FDM – Multipleksacja z podziałem częstotliwości (Frequency Division Multiplexing)

FDM – Multipleksacja z podziałem częstotliwości (Frequency Division Multiplexing)

Multipleksacja z podziałem częstotliwości, znana jako FDM (Frequency Division Multiplexing), to technika umożliwiająca przesyłanie wielu sygnałów jednocześnie przez jedno medium transmisyjne, rozdzielając je na różne pasma częstotliwości. W ten sposób każdy sygnał zajmuje oddzielny kanał częstotliwościowy, co pozwala na efektywne wykorzystanie dostępnego pasma i równoczesną transmisję wielu danych. Dziś opowiem, jak działa FDM, gdzie jest stosowana oraz jakie ma zalety i ograniczenia w systemach telekomunikacyjnych i innych zastosowaniach elektronicznych.

Podstawy działania FDM

W multipleksacji FDM całe dostępne pasmo transmisyjne dzielone jest na podpasma częstotliwościowe, zwane kanałami. Każdy kanał przenosi niezależny sygnał, np. audio, video lub dane cyfrowe. Przed wysłaniem, każdy sygnał jest modulowany na inną nośną o określonej częstotliwości. W odbiorniku sygnały są rozdzielane przez filtry pasmowe, które wyodrębniają wybrane kanały z całego widma. Ta metoda jest wykorzystywana w wielu technologiach, takich jak radio FM, telewizja kablowa, czy starsze systemy telefonii analogowej.

Zastosowania FDM

• Telefonia tradycyjna – transmisja wielu rozmów głosowych przez jedną linię
• Radio FM i AM – nadawanie różnych stacji na różnych częstotliwościach
• Telewizja kablowa i satelitarna – dystrybucja wielu kanałów TV
• Systemy radarowe – przesyłanie sygnałów z różnych nadajników
• Sieci komunikacji satelitarnej i mikrofale punkt-punkt

Budowa sygnału i modulacja

Aby przesłać sygnał w FDM, każdy kanał jest modulowany na inną częstotliwość nośną. Najczęściej używane są techniki modulacji analogowej, takie jak AM (Amplitude Modulation) lub FM (Frequency Modulation), choć w systemach cyfrowych stosuje się też bardziej zaawansowane metody modulacji, jak QAM (Quadrature Amplitude Modulation). Pasma kanałów muszą być odpowiednio oddzielone, aby uniknąć nakładania się i interferencji, co nazywa się efektem przesłuchu (ang. crosstalk). Dla zachowania czystości sygnału stosuje się filtry pasmowe, które precyzyjnie wycinają odpowiedni kanał z całego widma.

Zalety i ograniczenia FDM

Praktyczne aspekty implementacji FDM

W rzeczywistych systemach, jak w telewizji kablowej, pasmo jest dzielone na setki, a nawet tysiące kanałów. Każdy kanał może przenosić różne usługi – od programów telewizyjnych po sygnały internetowe. Kluczową rolę odgrywają filtry pasmowe o dużej selektywności, które zapobiegają interferencjom między sąsiednimi kanałami. W technologii LTE i 5G, choć FDM nie jest bezpośrednio wykorzystywany, podstawowa idea podziału zasobów częstotliwości jest rozwinięta w OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), która jest bardziej odporna na zakłócenia i umożliwia efektywną transmisję cyfrową.

Porównanie z innymi technikami multipleksacji

Oprócz FDM istnieją inne metody multipleksacji, takie jak TDM (Time Division Multiplexing) czy CDM (Code Division Multiplexing). TDM polega na podziale czasu transmisji, dzięki czemu kanały korzystają z tego samego pasma, ale w różnych przedziałach czasowych. CDM wykorzystuje kodowanie sygnałów, co pozwala na jednoczesne korzystanie z tego samego pasma przez wiele kanałów dzięki unikalnym kodom. W porównaniu z tymi metodami, FDM jest prostszy w implementacji dla sygnałów analogowych, ale mniej elastyczny dla nowoczesnych systemów cyfrowych.

Podsumowując, FDM jest fundamentem wielu tradycyjnych systemów komunikacyjnych i wciąż odgrywa ważną rolę tam, gdzie przesyłane są sygnały analogowe lub gdzie wymagana jest prosta i stabilna metoda multipleksacji. Jutro możemy zgłębić temat OFDM, który jest nowoczesnym rozwinięciem tej koncepcji i szeroko stosowany w nowoczesnych sieciach 4G i 5G.