Lo Standard HIPERLAN 2: Prestazioni attuali e sviluppi futuri

Facoltà di ingegneria-Corso di Studi in ingegneria delle telecomunicazioni Lo standard HiperLan 2: Prestazioni attuali e sviluppi futuri
HiperlLAN 2 : prestazioni e possibili sviluppi
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Capi tol o 2
Stabi l i tà a gr ande di stanz a e i n c ondi z i oni e str e me
Intr oduz i one
Ai fi ni di c onsi de ra re l a possi bi l i t à di e st e nde re l a re t e Hi pe rl a n/ 2 i n va st e a re e
de l l a t e rra e i n di ve rse c ondi z i oni c l i m a t i c he spe sso ost i l i c om e ne l T e rz o
Mondo sono pa rt i t e num e rose ri c e rc he e i ni z i a t i ve . E ’ i n que st o c ont e st o c he
ri port o l ’e se m pi o di un proge t t o t ut t o i t a l i a no c onc e pi t o ne l 2006 a d ope ra
de l l ’i Xe m L a bs de l Pol i t e c ni c o di T ori no, c oi nvol ge ndo l ’Andre w srl una
de l l e a z i e nde l e a de r i n sol uz i oni ne l de si gn e c ost ruz i one di a nt e nne e sot t o l a
supe rvi si one de l Mi ni st e ro de l l e t e l e c om uni c a z i oni a ffi nc hé i l t ut t o a vve nga
ne l ri spe t t o de l l e l i c e nz e e de l l e norm e st a bi l i t e ne l pi a no re gol a t ore de l l e
fre que nz e .
T a l e proge t t o c hi a m a t o “ i Xe m R e c ord 2007” , pubbl i c a t a ne l l a ri vi st a [2] e si
ba sa e sse nz i a l m e nt e su t re punt i :
 T e st a re una re t e a l ungo ra ggi o (fi no a 300 Km )
 Pri vi l e gi a re c om pone nt i a ba sso c ost o
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Tale configurazione è privilegiata nelle politiche progettuali in America dove vi è interesse a
sviluppare e distribuire calcolatori di elevate prestazioni, in Europa la situazione è diametralmente
opposta.
 Moni t ora ggi o i n c ondi z i oni a m bi e nt a l i ost i l i (ba sse t e m pe ra t ure ,
pi ogge , sc a rsa vi si bi l i t à …)
2.1 Sc e l ta de l l a topol ogi a di r e te e z one ge ogr afi c he c oi nvol te
Se bbe ne l o st a nda rd Hi pe rl a n/ 2 c ont e m pl i si a l a c onfi gura z i one a d hoc si a a
st e l l a , pe r soddi sfa re l ’e si ge nz a di e c onom i a si è opt a t o pe r l a se c onda , i nfa t t i
l a t opol ogi a a d hoc offre m a ggi or fl e ssi bi l i t à , i n pra t i c a si può c onfi gura re una
re t e pra t i c a m e nt e ovunque , i l pre z z o c he si pa ga è que l l o c he i prot oc ol l i di
c om uni c a z i one sono ge st i t i da gl i st e ssi nodi t e rm i na l i ri c hi e de ndo e l e va t e
pre st a z i oni e qui ndi c ost i
2
; l a t opol ogi a a st e l l a i nve c e e sse ndo c e nt ra l i z z a t a
c onse nt e di a dope ra re c a l c ol a t ori non pa rt i c ol a rm e nt e pot e nt i e qui ndi pi ù
e c onom i c i . Il c e nt ro di t a l e st e l l a è si t ua t o a C a pa nna Ma rghe ri t a l oc a l i t à
Punt a Gni ffe t t i sul Mont e R osa a 4556 m sul l i ve l l o de l m a re . Da t a l e
post a z i one ve ngono ge st i t i 4 si t i t ra m i t e c ol l e ga m e nt i di t i po punt o-punt o, i
nom i e l e re l a t i ve i nform a z i oni orogra fi c he sono ri a ssunt i ne l l a T abe l l a 1.2 :
L oc a l i t à R e gi one Na z i one Al t i t udi ne Di st a nz a
da l c e nt ro
Arc e l l o E m i l i a
R om a gna
It a l i a 328 161,39
Va l l uga T i rol o Aust ri a 2811 227,51
Pol i t e c ni c o di T ori no Pi e m ont e It a l i a 190 97,70
Pi a n C a va l l a ro E m i l i a
R om a gna
It a l i a 1859
(m )
295,16
(Km )
T abe l l a 2.1: l oc al i t à c on ri spe t t i v e i nform azi oni [2]
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R i port i a m o i nol t re l a m a ppa di t a l i l uoghi t ra m i t e Googl e e art h i n c ui è
e vi de nz i a t o l o sc he m a di c onne ssi one :
F i gura 2.1: m appa de i l uoghi t ram i t e googl e e art h [2]
C om e si e vi nc e da i pa ra m e t ri 3 si t i sono l oc a l i z z a t i i n It a l i a ne l l e re gi oni de l
Pi e m ont e e d E m i l i a R om a gna , e sono i n si t ua z i one di L OS (vi si bi l i t à ),
i nfa t t i l e a l t e z z e sono i nfe ri ori a l Mont e R osa e se bbe ne Arc e l l o si a i n l i ne a
d’a ri a c on l a st a z i one c e nt ra l e e c on Pi a n C a va l l a ro è si t ua t a a d un’a l t e z z a di
gra n l unga i nfe ri ore (c i rc a 1000 m e t ri di di ffe re nz a ).
In que st i c ol l e ga m e nt i si può pe rò t e st a re l a robust e z z a a l l ’i nt e rfe re nz a .
Il si t o di Va l l uga i nve c e si t rova i n Aust ri a , l a t ra t t a c he l a se pa ra c on l a
st a z i one c e nt ra l e è si c ura m e nt e pi ù l i be ra da l l ’i nt e rfe re nz a m a a l c ont ra ri o
de gl i a l t ri nodi de l l a re t e ri sul t a pa rz i a l m e nt e ost rui t a ,e ssa a t t ra ve rsa i nfa t t i
buona pa rt e de l l a c a t e na a l pi na , que st o c ol l e ga m e nt o è qui ndi a da t t o a t e st a re
c ondi z i oni di sc a rsa vi si bi l i t à ( NL OS).
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2.2 Sc e l ta de l softwar e e har dwar e de i tr asme tti tor i
R i gua rdo l ’ hardw are e i l sof t w are ut i l i z z a t i pe r i t ra sm e t t i t ori i l c ri t e ri o di
sc e l t a c om e e spre sso ne l l e l i ne e gui da proge t t ua l i di c ui sopra è que l l o di
m i ni m i z z a re i c ost i . A t a l fi ne i l si st e m a ope ra t i vo non pot e va c he e sse re un
ope n sourc e di st ri bui t o da L i nux, i l De bi a n.
I dri v e rs di ge st i one de i prot oc ol l i di c om uni c a z i one sono ot t e nut i
se m pl i c e m e nt e m odi fi c a ndo st a nda rd gi à e si st e nt i IE E 802.11x/ IE E 802.16x) e
a da t t a ndol i a ge st i re c ol l e ga m e nt i a l ungo ra ggi o .
I t ra sm e t t i t ori sono a sse m bl a t i ut i l i z z a ndo c om pone nt i ri c i c l a t i e a ba sso c ost o.
I c hi pse t c ont e m pl a no i l si st e m a di t ra sm i ssi one OFDM de l l o st a nda rd
Hi pe rl a n/ 2 e sono di c a sa Ha t e ros (AR 5414), que st i pre se nt a no una ba ssa
se nsi bi l i t à i n ri c e z i one pe r i l dat arat e ri c hi e st o (da i -74 dB m pe r 54 Mb/ s a i -
94 dB m pe r 6 Mb/ s) a t t i a funz i ona re i n c a na l i di 20 Mhz e a l l e fre que nz e
de l l o st a nda rd Hi pe rl a n/ 2 (5.5-5.7 Ghz ).
2.3 Cal c ol o de l l e c ur ve di guadagno e r e l ati va sc e l ta de l l ’ante nna
A que st o punt o non c i re st a c he pa ssa re a l l a sc e l t a de l l ’a nt e nna a m i ni m o
gua da gno. Pe r fa re que st o pe r pri m a c osa dobbi a m o c onosc e re i l gua da gno
a ve ndo fi ssa t o i l ra ggi o di c ope rt ura a d un ra t e de si de ra t o. L a se nsi bi l i t à de l
ri c e vi t ore e i c orri sponde nt i rat e s di c hi a ra t i da i c ost rut t ori sono ri l e va bi l i da i
dat ashe e t s e ri port a t i i n T abe l l a 2.2 .
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Trasmettitore e ricevitore possono considerarsi fuochi di una famiglia di ellissoidi il cui raggio
n_simo si calcola con la seguente formula ���� =
���� 1 
�� 2
�� 1 
+��
2
, per n dispari i campi (componente diretta e
rifratta) si sommano costruttivamente,per n pari distruttivamente. In ogni caso se l’altezza degli
ostacoli superano la linea di vista il pathloss comincia a decadere bruscamente.
T abe l l a 2.2: dat i di se nsi bi l i t à [23]
ri c a va re l e c urve di gua da gno i n funz i one de l l a di st a nz a ut i l i z z i a m o
l ’e qua z i one de l c ol l e ga m e nt o (form ul a di Fri i s) va l i da i n c ondi z i oni di L OS e
ne l l o spa z i o l i be ro. R i c ordi a m o c he i l si t o di Va l l uga non può c onsi de ra rsi
propri o L OS e sse ndoc i l e c a t e ne a l pi ne , i n ogni c a so se l ’ost ruz i one non
i nt a c c a pi ù de l 60% de l pri m o e l l i ssoi de di Fre sne l l , c on buona
a pprossi m a z i one i l m ode l l o è a nc ora va l i do
3
.
F i gura 2.2: zona quasi NL OS [19]
Se nsi bi l i t à (dB m ) R a t e (Mb/ s)
-74 54
-77 48
-83 36
-86 24
-90 18
-91 12
-93 9
-94 6
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In a ggi unt a a que st o ne l l ’e qua z i one de l c ol l e ga m e nt o dovre m m o c onsi de ra re
c he l a pot e nz a i rra di a t a da l l e a nt e nne subi sc e de l l e pe rdi t e di c i rc a 6 dB se :
 R a ddoppi a l a fre que nz a
 R a ddoppi a l a di st a nz a t ra l e a nt e nne
T a l i pe rdi t e sono i n ge ne re i ndi c a t e c on FSL (Fre e Spa c e L oss) e d a um e nt a no
ne l l a propa ga z i one t e rre st re e di pe ndono da l l a pre se nz a de l l ’a t m osfe ra e de l
suol o,que st i i nfa t t i produc ono de i fe nom e ni c he possono i nfl ue nz a re i l
c ol l e ga m e nt o. T a l i a nom a l i e di pe ndono pri nc i pa l m e nt e da l l a :
 fre que nz a
 di st a nz a t ra l e a nt e nne
 c ondi z i oni c l i m a t i c he e m e t e orol ogi c he
 c a ra t t e ri st i c he de l suol o
Inol t re pot re bbe e sse re ri l e va t a una qua l c he m i sura di di st orsi one . T ra i va ri
e ffe t t i bi sogna se gna l a re c he l a pot e nz a ri c e vut a non è fi ssa m a osc i l l a a t t orno
a un va l or m e di o. Que st o a c a usa de l fa t t o c he i c a m pi non gi ungono a l
ri c e vi t ore sol o l ungo l a l i ne a di vi st a m a c om e som m a di c om pone nt i c he
prove ngono da pe rc orsi m ul t i pl i i nc ont ra ndo ost a c ol i e d e sse ndo c oi nvol t i ne i
be n not i fe nom e ni di ri fl e ssi one ri fra z i one e sc at t e ri ng ( mul t i pat h f adi ng ).
Pe r t e ne re c ont o di que st o si proge t t a i l c ol l e ga m e nt o c on un m a rgi ne ( f adi ng
margi n ) c he a ndrà a d i nna l z a re l a se nsi bi l i t à de l ri c e vi t ore m a c he i m pe di rà i l
ve ri fi c a rsi di c ondi z i oni di bl a c kout ossi a qua ndo l a pot e nz a ri c e vut a si
a bba ssa a l di sot t o di una sogl i a c osi c he l a proba bi l i t à di bl a c kout è da t a da :
Prob ���������������� = �������� ���� < ����ℎ = �������� ������ > ���� Dove PR = pot e nz a ri c e vut a , Pt h = pot e nz a di sogl i a , Adl = addi c i onal l osse s :
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F i gura 2.3: fl ut t uazi oni di pot e nza ri c e v ut a[13]
A que st o punt o ri pre ndi a m o l a form ul a de l l o spa z i o l i be ro c he va l e a l l ’i nt e rno
de l m a rgi ne di fa di ng c on buona a pprossi m a z i one
�� �� =
�� ���� 2
�� �� �� �� �� �� dove �� è l a l unghe z z a d’onda , �� �� e �� �� sono l a pot e nz a ri c e vut a e t ra sm e ssa e
�� �� ,��
�� i gua da gni de l l e a nt e nne , r è l a di st a nz a : .
Pa ssa ndo a i de c i be l :
�� ��(������)
= �������� ������ + �� ��(������)
+ 20������
�� 4����
ne l nost ro c a so �� =
�� �� −
3��10
8
55��10
8
= 0,054��
E IR P= 10l og �� �� �� �� = 30 dB m
Sost i t ue ndo i nfi ne i va l ori di se nsi bi l i t à i n l uogo di �� �� ri c a vi a m o l e c urve di
gua da gno i n funz i one de l l a di st a nz a pe r dat arat e fi ssa t o:
P r opagaz i one
nor mal e
P ote nz a r i c e vuta
Sogl i a
M ar gi ne
di F adi ng
B l ac kout
T e mpo