauchement de signaux modulés. Ainsi, chaque signal modulé dans le signal multiplexé est simplement séparé l'un de l'autre dans le domaine des fréquences.

Du côté du récepteur, des filtres passe-bande sont utilisés pour séparer chaque signal modulé du signal composite et démultiplexé. En transmettant le signal démultiplexé via le LPF, il est possible de récupérer chaque signal de message. C'est ainsi qu'est une méthode FDM (Multiplexage par répartition en fréquence) typique.

Comment fonctionne le multiplexage par répartition en fréquence ?

Dans le système FDM, l'extrémité émettrice a plusieurs émetteurs et l'extrémité réceptrice a plusieurs récepteurs. Entre l'émetteur et le récepteur, le canal de communication est là. En FDM, côté émetteur, chaque émetteur transmet un signal avec une fréquence différente. Par exemple, le premier émetteur transmet un signal avec une fréquence de 30 kHz, le deuxième émetteur transmet un signal avec une fréquence de 40 kHz et le troisième émetteur transmet un signal avec une fréquence de 50 kHz.

Après cela, ces signaux de fréquences différentes sont combinés avec un dispositif appelé multiplexeur qui transmet les signaux multiplexés via un canal de communication. FDM est une méthode analogique qui est une méthode de multiplexage très populaire. Au niveau du récepteur, le démultiplexeur est utilisé pour séparer les signaux multiplexés, puis il transmet ces signaux séparés aux récepteurs particuliers.

Un FDM typique a un total de n canaux, où n est un nombre entier supérieur à 1. Chaque canal transporte un bit d'information et possède sa propre fréquence porteuse. La sortie de chaque canal est envoyée à une fréquence différente de tous les autres canaux. L'entrée de chaque canal est retardée d'une quantité dt, qui peut être mesurée en unités de temps ou en cycles par seconde.

Le retard à travers chaque canal peut être calculé comme suit :

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

Je(t) = 1/T + C2 *

Je(t) = 1/T + C3 *

où T = période du signal en unités de temps (dans notre cas, il s'agit de nanosecondes). C1, C2 et C3 sont des constantes qui dépendent du type de signal transmis et de son schéma de modulation.

Chaque canal est constitué d'un réseau de cristaux photoniques qui agissent comme des filtres pour les ondes lumineuses qui les traversent. Chaque cristal ne peut laisser passer que certaines longueurs d'onde de lumière ; d'autres sont bloqués entièrement par leur structure ou par réflexion d'un cristal adjacent.

Le FDM nécessite l'utilisation d'un récepteur supplémentaire pour chaque utilisateur, ce qui peut être coûteux et difficile à installer sur les appareils mobiles. Ce problème a été résolu en utilisant des techniques de modulation de fréquence telles que multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence (OFDM) . La transmission OFDM réduit le nombre requis de récepteurs en attribuant différentes sous-porteuses à différents utilisateurs sur une seule fréquence porteuse.

Il nécessite des récepteurs supplémentaires car la station de base et chaque unité mobile doivent être synchronisées dans le temps. Dans ce multiplexage, les données ne peuvent pas être envoyées en mode rafale, de sorte que les données sont envoyées en continu, de sorte que le récepteur doit attendre que le prochain paquet soit reçu avant de pouvoir commencer à recevoir le suivant. Cela nécessite des récepteurs spéciaux pour pouvoir recevoir des paquets à différents débits de différentes stations de base, sinon ils ne pourraient pas les décoder correctement.

Le nombre d'émetteurs et de récepteurs impliqués dans les systèmes FDM est appelé 'paire émetteur-récepteur' ou TRP en abrégé. Le nombre de TRP qui doivent être disponibles peut être calculé à l'aide de la formule suivante :

NumberOfTRPs = (# Transmetteurs) (# points de réception) (# Antennes)

Par exemple, si nous avons trois émetteurs et quatre points de réception (RP), nous aurons neuf TRP car il y a trois émetteurs et quatre RP. Pour simplifier les choses, supposons que chaque RP a une antenne RP et que chaque TRP a deux antennes RP ; cela signifie que nous aurons besoin de neuf TRPS supplémentaires :

Ce multiplexage peut être soit point à point ou alors point à multipoint . En mode point à point, chaque utilisateur dispose de son propre canal dédié avec ses propres émetteur, récepteur et antenne. Dans ce cas, il pourrait y avoir plus d'un émetteur par utilisateur et tous les utilisateurs utiliseraient des canaux différents. En mode point à multipoint, tous les utilisateurs partagent le même canal, mais l'émetteur et le récepteur de chaque utilisateur sont connectés à ceux des autres utilisateurs sur le même canal.

Multiplexage par répartition en fréquence Vs multiplexage par répartition dans le temps

La différence entre le multiplexage par répartition en fréquence et le multiplexage par répartition dans le temps est discutée ci-dessous.

Avantages et inconvénients

Les avantages du multiplexage par répartition en fréquence g inclure les éléments suivants.

• L'émetteur et le récepteur de FDM n'ont besoin d'aucune synchronisation.
• C'est plus simple & sa démodulation est facile.
• Un seul canal obtiendra l'effet en raison de la bande étroite lente.
• FDM est applicable aux signaux analogiques.
• Un grand nombre de canaux peuvent être transmis simultanément.
• Il n'est pas cher.
• Ce multiplexage présente une grande fiabilité.
• En utilisant ce multiplexage, il est possible de transmettre des données multimédias avec un faible bruit et distorsion et également avec un rendement élevé.

Les inconvénients du multiplexage par répartition en fréquence inclure les éléments suivants.

• FDM a un problème de diaphonie.
• FDM n'est applicable que lorsque quelques canaux moins rapides sont préférés
• Une distorsion d'intermédiation se produit.
• Les circuits FDM sont complexes.
• Il a besoin de plus de bande passante.
• Cela donne moins de débits.
• Par rapport à TDM, la latence fournie par FDM est supérieure.
• Ce multiplexage n'a pas de coordination dynamique.
• FDM a besoin d'un grand nombre de filtres et de modulateurs.
• Le canal de ce multiplexage peut être affecté par l'évanouissement à large bande
• La bande passante complète du canal ne peut pas être utilisée sur le FDM.
• Le système FDM nécessite un signal porteur.

Applications

Les applications du multiplexage par répartition en fréquence comprennent les suivantes.

• Auparavant, le FDM était utilisé dans le système de téléphonie cellulaire et la télégraphie harmonique système de communication .
• Le multiplexage par répartition en fréquence est principalement utilisé dans la radiodiffusion.
• Le FDM est également utilisé dans la diffusion télévisée.
• Ce type de multiplexage est applicable dans le système téléphonique pour faciliter la transmission de plusieurs appels téléphoniques sur une seule liaison ou une seule ligne de transmission.
• FDM est utilisé dans un système de communication par satellite pour transmettre divers canaux de données.
• Il est utilisé dans les systèmes de transmission FM ou la modulation de fréquence stéréo.
• Il est utilisé dans les systèmes de transmission radio AM/modulation d'amplitude.
• Il est utilisé pour les téléphones publics et les systèmes de télévision par câble.
• Il est utilisé en radiodiffusion.
• Il est utilisé dans la diffusion AM et FM.
• Il est utilisé dans les réseaux sans fil, les réseaux cellulaires, etc.
• Le FDM est utilisé dans les systèmes de connexion à large bande ainsi que dans les modems DSL (Digital Subscriber Line).
• Le système FDM est principalement utilisé pour les données multimédia telles que la transmission audio, vidéo et image.

Ainsi c'est un aperçu du multiplexage par répartition en fréquence ou FDM. Il s'agit d'une technique de multiplexage qui sépare la bande passante existante en plusieurs sous-bandes où chacune peut transporter un signal. Ainsi, ce multiplexage permet des transmissions simultanées au-dessus d'un support de communication partagé. Ce multiplexage permet au système de transmettre une énorme quantité de données sur un certain nombre de segments transmis au-dessus de sous-bandes de fréquences indépendantes. Voici une question pour vous, qu'est-ce que le multiplexage temporel?