En telecomunicaciones , la multiplexación por división de frecuencia ( FDM ) es una técnica mediante la cual el ancho de banda total disponible en un medio de comunicación se divide en una serie de bandas de frecuencia no superpuestas , cada una de las cuales se utiliza para transportar 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 transportar bits en serie separados o segmentos de una señal de mayor velocidad en paralelo .
El ejemplo más común de multiplexación por división de frecuencia es la radiodifusión y la televisión, en las que múltiples señales de radio en diferentes frecuencias pasan por el aire al mismo tiempo. Otro ejemplo es la televisión por cable , en la que muchos canales de televisión se transmiten simultáneamente en un solo cable. La FDM también se utiliza en los sistemas telefónicos para transmitir múltiples llamadas telefónicas a través de líneas troncales de alta capacidad, los satélites de comunicaciones para transmitir múltiples canales de datos en haces de radio de enlace ascendente y descendente, y los 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 las comunicaciones 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) independientes que se envían a través de un sistema FDM, como las señales de vídeo de los canales de televisión que se envían a través de un sistema de televisión por cable, se denominan señales de banda base . En el extremo de 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" 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, " a cuestas " 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 ( f C + f B ) y la diferencia ( f C − f B ) de las frecuencias. La información de la señal modulada se transporta en bandas laterales a cada lado de la frecuencia portadora. Por lo tanto, toda la información transportada por el canal se encuentra en una banda estrecha de frecuencias agrupadas alrededor de la frecuencia portadora, esto se llama la banda de paso del canal.
De manera similar, se utilizan señales de banda base adicionales para modular portadoras en otras frecuencias, creando otros canales de información. Las portadoras están espaciadas lo suficiente en frecuencia como para que la banda de frecuencias ocupada por cada canal, las bandas de paso de los canales separados, no se superpongan. Todos los canales se envían a través del medio de transmisión, como un cable coaxial, fibra óptica o por aire utilizando un transmisor de radio . Siempre que las frecuencias del canal estén espaciadas lo suficiente como para que ninguna de las bandas de paso se superponga, los canales separados 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 separada.
Por ejemplo, el cable coaxial utilizado por los sistemas de televisión por cable tiene un ancho de banda de unos 1000 MHz , pero la banda de paso de cada canal de televisión tiene sólo 6 MHz de ancho, por lo que hay espacio para muchos canales en el cable (en los sistemas de cable digital modernos cada canal a su vez se subdivide en subcanales y puede transportar hasta 10 canales de televisión digital).
En el extremo de destino del cable o fibra, o del receptor de radio, para cada canal un oscilador local produce una señal en la frecuencia portadora de ese canal, que se mezcla con la señal modulada entrante. Las frecuencias se restan, produciendo nuevamente la señal de banda base para ese canal. Esto se llama demodulación . La señal de banda base resultante se filtra de las otras frecuencias y se envía al usuario.
Para las conexiones telefónicas de larga distancia , las compañías telefónicas del siglo XX utilizaban portadoras L y sistemas de cable coaxial similares que transportaban miles de circuitos de voz multiplexados en múltiples etapas por bancos de canales .
Para distancias más cortas, se utilizaron cables de par balanceado más económicos para varios sistemas, incluidos Bell System K- y N-Carrier. Esos cables no permitían anchos de banda tan grandes, por lo que solo se multiplexaron 12 canales de voz ( banda lateral doble ) y más tarde 24 ( banda lateral única ) en cuatro cables , un par para cada dirección con repetidores cada varias millas, aproximadamente 10 km. Véase sistema de portadora de 12 canales . A fines del siglo XX, los circuitos de voz FDM se habían vuelto raros. 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 digitales (DSL) han utilizado un sistema multitono discreto (DMT) para dividir su espectro en canales de frecuencia.
Un sistema FDM que alguna vez fue común, utilizado por ejemplo en L-carrier , utiliza filtros de cristal que operan en el rango de 8 MHz para formar un grupo de canales de 12 canales, ancho de banda de 48 kHz en el rango de 8140 a 8188 kHz seleccionando portadoras en el rango de 8140 a 8184 kHz seleccionando la banda lateral superior este grupo puede luego ser traducido al rango estándar de 60 a 108 kHz por una portadora de 8248 kHz. Tales sistemas se utilizan en DTL (Direct To Line) y DFSG (Directlyformed supergroup).
Se pueden formar 132 canales de voz (2SG + 1G) utilizando el plano DTL. El plan de modulación y frecuencia se muestra en la FIG. 1 y FIG. 2. El uso de la técnica DTL permite la formación de un máximo de 132 canales de voz que se pueden colocar directamente en la línea. DTL elimina los equipos de grupo y supergrupo.
DFSG puede tomar medidas similares donde se puede obtener una formación directa de un número de supergrupos en los 8 kHz; DFSG también elimina el equipo de grupo y puede ofrecer:
Tanto DTL como DFSG pueden cumplir con los requisitos de sistemas de baja densidad (utilizando DTL) y sistemas de mayor densidad (utilizando DFSG). El terminal DFSG es similar al terminal DTL, excepto que en lugar de dos supergrupos se combinan muchos supergrupos. Un grupo maestro de 600 canales (10 supergrupos) es un ejemplo basado en DFSG.
La FDM también se puede utilizar para combinar señales antes de la modulación final en 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 de suma izquierda-derecha central, antes de la modulación de frecuencia de la señal compuesta. Un canal de televisión NTSC analógico se divide en frecuencias de subportadora para video, color y audio. DSL utiliza diferentes frecuencias para voz y para transmisión de datos ascendente y descendente en los mismos conductores, lo que también es un ejemplo de dúplex de frecuencia .
Cuando se utiliza 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 señales de radio de diferentes transmisores.
En las décadas de 1860 y 1870, varios inventores intentaron la FDM bajo los nombres de telegrafía acústica y telegrafía armónica. La FDM práctica solo se logró en la era electrónica. Mientras tanto, sus esfuerzos condujeron a una comprensión elemental de la tecnología electroacústica, lo que resultó en la invención del teléfono .