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偏波分割多重方式( PDM ) は、電磁波で搬送される信号を多重化する物理層方式であり、2 つの直交偏波状態の波を使用して、同じ搬送周波数で 2 つの情報チャネルを送信できます。これは、衛星テレビのダウンリンクなどのマイクロ波リンクで使用され、衛星放送受信アンテナで2 つの直交偏波フィードアンテナを使用して帯域幅を 2 倍にします。また、光ファイバー通信でも使用され、同じ光ファイバーを介して左円偏光と右円偏光の光線を別々に送信します。
無線
偏波技術は、特にVHF周波数以上でのチャネル間の干渉を低減するために、無線伝送で長い間使用されてきました。
状況によっては、直交偏波を使用して同じ周波数で 2 つの別々の電波チャネルを送信することにより、無線リンクのデータ速度を 2 倍にすることができます。たとえば、ポイントツーポイントの地上マイクロ波リンクでは、送信アンテナに 2 つの給電アンテナがあります。垂直給電アンテナは電界が垂直のマイクロ波を送信し (垂直偏波)、水平給電アンテナは電界が水平の同じ周波数でマイクロ波を送信します (水平偏波)。これらの 2 つの別々のチャネルは、受信局で垂直給電アンテナと水平給電アンテナで受信できます。衛星通信では、円偏波の方向が空間内のアンテナの相対的な向きによって変わらないため、代わりに直交円偏波(つまり、右回りと左回り) がよく使用されます。
デュアル偏波システムは通常、2 つの独立した送信機で構成され、各送信機は導波管またはTEM ライン(同軸ケーブル、ストリップライン、またはマイクロストリップなどの準 TEMなど) によって単一偏波アンテナに接続され、標準の動作を実現します。PDM には 2 つの独立した単一偏波アンテナ (または反射アンテナの 2 つの隣接するフィード) を使用できますが、2 つの独立した偏波状態を放射することは、多くの場合、単一のデュアル偏波アンテナによって簡単に実現できます。
送信機に導波管インターフェース（通常は動作周波数でシングルモード領域になるために長方形）がある場合、円形（または正方形）導波管ポートを備えた二重偏波アンテナが、現代の通信システム用に選択される放射素子です。円形または正方形の導波管ポートは、少なくとも 2 つの縮退モードをサポートするために必要です。したがって、このような状況では、2 つの別々の単一偏波信号を 1 つの二重偏波物理インターフェース、つまりオルトモード トランスデューサー（OMT）に結合するアドホック コンポーネントを導入する必要があります。
送信機に TEM または準 TEM 出力接続がある場合、代わりに、デュアル偏波アンテナは別々の接続 (つまり、2 つの給電点を持つ印刷された正方形パッチ アンテナ) を示すことが多く、2 つの励起信号を本質的に直交偏波状態に転送することによって OMT の機能を組み込みます。
したがって、二重偏波信号は、2 つの独立したデータ ストリームを受信アンテナに伝送します。受信アンテナ自体は単一偏波アンテナであり、一度に 2 つのストリームのうち 1 つのみを受信するか、または二重偏波モデルであり、受信した信号を 2 つの単一偏波出力コネクタ (導波管内にある場合は OMT 経由) に中継します。
理想的な二重偏波システムは、2 つの偏波状態の完全な直交性に基づいており、受信機の単一偏波インターフェイスには、理論上、目的の偏波で送信される信号のみが含まれるため、干渉は発生せず、2 つのデータ ストリームを、他のデータ ストリームとの共存による劣化なしに透過的に多重化および多重分離できます。
商用 PDM 技術に取り組んでいる企業には、Siae Microelettronica、Huawei、Alcatel-Lucentなどがあります。
一部のタイプの屋外マイクロ波無線には、統合された直交モード トランスデューサがあり、単一の無線ユニットから両方の極性で動作し、無線ユニット自体内で交差偏波干渉キャンセル ( XPIC ) を実行します。または、直交モード トランスデューサをアンテナに組み込むと、別の無線、または同じ無線の別のポートをアンテナに接続できます。
交差偏波干渉キャンセル (XPIC)
しかし、実際のシステムでは、信号と偏光状態が混在する非理想的な動作が発生します。
- 送信側のOMTは有限の交差偏波識別（XPD）を持ち、そのため、一方の偏波で送信されるはずの信号の一部がもう一方の偏波に漏れてしまう。
- 送信アンテナは有限のXPDを持ち、そのため入力偏波の一部が他の放射偏波状態に漏れる。
- 雨、雪、雹などの降る環境下での伝播は、2つの衝突する偏波の一部が他の偏波に漏れるため、偏波解消を引き起こす。
- 受信アンテナの有限XPDは送信側と同様に動作し、2つのアンテナの相対的な配置はシステムXPDの損失に寄与する。
- 受信OMTの有限XPDも同様に、二重偏波ポートからの信号を単一偏波ポートにさらに混合する。
その結果、受信された単一偏波端末の 1 つにおける信号には、実際には、所望の信号 (1 つの偏波で伝送されるはず) が大部分を占め、不要な信号 (他の偏波で伝送されるはず) が少量含まれており、これが前者に対する干渉を表しています。その結果、受信ステージで必要な信号対雑音干渉比 (SNIR) に達するためには、各受信信号から干渉レベルを除去する必要があります。この SNIR は、高レベル M- QAM方式では 30 dB を超える場合があります。このような操作は、通常、ベースバンド デジタル ステージとして実装されるクロス偏波干渉除去 (XPIC) によって実行されます。
空間多重化と比較すると、PMD システムの受信信号は、漏れの量が有用な信号よりはるかに小さいことが多いため、搬送波対干渉比がはるかに有利です。一方、空間多重化は、有用な信号の量と等しい干渉の量で動作します。優れた PMD 設計に有効なこの観察により、開始点 (キャンセルなし) は通常、変調を低減して低容量リンクを確立するのに十分であるため、一般的な MIMO キャンセル スキームよりも簡単な方法で適応型 XPIC を設計できます。
XPIC は通常、望ましい信号を主項として含む受信信号「C」の 1 つに作用し、干渉信号を主項として含む他の受信信号「X」も使用します。XPIC アルゴリズムは、「X」に複素係数を乗算し、それを受信「C」に追加します。複素再結合係数は、再結合時に測定されるMMSE を最大化するように適応的に調整されます。MMSE が必要なレベルまで改善されると、2 つの端末は高次変調に切り替えることができます。
差動交差偏波無線通信
差動技術を利用した偏波アンテナ伝送の新しい方法です。
フォトニクス
偏波分割多重は通常、位相変調または光QAMと組み合わせて使用され、単一波長で100 Gbit/s以上の伝送速度を実現します。PDM波長信号のセットは波長分割多重インフラストラクチャを介して伝送できるため、その容量を大幅に拡大できる可能性があります。複数の偏波信号を組み合わせて新しい偏波状態を形成することができ、これは並列偏波状態生成として知られています。[1]
光ファイバー伝送システムでの PDM の実用化における主な問題は、ファイバー環境の物理的変化により、時間の経過とともに継続的に発生する偏光状態のドリフトです。長距離システムでは、これらのドリフトは制限なく徐々に蓄積され、ポアンカレ球全体にわたって偏光のジョーンズ ベクトルが急速かつ不規則に回転します。偏光モード分散、偏光依存損失、および交差偏光変調は、PDM システムで問題を引き起こす可能性のある他の現象です。
このため、PDMは一般に高度なチャネル符号化技術と組み合わせて使用され、デジタル信号処理を使用して、偏光関連の信号アーティファクトに耐性のある方法で信号をデコードすることができます。使用される変調には、PDM-QPSKとPDM-DQPSKがあります。[2]
商用 PDM テクノロジーに取り組んでいる企業には、Alcatel-Lucent、Ciena、Cisco Systems、Huawei、Infineraなどがあります。