Multiplexación por división de frecuencia

En telecomunicaciones , la multiplexación por división de frecuencia ( FDM ) es una técnica que divide el ancho de banda total disponible en un medio de comunicación en una serie de bandas de frecuencia que no se superponen , cada una de las cuales se utiliza para transmitir una señal independiente. Esto permite que un único medio de transmisión, como un enlace de radio por microondas, un cable o una fibra óptica, sea compartido por múltiples señales independientes. Otro uso es transmitir bits o segmentos seriales separados de una señal de alta velocidad en paralelo .

El ejemplo más común de multiplexación por división de frecuencia (FDM) es la radiodifusión y la televisión , donde múltiples señales de radio en diferentes frecuencias se transmiten simultáneamente. Otro ejemplo es la televisión por cable , donde se transmiten varios canales de televisión a la vez a través de un solo cable. La FDM también se utiliza en sistemas telefónicos para transmitir múltiples llamadas telefónicas a través de líneas troncales de alta capacidad ( telefonía portadora ), en satélites de comunicaciones para transmitir múltiples canales de datos en haces de radio de enlace ascendente y descendente, y en módems DSL de banda ancha para transmitir grandes cantidades de datos informáticos a través de líneas telefónicas de par trenzado , entre muchos otros usos.

En la comunicación por fibra óptica se utiliza una técnica análoga denominada multiplexación por división de longitud de onda , en la que se transmiten múltiples canales de datos a través de una única fibra óptica utilizando diferentes longitudes de onda (frecuencias).

Las múltiples señales de información (modulación) separadas que se envían a través de un sistema FDM, como las señales de vídeo de los canales de televisión que se transmiten por un sistema de televisión por cable, se denominan señales de banda base . En la fuente, para cada canal de frecuencia, un oscilador electrónico genera una señal portadora , una forma de onda oscilante constante a una sola frecuencia que sirve para "transportar" la información. La portadora tiene una frecuencia mucho mayor que la señal de banda base. La señal portadora y la señal de banda base se combinan en un circuito modulador . El modulador altera algún aspecto de la señal portadora, como su amplitud , frecuencia o fase, con la señal de banda base, " sobrecargando " los datos en la portadora.

El resultado de _modular ( mezclar) la portadora con la señal de banda base es generar subfrecuencias cercanas a la frecuencia portadora , en la suma ( fC + fB ) y la diferencia ( _fC − fB ) de las frecuencias. La información de la señal modulada se transmite en bandas laterales a cada _{lado de la frecuencia portadora. Por lo} tanto, toda la información transmitida por el canal se encuentra en una banda estrecha de frecuencias agrupadas alrededor de la frecuencia portadora; esta se denomina banda de paso del canal.

De forma similar, se utilizan señales de banda base adicionales para modular portadoras en otras frecuencias, creando así otros canales de información. Las portadoras están suficientemente separadas en frecuencia para que la banda de frecuencias que ocupa cada canal (las bandas de paso de los canales individuales) no se superponga. Todos los canales se transmiten a través del medio de transmisión, como un cable coaxial, fibra óptica o por el aire mediante un transmisor de radio . Siempre que las frecuencias de los canales estén lo suficientemente separadas como para que ninguna de las bandas de paso se superponga, los canales individuales no interferirán entre sí. De este modo, el ancho de banda disponible se divide en "ranuras" o canales, cada uno de los cuales puede transportar una señal modulada independiente.

Por ejemplo, el cable coaxial utilizado por los sistemas de televisión por cable tiene un ancho de banda de aproximadamente 1000 MHz , pero la banda de paso de cada canal de televisión es de solo 6  MHz de ancho, por lo que hay espacio para muchos canales en el cable (en los sistemas de cable digital modernos , cada canal se subdivide a su vez en subcanales y puede transmitir hasta 10 canales de televisión digital).

En el extremo de destino del cable o fibra, o en el receptor de radio, un oscilador local genera una señal en la frecuencia portadora de cada canal, la cual se mezcla con la señal modulada entrante. Las frecuencias se restan, generando nuevamente la señal de banda base para ese canal. Este proceso se denomina demodulación . La señal de banda base resultante se filtra para eliminar las demás frecuencias y se envía al usuario.

Para las conexiones telefónicas de larga distancia , las compañías telefónicas del siglo XX utilizaban sistemas de cable coaxial tipo L-carrier y similares, que transportaban miles de circuitos de voz multiplexados en múltiples etapas mediante bancos de canales .

Para distancias más cortas, se utilizaron cables de par balanceado más económicos en diversos sistemas, incluidos los sistemas Bell K y N-Carrier. Estos cables no permitían anchos de banda tan amplios, por lo que solo se multiplexaban 12 canales de voz ( banda lateral doble ) y, posteriormente, 24 ( banda lateral simple ) en cuatro cables , un par para cada dirección, con repetidores cada pocos kilómetros, aproximadamente 10  km. Véase telefonía portadora . A finales del siglo XX, los circuitos de voz FDM se habían vuelto poco comunes. Los sistemas telefónicos modernos emplean transmisión digital, en la que se utiliza multiplexación por división de tiempo (TDM) en lugar de FDM.

Desde finales del siglo XX, las líneas de abonado digital (DSL) han utilizado un sistema de multitono discreto (DMT) para dividir su espectro en canales de frecuencia.

La FDM también se puede utilizar para combinar señales antes de la modulación final sobre una onda portadora. En este caso, las señales portadoras se denominan subportadoras : un ejemplo es la transmisión FM estéreo , donde  se utiliza una subportadora de 38 kHz para separar la señal de diferencia izquierda-derecha del canal central de suma izquierda-derecha, antes de la modulación de frecuencia de la señal compuesta. Un canal de televisión analógico NTSC se divide en frecuencias de subportadora para vídeo, color y audio. DSL utiliza diferentes frecuencias para voz y para la transmisión de datos de subida y bajada en los mismos conductores, lo que también es un ejemplo de dúplex de frecuencia .

Cuando se utiliza la multiplexación por división de frecuencia para permitir que varios usuarios compartan un canal de comunicaciones físico , se denomina acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA). ^{[ 1 ]}

FDMA es la forma tradicional de separar las señales de radio de diferentes transmisores.

En las décadas de 1860 y 1870, varios inventores intentaron desarrollar la telegrafía de dominio espectral (FDM) bajo los nombres de telegrafía acústica y telegrafía armónica. La FDM práctica solo se logró en la era electrónica. Mientras tanto, sus esfuerzos propiciaron una comprensión elemental de la tecnología electroacústica, lo que derivó en la invención del teléfono .

• Multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM)
• Multiplexación por división de frecuencia no ortogonal (N-OFDM)

General

• Harold P. E. Stern, Samy A. Mahmoud (2006). "Sistemas de comunicación: análisis y diseño", Prentice Hall . ISBN 0-13-040268-0.