มัลติเพล็กซ์แบบแบ่งพื้นที่: แผนภาพ การทำงาน ข้อดี ข้อเสีย และการประยุกต์

มัลติเพล็กซ์ในเครือข่ายโทรคมนาคมและคอมพิวเตอร์เป็นเทคนิคประเภทหนึ่งที่ใช้ในการรวมและส่งสัญญาณข้อมูลจำนวนมากผ่านสื่อเดียว ใน มัลติเพล็กซ์ วิธี, มัลติเพล็กเซอร์ ฮาร์ดแวร์ (MUX) มีบทบาทสำคัญในการบรรลุมัลติเพล็กซ์โดยการรวมบรรทัดอินพุต 'n' เพื่อสร้างบรรทัดเอาต์พุตเดี่ยว ดังนั้นวิธีนี้จึงเป็นไปตามแนวคิดแบบหลายต่อหนึ่งเป็นหลัก ซึ่งหมายถึงบรรทัดอินพุต n และบรรทัดเอาต์พุตเดี่ยว เทคนิคมัลติเพล็กซ์มีหลายประเภทเช่น เอฟดีเอ็ม, ทีดีเอ็ม, ซีดีเอ็ม , SDM และ OFDM บทความนี้ให้ข้อมูลโดยย่อเกี่ยวกับเทคนิคมัลติเพล็กซ์ประเภทใดประเภทหนึ่ง เช่น มัลติเพล็กซ์การแบ่งพื้นที่หรือ SDM

Space Division Multiplexing (SDM) คืออะไร?

เทคนิคมัลติเพล็กซ์ภายในระบบไร้สาย ระบบการสื่อสาร ใช้เพื่อเพิ่มขีดความสามารถของระบบโดยเพียงแค่ใช้ประโยชน์จากการแยกทางกายภาพของผู้ใช้ เรียกว่า spacedivision multiplexing หรือ spatialdivision multiplexing (SDM) ในเทคนิคมัลติเพล็กซ์นี้มีหลายรายการ เสาอากาศ ถูกใช้ที่ปลายทั้งสองด้านของตัวส่งและตัวรับเพื่อสร้างช่องทางการสื่อสารแบบขนาน ช่องทางการสื่อสารเหล่านี้มีความเป็นอิสระจากกัน ซึ่งช่วยให้ผู้ใช้หลายคนสามารถส่งข้อมูลพร้อมกันภายในย่านความถี่เดียวกัน ยกเว้นการรบกวน

สามารถปรับปรุงความจุของระบบการสื่อสารไร้สายได้โดยการเพิ่มเสาอากาศให้มากขึ้นเพื่อสร้างช่องสัญญาณที่เป็นอิสระมากขึ้น เทคนิคมัลติเพล็กซ์นี้ใช้กันทั่วไปภายในระบบสื่อสารไร้สายเช่น อินเตอร์เน็ตไร้สาย, ระบบสื่อสารผ่านดาวเทียม และเครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่

SDM ในตัวอย่างสายเคเบิลออปติคอลใต้น้ำ

การแบ่งพื้นที่แบบมัลติเพล็กซ์ในแอปพลิเคชันสายเคเบิลใต้น้ำแบ่งออกเป็นสามระบบส่งกำลัง ไฟเบอร์ C-band แบบคอร์เดียว, ไฟเบอร์ C+L-band แบบคอร์เดียว และการส่งผ่าน C-band ไฟเบอร์แบบมัลติคอร์ แผนภาพเส้นทางแสงของระบบส่งกำลังทั้งสามแสดงอยู่ด้านล่าง

C-band แบบไฟเบอร์แกนเดี่ยวในระบบส่งผ่านสายเคเบิลแบบออปติกใต้น้ำนั้นติดตั้งมาพร้อมกับอุปกรณ์ EDFA เท่านั้นสำหรับการปรับปรุงสัญญาณ EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) ​​เป็น OFA ชนิดหนึ่งที่เป็นเครื่องขยายสัญญาณออปติคัลผ่านไอออนเออร์เบียมที่รวมอยู่ในแกนไฟเบอร์ออปติก EDFA มีคุณสมบัติบางอย่างเช่น; สัญญาณรบกวนต่ำ, อัตราขยายสูงและโพลาไรซ์อิสระ โดยจะขยายสัญญาณแสงภายในแบนด์ 1.55 μm (หรือ) 1.58 μm

ระบบส่งสัญญาณ C+L-band แบบคอร์เดียวต้องใช้ EDFA สองตัวเพื่อปรับปรุงสัญญาณทั้งสองแบนด์ตามลำดับ ระบบส่งผ่านไฟเบอร์ C-band แบบมัลติคอร์นั้นซับซ้อนมากและจำเป็นต้องกระจายแกนไฟเบอร์ทุกอันออกและอินพุตไปยังเครื่องขยายสัญญาณ และหลังจากนั้นพัดลมในสัญญาณของแอมพลิฟายเออร์ลงในสายไฟเบอร์แบบมัลติคอร์

เมื่อใดก็ตามที่อัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนของระบบส่งสัญญาณ 3 แชนเนลอยู่ที่ประมาณ 9.5dB ดังนั้นระบบส่งสัญญาณไฟเบอร์ C+L-band แบบคอร์เดี่ยวจะต้องมีคู่ไฟเบอร์ออปติก 37 คู่เพื่อให้ได้ความสามารถในการส่งสัญญาณเคเบิลออปติกสูงสุด

ระบบส่งสัญญาณ C-band แบบมัลติคอร์ไฟเบอร์ต้องใช้ไฟเบอร์ 19 ถึง 20 คู่เพื่อให้ได้ความสามารถในการส่งสัญญาณสูงสุด ระบบส่งกำลังไฟเบอร์ C+L-band แบบแกนเดี่ยวต้องการคู่สายไฟเบอร์เพียงสิบสามคู่เพื่อกระจายความจุสูงสุด อย่างไรก็ตามความจุสูงสุดคือ 70% ของการส่งผ่านไฟเบอร์ C-band แบบ single-core เท่านั้น

ในเทคโนโลยี SDM ระยะทางของสายเคเบิลออปติกใต้น้ำทุกเส้นถูกตั้งค่าไว้ที่ 60 กม. เพื่อคำนวณแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการโดยระบบส่งกำลังทั้งสาม C-band แบบแกนเดี่ยวและ C+L-band ต้องการแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าถึง 15 kV ของแรงดันไฟฟ้าสูงสุด เมื่อเปรียบเทียบกับระบบส่งสัญญาณ FOC แบบหลายบรรทัด แรงดันไฟฟ้าจะน้อยกว่าเนื่องจากระบบส่งสัญญาณไฟเบอร์แบบมัลติคอร์จำเป็นต้องมีเครื่องขยายสัญญาณเพิ่มเติมสำหรับการส่งสัญญาณให้เสร็จสมบูรณ์

ในระบบส่งกำลังสามระบบของการมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งพื้นที่ ความสามารถในการส่งผ่านของไฟเบอร์ C+L-band แบบคอร์เดียว และ C-band แบบมัลติคอร์นั้นน้อยกว่าเมื่อเทียบกับการส่งผ่านไฟเบอร์ C-band แบบคอร์เดียว ระบบ C-band และ C+L-wave แบบไฟเบอร์คอร์เดี่ยวสามารถใช้แรงดันไฟฟ้าและการใช้พลังงานที่ต่ำกว่า เมื่อเปรียบเทียบกับระบบมัลติคอร์ หากได้รับความจุที่ใกล้เคียงกันผ่านมัลติคอร์

การทำงานมัลติเพล็กซ์ของแผนกอวกาศ

Space Division Multiplexing (SDM) ทำงานโดยใช้ประโยชน์จากมิติเชิงพื้นที่เพื่อส่งข้อมูลอิสระหลายรายการพร้อมกัน ต่อไปนี้เป็นคำอธิบายอย่างง่ายเกี่ยวกับวิธีการทำงาน:

• การแยกเชิงพื้นที่ : SDM อาศัยการแยกเส้นทางการส่งข้อมูลทางกายภาพสำหรับสตรีมข้อมูลที่แตกต่างกัน การแยกนี้สามารถทำได้โดยใช้เทคนิคต่างๆ ขึ้นอยู่กับสื่อในการส่ง เช่น การใช้เส้นใยแสง องค์ประกอบเสาอากาศ หรือเส้นทางเสียงที่แตกต่างกัน
• หลายช่อง : แต่ละเส้นทางที่แยกจากกันเชิงพื้นที่แสดงถึงช่องทางการสื่อสารที่แตกต่างกัน ช่องทางเหล่านี้สามารถใช้เพื่อส่งกระแสข้อมูลอิสระพร้อมกันโดยไม่รบกวนซึ่งกันและกัน
• การเข้ารหัสข้อมูลและการมอดูเลต : ก่อนการส่งข้อมูล ข้อมูลที่กำหนดไว้สำหรับแต่ละช่องสัญญาณจะต้องผ่านเทคนิคการเข้ารหัสและการมอดูเลตเพื่อแปลงเป็นรูปแบบที่เหมาะสมสำหรับการส่งข้อมูลผ่านสื่อที่เลือก โดยทั่วไปจะเกี่ยวข้องกับการแปลงข้อมูลดิจิทัลให้เป็นสัญญาณอะนาล็อกที่มอดูเลตที่ความถี่เฉพาะหรือคุณสมบัติอื่นที่เหมาะสมสำหรับสื่อการส่ง
• การส่งข้อมูลพร้อมกัน : เมื่อข้อมูลถูกเข้ารหัสและมอดูเลต ข้อมูลจะถูกส่งพร้อมกันผ่านช่องทางที่แยกจากกันเชิงพื้นที่ การส่งข้อมูลพร้อมกันนี้ช่วยเพิ่มปริมาณการรับส่งข้อมูลและการใช้ทรัพยากรการสื่อสารที่มีอยู่อย่างมีประสิทธิภาพ
• ถอดรหัสตัวรับ : เมื่อสิ้นสุดการรับ สัญญาณจากช่องเชิงพื้นที่ทั้งหมดจะได้รับและประมวลผลแยกกัน แต่ละช่องสัญญาณได้รับการสาธิตและถอดรหัสเพื่อกู้คืนสตรีมข้อมูลดั้งเดิม เนื่องจากช่องสัญญาณถูกแยกออกจากกัน จึงมีสัญญาณรบกวนระหว่างช่องสัญญาณน้อยที่สุด ทำให้สามารถกู้คืนข้อมูลได้อย่างเชื่อถือได้
• บูรณาการของกระแสข้อมูล : ในที่สุด กระแสข้อมูลที่กู้คืนจากทุกช่องทางจะถูกรวมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างข้อมูลที่ส่งดั้งเดิมขึ้นมาใหม่ กระบวนการบูรณาการนี้ขึ้นอยู่กับแอปพลิเคชันเฉพาะ และอาจเกี่ยวข้องกับงานต่างๆ เช่น การแก้ไขข้อผิดพลาด การซิงโครไนซ์ และการรวมข้อมูล

โดยรวมแล้ว การแบ่งพื้นที่แบบมัลติเพล็กซ์ช่วยให้สามารถส่งข้อมูลอิสระหลายรายการพร้อมกันโดยใช้ประโยชน์จากการแยกเชิงพื้นที่ ซึ่งจะเป็นการเพิ่มขีดความสามารถและประสิทธิภาพในการสื่อสาร โดยทั่วไปจะใช้ในระบบสื่อสารต่างๆ รวมถึงเครือข่ายใยแก้วนำแสง การสื่อสารไร้สาย การสื่อสารผ่านดาวเทียม และการสื่อสารด้วยเสียงใต้น้ำ

ตัวอย่างมัลติเพล็กซ์ของแผนกอวกาศ

ตัวอย่างแรกของ SDM คือการสื่อสารแบบเซลลูลาร์ เนื่องจากในการสื่อสารนี้ ชุดความถี่พาหะที่เท่ากันจะถูกใช้อีกครั้งภายในเซลล์ที่ไม่ได้อยู่ใกล้กัน

• การสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง : ในระบบสื่อสารใยแก้วนำแสง สามารถส่งสัญญาณหลายช่องพร้อมกันผ่านไฟเบอร์เดียวกันโดยใช้เส้นทางเชิงพื้นที่ที่แตกต่างกัน เส้นทางเชิงพื้นที่แต่ละเส้นทางสามารถแสดงถึงความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน (Wavelength Division Multiplexing - WDM) หรือสถานะโพลาไรเซชันที่แตกต่างกัน (Polarization Division Multiplexing - PDM) ซึ่งช่วยเพิ่มความสามารถในการรับส่งข้อมูลโดยไม่ต้องวางสายไฟเบอร์ฟิสิคัลเพิ่มเติม
• ระบบเสาอากาศหลายระบบ : ในการสื่อสารไร้สาย ระบบหลายอินพุตหลายเอาต์พุต (MIMO) ใช้เสาอากาศหลายตัวที่ทั้งตัวส่งและตัวรับเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของสเปกตรัม เสาอากาศแต่ละคู่จะสร้างช่องสัญญาณเชิงพื้นที่ และข้อมูลจะถูกส่งผ่านช่องสัญญาณเหล่านี้พร้อมกัน ช่วยเพิ่มความจุของการเชื่อมต่อไร้สายได้อย่างมีประสิทธิภาพ
• การสื่อสารผ่านดาวเทียม : ระบบสื่อสารผ่านดาวเทียมมักใช้เทคนิค SDM เพื่อส่งสัญญาณหลายรายการพร้อมกันโดยใช้ย่านความถี่หรือเส้นทางเชิงพื้นที่ที่แตกต่างกัน ช่วยให้สามารถใช้ทรัพยากรดาวเทียมได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น และเพิ่มปริมาณการรับส่งข้อมูลสำหรับแอปพลิเคชันต่างๆ เช่น การแพร่ภาพกระจายเสียง บริการอินเทอร์เน็ต และการสำรวจระยะไกล
• การสื่อสารด้วยเสียงใต้น้ำ : ในสภาพแวดล้อมใต้น้ำ คลื่นเสียงถูกใช้เพื่อการสื่อสารเนื่องจากสามารถเดินทางระยะไกลได้ SDM สามารถใช้งานได้โดยใช้ไฮโดรโฟนและเครื่องส่งหลายตัวเพื่อสร้างช่องสัญญาณที่แยกออกจากกัน ช่วยให้สามารถส่งข้อมูลหลายสตรีมพร้อมกันและเพิ่มความสามารถในการสื่อสารโดยรวม
• การเชื่อมต่อระหว่างวงจรรวม : ภายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น โปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์หรืออุปกรณ์เครือข่าย เทคนิคการแบ่งพื้นที่แบบมัลติเพล็กซ์สามารถนำไปใช้เพื่อเชื่อมต่อส่วนประกอบหรือแกนหลายตัวบนชิปได้ ด้วยการกำหนดเส้นทางสัญญาณผ่านพาธทางกายภาพที่แตกต่างกัน ข้อมูลจึงสามารถถ่ายโอนพร้อมกันระหว่างหน่วยประมวลผลต่างๆ ได้ ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของระบบโดยรวมและปริมาณงาน

ข้อดีข้อเสีย

ที่ ข้อดีของมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งพื้นที่ รวมสิ่งต่อไปนี้

• เทคนิค SDM ช่วยเพิ่มความหนาแน่นเชิงพื้นที่ของใยแก้วนำแสงในส่วนตัดขวางของหน่วย
• ช่วยเพิ่มจำนวนช่องสัญญาณส่งเชิงพื้นที่ภายในการหุ้มทั่วไป
• SDM คือการรวมกันของ FDM หรือมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความถี่ & TDM หรือ มัลติเพล็กซ์แบบแบ่งเวลา .
• โดยจะส่งข้อความโดยใช้ความถี่เฉพาะ ดังนั้นช่องสัญญาณใดช่องหนึ่งจึงสามารถใช้กับคลื่นความถี่ใดความถี่หนึ่งได้เป็นระยะเวลาหนึ่ง
• เทคนิคมัลติเพล็กซ์นี้ช่วยให้ใยแก้วนำแสงสามารถส่งสัญญาณหลายตัวที่ส่งด้วยความยาวคลื่นต่างๆ โดยไม่รบกวนซึ่งกันและกัน
• SDM พัฒนาประสิทธิภาพการใช้พลังงานและลดต้นทุนสำหรับแต่ละบิตได้อย่างมาก
• เทคนิค SDM ปรับปรุงประสิทธิภาพสเปกตรัมสำหรับแต่ละไฟเบอร์โดยเพียงแค่มัลติเพล็กซ์สัญญาณภายในโหมด LP มุมฉากใน FMF (ไฟเบอร์แบบไม่กี่โหมด) และไฟเบอร์แบบมัลติคอร์
• การพัฒนาค่อนข้างง่ายและไม่จำเป็นต้องมีส่วนประกอบออพติคอลพื้นฐานใหม่
• การใช้แบนด์วิธที่ดีที่สุด
• ความถี่คงที่สามารถใช้ได้อีกครั้งภายใน SDM
• SDM สามารถนำไปใช้ภายในสายเคเบิลออปติกล้วนๆ
• ปริมาณงานของมันสูงมากเนื่องจากสายเคเบิลออปติก
• การใช้ความถี่ได้ดีที่สุดเนื่องจากมีเทคนิคมัลติเพล็กซ์และไฟเบอร์ออปติกหลายอย่าง

ที่ ข้อเสียของมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งพื้นที่ รวมสิ่งต่อไปนี้

• ต้นทุนของ SDM ยังคงเพิ่มขึ้นอย่างมากเนื่องจากการปรับปรุงจำนวนช่องทางการส่งสัญญาณ
• มัลติเพล็กซ์ใช้อัลกอริธึมและโปรโตคอลที่ซับซ้อนเพื่อรวมและแบ่งสัญญาณต่างๆ ที่กำลังออกอากาศ ดังนั้นสิ่งนี้จึงช่วยปรับปรุงความยากของเครือข่ายและทำให้การบำรุงรักษาและแก้ไขปัญหายากขึ้น
• มัลติเพล็กซ์ทำให้เกิดการรบกวนระหว่างสัญญาณที่กำลังออกอากาศ ซึ่งอาจทำให้ค่าของข้อมูลที่ส่งเสียหายได้
• เทคนิคมัลติเพล็กซ์นี้ต้องการแบนด์วิดธ์จำนวนหนึ่งสำหรับขั้นตอนมัลติเพล็กซ์ ซึ่งสามารถลดจำนวนแบนด์วิธที่มีอยู่สำหรับการส่งข้อมูลจริงได้
• การใช้งานและบำรุงรักษามัลติเพล็กซ์นี้มีราคาแพงเนื่องจากความซับซ้อนและอุปกรณ์พิเศษที่จำเป็น
• มัลติเพล็กซ์นี้ทำให้ยากต่อการบันทึกข้อมูลที่ส่ง เนื่องจากมีสัญญาณหลายตัวถูกส่งไปเหนือช่องสัญญาณที่คล้ายกัน
• ใน SDM การอนุมานอาจเกิดขึ้น
• SDM เผชิญกับการสูญเสียการอนุมานสูง
• ใน SDM ชุดความถี่เดียวกันหรือชุดสัญญาณ TDM เดียวกันจะถูกใช้ในสถานที่ที่แตกต่างกันสองแห่ง

แอปพลิเคชั่นมัลติเพล็กซ์การแบ่งพื้นที่

ที่ การประยุกต์มัลติเพล็กซ์แบบแบ่งพื้นที่ รวมสิ่งต่อไปนี้

• มัลติเพล็กซ์แบบแบ่งอวกาศใช้ในเครือข่ายภาคพื้นดินผ่านสองวิธีที่แตกต่างกัน ส่วนประกอบที่เข้ากันได้กับ SDM ที่จัดเรียงภายในโครงสร้างพื้นฐานการส่งและการสลับ (หรือ) การใช้งาน SDM ภายในสถาปัตยกรรมการสลับเท่านั้น
• เทคนิคการแบ่งพื้นที่แบบมัลติเพล็กซ์ภายในการสื่อสารไร้สาย MIMO และ เส้นใยแก้วนำแสง การสื่อสารใช้ในการออกอากาศช่องอิสระที่แยกออกจากกันภายในอวกาศ
• SDM ใช้ในเครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่ในรูปแบบเทคโนโลยี Multiple Input Multiple Output ซึ่งใช้เสาอากาศหลายเสาที่ปลายทั้งสองข้างของเครื่องส่งและเครื่องรับเพื่อเพิ่มมูลค่าและความสามารถของการเชื่อมต่อการสื่อสาร
• SDM หมายถึงวิธีการทำความเข้าใจมัลติเพล็กซ์ไฟเบอร์ออปติกด้วยการแบ่งพื้นที่
• เทคนิค SDM ใช้สำหรับการรับส่งข้อมูลแบบออปติกไม่ว่าจะใช้ช่องสัญญาณเชิงพื้นที่หลายช่องเช่นในไฟเบอร์แบบมัลติคอร์
• เทคนิคการแบ่งมัลติเพล็กซ์เชิงพื้นที่สำหรับการส่งผ่านใยแก้วนำแสงช่วยเอาชนะขีดจำกัดความสามารถของ WDM
• SDM ใช้ในเทคโนโลยี GSM

อย่างนี้นี่เอง ภาพรวมของการมัลติเพล็กซ์การแบ่งพื้นที่ การทำงาน ตัวอย่าง ข้อดี ข้อเสีย และการประยุกต์ เทคโนโลยี SDM สอดคล้องกับแนวโน้มการเติบโตของการสื่อสารแบบ OFC หรือใยแก้วนำแสง เทคนิคมัลติเพล็กซ์นี้เป็นนวัตกรรมที่สำคัญและเป็นแนวทางการพัฒนาของเทคโนโลยี OFC นี่คือคำถามสำหรับคุณ มัลติเพล็กซ์แบบแบ่งเวลาหรือ TDM คืออะไร?