Sistemi di Telecomunicazione

Sistemi di Telecomunicazione Progetto di collegamenti radio troposferici tra punti fissi Universita Politecnica delle Marche A.A. 2014-2015 A.A. 2014-2015 Sistemi di Telecomunicazione 1/29

Evoluzione dei collegamenti radio Fino ai primi anni 90 una parte della dorsale nazionale di TLC era realizzata in ponte radio Con gli anni 90 tutti i collegamenti a grande capacita e grande distanza sono migrati su fibra ottica Allo stato attuale i collegamenti radio troposferici trovano largo impiego laddove si richiede il trasferimento di una capacita limitata (n 2Mb/s, n 4) Link tra nodi della rete radiomobile Link in rete di accesso A.A. 2014-2015 Sistemi di Telecomunicazione 2/29

Problematiche progettuali La Banda di Coerenza per il canale radio troposferico tra punti fissi e stimata pari a 30 MHz Per la tipologia di collegamenti attualmente in uso si e quindi in condizione di attenuazione piatta Passi progettuali: 1 Studio della geometria del collegamento per evitare la presenza di ostacoli 2 Individuazione dei requisiti di qualita del collegamento 3 Determinazione dell attenuazione addizionale per cammini multipli 4 Determinazione dell attenuazione addizionale per fenomeni meteo 5 Determinazione del link budget A.A. 2014-2015 Sistemi di Telecomunicazione 3/29

Studio della geometria del collegamento: effetto di ostacoli A.A. 2014-2015 Sistemi di Telecomunicazione 4/29

Ellissoide di Fresnel Nella propagazione elettromagnetica occorre tenere conto dei fenomeni di diffrazione, che deviano nella zona in ombra le onde radio che transitano in prossimita di ostacoli. Pertanto, la determinazione dell orizzonte radio deve prevedere un margine di distanza H tra la congiungente tra le antenne ed il suolo, od un eventuale ostacolo. Il non intercettamento da parte di ostacoli del primo ellissoide di Fresnel (ovvero il verificarsi della condizione: r 1 < H) garantisce l assenza di punti di riflessione che producono repliche del segnale utile con differenza di percorso pari a λ/2. Qualora si determini la condizione H < r 1, il collegamento subisce una attenuazione supplementare che H aumenta al diminuire di, ed e maggiore per gli spigoli vivi, fino ad arrivare ad una r 1 decina di db. A.A. 2014-2015 Sistemi di Telecomunicazione 5/29

Individuazione dei requisiti di qualita del collegamento - I Il fenomeno multipath troposferico e causato dalla dinamicita della troposfera L evanescenza meteo e causata dall interazione delle formazioni meteorologiche con le onde elettromagnetiche L attenuazione addizionale indotta per cammini multipli o fenomeni meteo e studiabile solamente da un punto di vista statistico A.A. 2014-2015 Sistemi di Telecomunicazione 6/29

Individuazione dei requisiti di qualita del collegamento - II Vengono fissate delle soglie di BER che devono essere rispettate ma possono essere superate per una prefissata percentuale di tempo Esempio: requisito di disponibilita (ITU-R): BER< 10 3 BER> 10 3 per t = 0.01% del tempo A.A. 2014-2015 Sistemi di Telecomunicazione 7/29

Determinazione dell attenuazione addizionale per cammini multipli - I Studiando statisticamente il fenomeno multipath si perviene ad attribuire alla variabile aleatoria ampiezza di campo ricevuto una statistica di tipo Rayleigh A.A. 2014-2015 Sistemi di Telecomunicazione 8/29

Determinazione dell attenuazione addizionale per cammini multipli - II Per evanescenze profonde (> 10 db) e possibile utilizzare una relazione approssimata: A S e espresso in db p 0 e un coefficiente climatico P {A S > A S} = p 0 10 A S /10 p 0 = 1.4 10 8 f GHz d 3.5 km A.A. 2014-2015 Sistemi di Telecomunicazione 9/29

Determinazione dell attenuazione addizionale per fenomeni meteo Mappe di piovosita A.A. 2014-2015 Sistemi di Telecomunicazione 10/29

Tasso di piovosita superato per non piu dello 0.01% del tempo e fattore correttivo A.A. 2014-2015 Sistemi di Telecomunicazione 11/29

Determinazione dell attenuazione specifica per pioggia ITU-R P.837, ITU-R P.838 e ITU-R P.530.9 R: intensita di precipitazione (in mm/h); κ e σ: coefficienti da ricavare sperimentalmente, funzione della frequenza, della polarizzazione, e dell angolo di elevazione. L aleatorieta del fenomeno e insita nel fatto che R varia nel tempo e lungo il percorso, cioe la tratta radio. α = κr σ κ = κ H + κ V + (κ H κ V )cos 2 Θcos(2τ) 2 σ = κ Hα H + κ V α V + (κ H α H κ V α V )cos 2 Θcos(2τ) 2κ κ H = 0.0559 κ V = 0.0513 α K = 1.1265 α V = 1.0965 Θ e l angolo di elevazione tra le due antenne τ e l angolo relativo all orizzonte della polarizzazione considerata f = 18 GHz A.A. 2014-2015 Sistemi di Telecomunicazione 12/29

Metodo grafico per la determinazione dell attenuazione specifica per pioggia A.A. 2014-2015 Sistemi di Telecomunicazione 13/29

Calcolo dell attenuazione addizionale per pioggia Attenuazione superata per non piu dello 0.01% del tempo: A 001% = α L r L e la lunghezza della tratta radio r e un fattore correttivo che tiene conto della non uniformita del fenomeno meteo su tutta la tratta: r = (1 + 0.045 L) 1 A.A. 2014-2015 Sistemi di Telecomunicazione 14/29

Link budget - Margine di collegamento A.A. 2014-2015 Sistemi di Telecomunicazione 15/29

Schema a blocchi di un sistema radio troposferico A.A. 2014-2015 Sistemi di Telecomunicazione 16/29

Dati tecnici - I A.A. 2014-2015 Sistemi di Telecomunicazione 17/29

Dati tecnici - II A.A. 2014-2015 Sistemi di Telecomunicazione 18/29

Dati tecnici - III A.A. 2014-2015 Sistemi di Telecomunicazione 19/29

Dati tecnici - IV A.A. 2014-2015 Sistemi di Telecomunicazione 20/29

Procedura di sovradimensionamento Calcolo del rapporto E b /N0 corrispondente, per la modulazione utilizzata, alla desiderata BER di soglia Nota la rumorosita del ricevitore e la bit rate, calcolare la corrispondente potenza del segnale in ricezione P R = C (se e conosciuta si usa la sensibilita del ricevitore) Calcolare, in assenza di attenuazioni addizionali, le grandezze radioelettriche (P T, G T, G R ) Valutare l entita dell attenuazione addizionale introdotta per multipath o per fenomeni meteo per non piu della percentuale di tempo definita dalle specifiche di qualita ; delle due considerare la piu elevata A S Incrementare le grandezze radioelettriche precedentemente ricavate proprio di A S Questa operazione comporta un incremento di E b /N 0 proprio di A S e fa si che l attenuzione addizionale introdotta dal canale ci sposti il punto di lavoro (E b /N 0 ) sotto la soglia di BER per non piu della percentuale di tempo definita dalle specifiche di qualita A.A. 2014-2015 Sistemi di Telecomunicazione 21/29

Procedura di sovradimensionamento - I A.A. 2014-2015 Sistemi di Telecomunicazione 22/29

Procedura di sovradimensionamento - II A.A. 2014-2015 Sistemi di Telecomunicazione 23/29

Procedura di sovradimensionamento - III Determinazione della attenuazione specifica per pioggia α A.A. 2014-2015 Sistemi di Telecomunicazione 24/29

Procedura di verifica di soddisfacimento dei requisiti di qualita per un dato sistema radio Dalle specifiche del costruttore del sistema radio che voglio utilizzare conosco la sensibilita del ricevitore P r,min (corrispondente, per la modulazione utilizzata, alla desiderata BER di soglia) Conosco le altre caratteristiche del sistema (P T, G T, G R ) Note frequenza di lavoro e distanza determino la potenza ricevuta P r Determino il margine di sistema, pari alla differenza tra la potenza ricevuta e la sensibilita del ricevitore M = P r P r,min Valuto l entita dell attenuazione addizionale introdotta per multipath o per fenomeni meteo per non piu della percentuale di tempo definita dalle specifiche di qualita ; delle due considerare la piu elevata A S Confronto il margine M con questa A S ; se M > A S allora posso utilizzare questo sistema A.A. 2014-2015 Sistemi di Telecomunicazione 25/29

Procedura di verifica (d = 2.5 km) A.A. 2014-2015 Sistemi di Telecomunicazione 26/29