ISSN 1390-6712
Revista MASKAY
Departamento de El´ectrica, Electr´
onica y
Teleco-municaciones
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE
DIRECTOR DEL DEEE
Mayo. de COM. Carlos Enrique Gonz´
alez Mantilla
EDITOR GENERAL
Diego Arcos Avil´
es
CONSEJO EDITORIAL
Enrique V. Carrera (ESPE)
Carlos Julio Tierra (UFRJ)
Diego Ben´ıtez (USFQ)
Lauro Ojeda (UMICH)
Ana Guam´
an (ESPE)
Juan Pablo Robelly (R&S)
Vinicius Petrucci (UFBA)
Jos´
e Luis Rojo (URJC)
Daniel Ochoa (ESPOL)
Alexis Tinoco (ESPE)
Martha Cecilia Paredes (EPN)
INFORMACI ´
ON DE CONTACTO
Revista MASKAY
Departamento de El´
ectrica, Electr´
onica y
Telecomuni-caciones
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE
Av. Gral. Rumi˜
nahui (S/N)
P. O. Box 17-15-243B
Sangolqu´ı, Pichincha, Ecuador
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El contenido de los art´ıculos aqu´ı publicados es responsabilidad
exclusiva de sus correspondientes autores. Mayor informaci´
on en
https://journal.espe.edu.ec/ojs/index.php/maskay/index.
Presentaci´
on
El Departamento de El´
ectrica y Electr´
onica de la Universidad de las Fuerzas
Arma-das ESPE, consciente de su gran responsabilidad con la sociedad, busca proponer
e impulsar iniciativas tendientes a fomentar el desarrollo integral de la ingenier´ıa
el´
ectrica y electr´
onica en el Ecuador. Como resultado de este compromiso, nace en
el a˜
no 2011 la revista Maskay. Esta revista sintetiza de una forma documentada los
esfuerzos en investigaci´
on y desarrollo que desarrollan los docentes/investigadores
y estudiantes de la regi´
on.
En la actualidad, la revista MASKAY se encuentra indexada en diversas bases de
datos:
SciELO-Ecuador
,
Latindex
,
LatAm-Studies
Estudios
Latinoamerica-nos,
RootIndexing
,
MIAR
(Matriz de Informaci´
on para el an´
alisis de Revistas),
DOAJ
(Directory of Open Access Journals),
DRJI
Directory of Research Journals
Indexing),
Dialnet
y
REDIB
(Red Iberoamericana de Innovaci´
on y
Conocimien-to Cient´ıfico), con el objetivo de difundir a nivel internacional las publicaciones
realizadas en esta revista. Adem´
as, para que exista una mejor divulgaci´
on de sus
contenidos, la revista MASKAY cuenta con n´
umero
DOI (Digital Object
Iden-tifier)
leg´ıtimamente registrado y validado por
Crossref
, lo que permite una f´
acil
localizaci´
on de sus contenidos en la web.
En este primer n´
umero de su d´
ecima edici´
on, la revista MASKAY pone a
consi-deraci´
on de la comunidad cient´ıfica tres trabajos de investigaci´
on realizados por
investigadores de centros de educaci´
on superior del pa´ıs
Diego Arcos Avil´
es
Contenido
Sistema de medici´
on del nivel de riesgo de zonas de desprendimiento con
tecnolog´ıa SDRadar en ambientes de laboratorio
DOI: 10.24133/maskay.v10i1.1245
David Moreno Avil´
es, Nancy Veloz, Hugo Moreno, Fabricio Santacruz
. . . 1
Robust Multidimensional Optical Modulation Based on Hybrid
Subca-rrier/Amplitude/Phase/Dual Polarization for Wavelength-Division
Mul-tiplexing Systems
DOI: 10.24133/maskay.v10i1.1322
Andres Ortega, Brayan Fabian Pe˜
nafiel Pinos
. . . 8
Dise˜
no de una WSN para el monitoreo de CO2 en el aire y niveles de
ruido en la ciudad de Loja
DOI: 10.24133/maskay.v10i1.1522
´
Angel Jos´
e Ord´
o˜
nez Mendieta, ´
Angel Pa´
ul Garrochamba
. . . 20
Evaluaci´
on del tiempo de operaci´
on de un nodo inal´
ambrico en la
trans-misi´
on de video sobre Ipv6
DOI: 10.24133/maskay.v10i1.1524
Carlos Egas A, Iv´
an Ontaneda, Carlos Herrera
. . . 32
L´
ampara de Fototerapia LED de elaboraci´
on propia y su uso para el
tratamiento de ictericia, comparada con otras tecnolog´ıas
DOI: 10.24133/maskay.v10i1.1473
Jorge Villarreal, Paola V´
elez
. . . 38
Dise˜
no e implementaci´
on de una red de sensores para el monitoreo de
los niveles de radiaci´
on solar en la ciudad de Loja
DOI: 10.24133/maskay.v10i1.1523
Comit´
e T´
ecnico
Darwin Aguilar
Daniel Altamirano
Gino Alvarado
Jorge ´
Alvarezl
Andr´
es Arcentales
Geovanni Brito
Vinicio Corral
Marco Flores
Rodrigo Fonseca
Estevan G´
omez
Fausto Granda
Tatiana Gualotu˜
na
Ana Guam´
an
Rom´
an Lara
Diego Marcillo
Mauro Mart´ınez
Geovanni Ninahualpa
Flavio Pineda
Geovanny Raura
Diego Villamar´ın
MASKAY 10(1), May 2020 Recibido (Received): 2019/05/14 ISSN 1390-6712 Aceptado (Accepted): 2019/06/17
DOI: 10.24133/maskay.v10i1.1245
1 MASKAY
Abstract—This prototype was carried out in lab environment at ESPOCH in Ecuador, using USRP B210 working at 5GHz and including two ZJL6G+ amplifiers in cascade connection with 20dB of total gain, in order to improve the overall system power. In the measurement stage, three different samples with different humidity levels were used to determine the risk in diverse conditions. The sample materials were macadam, soil and sand. Depending on their humidity level, risks oscillate between maximum and minimum, where high humidity led to a high risk and inversely. Macadam was the best material for a landslide area since it showed lowest permittivity indexes, in consequence lowest risk. Results were processed in order to get reflection and relative permittivity values and afterwards they were stored in a database to be analyzed and determine levels of risks simulating landslides as function of humidity level.
Index Terms—SDRadar, USRPB210, landslide zones, risk level
Resumen—Este trabajo propone un sistema de medición de riesgo en zonas de desprendimiento de tierra con tecnología SDRadar. El prototipo fue desarrollado en un ambiente de laboratorio en la ESPOCH de Ecuador, con la utilización de una USRP B210 que trabaja a 5 GHz, se ha incluido dos amplificadores ZJL6G+ en cascada con 20dB de ganancia total para mejorar la potencia total del sistema. En la etapa de mediciones, se usaron 3 muestras de distinto material con diferentes niveles de humedad para determinar el riesgo en diversas condiciones. Estos materiales fueron macadam, tierra y arena. En dependencia de sus niveles de humedad, los riesgos oscilan entre valores máximos y mínimos, dónde una alta humedad conlleva a un alto riesgo y viceversa. El macadam fue el mejor material para un área de derrumbe debido a que presenta un menor índice de permitividad, esto da como resultado el menor riesgo. Los resultados fueron procesados para obtener los valores de reflexión y permitividad de los materiales y fueron guardados en una base de datos para analizar y determinar los niveles de riesgo, mediante simulaciones de desprendimientos de tierras como función del nivel de humedad.
D. Moreno, H. Moreno, F. Santacruz, son docentes de la Facultad de Informática y Electrónica de la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo ESPOCH, Panamericana Sur Km 1 ½, Riobamba – Ecuador (e-mail: [email protected]).
N. Veloz es estudiante del programa de Maestría en Sistemas de Telecomunicaciones de la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo ESPOCH, Panamericana Sur Km 1 ½, Riobamba – Ecuador (e-mail: [email protected])
Palabras Claves—SDRadar, USRPB210, zonas de desprendimiento, medición del nivel de riesgo
I. INTRODUCCIÓN
A TECNOLOGÍA ha sido un factor fundamental en la evolución y desarrollo de la humanidad, ha contribuido significativamente en la solución de problemas al mejorar la calidad de vida de las personas. Sin embargo, dicha contribución es importante siempre y cuando la tecnología se encuentre vigente. El verdadero problema radica en la versatilidad y flexibilidad que la tecnología puede alcanzar para permitir adaptarse y cambiar de acuerdo con nuevas necesidades y requerimientos. La flexibilidad es una característica importante que permite o hace posibles cambios o ajustes en procesos o infraestructuras, se logra mayor control, y se reduce costos y tiempo de implementación [1]. La tecnología de Radar Definido por Software (SDRadar) posee un hardware dedicado desarrollado en términos de módulos de software que permiten implementar aplicaciones de bajo costo con una flexibilidad y versatilidad fácilmente adaptable a cambios. Varias investigaciones han sido desarrolladas mediante el uso de tecnología SDRadar, con la explotación de todas sus características, debido a que se puede obtener información valiosa para desarrollar aplicaciones relacionadas a necesidades que posee la sociedad tal como analizar niveles de riesgo en zonas de desprendimiento de tierra, también conocidos como deslaves [2]-[4].
Por otro lado, los deslaves son grandes masas de terreno que involucran deslizamiento de tierra o flujo de escombros, donde el nivel de impacto depende del monitoreo temprano y de la eficiencia de predicción [3]. Como parte de la prevención de desastres naturales, es muy importante llevar a cabo un estudio para analizar los deslaves y evaluar posibles riegos que estos pueden conllevar [5]. Algunos prototipos han sido implementados con el objetivo de alertar tempranamente cuando exista la posibilidad de un derrumbe, los cuales basan su funcionamiento en el pronóstico del tiempo para predecir lluvias torrenciales en zonas de riesgo o índices de humedad en el suelo [6], [7].
Existen varios métodos para determinar el nivel de humedad de una porción específica de terreno, tal como
Sistema de medición del nivel de riesgo de
zonas de desprendimiento con tecnología
SDRadar en ambientes de laboratorio
Risk level measurement system for landslide zones
using SDRadar technology in lab environment
David Moreno, Nancy Veloz, Hugo Moreno, Fabricio Santacruz
2 ob tie co de de el [8 ha re un U pr de on ca de ca la pe sid [1 co ba co ni re tie se hu A. de tem un de cr in Se ap de m B. pa di Ad La ra Se ca de
btener la perm erra mediante omposición de el tiempo.
Como parte esprendimiento
georradar (G 8], [9]. Esta t ardware al ap colección de i Este estudio n sistema de SRP (Univers ropuesto servi e desprendimie
El sistema S ndas electroma ausar reflexión e reflexión d alibración prev
técnica rada ermitividad elé do ampliamen 2]. Los resul ontrastados co ase de datos r on diferentes
veles de ries alizadas respe erra. Finalmen eguridad para
umedad y la pe
Sistemas de e deslaves
Este trabajo mprana frente na arquitectura escribe la evol ríticos [2]. Es tegrar señales e definió y apl propiada de de e distancia, y monitoreo por r
Sistema de r ara detección
En este trabaj señar un siste dicionalmente abview en la c adar, realiza las e ha desarrolla apacidad de de el sistema rada
mitividad eléc e observacion el terreno medi
e del anális o, es posible u round Penetra técnica permi plicar algoritm
información y está orientado radar definid sal Software R irá para determ
ento. SDRadar prop
agnéticas a un n en el mismo del terreno al vio y mediante ar, se calcula éctrica relativa
nte corrobora ltados obtenid n valores de p recogida para
tipos de terre sgo se han d ecto a los dife nte, se han es cada terreno e ermitividad qu
II. TRABAJO e radar definid
o diseña un e a posibles de
a de red flexib lución de mon ste prototipo s radar y fue d
licó un estima eslizamiento d se ha demos radar propuest radar definido de objetivos. jo se ha utiliza ema SDRadar e, una aplica cual se implem s tareas de ope ado una valid etección preci ar propuesto [1
ctrica de la t es satelitales iante reflectom
sis de riesg utilizar tecnolo ating Radar) a ite realizar un mos de softwa el procesamie o al diseño e do por softwa Radio Peripher minar niveles
puesto consiste na porción de t y poder deter l realizar un e los principio a posteriorme
a del suelo en ado en literat dos en las m permitividad a
diferentes gra eno. Posterior determinado e erentes grados stablecido niv evaluado a par ue esto provoc
OS RELACIONA do por softwar
sistema inte eslizamientos ble que incluye
nitoreo de des utiliza el sis desarrollado e ador matemáti de tierra en la m
strado la utilid to.
o por software
ado la tarjeta U r de banda L ación específi mentó los alg eración y proc dación en la c isa de objetivo
13].
ierra, control u obtención metría en el do
go en zona ogía radar, tal a través de SD
na optimizaci are que facili ento de datos. implementaci are con una ral) [10]. El si
de riesgo en
e en la radiac terreno con el rminar el coefi n procedimien os fundamenta ente el valor
cuestión, lo c tura existente mediciones han
almacenados e ados de hume rmente los po en base a pr s de humedad veles de riesgo rtir de los grad ca.
ADOS
re para el mon
egrado para de tierra, basa e varios senso slaves en esce stema LEWIS en un escenari
co para la det medición de p dad del enfoq
e de alta resolu
USRP NI 292 de alta resol ica desarrolla goritmos del si cesamiento de cual se demue
os de la arquit de la de la ominio
as de l como DRadar ión de itan la
ión de tarjeta istema zonas
ión de fin de ficiente nto de ales de de la cual ha e [11], n sido en una edad y osibles ruebas d de la o y de dos de nitoreo alerta ado en ores, se enarios S para o real. ección perfiles que de
ución
20 para lución. ada en istema datos. estra la tectura S vali resu reso y al C. D dise soft Freq vect tarje 6 m rede reso 500 P USR real USB bloq Rad UBU GNU rece arch FM Adi IZJL que incr Fig. L ope posi evit med las fuer med
Se llevaron a c idar el correc ultados y el r olución de 6 m lgoritmos de o
Sistemas rada Dos aplicacio
eñadas en est tware de radi quency Contin toriales (VNA etas USRP en metros. Por ot es vectoriale olución igual a 0 MHz [15].
Para el Desar RP B210 ma lizar una conex B 3.0. Se ha ques de config dio [1]. Fue n UNTU 14.04 U radio. La epción se obse hivo fuente el CW y enviarl icionalmente L6G+ de 10 d
provoca un rementar la po
1. Diagrama de
Las antenas tra rar a una f icionadas en e tar el solapa diciones fuero muestras de ron posicionad dición, según
cabo medicion cto funcionam rendimiento d metros, que pue optimización d
ar para monito ones compact
te trabajo, la io y la otra nuos Wave), m A) compacto. n el primer cas tro lado, los r s se obtuvie a 30 centímet
III. MET
rrollo de este arca Ettus, la
xión con un co a generado un guración de la necesario trab debido a la c configuración erva en la Fig
cual se utiliz la continuame se realizó la dB de gananci na ganancia otencia de la se
bloques en GNU
ansmisora y re frecuencia de el sistema con amiento de s on realizadas c terreno, las a das de forma el principio d
nes en interior miento de todo de este protot
eden ser mejo de resolución [ oreo de deslav tas y de ba a primera con con el uso mediante un a Los resultad so fueron reso resultados con eron con m tros para un a
TODOLOGÍA
trabajo se u a cual tiene
omputador a t na señal FMC a tarjeta con e bajar con el compatibilidad n del bloque
. 1 en donde s za para genera ente a través
conexión de ia en cascada
total de 20 eñal transmitid
Radio para TX y
eceptora han si e 5 GHz, la n una separaci
sus lóbulos d con una separa antenas transm perpendicular e funcionamie
MASK res y pruebas o el sistema. tipo lograron orados con técn
[14]. ves
ajo costo fu n una platafo
de SFCW ( analizador de r dos obtenidos oluciones igua
n el analizado mediciones a
ancho de band
utilizó una ta la posibilidad través de un pu CW mediante el programa G
sistema opera d con el progr de transmisió se ha dispuest ar la señal des del sistema ra
2 amplificad con el transm dB para p da.
y RX.
ido diseñadas as cuales fu ón de 7.5 cm de radiación, ación de 40 cm misora y recep
r a la superfici ento de un sist
KAY para Los una nicas ueron orma (Step redes con ales a or de una da de
arjeta d de uerto e los GNU ativo rama ón y to un seada adar. dores misor, poder para ueron para , las m de ptora ie de tema
3 ra
Fig A.
el 3, tra co in an 5 tra
Fig
ín pa de va
an co es de an
di di ap di de
adar, como se o
g. 2. Diagrama d Plataforma Un esquema nivel de riesg
en el cual ansmisión y r omputadores
formación. E ntenas una de
GHz y dos a ansmisor.
g. 3. Plataforma
El Sistema e dices de refle ara poder es esprendimiento alor calculado
Se ha diseñad ntenas (2X2) omo material spesor de 1.6 m e 5 GHz con ntena se observ
Los parámet señada se obs cha antena plicaciones ra señada con un e 5 GHz.
observa en la F
de bloques del sist de Medición S general del si go en zonas d intervienen ecepción resp
para gener El sistema a transmisión y amplificadore
de medición SDR
es capaz de an exión y coefic stablecer niv o de tierra co de la permitiv do un sistema con el uso de dieléctrico cu mm, el sistem
un ancho de va en la Fig. 4 tros de direct servan en la Fi posee una dar, que es e na ganancia su
Fig. 2.
tema de medición SDRadar istema propue e deslaves es dos tarjetas pectivamente, rar, controlar adicionalmente y otra de recep s de 10 dB Z
Radar para detecc
nalizar señale cientes de pe veles de ries on un algoritm
vidad. a radiante med
e tecnología m uya permitivid ma trabaja a un
e banda de 2 4.
tividad y gan ig. 5, donde se a directividad específicamen uperior a las 1
n.
esto para deter mostrado en l USRP B210 conectadas co r y proces e cuenta con pción para ope
ZJL6G+ en e
ción de niveles de
es radar, deter ermitividad elé sgo en zona mo que aprove
diante un arre microstrip con dad es de 3.4 na frecuencia c %, el diseño
nancia de la a e puede deduc d adecuada nte para lo qu
0 dB en frecu rminar la Fig. 0 para on dos ar la n dos erar en el lado
e riesgo.
rminar éctrica as de echa el
eglo de n FR4 4 y un central o de la
antena cir que para ue fue uencias
Fig.
Fig. B.
E amp la re situ etap este segu mue Am uno las a
Fig. anten
4. Diseño de la a
5. Ganancia y D Calibración d El análisis fue plitudes entre
eflexión con u ada antes de pa de calibrac e caso se obti unda medición estra de terre mbas señales re o de sus respec amplitudes de
6. Calibración d nas.
antena transmisor
Directividad de las del Sistema de desarrollado dos señales, la una placa eléc
la muestra d ión como se o iene una refle n se realiza c eno y se obtu
eflejadas fuero ctivos Radarg e los picos.
del sistema con u
ra y receptora mic
s antenas Transmi e Medición SD al realizar un a primera de la
trica conducto de análisis, es observa en la exión perfecta on la radiació uvo la señal on procesadas gramas, en el
un plano conduct
MASK
crostrip.
isora y Receptora DRadar
na comparació a señal recibid ora perfecta (C sta representa
Fig. 6, ya qu a, mientras qu ón directa hac
reflejada, Fig s y se obtuvo
cual se analiz
tor perpendicular
KAY
a.
ón de da de CEP) a una ue en ue la cia la g. 7. cada zaron
4 Fig mu al ob en en ter co de y ter Fig C. co su ob
g. 7. Medición d
Los radargram muestran en la F
valor más a btener una refe n línea azul se n línea roja el rreno, los pi oeficiente de r epende de la p a su vez del rreno.
g. 8. Gráfica nor . Determinac Se han dete onsiderar la c uperficie defin bserva en la Ta
Nive Hum Nul Leve Leve Leve Modera Modera Modera Fuer
del sistema a una m
mas obtenidos Fig. 8, los cua alto de la señ ferencia unitari e observa el ra l radargrama icos más alt reflexión en e permitividad d grado de hu
rmalizada para ob ción de niveles erminado dife cantidad volum
nida del terre abla I. TA NIVELE el de medad lo e 1 e 2 e 3 ado 1 ado 2 ado 3 rte
muestra de terren
s con las dos ales fueron no ñal de calibra ia en cada una adargrama de
de la medici tos indican l l material de de los medios e umedad que p
btener índice de re s de humedad ferentes valor métrica en lit eno a analiza
ABLAI
ES DE HUMEDAD
Volumen 0 0.5 1 2 3 7 11 15 no. señales recibi ormalizados re ación con el
a de las medic la señal calib ón a la mues la variación
prueba, dicho en la discontin posea la mues
eflexión. (Linea a en el terreno es de humed tros vertida e ar (1 m2), com
n (L)
idas se especto fin de ciones, brada y stra de en el o valor nuidad stra de
azul).
dad al en una mo se
L tierr expu la c valo U los radi norm valo caso perm mat corr F en perm prog valo falta en e D. A seña perm rada seña de real L calib repr dife E en ( don prim mat L ecua se ti L perm cam de obte mue Figu
Los materiales ra negra, are uestos a cada cantidad de ag or de la permit Una vez provo materiales, la iación del siste malizados res ores correspon o, con lo q mitividad eléc terial, y se co respondientes. Finalmente, se el cual se mitividad en gresivamente ores de riesgo a de compacta el terreno.
Algoritmo de Ambas señales
al medida, fu mitividad eléc argramas norm al de calibrac
reflexión. L lizadas con est La línea azul bración, mie resentan los erentes condici El índice de re (1) [3], [17].
nde Γ es el ín mer medio, en terial bajo prue La permitivida
ación (1) y si iene:
La ecuación (2 mitividad del mpos eléctricos
humedad. Un enidos en la estras con los ura 10.
s utilizados p ena y macad
uno de los ni gua en cada ca
tividad eléctric ocado cada niv as muestras a ema, obtenién specto a la s ndientes de los que se pudo ctrica para ca onsolidó una .
realizó un an realizaron m muestras de
el nivel de o de deslizam
ación debido
e procesamient s recibidas, ta ueron procesa ctrica del mate
malizados de ión, lo cual b La Fig. 9 m
te Sistema en u representa e entras que l radargramas iones de hume eflexión puede
ε Γ =
ε
ndice de refle n este caso el
eba.
ad del materia se establece q
2 ε = 2) es importa material bajo s afectan los m n ejemplo de
s mediciones distintos grad
para realizar dam, dichos
iveles de hum aso afecta con ca del materia vel de humeda
analizar fuer ndose los difer eñal calibrada s índices de re o calcular e ada nivel de h
base de dato
nálisis experim mediciones de material don humedad y miento de terre
a la ausencia
to de datos anto la de ca
das para calc erial bajo prue
cada medici brinda la infor muestra difer un mismo mat el radargrama las líneas d del material edad. e ser calculado
1 2
1 2
ε − ε ε + ε
xión, ε1 es la
aire y ε2 es la
al bajo prueba que la permitiv
2 1 1
− Γ + Γ ante ya que p o prueba y det materiales con e los valores s realizadas dos de humeda
MASK la prueba fu materiales fu medad establec nsiderablemen al [1]
ad en cada un ron expuestas rentes radargra
a y a su vez eflexión para el coeficiente humedad en os con los val
mental observa el coeficiente nde se increm poder determ eno a causa d o exceso de
libración com cular y obtene eba a partir de ión respecto rmación del ín
entes medici terial. a de la seña de otros col
bajo prueba
o como se mu
a permitividad a permitividad
a se calcula co vidad del aire
permite calcul terminar cómo n diferentes gr s de permitiv en las difere ad se muestra
KAY ueron ueron idos, nte el no de a la amas z los cada e de cada lores
ativo e de mentó minar de la agua
mo la er la e los a la ndice iones
al de lores a en
uestra
(1)
d del d del
on la es 1,
(2)
ar la o los rados vidad entes en la
5
Fig
Fig
ob 1 hu
ca pe
m ne m co fa
g. 9. Índice de R
g. 10.Permitivida
En esta secc btenidos. La F (tierra), el cua umedad.
Se realizaron ada material ermitividad rel
Mat
Nu Lev Lev Lev Moder Moder Moder Al Tie Are Maca
Como se pu materiales pos ecesario deter material (respec omenzar a ex
lta de compac
Reflexión con dife
ad Relativa calcul
IV. RE
ción se analiz ig. 9 muestra al se incremen
n 20 medicione y los val lativa se regist
TA PERMITIVIDAD R
erial Tierra
ulo 2.4 ve 1 2.4 ve 2 3.38 ve 3 5.01 rado 1 9.56 rado 2 11.41 rado 3 19.19 lto 50.94 erra 2.4 ena 2.3 adam 2
uede observar seen el mis rminar los va cto a niveles d istir deslizam ctación, lo cua
erentes niveles de
lada con diferente ESULTADOS
za los resulta el índice de re nta conforme
es para cada n lores promed traron en la Ta
ABLAII
RELATIVA PROME
a Arena
2.3 2.34 3.01 4.48 9.21 1 11.82 9 16.03 4 49.53 2.4 2.34 2.67
en la tabla smo comport
alores de per de humedad) miento de mat l implica pres
humedad.
es niveles de hum
ados experime eflexión del m aumenta el ni
nivel de humed dio obtenido abla II.
EDIO
Macadam
2 2.67 3.13 4.4 6.45 10.96 18.95 38.05 3.38 3.01 3.13
precedente lo tamiento, pe rmitividad de en los cuales terial a causa encia de riesg
medad.
entales material ivel de
dad en os de
os tres ro es e cada puede de la o.
C med porc vari 11 desp está segú form dich de d
Fig. muy
Fig. muy
Con el fin de diciones en ti ciones de te iaciones gradu
a la Fig. 16 prendimiento, á muy húmedo
ún los valore ma definir niv hos rangos de deslizamiento
11.Escenario de secas.
12.Escenario de secas.
determinar n iempo real de erreno con c uales de humed
6. Se pudo cuando el te o, pudiéndose es de permitiv
veles de riesg permitividad de terreno.
medición de nive
medición de nive
niveles de rie
el valor de la ierta inclinac dad como se m
determinar d erreno está mu e obtener un ra vidad medido go. En la Tab
que implican
eles de riesgo para
eles de riesgo para
MASK sgo, se realiz a permitivida ción y se ap muestra en las dos escenarios
uy seco y cu ango de segur s, y de la m bla III se obs n niveles de ri
a Tierra en condic
a Arena en condic
KAY zaron d de plicó s Fig. s de ando ridad misma serva iesgo
ciones
6
Fig con
Fig mu
Fig mu
g. 13.Escenario ndiciones muy se
g. 14.Escenario d uy húmedas.
g. 15.Escenario d uy húmedas.
de medición de ecas.
de medición de ni
de medición de ni
e niveles de rie
iveles de riesgo pa
iveles de riesgo pa
esgo para Macad
ara Tierra en cond
ara Arena en cond dam en
diciones
diciones Fig. cond NIV
L don terre
S para perm dife de r exis exis húm calib med med mat tierr los may eléc perm pod sus
[1]
16.Escenario de diciones muy húm
VELES DE RIESGO D
Mater Tierr Aren Macad
Los valores o nde existirá un
eno.
Se ha diseñad a zonas de mitividad rel erentes condic riesgo de desp stir un cierto sta compactac medo existirá bración es u diciones ya qu diciones. El m teriales con va ra posee valor otros dos, al yor permitivid ctrico en el mitividad tien dría estar comp características
Nelson. K, Ne conceptualizatio
Thirtieth Hawai
HI, USA, Aug. 2
e medición de medas.
TAB
DE DESLAVE EN FU MAT
rial Muy S ra < 2.8 na < 2.4 dam < 2.
obtenidos son n riesgo de u
V. CONC
do e impleme desprendimien ativa de la ciones de hum
prendimiento grado de hum ión, es decir s
un riesgo de un paso muy ue de esta dep material 2 y 3 alores de perm res de permiti l analizar el c dad mayor cap
material, es ne será el m puesto una zon s de absorción
REFER elson. H & Gho on, validation, a
ii International C
2017, 76-87.
niveles de riesg
LAIII
UNCIÓN DE PERM ERIAL
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7 MASKAY
[2] Costanzo S. et al., “Potentialities Of Usrp-Based Software Defined Radar Systems,” Progress In Electromagnetics Research B, EMW, vol. 53, no. 53, pp. 417-435, Dec. 2012.
[3] Costanzo S. et al., “Software-Defined Radar System for Landslides Monitoring,” New Advances in Information Systems and Technologies. Advances in Intelligent Systems and Computing, vol. 445, pp. 325-331, Mar. 2016.
[4] Costanzo S. et al., “Radar Systems For Landslides Monitoring,” in Proc. 5th International Workshop on Hydrological Extremes, Cosenza, Italy, Jun. 2014, pp. 41-49.
[5] Chleborad, A.F., Baum, R.L., Godt, J.W., “A prototype system for forecasting landslides in the Seattle,” Reviews in Engineering Geology, vol. 10, pp. 103-120, 2008.
[6] Baum, R.L. and Godt, J.W., “Early Warning of rainfall-induced shallow landslides and debris flows in the USA,” Landslides, vol. 7, no. 3, Sep. 2010, pp. 259-272.
[7] R. Greco, M. Giorgio, G. Capparelli, P. Versace, “Early warning of rainfall-induced lanslides based on empirical mobility function predictor,” Engineering Geology, vol. 153, Feb. 2013, pp. 68-79. [8] Borecka, A., Herzig, J., and Durjasz-Rybacka, M., “Ground Penetrating
Radar investigations of Landslides: A case study in a lanslide in Radziszow,” Studia Geotechnica et Mechanica, vol. 37, no. 3, Nov. 2015, pp. 11-18.
[9] J. Karczewski, “The outline of GPR method,” AGH-UST, 2011. [10] U. B. (. O. Ettus Research, 2017. [En línea]. Available:
https://www.ettus.com/product/details/UB210-KIT..
[11] D. Moreno, “Permittivity characterization of a dielectric material using radar technique,” Dissertation, Rende - Italia, UNICAL, 2015. [12] D. Llalau, “Desarrollo de un prototipo mediante un radar de apertura
sintetica (sar) para la deteccion y ubicacion de objetos en ambientes internos con una tarjeta USRP B210,” Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, 2017.
[13] R. Bassem., Radar System Analysis and Design Using MATLAB, Alabama: CRC Press, 2013.
[14] Moreno Avilés, David; Mejía, Julio; Moreno, Hugo, “Desarrollo de un algoritmo en MATLAB para la optimización de la resolución de una tarjeta USRP B210 para aplicaciones SDRadar,” Maskay, vol. 7, no. 1, Nov. 2017, pp. 31-40.
[15] Costanzo S. et al., “Low-Cost Radars Integrated into a Landslide Early Warning System,” New Contributions in Information Systems and Technologies. Advances in Intelligent Systems and Computing, vol. 354, 2015.
[16] J. Hernandez, “Monitoreo de la humedad del suelo superficial a partir de observaciones satelitales de microondas activas y pasivas,” Revista de Divulgación Científica y Tecnológica de la Universidad Autónoma de Nuevo León, vol. 19, no 81, Oct. 2016.
MASKAY 10(1), May 2020 Recibido (Received): 2019/07/18 ISSN 1390-6712 Aceptado (Accepted): 2019/09/29
DOI: 10.24133/maskay.v10i1.1322
8 MASKAY
Abstract—Here, we propose a novel scheme based on advanced techniques of digital modulation in optical communications to achieve a single-channel transmission rate above 100 Gb/s. We utilize a hybrid scheme amplitude/phase/frequency/dual polarization, combined with multidimensional dual lattice and a low-density parity-check-coded modulation. The Stokes parameters are applied to the proposed scheme to map the four-dimensional classical polarization IX, QX, IY, QY in a three-dimensional space. In addition, in the proposed system, the packing theory is applied to the bit interleaver process. Three wavelengths are packaged before being transmitted over a wavelength-division multiplexing optical channel. This modulation process is carried out using symmetrical geometric shapes, such as a hypercube or a polyhedron, based on the molecular links theory using a grouping of 12 and 13/15 bits for the cubic and spherical lattices, respectively. The proposed technique is evaluated in the context of long-distance communications over distances up to 100km. The bit error rate (BER) results showed that the optical signal-to-noise ratio was approximately 4dB over a distance of 50km. In addition, the power spectral efficiency was found to be 3 lambdas, which is considered good performance considering the effects of distance and the non-linear effects influencing the number of lambdas. Also, we use an optical time-division multiplexing scheme (OTDM) in order to achieve a transmission rate beyond 1Tbit/s, where the speed effect is evaluated, taking into consideration that the power spectral efficiency is degraded.
A. Ortega, Grupo de Investigación de Telecomunicaciones (GITEL), Universidad Politécnica Salesiana, Cuenca, Ecuador (e-mail: [email protected]).
B. Peñafiel, Grupo de Investigación de Telecomunicaciones (GITEL), e la Universidad Politécnica Salesiana, Cuenca, Ecuador (e-mail: [email protected]).
Index Terms—Coherent Optical Communications; Polyhedron; Hypercube; Multidimensional Modulations; Stokes parameters; Poincaré sphere
Resumen— En este documento propone un nuevo esquema basado en las técnicas avanzadas de modulación digital en comunicaciones ópticas para lograr una velocidad de transmisión de un solo canal sobre los 100 Gb/s. Utilizamos un esquema híbrido de amplitud/fase/frecuencia/doble polarización, combinado con un doble enmallado multidimensional y una modulación codificada por verificación de paridad de baja densidad. Los parámetros de Stokes se aplican al esquema propuesto para mapear la polarización clásica de cuatro dimensiones IX, QX, IY, QY en un espacio tridimensional. Además, en el sistema propuesto, la teoría de empaquetamiento se aplica al proceso de entrelazado de bits. Se empaquetan tres longitudes de onda antes de transmitirse a través de un canal óptico de multiplexación por división de longitud de onda. Este proceso de modulación se lleva a cabo utilizando formas geométricas simétricas, como un hipercubo o un poliedro, basado en la teoría de enlaces moleculares que utiliza una agrupación de 12 y 13/15 bits para los enmallados cúbicos y esféricos, respectivamente. La técnica propuesta se evalúa en el contexto de las comunicaciones a larga distancia en distancias de hasta 100 km. Los resultados de la tasa de error de bits (BER) mostraron que la relación señal/ruido óptico era de aproximadamente 4 dB en una distancia de 50 km. Además, se encontró que la eficiencia espectral de potencia con 3 lambdas, lo que se considera un buen rendimiento teniendo en cuenta los efectos de la distancia y los efectos no lineales que influyen en el número de lambdas. Además, utilizamos un esquema de multiplexación óptica por división de tiempo (OTDM) para lograr una velocidad de transmisión más allá de 1Tbit/s, donde se evalúa el efecto de la velocidad, tomando en consideración que la eficiencia espectral de potencia se degrada.
Robust Multidimensional Optical Modulation
Based on Hybrid
Subcarrier/Amplitude/Phase/Dual Polarization
for Wavelength-Division Multiplexing
Systems
Modulación Multidimensional Óptica
Basado en un sistema hibrido
Subportadora/Amplitud/Fase/Doble Polarización para
Sistemas de Multiplexación por División de Longitud
de Onda.
Andrés Ortega, Brayan Peñafiel
9 MASKAY Palabras Claves— Comunicaciones ópticas coherentes; Esfera
de Poincaré; Hipercubo; Modulaciones multidimensionales; Parámetros de Stokes; Poliedro.
I. INTRODUCTION
N RECENT years, network operators have been considering and installing network infrastructures even more robust than those before them. The rapidly increasing demand for transmission capacity and the ineffective use of optical fiber links have led to many studies to develop advanced schemes that achieve transmission rate beyond 240 Gb/s per wavelength channel.
A promising approach to improving the transmission performance of future access networks, called multidimensional modulations was discovered a long time ago by Wei [1]. This technique involves the use of a rectangular or cross-lattice grouping technique to provide other modulations formats, being compatibility with traditional formats. This strategy improves the peak-to-average power ratio (PAPR) and SNR efficiency due to shaping component constellation-expansion-ratio (CER) that depends only on the shape of the constellation. Consequently, the shape gain (dB) is evaluated in terms of PAPR and CER, where cross constellations achieve better results in comparison with rectangular constellations.
The increase in PAPR is considered primarily as a negative effect of OFDM systems. However, this technique has more recently been applied to modern mobile access networks, such as sparse code multiple access networks (SCMA) [2] to achieve the high capacity needed to support large volumes of information and massive connectivity.
It is widely known, that optical-fiber communication is a strong candidate for connecting the backbone with the end-users in future access networks. For this reason, research has been done to optimize optical channels by using advanced modulation formats so that they can transmit data at higher rates with flexible spectral and power efficiency. Furthermore, N-dimensional signal constellations may be incorporated to increase the system performance compared to that using traditional two-dimensional (2D) formats.
In this context, the spectrum allocation in conventional WDM Network is replaced for an elastic optical network (EON) which improves the spectral efficiency. EON is based on OFDM, they provide an alternative to single carrier modulation technique as the data stream divided and multiplexed onto multiple consecutive low rate subcarriers and hence increases the symbol duration and provides a higher data rate [3]. This approach leads us to think that our proposal is the key to the next generation of optical networks in order to obtain a flexible allocation of spectral resources improving in this way the spectral efficiency.
Incoherent detected optical transmission, polarization-division-multiplexing (POLMUX) can be used to generate two orthogonal polarization signals, X and Y, for transmission through a single-wavelength channel with a high SE and
ultra-high-speed [4]. In this context, passive optical networks with two orthogonally polarized orthogonal frequency-division multiple access signals have recently been proposed. This system can transmit data at a rate of 108 Gb/s after 20km SSMF in comparison with the back-to-back transmission. The fiber dispersion penalty is negligible due to distance of transmission, the attenuation (15dB) and the excellent Bit Error Rate (BER) achieved 1.4×10-3 [5].
Adaptive turbo-trellis-coded modulation (ATTCM32QAM) provides 7.3dB (BER = 1×10-3) coding gain [6] compared to
uncoded system (16QAM) that achieves and 2.3dB (BER = 1×10-3) coding gain.
In this way, wavelength-division multiplexing (WDM) can facilitate the integration of coding (FEC, trellis, turbo code, LDPC) with code modulation together in order to improve the spectrum efficiency and coding gain. These are the promising solutions for 5G network access with optical communications known as 10-Gigabit-capable passive optical networks (XG-PON) [7] that should coexist with GPON and WDM-PON networks, and also guaranteeing an optimal allocation of wavelength bands in order to avoid the undesirable interference of GPON with XG-PON.
Another promising technology is the polarization switching system, which sends a three-dimensional (3D) constellation with an asynchronous in-phase/quadrature (IQ) polarization, which represents the transmitted symbol in 3D [8]. Dual-polarization (DP) modulation provides a lower SE but better performance for a long-distance transmission [9].
4D set-partitioning quadrature amplitude modulation (SP-QAM) is a special case of advanced optical modulation, in which a regular 4D cubic can be constructed by polarization-division multiplexing (PDM). A PDM-QAM model using a coherent detection scheme with Reed-Solomon encoding was shown to improve the SE and provide a data transmission rate of over 112 Gb/s [10]. In another study, the use of 4D 512-ary and 2048-ary SP-QAM signals and soft-decision forward error correction (FEC) with penalties resulted in BERs of 3.8×10-3
and 2×10-2, respectively [11].
In addition to the use of spectrally efficient modulation formats low-density parity-check (LDPC) codes can be incorporated into the physical design for new schemes to make them compatible with 4D modulations and, thereby, enable coherent optical communications with high aggregate bit rates. LDPC codes offer significant benefits compared to other codes and hybrid codes like turbo-trellis code modulations. In this context, 4D bit-interleaved LDPC-coded modulation has been developed by connecting a distributed-feedback (DFB) laser to a polarization beam splitter (PBS) to combine two polarization (X and Y) for each IQ modulator, thus, forming the structure of a 4D modulator [12]. The aggregate information bit rates with 16-, 32-, and 64-QAM were measured as 160, 200, and 240 Gb/s, respectively; the best optical SNR of approximately 5 dB and a BER of 1×10-8 was
attained with 16-QAM. In another study, 320 Gb/s data transmission was achieved using an M-ary 3D constellation with LDPC coded modulation; an SNR of nearly 12dB and a BER of 1×10-9 was achieved for 8-QAM [8].
10 MASKAY Therefore, the optimization of the power efficiency of an
N-dimensional constellation that provides both flexible SE and high-power efficiency at the same time can be solved by considering it as a sphere-packing problem [13]. The number of degrees of freedom for optical transmission can be represented by the vertical axis, where the first and second dimensions represent the electrical field of the X-polarized IQ components, and the third and fourth dimensions represent the electrical field electrical of the Y-polarized IQ components. In this context, a 4D lattice is constructed, and optimized with respect to the discrete-time represented by the horizontal axis. This approach has been used to optimize a 3D constellation with four degrees of freedom, achieving data transmission of 224 Gb/s over a distance of 100km.
The use of polarization-mode dispersion can improve the coding gain due to the error floor and the iterative exchange of extrinsic soft-bit reliabilities between posterior probabilities. Hussam developed a way to implement such a modulation with different sub-carriers in a 3D space using coded hybrid sub-carrier/amplitude/phase/polarization (H-SAPP) [14]. Using Stokes parameters, H-SAPP allows 20 points to be incorporated into a 3D constellation mapping in the form of a dodecahedron inscribed in a Poincaré sphere based on regular polyhedrons [15]. Numerical results using 20-HSAPP show that BER = 1×10-6 with an OSNR of 0.5dB could be achieved
with a back-to-back configuration.
Here, we propose a hybrid subcarrier/amplitude/phase/dual polarization (H-SAPDP) system for optical transmission of 300 Gb/s. To improve performance, the system is based on polyhedrons. We demonstrate that the proposed system can be significantly banked to the Shannon limit over optical channels of different distances using WDM techniques.
The use of multidimensional modulations is a novel technique that holds promise for future generations of communication systems with both enhanced SE and superior BER performance. The SE and BER performances are known to be inversely proportional to one another according to the Shannon theory. In addition, the system may suffer from distortion effects if larger amounts of information are transmitted. However, the use of multidimensional techniques mitigates these challenges because, if the amount of information increases, it can be packaged by an interleaving bit distribution process to generate an N-dimensional lattice. This approach reduces the bit error rate, the inter-symbol interference, and the power transmission and consequently increases the SE as if two different modulations were being used at the same time: high-index modulation to improve the SE and low-index modulation to enhance the BER performance.
The proposed technique is implemented with different lattice dimensions in the interleaver process: a hypercubic multidimensional lattice with 16 symbols for 12 bits in an even alignment, and a polyhedron-spherical lattice with 32 symbols for 13 or 15 bits in an odd alignment. 12_13 or 15 bits are allocated to each block and packed with three sub-carriers composed of DP signals (IX, QX, IY, QY) and aligned in
parallel (i.e., they transmit at the same time). One bit is added
to denote the change from even to odd alignment; thus, the packed block will have 5 bits and, consequently, the distribution packing can be set in the range of 13-15 bits.
Finally, this packaging is transformed into a 4D optical signal using Jones vectors and Pauli matrices designed according to the parameters of the polarized signal. Thus, the H-SAPDP system performs dual-lattice packing with multidimensional modulations at 50 Gsymbols/s. In this way, the binary input is divided among the 4D carriers for transmission over a distance of 50, 80, or 100km. This approach is compared with dodecahedral techniques based on the Poincaré technique and with different-dimensional packing.
Several possible constructions for the packing lattice have been proposed. However, unfortunately, this remains an unsolved problem in mathematics. The face-centered cubic lattice is obtained using a generator matrix in which the vectors represent the deep holes that arise from sphere packing (referred to as glue vectors). Another strategy is to consider the kissing number, which represents how many spheres can be arranged so that they all touch one central sphere of the same size [16]. In this study, we base the lattice on the theory of the sphere-packing problem which can be observed in the orange pyramid in fruit stands. Using this lattice configuration, the advantage of the triangles found in pyramids leads to geometrically equivalent packings.
To be precise, herein, we define the thickness (also called density, sparsity or coverage) as the number of spheres that contain a single point in space.
The remainder of this paper is organized as follows. Section II presents a description of the optical system considered here and the H-SAPDP coded modulation, the dual lattice used to build the cubic and spherical lattices (Section II-A), the interleaver process (Section II-B), the multidimensional modulator (Section II-B), and Stokes and polarized signal parameters (Section II-D). The numerical results of the simulation are presented in Section III. Finally, the conclusions are summarized in Section IV.
II. H-SAPDPCODEDMODULATION
There are many ways of building a constellation lattice in order to optimize the signal constellations using N-dimensions. Fig. 1 shows different methods of polarization over an optical fiber. Previously, 4D formats with single-polarization and switch polarization were severely limited due to the synchronization of X and Y signals (Fig. 1(b) and Fig. 1(c)) [17]. Today, it is possible to modulate different signals with orthogonal X and Y polarization with total dependency between them. Thus, we leveraged the four dimensions of the optical carrier field as shown in Fig. 1(d) in order to transport 16-point rectangular constellations and 28-point circular constellations through a cube and hypercube respectively in the 3D with total independence among them.
11 Fig (c) so H-ca to cu Al m sp tra so wi in th is ro pr bu pr Fig 1 (a)
g. 1. Optical wav ) Switch polarized
The proposed ources of n bit -SAPDP tran arrier, Aλq. Th
achieve diffe ubic or spheri
ll the carriers mode optical f
plitter divides t Fig. 4(a) show ansmitter whi ources, passes ith a code rate formation bits e resulting co
forwarded to ow-wise and r rocess perform uilding matrix rocess.
g. 2. Block Diagra
ve polarization te d, and (d) Dual po
d system, show ts. Each sourc smitter to ob hese carriers tr
erent constella ical lattice, wh s are combin fiber. Finally,
the optical car ws the genera ich accepts m them through e of R = k/n, w s that the enc deword. The e
an [m×n] blo read column-w med by a
dual-x that is defin
am Multi-Dimens
(b)
(c)
(d)
echniques (a) Axis olarization.
wn in Fig. 2 is ce inserts inpu btain a 4D la
ransmit modu ations, as show
hich are desc ed and transm
at the receiv rriers to recove al block diagra m-bit inputs fro
a set of identi where k repre coder accepts encoded data f ock interleaver wise. In addit lattice multidi ned based on
sional optical syst
s, (b) Single polar
s composed of ut bit streams attice for each ulated optical
wn in Fig. 5 cribed later; F
mitted by a s ver end, an o er the informa am of the H-S om the inform ical LDPC enc sents the num and n the len from these bra r where it is w tion, the inter imensional [D the lattice-pa
tem.
rization,
f m-bit to the h
sub-pulses (i.e., a Fig. 6). single-optical ation. APDP mation coders mber of ngth of anches written rleaver DN×DN]
acking A.
T
ZN:
mos desc In four 15-d the B. T into mul form stra dim mul pola con para nex F 15 com to o 16 Stok (Q-P and alig sub-* N D M, f F carr mul show sign Dual Lattice The checkerbo x1 + … + xN}
st useful and cribed in [16].
M
n our packing r-dimensional dimensional la next scheme
Interleaver Pr The informatio o different
ltidimensional m the output b ategies with 1 mensional latt
ltidimensional arization para stellations (F ameters based
t section. Fig. 3 shows th
bits, which a mpared with p
optimize the in symbols can kes parameter PSK) and IQ d Y) as shown gnment with a -carrier, λq,
*
N
D
× , where forming the bl For the 13 bit rier to fo ltidimensional ws the odd bi nificant bit. Th
*
N
D
oard lattice is d }, where the fo defined by t . The packing
1 0 0 1
0 0 1 2 1 2
M =
g design, we a lattice in ord attices ( *
N
D ×
rocess on that is out
N-dimension l modulation bitstream m. H 12, 13, and
tices. In th l dual-lattice ameters are u Fig. 5 and Fi d on the Stok
he interleaver are evaluated previous result nterleaver. 4D n be transmit rs as well as modulation, e n in Table I. a 4D constell the bits are the rows are w lock shown in
odd alignmen
orm the p
l constellation its, which are hese are used
defined as DN
our-dimension the following radius is norm
0 0 0 0
1 0 1 2 1 2
adopted the ge der to integrat
*
N
D ) that are
tput by the en nal lattices
matrix M a However, we p
15 bits in o his way, dif packing, with used to obtain ig. 6). The s kes theory are
bit distributio in terms of ts presented b D multidimens tted independ quadrature p each with both To package 1 ations (Fig. 5 packaged in written based n Fig. 3(a).
nt, we use 32 polyhedral ns (Fig. 6). e defined acco
to decide whe
MASK = {(x1, … , xN
nal lattice D4 i
g generator m malized at ρ =
2
enerator matri te over 12, 13 explained lat
ncoder is grou to obtain and, subseque
propose packa order to build fferent types h different si n different si signal polariza e described in
ons for 12, 13, performance by Hussam in sional package dently using phase-shift ke
h polarization 12 bits in an 5) shows for n 12 dimens on each vecto
symbols per and hyperc The first col ording to the m
ether to use th
KAY
N) ∈
s the matrix 1/2:
(1)
ix of 3 and ter in
uped the ently, aging d N-s of
ignal ignal ation n the
, and and [14] es of four eying ns (X even each ions, or of sub-cubic lumn most he 16
12 sy in th su us di ob C. po (L po ou pr (i. M Fi Th ph to pu m re np Fig ali 2 ymbols shown Table II. To e first dimens ub-carrier as sh
Similarly, for sed for each stribution is btain the block
. Multidimens The symbol-olarization in LUTs) present olyhedron, resp
The IXλq QX utput pass th rocess defined .e., ˆ
q X
I λ ), then Modulator Bloc
ig. 4(c). he modulation hase modulato
compress the ulse width of mode-locked f ctangular puls p is the numb (a)
g. 3. Interleaver ignment, and (c) 1
in Table I or maintain con sion of the pac hown in Fig. 3 r 15 bits in an h sub-carrier. packaging 5 k shown in Fig
sional Modula -mapping pro nformation ac ed in Tables I pectively, as d
q
Xλ and IYλq Q
hrough the z d as eight t n, the signal ck as is show
n process use or and an erbiu e laser pulses f 1.77ps. This
fiber laser ses A t0( )=
ber of infinitebit distribution 15-bit odd alignm
the remaining nsistency in th cking must co 3(b).
n odd alignme However, t bits inside e g. 3(c).
ator
ocess is defin ccording to I and II to gen described in [1
q Y
Qλ driving sig zero-insertion times the q-is inserted to wn in Fig 4(
es a fiber rin um-doped fibe in order to ge s optical osci (MLFL) [19
(
n np t
∞
=−∞ −
∏
e pulses, Tm
(c)
(a) 12-bit even ment.
g 16 symbols he data interle ontain bit1 for
ent, 32 symbo the interleav each sub-carr
ned based on the lookup nerate a 4D cu 18].
gnals in the m n training sy
-carrier frequ o Multidimen (a) and detai
ng with an in er amplifier (E enerate an ultr illator is calle 9], using pe
) j qnp t m
T ⋅eωλ ⋅ ⋅ , = 1/fm where
(b)
alignment, (b) 1 shown eaving, r every
ols are er bit rier to
n X-Y tables ube or mapper ymbols uencies nsional iled in
nternal EDFA) rashort ed the eriodic where e fm is
freq T corr way field freq whe defi both O for amp In-p [17 bloc Ma to m
(
ˆ Y Q outp com belo whe whe pha pola 13-bit oddquency of the m Then, A0 (t) sig
responding wa y as two mutu d in a plane quency, define
ere, φX/Y has
fining them as h corrupted by Once the ultra
the X and plitudes of the phase Quadra
], which is s cks in the Fig ch-Zehnder M modulate the
)
q
Yλ in light in
put of MZM a mponents resp
ow: 0 0 0 0 q q q q A A A A λ λ λ λ
ere A0 is the am
I I Q Q φ φ φ φ
ere Vπ is the
se shift. Th arization are re
modulator at 5 gnal is divide avelengths, w ually orthogo perpendicula ed in the same
0q( ) 0( ) Aλ t =A t
the probabil s the different y the same pha ashort pulses a Y polarizatio e two orthogo ature Mach-Z shown in Mod
g. 4(c). These Modulators (M
electrical sign
ntensity , thus an optical sign pectively. Th
0 0 0 0 ˆ , ˆ , ˆ , ˆ , 2 2 2 2
( ) s
( ) s
( )
( ) s
X Y X Y I I Q Q A A A A t t t t − − − − = = = = mplitude pulse
ˆ ( )
ˆ ( )
ˆ ( )
ˆ ( )
( ) ( ) ( ) ( ) q q q q X Y X Y X Y X Y I I Q Q I t I t Q t Q t t t t t λ λ λ λ ⋅ ⋅ π ⋅ = = = =
voltage equal hus, the mod
epresented as
50 GHz [20].
d by an optica which is repres
onal componen ar but it is ta
way [1]: ( ( ) /( )⋅ejωλqt+φX Y t
lity of being t polarization ase noise of th are input to PB on to obtain
onal vectors b Zehnder Modu
dulator Xλq an
e blocks are c ZM) each one nals
( )
ˆq X
I λ ,
(
Q in this way w nal with in-phahese equation
(
)
(
)
(
)
(
)
sin ( )
sin ( )
sin ( )
sin ( )
X Y X Y j I j I Q j Q t e t e t e t e ω φ ⋅ φ ⋅ φ ⋅ φ ⋅
e normalized a
cos(2 2 cos(2 2 cos(2 2 cos(2 2 m m m m f V f t V f V f V π π π π π⋅ π⋅ ⋅
π⋅ π⋅ ⋅
⋅ π⋅ π⋅
⋅ π⋅ π⋅ ⋅
l to 2.5V in o dulated pulse
follows:
MASK al splitter with sented in the s nts of the ele aken with op
) )
φX or either
phases, which he transmitter.
BS, it is bran the instantan both modulate ulator (IQ-M nd Modulator composed by e, which were
)
ˆ
q X
Q λ , and
(
Iˆ we generate a ase and quadra ns are descr( ) ( ) ( ) ( ) q q q q j t t j t j t e λ λ λ λ ω ω ω ω
at 1 and:
) ) ) ) t t t t ⋅
order to achie e for X and
KAY h the same ectric ptical (2)
r φY,
h are
nched neous ed by MZM) r Yλq
two used
)
ˆ q YIλ , at the ature ribed
(3)
(4)
eve a d Y
13 Fi
3
q X Y
A
A
λ λ
ig. 4. H-SAPDP S
{
{
0 ,
ˆ 0 , ( )
( )
q q
q qI
t A
t A
λ λ
λ
= ℜ
= ℜ System (a) Transm
}
{
}
{
ˆ
, 0
ˆ 0
( )
( )
X
Y q
I I
t A
t A
λ
λ
+ ℑ
+ ℑ mitter Scheme, (b
}
}
ˆ ,ˆ ,
( )
( )
q X q Y
Q Q
t
t
λ
) Receiver Schem
(5) T com as th
D. B (a)
(b)
(c)
(d)
me, (c) Multidimen
Thus, the po mbined by Pola he modulated
Stokes and Po Based on the c nsional modulato
olarized outp arization Beam
signal for q su
olarized Signa coherent prop or scheme, and (d)
puts AXλq( )t m Combiner (P
ubcarrier.
al Parameters perties of a lig
) Coherent Detect
MASK and AYλq(t PBC) to obtain
s
ght beam, the tor scheme
KAY ) t are n Aλq