Мультиплексирование с поляризационным разделением

Мультиплексирование с поляризационным разделением ( PDM ) — это метод физического уровня для мультиплексирования сигналов, переносимых электромагнитными волнами , позволяющий передавать два канала информации на одной несущей частоте с использованием волн двух ортогональных состояний поляризации . Он используется в микроволновых линиях связи, таких как нисходящие каналы спутникового телевидения, для удвоения полосы пропускания за счет использования двух ортогонально поляризованных облучающих антенн в спутниковых тарелках . Он также используется в оптоволоконной связи путем передачи отдельных с левой и правой круговой поляризацией лучей света по одному и тому же оптическому волокну .

Радио [ править ]

Методы поляризации уже давно используются в радиопередаче для уменьшения помех между каналами, особенно на частотах ОВЧ и за их пределами.

При некоторых обстоятельствах скорость передачи данных по радиоканалу можно удвоить за счет передачи двух отдельных каналов радиоволн на одной и той же частоте с использованием ортогональной поляризации. Например, в наземных микроволновых линиях связи «точка-точка» передающая антенна может иметь две облучающие антенны; антенна с вертикальной подачей, которая передает микроволны с вертикальным электрическим полем ( вертикальная поляризация ), и антенна с горизонтальным питанием, которая передает микроволны на той же частоте с горизонтальным электрическим полем ( горизонтальная поляризация ). Эти два отдельных канала могут приниматься вертикальными и горизонтальными антеннами приемной станции. Для спутниковой связи вместо этого часто используется ортогональная круговая поляризация (т. е. правосторонняя и левосторонняя), поскольку смысл круговой поляризации не меняется из-за относительной ориентации антенны в пространстве.

Система с двойной поляризацией обычно состоит из двух независимых передатчиков, каждый из которых может быть подключен с помощью волновода или линий TEM (например, коаксиальных кабелей , полосковых линий или квази-TEM, таких как микрополосковые ) к антенне с одной поляризацией для ее стандартной работы. Хотя для PDM можно использовать две отдельные антенны с одной поляризацией (или два соседних облучателя в рефлекторной антенне ), излучение двух независимых состояний поляризации часто может быть легко достигнуто с помощью одной антенны с двойной поляризацией.

Когда передатчик имеет волноводный интерфейс, обычно прямоугольный, чтобы находиться в одномодовой области на рабочей частоте, антенна с двойной поляризацией с круглым (или квадратным) волноводным портом является излучающим элементом, выбранным для современных систем связи. Круглый или квадратный порт волновода необходим для поддержки как минимум двух вырожденных мод. Поэтому в таких ситуациях необходимо вводить специальный компонент для объединения двух отдельных однополяризованных сигналов в один двухполяризованный физический интерфейс, а именно ортомодовый преобразователь (OMT) .

В случае, если передатчик имеет выходные разъемы TEM или квази-TEM, вместо этого антенна с двойной поляризацией часто представляет собой отдельные соединения (например, печатную квадратную патч-антенну с двумя точками питания) и реализует функцию OMT посредством внутренней передачи два сигнала возбуждения в состояния ортогональной поляризации.

Таким образом, сигнал с двойной поляризацией передает два независимых потока данных к приемной антенне, которая сама может быть однополяризованной для приема только одного из двух потоков одновременно, или моделью с двойной поляризацией, снова ретранслирующей полученный сигнал. к двум выходным разъемам с одной поляризацией (через ОМТ, если в волноводе).

В основе идеальной системы двойной поляризации лежит идеальная ортогональность двух состояний поляризации, и любой из однополяризованных интерфейсов приемника теоретически будет содержать только сигнал, предназначенный для передачи с желаемой поляризацией, таким образом не создавая никаких помех и позволяя двум потокам данных прозрачно мультиплексироваться и демультиплексироваться без какого-либо ухудшения качества из-за сосуществования друг с другом.

Компании, работающие над коммерческой технологией PDM, включают Siae Microelettronica , Huawei и Alcatel-Lucent .

Некоторые типы уличных микроволновых радиостанций имеют встроенные ортомодовые преобразователи и работают в обеих полярностях от одного радиоблока, выполняя подавление кросс-поляризационной помехи ( XPIC ) внутри самого радиоблока.Альтернативно, преобразователь ортомод может быть встроен в антенну и обеспечивать подключение к антенне отдельных радиомодулей или отдельных портов одного и того же радиомодуля.

Подавление кросс-поляризационной помехи (XPIC) [ править ]

Однако практические системы страдают от неидеального поведения, которое смешивает сигналы и состояния поляризации:

OMT на передающей стороне имеет конечную избирательность кросс-поляризации (XPD) и, таким образом, пропускает часть сигналов, предназначенных для передачи в одной поляризации, в другую.
передающая антенна имеет конечный XPD и, таким образом, передает часть своей входной поляризации в другое состояние излучаемой поляризации.
распространение в присутствии дождя, снега, града создает деполяризацию, поскольку часть двух сталкивающихся поляризаций перетекает в другую.
конечный XPD приемной антенны действует аналогично передающей стороне, а относительное выравнивание двух антенн способствует потере XPD системы.
конечный XPD принимающего OMT также дополнительно смешивает сигналы от порта с двойной поляризацией к портам с одной поляризацией.

Как следствие, сигнал на одном из принимаемых терминалов с одной поляризацией фактически содержит преобладающее количество полезного сигнала (предназначенного для передачи по одной поляризации) и незначительное количество нежелательного сигнала (предназначенного для передачи по другой поляризации). , что представляет собой вмешательство в первое. Как следствие, каждый принимаемый сигнал должен быть очищен от уровня помех, чтобы достичь требуемого отношения сигнал/шум и помехи (SNIR), необходимого для приемных каскадов, которое может составлять порядка более 30 дБ. высокого уровня M- QAM для схем . Такая операция выполняется посредством подавления кросс-поляризационной помехи (XPIC), обычно реализуемого в виде цифрового каскада основной полосы частот.

По сравнению с пространственным мультиплексированием , принятые сигналы для системы PMD имеют гораздо более благоприятное соотношение несущей и помехи, поскольку величина утечки часто намного меньше полезного сигнала, тогда как пространственное мультиплексирование работает с количеством помех, равным величине полезного сигнала. Это наблюдение, справедливое для хорошей конструкции PMD, позволяет спроектировать адаптивную XPIC более простым способом, чем общую схему отмены MIMO, поскольку отправная точка (без отмены) обычно уже достаточна для установления канала с низкой пропускной способностью посредством уменьшенная модуляция.

XPIC обычно воздействует на один из полученных сигналов «C», содержащий желаемый сигнал в качестве доминирующего термина, и также использует другой полученный сигнал «X» (содержащий мешающий сигнал в качестве доминирующего термина). Алгоритм XPIC умножает «X» на комплексный коэффициент, а затем прибавляет его к полученному «C». Комплексный коэффициент рекомбинации регулируется адаптивно для максимизации MMSE , измеренного при рекомбинации. Как только MMSE улучшится до необходимого уровня, два терминала могут переключиться на модуляцию высокого порядка.

беспроводная связь поляризованная Дифференциальная кросс -

Это новый метод передачи с использованием поляризованной антенны, использующий дифференциальный метод.

Фотоника [ править ]

Мультиплексирование с поляризационным разделением обычно используется вместе с фазовой модуляцией или оптической QAM , обеспечивая скорость передачи 100 Гбит/с или более на одной длине волны. Наборы сигналов длины волны PDM затем могут передаваться по инфраструктуре мультиплексирования с разделением по длине волны , что потенциально существенно расширяет ее пропускную способность. Несколько сигналов поляризации могут быть объединены для формирования новых состояний поляризации, что известно как генерация состояний параллельной поляризации . ^[1]

Основной проблемой практического использования ШИМ в оптоволоконных системах передачи являются дрейфы состояния поляризации, которые происходят постоянно с течением времени из-за физических изменений в оптоволоконной среде. В системе больших расстояний эти дрейфы постепенно накапливаются без ограничений, что приводит к быстрому и беспорядочному вращению вектора Джонса поляризованного света по всей сфере Пуанкаре . Дисперсия мод поляризации , потери, зависящие от поляризации . и модуляция кросс-поляризации — это другие явления, которые могут вызвать проблемы в системах ШИМ.

По этой причине PDM обычно используется в сочетании с усовершенствованными методами канального кодирования , что позволяет использовать цифровую обработку сигнала для декодирования сигнала таким образом, чтобы он был устойчив к артефактам сигнала, связанным с поляризацией. Используемые модуляции включают PDM-QPSK и PDM-DQPSK . ^[2]

Компании, работающие над коммерческой технологией PDM, включают Alcatel-Lucent , Ciena , Cisco Systems , Huawei и Infinera .

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

^ Она, Алан; Капассо, Федерико (17 мая 2016 г.). «Генерация состояний параллельной поляризации» . Научные отчеты . 6 . Природа: 26019. arXiv : 1602.04463 . Бибкод : 2016НатСР...626019С . дои : 10.1038/srep26019 . ПМЦ 4869035 . ПМИД 27184813 .
^ Дорога к сетям 100G , Ciena, 2008 г.

[1] Она, Алан; Капассо, Федерико (17 мая 2016 г.). «Генерация состояний параллельной поляризации» . Научные отчеты . 6 . Природа: 26019. arXiv : 1602.04463 . Бибкод : 2016НатСР...626019С . дои : 10.1038/srep26019 . ПМЦ 4869035 . ПМИД 27184813 .

[2] Дорога к сетям 100G , Ciena, 2008 г.

[1]

[2]