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Enlaces de microondas: ¿En qué consiste la técnica XPIC?

polarizacion cruzada antena

Hay muchos ingenieros de radioenlaces que aún no saben en qué consiste la técnica XPIC (Cross Polarization Interference Cancellation). ¡Pero no pasa nada! Para eso estamos nosotros aquí.

En términos profanos se define así:

XPIC es el arte de duplicar la capacidad de un canal de comunicación radio utilizando dos polarizaciones ortogonales.

¿Ya? Si no te ha quedado claro o he ofendido tu amor al rigor científico, te ruego que sigas leyendo un poco más…

Un problema eterno de capacidad

Hace ya unas décadas que estamos en la era de las Telecomunicaciones. ¿Y eso qué significa? Que las redes de comunicación, de una forma u otra, siempre se acaban quedando pequeñas: 2G, 3G, 4G, 5G…

¡Por las barbas de Maxwell! ¿Cuántas generaciones va a ver nuestra generación…?

Las microondas han tenido un papel protagonista en los principales puntos del backhaul móvil, y es por eso que se han llevado a cabo grandes esfuerzos en aumentar la capacidad de los enlaces, en optimizar la utilización del espectro radioeléctrico, y también en abaratar costes. ¿Y qué han pensado los ingenieros para resolver todas estas cuestiones de un plumazo? Esquemas tan interesantes como Co-Channel Dual Polarization (CCDP).

Vamos a hablar de él en menos de un minuto…

Polarización Dual: dos al precio de uno

Todo esto trata de aprovechar una característica de las ondas electromagnéticas: la Polarización. ¿Y qué es eso? Así se define en los libros de texto:

La polarización es la figura que traza en función del tiempo, para una dirección determinada, el extremo del vector de campo radiado y su sentido de giro, visto por un observador situado sobre la antena.

Los tres tipos básicos de polarización: Lineal, Circular y Elíptica.
Los tres tipos básicos de polarización: Lineal, Circular y Elíptica.

Como la polarización depende de la dirección, se suele asignar a la antena la polarización de la dirección de máxima radiación. Sin embargo, las polarizaciones reales nunca son perfectamente circulares o perfectamente lineales, sino que son siempre elípticas.

Esto implica que cualquier antena radia con una polarización deseada, a la que se acompaña una polarización ortogonal indeseada. Hablaremos entonces de una componente copolar (para la polarización del campo deseada) y de una componente contrapolar (para la polarización del campo ortogonal a la anterior).

En los enlaces de microondas terrestres se suele utilizar la polarización lineal, tanto Vertical como Horizontal.

Y puede que te estés preguntando:

¿Sería posible duplicar la capacidad utilizando dos polarizaciones con la misma antena?

¡Claro que se puede!

A esta condición se la llama Polarización Dual o Cruzada, aunque otros también la llaman: cross-polarization, cross-polar, x-polar, x-pol…; pero en cualquier caso estamos hablando de lo mismo: de utilizar dos polarizaciones ortogonales al mismo tiempo para duplicar la capacidad del canal.

polarizacion vertical antena
Antena radiando con polarización vertical.

 

polarizacion cruzada antena
Antena radiando con doble polarización: Vertical y Horizontal.

Se han diseñado algunas técnicas que aprovechan esta posibilidad, como Adjacent Channel Dual Polarized (ACDP), o más recientemente Co-Channel Dual Polarization (CCDP), que permiten la transmisión/recepción de dos señales paralelas e independientes mediante una sola antena con polarizaciones ortogonales.

Por cierto, los resultados teóricos y experimentales han demostrado que XPIC funciona mejor con CCDP que con ACDP. En la segunda parte de este artículo te explicamos por qué.

 ¿Me cuentas ya qué demonios es XPIC?

Ok, ok. ¡Ya voy!

A pesar de la ortogonalidad de las dos señales, es inevitable que ocurra alguna interferencia entre ellas, debido a esta componente contrapolar que a su vez está provocada por varios problemas de la vida real:

  • aislamiento imperfecto de la antena,
  • efecto multipath,
  • precipitaciones meteorológicas
  • no-linealidades de la electrónica de los equipos.

A esta interferencia se la conoce como interferencia de polarización cruzada, y para cancelarla es necesario incluir en el receptor un sistema que filtre la componente contrapolar. A este sistema se le ha llamado Cross-Polarization Interference Cancellation (XPIC).

Enlace cross-polar: cada polarización necesita una unidad de radio exterior (ODU o FOS) que es duplexada con un transconductor ortogonal (OMT) hacia una antena de polarización cruzada. En el receptor, las señales llegan con sus componentes ortogonales mezcladas. El filtro XPIC las filtra y recupera en un estado casi perfecto.
Enlace cross-polar: cada canal de polarización necesita una unidad de radio exterior (ODU) que es duplexada mediante un transconductor ortogonal (OMT) hacia una antena dual. En el receptor, las señales llegan con sus componentes ortogonales mezcladas. El filtro XPIC las filtra, cancela la interferencia y las recupera en un estado casi perfecto.

Este sistema dispone de dos demoduladores de polarización que reciben la señal perturbada con su respectiva componente contrapolar. Un filtro de correlación calcula dicha componente y la «resta» de la señal deseada. Así, el sistema XPIC extrae las señales originales casi perfectamente, para que puedan ser decodificadas y procesadas.

En resumen…

XPIC es un procesador de señal -ubicado en el componente receptor- que permite cancelar la interferencia entre dos señales recibidas respectivamente con polarización Vertical y Horizontal.

Ahora estás preparado para pasar de nivel y leer la segunda parte de este artículo: Todo lo que deberías saber para diseñar Radioenlaces con XPIC.

De momento, nos leemos en los comentarios.

Ángel

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.

12 comentarios

  • Felicidades por el artículo, muy bien explicado, pero creo que no todos los ingenieros tengamos por qué saber lo que es XPIC… es algo muy específico de un área pequeña de las TIC. Un saludo, Luis.

  • Hola Angel, excelente articulo.
    Consulta exactamente donde se encuentra ese modulo XPIC, en la ODU, OMT o Antena ? o

    • Gracias, Salvador 🙂 En los fabricantes que conozco, el filtro XPIC forma parte de la tarjeta Módem, que va instalada en la unidad interior (IDU). Sin embargo, en algunos sistemas más modernos el módem también forma parte de la unidad exterior (ODU), con lo cual el filtro XPIC estaría ya en la misma ODU.

  • Muchas gracias por la informacion es este articulo , ahora tambien lo se en el año 2021 jajajaaja

  • Buenas noches, los demoduladores de xpic donde se encuentran en la IDU o en la ODU.
    Saludos cordiales Eduardo

    • TL;DR: El filtro XPIC se realiza en los respectivos modems de cada polarización, que normalmente los encuentras en la IDU; también hay modelos full-outdoor que incluyen el módem (por tanto XPIC) integrada en la ODU.

      En la ODU se aplica filtros de polarización ortomodales, pero es en el módem donde se realiza la operación XPIC. Las tarjetas módem suelen ir tradicionalmente incrustadas en la IDU, y luego las dos tarjetas módem se sincronizan, bien a través de un cable externo (como por ejemplo en los Huawei RTN9xx) o bien a través de un canal compartido del backplane (como en los MiniLink TN de Ericsson). También existen unidades exteriores compactas («full outdoor») que tienen las funciones IDU integradas en la ODU, como el RTN310 de Huawei.

      En este enlace tienes una explicación muy práctica aplicada a los módem ISV3 de Huawei usados en los RTN950: https://forum.huawei.com/enterprise/en/concept-xpic-technology-configuration-in-mw-transmission/thread/670051-875

  • Hola Ángel, consulta. ¿Cómo los sistemas de radio TDD pueden ofrecer MIMO 2×2 XPIC? Me surgió esta duda ya que mencionas que se necesitan dos radios, sin embargo vendor como Radwin, Infinet, etc utilizan H+V para duplicar la capacidad del canal.

    Un abrazo.

    • Hola jfloresb, no soy experto en TDD, pero quizás te pueda dar una respuesta desde la teoría de radiocomunicación:

      Cuando hablamos de «radio» nos referimos a un dispositivo que realiza un conjunto de funciones necesarias para la transmisión y la recepción de una señal. Dependiendo de la aplicación (enlace microondas terrestre, satélite, TDD, etc) estas funciones pueden ser diferentes, pero todas tienen en común los componentes básicos: en el transmisor un conversor A/D, un codificador, un modulador y un amplificador; en el receptor los operadores inversos.

      En enlace terrestre se utiliza una radio externa e independiente por cada canal de modulación (las nuevas tecnologías tienden a integrarla en la misma antena). Mi intuición me dice que el hecho de que esos vendors no necesiten equipos adicionales no significa que no tengan esos componentes radio fundamentales: deben de estar integrados ya como subsistemas previos a la E/S del MIMO 2×2.

      Si quieres que indaguemos más, pásame algún modelo y analizamos la documentación para identificar cómo Radwin o Infinet integran esos radiocomponentes (yo también tengo curiosidad).

      Gracias por la buena pregunta.

      Más información teórica sobre sistemas de radiocomunicación: https://personal.us.es/murillo/radiocomunicacion/

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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