RF Planning PDF

Il termine RF Planning deriva dall’inglese e significa “PIANIFICAZIONE RADIO”. Progettare una rete wireless non è semplice. Occorre considerare il terreno, il clutter e eventuali ostacoli che bloccano la propagazione dei segnali ed inibiscono la copertura.


Ogni collegamento wireless di tipo Punto-Punto e Punto-Multipunto la effettiva velocità di linea dipende teoricamente da:

  • le caratteristiche tecniche degli apparati;
  • le distanze in gioco tra i punti da collegare;
  • le tecnologie utilizzate per la Qualità del Servizio (QoS).


Gli apparati HiperLAN implementano una modulazione adattiva. Il tipo di modulazione, cioè, varia a seconda delle condizioni del canale: se in ricezione arriva un segnale “forte” il sistema sceglie il tipo di modulazione più efficiente e può raggiungere un throughput di 54 Mbps; se il segnale in ricezione è “debole” il sistema adotta una modulazione più robusta (resistente agli errori), ma il throughput risultante è più basso.  Il valore del segnale in ricezione varia in base a parametri fissi (come la distanza tra trasmittente e ricevente, guadagno delle antenne in trasmissione e ricezione, attenuazione dei cavi) ed in base a parametri non valutabili a priori (come la presenza di piogge).


Inoltre l’analisi teorica non può essere tanto precisa da prevedere (soprattutto in ambito urbano) la presenza di attenuazioni dovute ai cammini multipli, per cui è prassi considerare nel Link Budget un margine di sicurezza chiamato “Fade Margin”.


Di seguito sono riportati i valori necessari in ricezione (Sensibilità del ricevitore) per avere una modulazione anziché un’altra e quindi un determinato Bit Rate, prendendo in considerazione i dati di targa degli apparti Townet.

Modulazioni

 

 Analisi Teorica

Alla base di un qualsiasi progetto wireless c’è sempre un Link Budget che, a partire dalle caratteristiche degli apparati, dall’ambiente di propagazione, e dalle specifiche di qualità richieste, serve a calcolare la quantità di potenza da trasmettere per raggiungere una determinata distanza, oppure – laddove la massima potenza da trasmettere è limitata – calcolare la massima distanza di copertura.

Lo schema di principio è di seguito riportato:

Link Budget grafico

dove:

  • PT [dBm] = potenza generata dal trasmettitore
  • LT [dB]    = attenuazione dovuta al cavo di trasmissione
  • GT [dBi]   = guadagno dell’antenna trasmittente
  • L  [dB]    = attenuazione nello spazio libero
  • GR [dBi]   = guadagno dell’antenna ricevente
  • LR [dB]    = attenuazione dovuta al cavo di ricezione
  • PR [dBm] = potenza consegnata al ricevitore
  • SR [dBm] = sensibilità del ricevitore

Equazione della trasmissione

rappresenta l’eq. della trasmissione.


La somma  PT [dBm] + GT [dB]  viene comunemente indicata EIRP (Effectively Isotropical Radiated Power), e secondo la normativa italiana, questo valore non deve superare 30 dBm (pari a 1 W).

Tenendo conto che

    Attenuazione nello spazio libero

l’eq. della trasmissione può essere riscritta come

Equazione delle trasmissioni riscritta

in cui si sono considerate trascurabili le perdite di attenuazione dovute ai cavi.

In realtà la propagazione è ulteriormente complicata dalla presenza degli ostacoli frapposti tra le antenne che ostruiscono la libera attenuazione. Inoltre la presenza di materiali vari può generare riflessioni, diffrazioni e “scattering” del segnale, generando il fenomeno dei cammini multipli.

Per tener conto di questo si introduce un Margine di Fading M 

Nei calcoli è uso comune utilizzare un Fade Margin = 10 dB.

Di seguito si riporta un esempio di Link Budget per un collegamento punto-punto che utilizza una frequenza di trasmissione di 5,5 GHz tra una Tx ed una Rx che utilizzano un’antenna di 26 dB. Come si può vedere, in queste condizioni il sistema si adatta sullo schema di modulazione 64QAM con un bit rate di 54 Mbps.

 

Link Budget tabellare

L’eq. della trasmissione può anche aiutarci a calcolare la massima distanza di collegamento per un determinato bit rate. Infatti risolvendo rispetto a d si ha:

 

Distanza

per cui, conoscendo per ogni livello di modulazione la PR minima, si può risalire alla d massima entro la quale si deve trovare il ricevitore affinché sia possibile avere una trasmissione con un determinato bit rate.

 

Simulazione Software

Per stabilire la fattibilità tecnica ci si può avvalere anche di software per la georeferenziazione dei siti in modo tale da avere chiare le distanze in gioco. In questo modo, conoscendo i limiti di copertura della tecnologia adottata si può effettuare solo nei casi applicabili una simulazione mediante software (ad. es. Radio Mobile). Tale software dispone di mappe di elevazione (DEM – Digital Elevation Model) con una risoluzione di 1 arc sec pari a 30 m, nonché di mappe geografiche (Map Quest) che possono essere fuse con quelle di elevazione. Attraverso questo strumento si ottiene una visione dettagliata del profilo e si può analizzare visivamente il tipo di collegamento.

L’analisi può essere approfondita successivamente attraverso lo strumento Radio Link andando a vedere, per ogni collegamento, l’occupazione della prima zona di Fresnel. Affinché un collegamento sia di tipo LOS occorre che la prima zona di Fresnel sia libera almeno per il 60%.

I parametri globali tipicamente utilizzati per definire l’ambiente di propagazione sono:

  • Surface refractivity = 301 N-units
  • Ground conductivity = 0.005 S/m
  • Relative ground permittivity = 15
  • Minimum Frequency = 5470 MHz
  • Maximum Frequency = 5725 MHz
  • Polarization = vertical

Andando poi ad inserire i parametri trasmessivi in gioco: potenza trasmessa, guadagno d’antenna in trasmissione, guadagno d’antenna in ricezione, sensibilità al ricevitore, perdite dovute ai cavi e altezza dell’antenna, il sistema calcola la perdita nello spazio libero e le perdite dovute alla riflessione e alla diffrazione (secondo il modello Longley-Rice), quindi calcola il Link Budget del collegamento in esame.

Il risultato è che per ogni collegamento si ha – con buona approssimazione – una predizione del comportamento reale.

1) Simulazione dei collegamenti geografici

Radio Mobile

2) Analisi di Fresnel

Radio Link

 3) Mappe di copertura

Mappe di copertura


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Obiettivo del Servizio di RF Planning è quello di fornire uno studio dettagliato per massimizzare la copertura e la capacità e minimizzare gli investimenti.