Comunicazioni ottiche Wireless

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1 Comunicazioni ottiche Wireless

2 Propagazione nello spazio libero (RF) Il canale radio (RF) presenta notevoli caratteristiche, alcune di queste sono Attenuazione Cammini multipli Problemi di compatibilità elettromagnetica Fading Interferenza di tipo multi utente

3 Propagazione nello spazio libero (IR) Il canale infrarosso (IR) presenta tra le sue caratteristiche Attenuazione (più alta rispetto a quella RF) Cammini multipli (senza fading) Problemi di compatibilità elettromagnetica Interferenza di tipo multi utente e connessa alle fonti di calore

4 Propagazione di tipo indoor (1/4) In applicazioni di tipo indoor si fa riferimento a brevi distanze, basse potenze e bassi rate trasmissivi Due tipiche applicazioni sono Collegamento punto punto (cable replacement) Sistemi diffusivi per l interconnessione in rete (reti di sensori)

5 Propagazione di tipo indoor (2/4) Due sono le possibili modalità secondo le quali la propagazione è possibile. Line of Sight (LOS) No Line of Sight (NLOS) - NLOS diffusivo - NLOS quasi diffusivo

6 Propagazione di tipo indoor (3/4 ) Per quanto riguarda la valutazione delle prestazioni di un sistema indoor, c è interesse per la valutazione della potenza ricevuta. Caso LOS:

7 Propagazione di tipo indoor (4/4 ) Per quanto riguarda la valutazione delle prestazioni di un sistema indoor, c è interesse per la valutazione della potenza ricevuta. Caso NLOS: (soluzioni di tipo analitico non sono praticabili)

8 Propagazione di tipo outdoor (1/4 ) Cercare di connettere tra di loro dispositivi in ambiente aperto può rappresentare un serio problema per una serie di motivi Il mezzo in cui si propaga il campo elettromagnetico è di fatto sottoposto a variazioni (es. di densità dovute a calore) così il segnale viene attenuato e disperso lungo diverse direzioni

9 Propagazione di tipo outdoor (2/4 ) Per fornire una indicazione su quale sia l attenuazione (per pioggia, neve o nebbia) si può considerare il seguente grafico che esprima il valore di attenuazione quando si consideri (in ascissa) un assegnato livello di visibilità

10 Propagazione di tipo outdoor (3/4 ) Oltre ad un fenomeno di attenuazione si hanno cammini riflessi (ma senza fading) come mostra la figura seguente Inoltre nella figura a lato si notano le molecole maggiormente responsabili dell assorbimento

11 Propagazione di tipo outdoor (4/4 ) Sempre in riferimento al problema dell assorbimento che subisce il campo elettromagnetico

12 Ricevitore (1/3 ) A lato trasmissione abbiamo il consueto LED o LASER (più usati i LED) ed un meccanismo simile in ricezione. Di fatto abbiamo la collezione di più segnali.

13 Ricevitore (2/3 ) Come si è visto l attenuazione in un sistema ottico wireless può essere anche molto forte (decine di db o centinaia). Questo suggerirebbe di adottare tecniche adeguate per la ricezione in grado sia di fronteggiare le perdite di attenuazione che la diversità offerta dai cammini multipli.

14 Ricevitore (3/3 ) In linea di principio, se si rispetta la condizione che richiede che il tasso trasmissivo (rate) sia inferiore al delay spread, ci si assicura di essere in condizione di assenza di ISI. Ciò garantisce (a patto di perdere in termini di velocità trasmissiva) di aumentare il Bit Error Rate. Una possibile soluzione, per incrementare maggiormente le prestazioni in termini di BER è ricondursi a tecniche di combining. Maximal Ratio Combining (MRC) Equal Gain Combining (EGC) Matched Filter (caso limite - MF)

15 MRC (1/2 ) Il canale introduce ritardi e attenuazioni e a seguito si ha

16 MRC (2/2 ) Se si suppone che i pesi w siano proporzionali (o uguali) al canale si ottiene un rapporto segnale rumore dato da Che porta alla valutazione delle prestazioni seguente

17 EGC Se si suppone che i pesi w siano posti uguali ad 1 Si ottiene Che porta ad un Pe (caso N=2 e N=3) pari a

18 MF Si può ottenere selezionando solo ed esclusivamente il canale migliore (possibile una modalità che consenta la selezione delle M uscite più grandi) Confrontando il guadagno in termini di SNR si ha

19 Strategia migliore? MRC: Ottimo guadagno di SNR ma richiede una conoscenza del canale, poco praticabile in ambiente ottico EGC: Minore guadagno di SNR ma non richiede nessuna stima di canale MF: scarso guadagno e facile implementazione con fotodiodo Il punto di forza è l uso della modulazione OOK che si basa su presenza assenza di segnale, quindi l informazione (eventuale) sulla fase, diviene ridondante.