Multiplexing in telecommunicatie- en computernetwerken is een soort techniek die wordt gebruikt om talloze datasignalen via één enkel medium te combineren en te verzenden. In de multiplexen methode, multiplexer (MUX) hardware speelt een belangrijke rol bij het bereiken van multiplexing door ‘n’ invoerlijnen samen te voegen om één enkele uitvoerlijn te genereren. Deze methode volgt dus voornamelijk het veel-op-één-concept, wat n-invoerlijnen en een enkele uitvoerlijn betekent. Er zijn verschillende soorten multiplextechnieken zoals; FDM, TDM, CDM , SDM & OFDM. Dit artikel geeft korte informatie over een van de soorten multiplextechnieken, zoals; Space Division Multiplexing of SDM.

Wat is Space Division Multiplexing (SDM)?

Een multiplextechniek binnen een draadloos netwerk communicatie systeem wordt gebruikt om de systeemcapaciteit te vergroten door eenvoudigweg gebruik te maken van de fysieke scheiding van gebruikers. Dit staat bekend als Space Division Multiplexing of Spatial Division Multiplexing (SDM). Bij deze multiplextechniek zijn er meerdere antennes worden gebruikt aan beide uiteinden van de zender en ontvanger om parallelle communicatiekanalen te maken. Deze communicatiekanalen zijn onafhankelijk van elkaar, waardoor meerdere gebruikers tegelijkertijd gegevens kunnen verzenden binnen een vergelijkbare frequentieband, afgezien van interferentie.

De capaciteit van het draadloze communicatiesysteem kan worden verbeterd door simpelweg meer antennes toe te voegen om meer onafhankelijke kanalen te vormen. Deze multiplextechniek wordt vaak gebruikt in draadloze communicatiesystemen zoals; Wifi, satellietcommunicatiesystemen & mobiele netwerken.

SDM in voorbeeld van een onderzeese optische kabel

Multiplexing in de ruimteverdeling in de toepassing van onderzeese optische kabels is verdeeld in drie transmissiesystemen; single-core glasvezel C-band, single-core glasvezel C+L-band en multi-core glasvezel C-band transmissie. Het lichtpaddiagram met drie transmissiesystemen wordt hieronder weergegeven.

Een single-core vezel C-band in een onderzees optisch kabeltransmissiesysteem is alleen uitgerust met EDFA-apparatuur om het signaal te verbeteren. EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) is een soort OFA, een optische versterker via erbium-ionen in de optische vezelkern. EDFA heeft enkele functies zoals; laag geluidsniveau, hoge versterking en polarisatie-onafhankelijk. Het versterkt optische signalen binnen de 1,55 μm (of) 1,58 μm-band.

SDM in onderzeese optische kabel

Het single-core C+L-band transmissiesysteem vereist twee EDFA's om de tweebandsignalen dienovereenkomstig te verbeteren. Het multi-core glasvezel C-band transmissiesysteem is erg ingewikkeld en vereist het uitwaaien van elke vezelkern en het invoeren ervan in de signaalversterker, en daarna het versterkersignaal in de meerkernige glasvezelkabel inblazen.

“snelheidsregeling van DC-shuntmotor ”

Wanneer de signaal-ruisverhouding van het 3-kanaals transmissiesysteem ongeveer 9,5 dB bedraagt, heeft het single-core vezel C+L-band transmissiesysteem 37 optische vezelparen nodig om de maximale optische kabeltransmissiecapaciteit te bereiken.

Het multicore vezel C-band transmissiesysteem heeft 19 tot 20 paar vezels nodig om het hoogste transmissievermogen te bereiken. Voor het single-core glasvezel C+L-band transmissiesysteem zijn slechts dertien glasvezelkabelparen nodig om de hoogste capaciteit te spreiden; de hoogste capaciteit bedraagt echter slechts 70% van de single-core C-band glasvezeltransmissie.

Bij de SDM-technologie wordt de afstand van elke onderzeese optische kabel ingesteld op 60 km om de vereiste spanningen voor de drie transmissiesystemen te berekenen. Single-core C-band en C+L-band hebben lagere spanningen nodig tot een maximale spanning van 15 kV. In vergelijking met meerlijnige FOC-transmissiesystemen zijn hun spanningen lager omdat multi-core glasvezeltransmissiesystemen extra versterkers nodig hebben om de transmissie te voltooien.

In drie transmissiesystemen voor multiplexing in de ruimte is het transmissievermogen van single-core glasvezel C+L-band en multi-core C-band kleiner in vergelijking met single-core glasvezel C-band transmissie. Single-core glasvezel C-band- en C+L-wave-systemen kunnen lagere spanningen en energieverbruik gebruiken in vergelijking met multi-core systemen als een vergelijkbare capaciteit haalbaar is via multi-core.

Multiplexing in de ruimteverdeling

Space Division Multiplexing (SDM) werkt door gebruik te maken van de ruimtelijke dimensie om meerdere onafhankelijke datastromen tegelijkertijd te verzenden. Hier is een vereenvoudigde uitleg van hoe het werkt:

Ruimtelijke scheiding : SDM is afhankelijk van het fysiek scheiden van de transmissiepaden voor verschillende datastromen. Deze scheiding kan worden bereikt met behulp van verschillende technieken, afhankelijk van het transmissiemedium, zoals het gebruik van verschillende optische vezels, antenne-elementen of akoestische paden.
Meerdere kanalen : Elk ruimtelijk gescheiden pad vertegenwoordigt een afzonderlijk communicatiekanaal. Deze kanalen kunnen worden gebruikt om onafhankelijke datastromen gelijktijdig te verzenden zonder elkaar te storen.
Gegevenscodering en modulatie : Vóór verzending ondergaan de voor elk kanaal bestemde gegevens coderings- en modulatietechnieken om deze om te zetten in een formaat dat geschikt is voor verzending via het gekozen medium. Dit omvat doorgaans het omzetten van digitale gegevens in analoge signalen die zijn gemoduleerd op specifieke frequenties of andere eigenschappen die geschikt zijn voor het transmissiemedium.
Gelijktijdige verzending : Zodra de gegevens zijn gecodeerd en gemoduleerd, worden deze gelijktijdig via de ruimtelijk gescheiden kanalen verzonden. Deze gelijktijdige verzending maakt een grotere gegevensdoorvoer en een efficiënt gebruik van de beschikbare communicatiebronnen mogelijk.
Ontvanger decodering : Aan de ontvangende kant worden de signalen van alle ruimtelijke kanalen afzonderlijk ontvangen en verwerkt. Elk kanaal wordt gedemoduleerd en gedecodeerd om de originele datastromen te herstellen. Omdat de kanalen ruimtelijk gescheiden zijn, is er minimale interferentie tussen de kanalen, waardoor betrouwbaar gegevensherstel mogelijk is.
Integratie van datastromen : Ten slotte worden de herstelde datastromen van alle kanalen geïntegreerd om de origineel verzonden data te reconstrueren. Dit integratieproces is afhankelijk van de specifieke toepassing en kan taken omvatten zoals foutcorrectie, synchronisatie en gegevensaggregatie.

Over het geheel genomen maakt ruimteverdelingsmultiplexing de gelijktijdige transmissie van meerdere onafhankelijke datastromen mogelijk door gebruik te maken van ruimtelijke scheiding, waardoor de communicatiecapaciteit en efficiëntie worden vergroot. Het wordt vaak gebruikt in verschillende communicatiesystemen, waaronder optische vezelnetwerken, draadloze communicatie, satellietcommunicatie en akoestische onderwatercommunicatie.

Voorbeelden van multiplexing van ruimteverdeling

Het eerste voorbeeld van SDM is cellulaire communicatie, omdat bij deze communicatie dezelfde set draaggolffrequenties opnieuw wordt gebruikt binnen cellen die niet dicht bij elkaar staan.

Optische vezelcommunicatie : In glasvezelcommunicatiesystemen kunnen meerdere kanalen tegelijkertijd via dezelfde vezel worden verzonden door verschillende ruimtelijke paden te gebruiken. Elk ruimtelijk pad kan een andere golflengte vertegenwoordigen (Wavelength Division Multiplexing – WDM) of een andere polarisatietoestand (Polarization Division Multiplexing – PDM). Dit maakt een grotere datatransmissiecapaciteit mogelijk zonder dat er extra fysieke glasvezelkabels hoeven te worden aangelegd.
Meerdere antennesystemen : Bij draadloze communicatie maken MIMO-systemen (Multiple-Input Multiple-Output) gebruik van meerdere antennes op zowel de zender als de ontvanger om de spectrale efficiëntie te verbeteren. Elk antennepaar vormt een ruimtelijk kanaal en gegevens worden gelijktijdig via deze kanalen verzonden, waardoor de capaciteit van de draadloze verbinding effectief wordt vergroot.
Satellietcommunicatie : Satellietcommunicatiesystemen maken vaak gebruik van SDM-technieken om meerdere signalen tegelijkertijd te verzenden via verschillende frequentiebanden of ruimtelijke paden. Dit maakt een efficiënter gebruik van satellietbronnen en een grotere gegevensdoorvoer mogelijk voor toepassingen zoals uitzendingen, internetdiensten en teledetectie.
Akoestische communicatie onder water : In onderwateromgevingen worden akoestische golven gebruikt voor communicatie vanwege hun vermogen om lange afstanden af te leggen. SDM kan worden gebruikt door meerdere hydrofoons en zenders te gebruiken om ruimtelijk gescheiden kanalen te creëren, waardoor gelijktijdige transmissie van meerdere datastromen mogelijk wordt en de algehele communicatiecapaciteit wordt vergroot.
Geïntegreerde circuitverbindingen : Binnen elektronische apparaten, zoals computerprocessors of netwerkapparatuur, kunnen ruimteverdelingsmultiplextechnieken worden toegepast om meerdere componenten of kernen op een chip met elkaar te verbinden. Door signalen via verschillende fysieke paden te routeren, kunnen gegevens gelijktijdig tussen verschillende verwerkingseenheden worden verzonden, waardoor de algehele systeemprestaties en doorvoer worden verbeterd.

Voordelen nadelen

De voordelen van ruimteverdeelmultiplex omvatten het volgende.

Een SDM-techniek verbetert de ruimtelijke dichtheid van optische vezels in de dwarsdoorsnede van de eenheid.
Het vergroot het aantal ruimtelijke transmissiekanalen binnen een gemeenschappelijke bekleding.
De SDM is een combinatie van FDM of frequentieverdelingsmultiplexing en TDM of multiplexing met tijdverdeling .
Het verzendt berichten met gebruikmaking van een specifieke frequentie, zodat een bepaald kanaal gedurende een bepaalde tijd op een bepaalde frequentieband kan worden gebruikt.
Deze multiplextechniek maakt het eenvoudig mogelijk dat een optische vezel meerdere signalen verzendt die op verschillende golflengten worden verzonden, zonder dat ze met elkaar interfereren.
SDM ontwikkelt energie-efficiëntie en zorgt voor aanzienlijk lagere kosten voor elk onderdeel.
De SDM-techniek verbetert de spectrale efficiëntie voor elke vezel door eenvoudigweg de signalen te multiplexen binnen orthogonale LP-modi in FMF (few-mode vezels) en multi-core vezels.
De ontwikkeling is vrij eenvoudig en er zijn geen fundamentele nieuwe optische componenten nodig.
Beste gebruik van bandbreedte.
Vaste frequentie kan weer gebruikt worden binnen SDM.
SDM kan worden geïmplementeerd in zuivere optische kabels.
De doorvoersnelheid is extreem hoog vanwege de optische kabels.
Beste gebruik van frequentie dankzij verschillende multiplextechnieken en glasvezel.

De nadelen van multiplexing met ruimteverdeling omvatten het volgende.

De kosten van SDM stijgen nog steeds aanzienlijk vanwege de verbetering van het aantal transmissiekanalen.
Multiplexing maakt gebruik van complexe algoritmen en protocollen om de verschillende signalen die worden uitgezonden samen te voegen en te verdelen. Dit verbetert dus de moeilijkheidsgraad van het netwerk en maakt het moeilijker om het te onderhouden en problemen op te lossen.
Multiplexing veroorzaakt interferentie tussen de signalen die worden uitgezonden, waardoor de waarde van de verzonden gegevens kan worden aangetast.
Deze multiplextechniek heeft een bepaalde hoeveelheid bandbreedte nodig voor de multiplexprocedure, waardoor de hoeveelheid bandbreedte die beschikbaar is voor echte datatransmissie kan afnemen.
Het implementeren en onderhouden van deze multiplexing is duur vanwege de complexiteit en de vereiste gespecialiseerde apparatuur.
Deze multiplexing maakt het moeilijker om de verzonden gegevens op te slaan, omdat er meerdere signalen over een soortgelijk kanaal worden verzonden.
Bij SDM kan er sprake zijn van een gevolgtrekking.
SDM wordt geconfronteerd met hoge gevolgverliezen.
Bij SDM wordt dezelfde set frequenties of dezelfde set TDM-signalen op twee verschillende plaatsen gebruikt

Multiplexing-toepassingen in de ruimteverdeling

De toepassingen van ruimteverdelingsmultiplexing omvatten het volgende.

Multiplexing met ruimteverdeling wordt in terrestrische netwerken via twee verschillende methoden gebruikt; SDM-compatibele componenten gerangschikt binnen zowel transmissie- als schakelinfrastructuren (of) SDM-implementatie alleen binnen de schakelarchitectuur.
Space-division multiplexingtechniek binnen MIMO draadloze communicatie en glasvezel communicatie wordt gebruikt om onafhankelijke kanalen uit te zenden die in de ruimte gescheiden zijn.
SDM wordt gebruikt in mobiele netwerken in de vorm van Multiple Input Multiple Output-technologie, waarbij verschillende antennes aan beide uiteinden van de zender en ontvanger worden gebruikt om de waarde en mogelijkheden van de communicatieverbinding te vergroten.
SDM verwijst naar een methode om optische vezelmultiplexing met ruimteverdeling te begrijpen.
De SDM-techniek wordt gebruikt voor optische gegevensoverdracht overal waar meerdere ruimtelijke kanalen worden gebruikt, zoals bij meerkernige vezels.
De ruimtelijke verdelingsmultiplextechniek voor optische vezeltransmissie helpt de capaciteitslimiet van WDM te overwinnen.
SDM wordt gebruikt in GSM-technologie.

Dit is dus het geval een overzicht van multiplexing van ruimteverdeling , werking, voorbeelden, voordelen, nadelen en toepassingen. SDM-technologie voldoet aan de groeitrend van OFC of glasvezelcommunicatie. Deze multiplextechniek is een belangrijke innovatie en ontwikkelde vorm van OFC-technologie. Hier is een vraag voor u: wat is tijdverdelingsmultiplexing of TDM?