Multiplexação por Divisão de Frequência (FDM)

Você já pensou como funcionam as rádios (AM e FM) que você escuta? A qualquer momento, você pode escutar uma rádio diferente, bastando, para isso, sintonizar na rádio desejada por meio dos controles do seu aparelho. Isso significa que os sinais de todas as emissoras estão sendo transmitidos ao mesmo tempo e você apenas escolhe o que quer ouvir.

Duas coisas interessantes estão acontecendo nesse exemplo. A primeira é que os sinais de todas as rádios estão sendo transmitidos através do mesmo meio físico (ar), ou seja, do mesmo enlace. Portanto, alguma técnica para compartilhamento do enlace está sendo utilizada. A segunda coisa é que os sinais de todas as emissoras chegam ao seu rádio. Portanto, sintonizar a rádio desejada significa filtrar os sinais de todas as outras emissoras para escutar apenas o da emissora desejada.

No referido exemplo das rádios, temos várias fontes gerando sinais: cada emissora de rádio é uma fonte emissora de sinal; os rádios das pessoas são receptores que captam esse sinal. Mas, o exemplo mostra que o mesmo meio físico pode ser utilizado para transmitir vários sinais simultaneamente, permitindo ainda a separação desses sinais no receptor. Podemos utilizar o mesmo princípio aqui apresentado para os enlaces ponto a ponto das redes de computadores. Ou seja, sempre que a largura de banda de um enlace (em hertz) for maior que a soma das larguras de banda de todos os sinais a serem transmitidos no enlace, os sinais podem ser combinados e transmitidos em conjunto. Essa técnica se chama multiplexação na frequência.

Vamos entender como essa técnica funciona: Imagine que uma empresa possui três linhas telefônicas com uma determinada operadora de telefonia. Ao invés de instalar três cabos, uma para cada linha, entre a empresa e a operadora de telefonia, a operadora pode optar por instalar apenas um cabo e utilizar multiplexação para criar três canais nesse cabo, cada um correspondendo a uma linha. A Figura 5 ilustra essa ligação

De acordo com a Figura 5, vamos imaginar que temos três sinais (linha1, linha2 e linha3) para transmitir nesse enlace e que cada um ocupa uma faixa de 5KHz, da seguinte maneira: sinal1 (50 a 55KHz), sinal2 (70 a 75KHz), e sinal3 (85 a 90KHz). Suponha também que temos uma largura de banda no meio físico disponível de 15 KHz para a transmissão de sinais. Como temos três sinais com largura de banda de 5KHz, e temos 15KHz de banda disponível no canal, é possível transmitir todos os sinais simultaneamente. Precisamos, contudo, definir uma forma de acomodar os três sinais dentro do canal de 15KHz de modo que um sinal não interfira nos outros, e que saibamos separar os sinais, quando chegarem ao destino.

A estratégia é dividir o canal de 15KHz em três canais de 5KHz, da seguinte forma: as frequências de 0 a 5KHz serão utilizadas para o primeiro sinal, as frequências de 6 a 10KHz serão utilizadas para o segundo sinal, e as de 10 a 15KHz serão utilizadas para o terceiro sinal. Para isso, precisamos deslocar cada sinal de sua faixa de frequência original para a sua nova faixa. Esse deslocamento chama-se modulação. Após a modulação, aplica-se um filtro para garantir que apenas componentes do sinal dentro da faixa de frequência de 5 KHz sejam utilizadas, para evitar interferência nos outros sinais.

No receptor, o processo ocorre na ordem inversa, ou seja, primeiro, ele desloca o sinal para sua faixa de frequência original e, depois, aplica o filtro. Desse modo, o sinal que for recebido na faixa de frequência de 0 a 5 KHz será deslocado (demodulado) para a faixa de 50 a 55 KHz, de acordo com o nosso exemplo. O mesmo ocorre para os outros dois sinais. O equipamento que realiza esse processo de MOdulação e DEModulação é o modem (o qual você já viu em aulas anteriores). Evidentemente, os modems das duas pontas de um enlace estão de acordo sobre as faixas de frequências que serão utilizadas nos deslocamentos dos sinais.

Ainda na Figura 5 identificamos o equipamento da esquerda como MUX e o da direita como DEMUX, como abreviaturas de multiplexador e demultiplexador, apenas para ilustrar como eles seriam utilizados quando o sentido da transmissão for da esquerda para a direita. Observe que o modem é um multiplexador, mas, como existem outros tipos de multiplexação além da FDM, às vezes, o termo MUX é utilizado para ressaltar que essa tarefa está sendo realizada independente do tipo de multiplexação sendo utilizada.

Como os enlaces entre os modems, normalmente, são full-duplex, eles possuem tanto o modulador quanto o demodulador, e utilizam uma frequência para enviar os sinais e outra para receber. A frequência utilizada pelo modem de uma ponta do enlace para enviar os sinais é a utilizada pelo modem da outra ponta para recebê-los. Naturalmente, caso o modem seja utilizado para realizar multiplexação, ele utilizará várias frequências para transmitir e várias para receber.

Além das rádios (AM e FM), a distribuição de canais de TV e a primeira geração de telefonia celular também utilizam multiplexação por divisão de frequência.