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1

Sistemi wireless

Denominazione Sigla Frequenza "f"

Lunghezza d'onda

""frequenze

ultra basseULF

ultra low frequency0 - 3 Hz > 107 m

frequenze estremamente basse

ELF extremely low

frequency

3 Hz - 3 kHz 107 - 105 m

frequenze bassissime

VLF very low frequency

3 - 30 kHz 100 - 10 km

frequenze basse(onde lunghe)

LF low frequency

30 - 300 kHz 10 - 1 km

medie frequenze(onde medie)

MF medium frequency

300 kHz-3 MHz

1 km - 100 m

alte frequenze HF high frequency

3 -30 MHz 100 - 10 m

frequenze altissime(onde metriche o

ultracorte)

VHF very high frequency

30 - 300 MHz 10 - 1 m

microonde

onde decimetriche

UHF ultra high frequency

300 MHz-3 GHz

1 m - 10 cm

onde centimetriche

SHF super high frequency

3 - 30 GHz 10 - 1 cm

onde millimetriche

EHF extremely high

frequency

30 - 300 GHz 1 cm - 1 mm

Propagazione

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GPRS/UMTSD=decine di Km

R = centinaia di Kb/s

Wireless LANWLAN

Wide Area NetworkWAN

Campus(es. area limitata, aeroporto,

abitazione,..)

Personal areaPAN

Mobile LANWI-FI ( IEEE 802.11)D= centinaia di m o

qualcheKmR> 10 Mb/s

BluetoothR=1 Mb/sD

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Requisiti sistemi radiomobili

Copertura: garantire un livello di segnale accettabile in tutto il territorio

Capacit: possibilit di servire molti utenti Qualit: garantire paramteri di qualit della

comunicazione simili a quelli delle reti fisse Flessibilit: possibilit di accedere ai servizi della

rete fissa di interoperare con altri sistemiradiomobili concorrenti

Sistemi radiomobili

Lutilizzo dei sistemi radio per consentire le comunicazioni conutenti in movimento una delle applicazioni ipotizzate fin dai primi anni della storia delle radiocomunicazioni.

Il primo sistema per le comunicazioni radiomobili fu sperimentato a Detroit nel 1921 sulle macchine della polizia e utilizzava la banda di frequenze di 2 MHz.

I sistemi realizzati in questi anni utilizzavano collegamenti unidirezionali (dalla centrale verso la macchina); soltanto successivamente furono introdotti sistemi bidirezionali, che consentivano una comunicazione completa tra stazione mobile e centrale. Tutti questi sistemi di comunicazione mobili utilizzavano la modulazione dampiezza, che tuttavia consentiva di ottenere scarse prestazioni in un ambiente radiomobile.

4

Sistemi radiomobili Un passo importante nelle comunicazioni radio fu lintroduzione della

modulazione di frequenza (FM) nel 1935 da parte di E.H. Armstrong, che port alla realizzazione di sistemi con prestazioni migliori anche su canali disturbati come quello radiomobile.

Nel 1935 fu attivato il primo servizio commerciale di radiotelefonia pubblica, che operava nella banda dei 35 MHz.

Alla fine degli anni 40 vennero introdotti i sistemi radiomobili che si diffusero rapidamente sia nel campo militare, sia in numerose attivit civili, quali polizia, trasporti, vigili del fuoco. Questi sistemi utilizzavano un unico trasmettitore FM per coprire unarea ( tipicamente una citt) mediante ununica cella in modo analogo alle tecniche di tipo broadcasting.

Nello stesso tempo, lo spettro radio era utilizzato in modo inefficiente: infatti, ad ogni apparato mobile era assegnata direttamente una frequenza diversa al momento della sua immissione nella rete, per cui si arriv rapidamente a una saturazione delle bande di frequenzaassegnate alle comunicazioni radiomobili.

Sistemi radiomobili cellulari

Lo sviluppo dei sistemi radiomobili ha avuto un grosso impulso con lintroduzione delle tecniche cellulari.

Il concetto di rete cellulare fu introdotto nel 1947 presso i laboratori Bellda D. H. Ring

Il lavoro di Ring rimase per molti anni uno studio teorico; soltanto alla fine degli anni '70 iniziarono lo sviluppo e la sperimentazione di sistemiradiomobili cellulari. Le prime sperimentazioni furono realizzate a partire dal 1979 negli Stati Uniti e in Giappone.

Un altro passo importante nella direzione di un migliore sfruttamento dello spettro radio fu effettuato nel 1974 con lintroduzione del trunkingautomatico, cio lallocazione di un canale temporalmente limitata alla durata di ogni singola connessione e scelto fra un certo numero di canali; tale tecnica fu realizzata nellambito del sistema IMTS ( Improved Mobile Telephone Service).

5

Propagazione

Nello spazio libero la potenza diminuisce con la distanza al quadrato.

SISTEMI CELLULARI

Nei sistemi cellulari il territorio suddiviso in celle. Le celle reali hanno generalmente forme irregolari a causa di ostacoli. Le celle ideali hanno forma circolare. Nella rappresentazione classica si usa una forma esagonale per rappresentare le celle.

Celle Reali Celli Ideali Celle Fittizie

In ogni cella posizionata una stazione radio base (BTS=Base Terminal Station), che gestisce il traffico nellarea..

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COPERTURA CELLULARE

RIPARTIZIONE DEL TERRITORIO IN CLUSTER DI 7 CELLELe celle con lo stesso numero possono utilizzare le stesse

frequenze.

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3

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5

CLUSTER : insieme di N celle entro il quale vengono utilizzati tutti i C canali radio disponibili. Fattore di Riuso = D/R=(3N)1/2, dove R= raggio della cella e D distanza tra due celle con lo stesso

numero

Sistemi cellulari La dimensione delle celle pu variare a seconda delle

politiche del gestore e della natura dellarea da coprire. Le celle si dividono in: PICO-CELLE. R compreso tra 4 e 200 m MICRO-CELLE. R compreso tra 200 e 2000 m MACRO-CELLE. R compreso tra 1 e 30 km

7

Sistemi cellulari

Struttura cellulare

Ogni cella controllata da una stazione radio base.

8

Riuso delle frequenze

Geometria delle celle La struttura geometrica delle celle pu essere di vario tipo.

c c cR

R R

Area = 1.3R2 Area = 2R2 Area = 2.6R2

La struttura esagonale quella che viene generalmente utilizzata per la pianificazione.

9

Cell planning La pianificazione delle celle (cell planning) sul campo dovr tener conto

dell'ambiente in cui si colloca la cella, delle asperit del terreno, della conformazione morfologica e della disposizione di grandi strutture ed edifici.

esempio di pianificazione della copertura cellulare attraverso un software di simulazione.

Riuso delle frequenze La distanza di riuso, ovvero la minima distanza tra due celle che utilizzano le stesse

frequenze. Si determina imponendo che il rapporto C/I (potenza del segnale utile su potenza del segnale interferente) non scenda al di sotto di una soglia prefissata.

Linsieme minimo di celle che fanno uso di tutta la capacit spettrale del sistema senza riuso di frequenza, viene detto cluster.

Esempio di riuso in un cluster di 7 celle

La dimensione del cluster un parametro di progetto molto importante:

se la dimensione del cluster elevata, si riduce la capacit del sistema (in quanto il numero di canali a disposizione in ogni cella limitato), mentre aumenta la qualit della connessione in termini di C/I poich maggiore la distanza tra le celle che utilizzano lo stesso gruppo di frequenze.

se la dimensione del cluster piccola. La scelta del cluster consiste, in definitiva, nella ricerca del miglior compromesso qualit/capacit per il sistema in esame.

Esempi Sistemi cellulari FM : C= 7 o 9 GSM : C=3 , 4 CDMA C=1 (le stesse frequenze sono utilizzate in

tutte le celle

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Antenne Antenne omnidirezionali: in ogni cella

si ha unantenna posta al centro

Antenne direttive: antenne a tre fasci ciascuno con apertura di 120 poste ai vertici dellideale struttura esagonale.

Si possono usare anche antenne a sei fasci (60) poste al centro della cella.

Antenne direttive

L'uso di antenne direttive per settorizzare le celle riduce l'interferenza fra celle che usano lo stesso canale perch ogni fascio dell'antenna "vede" solo l'interferenza prodotta da un terzo della rete.

In questo modo si pu ottenere un pi denso riuso della frequenza.

La settorizzazione meno costosa del cell splitting e non richiede la sostituzione della stazione base.

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Handover La procedura di handover consente ad un terminale mobile di spostarsi

dalla zona di copertura di una stazione radio a quella di unaltra mantenendo in piedi il servizio in corso

La realizzazione delle procedure di handover pu essere realizzata con due diverse procedure:

Hard handover Soft handover

Hard Handover Rappresenta il metodo attualmente pi utilizzato. Ogni SRB emette un segnale che la identifica e che permette ai terminali mobili di capire qual la miglior SRB cui collegarsi.

Quando la potenza del segnale "faro" emesso da una stazione SRB (ad esempio SRB2 nella figura) supera quella del faro della stazione a cui si collegati di una ce

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