Analisi prestazionale di sistemi di accesso radio fisso a larga banda di nuova generazione operanti in condizioni di non visibilità
Autore
Simona Morrone - Università degli Studi di Roma La Sapienza - [2003-04]
Documenti
Abstract
Nel panorama delle telecomunicazioni degli ultimi anni si è verificata una rapida evoluzione dei servizi e delle infrastrutture di rete legata ai mutamenti del mercato e allo sviluppo di nuove tecnologie.
In questo contesto di crescente livello competitivo del mercato, uno degli obiettivi principali è individuare nuove soluzioni efficienti e a basso costo per accelerare il processo di diffusione della larga banda. I sistemi radio rappresentano un'interessante soluzione per fornire l'accesso all'infrastruttura di rete a larga banda in modo complementare od in alcuni casi in modo alternativo ai sistemi cablati od in fibra (sistemi wired). A differenza, infatti, dei sistemi "wired", le soluzioni "wireless" godono di alcuni interessanti vantaggi. Per citare alcuni esempi, i sistemi radio consentono di ridurre gli alti costi ed i ritardi necessari per posare nuove fibre o per nuove reti cablate, consentono di fornire servizi a larga banda anche ad utenti disposti in aree rurali o suburbane non raggiunte da sistemi "wired" o dove sono presenti barriere architetturali, inoltre consentono all'operatore di fornire rapidamente un nuovo accesso ed avere quindi un ritorno rapido dei costi per l'infrastruttura. Infine tali sistemi rappresentano un'interessantissima soluzione, non solo per l'accesso a larga banda, ma anche come rete di giunzione (backhaul) per sistemi cellulari 2G/3G e sistemi WLAN.
Una delle problematiche da risolvere inerenti i sistemi di accesso radio consiste nella difficoltà di installazione del terminale di utente. Infatti, le soluzioni attuali per l'accesso radio fisso sono basate sull'esistenza di un collegamento in visibilità tra il terminale di utente e la stazione base e sull'utilizzo dal lato utente di antenne direzionali ad alto guadagno. Mantenere condizioni di visibilità e usare antenne molto direzionali sono soluzioni per proteggere il collegamento radio da sorgenti di interferenza che non si è in grado di affrontare (dovute alla natura selettiva in frequenza del canale radio). Allo stesso tempo, però, la realizzazione di condizioni di visibilità implica limiti inaccettabili per la scalabilità ed ubiquità della tecnologia. Basti pensare che in un tipico scenario urbano o suburbano solamente il 30\% degli utenti si trova in condizioni di visibilità con la stazione base e per ottenerla sono necessari tempi lunghi per l'installazione del terminale, che deve essere fatta da professionisti.
Per rimuovere la necessità di realizzare condizioni di visibilità, riducendo così notevolmente i costi di installazione, bisogna anzitutto fare in modo che i sistemi radio lavorino a basse frequenze (2-11 GHz), poiché a frequenze più alte la misura ridotta della zona di Fresnel induce a mantenere la visibilità tra le antenne.
Dopodiché è necessario adottare degli accorgimenti nello strato fisico per superare i problemi dovuti alla propagazione a cammini multipli che caratterizza il canale radio in caso di non visibilità.
Innanzitutto va utilizzato uno schema di modulazione che sia robusto nei confronti del delay spread del canale, come ad esempio la modulazione OFDM. Inoltre, per aumentare la capacità e l'affidabilità del sistema, vengono adottate tecnologie multi-antenna e la modulazione adattativa che adatta il rate di dati dell'utente alle condizioni del canale.
Negli ultimi anni sono nati diversi progetti orientati alla preparazione di standard di riferimento per tali sistemi, uno dei più significativi è quello sviluppato dall'Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), che ha portato alla pubblicazione dello standard 802.16.
Lo scopo dello stage svolto presso CoRiTeL (Consorzio di Ricerca sulle Telecomunicazioni) è stato quindi lo studio delle prestazioni di livello fisico di un sistema di accesso radio fisso a larga banda basato sullo standard IEEE 802.16a (aggiornamento della versione iniziale dell'802.16 per sistemi a bassa frequenza) che supporti tecniche OFDM multi-antenna e modulazione adattativa.
A questo proposito, tramite il tool software MATLAB (MATrix LABoratory) è stato implementato e simulato un modello di tale sistema prendendo come riferimento i parametri definiti nello standard 802.16.
I risultati dell'analisi effettuata saranno inseriti nel Deliverable D19 “Simulations results verifying performance of the 5 GHz access System” del progetto europeo BROADWAN (BROADband services for everyone over fixed Wireless Access Networks) che si occupa di sviluppare soluzioni innovative di reti di accesso a larga banda.
In questo contesto di crescente livello competitivo del mercato, uno degli obiettivi principali è individuare nuove soluzioni efficienti e a basso costo per accelerare il processo di diffusione della larga banda. I sistemi radio rappresentano un'interessante soluzione per fornire l'accesso all'infrastruttura di rete a larga banda in modo complementare od in alcuni casi in modo alternativo ai sistemi cablati od in fibra (sistemi wired). A differenza, infatti, dei sistemi "wired", le soluzioni "wireless" godono di alcuni interessanti vantaggi. Per citare alcuni esempi, i sistemi radio consentono di ridurre gli alti costi ed i ritardi necessari per posare nuove fibre o per nuove reti cablate, consentono di fornire servizi a larga banda anche ad utenti disposti in aree rurali o suburbane non raggiunte da sistemi "wired" o dove sono presenti barriere architetturali, inoltre consentono all'operatore di fornire rapidamente un nuovo accesso ed avere quindi un ritorno rapido dei costi per l'infrastruttura. Infine tali sistemi rappresentano un'interessantissima soluzione, non solo per l'accesso a larga banda, ma anche come rete di giunzione (backhaul) per sistemi cellulari 2G/3G e sistemi WLAN.
Una delle problematiche da risolvere inerenti i sistemi di accesso radio consiste nella difficoltà di installazione del terminale di utente. Infatti, le soluzioni attuali per l'accesso radio fisso sono basate sull'esistenza di un collegamento in visibilità tra il terminale di utente e la stazione base e sull'utilizzo dal lato utente di antenne direzionali ad alto guadagno. Mantenere condizioni di visibilità e usare antenne molto direzionali sono soluzioni per proteggere il collegamento radio da sorgenti di interferenza che non si è in grado di affrontare (dovute alla natura selettiva in frequenza del canale radio). Allo stesso tempo, però, la realizzazione di condizioni di visibilità implica limiti inaccettabili per la scalabilità ed ubiquità della tecnologia. Basti pensare che in un tipico scenario urbano o suburbano solamente il 30\% degli utenti si trova in condizioni di visibilità con la stazione base e per ottenerla sono necessari tempi lunghi per l'installazione del terminale, che deve essere fatta da professionisti.
Per rimuovere la necessità di realizzare condizioni di visibilità, riducendo così notevolmente i costi di installazione, bisogna anzitutto fare in modo che i sistemi radio lavorino a basse frequenze (2-11 GHz), poiché a frequenze più alte la misura ridotta della zona di Fresnel induce a mantenere la visibilità tra le antenne.
Dopodiché è necessario adottare degli accorgimenti nello strato fisico per superare i problemi dovuti alla propagazione a cammini multipli che caratterizza il canale radio in caso di non visibilità.
Innanzitutto va utilizzato uno schema di modulazione che sia robusto nei confronti del delay spread del canale, come ad esempio la modulazione OFDM. Inoltre, per aumentare la capacità e l'affidabilità del sistema, vengono adottate tecnologie multi-antenna e la modulazione adattativa che adatta il rate di dati dell'utente alle condizioni del canale.
Negli ultimi anni sono nati diversi progetti orientati alla preparazione di standard di riferimento per tali sistemi, uno dei più significativi è quello sviluppato dall'Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), che ha portato alla pubblicazione dello standard 802.16.
Lo scopo dello stage svolto presso CoRiTeL (Consorzio di Ricerca sulle Telecomunicazioni) è stato quindi lo studio delle prestazioni di livello fisico di un sistema di accesso radio fisso a larga banda basato sullo standard IEEE 802.16a (aggiornamento della versione iniziale dell'802.16 per sistemi a bassa frequenza) che supporti tecniche OFDM multi-antenna e modulazione adattativa.
A questo proposito, tramite il tool software MATLAB (MATrix LABoratory) è stato implementato e simulato un modello di tale sistema prendendo come riferimento i parametri definiti nello standard 802.16.
I risultati dell'analisi effettuata saranno inseriti nel Deliverable D19 “Simulations results verifying performance of the 5 GHz access System” del progetto europeo BROADWAN (BROADband services for everyone over fixed Wireless Access Networks) che si occupa di sviluppare soluzioni innovative di reti di accesso a larga banda.
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