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Diseñar enlaces XPIC: todo lo que deberías saber

tutorial pathloss paso a paso topografico RF design

En este artículo queremos describir, en líneas generales, qué consideraciones se deben tener en cuenta para diseñar enlaces XPIC (microondas terrestres). Si aún no sabes en qué consiste la técnica XPIC, te recomiendo que leas la primera parte de este artículo aquí.

Resumiendo mucho…

Existe la posibilidad de duplicar la capacidad de un canal RF utilizando dos polarizaciones lineales ortogonales al mismo tiempo. Lo que ocurre es que en la práctica ninguna polarización es perfectamente lineal, y ello provoca una interferencia mutua entre las componentes vertical y horizontal llamada interferencia de polarización cruzada.

XPIC no es otra cosa sino un sistema que permite construir enlaces cancelando dicha interferencia de polarización, y de ahí le viene el nombre: Cross Polarization Interference Cancellation.

Ahora ya estás en condiciones de plantearte esta pregunta:

¿Cómo afecta XPIC al diseño de un enlace de microondas terrestres?

En ingeniería de radioenlaces (Link Engineering) se utiliza un software especial para diseñar enlaces RF. En microondas terrestres punto a punto, las aplicaciones más populares son iQ Link y Pathloss.

Da igual cuál utilices:

Siempre habrá que tener en cuenta ciertos criterios a la hora de diseñar enlaces cross-polar con XPIC.

tutorial iqlink pathloss analisis de transmision de radioenlace link standalone

La configuración 2+0

Hace falta una unidad de radio exterior (ODU, OutDoor Unit) por cada polarización, ya que cada polarización es capaz de transmitir un enlace independiente. En otras palabras, es como si XPIC nos proporcionara dos enlaces al precio de uno

¡Mentira!

Es cierto que nos permite establecer dos enlaces utilizando la misma antena, pero NO al mismo precio: la unidad de radio es el componente más caro del link, y además la antena es mucho más barata en comparación.

Pero en cualquier caso, es necesario montar las ODU en modo 2+0.

(El día 10 de junio os explicaremos en qué consisten los modos, ¿te avisamos?)

En la figura de abajo podéis ver un ejemplo:

antena y odus en configuracion 2+0
Unidades exteriores (ODUs) en configuración 2+0. Cross-polarization utiliza una ODU independiente para cada polarización.

¿Qué radio elegir?

El módulo XPIC viene integrado en el receptor, por tanto no queda opción: el equipo de radio debe ser compatible con XPIC.

Algunos equipos RF que lo soportan:

  • La serie FlexiPacket, de Nokia Siemens Networks
  • La serie Horizon Quantum, de Dragon Wave
  • La serie RTN 900 de Huawei
  • La nueva serie MINI-LINK de Ericsson
  • La serie ALS de SIAE.

Antenas duales con XPD > 35 dB

Las antenas deben estar diseñadas para transmitir con polarización cruzada. Además, deben tener una discriminación de polarización cruzada (Cross-polar discrimination, XPD) muy elevada.

Las antenas dual polarized modernas proveen un XPD superior a 35 dB, que es un valor de discriminación bastante bueno para la mayoría de los casos.

El Transductor Ortomodal introduce atenuación

También llamado duplexor de polarización, (OMT). Este elemento es necesario cuando se utiliza polarización doble y sirve tanto para combinar, como para separar dos caminos de de señales de microondas polarizadas ortogonalmente.

Hay que tener en cuenta que el OMT va a introducir pérdidas de ganancia de unos 6dB.

En las herramientas de diseño como iQ-Link y Pathloss, este valor ya está considerado en los cálculos al seleccionar la configuración 2+0 descrita más arriba.

transductor ortomodal
El transductor ortomodal permite acoplar las guías de ondas (waveguides) para alimentar una antena dual con dos polarizaciones ortogonales.

Selecciona un canal libre para AMBAS polarizaciones

Una de las principales ventajas que provee la polarización doble es que permite reutilizar un mismo canal de frecuencia para ambas polarizaciones. De esta forma, disponemos de dos canales simultáneos a través del mismo canal físico.

Lo más importante a la hora de seleccionar dicho canal es asegurarse de que no existen interferencias ni en el canal vertical, ni en el canal horizontal.

Lluvia: diseñamos teniendo en cuenta la Horizontal

La atenuación por lluvia o Rain Fade (RF) consiste en la absorción de parte de la señal debido a hidrometeoros como lluvia, nieve, granizo o niebla. Dicha atenuación es más acusada para la polarización Horizontal que para la Vertical, con lo cual es importante diseñar el enlace teniendo en cuenta que nuestro peor valor de lluvia lo obtendremos para dicha polarización.

Es decir, tenemos que configurar una potencia de transmisión tal, que el Rain Fade resultante para la polarización horizontal provea la disponibilidad requerida por el cliente.

(Amplía esta información leyendo: ¿En qué consiste el Rain Fade y cómo afecta al diseño de radioenlaces?)

130425_dual_pol_illustration
Las precipitaciones meteorológicas afectan más a la polarización Horizontal debido a la forma achatada que adquieren las gotas de lluvia o los copos de nieve.

CCDP mejor que ACDP

Tanto en teoría como en la práctica, Co-Channel Dual Polarization (CCDP) funciona mucho mejor que Adjacent Channel Dual Polarized (ACDP) cuando trabajamos con XPIC. Esto se debe a que CCDP introduce una degradación por interferencia cross-polar menor que el viejo ACDP.

Salvo excepciones: te conviene elegir CCDP como esquema de polarización cruzada caundo quieras utilizar XPIC.

Adaptive Modulation y ATPC

ATPC (Automatic Transmit Power Control) es una característica opcional que consiste en variar la potencia transmitida según las características del medio. Suele activarse sólo en la modulación más alta disponible.

Por su parte, AM (Adaptive Modulation)  funciona variando la modulación según las características del medio.

En otras palabras: si las cosas se ponen feas (Ejemplo: llueve a cántaros), ATPC aumenta la potencia, y si eso no es suficiente,  AM disminuye la modulación a modulaciones más sostenibles.

adaptive modulation
Definición gráfica del funcionamiento de Adaptive Modulation (AM) en presencia de diferentes ambientes meteorológicos. Una menor modulación permite transmitir símbolos binarios con un BER adecuado a costa de disminuir el throughput.

XIF, o el Factor de Mejora de XPIC

Más conocido como XPIC Improvement Factor, se define como el ratio entre el coeficiente C/I  (carrier-to-interference) medido sin XPIC y el coeficiente C/I medido con XPIC para el mismo umbral de tasa de error de bits (BER = 0,001) .

Este índice suele ser calculado automáticamente por las herramientas de diseño como las que hemos mencionado anteriormente, así que normalmente nos bastará con saber que existe.

Todo esto es más fácil de lo que parece…

Aunque hay que tener ciertas cosas en cuenta a la hora de diseñar un enlace XPIC, la mayoría de ellas ya están implícitas en los cálculos de la herramienta. Podemos resumir todo lo que hemos descrito sólo cuatro puntos:

  • Antenas y radios compatibles con XPIC en configuración 2+0
  • El cálculo de la potencia de transmisión está limitado por la lluvia en el canal Horizontal
  • El canal debe estar limpio de interferencias en ambas polarizaciones

Angel H.

Tecnófilo irreparable y lector insaciable. Emigrante e inmigrante. Además de eso, Ingeniero de Telecomunicaciones y Product Manager. +10 años de experiencia en proyectos de Software, Cloud e Ingeniería de Redes. Me apasiona el DIY, la tecnología Blockchain y las Finanzas.

14 comentarios

    • La E-Band (Banda E) no es una tecnología, sino un rango de frecuencias que va de 60 a 90GHz. Se utiliza tanto en la red de acceso como en backhaul de la red móvil para montar enlaces de hasta 10Gbps. XPIC por su parte es un sistema que permite utilizar la polarización vertical y horizontal de manera simultánea y eficiente. XPIC no depende del rango de frecuencias: técnicamente funcionaría en todas las Bandas de frecuencia disponibles comercialmente. Y por supuesto en la Banda E también se pueden desplegar enlaces de doble polarización con XPIC.

  • Si alguna de las polaridades esta mal alineada, aun con el duplexor de polaridad se van a estar haciendo interferencia?, de tal modo que alguna de esta no funicones de manera adecuada?

    • Si alguna polarización no es perfectamente ortogonal, el filtro XPIC tratará de corregirlo en la media de sus posibilidades. Si la interferencia de polarización cruzada supera cierto umbral, la recuperación de las componentes ortogonales ya no será posible.

  • Estimado Ing,

    Una consulta actualmente en mi trabajo se instalara una antena con doble polarización y conectando la misma dos IDUs, configurandolas a la misma frequencia, variando unicamente la polaridad. Yo pienso que ésto causara inconvenientes puesto que se intentara simular un XPIC sin tener en cuenta la interferencia propia que es manejada por el equipamiento XPIC.

    • Si ambas polarizaciones utilizan el mismo canal (es decir, asignación co-canal) sin XPIC, sí que podría producirse una degradación importante de la señal. La configuración que mencionas es bastante común y segura, pero habría que elegir un canal diferente para cada polarización de forma que se minimice la interferencia de polarización cruzada. Saludos!
      Ángel

  • Hola por favor su ayuda en un enlace xpic es posible conmutar todo hacia la horizontal o viceversa. Y que pasa con la transmisión es decir la horizontal soporta todo el enlace en caso de caída de la vertical????

    • Las configuraciones actuales 2+0 XPIC son capaces de hacer eso que dices, pero sólo con el tráfico Ethernet: si el canal vertical falla, todo el tráfico que conmutaría automáticamente hacia el canal horizontal (y viceversa), aunque tendrías sólo la mitad de la capacidad.

      El tráfico de voz TDM (E1, T1, etc) es otra historia: las rutas se parametrizan normalmente para usar o bien el canal vertical o el horizontal. Si se cae el canal vertical y un E1 está enrutado a través de éste, el tráfico de voz no conmutará y se perderá. Para esto existen muchas soluciones (duplicar el tráfico TDM por la otra polarización, rutas secundarias, configuraciones 2+2…). Desconozco si existe en el mercado algún equipo que haga el rebalanceo TDM sobre XPIC de forma automática. De todas formas en la actualidad todo el tráfico de voz se está migrando a Ethernet (como «2G over IP»), así que ése es un problema del pasado 😉

  • tengo una duda, en un enlace 2+0 XPIC si yo apago una polarizacion en un lado del enlace, del otro lado deberia recibir -90 o si hay nivel de recepcion ya que la otra polarizacion si esat transmitiendo?

  • buen día, como se si un enlace quedo bien discriminado en el XPIC, o como puedo hacer las pruebas de discriminación del XPIC

  • Hola David, si una de las ODUs dejara de transmitir al otro lado del enlace no habría nivel de recepción para esa polarización. La otra ODU seguiría funcionando sin problemas, y gracias a la protección 2+0, los datos seguirían siendo transmitidos a través del otro canal (eso sí, la capacidad total del enlace se reduciría a la mitad).

  • Hola Jose, no sé si existe alguna forma más directa para calcular la discriminación de XPIC, pero lo que yo haría sería analizar la información de monitorización y echarle un ojo a los niveles de recepción, BER, etc. Si hay buena LOS y el equipo está en buenas condiciones, los niveles reales deberían ser muy próximos a los de diseño. Si aún así los niveles recibidos fueran bajos, se puede hacer un test de 1+0 de cada ODU individualmente y compararlos con los de 2+0 para descartar un problema de discriminación (CCDP XPIC introduce un nivel de atenuación que también debe considerarse en el experimento, el valor teórico te lo suele calcular iQ-Link y suele ser una cantidad de dB fija).

  • Hola Ángel,

    Me gustaría tener más claro los modos de protección (1+0, 2+0, 1+1…). He buscado entre sus artículos y no he tenido éxito. ¿Podría facilitarme un link de su página o de un autor externo?.

    Tratando otro tema, ¿Es posible configurar sin protección 1+0 y usar XPIC?.

    Acabo de conocer su página y la disfrutaré un rato, buen trabajo.

Angel H.

Tecnófilo irreparable y lector insaciable. Emigrante e inmigrante. Además de eso, Ingeniero de Telecomunicaciones y Product Manager. +10 años de experiencia en proyectos de Software, Cloud e Ingeniería de Redes. Me apasiona el DIY, la tecnología Blockchain y las Finanzas.

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