Appunti Communication Technologies (parte 4)

Trasmissioni

Non c'è sovrapposizione. In questa condizione reale i segnali possono facilmente superare il ricevitore; i ritardi, leggermente spostati nel tempo, dei diversi segnali arrivano a causa della propagazione. Anche se gli utenti trasmettono correttamente i segnali nello slot, al ricevitore possono sovrapporsi, causando interferenza.

Per ridurre questo problema, la base station implementa meccanismi di sincronizzazione. Invia agli utenti informazioni di misura dei ritardi di propagazione e gli utenti quindi possono:

• Anticipare la trasmissione.
• Oppure ritardarla.

Questo è importante perché i segnali arrivino nel momento corretto al ricevitore, particolarmente quando gli utenti sono molto distanti geograficamente e i ritardi di propagazione diventano più rilevanti.

Sincronizzazione TDMA e TBMA

Un altro problema dei sistemi TDMA è la sincronizzazione dei simboli, molto difficile. La durata di simbolo T è molto piccola e quindi anche un piccolo ritardo di propagazione può causare una sovrapposizione.

Per semplificare la sincronizzazione, TBMA utilizza la trasmissione burst-based: invece di trasmettere singoli simboli, i dati vengono raggruppati in burst. Un burst corrisponde a un pacchetto di bit composto da più simboli. La durata del frame burst è:

T_B = M T_s

Dove:

• T_s: durata del simbolo.
• M: numero di bit del pacchetto.

In questo modo i ritardi di propagazione, confrontati con T_B invece che con T_s, rendono la sincronizzazione molto più semplice.

Tuttavia, anche la trasmissione burst può verificarsi con una piccola sovrapposizione. Per ridurre ancora il problema, si introduce un guard interval, indicato con T_g.

Il guard interval è uno spazio temporale vuoto inserito tra due burst consecutivi. Ogni burst occupa un intervallo T_B e un intervallo vuoto T_g viene inserito tra due burst consecutivi. Questo piccolo intervallo evita che i burst si sovrappongano in presenza di errori di sincronizzazione.

In generale, la grandezza del guard interval migliora la sincronizzazione della rete, ma spreca risorse perché aumenta la durata totale del frame.

CDMA

Nel CDMA (Code Division Multiple Access), un'altra tecnica di accesso multiplo, tutti gli utenti trasmettono nello stesso intervallo di tempo sulla stessa banda di frequenza. La separazione tra utenti avviene tramite spreading code, dove ogni utente moltiplica il proprio segnale per un codice specifico detto signature code.

Come anche nel TDMA, supponiamo che gli utenti CDMA possano avere diversi ritardi di propagazione. Possiamo avere due segnali s₁(t) e s₂(t):

s₁(t) ∞@ “received☆T Dot 또 ~~~; Salt)的 ~簒 received1份, \1T : 3限t 널 iEh言

Dopo i diversi ritardi di propagazione, essi arrivano tra loro ritardati e se la differenza soddisfa:

T/4 < [gT_gt =

Dove N è il numero di utenti e T è il simbolo. Poiché i segnali CDMA possono sovrapporsi in condizioni asincrone, i codici non risultano perfettamente ortogonali e si genera interferenza.

Per analizzare l'interferenza si definiscono due quantità fondamentali:

• Cross-correlazione: misura la somiglianza tra i segnali di utenti diversi, s_ult e m x.
• Autocorrelazione: misura la somiglianza tra un segnale e una sua versione ritardata, se S_enten(t) 1)dt.

In condizioni ideali, nel CDMA la cross-correlazione tra codici ortogonali dovrebbe essere zero. In CDMA asincrono questo però non accade e si genera interferenza tra utenti.

Gold codes e rumore

Per ridurre questo problema si utilizzano i Gold codes, codici pseudo-random (PRN), come co., dici. Hanno proprietà simili al rumore. Presentano una densità spettrale di potenza quasi piatta. Sono generati tramite algoritmi deterministici.

Grazie alla loro pseudo-casualità, l'interferenza tra utenti si comporta come rumore gaussiano bianco (AWGN).

Il segnale ricevuto dall'utente ha uno spettro piatto a causa dello spreading, in H_m/f)". Il canale introduce però attenuazione in frequenza, dove H_m/f) è la risposta del canale. L'area sotto lo spettro rappresenta la potenza ricevuta.

Problema near-far e power control

Tuttavia, alla base station arrivano tutti i segnali degli utenti, il rumore del canale. Se tutti gli utenti trasmettessero con la stessa potenza alla base station, quelli più vicini darebbero un segnale molto più forte.

Questo è chiamato problema near-far. Per evitarlo si usa il power control, ovvero gli utenti lontani trasmettono con potenza maggiore, mentre quelli vicini trasmettono con potenza minore, in modo che alla base station la potenza ricevuta sia circa la stessa per tutti.

Al ricevitore il segnale desiderato viene estratto moltiplicando il segnale ricevuto per il codice dell'utente. Tuttavia resta ancora l'interferenza generata dagli altri utenti, il rumore del canale.

Questa interferenza è chiamata Multiple Access Interference (MAI). Quando il numero di utenti MAI è grande, tende a comportarsi come rumore gaussiano.

GPS e CDMA

Un esempio di reale utilizzo del CDMA è il GPS. Ogni satellite trasmette:

• I parametri dell'orbita.
• Il tempo di trasmissione.

Il ricevitore misura il ritardo di propagazione:

T_i Transmitted + E = T_actual -

Moltiplicando il ritardo per la velocità della luce si ottiene la distanza dal satellite.

• 3 satelliti: posizione in 2D.
• 4 satelliti: posizione in 3D e sincronizzazione dell'orologio.

dy~ C Tz= . da 12 a C .=□~dg tC= .

Dunque, misurando il ritardo del segnale tra satellite e ricevitore, si può ricavare la distanza. Ogni satellite definisce una possibile posizione; in pratica più intersezioni si ottengono in una zona piccola, dove queste informazioni coincidono. La posizione reale viene stimata come una zona sempre più piccola.

Quindi: più satelliti, più precisione. Si riduce l'errore E. Questo sistema serve anche per correggere l'errore dell'orologio del ricevitore e sincronizzare correttamente tempo e posizione.

Sincronizzazione con Gold codes

I Gold codes servono per sincronizzare il ricevitore con il trasmettitore. Quando il ricevitore trova il picco di autocorrelazione del codice trasmesso e il timing corretto, capisce di riuscire così ad allinearsi al codice di spreading.

I Gold codes usati nelle reti per trasmettere dati, mentre nelle reti 3G si usano 56 e 46, non perché fare la rete efficienti, tuttavia quel tipo di sistema può