Le multiplexage dans les réseaux de télécommunications et informatiques est un type de technique utilisé pour combiner et transmettre de nombreux signaux de données sur un seul support. Dans le multiplexage méthode, multiplexeur Le matériel (MUX) joue un rôle important dans la réalisation du multiplexage en fusionnant « n » lignes d’entrée pour générer une seule ligne de sortie. Cette méthode suit donc principalement le concept plusieurs-à-un qui signifie n lignes d'entrée et une seule ligne de sortie. Il existe différents types de techniques de multiplexage telles que : FDM, TDM, MDP , SDM et OFDM. Cet article fournit de brèves informations sur l'un des types de techniques de multiplexage telles que : multiplexage par répartition spatiale ou SDM.

Qu’est-ce que le multiplexage par répartition spatiale (SDM) ?

Une technique de multiplexage dans un réseau sans fil système de communication est utilisé pour améliorer la capacité du système en exploitant simplement la séparation physique des utilisateurs. On l'appelle multiplexage par répartition spatiale ou multiplexage par répartition spatiale (SDM). Dans cette technique de multiplexage, plusieurs antennes sont utilisés aux deux extrémités de l'émetteur et du récepteur pour créer des canaux de communication parallèles. Ces canaux de communication sont indépendants les uns des autres, ce qui permet à plusieurs utilisateurs de transmettre des données simultanément dans une bande de fréquence similaire sauf interférence.

La capacité du système de communication sans fil peut être améliorée en incluant simplement davantage d'antennes pour former davantage de canaux indépendants. Cette technique de multiplexage est couramment utilisée dans les systèmes de communication sans fil tels que : Wifi, systèmes de communication par satellite & réseaux cellulaires.

Exemple de SDM dans un câble optique sous-marin

Le multiplexage spatial dans l'application des câbles optiques sous-marins est divisé en trois systèmes de transmission : Transmission en bande C à fibre monocœur, bande C+L à fibre monocœur et transmission en bande C à fibre multicœur. Le diagramme du trajet lumineux des trois systèmes de transmission est présenté ci-dessous.

Une fibre monocœur en bande C dans un système de transmission par câble optique sous-marin est équipée uniquement d'un équipement EDFA pour améliorer le signal. L'EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) est un type d'OFA qui est un amplificateur optique grâce aux ions erbium inclus dans le cœur de la fibre optique. EDFA a certaines fonctionnalités telles que : faible bruit, gain élevé et indépendant de la polarisation. Il amplifie les signaux optiques dans la bande de 1,55 μm (ou) 1,58 μm.

SDM dans le câble optique sous-marin

Le système de transmission monocœur en bande C+L nécessite deux EDFA pour améliorer les signaux des deux bandes en conséquence. Le système de transmission à fibre multicœur en bande C est très compliqué et nécessite de déployer chaque cœur de fibre et de l'entrer dans l'amplificateur de signal, puis de ventiler le signal de l'amplificateur dans le câble à fibre multicœur.

Chaque fois que le rapport signal/bruit du système de transmission à 3 canaux est d'environ 9,5 dB, le système de transmission à fibre monocœur en bande C+L a besoin de 37 paires de fibres optiques pour atteindre la capacité de transmission maximale du câble optique.

Le système de transmission à fibre multicœur en bande C nécessite 19 à 20 paires de fibres pour atteindre la capacité de transmission la plus élevée. Le système de transmission à fibre monocœur en bande C+L ne nécessite que treize paires de câbles à fibre pour répartir la capacité la plus élevée ; cependant, sa capacité la plus élevée correspond à 70 % de la transmission par fibre monocœur en bande C uniquement.

Dans la technologie SDM, la distance de chaque câble optique sous-marin est fixée à 60 km pour calculer les tensions requises par les trois systèmes de transmission. Les bandes C et C+L monocœur nécessitent des tensions inférieures jusqu'à 15 kV de tension maximale. Par rapport aux systèmes de transmission FOC multilignes, leurs tensions sont moindres car les systèmes de transmission par fibre multicœur nécessitent des amplificateurs supplémentaires pour compléter la transmission.

Dans trois systèmes de transmission de multiplexage par répartition spatiale, la capacité de transmission de la bande C+L à fibre monocœur et de la bande C multicœur est plus faible que celle de la transmission en bande C à fibre monocœur. Les systèmes à fibre monocœur en bande C et à ondes C+L peuvent utiliser des tensions et une consommation d'énergie inférieures par rapport aux systèmes multicœurs si une capacité similaire est atteinte grâce au multicœur.

Fonctionnement du multiplexage par répartition spatiale

Le multiplexage par répartition spatiale (SDM) fonctionne en exploitant la dimension spatiale pour transmettre simultanément plusieurs flux de données indépendants. Voici une explication simplifiée de son fonctionnement :

Séparation spatiale : SDM repose sur la séparation physique des chemins de transmission pour différents flux de données. Cette séparation peut être réalisée à l'aide de diverses techniques selon le support de transmission, comme l'utilisation de différentes fibres optiques, éléments d'antenne ou chemins acoustiques.
Plusieurs canaux : Chaque chemin spatialement séparé représente un canal de communication distinct. Ces canaux peuvent être utilisés pour transmettre simultanément des flux de données indépendants sans interférer les uns avec les autres.
Codage et modulation des données : Avant transmission, les données destinées à chaque canal subissent des techniques de codage et de modulation pour les convertir dans un format adapté à la transmission sur le support choisi. Cela implique généralement la conversion de données numériques en signaux analogiques modulés à des fréquences spécifiques ou d'autres propriétés adaptées au support de transmission.
Transmission simultanée : Une fois les données codées et modulées, elles sont transmises simultanément sur les canaux spatialement séparés. Cette transmission simultanée permet un débit de données accru et une utilisation efficace des ressources de communication disponibles.
Décodage du récepteur : À la réception, les signaux de tous les canaux spatiaux sont reçus et traités séparément. Chaque canal est démodulé et décodé pour récupérer les flux de données d'origine. Étant donné que les canaux sont spatialement séparés, les interférences entre eux sont minimes, ce qui permet une récupération fiable des données.
Intégration des flux de données : Enfin, les flux de données récupérés de tous les canaux sont intégrés pour reconstruire les données originales transmises. Ce processus d'intégration dépend de l'application spécifique et peut impliquer des tâches telles que la correction d'erreurs, la synchronisation et l'agrégation de données.

Dans l’ensemble, le multiplexage spatial permet la transmission simultanée de plusieurs flux de données indépendants en tirant parti de la séparation spatiale, augmentant ainsi la capacité et l’efficacité de la communication. Il est couramment utilisé dans divers systèmes de communication, notamment les réseaux à fibre optique, les communications sans fil, les communications par satellite et les communications acoustiques sous-marines.

Exemples de multiplexage par répartition spatiale

Le premier exemple de SDM est la communication cellulaire, car dans cette communication, un ensemble égal de fréquences porteuses est à nouveau utilisé dans des cellules qui ne sont pas proches les unes des autres.

Communication par fibre optique : Dans les systèmes de communication par fibre optique, plusieurs canaux peuvent être transmis simultanément via la même fibre en utilisant différents chemins spatiaux. Chaque trajet spatial peut représenter une longueur d’onde différente (Wavelength Division Multiplexing – WDM) ou un état de polarisation différent (Polarization Division Multiplexing – PDM). Cela permet d'augmenter la capacité de transmission de données sans avoir à installer de câbles à fibres physiques supplémentaires.
Systèmes d'antennes multiples : Dans la communication sans fil, les systèmes à entrées multiples et sorties multiples (MIMO) utilisent plusieurs antennes à la fois au niveau de l'émetteur et du récepteur pour améliorer l'efficacité spectrale. Chaque paire d'antennes forme un canal spatial et les données sont transmises simultanément sur ces canaux, augmentant ainsi efficacement la capacité de la liaison sans fil.
Communication par satellite : Les systèmes de communication par satellite utilisent souvent des techniques SDM pour transmettre plusieurs signaux simultanément en utilisant différentes bandes de fréquences ou chemins spatiaux. Cela permet une utilisation plus efficace des ressources satellitaires et un débit de données accru pour des applications telles que la radiodiffusion, les services Internet et la télédétection.
Communication acoustique sous-marine : Dans les environnements sous-marins, les ondes acoustiques sont utilisées pour la communication en raison de leur capacité à parcourir de longues distances. Le SDM peut être utilisé en utilisant plusieurs hydrophones et émetteurs pour créer des canaux spatialement séparés, permettant la transmission simultanée de plusieurs flux de données et augmentant la capacité globale de communication.
Interconnexions de circuits intégrés : Dans les appareils électroniques, tels que les processeurs informatiques ou les équipements de réseau, les techniques de multiplexage par répartition spatiale peuvent être appliquées pour interconnecter plusieurs composants ou cœurs sur une puce. En acheminant les signaux via différents chemins physiques, les données peuvent être transmises simultanément entre diverses unités de traitement, améliorant ainsi les performances et le débit global du système.

Avantages désavantages

Le avantages du multiplexage spatial inclure les éléments suivants.

Une technique SDM améliore la densité spatiale de la fibre optique en section transversale unitaire.
Il augmente le nombre de canaux de transmission spatiale au sein d’un revêtement commun.
Le SDM est une combinaison de FDM ou multiplexage par répartition en fréquence et TDM ou multiplexage temporel .
Il transmet des messages en utilisant une fréquence spécifique, de sorte qu'un canal particulier peut être utilisé sur une bande de fréquence particulière pendant un certain temps.
Cette technique de multiplexage permet simplement à une fibre optique de transmettre plusieurs signaux envoyés à différentes longueurs d'onde sans interférer les uns avec les autres.
SDM développe l'efficacité énergétique et permet de réduire considérablement les coûts pour chaque bit.
La technique SDM améliore l'efficacité spectrale de chaque fibre en multiplexant simplement les signaux dans les modes LP orthogonaux dans les fibres FMF (fibres à quelques modes) et multicœurs.
Le développement est assez simple et aucun nouveau composant optique fondamental n’est nécessaire.
Meilleure utilisation de la bande passante.
La fréquence fixe peut être réutilisée dans SDM.
Le SDM peut être implémenté dans des câbles optiques purs.
Son débit est extrêmement élevé grâce aux câbles optiques.
Meilleure utilisation de la fréquence grâce à plusieurs techniques de multiplexage et fibre optique.

Le inconvénients du multiplexage spatial inclure les éléments suivants.

Le coût du SDM continue d’augmenter de manière significative en raison de l’amélioration du nombre de canaux de transmission.
Le multiplexage utilise des algorithmes et des protocoles complexes pour fusionner et diviser les différents signaux diffusés. Cela améliore donc la difficulté du réseau et rend plus difficile sa maintenance et son dépannage.
Le multiplexage provoque des interférences entre les signaux diffusés, ce qui peut corrompre la valeur des données transmises.
Cette technique de multiplexage nécessite une certaine quantité de bande passante pour la procédure de multiplexage, ce qui peut diminuer la quantité de bande passante disponible pour la transmission réelle de données.
La mise en œuvre et la maintenance de ce multiplexage sont coûteuses en raison de la complexité et de l'équipement spécialisé requis.
Ce multiplexage rend plus difficile la sauvegarde des données transmises car plusieurs signaux sont envoyés sur un canal similaire.
En SDM, une inférence peut se produire.
SDM est confronté à des pertes d’inférence élevées.
En SDM, le même ensemble de fréquences ou le même ensemble de signaux TDM sont utilisés à deux endroits différents

Applications de multiplexage par répartition spatiale

Le applications du multiplexage spatial inclure les éléments suivants.

Le multiplexage spatial est utilisé dans les réseaux terrestres via deux méthodes différentes : Composants compatibles SDM disposés dans les infrastructures de transmission et de commutation (ou) implémentation SDM uniquement dans l'architecture de commutation.
Technique de multiplexage par répartition spatiale dans la communication sans fil MIMO et fibre optique la communication est utilisée pour diffuser des chaînes indépendantes séparées dans l’espace.
SDM est utilisé dans les réseaux cellulaires sous la forme technologique à entrées multiples et à sorties multiples, qui utilise plusieurs antennes aux deux extrémités de l'émetteur et du récepteur pour améliorer la valeur ainsi que la capacité du lien de communication.
SDM fait référence à une méthode permettant de comprendre le multiplexage des fibres optiques avec division spatiale.
La technique SDM est utilisée pour la transmission optique de données partout où plusieurs canaux spatiaux sont utilisés, comme dans les fibres multicœurs.
La technique de multiplexage par répartition spatiale pour la transmission par fibre optique permet de surmonter les limites de capacité du WDM.
SDM est utilisé dans la technologie GSM.

Ainsi, c'est un aperçu du multiplexage par répartition spatiale , fonctionnement, exemples, avantages, inconvénients et applications. La technologie SDM est conforme à la tendance de croissance de la communication OFC ou fibre optique. Cette technique de multiplexage est une innovation majeure et une voie développée de la technologie OFC. Voici une question pour vous : qu'est-ce que le multiplexage temporel ou TDM ?