3. Multiplexación por división de frecuencia

La multiplexación por división de frecuencia (MDF) es una técnica que permite transmitir varias señales de información simultáneamente a través de un mismo medio físico, como un cable o una onda electromagnética. La idea es dividir el ancho de banda disponible en varias bandas de frecuencia más estrechas, cada una de las cuales se asigna a un canal diferente. De esta forma, se aprovecha mejor el recurso limitado que es el espectro de frecuencias.

La multiplexación por división de frecuencia se puede utilizar con señales analógicas o digitales. En el caso de las señales analógicas, se modulan con una portadora de alta frecuencia, que se desplaza al rango de frecuencias correspondiente a cada sub-banda. En el caso de las señales digitales, se utilizan técnicas como la modulación por codificación de pulsos (PCM) o la multiplexación por división de frecuencias ortogonales (OFDM), que permiten transmitir datos binarios como combinaciones de sub-portadoras ortogonales.

Para entender mejor cómo funciona la MDF, podemos imaginar un ejemplo sencillo. Supongamos que tenemos tres emisoras de radio que quieren transmitir sus programas a través del aire. Si todas usaran la misma frecuencia, se produciría una interferencia y no se podría escuchar ninguna. Sin embargo, si cada una usa una frecuencia diferente dentro de un rango determinado, por ejemplo entre 520 y 1605 KHz, rango de frecuencia usado para la transmisión en AM, se pueden evitar las interferencias y los receptores pueden sintonizar la emisora que deseen.

 

El esquema básico de la MDF consiste en tres elementos principales: un multiplexor, un canal de transmisión y un demultiplexor. El multiplexor es el dispositivo que recibe las señales de los diferentes canales y las combina en una sola señal modulada en frecuencia, que ocupa todo el ancho de banda del canal de transmisión. El canal de transmisión es el medio físico por el que se envía la señal multiplexada, como un cable coaxial o una onda de radio. El demultiplexor es el dispositivo que recibe la señal multiplexada y la separa en las señales originales de cada canal, que se envían a los receptores correspondientes.

 

La multiplexación se lleva a cabo mediante un dispositivo llamado multiplexor (MUX), que recibe las señales de entrada y las modula con portadoras de diferentes frecuencias, asignándoles una sub-banda del ancho de banda total. Las señales moduladas se suman y se envían por el medio de comunicación.

 

La demultiplexación se lleva a cabo mediante un dispositivo llamado demultiplexor (DEMUX), que recibe la señal combinada y la filtra con filtros pasabanda, que seleccionan la sub-banda correspondiente a cada señal. Las señales filtradas se demodulan y se recuperan las señales originales.

 

Es importante que las sub-bandas estén separadas entre sí por unas bandas vacías llamadas bandas de guarda, que evitan que las señales se solapen y provoquen interferencias. El tamaño de las bandas de guarda depende del tipo de modulación y del nivel de ruido del canal.

 

La multiplexación por división de frecuencia tiene múltiples aplicaciones en el campo de las telecomunicaciones, como por ejemplo:

 

  • La radiodifusión y la televisión, donde se utilizan diferentes frecuencias para transmitir distintos programas o canales.

  • La telefonía, donde se utilizan sistemas FDM para transmitir varias llamadas telefónicas por una misma línea troncal o un mismo satélite.

  • La transmisión de datos, donde se utilizan sistemas FDM para enviar grandes cantidades de información por un mismo cable o fibra óptica.

  • La comunicación inalámbrica, donde se utilizan sistemas FDM para aprovechar el espectro radioeléctrico y aumentar la capacidad y la calidad del servicio.

 

La multiplexación por división de frecuencia presenta algunas ventajas y desventajas respecto a otras técnicas de multiplexación, como por ejemplo:

 

Ventajas:

 

- Permite aprovechar el ancho de banda disponible y aumentar la eficiencia del canal.

- Permite transmitir varias señales independientes sin necesidad de sincronización temporal.

- Permite utilizar diferentes tipos y niveles de modulación para cada señal según sus características y requerimientos.

- Permite adaptarse a las condiciones del canal y al nivel de ruido mediante el ajuste del tamaño y la posición de las sub-bandas.

La MDF tiene varias ventajas, como la posibilidad de transmitir más información con menos recursos, la reducción de las interferencias entre canales y la mejora de la calidad de la señal.

 

Desventajas:

 

- Requiere un mayor ancho de banda que otras técnicas, debido a las bandas de guarda y al solapamiento espectral.

- Requiere un mayor nivel de potencia que otras técnicas, debido a la suma de las señales moduladas.

- Requiere un mayor nivel de complejidad que otras técnicas, debido al uso de filtros, moduladores y demoduladores.

La MDF también tiene algunas limitaciones, como la necesidad de sincronizar los multiplexores y los demultiplexores, la pérdida de parte del ancho de banda por el uso de filtros y guardas entre bandas y la vulnerabilidad al ruido y a la atenuación en el canal de transmisión.

A continuación se muestra un esquema básico de la multiplexación por división de frecuencia, donde se pueden observar los elementos principales que intervienen en el proceso:

La siguiente imagen muestra un ejemplo de cómo diferentes servicios comparten el espectro radioeléctrico. El espectro radioeléctrico es el rango de todas las posibles frecuencias de las ondas electromagnéticas, y es utilizado por diferentes servicios de comunicación para transmitir información. Cada barra de color en el gráfico representa un tipo diferente de servicio que utiliza una parte específica del espectro radioeléctrico. Los servicios incluyen “FM Radio”, “Broadcast TV”, WiFi, etc.