Tehnici de multiplexare și demultiplexare a canalelor - telecomunicații

INTRODUCERE

În sistemele de comunicaţii prin fibre optice lărgimea benzii semnalului poate fi mai mare de câţiva THz, datorită frecvenţei purtătoare mari, asociate cu purtătoarea optică. Astfel, şi viteza de transmisie a informaţiei în biţi poate fi de ordinul a câţiva Tb/s, dar, practic, este limitată până la 40 Gb/s sau mai puţin, datorită dispersiei fibrei optice sau a limitărilor impuse de electronică, menţionate în capitolul precedent. Cea mai simplă soluţie pentru a majora viteza de transmisie este utilizarea a mai multor canale prin aceiaşi fibră, fiecare fiind modulat cu purtătoarea proprie. Frecvenţele purtătoare fiind separate destul încât să nu aibă loc suprapunerea canalelor modulate în domeniul de frecvenţă. La receptor canalele sunt demultiplexate cu ajutorul componentelor speciale ca filtre trece bandă sau reţele optice. Anume sistemele de tipul menţionat sunt sisteme de comunicaţii cu multe canale prin fibre optice. Ele au atras atenţia deosebită, în particular, în contextul detecţiei coerente, ceea ce permite spaţiul canalului relativ mic (sub valoarea de 10 GHz).

În continuare vor fi analizate diferite tipuri de sisteme de comunicaţii cu multe canale, concepţiile de bază, precum şi aplicaţiile practice.

METODE DE MULTIPLEXARE ÎN SISTEMELE CU MULTE CANALE

Pentru transmiterea a mai multor canale de informaţie se foloseşte multiplexarea prin divizarea frecvenţei (MDF-FDM) şi multiplexarea prin divizare de timp (MDT-TDM). în cadrul MDF are loc combinarea a două sau mai multe semnale de diferite frecvenţe, astfel încât să poată fi transmise toate ca un singur semnal. Multiplexarea prin divizarea frecvenţei poate fi îndeplinită precum în domeniul electric, aşa şi în cel optic.

La MDF, în domeniul electric diferite canale sunt create prin modularea diferitelor purtătoare cu microunde ce sunt combinate pentru a forma un flux compus de biţi electrici. Apoi acesta se foloseşte la modularea unei purtătoare optice. Iar la receptor are loc demultiplexarea cu ajutorul metodelor standarde cu microunde. Această schemă se numeşte multiplexarea subpurtătoarei, deoarece multiplexarea se îndeplineşte prin folosirea subpurtătoarelor cu microunde. Schema se foloseşte pe larg în distribuirea video prin televiziunea cu cablu.

Multiplexarea prin divizarea frecvenţei în domeniul optic corespunde schemei când mai multe purtătoare optice sunt modulate prin folosirea fluxurilor independente de biţi electrici (ce pot înseşi folosi metodele MDF şi MDT în domeniul electric) şi apoi sunt transmise prin aceeaşi fibră. La receptor, semnalul optic este demultiplexat în canale separate, folosind metodele optice sau electrice. Astfel, prin fibra optică pot fi transmise câteva sute de canale prin reducerea spaţiului canalului la câţiva GHz, folosind metodele coerente.

În figura-1 sunt reprezentate ferestrele de transmisie cu pierderi joase ale fibrelor optice, precum şi ilustrată schematic funcţionarea cu multe canale.

Fig.1. Reprezentarea schematică a funcţionării cu multe canale în ferestrele de transmisie cu pierderi joase ale fibrelor din bioxid de siliciu.

Cînd spaţiul canalului este relativ mare (mai mare de 100 GHz), atunci MDF optică se menţionează ca multiplexarea prin divizarea lungimii de undă (MDU-WDM), fiind termeni analogici, deoarece nu există diferenţe fundamentale între ele. Din punct de vedere practic trebuie aplicate metodele detecţiei coerente, când spaţiul canalului devine comparabil cu viteza de transmisie a biţilor.

Multiplexarea prin divizare de timp se îndeplineşte în domeniul electric, pentru a obţine ierarhii digitale în sistemele de comunicaţii. Sistemele optice cu un canal a cărui purtătoare optică este modulată pentru a transmite întregul flux de biţi MDT pot purta mai multe canale multiplexate prin divizare de timp. însă această schemă este dificil de a o implementa pentru viteze de date mai mari de 10 Gb/s, din motivul limitărilor capacităţii de modulaţie directă a laserului cu semiconductori, precum şi a electronicii. Ca soluţie este MDT optică, la care câteva semnale optice ce sunt modulate la viteza B prin folosirea aceleiaşi frecvenţe purtătoare, iar apoi sunt multiplexate optic pentru a forma semnalul optic compus cu viteza n∙B, unde n este numărul de canale optice multiplexate. Practic, limitările sunt impuse de dispersia fibrei ce limitează produsul dintre viteza de transmisie a informaţiei în biţi şi distanţa de transmisie.

O altă schemă de multiplexare, aplicată în reţelele locale cu acces multiplu, este metoda spectrului desfăşurat, care este considerată ca multiplexarea prin divizarea codului MDC-CDM. în acest caz fiecare canal este codificat, astfel încât spectrul său se desfăşoară pe o regiune mai largă decât cea ocupată de semnalul original. La receptor, semnalul este demultiplexat în prezenţa altor canale, fiind cunoscut codul utilizat la emiţător.