5. 3.7. Частотное и временное мультиплексирование

Концепция мультиплексирования на физическом уровне показана на рис. 3.10.

Рис. 3.10. Концепция мультиплексирования на физическом уровне

Мультиплексор изображается как треугольник и объединяет множество низкоскоростных каналов в один высокоскоростной канал. Главное достоинство мультиплексирования (уплотнения) заключается в сокращении количества физических устройств и связанных с ними затрат. Впервые мультиплексирование было применено в телефонных сетях, что позволило создавать одновременно большое количество соединений между пользователями, используя незначительное количество физических устройств. Мультиплексирование может быть выполнено с аналоговыми каналами или с цифровыми. В первом случае используется техника частотного мультиплексирования, во втором – мультиплексирования с разделением времени.

1. 3.7.1. Частотное мультиплексирование

Частотное мультиплексирование FDM (Frequency Division Multiplexing) показано на рис. 3.11. В FDM широкополосный аналоговый канал делится на несколько отдельных каналов. На рисунке широкополосный канал с полосой пропускания 40 кГц делится на 10 подканалов каждый по 4 кГц.

Рис. 3.11. Частотное мультиплексирование (FDM)

Так как отдельно взятый разговор по телефону использует приблизительно 4 кГц от полосы пропускания, такой мультиплексор может передавать 10 телефонных разговоров через тот же самый физический канал, который раньше мог использоваться только для одного соединения. Технология, при помощи которой реализуется FDM, называется модуляцией несущей (carrier modulation). Каждый из поддерживаемых мультиплексором каналов оперирует несущей частотой, расположенной в полосе частот, отведенной для подканала. У передатчика узкополосный сигнал должен быть мультиплексирован в выделенный подканал, модулируемый несущей частотой, а затем размещен в определенном месте в системе. У приемника подканал выделяется и затем демодулируется, чтобы удалить несущую частоту. То, что остается, является первоначальным узкополосным сигналом, который был модулирован при передаче.

Частотное мультиплексирование является технологией, при помощи которой многие радиостанции совместно используют выделенную область частотного спектра. Результатом является демодулированный сигнал, который может быть воспринят человеческим ухом. В настоящее время технология FDM широко используется различными системами связи, включая системы мобильной телефонной связи.

2. 3.7.2. Методы построения аппаратуры частотного мультиплексирования

В России на первичной сети связи сегодня применяется аппаратура частотного уплотнения (К-60 и К-1020с на симметричном кабеле и К-120, К-300, К-1920, К-3600 на коаксиальном кабеле).

На рис. 3.12 приведена схема, показывающая принцип построения аппаратуры с частотным разделением каналов.

Рис. 3.12. Принцип построения аппаратуры с частотным уплотнением

Приведённая схема позволяет одновременно передавать по линии сообщения трёх соединений. Передающее устройство содержит три комплекта модуляторов (М1, М2, М3), которые осуществляют преобразование трёх одинаковых спектров исходных сигналов с частотами Fmin – Fmax в три различные по спектру полосы частот (f1-f2, f3-f4, f5-f6), проходя предварительно через полосовые фильтры ПФпер. Все сигналы в спектре частот f1-f6 поступают в канал. В приёмном устройстве имеются три комплекта полосовых фильтров ПФпр, имеющие такие же полосы пропускания, как и соответствующие полосовые фильтры в передающем устройстве. Эти фильтры служат разделительным устройством, так как пропускают на каждый демодулятор ДМ приёмного устройства только те частоты, пришедшие с линии, для которых этот демодулятор предназначен. Каждый демодулятор преобразует спектр пришедших по линии сигналов в исходный спектр Fmin-Fmax.