الإرسال المتعدد بالتقسيم الترددي - FDM

تم استخدام (FDM) في شركات الهاتف في القرن العشرين في اتصالات المسافات الطويلة لتعدد إرسال الإشارات الصوتية باستخدام نظام مثل الكبل المحوري، وبالنسبة للمسافات الصغيرة تم استخدام الكابلات منخفضة التكلفة لأنظمة مختلفة مثل أنظمة الجرس وناقل (K وN)، ومع ذلك فإنّها لا تسمح بنطاقات ترددي ضخمة، هذا هو تعدد إرسال تماثلي يستخدم لتوحيد الإشارات التماثلية، يكون هذا النوع من تعدد الإرسال مفيداً عندما يكون عرض النطاق الترددي للرابط أفضل من النطاق الترددي الموحد للإشارات المرسلة.

التقسيم الترددي المتعدد – FDM:

تعدد الإرسال بتقسيم التردد (Frequency Division Multiplexing): هي تقنية تعدد إرسال والتي تعني الجمع بين أكثر من إشارة واحدة عبر وسيط مشترك، حيث يتم الجمع بين إشارات الترددات المختلفة للإرسال المتزامن.

في (FDM) يتم إنتاج الإشارات عن طريق إرسال ترددات حاملة مُعدلة للجهاز، ثم يتم توحيدها في إشارة فردية يمكن نقلها عن طريق الاتصال، وللاحتفاظ بالإشارة المكيفة يتم تقسيم ترددات الموجة الحاملة على عرض النطاق الترددي الكافي وهذه النطاقات من عرض النطاق هي القنوات عبر إشارات السفر المختلفة، يمكن تقسيمها حسب النطاق الترددي الذي لا يتم استخدامه.

في هذه التقنية يتم إرسال عدد من الإشارات في نفس الوقت، وينقل كل مصدر إشاراته في نطاق التردد المخصص، كما توجد فجوة تردد مناسبة بين الإشارتين المتجاورتين لتجنب التداخل الزائد وبما أنّ الإشارات تنتقل في الوقت المخصص، لذلك فإنّ هذا يقلل من احتمال الاصطدام، وينقسم طيف التردد إلى عدة قنوات منطقية يشعر فيها كل مستخدم أنّه يمتلك عرض نطاق ترددي معين، حيث يتم إرسال عدد من الإشارات في وقت واحد في نفس الوقت لتخصيص نطاق أو قناة تردد منفصلة لكل إشارة ويتم استخدامه في الإرسال الإذاعي والتلفزيوني، لذلك لتجنب التداخل بين قناتين متتاليتين يتم استخدام نطاقات الحرس.

أمثلة على التقسيم الترددي المتعدد:

مثال بهدف مضاعفة الإرسال باستخدام (FDM)، إذا كان نظام يحتوي على 4 نطاقات تردد مختلفة يمكن لكل منها نقل إشارة من مرسل إلى جهاز استقبال واحد، ويتم تخصيص نطاق تردد لكل من المرسلين الأربعة وكذلك يتم تعدد إرسال نطاقات التردد الأربعة وإرسالها عبر قناة الاتصال، أمّا في الطرف المستقبل يقوم مزيل تعدد الإرسال بإعادة توليد الإشارات الأربع الأصلية كمخرجات، فإذا كانت نطاقات التردد من عرض نطاق (150 كيلو هرتز) مفصولة بنطاقات حماية بمقدار (10 كيلو هرتز) فيجب أن تكون سعة قناة الاتصال (630 كيلو هرتز) على الأقل أي أنّ (القنوات = 150 × 4 + نطاقات الحراسة = 10 × 3).

عملية التقسيم الترددي المتعدد:

في التقسيم الترددي المتعدد (FDM) يتم تقسيم إجمالي عرض النطاق الترددي إلى مجموعة من نطاقات التردد التي لا تتداخل، كل من هذه النطاقات هو ناقل لإشارة مختلفة يتم إنشاؤها وتشكيلها بواسطة أحد أجهزة الإرسال، ويتم فصل نطاقات التردد عن بعضها البعض بواسطة شرائط من الترددات غير المستخدمة تسمى نطاقات الحراسة وذلك لمنع تداخل الإشارات.

يتم الجمع بين الإشارات المعدلة معاً باستخدام معدد إرسال (MUX) في نهاية الإرسال، يتم إرسال الإشارة المجمعة عبر قناة الاتصال ممّا يسمح بنقل تدفقات بيانات مستقلة متعددة في وقت واحد، في الطرف المستقبل يتم استخراج الإشارات الفردية من الإشارة المجمعة من خلال عملية فك تعدد الإرسال (DEMUX).

مكونات إرسال التقسيم الترددي المتعدد – FDM:

1. جهاز إرسال – FDM Transmitter:

تخضع كل إشارة يجب إرسالها عبر قناة اتصال إلى تعديل بترددات حاملة مختلفة، وهناك أنواع مختلفة من التشكيل مثل تعديل الاتساع وتشكيل النبضة وتشكيل التردد وما إلى ذلك، إنّ التشكيل الذي يتم هنا هو تعديل التردد بواسطة مرسل (FDM) ثم يتم إضافة هذه الإشارات المعدلة باستخدام جامع خطي أو خلاط لتشكيل إشارة مركبة يتم نقلها عبر قناة اتصال قناة واحدة.

2. جهاز استقبال – FDM Receiver:

في الطرف المستقبل، يقوم مستقبل (FDM) على استقبال الإشارة المركبة المفردة، يقوم جهاز الاستقبال بعد ذلك بتمرير الإشارة المركبة من خلال مرشحات تمرير النطاق المختلفة، ولكل من مرشحات تمرير النطاق هذه تردد مناظر لترددات إحدى الموجات الحاملة، يقوم كل مرشح بتمرير نطاق الإشارة التي يتطابق ترددها مع تردد إشارة الموجة الحاملة ويرفض جميع القنوات الأخرى، تمر الإشارات الخارجة من مرشحات تمرير النطاق عبر مزيل التشكيل ويقوم مزيل التشكيل بعمل فصل الإشارة الأصلية عن الإشارة الحاملة.

3. فرقة الحرس – Guard Band:

يُعد تداخل التردد مشكلة خطيرة عندما يتعلق الأمر بتعدد إرسال بتقسيم التردد ويجب تجنبه تماماً ويمكن فصل نطاقي تردد باستخدام بعض نطاقات التردد الضيقة تسمى نطاقات الحراسة، تتجنب نطاقات الحماية تداخل الإشارات وتعزز جودة الاتصال.

تطبيقات – FDM:

• يستخدم (FDM) في البث الإذاعي حيث لكل محطة راديو نطاق تردد خاص بها وعندما نقوم بتشغيل الراديو الخاص بنا، تأتي الإشارات من جميع محطات الراديو على الراديو الخاص بنا ويمكننا اختيار نطاق التردد عن طريق تدوير المقبض لتوصيل الراديو بمحطة راديو معينة.
  
• تستخدم (FDM) أيضاً في البث التلفزيوني حيث يتم استخدام نفس المفهوم مثل البث الإذاعي.
  
• يستخدم نظام تعدد الإرسال بتقسيم التردد في نظام الهاتف ممّا يساعد (FDM) على نقل مكالمات هاتفية متعددة عبر خط نقل واحد أو رابط واحد.
  
• يستخدم نظام تعدد الإرسال بتقسيم التردد في نظام اتصالات الأقمار الصناعية، ممّا يساعد (FDM) على نقل قنوات البيانات المتعددة في اتصالات الأقمار الصناعية.
  
• في نظام الاتصال واسع النطاق تستخدم (FDM) في خط المشترك الرقمي أو مودم (DSL) ممّا يساعد على نقل كمية هائلة من بيانات الكمبيوتر للوصول إلى الإنترنت عبر خط نقل واحد.
  
• يستخدم (FDM) في تعديل التردد المجسم أو نظام إرسال (FM).
  
• يستخدم (FDM) في تعديل السعة أو نظام الإرسال اللاسلكي (AM).
  
• يستخدم نظام تعدد الإرسال بتقسيم التردد أو نظام (FDM) لبيانات الوسائط المتعددة مثل الفيديو والصوت ونقل الصور.
  
• كان يستخدم (FDM) في نظام اتصالات التلغراف التوافقي.
  
• كان يُستخدم (FDM) في نظام الهاتف الخلوي.
  

مزايا – FDM:

• لا يحتاج تعدد الإرسال بتقسيم التردد (FDM) إلى التزامن ولكن تعدد الإرسال بتقسيم الوقت (TDM) يحتاج إلى مزامنة.
  
• يوفر (FDM) زمن انتقال أكثر من (TDM).
  
• عملية الاستخلاص في (FDM) سهلة وبسيطة للغاية.
  
• باستخدام نظام (FDM) يمكن إرسال كمية كبيرة من البيانات عن (TDM).
  
• باستخدام نظام (FDM) يمكن نقل بيانات الوسائط المتعددة بكفاءة عالية جداً وانخفاض مستوى الضجيج والتشويه.
  
• نظام (FDM) ذو موثوقية عالية.
  

عيوب – FDM:

• يحتاج نظام تعدد الإرسال بتقسيم التردد إلى موجة حاملة أو إشارة حاملة ولكن نظام تعدد الإرسال بتقسيم الوقت لا يحتاج إلى إشارة حاملة.
  
• إنّ دوائر (FDM) معقدة ويتطلب أجهزة أكثر.
  
• نظام تعدد الإرسال بتقسيم التردد مكلف للغاية.
  
• يحدث تشوه في التشكيل البيني في (FDM).
  
• هناك حاجة لعدد كبير من المغيرات والمرشحات في (FDM).
  
• يوفر (FDM) إنتاجية أقل.
  
• لا يمكن استخدام عرض النطاق الترددي الكامل للقناة في نظام مضاعفة تقسيم التردد.
  
• ليس لدى (FDM) تنسيق ديناميكي.