Multiplexación espacial

Multiplexación espacial

2xSMX o STC+2xMRC

La multiplexación espacial o multiplexación por división espacial ( SM , SDM o SMX ) es una técnica de multiplexación en la comunicación inalámbrica MIMO , la comunicación por fibra óptica y otras tecnologías de comunicaciones utilizadas para transmitir canales independientes separados en el espacio.

Comunicación por fibra óptica

En la comunicación por fibra óptica, SDM se refiere al uso de la dimensión transversal de la fibra para separar los canales.

Técnicas

Fibra multinúcleo (MCF)

Las fibras multinúcleo están diseñadas con más de un núcleo. Existen diferentes tipos de MCF, de los cuales el “MCF desacoplado” es el más común, en el que cada núcleo se trata como una ruta óptica independiente. La principal limitación de estos sistemas es la presencia de diafonía entre núcleos. En los últimos tiempos, se han propuesto y demostrado diferentes técnicas de empalme y métodos de acoplamiento, y a pesar de que muchas de las tecnologías de los componentes aún están en la etapa de desarrollo, los sistemas MCF ya presentan la capacidad para una enorme capacidad de transmisión. ^{[ cita requerida ]}

Recientemente, se han demostrado algunas tecnologías de componentes desarrolladas para fibra óptica multinúcleo, como divisores Y tridimensionales entre diferentes fibras multinúcleo, ^[1] una interconexión universal entre los mismos núcleos de fibra, ^[2] y un dispositivo para el intercambio rápido de datos multiplexados por división de longitud de onda entre núcleos de fibra óptica multinúcleo. ^[3]

Fibras multimodo (MMF) y fibras multimodo (FMF)

Las fibras multimodo tienen un núcleo más grande que permite la propagación de múltiples modos transversales cilíndricos (también denominados modos polarizados linealmente), a diferencia de una fibra monomodo (SMF) que solo admite el modo fundamental. Cada modo transversal es espacialmente ortogonal y permite la propagación en ambas polarizaciones ortogonales.

Las fibras de modo múltiple típicas no son viables actualmente para la SDM, ya que el elevado número de modos da como resultado niveles inmanejables de acoplamiento modal y dispersión. Actualmente se está considerando la utilización de fibras de modo múltiple, que son fibras de modo múltiple con un tamaño de núcleo diseñado especialmente para permitir un bajo número de modos espaciales.

Debido a imperfecciones físicas, los modos intercambian potencia y experimentan diferentes índices de refracción efectivos a medida que se propagan a través de la fibra. ^[4] El intercambio de potencia da como resultado un acoplamiento modal, y se sabe que este efecto reduce la capacidad alcanzable de la fibra, ^[5] si los modos experimentan una ganancia o atenuación desigual. Por lo tanto, si no se compensa, el aumento de capacidad no es lineal con el recuento de modos. La diferencia de índice de refracción efectivo da como resultado una interferencia intersimbólica, resultante de la propagación del retardo. ^[6]

Los multiplexores de modos consisten en linternas fotónicas, conversión de luz multiplano y otros.

Haces de fibras

Las fibras agrupadas también se consideran una forma de SDM.

Comunicaciones inalámbricas

Si el transmisor está equipado con antenas y el receptor tiene antenas, el orden máximo de multiplexación espacial (el número de transmisiones) es, ${\displaystyle N_{t}}$ ${\displaystyle N_{r}}$

${\displaystyle N_{s}=\min(N_{t},N_{r})\!}$

Si se utiliza un receptor lineal, esto significa que las transmisiones se pueden transmitir en paralelo, lo que idealmente conduce a un aumento de la eficiencia espectral (la cantidad de bits por segundo por Hz que se pueden transmitir a través del canal inalámbrico). La ganancia de multiplexación práctica se puede limitar mediante la correlación espacial , lo que significa que algunas de las transmisiones paralelas pueden tener ganancias de canal muy débiles. ${\displaystyle N_{s}}$ ${\displaystyle N_{s}}$

Codificación

Enfoque de circuito abierto

En un sistema MIMO de bucle abierto con antenas transmisoras y antenas receptoras, la relación de entrada-salida se puede describir como ${\displaystyle N_{t}}$ ${\displaystyle N_{r}}$

${\displaystyle \mathbf {y} =\mathbf {Hx} +\mathbf {n} }$

donde es el vector de símbolos transmitidos, son los vectores de símbolos recibidos y ruido respectivamente y es la matriz de coeficientes de canal. Un problema que se encuentra a menudo en la multiplexación espacial de bucle abierto es la protección contra instancias de alta correlación de canal y fuertes desequilibrios de potencia entre los múltiples flujos. Una de esas extensiones que se está considerando para los sistemas DVB-NGH es el llamado esquema de Multiplexación Espacial Mejorada (eSM) . ${\displaystyle \mathbf {x} =[x_{1},x_{2},\ldots ,x_{N_{t}}]^{T}}$ ${\displaystyle N_{t}\times 1}$ ${\displaystyle \mathbf {y,n} }$ ${\displaystyle N_{r}\times 1}$ ${\displaystyle \mathbf {H} }$ ${\displaystyle N_{r}\times N_{t}}$

Enfoque de circuito cerrado

Un sistema MIMO de bucle cerrado utiliza información del estado del canal (CSI) en el transmisor. En la mayoría de los casos, solo hay disponible información parcial del estado del canal en el transmisor debido a las limitaciones del canal de retroalimentación. En un sistema MIMO de bucle cerrado, la relación de entrada-salida con un enfoque de bucle cerrado se puede describir como

${\displaystyle \mathbf {y} =\mathbf {HWs} +\mathbf {n} }$

donde es el vector de símbolos transmitidos, son los vectores de símbolos recibidos y ruido respectivamente, es la matriz de coeficientes del canal y es la matriz de precodificación lineal . ${\displaystyle \mathbf {s} =[s_{1},s_{2},\ldots ,s_{N_{s}}]^{T}}$ ${\displaystyle N_{s}\times 1}$ ${\displaystyle \mathbf {y,n} }$ ${\displaystyle N_{r}\times 1}$ ${\displaystyle \mathbf {H} }$ ${\displaystyle N_{r}\times N_{t}}$ ${\displaystyle \mathbf {W} }$ ${\displaystyle N_{t}\times N_{s}}$

Se utiliza una matriz de precodificación para precodificar los símbolos en el vector y mejorar el rendimiento. La dimensión de la columna se puede seleccionar más pequeña que la que resulta útil si el sistema requiere transmisiones por varias razones. Algunos ejemplos de las razones son los siguientes: el rango del canal MIMO o la cantidad de antenas receptoras es menor que la cantidad de antenas transmisoras. ${\displaystyle \mathbf {W} }$ ${\displaystyle N_{s}}$ ${\displaystyle \mathbf {W} }$ ${\displaystyle N_{t}}$ ${\displaystyle N_{s}(\neq N_{t})}$

Véase también

• 3G MIMO
• Código espacio-temporal
• Código de enrejado espacio-temporal
• WiMAX MIMO
• Comunicación por fibra óptica
• Multiplexación

Referencias

1. Awad, Ehab (septiembre de 2015). "Multicore optical fiber Y-Splitter". Optics Express . 23 (20): 25661–25674. Código Bibliográfico :2015OExpr..2325661A. doi : 10.1364/OE.23.025661 . PMID  26480082.
2. Awad, Ehab (enero de 2018). "Curvación de haz óptico confinado para conexión directa entre núcleos de diferentes fibras multinúcleo". Electrónica óptica y cuántica . 50 (2): 69. Bibcode :2018OptQE..50...69A. doi :10.1007/s11082-018-1344-0. S2CID  254897867.
3. Awad, Ehab (diciembre de 2015). "Intercambio de datos entre núcleos de fibras ópticas multinúcleo". Tecnología de fibra óptica . 26 : 157. Código Bibliográfico :2015OptFT..26..157A. doi :10.1016/j.yofte.2015.10.003.
4. Ho, Keang-Po; Kahn, Joseph M. (2011). "Pérdida y ganancia dependientes del modo: estadísticas y efecto en la multiplexación por división de modos". Optics Express . 19 (17): 16612–16635. arXiv : 1105.3533 . Código Bibliográfico :2011OExpr..1916612H. doi :10.1364/OE.19.016612. PMID  21935025.
5. Mello, Darli AA; Srinivas, Hrishikesh; Choutagunta, Karthik; Kahn, Joseph M. (15 de enero de 2020). "Impacto de la ganancia dependiente de la polarización y del modo en la capacidad de los sistemas de ultralarga distancia". Revista de tecnología de ondas de luz . 38 (2): 303–318. Código Bibliográfico :2020JLwT...38..303M. doi :10.1109/JLT.2019.2957110.
6. Antonelli, Cristian; Mecozzi, Antonio; Shtaif, Mark (2015). "La propagación del retardo en fibras para transmisión SDM: dependencia de los parámetros de la fibra y las perturbaciones". Optics Express . 23 (3): 2196–2302. Bibcode :2015OExpr..23.2196A. doi : 10.1364/OE.23.002196 . PMID  25836090.