في بداية استخدام “FDMA” استخدمت محطة أو قناة تلفزيونية واحدة نطاقاً واحداً يبلغ “6 ميجاهرتز”، ولكن مع التقنيات الرقمية قد تشترك قنوات تلفزيونية متعددة في نطاق واحد اليوم، وبفضل تقنيات الضغط وتعدد الإرسال المستخدمة في كل قناة، ويُعد “FDMA” أحد أكثر وسائل الوصول التماثلية المتعددة انتشاراً، ويتم تقسيم نطاق التردد إلى قنوات ذات عرض نطاق متساوٍ، بحيث يتم إجراء كل محادثة على تردد مختلف.
ما هو FDMA؟
تقسيم ترددات الوصول المتعددة “FDMA”: هو عملية تقسيم قناة واحدة أو عرض نطاق إلى نطاقات فردية متعددة، ويستخدم كل منها مستخدم واحد، وكل نطاق فردي أو قناة واسعة بما يكفي لاستيعاب أطياف إشارة الإرسالات المراد نشرها، كما يتم تعديل البيانات المراد إرسالها لكل ناقل فرعي ويتم خلطها جميعاً معاً بشكل خطي.
أفضل مثال على “FDMA” هو نظام تلفاز الكابل، والوسيط عبارة عن كابل “coax” فردي يستخدم لبث مئات القنوات من برامج الفيديو أو الصوت إلى المنازل، كما يحتوي كابل “coax” على عرض نطاق ترددي مفيد من حوالي “4 ميجاهرتز” إلى “1 جيجاهرتز”، وعرض النطاق هذا مقسم إلى قنوات بعرض “6 ميجاهرتز”.
- “FDMA” هي اختصار لـ “Frequency Division Multiple Access”.
أساسيات FDMA:
تستخدم تقنية “FDMA” في أنظمة اتصالات الألياف البصرية، ويحتوي كابل الألياف الضوئية الفردي على نطاق ترددي هائل يمكن تقسيمه إلى أجزاء لتوفير “FDMA”، ويتم تخصيص تردد ضوئي مختلف لكل مصدر بيانات أو معلومات مختلف للإرسال، ولا يُشار إلى الضوء عموماً بالتردد ولكن بطول الموجة “λ”، ونتيجةً لذلك يُشار إلى الألياف الضوئية “FDMA” في “WDMA” أو “WDM”.
أحد أنظمة “FDMA” الأقدم هو نظام الهاتف التماثلي الأصلي والذي استخدم تسلسلاً هرمياً لتقنيات تعدد إرسال التردد لوضع مكالمات هاتفية متعددة على خط واحد، وتم استخدام الإشارات الصوتية التناظرية من “300 هرتز” إلى “3400 هرتز” لتعديل الموجات الحاملة الفرعية في “12 قناة” من “60 كيلو هرتز” إلى “108 كيلو هرتز”، وأنشأت الخلاطات إشارات النطاق الجانبي الفردي “SSB“، وكلا النطاقات الجانبية العلوية والسفلية.
تم بعد ذلك مضاعفة تردد هذه الموجات الحاملة الفرعية على الموجات الحاملة الفرعية في النطاق من “312 كيلو هرتز” إلى “552 كيلو هرتز” باستخدام نفس طرق التضمين، وفي الطرف المتلقي للنظام تم فرز الإشارات واستعادتها باستخدام المرشحاتومزيلات التضمين، واستعملت أنظمة القياس عن بعد للفضاء الجوي نظام “FDMA” لتحمل بيانات أجهزة استشعار متنوعة على قناة راديو واحدة.
شاركت أنظمة الأقمار الصناعية المبكرة أجهزة إرسال واستقبال فردية ذات عرض النطاق الترددي “36 ميجاهرتز” في نطاق “4 جيجاهرتز” إلى “6 جيجاهرتز”، مع إشارات صوتية أو فيديو أو بيانات متعددة عبر “FDMA”، كما تُستخدم كل هذه التطبيقات تقنيات رقمية “TDMA“.
- “WDMA” هي اختصار لـ “Wavelength Division Multiple Access”.
- “SSB” هي اختصار لـ “Single Side Band”.
- “WDM” هي اختصار لـ “wavelength division multiplexing”.
- “TDMA” هي اختصار لـ “Time Division Multiple Access”.
آلية عمل FDMA:
في طريقة “FDMA” تُستعمل نطاقات الحراسة بين أطياف الإشارة المتلاحقة لخفض التداخل بين القنوات كما يتم تقديم نطاق تردد معين لشخص واحد، وسيتم استلامه عن طريق تعيين كل تردد على الطرف المستقبل، وغالباً ما يستعمل في الجيل الأول من الهواتف المحمولة التماثلية، وفي “GSM” يتم تقسيم نطاق التردد الكبير “25 ميجاهرتز” إلى نطاقات تردد أصغر “200 كيلو هرتز” تُعرف بالقنوات.
وعلاوةً على ذلك يتم تخصيص نطاقات تردد منفصلة للوصلة الصاعدة من 890 ميجاهرتز” إلى “915 ميجاهرتز” والوصلة الهابطة من “935 ميجاهرتز” إلى “960 ميجاهرتز”، وإجمالي “124 قناة” متاحة مع عرض نطاق لكل منها “200 كيلو هرتز” في كل اتجاه أي الوصلة الصاعدة والهابطة، وللاتصال بين المستخدمين والمحطة الأساسية يتم استخدام تردد واحد مخصص للوصلة الصاعدة والآخر للوصلة الهابطة، ومن ثم يمكن الإرسال المتزامن في “GSM”، وتُعرف هذه العملية باسم “FDMA”.
- “GSM” هي اختصار لـ “Global System for Mobile”.
مبدأ عمل FDMA:
يتم تنفيذ “FDMA” في طبقة التحكم في الوصول إلى الوسائط “MAC” لطبقة ارتباط البيانات في النموذج المرجعي “OSI” لحزم بروتوكول الشبكات، ويعتمد “FDMA” على تقنية تعدد الإرسال بتقسيم التردد “FDM” المستخدمة في الشبكات اللاسلكية، وفي “FDMA” يتم تعيين نطاق تردد معين للمستخدم في الطيف الكهرومغناطيسي، وأثناء المكالمة يكون هذا المستخدم هو الوحيد الذي له الحق في الوصول إلى النطاق المحدد.
وفي نظام الهاتف الخلوي “AMPS”، يتم تخصيص نطاقات التردد هذه من الطيف الكهرومغناطيسي على النحو التالي:
- الإرسال عن طريق محطة متنقلة: “824 ميجاهرتز” إلى “849 ميجاهرتز”.
- الإرسال عن طريق المحطة الأساسية: “869 ميجاهرتز” إلى “894 ميجاهرتز”.
يتم استخدام نطاقي تردد مختلفين للسماح بالاتصال مزدوج الإرسال بين المحطات الأساسية والمحطات المتنقلة، ثم يتم تقسيم كلا النطاقين إلى قنوات منفصلة بعرض النطاق الترددي “30 كيلو هرتز” و”FDMA” هو أقدم تقنية اتصال مستخدمة في البث والراديو ثنائي الاتجاه المتنقل الأرضي، ويبدأ بنطاق من الترددات يتم تخصيصه من قبل لجنة الاتصالات الفيدرالية “FCC”.
كما ينقسم نطاق التردد هذا أيضاً إلى عدة نطاقات ضيقة من الترددات، حيث يتم استخدام كل تردد والمعروف أيضاً باسم القناة للاتصال ثنائي الاتجاه، كما يتم الاحتفاظ بوصلة الاتصال في كلا الاتجاهين، إمّا في مجال التردد أو في المجال الزمني، ويخضع ذلك لوضعين أساسيين للعمليات يُعرفان باسم ازدواج تقسيم التردد “FDD” والازدواج بتقسيم الوقت “TDD“.
- “OSI” هي اخصار لـ “Open Systems Interconnection”.
- “TDD” هي اختصار لـ “Time Division Duplex”.
- “FDD” هي اختصار لـ “Frequency Division Duplex”.
- “FCC” هي اختصار لـ “Federal Communications Commission”.
- “AMPS” هي اختصار لـ “Advanced Mobile Phone Service”.
مزايا FDMA:
لأنّ أنظمة “FDMA” تعتمد معدلات بت قليلة أي وقت رمز كبير مقارنةً بمتوسط انتشار التأخير فإنّها تقدم المزايا التالية:
- يقلل من معلومات معدل البت، كما أنّ استخدام الرموز الرقمية الفعالة يزيد من السعة.
- يقلل التكلفة ويقلل من التداخل بين الرموز “ISI”.
- المعادلة ليست ضرورية.
- يمكن تنفيذ نظام “FDMA” بسهولة، ويمكن تكوين النظام بحيث يمكن دمج التحسينات من حيث تشفير الكلام وتقليل معدل البت بسهولة.
- نظراً لأنّ الإرسال مستمر، يلزم عدد أقل من البتات للتزامن والتأطير.
ملاحظة:“ISI” هي اختصار لـ “inter symbol interference”.
عيوب FDMA:
- لا تختلف اختلافاً كبيراً عن الأنظمة التماثلية، ويعتمد تحسين السعة على تقليل الإشارة إلى التداخل أو نسبة الإشارة إلى الضوضاء “SNR”.
- معدل التدفق الأقصى لكل قناة ثابت وصغير.
- تؤدي عصابات الحراسة إلى إهدار القدرة.
- تحتوي الأجهزة على مرشحات ضيقة النطاق، والتي لا يمكن الوصول إليها في “VLSI” وبالتالي تزيد التكلفة.
- في “FDMA” يتم توزيع الترددات بشكل دائم، وبالتالي يضيع الطيف عندما لا تقوم المحطات بالإرسال أو الاستقبال.
- تخطيط الشبكة والطيف مرهق ويستغرق وقتاً طويلاً.
- إنّه يستخدم نطاقات حماية لمنع التداخل، وهذا يهدر موارد التردد المفيدة للغاية والندرة.
- يتطلب الأمر أنّ تفي مرشحات التردد اللاسلكي بمواصفات رفض القناة المجاورة الصارمة، وهذا يزيد من تكلفة النظام.
- معدل البتات الأقصى لكل قناة ثابت وبالتالي لا يمكن استخدامه لمتطلبات معدل البيانات المتغيرة وفقاً لجودة الخدمة والأولويات.
ملاحظة:“VLSI” هي اختصار لـ “Very-large-scale integration” و”SNR” هي اختصار لـ “Signal-to-noise ratio”.
