اصول کار مدولاسیون چند حاملی

اصول کار مدولاسیون چند حاملی:
مدولاسیون چند حاملی که به اختصار به آن MCM نیز می گویند، تکنیکی است که برای انتقال داده ها از طریق چند حامل مورد استفاده قرار می گیرد.

توجه کنید که حامل های چندگانه در «فواصل نزدیک به هم» (Normally Close Spaced) قرار دارند. مدولاسیون چند حاملی مزایای فراوانی دارد که به عنوان مثال می توان به انعطاف بیشتر در برابر «تداخل» (Interference)، انعطاف در برابر «محوشدگی باند باریک» (Narrow Band Fading) و نیز «اثر چند مسیری» (Multipath Effects) اشاره کرد.

در نتیجه مدولاسیون چند حاملی به صورت گسترده برای انتقال داده ها مورد استفاده قرار می گیرد. زیرا این تکنیک مدولاسیون قادر است یک شکل موج سیگنال موثر را ایجاد کند که هم از لحاظ طیفی کارآمد است و هم در مقابله با محیط واقعی انتقال سیگنال انعطاف پذیری بیشتری دارد.

مدولاسیون چند حاملی از طریق تقسیم کردن جریان داده هایی که باید ارسال شوند، به تعدادی جریان داده با نرخ داده پایین تر عمل می کند.

سپس هر کدام از جریان های داده با نرخ پایین برای مدولاسیون یک سیگنال حامل مورد استفاده قرار می گیرند. زمانی که تمام سیگنال پیام به صورت کامل دریافت شد، نوبت به این می رسد که گیرنده از روی سیگنال های دریافت شده از حامل های چندگانه، سیگنال پیام اصلی را مجددا مونتاژ کند.

برای مدولاسیون چند حاملی می توان از گستره وسیعی از تکنیک ها استفاده کرد که هر کدام از این تکنیک های مدولاسیون چند حاملی دارای مزایا و معایب خاص خود هستند و می توانند در کاربردهای مختلفی مورد استفاده قرار گیرند.

در تصویر زیر شماتیکی از تفاوت ارسال داده در روش مدولاسیون تک حاملی یا SC و مدولاسیون چند حاملی یا MC نشان داده شده است.

می توان گفت مدولاسیون چند حاملی اولین بار در کاربردهای نظامی مورد استفاده قرار گرفت. اولین استفاده از مدولاسیون چند حاملی یا MCM در لینک های رادیویی HF نظامی در سال 1950 بود. در آن هنگام از چندین کانال برای مقابله با اثر محوشدگی سیگنال استفاده می شد.

در اصل تکنیک MCM یا مدولاسیون چند حاملی به استفاده از چند کانال نیاز داشت که توسط فیلترهای با شیب پاسخ بسیار تند از یکدیگر جدا شده بودند؛ زیرا در یک فضای بسته قرار داشتند. با استفاده از این روش تداخلات کانال های مجاور را می توانستند حذف کنند.

با این حال، سیستم های مدولاسیون چند حاملی برای اولین بار در هنگام معرفی سیستم های «پخش رادیو و تلویزیونی» (Broadcasting) مانند رادیو دیجیتال DAB و «پخش ویدیو دیجیتال» (Digital Video Broadcasting) یا DVB مورد استفاده گسترده قرار گرفت.

به عنوان مثال در پخش ویدیو دیجیتال از تکنیک مدولاسیون «مالتی پلکسینگ تقسیم فرکانسی متعامد» (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) یا به اختصار OFDM استفاده می شد.

تقسیم فرکانسی چندگانه متعامد یا OFDM از توان پردازش درون گیرنده و تعامد بین سیگنال های حامل بهره می گرفت و با استفاده از آن ها از عدم حضور تداخل اطمینان حاصل می کرد.

در تصویر زیر نمایی از سیگنال ها در یکی از روش های مدولاسیون چند حاملی (تقسیم فرکانسی چندگانه متعامد یا OFDM) نشان داده شده است.

در سال های بعد، از مالتی پلکسینگ تقسیم فرکانسی متعامد در سیستم هایی مانند مخابرات راه دور سلولی و بی سیم و همچنین شبکه های استاندارد مانند Wi-Fi 802.11 و WiMAX و نیز LTE در سیستم های سلولی استفاده شد.

سایر سیستم های سلولی نیز از تکنیک های چند حاملی برای رسیدن به نرخ انتقال داده بالا استفاده می کنند و برای این کار از دو یا تعداد بیشتری حامل از یک سیستم سلولی استاندارد بهره می گیرند که HSPA حامل دوگان مثالی از این کاربردها است.

در شبکه ها و سیستم های سلولی جدیدتر، روش های مدولاسیون چند حاملی دیگری بسط و توسعه داده می شوند که در آینده ای نزدیک شاهد استفاده از آن ها خواهیم بود.