La multiplexación por división de polarización ( PDM ) es un método de capa física para multiplexar señales transportadas en ondas electromagnéticas , lo que permite transmitir dos canales de información en la misma frecuencia portadora mediante el uso de ondas de dos estados de polarización ortogonales . Se utiliza en enlaces de microondas , como enlaces descendentes de televisión por satélite, para duplicar el ancho de banda mediante el uso de dos antenas de alimentación polarizadas ortogonalmente en antenas parabólicas . También se utiliza en comunicación por fibra óptica transmitiendo haces de luz polarizados circularmente izquierdo y derecho separados a través de la misma fibra óptica .
Las técnicas de polarización se han utilizado durante mucho tiempo en la transmisión de radio para reducir la interferencia entre canales, particularmente en frecuencias VHF y más allá.
En algunas circunstancias, la velocidad de datos de un enlace de radio se puede duplicar transmitiendo dos canales separados de ondas de radio en la misma frecuencia, utilizando polarización ortogonal. Por ejemplo, en enlaces de microondas terrestres punto a punto, la antena transmisora puede tener dos antenas de alimentación; una antena de alimentación vertical que transmite microondas con su campo eléctrico vertical ( polarización vertical ), y una antena de alimentación horizontal que transmite microondas en la misma frecuencia con su campo eléctrico horizontal ( polarización horizontal ). Estos dos canales separados pueden recibirse mediante antenas de alimentación vertical y horizontal en la estación receptora. Para las comunicaciones por satélite, a menudo se utiliza la polarización circular ortogonal (es decir, hacia la derecha y hacia la izquierda), ya que el sentido de la polarización circular no cambia por la orientación relativa de la antena en el espacio.
Un sistema de polarización dual comprende normalmente dos transmisores independientes, cada uno de los cuales puede conectarse mediante guías de ondas o líneas TEM (como cables coaxiales o stripline o cuasi-TEM como microstrip ) a una antena de polarización simple para su funcionamiento estándar. Aunque se pueden usar dos antenas separadas de polarización simple para PDM (o dos alimentaciones adyacentes en una antena reflectora ), a menudo se puede lograr fácilmente la radiación de dos estados de polarización independientes por medio de una sola antena de polarización dual.
Cuando el transmisor tiene una interfaz de guía de ondas, típicamente rectangular para estar en la región monomodo en la frecuencia de operación, una antena de doble polarización con un puerto de guía de ondas circular (o cuadrado) es el elemento radiante elegido para los sistemas de comunicación modernos. El puerto de guía de ondas circular o cuadrado es necesario para que se admitan al menos dos modos degenerados. Por lo tanto, en tales situaciones se debe introducir un componente ad hoc para fusionar dos señales monopolarizadas separadas en una interfaz física de doble polarización, es decir, un transductor de modo orto (OMT) .
En caso de que el transmisor tenga conexiones de salida TEM o cuasi-TEM, una antena de doble polarización a menudo presenta conexiones separadas (es decir, una antena de parche cuadrado impresa con dos puntos de alimentación) e incorpora la función de una OMT mediante la transferencia intrínseca de la señal. dos señales de excitación a los estados de polarización ortogonal.
Por lo tanto, una señal de doble polarización transporta dos flujos de datos independientes a una antena receptora, que a su vez puede ser una de polarización simple, para recibir solo uno de los dos flujos a la vez, o un modelo de doble polarización, que nuevamente transmite su señal recibida. a dos conectores de salida de polarización simple (a través de un OMT si está en guía de ondas).
El sistema de polarización dual ideal se basa en la ortogonalidad perfecta de los dos estados de polarización, y cualquiera de las interfaces de polarización simple en el receptor contendría teóricamente solo la señal que debe transmitirse mediante la polarización deseada, por lo que no introduce interferencias y permitiendo que los dos flujos de datos sean multiplexados y demultiplexados de forma transparente sin ninguna degradación debido a la coexistencia con el otro.
Las empresas que trabajan en tecnología PDM comercial incluyen Siae Microelettronica , Huawei y Alcatel-Lucent .
Algunos tipos de radios de microondas para exteriores tienen transductores ortomodo integrados y funcionan en ambas polaridades desde una sola unidad de radio, realizando la cancelación de interferencias de polarización cruzada ( XPIC ) dentro de la propia unidad de radio. Alternativamente, el transductor ortomodo puede integrarse en la antena y permitir la conexión de radios independientes, o puertos separados de la misma radio, a la antena.
Los sistemas prácticos, sin embargo, adolecen de comportamientos no ideales que mezclan las señales y los estados de polarización:
Como consecuencia, la señal en uno de los terminales de polarización única recibida contiene en realidad una cantidad dominante de la señal deseada (destinada a ser transmitida en una polarización) y una cantidad menor de señal no deseada (destinada a ser transportada por la otra polarización). , lo que representa una interferencia sobre el primero. Como consecuencia, cada señal recibida debe eliminarse del nivel de interferencia para alcanzar la relación señal/ruido e interferencia (SNIR) requerida por las etapas receptoras, que puede ser del orden de más de 30 dB. para esquemas M- QAM de alto nivel . Esta operación se lleva a cabo mediante una cancelación de interferencia de polarización cruzada (XPIC), implementada normalmente como una etapa digital de banda base.
En comparación con la multiplexación espacial , las señales recibidas para un sistema PMD tienen una relación portadora-interferencia mucho más favorable, ya que la cantidad de fuga es a menudo mucho menor que la señal útil, mientras que la multiplexación espacial opera con una cantidad de interferencia igual a la cantidad de señal útil. Esta observación, válida para un buen diseño PMD, permite diseñar el XPIC adaptativo de una manera más sencilla que un esquema de cancelación MIMO general, ya que el punto de partida (sin cancelación) normalmente ya es suficiente para establecer un enlace de baja capacidad mediante una modulación reducida.
Un XPIC normalmente actúa sobre una de las señales "C" recibidas que contiene la señal deseada como término dominante y también utiliza la otra señal "X" recibida (que contiene la señal de interferencia como término dominante). El algoritmo XPIC multiplica la "X" por un coeficiente complejo y luego lo suma a la "C" recibida. El coeficiente de recombinación complejo se ajusta de forma adaptativa para maximizar el MMSE medido en la recombinación. Una vez que el MMSE se mejora al nivel requerido, los dos terminales pueden cambiar a modulaciones de alto orden.
Es un método novedoso para la transmisión de antenas polarizadas que utiliza una técnica diferencial.
La multiplexación por división de polarización se utiliza normalmente junto con la modulación de fase o QAM óptica , lo que permite velocidades de transmisión de 100 Gbit/s o más en una única longitud de onda. Luego, se pueden transportar conjuntos de señales de longitud de onda PDM a través de una infraestructura de multiplexación por división de longitud de onda , expandiendo potencialmente sustancialmente su capacidad. Se pueden combinar múltiples señales de polarización para formar nuevos estados de polarización, lo que se conoce como generación de estados de polarización paralela. [1]
El principal problema con el uso práctico de PDM sobre sistemas de transmisión de fibra óptica son las derivas en el estado de polarización que ocurren continuamente con el tiempo debido a cambios físicos en el entorno de la fibra. En un sistema de larga distancia, estas derivas se acumulan progresivamente sin límite, lo que da como resultado una rotación rápida y errática del vector Jones de la luz polarizada sobre toda la esfera de Poincaré . Dispersión del modo de polarización , pérdida dependiente de la polarización. y la modulación de polarización cruzada son otros fenómenos que pueden causar problemas en los sistemas PDM.
Por esta razón, PDM se utiliza generalmente junto con técnicas avanzadas de codificación de canales , lo que permite el uso de procesamiento de señales digitales para decodificar la señal de una manera que sea resistente a los artefactos de la señal relacionados con la polarización. Las modulaciones utilizadas incluyen PDM-QPSK y PDM-DQPSK. [2]
Las empresas que trabajan en tecnología PDM comercial incluyen Alcatel-Lucent , Ciena , Cisco Systems , Huawei e Infinera .