Sistemi di Telecomunicazione

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1 Sistemi di Telecomunicazione Parte 8: Protezione dell informazione Universita Politecnica delle Marche A.A A.A Sistemi di Telecomunicazione 1/23

2 Protezione dell informazione dagli effetti del multipath Occorre innanzitutto verificare se l effetto del multipath e piatto o selettivo in frequenza, andando a confrontare la banda occupata dal segnale con la banda di coerenza del canale radio considerato A.A Sistemi di Telecomunicazione 2/23

3 Effetto piatto in banda (B < B c ) Tutte le componenti armoniche vengono uniformemente attenuate Si definisce il requisito di qualita che si vuole conseguire Si sovradimensiona il sistema in modo da garantire il soddisfacimento del requisito di qualita A.A Sistemi di Telecomunicazione 3/23

4 Effetto selettivo in banda (B > B c ) Tecniche di diversity (frequenza e spazio) Equalizzazione a IF Equalizzazione in BB Le tecniche di space e frequency diversity agiscono per migliorare la qualita del segnale ricevuto L equalizzazione adattativa del canale agisce per correggere, in misura maggiore o minore, le variazioni nel segnale ricevuto, causate dal mezzo propagativo Le tecniche di diversita vengono integrate dall uso di equalizzatori adattativi a Radiofrequenza (RF) a Frequenza Intermedia (IF), o in Banda Base (BB) A.A Sistemi di Telecomunicazione 4/23

5 Diversity di frequenza La diversity di frequenza puo essere definita come la trasmissione simultanea dello stesso segnale su due o piu frequenze radio che siano collocate nella stessa banda di frequenze A.A Sistemi di Telecomunicazione 5/23

6 Diversity di spazio La diversity di spazio si puo definire come la trasmissione simultanea dello stesso segnale, su un canale radio, utilizzando due o piu antenne per la ricezione e/o la trasmissione Per poter trasmettere e ricevere la stessa informazione da una sorgente ad una destinazione, sono usate due antenne spaziate ad una opportuna distanza. La spaziatura delle antenne nell array di trasmissione e di ricezione, deve essere scelta in modo tale che i singoli segnali siano incorrelati (cioe affetti da fading indipendente) Nella pratica non e possibile conseguire una decorrelazione ideale (o comunque forte) tra i segnali, ma cio non riduce l efficacia della tecnica Il diversity combining sfrutta il fatto che percorsi indipendenti seguiti dal segnale hanno una bassa probabilita di sperimentare lo stesso fading contemporaneamente. Cosi, l idea della diversity e quella di inviare lo stesso segnale su percorsi indipendenti affetti da fading; tali percorsi sono poi combinati in modo tale che il fading sul segnale risultante sia minore rispetto al fading che affligge ogni singolo segnale. Il combining e quindi applicato al ricevitore Selezionando l antenna che riceve il segnale piu forte (selection combining) si ottiene un segnale migliore di quello che si potrebbe avere usando una singola antenna A.A Sistemi di Telecomunicazione 6/23

7 Diversity di spazio - I Maximal-ratio combining: l uscita del combiner e una somma pesata degli ingressi, in cui i pesi applicati sono maggiori sui rami che forniscono un migliore SNR Migliore dal punto di vista di incremento delle prestazioni Richiede circuiti di equalizzazione in fase e di pesatura, nonche di somma dei segnali A.A Sistemi di Telecomunicazione 7/23

8 Diversity di spazio - II Equal-gain combining: applica lo stesso coefficiente di pesatura a tutti i rami ricevuti. Rispetto al MRC puo essere piu semplice da implementare perche non richiede la conoscenza del SNR di ogni ramo (che serve, in MRC, a determinare ogni singolo peso) Richiede circuiti di equalizzazione in fase nonche di somma dei segnali Le prestazioni dell EGC sono simili a quelle del MRC, tipicamente con meno di 1 db di penalizzazione in potenza, dovuta alla non ottima scelta dei coefficienti di pesatura MRC e EGC non sono diffusi per sistemi a microonde a causa della difficolta di realizzare l equalizzazione in fase con un aggancio di fase preciso e stabile in condizione di multipath a fase aleatoria rapidamente variabile A.A Sistemi di Telecomunicazione 8/23

9 Diversity di spazio - III Selection Viene selezionato il ramo di ricezione che presenta il livello di segnale piu elevato Oppure, viene selezionato il ramo che presenta BER inferiore Prestazioni solo leggermente inferiori alle due tecniche di combining ma minore difficolta circuitale A.A Sistemi di Telecomunicazione 9/23

10 Diversity di spazio - IV Selection richiede tanti ricevitori quanti sono i rami di diversity Selezione con switch, a soglia fissa o variabile, permette di usare un solo ricevitore A.A Sistemi di Telecomunicazione 10/23

11 Prestazioni Confronto in termini di BER media (in funzione di CIR) tra assenza di diversity e selection per GMSK in multipath urbano A.A Sistemi di Telecomunicazione 11/23

12 Equalizzazione a IF Si crea una funzione di trasferimento complementare a quella del canale affetto da fading selettivo Il controllo e eseguito da una logica a microprocessore che elabora le informazioni provenienti da un detector IF Si amplificano maggiormente le armoniche piu attenuate, mediante un amplificatore a guadagno non uniforme La curva di guadagno deve adattarsi alle condizioni di propagazione A.A Sistemi di Telecomunicazione 12/23

13 Equalizzazione a IF A.A Sistemi di Telecomunicazione 13/23

14 Equalizzazione a IF A.A Sistemi di Telecomunicazione 14/23

15 Equalizzazione a IF Spettro del segnale trasmesso uniforme Scrambling in Tx e descrambling in Rx A.A Sistemi di Telecomunicazione 15/23

16 Scrambling Riduce la probabilita di trasmissione di pattern ripetitivi A.A Sistemi di Telecomunicazione 16/23

17 Equalizzazione in banda base Inevitabilmente in banda base si riscontra un residuo di ISI a causa di una imperfetta equalizzazione a IF, ed ai filtri sagomatori Si effettua una stima nel dominio del tempo delle code degli impulsi che precedono o seguono quello sotto lettura, che danno origine all interferenza intersimbolo, al fine di annullarli o ridurli, all istante di decisione Filtri trasversali che azzerano i contributi di ISI A.A Sistemi di Telecomunicazione 17/23

18 Equalizzazione trasversale - I L ISI residua puo essere compensata mediante un filtro di equalizzazione tale che: H(f )H eq(f ) = ae j2πf τ, H eq(f ) = ae j2πf τ H(f ) La H eq(f ) puo essere approssimata mediante un fltro trasversale, calcolando i coefficienti del fltro come quelli di uno sviluppo in serie, ed accettando l errore residuo dovuto al troncamento della serie. Nel caso delle trasmissioni numeriche, siamo interessati ai soli valori negli istanti multipli del periodo di simbolo. Consideriamo un fltro trasversale con 2N + 1 coefficienti ed un ritardo totale 2ND. Si assume che la sagoma distorta di un impulso p(t) in ingresso all equalizzatore abbia un picco a t = 0 ed ISI su entrambi i lati. L impulso equalizzato di uscita e : p eq(t) = N n= N c n p(t nd ND) e campionandolo agli istanti t k = kd + ND otteniamo: p eq(t k ) = N n= N c n p(kd nd) = avendo adottato l abbreviazione p k n = p(kd nd). N n= N c n p k n A.A Sistemi di Telecomunicazione 18/23

19 Equalizzazione trasversale - II Il risultato prende quindi la forma di una convoluzione discreta. I 2N + 1 termini da cui dipende p eq(t k ) permettono di imporre le condizioni: che assicurano l assenza di ISI almeno nei confronti degli N simboli precedenti e successivi. I valori dei coefficienti c n capaci di soddisfare queste condizioni si ottengono risolvendo il sistema di 2N + 1 equazioni in 2N + 1 incognite espresso in forma matriciale come: Anche se il metodo non garantisce nulla per istanti esterni a ( ND, ND), e ottimo nel senso che minimizza l ISI di picco, ed e semplice da realizzare. La sua attuazione necessita che la trasmissione del messaggio informativo sia preceduta da quella di un impulso isolato di apprendimento. L operazione di combinazione di piu campioni ricevuti puo avere l effetto di aumentare la potenza di rumore, ma spesso il peggioramento di qualita e piu che compensato dal miglioramento dell ISI. A.A Sistemi di Telecomunicazione 19/23

20 Equalizzazione trasversale - III Si usano equalizzatori trasversali con elementi di ritardo pari al tempo di simbolo. Al variare della distorsione del canale l equalizzatore modifica la sua struttura (pesi del filtro) in modo da garantire l annullamento dell interferenza intersimbolo agli istanti di lettura degli impulsi. A.A Sistemi di Telecomunicazione 20/23

21 Esempio A.A Sistemi di Telecomunicazione 21/23

22 Aggiornamento dei parametri del filtro Uso di sequenze di training Retroazione sulla base della probabilita di errore A.A Sistemi di Telecomunicazione 22/23

23 OFDM In OFDM ogni singola portante viene modulata con una rate = R/num portanti Questo significa che, mentre impiegando una modulazione tradizionale si era in condizione di evanescenza selettiva, impiegando OFDM ogni singola sottobanda puo trovarsi in condizione di evanescenza piatta Non e piu necessario equalizzare In funzione del sistema considerato si agisce sulle singole sottobande indipendentemente A.A Sistemi di Telecomunicazione 23/23