Frekvenciaosztásos multiplexelés

A frekvenciaosztásos multiplexelés (az angol nevéből - Frequency-division multiplexing - származó rövidítéssel: FDM) a jelmultiplexelés egy formája, ahol több alapsávi jelet különböző vivőfrekvenciával modulálnak, majd egy összetett (kompozit) jellé egyesítenek.

Először a helyközi telefonhálózatokon használtak FDM-et sok beszédcsatorna egy áramkörön való átvitelére. Ennél a megoldásnál 12 beszédcsatornát moduláltak különböző vivőfrekvenciákkal és a 4 kHz-es sávszélességű csatornákat egymás mellé ültették. A kimenő jel így elfoglalta a 60–108 kHz közötti tartományt, és az alapcsoport nevet kapta. Egy következő szinten, öt ilyen csoportot az előzőek szerinti eljárással újra multiplexelve jött létre a szupercsoport (főcsoport), ami 60 beszédcsatornát tartalmazott. A magasabb multiplexelési szinten 10 szupercsoportból állt össze a 600 beszédcsatornát tartalmazó mestercsoport. A szabvány szerint van olyan multiplexer, amely több ezer beszédcsatornát koncentrál egy kimenetre. FDM átvitellel a CCITT illetve az ITU-T ajánlásai foglalkoznak, jelentősége a digitális technika terjedésével csökken.

A mai, modern telefonrendszerek már digitális átvitelt alkalmaznak, ezért a FDM eljárás helyett az időosztásos multiplexelést (Time-division multiplexing – TDM) használják, de a GSM rendszerek ismét felfedezték.

FDM technológia használható több jel összekeverésére is a végső moduláció előtt. Ebben az esetben a alapjelekhez kevert vivőt al-vivőnek (sub-carrier) nevezzük. Ezt az eljárást használják a sztereo FM átvitelnél, ahol egy 38 kHz-es al-vivőt használnak a különálló jobb- és bal hangcsatorna jelének multiplexelésére, mielőtt az így kialakított összevont jelet frekvenciamodulált kompozit jellé nem alakítják kisugárzás előtt.

Amikor a frekvenciaosztásos multiplexelést használva engedik meg több felhasználónak a csatornához való hozzáférést, azaz többen használhatják az adott fizikai kommunikációs csatornát, akkor ezt az eljárást frekvenciaosztásos többszörös hozzáférésnek (FDMA Frequency-division multiple access) nevezik.

FDMA eljárást használnak tradicionálisan a különböző állomások rádiójeleinek szétválasztásánál.

A frekvenciaosztásos multiplexelés megfelelője az analóg optikai tartományban a hullámhossz-osztásos multiplexelés.

Alapelvek

A FDM technológia alapelve, hogy a bejövő csatornákat először egy adott, előre meghatározott sávszélességűre csökkentik, majd egy adott frekvencia többszöröseit hozzáadják (keverik), ezzel beállítják a sáv frekvencia-tartománybeli "elhelyezkedését", és végül ezeket a sávokat összegzik. A kimenő csatorna minél jobb kihasználása érdekében a modulált csatornákat egymáshoz a lehető legközelebb helyezik el, ami viszont azt jelenti, hogy a szűrők nem tökéletesen négyzetes karakterisztikái miatt a sávok alsó és felső részei kicsit átfedik egymást, és ez áthallási torzítást okozhat. A frekvenciaosztásos multiplexelés elvi megoldását a következő ábra mutatja:

A különböző modulátorok egymással összekapcsolhatók, így egyre több csatornát lehet a kimeneten összegyűjteni.

A jelenlegi ajánlások szerint az Alapcsoportba, amely a 60 és 108 KHz közötti sávot foglalja el (a sávszélessége 48 kHz), 12, egyenként 4 kHz sávszélességű beszédcsatorna fogható össze.

A következő szinten, 5 48 kHz sávszélességű alapcsoporti multiplexer kimenő csatornája fogható össze (12x5=60 beszédcsatorna) egy, 240 kHz széles csatornába. Ezt a csoportot Szupercsoportnak (Super Group) nevezik.

A harmadik szinten 10 240 kHz sávszélességű Szupercsoport fogható össze egy Főcsoporttá (Master Group), ami 600 beszédcsatornát képes egy kimenetre multiplexelni.

Alapcsoport létrehozása: 1. szintű multiplexelés

Az alapcsoportot létrehozó multiplexert elsőszintű multiplexernek nevezik. Az elsőszintű multiplexer az alapcsoportba 12 beszédcsatornát fog össze. Az egyes beszédcsatornák 4 kHz-es sávszélességűek.

Az Alapcsoport frekvencia kiosztásai:

Beszédcsatorna	Keverő frekvencia	Csatorna eleje	Középfrekvencia	Csatorna vége
1. Beszédcsatorna	60 kHz	60 kHz	62 kHz	64 kHz
2. Beszédcsatorna	64 kHz	64 kHz	66 kHz	68 kHz
3. Beszédcsatorna	68 kHz	68 kHz	70 kHz	72 kHz
4. Beszédcsatorna	72 kHz	72 kHz	74 kHz	76 kHz
5. Beszédcsatorna	76 kHz	76 kHz	78 kHz	80 kHz
6. Beszédcsatorna	80 kHz	80 kHz	82 kHz	84 kHz
7. Beszédcsatorna	84 kHz	84 kHz	86 kHz	88 kHz
8. Beszédcsatorna	88 kHz	88 kHz	90 kHz	92 kHz
9. Beszédcsatorna	92 kHz	92 kHz	94 kHz	96 kHz
10. Beszédcsatorna	96 kHz	96 kHz	98 kHz	100 kHz
11. Beszédcsatorna	100 kHz	100 kHz	102 kHz	104 kHz
12. Beszédcsatorna	104 kHz	104 kHz	106 kHz	108 kHz

A multiplexer technikai felépítését és a kimeneti frekvencia spektrumot a következő ábra mutatja.

Szupercsoport létrehozása: 2. szintű multiplexelés

A szupercsoportot (super group) létrehozó multiplexert második szintű multiplexernek nevezik, és 5 elsőszintű multiplexer kimenő jelét, azaz (12x5) 60 beszédcsatornát muliplexálnak egy kimenetre. Az elsőszintű multiplexerek kimenő csatornái 48 kHz-es sávszélességűek.

A Szupercsoport frekvencia kiosztásai:

Elsőszintű multiplexer	Keverő frekvencia	Csatorna eleje	Középfrekvencia	Csatorna vége
1. Elsőszintű multiplexer	312 kHz	312 kHz	336 kHz	360 kHz
2. Elsőszintű multiplexer	360 kHz	360 kHz	384 kHz	408 kHz
3. Elsőszintű multiplexer	408 kHz	408 kHz	432 kHz	456 kHz
4. Elsőszintű multiplexer	456 kHz	456 kHz	480 kHz	504 kHz
5. Elsőszintű multiplexer	504 kHz	504 kHz	528 kHz	552 kHz

A multiplexer technikai felépítését és a kimeneti frekvencia spektrumot a következő ábra mutatja.

Főcsoport létrehozása: 3. szintű multiplexelés

Az főcsoportot (master group) létrehozó multiplexert harmadik szintű multiplexernek nevezik, és a főcsoportba 10 második szintű multiplexer jelét, azaz (12x5x10) 600 beszédcsatornát multiplexelnek egy kimenő jellé. Az egyes szupercsatornák 240 kHz-es sávszélességűek. A már említett áthallási torzítások kiküszöbölésére az egyes kimeneti frekvencia tartományok egy 12 kHz-es biztonsági sávval el vannak egymástól választva.

Az Alapcsoport frekvencia kiosztásai:

Szupercsatorna	Keverő frekvencia	Csatorna eleje	Középfrekvencia	Csatorna vége
1. Második szintű multiplexer	252 kHz	564 kHz	690 kHz	816 kHz
2. Második szintű multiplexer	492 kHz	816 kHz	942 kHz	1068 kHz
3. Második szintű multiplexer	732 kHz	1068 kHz	1194 kHz	1320 kHz
4. Második szintű multiplexer	972 kHz	1320 kHz	1446 kHz	1572 kHz
5. Második szintű multiplexer	1212 kHz	1572 kHz	1698 kHz	1824 kHz
6. Második szintű multiplexer	1462 kHz	1824 kHz	1950 kHz	2076 kHz
7. Második szintű multiplexer	1762 kHz	2076 kHz	2202 kHz	2328 kHz
8. Második szintű multiplexer	2002 kHz	2328 kHz	2454 kHz	2580 kHz
9. Második szintű multiplexer	2242 kHz	2480 kHz	2606 kHz	2832 kHz
10. Második szintű multiplexer	2482 kHz	2832 kHz	2958 kHz	3084 kHz

A multiplexer technikai felépítését és a kimeneti frekvencia spektrumot a következő ábra mutatja.

Kapcsolódó szócikkek

• Egy oldalsávos moduláció
• Kódosztásos többszörös hozzáférés