Multiplexing in Telekommunikations- und Computernetzwerken ist eine Technik, mit der zahlreiche Datensignale über ein einziges Medium kombiniert und übertragen werden. Im Multiplexen Methode, Multiplexer (MUX)-Hardware spielt eine wichtige Rolle bei der Erzielung von Multiplexing, indem sie „n“ Eingangsleitungen zusammenführt, um eine einzige Ausgangsleitung zu erzeugen. Daher folgt diese Methode hauptsächlich dem Viele-zu-Eins-Konzept, das n Eingabezeilen und eine einzige Ausgabezeile bedeutet. Es gibt verschiedene Arten von Multiplexing-Techniken wie: FDM, TDM, CDM , SDM und OFDM. Dieser Artikel enthält kurze Informationen zu einer der Arten von Multiplexing-Techniken wie: Raummultiplex oder SDM.

Was ist Space Division Multiplexing (SDM)?

Eine Multiplex-Technik innerhalb einer drahtlosen Verbindung Kommunikationssystem wird verwendet, um die Systemkapazität zu erhöhen, indem einfach die physische Trennung der Benutzer ausgenutzt wird. Dies wird als Raummultiplex oder Raummultiplex (SDM) bezeichnet. Bei dieser Multiplex-Technik sind mehrere Antennen werden an beiden Enden des Senders und Empfängers verwendet, um parallele Kommunikationskanäle herzustellen. Diese Kommunikationskanäle sind voneinander unabhängig, was es mehreren Benutzern ermöglicht, gleichzeitig Daten innerhalb eines ähnlichen Frequenzbandes zu übertragen, abgesehen von Interferenzen.

Die Kapazität des drahtlosen Kommunikationssystems kann einfach durch den Einbau weiterer Antennen verbessert werden, um unabhängigere Kanäle zu bilden. Diese Multiplex-Technik wird häufig in drahtlosen Kommunikationssystemen verwendet, z. W-lan, Satellitenkommunikationssysteme & Mobilfunknetze.

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Beispiel für SDM in einem U-Boot-Lichtleiterkabel

Das Raummultiplexen in der Anwendung optischer U-Boot-Kabel ist in drei Übertragungssysteme unterteilt; Single-Core-Glasfaser-C-Band-, Single-Core-Glasfaser-C+L-Band- und Multicore-Glasfaser-C-Band-Übertragung. Das Lichtpfaddiagramm mit drei Übertragungssystemen ist unten dargestellt.

Ein einadriges Glasfaser-C-Band in einem U-Boot-Lichtwellenleiter-Übertragungssystem ist nur mit EDFA-Geräten zur Signalverbesserung ausgestattet. EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) ist eine Art von OFA, bei dem es sich um einen optischen Verstärker durch im Glasfaserkern enthaltene Erbiumionen handelt. EDFA verfügt über einige Funktionen wie: geringes Rauschen, hohe Verstärkung und unabhängig von der Polarisation. Es verstärkt optische Signale im 1,55-μm-Band (oder 1,58-μm-Band).

SDM im optischen U-Boot-Kabel

Das einkernige C+L-Band-Übertragungssystem erfordert zwei EDFAs, um die beiden Bandsignale entsprechend zu verbessern. Das Mehrkern-Glasfaser-C-Band-Übertragungssystem ist sehr kompliziert und erfordert das Auffächern jedes Faserkerns und dessen Eingabe in den Signalverstärker sowie das anschließende Einfädeln des Verstärkersignals in das Mehrkern-Glasfaserkabel.

Wenn das Signal-Rausch-Verhältnis des 3-Kanal-Übertragungssystems etwa 9,5 dB beträgt, benötigt das C+L-Band-Übertragungssystem mit Einzelkernfaser 37 Glasfaserpaare, um die maximale Übertragungsfähigkeit des optischen Kabels zu erreichen.

Multicore-Glasfaser-C-Band-Übertragungssysteme benötigen 19 bis 20 Faserpaare, um die höchste Übertragungskapazität zu erreichen. Ein Single-Core-Glasfaser-C+L-Band-Übertragungssystem erfordert nur dreizehn Glasfaserkabelpaare, um die höchste Kapazität zu verteilen; Die höchste Kapazität beträgt jedoch nur 70 % der Single-Core-C-Band-Glasfaserübertragung.

Bei der SDM-Technologie wird die Entfernung jedes optischen Unterseekabels auf 60 km festgelegt, um die erforderlichen Spannungen der drei Übertragungssysteme zu berechnen. Einadriges C-Band und C+L-Band erfordern niedrigere Spannungen bis zu einer maximalen Spannung von 15 kV. Im Vergleich zu Mehrleitungs-FOC-Übertragungssystemen sind ihre Spannungen geringer, da Mehrkern-Glasfaserübertragungssysteme zusätzliche Verstärker zur Vervollständigung der Übertragung benötigen.

In drei Übertragungssystemen des Raummultiplexverfahrens ist die Übertragungsfähigkeit von Einzelkern-Glasfaser-C+L-Band und Mehrkern-C-Band im Vergleich zur Einzelkern-Glasfaser-C-Band-Übertragung geringer. Single-Core-Glasfaser-C-Band- und C+L-Wellen-Systeme können im Vergleich zu Multi-Core-Systemen niedrigere Spannungen und einen geringeren Stromverbrauch nutzen, wenn eine ähnliche Kapazität durch Multi-Core erreichbar ist.

Space Division Multiplexing funktioniert

Space Division Multiplexing (SDM) nutzt die räumliche Dimension, um mehrere unabhängige Datenströme gleichzeitig zu übertragen. Hier ist eine vereinfachte Erklärung, wie es funktioniert:

Räumliche Trennung : SDM setzt auf die physikalische Trennung der Übertragungswege für verschiedene Datenströme. Diese Trennung kann je nach Übertragungsmedium durch verschiedene Techniken erreicht werden, beispielsweise durch die Verwendung unterschiedlicher optischer Fasern, Antennenelemente oder akustischer Pfade.
Mehrere Kanäle : Jeder räumlich getrennte Pfad stellt einen eigenen Kommunikationskanal dar. Diese Kanäle können verwendet werden, um unabhängige Datenströme gleichzeitig zu übertragen, ohne sich gegenseitig zu stören.
Datenkodierung und Modulation : Vor der Übertragung werden die für jeden Kanal bestimmten Daten Kodierungs- und Modulationstechniken unterzogen, um sie in ein für die Übertragung über das gewählte Medium geeignetes Format umzuwandeln. Dabei geht es typischerweise um die Umwandlung digitaler Daten in analoge Signale, die mit bestimmten Frequenzen oder anderen für das Übertragungsmedium geeigneten Eigenschaften moduliert sind.
Gleichzeitige Übertragung : Sobald die Daten kodiert und moduliert sind, werden sie gleichzeitig über die räumlich getrennten Kanäle übertragen. Diese gleichzeitige Übertragung ermöglicht einen erhöhten Datendurchsatz und eine effiziente Nutzung der verfügbaren Kommunikationsressourcen.
Empfängerdekodierung : Auf der Empfangsseite werden die Signale aller räumlichen Kanäle separat empfangen und verarbeitet. Jeder Kanal wird demoduliert und dekodiert, um die ursprünglichen Datenströme wiederherzustellen. Da die Kanäle räumlich getrennt sind, kommt es nur zu minimalen Interferenzen zwischen ihnen, was eine zuverlässige Datenwiederherstellung ermöglicht.
Integration von Datenströmen : Abschließend werden die wiederhergestellten Datenströme aller Kanäle integriert, um die ursprünglich übertragenen Daten zu rekonstruieren. Dieser Integrationsprozess hängt von der jeweiligen Anwendung ab und kann Aufgaben wie Fehlerkorrektur, Synchronisierung und Datenaggregation umfassen.

Insgesamt ermöglicht Raummultiplex die gleichzeitige Übertragung mehrerer unabhängiger Datenströme durch Ausnutzung der räumlichen Trennung und erhöht so die Kommunikationskapazität und -effizienz. Es wird häufig in verschiedenen Kommunikationssystemen verwendet, darunter Glasfasernetze, drahtlose Kommunikation, Satellitenkommunikation und akustische Unterwasserkommunikation.

Beispiele für Space Division Multiplexing

Das erste Beispiel für SDM ist die Mobilfunkkommunikation, da bei dieser Kommunikation innerhalb von Zellen, die nicht nahe beieinander liegen, wieder der gleiche Satz von Trägerfrequenzen verwendet wird.

Glasfaserkommunikation : In Glasfaser-Kommunikationssystemen können mehrere Kanäle gleichzeitig über dieselbe Glasfaser übertragen werden, indem unterschiedliche räumliche Pfade verwendet werden. Jeder räumliche Pfad kann eine andere Wellenlänge (Wavelength Division Multiplexing – WDM) oder einen anderen Polarisationszustand (Polarization Division Multiplexing – PDM) darstellen. Dies ermöglicht eine erhöhte Datenübertragungskapazität, ohne dass zusätzliche physische Glasfaserkabel verlegt werden müssen.
Mehrere Antennensysteme : Bei der drahtlosen Kommunikation nutzen MIMO-Systeme (Multiple Input Multiple Output) mehrere Antennen sowohl am Sender als auch am Empfänger, um die spektrale Effizienz zu verbessern. Jedes Antennenpaar bildet einen räumlichen Kanal, und Daten werden gleichzeitig über diese Kanäle übertragen, wodurch die Kapazität der drahtlosen Verbindung effektiv erhöht wird.
Satellitenkommunikation : Satellitenkommunikationssysteme verwenden häufig SDM-Techniken, um mehrere Signale gleichzeitig über unterschiedliche Frequenzbänder oder räumliche Pfade zu übertragen. Dies ermöglicht eine effizientere Nutzung der Satellitenressourcen und einen höheren Datendurchsatz für Anwendungen wie Rundfunk, Internetdienste und Fernerkundung.
Akustische Unterwasserkommunikation : In Unterwasserumgebungen werden akustische Wellen zur Kommunikation genutzt, da sie große Entfernungen zurücklegen können. SDM kann eingesetzt werden, indem mehrere Hydrophone und Sender verwendet werden, um räumlich getrennte Kanäle zu erstellen, was die gleichzeitige Übertragung mehrerer Datenströme ermöglicht und die Gesamtkommunikationskapazität erhöht.
Integrierte Schaltkreisverbindungen : In elektronischen Geräten wie Computerprozessoren oder Netzwerkgeräten können Raummultiplexverfahren eingesetzt werden, um mehrere Komponenten oder Kerne auf einem Chip miteinander zu verbinden. Durch die Weiterleitung von Signalen über verschiedene physische Pfade können Daten gleichzeitig zwischen verschiedenen Verarbeitungseinheiten übertragen werden, wodurch die Gesamtleistung und der Durchsatz des Systems verbessert werden.

Vorteile Nachteile

Der Vorteile des Raummultiplexverfahrens das Folgende einschließen.

Eine SDM-Technik verbessert die räumliche Dichte optischer Fasern im Einheitsquerschnitt.
Es erhöht die Anzahl der räumlichen Übertragungskanäle innerhalb einer gemeinsamen Verkleidung.
Das SDM ist eine Kombination aus FDM oder Frequenzmultiplex und TDM oder Zeitmultiplex .
Es überträgt Nachrichten unter Nutzung einer bestimmten Frequenz, sodass ein bestimmter Kanal für eine gewisse Zeit in einem bestimmten Frequenzband genutzt werden kann.
Diese Multiplex-Technik ermöglicht einfach, dass eine optische Faser mehrere Signale überträgt, die bei unterschiedlichen Wellenlängen gesendet werden, ohne dass es zu gegenseitigen Störungen kommt.
SDM steigert die Energieeffizienz und ermöglicht deutlich geringere Kosten für jedes Bit.
Die SDM-Technik verbessert die spektrale Effizienz für jede Faser durch einfaches Multiplexen der Signale innerhalb orthogonaler LP-Modi in FMF (Few-Mode-Fasern) und Multicore-Fasern.
Die Entwicklung ist relativ einfach und es sind keine grundlegend neuen optischen Komponenten erforderlich.
Beste Nutzung der Bandbreite.
Die Festfrequenz kann innerhalb von SDM wieder verwendet werden.
SDM kann in rein optischen Kabeln implementiert werden.
Aufgrund der optischen Kabel ist der Durchsatz extrem hoch.
Beste Frequenznutzung durch mehrere Multiplex-Techniken und Glasfaser.

Der Nachteile des Raummultiplexverfahrens das Folgende einschließen.

Die Kosten für SDM steigen aufgrund der Verbesserung der Anzahl der Übertragungskanäle immer noch erheblich.
Multiplexing verwendet komplexe Algorithmen und Protokolle, um die verschiedenen gesendeten Signale zusammenzuführen und aufzuteilen. Dadurch wird der Schwierigkeitsgrad des Netzwerks erhöht und es wird schwieriger, es zu warten und Fehler zu beheben.
Multiplexing führt zu Interferenzen zwischen den gesendeten Signalen, was den Wert der übertragenen Daten beeinträchtigen kann.
Diese Multiplextechnik benötigt für den Multiplexvorgang eine gewisse Bandbreite, wodurch sich die verfügbare Bandbreite für die reale Datenübertragung verringern kann.
Die Implementierung und Wartung dieses Multiplexings ist aufgrund der Komplexität und der erforderlichen Spezialausrüstung teuer.
Dieses Multiplexing erschwert die Speicherung der übertragenen Daten, da mehrere Signale über einen ähnlichen Kanal gesendet werden.
Bei SDM kann es zu einer Schlussfolgerung kommen.
SDM ist mit hohen Inferenzverlusten konfrontiert.
Bei SDM werden an zwei verschiedenen Stellen derselbe Frequenzsatz bzw. der gleiche Satz TDM-Signale verwendet

Raummultiplexanwendungen

Der Anwendungen des Raummultiplexverfahrens das Folgende einschließen.

Raummultiplex wird in terrestrischen Netzwerken durch zwei verschiedene Methoden verwendet; SDM-kompatible Komponenten, die sowohl innerhalb der Übertragungs- als auch der Vermittlungsinfrastruktur angeordnet sind (oder) SDM-Implementierung nur innerhalb der Vermittlungsarchitektur.
Raummultiplextechnik innerhalb der drahtlosen MIMO-Kommunikation und Glasfaser Kommunikation dient der Übertragung unabhängiger, räumlich getrennter Kanäle.
SDM wird in Mobilfunknetzen in Form der Multiple Input Multiple Output-Technologie verwendet, die mehrere Antennen an beiden Enden des Senders und Empfängers verwendet, um den Wert und die Leistungsfähigkeit der Kommunikationsverbindung zu verbessern.
SDM bezeichnet eine Methode zum Verständnis des Glasfaser-Multiplexings mit Raumteilung.
Die SDM-Technik wird zur optischen Datenübertragung überall dort eingesetzt, wo mehrere räumliche Kanäle verwendet werden, wie beispielsweise bei Mehrkernfasern.
Die Raummultiplextechnik für die Glasfaserübertragung trägt dazu bei, die Leistungsgrenzen von WDM zu überwinden.
SDM wird in der GSM-Technologie verwendet.

Das ist also so ein Überblick über Raummultiplex , Funktionsweise, Beispiele, Vorteile, Nachteile und Anwendungen. Die SDM-Technologie entspricht dem Wachstumstrend der OFC- oder Glasfaserkommunikation. Diese Multiplex-Technik ist eine wichtige Innovation und Weiterentwicklung der OFC-Technologie. Hier ist eine Frage an Sie: Was ist Zeitmultiplex oder TDM?