Πολυπλεξία διαίρεσης χώρου : Διάγραμμα, Εργασία, Πλεονεκτήματα, Μειονεκτήματα & Οι εφαρμογές του

Η πολυπλεξία σε δίκτυα τηλεπικοινωνιών και υπολογιστών είναι ένας τύπος τεχνικής που χρησιμοποιείται για το συνδυασμό και τη μετάδοση πολλών σημάτων δεδομένων σε ένα μόνο μέσο. Στο πολυπλεξία μέθοδος, πολυπλέκτης Το υλικό (MUX) παίζει σημαντικό ρόλο στην επίτευξη πολυπλεξίας με τη συγχώνευση γραμμών εισόδου «n» για τη δημιουργία μιας ενιαίας γραμμής εξόδου. Έτσι, αυτή η μέθοδος ακολουθεί κυρίως την έννοια πολλά-προς-ένα που σημαίνει γραμμές n-εισόδου και μονή γραμμή εξόδου. Υπάρχουν διάφοροι τύποι τεχνικών πολυπλεξίας όπως π. FDM, TDM, CDM , SDM & OFDM. Αυτό το άρθρο παρέχει σύντομες πληροφορίες για έναν από τους τύπους τεχνικών πολυπλεξίας όπως: πολυπλεξία διαίρεσης χώρου ή SDM.

Τι είναι η Πολυπλεξία Διαίρεσης Διαστήματος (SDM);

Μια τεχνική πολυπλεξίας μέσα σε ένα ασύρματο σύστημα επικοινωνίας χρησιμοποιείται για την ενίσχυση της χωρητικότητας του συστήματος με απλή εκμετάλλευση του φυσικού διαχωρισμού των χρηστών είναι γνωστή ως πολυπλεξία διαίρεσης χώρου ή πολυπλεξία χωρικής διαίρεσης (SDM). Σε αυτή την τεχνική πολυπλεξίας, αρκετές κεραίες χρησιμοποιούνται και στα δύο άκρα του πομπού και του δέκτη για τη δημιουργία παράλληλων καναλιών επικοινωνίας. Αυτά τα κανάλια επικοινωνίας είναι ανεξάρτητα μεταξύ τους, γεγονός που επιτρέπει σε πολλούς χρήστες να μεταδίδουν δεδομένα ταυτόχρονα εντός μιας παρόμοιας ζώνης συχνοτήτων εκτός από παρεμβολές.

Η χωρητικότητα του συστήματος ασύρματης επικοινωνίας μπορεί να βελτιωθεί με την απλή προσθήκη περισσότερων κεραιών για να σχηματιστούν πιο ανεξάρτητα κανάλια. Αυτή η τεχνική πολυπλεξίας χρησιμοποιείται συνήθως σε συστήματα ασύρματων επικοινωνιών όπως π. Wi-Fi, δορυφορικά συστήματα επικοινωνίας & δίκτυα κινητής τηλεφωνίας.

Παράδειγμα SDM σε υποβρύχιο οπτικό καλώδιο

Η πολυπλεξία διαίρεσης χώρου στην εφαρμογή υποθαλάσσιου οπτικού καλωδίου χωρίζεται σε τρία συστήματα μετάδοσης. μονοπύρηνος ίνα C-band, μονοπύρηνος ίνα C+L-band & multi-core fiber C-band μετάδοση. Το διάγραμμα διαδρομής φωτός των τριών συστημάτων μετάδοσης φαίνεται παρακάτω.

Μια ζώνη C μονού πυρήνα σε ένα υποβρύχιο σύστημα μετάδοσης οπτικού καλωδίου είναι εξοπλισμένη μόνο με εξοπλισμό EDFA για τη βελτίωση του σήματος. Ο EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) ​​είναι ένα είδος OFA που είναι ένας οπτικός ενισχυτής μέσω ιόντων ερβίου που περιλαμβάνονται στον πυρήνα της οπτικής ίνας. Το EDFA έχει ορισμένα χαρακτηριστικά όπως: χαμηλό θόρυβο, υψηλό κέρδος & πόλωση ανεξάρτητα. Ενισχύει τα οπτικά σήματα εντός της ζώνης 1,55 μm (ή) 1,58 μm.

Το μονοπύρηνο σύστημα μετάδοσης ζώνης C+L απαιτεί δύο EDFA για τη βελτίωση των σημάτων των δύο ζωνών αντίστοιχα. Το σύστημα μετάδοσης πολυπύρηνων ινών C-band είναι πολύ περίπλοκο και απαιτεί τον αερισμό κάθε πυρήνα ίνας και την εισαγωγή του στον ενισχυτή σήματος και μετά από αυτόν τον ανεμιστήρα στο σήμα του ενισχυτή στο καλώδιο ινών πολλαπλών πυρήνων.

Όποτε η αναλογία σήματος προς θόρυβο του συστήματος μετάδοσης 3 καναλιών είναι περίπου 9,5 dB, τότε το σύστημα μετάδοσης μονοπύρηνων ινών C+L-band χρειάζεται 37 ζεύγη οπτικών ινών για να επιτύχει τη μέγιστη ικανότητα μετάδοσης οπτικών καλωδίων.

Το σύστημα μετάδοσης πολυπύρηνων ινών C-band χρειάζεται 19 έως 20 ζεύγη ινών για να επιτύχει την υψηλότερη ικανότητα μετάδοσης. Το σύστημα μετάδοσης μονοπύρηνων ινών C+L-band απαιτεί μόνο δεκατρία ζεύγη καλωδίων οπτικών ινών για τη διάδοση της υψηλότερης χωρητικότητας. Ωστόσο, η υψηλότερη χωρητικότητά του είναι το 70% μόνο της μετάδοσης ινών C-band μονού πυρήνα.

Στην τεχνολογία SDM, η απόσταση κάθε υποθαλάσσιου οπτικού καλωδίου ορίζεται στα 60 km για τον υπολογισμό των απαιτούμενων τάσεων από τα τρία συστήματα μετάδοσης. Η μονοπύρηνη ζώνη C και η ζώνη C+L χρειάζονται χαμηλότερες τάσεις έως 15 kV μέγιστης τάσης. Σε σύγκριση με τα συστήματα μετάδοσης FOC πολλαπλών γραμμών, οι τάσεις τους είναι μικρότερες επειδή τα συστήματα μετάδοσης ινών πολλαπλών πυρήνων χρειάζονται επιπλέον ενισχυτές για την ολοκλήρωση της μετάδοσης.

Σε τρία συστήματα μετάδοσης πολυπλεξίας διαίρεσης χώρου, η ικανότητα μετάδοσης της ζώνης C+L ινών μονού πυρήνα και της ζώνης C πολλαπλών πυρήνων είναι μικρότερη σε σύγκριση με τη μετάδοση της ζώνης C με ίνες μονού πυρήνα. Τα συστήματα μονοπύρηνων ινών C-band & C+L-wave μπορούν να χρησιμοποιήσουν χαμηλότερες τάσεις και χρήση ισχύος σε σύγκριση με συστήματα πολλαπλών πυρήνων, εάν μια παρόμοια χωρητικότητα είναι εφικτή μέσω πολλαπλών πυρήνων.

Εργασία πολυπλεξίας διαίρεσης χώρου

Το Space Division Multiplexing (SDM) λειτουργεί με την εκμετάλλευση της χωρικής διάστασης για τη μετάδοση πολλαπλών ανεξάρτητων ροών δεδομένων ταυτόχρονα. Ακολουθεί μια απλοποιημένη εξήγηση του πώς λειτουργεί:

• Χωρικός Διαχωρισμός : Η SDM βασίζεται στον φυσικό διαχωρισμό των διαδρομών μετάδοσης για διαφορετικές ροές δεδομένων. Αυτός ο διαχωρισμός μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας διάφορες τεχνικές ανάλογα με το μέσο μετάδοσης, όπως η χρήση διαφορετικών οπτικών ινών, στοιχείων κεραίας ή ακουστικών διαδρομών.
• Πολλαπλά κανάλια : Κάθε χωρικά διαχωρισμένη διαδρομή αντιπροσωπεύει ένα ξεχωριστό κανάλι επικοινωνίας. Αυτά τα κανάλια μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μετάδοση ανεξάρτητων ροών δεδομένων ταυτόχρονα χωρίς παρεμβολές μεταξύ τους.
• Κωδικοποίηση και Διαμόρφωση Δεδομένων : Πριν από τη μετάδοση, τα δεδομένα που προορίζονται για κάθε κανάλι υποβάλλονται σε τεχνικές κωδικοποίησης και διαμόρφωσης για τη μετατροπή τους σε μορφή κατάλληλη για μετάδοση μέσω του επιλεγμένου μέσου. Αυτό συνήθως περιλαμβάνει τη μετατροπή ψηφιακών δεδομένων σε αναλογικά σήματα διαμορφωμένα σε συγκεκριμένες συχνότητες ή άλλες ιδιότητες κατάλληλες για το μέσο μετάδοσης.
• Ταυτόχρονη μετάδοση : Μόλις τα δεδομένα κωδικοποιηθούν και διαμορφωθούν, μεταδίδονται ταυτόχρονα μέσω των χωρικά διαχωρισμένων καναλιών. Αυτή η ταυτόχρονη μετάδοση επιτρέπει αυξημένη απόδοση δεδομένων και αποτελεσματική χρήση των διαθέσιμων πόρων επικοινωνίας.
• Αποκωδικοποίηση δέκτη : Στο άκρο λήψης, τα σήματα από όλα τα χωρικά κανάλια λαμβάνονται και επεξεργάζονται ξεχωριστά. Κάθε κανάλι αποδιαμορφώνεται και αποκωδικοποιείται για να ανακτήσει τις αρχικές ροές δεδομένων. Δεδομένου ότι τα κανάλια είναι χωρικά διαχωρισμένα, υπάρχει ελάχιστη παρεμβολή μεταξύ τους, επιτρέποντας την αξιόπιστη ανάκτηση δεδομένων.
• Ενοποίηση ροών δεδομένων : Τέλος, οι ανακτημένες ροές δεδομένων από όλα τα κανάλια ενσωματώνονται για την ανασύσταση των αρχικών μεταδιδόμενων δεδομένων. Αυτή η διαδικασία ενοποίησης εξαρτάται από τη συγκεκριμένη εφαρμογή και μπορεί να περιλαμβάνει εργασίες όπως διόρθωση σφαλμάτων, συγχρονισμός και συγκέντρωση δεδομένων.

Συνολικά, η πολυπλεξία διαίρεσης χώρου επιτρέπει την ταυτόχρονη μετάδοση πολλαπλών ανεξάρτητων ροών δεδομένων αξιοποιώντας τον χωρικό διαχωρισμό, αυξάνοντας έτσι την ικανότητα και την αποτελεσματικότητα επικοινωνίας. Χρησιμοποιείται συνήθως σε διάφορα συστήματα επικοινωνίας, συμπεριλαμβανομένων των δικτύων οπτικών ινών, της ασύρματης επικοινωνίας, της δορυφορικής επικοινωνίας και της υποβρύχιας ακουστικής επικοινωνίας.

Παραδείγματα Πολυπλεξίας Διαίρεσης Διαστήματος

Το πρώτο παράδειγμα SDM είναι η κυτταρική επικοινωνία επειδή σε αυτήν την επικοινωνία το ίσο σύνολο συχνοτήτων φορέα χρησιμοποιούνται ξανά μέσα σε κελιά που δεν είναι κοντά το ένα στο άλλο.

• Επικοινωνία οπτικών ινών : Στα συστήματα επικοινωνίας με οπτικές ίνες, πολλά κανάλια μπορούν να μεταδοθούν ταυτόχρονα μέσω της ίδιας ίνας χρησιμοποιώντας διαφορετικές χωρικές διαδρομές. Κάθε χωρική διαδρομή μπορεί να αντιπροσωπεύει διαφορετικό μήκος κύματος (Wavelength Division Multiplexing – WDM) ή διαφορετική κατάσταση πόλωσης (Polarization Division Multiplexing – PDM). Αυτό επιτρέπει αυξημένη ικανότητα μετάδοσης δεδομένων χωρίς να χρειάζεται να τοποθετήσετε πρόσθετα καλώδια φυσικών ινών.
• Συστήματα πολλαπλών κεραιών : Στην ασύρματη επικοινωνία, τα συστήματα πολλαπλών εισόδων πολλαπλής εξόδου (MIMO) χρησιμοποιούν πολλαπλές κεραίες τόσο στον πομπό όσο και στον δέκτη για τη βελτίωση της φασματικής απόδοσης. Κάθε ζεύγος κεραιών σχηματίζει ένα χωρικό κανάλι και δεδομένα μεταδίδονται μέσω αυτών των καναλιών ταυτόχρονα, αυξάνοντας αποτελεσματικά τη χωρητικότητα της ασύρματης σύνδεσης.
• Δορυφορική Επικοινωνία : Τα συστήματα δορυφορικής επικοινωνίας χρησιμοποιούν συχνά τεχνικές SDM για τη μετάδοση πολλαπλών σημάτων ταυτόχρονα χρησιμοποιώντας διαφορετικές ζώνες συχνοτήτων ή χωρικές διαδρομές. Αυτό επιτρέπει την αποτελεσματικότερη χρήση των δορυφορικών πόρων και την αυξημένη απόδοση δεδομένων για εφαρμογές όπως οι εκπομπές, οι υπηρεσίες Διαδικτύου και η τηλεπισκόπηση.
• Υποβρύχια Ακουστική Επικοινωνία : Σε υποβρύχια περιβάλλοντα, τα ακουστικά κύματα χρησιμοποιούνται για επικοινωνία λόγω της ικανότητάς τους να διανύουν μεγάλες αποστάσεις. Η SDM μπορεί να χρησιμοποιηθεί χρησιμοποιώντας πολλαπλά υδρόφωνα και πομπούς για τη δημιουργία χωρικά διαχωρισμένων καναλιών, επιτρέποντας την ταυτόχρονη μετάδοση πολλαπλών ροών δεδομένων και αυξάνοντας τη συνολική ικανότητα επικοινωνίας.
• Διασυνδέσεις ολοκληρωμένων κυκλωμάτων : Σε ηλεκτρονικές συσκευές, όπως επεξεργαστές υπολογιστών ή εξοπλισμός δικτύου, μπορούν να εφαρμοστούν τεχνικές πολυπλεξίας διαίρεσης χώρου για τη διασύνδεση πολλών στοιχείων ή πυρήνων σε ένα τσιπ. Με τη δρομολόγηση των σημάτων μέσω διαφορετικών φυσικών διαδρομών, τα δεδομένα μπορούν να μεταδοθούν ταυτόχρονα μεταξύ διαφόρων μονάδων επεξεργασίας, βελτιώνοντας τη συνολική απόδοση και απόδοση του συστήματος.

Πλεονεκτήματα μειονεκτήματα

ο πλεονεκτήματα της πολυπλεξίας διαίρεσης χώρου περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

• Μια τεχνική SDM βελτιώνει τη χωρική πυκνότητα της οπτικής ίνας σε μοναδιαία διατομή.
• Αυξάνει τον αριθμό των χωρικών καναλιών μετάδοσης μέσα σε μια κοινή επένδυση.
• Το SDM είναι ένας συνδυασμός FDM ή πολυπλεξίας διαίρεσης συχνότητας & TDM ή πολυπλεξία διαίρεσης χρόνου .
• Μεταδίδει μηνύματα με τη χρήση μιας συγκεκριμένης συχνότητας, έτσι ώστε ένα συγκεκριμένο κανάλι να μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μια συγκεκριμένη ζώνη συχνοτήτων για κάποιο χρονικό διάστημα.
• Αυτή η τεχνική πολυπλεξίας επιτρέπει απλώς σε μια οπτική ίνα να μεταδίδει πολλά σήματα που αποστέλλονται σε διάφορα μήκη κύματος εκτός από παρεμβολές μεταξύ τους.
• Η SDM αναπτύσσει ενεργειακή απόδοση και επιτρέπει σημαντικά χαμηλότερο κόστος για κάθε bit.
• Η τεχνική SDM βελτιώνει τη φασματική απόδοση για κάθε ίνα με απλή πολυπλεξία των σημάτων σε ορθογώνιες λειτουργίες LP σε FMF (ίνες λίγων τρόπων) και ίνες πολλαπλών πυρήνων.
• Η ανάπτυξη είναι αρκετά απλή και δεν χρειάζονται θεμελιώδη νέα οπτικά εξαρτήματα.
• Βέλτιστη χρήση του εύρους ζώνης.
• Η σταθερή συχνότητα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ξανά εντός της SDM.
• Η SDM μπορεί να εφαρμοστεί μέσα σε καθαρά οπτικά καλώδια.
• Η απόδοσή του είναι εξαιρετικά υψηλή λόγω των οπτικών καλωδίων.
• Η καλύτερη χρήση της συχνότητας λόγω πολλών τεχνικών πολυπλεξίας και οπτικών ινών.

ο μειονεκτήματα της πολυπλεξίας διαίρεσης χώρου περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

• Το κόστος της SDM εξακολουθεί να αυξάνεται σημαντικά λόγω της βελτίωσης του αριθμού των καναλιών μετάδοσης.
• Η πολυπλεξία χρησιμοποιεί πολύπλοκους αλγόριθμους και πρωτόκολλα για τη συγχώνευση και τη διαίρεση των διαφόρων σημάτων που εκπέμπονται. Έτσι, αυτό βελτιώνει τη δυσκολία του δικτύου και καθιστά πιο δύσκολη τη συντήρηση και την αντιμετώπιση προβλημάτων.
• Η πολυπλεξία προκαλεί παρεμβολές μεταξύ των σημάτων που εκπέμπονται, γεγονός που μπορεί να καταστρέψει την τιμή των μεταδιδόμενων δεδομένων.
• Αυτή η τεχνική πολυπλεξίας χρειάζεται μια ορισμένη ποσότητα εύρους ζώνης για τη διαδικασία πολυπλεξίας, η οποία μπορεί να μειώσει το διαθέσιμο εύρος ζώνης για πραγματική μετάδοση δεδομένων.
• Η εφαρμογή και η συντήρηση αυτής της πολυπλεξίας είναι δαπανηρή λόγω της πολυπλοκότητας και του απαιτούμενου εξειδικευμένου εξοπλισμού.
• Αυτή η πολυπλεξία καθιστά πιο δύσκολη την αποθήκευση των μεταδιδόμενων δεδομένων επειδή αποστέλλονται πολλά σήματα πάνω από ένα παρόμοιο κανάλι.
• Στο SDM, μπορεί να προκύψει συμπέρασμα.
• Η SDM αντιμετωπίζει υψηλές απώλειες συμπερασμάτων.
• Στη SDM, το ίδιο σύνολο συχνοτήτων ή το ίδιο σύνολο σημάτων TDM χρησιμοποιούνται σε δύο διαφορετικά σημεία

Εφαρμογές Πολυπλεξίας Διαίρεσης Διαστήματος

ο εφαρμογές της πολυπλεξίας διαίρεσης χώρου περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

• Η πολυπλεξία διαίρεσης χώρου χρησιμοποιείται σε επίγεια δίκτυα μέσω δύο διαφορετικών μεθόδων. Στοιχεία συμβατά με SDM τοποθετημένα σε υποδομές μετάδοσης και μεταγωγής (ή) υλοποίηση SDM μόνο εντός της αρχιτεκτονικής μεταγωγής.
• Τεχνική πολυπλεξίας διαίρεσης χώρου εντός ασύρματης επικοινωνίας MIMO και οπτικών ινών Η επικοινωνία χρησιμοποιείται για τη μετάδοση ανεξάρτητων καναλιών που είναι χωρισμένα μέσα στο διάστημα.
• Η SDM χρησιμοποιείται σε κυψελωτά δίκτυα με τη μορφή τεχνολογίας Multiple Input Multiple Output, η οποία χρησιμοποιεί πολλές κεραίες και στα δύο άκρα του πομπού και του δέκτη για να βελτιώσει την αξία καθώς και την ικανότητα της ζεύξης επικοινωνίας.
• Το SDM αναφέρεται σε μια μέθοδο για την κατανόηση της πολυπλεξίας οπτικών ινών με διαίρεση χώρου.
• Η τεχνική SDM χρησιμοποιείται για οπτική μετάδοση δεδομένων όπου χρησιμοποιούνται πολλαπλά χωρικά κανάλια όπως σε πολυπύρηνες ίνες.
• Η τεχνική πολυπλεξίας χωρικής διαίρεσης για μετάδοση οπτικών ινών βοηθά να ξεπεραστεί το όριο ικανότητας του WDM.
• Η SDM χρησιμοποιείται στην τεχνολογία GSM.

Έτσι, αυτό είναι μια επισκόπηση της πολυπλεξίας διαίρεσης χώρου , εργασία, παραδείγματα, πλεονεκτήματα, μειονεκτήματα και εφαρμογές. Η τεχνολογία SDM συμμορφώνεται με την τάση ανάπτυξης της επικοινωνίας OFC ή οπτικών ινών. Αυτή η τεχνική πολυπλεξίας είναι μια σημαντική καινοτομία και αναπτυγμένος τρόπος της τεχνολογίας OFC. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, τι είναι η πολυπλεξία διαίρεσης χρόνου ή TDM;