تعدد الإرسال بتقسيم الاستقطاب
تُعدّ تقنية تعدد الإرسال بتقسيم الاستقطاب ( PDM ) طريقةً فيزيائيةً لدمج الإشارات المحمولة على الموجات الكهرومغناطيسية ، مما يسمح بنقل قناتين من المعلومات على نفس تردد الموجة الحاملة باستخدام موجات ذات حالتي استقطاب متعامدتين . تُستخدم هذه التقنية في وصلات الميكروويف ، مثل وصلات استقبال البث التلفزيوني عبر الأقمار الصناعية، لمضاعفة عرض النطاق الترددي باستخدام هوائيي تغذية متعامدين الاستقطاب في أطباق استقبال الأقمار الصناعية . كما تُستخدم أيضًا في اتصالات الألياف الضوئية عن طريق إرسال حزمتين ضوئيتين منفصلتين، إحداهما مستقطبة دائريًا يسارًا والأخرى يمينًا، عبر نفس الألياف الضوئية .
راديو
لطالما استخدمت تقنيات الاستقطاب في الإرسال اللاسلكي لتقليل التداخل بين القنوات، وخاصة عند ترددات VHF وما بعدها.
في بعض الحالات، يمكن مضاعفة معدل نقل البيانات في وصلة الراديو عن طريق إرسال قناتين منفصلتين من الموجات الراديوية على نفس التردد، باستخدام استقطاب متعامد. على سبيل المثال، في وصلات الميكروويف الأرضية من نقطة إلى نقطة، يمكن أن يحتوي هوائي الإرسال على هوائيي تغذية؛ هوائي تغذية رأسي يُرسل موجات الميكروويف بمجال كهربائي رأسي ( استقطاب رأسي )، وهوائي تغذية أفقي يُرسل موجات الميكروويف على نفس التردد بمجال كهربائي أفقي ( استقطاب أفقي ). يمكن استقبال هاتين القناتين المنفصلتين بواسطة هوائيي التغذية الرأسي والأفقي في محطة الاستقبال. أما في اتصالات الأقمار الصناعية، فيُستخدم غالبًا الاستقطاب الدائري المتعامد (أي اليميني واليساري)، لأن اتجاه الاستقطاب الدائري لا يتغير بتغير الوضع النسبي للهوائي في الفضاء.
يتألف نظام الاستقطاب المزدوج عادةً من جهازَي إرسال مستقلين، يمكن توصيل كل منهما بهوائي أحادي الاستقطاب عبر موجه موجي أو خطوط TEM (مثل الكابلات المحورية أو الخطوط الشريطية أو شبه TEM مثل الخطوط الشريطية الدقيقة ) لتشغيله القياسي. وعلى الرغم من إمكانية استخدام هوائيين منفصلين أحاديي الاستقطاب في تقنية تعديل عرض النبضة (PDM) (أو مغذيين متجاورين في هوائي عاكس )، إلا أنه غالبًا ما يُمكن بسهولة بث حالتي استقطاب مستقلتين باستخدام هوائي واحد ثنائي الاستقطاب.
عندما يحتوي جهاز الإرسال على واجهة دليل موجي، عادةً ما تكون مستطيلة الشكل لضمان العمل في نطاق النمط الأحادي عند تردد التشغيل، يُختار هوائي ثنائي الاستقطاب ذو منفذ دليل موجي دائري (أو مربع) كعنصر إشعاع لأنظمة الاتصالات الحديثة. يُعد منفذ الدليل الموجي الدائري أو المربع ضروريًا لدعم نمطين متماثلين على الأقل. ولذلك، يجب إضافة مكون مخصص في مثل هذه الحالات لدمج إشارتين أحاديتي الاستقطاب منفصلتين في واجهة مادية ثنائية الاستقطاب، وهو محول النمط المتعامد (OMT) .
في حالة وجود وصلات إخراج TEM أو شبه TEM في جهاز الإرسال، فإن الهوائي ثنائي الاستقطاب غالبًا ما يقدم وصلات منفصلة (أي هوائي رقعة مربعة مطبوعة بنقطتي تغذية)، ويتضمن وظيفة OMT عن طريق نقل إشارتي الإثارة بشكل جوهري إلى حالات الاستقطاب المتعامدة.
وبالتالي، تحمل الإشارة ثنائية الاستقطاب تدفقين مستقلين من البيانات إلى هوائي الاستقبال، والذي يمكن أن يكون أحادي الاستقطاب، لاستقبال واحد فقط من التدفقين في كل مرة، أو نموذج ثنائي الاستقطاب، يقوم بدوره بإعادة توجيه الإشارة المستلمة إلى موصلين إخراج أحاديي الاستقطاب (عبر OMT إذا كان في دليل موجي).
يرتكز نظام الاستقطاب المزدوج المثالي على التعامد التام لحالتي الاستقطاب، وأي من الواجهات أحادية الاستقطاب في جهاز الاستقبال من الناحية النظرية ستحتوي فقط على الإشارة المراد إرسالها بالاستقطاب المطلوب، وبالتالي لن يحدث أي تداخل وسيسمح بدمج وفك دمج تدفقات البيانات بشكل شفاف دون أي تدهور بسبب التعايش مع بعضها البعض.
تشمل الشركات العاملة في مجال تكنولوجيا إدارة بيانات المنتج التجارية كلاً من Siae Microelettronica و Huawei و Alcatel-Lucent .
تحتوي بعض أنواع أجهزة الراديو الميكروويف الخارجية على محولات طاقة نمطية مدمجة، وتعمل في كلا القطبين من وحدة راديو واحدة، مما يؤدي إلى إلغاء تداخل الاستقطاب المتقاطع ( XPIC ) داخل وحدة الراديو نفسها. وبدلاً من ذلك، قد يكون محول الطاقة النمطي مدمجًا في الهوائي، مما يسمح بتوصيل أجهزة راديو منفصلة، أو منافذ منفصلة من نفس جهاز الراديو، بالهوائي.
إلغاء التداخل بين الاستقطابين (XPIC)
إلا أن الأنظمة العملية تعاني من سلوكيات غير مثالية تخلط بين الإشارات وحالات الاستقطاب:
- يتميز جهاز OMT في جانب الإرسال بقدرة محدودة على التمييز بين الاستقطابين المتقاطعين (XPD)، وبالتالي فإنه يُسرب جزءًا من الإشارات التي يُفترض إرسالها باستقطاب معين إلى الاستقطاب الآخر.
- يمتلك هوائي الإرسال نطاق استقطاب مضاعف محدود، وبالتالي يتسرب جزء من استقطابات الإدخال الخاصة به إلى حالة الاستقطاب المشعة الأخرى.
- يؤدي انتشار الموجات في وجود المطر أو الثلج أو البرد إلى إزالة الاستقطاب، حيث يتسرب جزء من الاستقطابين المتصادمين إلى الآخر.
- يؤثر الانحراف المحدود للهوائي المستقبل بشكل مشابه للجانب المرسل، ويساهم المحاذاة النسبية للهوائيين في فقدان الانحراف للنظام.
- كما أن قيمة XPD المحدودة لجهاز OMT المُستقبِل تعمل على مزج الإشارات من المنفذ ثنائي الاستقطاب إلى المنافذ أحادية الاستقطاب.
نتيجةً لذلك، تحتوي الإشارة عند إحدى محطات الاستقبال أحادية الاستقطاب على كمية كبيرة من الإشارة المطلوبة (المُراد إرسالها عبر استقطاب واحد) وكمية ضئيلة من الإشارة غير المرغوب فيها (المُراد نقلها عبر الاستقطاب الآخر)، مما يُمثل تداخلاً مع الإشارة المطلوبة. لذا، يجب تنقية كل إشارة مُستقبلة من مستوى التداخل للوصول إلى نسبة الإشارة إلى الضوضاء والتداخل (SNIR) المطلوبة لمراحل الاستقبال، والتي قد تتجاوز 30 ديسيبل في أنظمة M- QAM عالية المستوى . تُنفذ هذه العملية بواسطة تقنية إلغاء التداخل بين الاستقطابين (XPIC)، والتي تُطبق عادةً كمرحلة رقمية في النطاق الأساسي.
بالمقارنة مع تقنية التضمين المكاني ، تتميز الإشارات المستقبلة في نظام PMD بنسبة إشارة حاملة إلى تداخل أفضل بكثير، حيث يكون مقدار التسرب عادةً أقل بكثير من الإشارة المفيدة، بينما تعمل تقنية التضمين المكاني بمقدار تداخل يساوي مقدار الإشارة المفيدة. هذه الملاحظة، التي تنطبق على تصميم PMD جيد، تسمح بتصميم XPIC التكيفي بطريقة أبسط من مخطط إلغاء MIMO العام، لأن نقطة البداية (بدون إلغاء) عادةً ما تكون كافية لإنشاء وصلة منخفضة السعة باستخدام تعديل مُخفَّض.
عادةً ما تعمل خوارزمية XPIC على إحدى الإشارات المستقبلة "C" التي تحتوي على الإشارة المطلوبة كحدٍّ رئيسي، وتستخدم أيضًا الإشارة المستقبلة الأخرى "X" (التي تحتوي على الإشارة المتداخلة كحدٍّ رئيسي). تضرب خوارزمية XPIC الإشارة "X" بمعامل مركب، ثم تضيف الناتج إلى الإشارة المستقبلة "C". يتم تعديل معامل إعادة التركيب المركب بشكل تكيفي لزيادة قيمة MMSE المقاسة عند إعادة التركيب. بمجرد تحسين قيمة MMSE إلى المستوى المطلوب، يمكن للمحطتين الانتقال إلى تعديلات عالية الرتبة.
الاتصالات اللاسلكية التفاضلية المستقطبة المتقاطعة
هي طريقة جديدة لنقل البيانات عبر الهوائي المستقطب باستخدام تقنية تفاضلية.
الفوتونيات
يُستخدم التضمين بتقسيم الاستقطاب عادةً مع تعديل الطور أو تعديل السعة التربيعية الضوئية ، مما يسمح بسرعات نقل تبلغ 100 جيجابت/ثانية أو أكثر عبر طول موجي واحد. ويمكن بعد ذلك نقل مجموعات من إشارات التضمين بتقسيم الاستقطاب عبر بنية التضمين بتقسيم الطول الموجي ، مما قد يوسع سعتها بشكل كبير. ويمكن دمج إشارات استقطاب متعددة لتكوين حالات استقطاب جديدة، وهو ما يُعرف بتوليد حالات الاستقطاب المتوازية . [ 1 ]
تكمن المشكلة الرئيسية في الاستخدام العملي لتقنية تعديل نمط الاستقطاب (PDM) عبر أنظمة نقل الألياف الضوئية في الانحرافات المستمرة في حالة الاستقطاب، والتي تحدث بمرور الوقت نتيجة للتغيرات الفيزيائية في بيئة الألياف. في الأنظمة طويلة المدى، تتراكم هذه الانحرافات تدريجيًا بلا حدود، مما يؤدي إلى دوران سريع وغير منتظم لمتجه جونز للضوء المستقطب على كامل كرة بوانكاريه . كما يُعد تشتت نمط الاستقطاب ، والفقد المعتمد على الاستقطاب ، وتعديل الاستقطاب المتقاطع من الظواهر الأخرى التي قد تُسبب مشاكل في أنظمة PDM.
لهذا السبب، يُستخدم تعديل الطور (PDM) عادةً بالتزامن مع تقنيات ترميز القنوات المتقدمة ، مما يسمح باستخدام معالجة الإشارات الرقمية لفك تشفير الإشارة بطريقة مقاومة لتشوهات الإشارة المرتبطة بالاستقطاب. تشمل التعديلات المستخدمة PDM-QPSK و PDM-DQPSK . [ 2 ]
تشمل الشركات العاملة في مجال تكنولوجيا إدارة بيانات المنتج التجارية كلاً من ألكاتيل-لوسنت ، وسيينا ، وسيسكو سيستمز ، وهواوي ، وإنفينرا .
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ شي، آلان؛ كاباسو، فيديريكو (17 مايو 2016). "توليد حالة الاستقطاب المتوازي" . التقارير العلمية . 6 26019. نيتشر. arXiv : 1602.04463 . Bibcode : 2016NatSR...626019S . doi : 10.1038/srep26019 . PMC 4869035. PMID 27184813 .
- ↑ الطريق إلى شبكات 100 جيجابت ، سيينا، 2008
- الفوتونيات
- الاتصالات اللاسلكية
- تعدد الإرسال