Radioenlaces: ¿En qué consiste la técnica XPIC?

Radioenlaces: ¿En qué consiste la técnica XPIC?

polarizacion cruzada antena

Hay muchos ingenieros de Telecomunicación 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… Como véis, el nivel de coolness aumenta en proporción inversa al número de letras; 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

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Desde que era niño siempre quise ser Inventor. Pensé que convertirme en Ingeniero sería el camino más fácil para lograrlo... No lo es. Pero sin duda es uno de los más interesantes. Actualmente trabajo en Alemania como Ingeniero de Radiofrecuencia/Telecomunicaciones, y de vez en cuando escribo aquí sobre ingeniería. Me gustan los robots y los libros analógicos.

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7 Comments

  1. ala22
    abril 29, 05:34 Reply

    Muchas gracias por la explicación amigo.

  2. Salvador
    octubre 20, 00:11 Reply

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

    • Angel
      octubre 22, 22:09 Reply

      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.

  3. Luis J.
    mayo 05, 20:36 Reply

    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.

    • Angel
      mayo 06, 10:50 Reply

      Gracias, Luis J. No todos los ingenieros de teleco tienen por qué saberlo. Pero ahora tú también lo sabes! ;)

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