우주 분할 다중화 : 다이어그램, 작업, 장점, 단점 및 응용

통신 및 컴퓨터 네트워크의 다중화는 단일 매체를 통해 수많은 데이터 신호를 결합하고 전송하는 데 사용되는 기술 유형입니다. 에서 다중화 방법, 멀티플렉서 (MUX) 하드웨어는 'n'개의 입력 라인을 병합하여 단일 출력 라인을 생성함으로써 멀티플렉싱을 달성하는 데 중요한 역할을 합니다. 따라서 이 방법은 주로 n개의 입력 라인과 단일 출력 라인을 의미하는 다대일 개념을 따릅니다. 다음과 같은 다양한 유형의 다중화 기술이 있습니다. FDM, TDM, CDM , SDM 및 OFDM. 이 기사에서는 다음과 같은 다중화 기술 유형 중 하나에 대한 간략한 정보를 제공합니다. 공간 분할 다중화 또는 SDM.

SDM(우주 분할 다중화)이란 무엇입니까?

무선 내 다중화 기술 의사 소통 시스템 단순히 사용자의 물리적 분리를 활용하여 시스템 용량을 향상시키는 데 사용되는 방식을 공간 분할 다중화(SDM)라고 합니다. 이 다중화 기술에서는 여러 가지 안테나 병렬 통신 채널을 만들기 위해 송신기와 수신기의 양쪽 끝에서 사용됩니다. 이러한 통신 채널은 서로 독립적이므로 여러 사용자가 간섭을 제외하고 유사한 주파수 대역 내에서 동시에 데이터를 전송할 수 있습니다.

더 많은 안테나를 포함하여 더 독립적인 채널을 형성함으로써 무선 통신 시스템 용량을 향상시킬 수 있습니다. 이 다중화 기술은 다음과 같은 무선 통신 시스템에서 일반적으로 사용됩니다. 와이파이, 위성 통신 시스템 및 셀룰러 네트워크.

해저 광케이블의 SDM 예

해저 광케이블 응용 분야의 공간 분할 다중화는 세 가지 전송 시스템으로 구분됩니다. 단일 코어 광섬유 C 대역, 단일 코어 광섬유 C+L 대역 및 다중 코어 광섬유 C 대역 전송. 3개의 전송 시스템 광 경로 다이어그램이 아래에 표시됩니다.

해저 광케이블 전송 시스템의 단일 코어 광섬유 C-밴드에는 신호 개선을 위한 EDFA 장비만 장착됩니다. EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier)는 광섬유 코어에 포함된 에르븀 이온을 통한 광증폭기인 OFA의 일종이다. EDFA에는 다음과 같은 몇 가지 기능이 있습니다. 저잡음, 고이득 및 편광에 독립적입니다. 1.55μm(또는) 1.58μm 대역 내의 광신호를 증폭합니다.

단일 코어 C+L 대역 전송 시스템에는 2개의 대역 신호를 상응하게 개선하기 위해 2개의 EDFA가 필요합니다. 멀티 코어 파이버 C 밴드 전송 시스템은 매우 복잡하며 모든 파이버 코어를 팬아웃하여 신호 증폭기에 입력한 다음 증폭기 신호의 팬을 멀티 코어 파이버 케이블에 연결해야 합니다.

3채널 전송 시스템의 신호 대 잡음비가 약 9.5dB일 때마다 단일 코어 광섬유 C+L 대역 전송 시스템은 최대 광 케이블 성능 전송을 달성하기 위해 37개의 광섬유 쌍이 필요합니다.

멀티코어 광섬유 C-대역 전송 시스템은 최고의 전송 능력을 달성하기 위해 19~20쌍의 광섬유가 필요합니다. 단일 코어 광섬유 C+L 대역 전송 시스템은 최대 용량을 확산하는 데 13개의 광섬유 케이블 쌍만 필요합니다. 그러나 최고 용량은 단일 코어 C 대역 광섬유 전송의 70%에 불과합니다.

SDM 기술에서는 모든 해저 광케이블의 거리를 60km로 설정하여 3개의 전송 시스템에 필요한 전압을 계산합니다. 단일 코어 C-밴드 및 C+L-밴드는 15kV의 최대 전압을 통해 더 낮은 전압이 필요합니다. 다중 라인 FOC 전송 시스템과 비교할 때 다중 코어 광섬유 전송 시스템은 전송을 완료하기 위해 추가 증폭기가 필요하기 때문에 전압이 더 낮습니다.

공간 분할 다중화의 세 가지 전송 시스템에서 단일 코어 광섬유 C+L 대역 및 다중 코어 C 대역의 전송 능력은 단일 코어 광섬유 C 대역 전송에 비해 적습니다. 단일 코어 파이버 C 밴드 및 C+L 웨이브 시스템은 멀티 코어를 통해 유사한 용량을 얻을 수 있는 경우 멀티 코어 시스템에 비해 더 낮은 전압 및 전력 활용을 활용할 수 있습니다.

우주 분할 다중화 작업

SDM(공간 분할 다중화)은 공간 차원을 활용하여 여러 개의 독립적인 데이터 스트림을 동시에 전송하는 방식으로 작동합니다. 작동 방식에 대한 간단한 설명은 다음과 같습니다.

• 공간 분리 : SDM은 서로 다른 데이터 스트림의 전송 경로를 물리적으로 분리하는 데 의존합니다. 이러한 분리는 다양한 광섬유, 안테나 요소 또는 음향 경로를 사용하는 등 전송 매체에 따라 다양한 기술을 사용하여 달성할 수 있습니다.
• 다중 채널 : 공간적으로 분리된 각각의 경로는 고유한 통신 채널을 나타냅니다. 이러한 채널을 활용하면 서로 간섭하지 않고 독립적인 데이터 스트림을 동시에 전송할 수 있습니다.
• 데이터 인코딩 및 변조 : 전송하기 전에 각 채널에 의도된 데이터는 인코딩 및 변조 기술을 거쳐 선택한 매체를 통한 전송에 적합한 형식으로 변환됩니다. 여기에는 일반적으로 디지털 데이터를 특정 주파수 또는 전송 매체에 적합한 기타 속성으로 변조된 아날로그 신호로 변환하는 작업이 포함됩니다.
• 동시 전송 : 데이터가 인코딩 및 변조되면 공간적으로 분리된 채널을 통해 동시에 전송됩니다. 이러한 동시 전송을 통해 데이터 처리량이 증가하고 사용 가능한 통신 리소스를 효율적으로 활용할 수 있습니다.
• 수신기 디코딩 : 수신단에서는 모든 공간 채널의 신호를 별도로 수신하고 처리합니다. 각 채널은 원본 데이터 스트림을 복구하기 위해 복조 및 디코딩됩니다. 채널이 공간적으로 분리되어 있기 때문에 채널 간 간섭이 최소화되어 안정적인 데이터 복구가 가능합니다.
• 데이터 스트림의 통합 : 마지막으로 모든 채널에서 복구된 데이터 스트림을 통합하여 원래 전송된 데이터를 재구성합니다. 이 통합 프로세스는 특정 애플리케이션에 따라 다르며 오류 수정, 동기화 및 데이터 집계와 같은 작업이 포함될 수 있습니다.

전반적으로 공간 분할 다중화는 공간 분리를 활용하여 여러 개의 독립적인 데이터 스트림을 동시에 전송할 수 있으므로 통신 용량과 효율성이 향상됩니다. 광섬유 네트워크, 무선 통신, 위성 통신 및 수중 음향 통신을 포함한 다양한 통신 시스템에 일반적으로 사용됩니다.

공간 분할 다중화 예

SDM의 첫 번째 예는 셀룰러 통신입니다. 이 통신에서는 서로 가깝지 않은 셀 내에서 동일한 반송파 주파수 세트가 다시 사용되기 때문입니다.

• 광섬유 통신 : 광섬유 통신 시스템에서는 서로 다른 공간 경로를 사용하여 동일한 광섬유를 통해 여러 채널을 동시에 전송할 수 있습니다. 각 공간 경로는 서로 다른 파장(파장 분할 다중화 - WDM) 또는 서로 다른 편광 상태(편파 분할 다중화 - PDM)를 나타낼 수 있습니다. 이를 통해 추가 물리적 광섬유 케이블을 배치하지 않고도 데이터 전송 용량을 늘릴 수 있습니다.
• 다중 안테나 시스템 : 무선 통신에서 다중 입력 다중 출력(MIMO) 시스템은 스펙트럼 효율성을 향상시키기 위해 송신기와 수신기 모두에서 다중 안테나를 활용합니다. 각 안테나 쌍은 공간 채널을 형성하고 데이터는 이러한 채널을 통해 동시에 전송되어 무선 링크의 용량을 효과적으로 늘립니다.
• 위성통신 : 위성 통신 시스템은 종종 SDM 기술을 사용하여 서로 다른 주파수 대역이나 공간 경로를 사용하여 여러 신호를 동시에 전송합니다. 이를 통해 위성 리소스를 보다 효율적으로 활용하고 방송, 인터넷 서비스, 원격 감지와 같은 애플리케이션의 데이터 처리량을 높일 수 있습니다.
• 수중음향통신 : 수중 환경에서는 장거리 이동이 가능한 음파를 통신에 사용합니다. SDM은 여러 개의 수중청음기와 송신기를 사용하여 공간적으로 분리된 채널을 생성하여 여러 데이터 스트림을 동시에 전송하고 전체 통신 용량을 늘리는 방식으로 사용할 수 있습니다.
• 집적 회로 상호 연결 : 컴퓨터 프로세서 또는 네트워킹 장비와 같은 전자 장치 내에서 공간 분할 다중화 기술을 적용하여 칩의 여러 구성 요소 또는 코어를 상호 연결할 수 있습니다. 서로 다른 물리적 경로를 통해 신호를 라우팅함으로써 다양한 처리 장치 간에 데이터를 동시에 전송할 수 있어 전체 시스템 성능과 처리량이 향상됩니다.

장점 단점

그만큼 공간 분할 다중화의 장점 다음을 포함합니다.

• SDM 기술은 광섬유의 단위 단면적 공간 밀도를 향상시킵니다.
• 이는 공통 클래딩 내의 공간 전송 채널 수를 늘립니다.
• SDM은 FDM 또는 주파수 분할 다중화와 TDM의 조합입니다. 시분할 다중화 .
• 특정 주파수를 활용하여 메시지를 전송하므로 일정 시간 동안 특정 주파수 대역에 대해 특정 채널을 활용할 수 있습니다.
• 이 다중화 기술을 사용하면 광섬유가 서로 간섭하지 않고 다양한 파장으로 전송되는 여러 신호를 전송할 수 있습니다.
• SDM은 에너지 효율성을 향상하고 각 비트의 비용을 크게 낮춥니다.
• SDM 기술은 FMF(소수 모드 광섬유) 및 멀티 코어 광섬유의 직교 LP 모드 내에서 신호를 간단히 다중화함으로써 각 광섬유의 스펙트럼 효율성을 향상시킵니다.
• 개발은 매우 간단하며 기본적인 새로운 광학 구성 요소가 필요하지 않습니다.
• 대역폭을 최대한 활용합니다.
• 고정 주파수는 SDM 내에서 다시 사용할 수 있습니다.
• SDM은 순수 광케이블 내에서 구현될 수 있습니다.
• 광케이블 덕분에 처리량이 매우 높습니다.
• 여러 다중화 기술 및 광섬유로 인해 주파수를 최대한 활용합니다.

그만큼 공간 분할 다중화의 단점 다음을 포함합니다.

• SDM 비용은 전송 채널 수의 개선으로 인해 여전히 크게 증가하고 있습니다.
• 멀티플렉싱은 복잡한 알고리즘과 프로토콜을 사용하여 방송되는 다양한 신호를 병합하고 나눕니다. 따라서 이로 인해 네트워크의 난이도가 향상되고 유지 관리 및 문제 해결이 더욱 어려워집니다.
• 멀티플렉싱은 방송되는 신호 사이에 간섭을 일으켜 전송된 데이터의 값을 손상시킬 수 있습니다.
• 이 다중화 기술은 다중화 절차를 위해 일정량의 대역폭이 필요하므로 실제 데이터 전송에 사용 가능한 대역폭의 양이 줄어들 수 있습니다.
• 이 멀티플렉싱을 구현하고 유지하는 것은 복잡하고 전문 장비가 필요하기 때문에 비용이 많이 듭니다.
• 이러한 다중화로 인해 여러 신호가 유사한 채널 위로 전송되기 때문에 전송된 데이터를 저장하기가 더 어려워집니다.
• SDM에서는 추론이 발생할 수 있습니다.
• SDM은 높은 추론 손실에 직면해 있습니다.
• SDM에서는 동일한 주파수 세트 또는 동일한 TDM 신호 세트가 서로 다른 두 장소에서 사용됩니다.

우주 분할 다중화 애플리케이션

그만큼 공간 분할 다중화의 응용 다음을 포함합니다.

• 공간 분할 다중화는 두 가지 방법을 통해 지상파 네트워크에서 사용됩니다. 전송 및 스위칭 인프라 내에 배열된 SDM 호환 구성요소(또는 스위칭 아키텍처 내에서만 SDM 구현)
• MIMO 무선 통신 내 공간 분할 다중화 기술 및 광섬유 통신은 공간 내에서 분리된 독립 채널을 방송하는 데 사용됩니다.
• SDM은 다중 입력 다중 출력 기술 형태의 셀룰러 네트워크에서 사용되며, 이는 송신기와 수신기의 양쪽 끝에 여러 개의 안테나를 사용하여 통신 링크의 가치와 성능을 향상시킵니다.
• SDM은 광섬유 다중화를 공간 분할로 이해하는 방법을 말합니다.
• SDM 기술은 다중 코어 광섬유와 같이 여러 공간 채널이 사용되는 곳 어디에서나 광 데이터 전송에 사용됩니다.
• 광섬유 전송을 위한 공간 분할 다중화 기술은 WDM의 용량 한계를 극복하는 데 도움이 됩니다.
• SDM은 GSM 기술에 사용됩니다.

따라서 이는 공간 분할 다중화 개요 , 작업, 예, 장점, 단점 및 응용 프로그램. SDM 기술은 OFC 또는 광섬유 통신의 성장 추세를 따릅니다. 이 다중화 기술은 OFC 기술의 주요 혁신이자 발전된 방식입니다. 여기에 질문이 있습니다. 시분할 다중화 또는 TDM이 무엇입니까?