Wireless Communication and Navigation Systems

WIRELESS COMMUNICATION - PROGRAMMA

1. INTRODUZIONE
   • modulazioni 1
   • antenne 2
2. CANALI RADIOMOBILE 3
   • risposta impulsi freq canale radio 3/4
   • valutazione attenuazione (modelli) 4
   • doppler 6
   • multipath delay spread 6
   • limite di copertura 6
   • outage probability 7
   • cell coverage area 7
   • channel effect 8
3. OFDM 8
4. OFDM W/IFFT/FFT 10
   • OFDMA 11
5. DVB-T 11
6. RETI WIRELESS SU INFRASTRUTTURE DI COMUNICAZIONE 12
7. LTE 14
8. 5G 14
   • f- OFDM 14
   • numerology 15
   • mmwave challenges 15
   • MIMO 15
   • beamforming 16
   • 5G Architecture 17
   • beamforming antenne e DOA 17
9. LPWAN 18
   • sigfox e Lora 18
   • NG IOT 19
   • lora 19
10. SATELLITI 20
    • GEO 21
    • LEO 21
    • MEO 21
    • Link Budget 22
    • DVB-S 23
11. GPS 23
    • segnale 24
    • cause di errore 24
    • Galileo 25
12. RADAR A IMPULSI 25
13. RADAR mmWave FMCW 27

WIRELESS COMMUNICATION

INTRODUZIONE

TELECOMUNICAZIONI = comunicazioni a distanza tramite mezzo fisico che supporta la propagazione di onde EM.

S²(t) informazione S₀c(t) portante che modifica le caratteristiche del segnale

R = 1/Tᵦ [ bits/s ] rate. T tempo di un bit.

Elementi costitutivi di una rete (scambio di informazione):

• Nodi terminali: Tx, Rx
• Nodi di transito
• Link di comunicazione
• Protocolli di Comunicazione

INTERNET: nodi = router/switch, rame come rete di accesso, fibra nelle reti di comunicazioni.

Collegamenti radio = punto di accesso collegato a Internet Access Point (AP) per interconnessione ad altre reti cablate.

MODULAZIONI NUMERICHE

Collegamenti Access Point - Server - Switch e Gateway che veicolano l'informazione lungo un percorso.

MODULAZIONE: il segnale di informazione adeguato al mezzo trasmissivo.

• Transmission: adatta +/- segnale direttamente applicato al mezzo trasmissivo;
• IN BANDA PASSANTE = segnale che deve essere opportunamente adattato al canale.

Le modulazioni con segnale adattato per combattere le distorsioni, ridurre l'effetto del rumore termico ad evitare la sovrapposizione spettrale.

Per essere trasmesso in banda passante il segnale viene appoggiato ad una caratteristica del segnale di portante: ASK, FSK, PSK.

3 modulazioni base:

S₀c(t) = A cos(ω₀t + φ)

La modulazione invade (QAM):

La portante mod. è presente a liv. logico 1, è nulla a liv. basso.

Spettro di S infinito e aperto a un sec. centrato su f = f₀:

Smod(f) = S₀c(f) = 1/2 [ δ(f-f₀) + δ(f+f₀) ]

Demodulaz. coerente: ottenere S da Smod moltiplicando per la stessa portante di Tx ed estrazione banda base col filtro passa basso.

St(t) = S(t) cos(ω₀t) + SRx

S'(t) = S(t) cos²(ω₀t) + S_Rx

In generale SRx(t) = Smod(t) e causa del rumore.

Canale Radiomobile

Connessione alle rete in modulazioni wireless a punto di accesso.

Radioonde: irradia potenza downlink = potenza ricevuta.

Raggio di copertura: distanza fino a cui il terminale riesce a connettersi.

dT > Pr = rapporto segnale rumore -> BERT

Nella ricezione del rumore entra in un limite superiore del BER tollerabile dal costruito di lavorare in modo conforme con la coppia di codici.

Sensibilità Ricevitore: potenza da presentare a Rx affinché l'edificio entri decisamente. Pr > Sensibilità.

Se sopra la copia di sensibilità: codice riescono a correggere -> va garantita una Pr minimo e ci compete usare dmiLog.

Se d > d2 la potenza obbl betaling > Pr = LpT auunque 6dBB per gran raddoppio all'aumento.

Requisiti Radiomobile (5G): continuità spaziale di servizio > radioronde pulsar & attivare che sparirà quando richiami il volume (3 dritti via in raddoppio del v).

Se il raddoppio Pr quadruplica = problema la connessione è bidirezionale & quadruplica cede la Pr. Infatti, do radioronde che sono video [& batteria e Campà radioronde] (l'inchio di superare SAR).

Condizioni Reali: regolare tra Pr e di costruzione e le autorità di comunicazione costruire.

La natura del canale radio elasticamente approvabile, delle frequenza elevata, della velocità del terminale volume, alcune opzioni alternative e al loro fashion dinamicità.

Caratterizzazione accerta del codice tutto annientate a esibire e modelli nel moderato e risolvibile (& per uso stima delle copertine del regolare e per determinare l’ultima locazione.

Propagazione aperi aree: & area indoor & urbane.

LoS (percorso autentico e più corta tra Rx e Tx bloccato da ostacoli)

non LoS (nLoS) > obstructed LoS (oLoS).

nLoS complica la prop. del segnale profondo da molteplici > au percorsi, indotti convivze potenze che superiori e delle unità che ne percorre, dopo ostacolo che intiene (sottratte), dall'ambiente e delle porzioni degli oggetti tra Rx e Tx.

Il cenere varatorio e RX Multitpath delay stratae che influevia la nucivone due Lodn (il fascie che arriva attraverso molteplici percorsi una con un tempo efferente).

Tra unitele e AP negativo dell'interferenza con più oggetti, le degradie che arriva. > Le sovrapposizione

La radiofrequenza dello spirare sulle carrozze: proprio segnale au antidipulato.

f base < 500MHz livello inferiore radio la perdita di Pr > che non sono inferno per il tereno a banda e live lungo e le con attenne modo positibile per diminuitivo au loro locale. La depcazione.

- f alte (quanto GHz): banda lounge e tx sufficientare la loro povere anaforga copertura cittadine.

Pertinencioso oggetto: quantità di attrezze Pr a Rx coluporto ad efficicia. La deprozione ha e che attorgora efficacia. Sostutinite [perdere potenza del capitale nel primo emoro substrate di maggiore perdita necessità provinciale attraverso quarti accelli].

Small scale propagation model

Caratterizzano la veloce variazione della potenza del segnale su piccola distanza o piccola durata temporale.

Small scale fast fading o short term fading o multipath fading - dovuto a riflessioni o multipath da diversi altri trasmettitori od oggetti locali.

Pdf per l'ampiezza del segnale a livelli consistenti alla pot. media locale -> RAYLEIGH

f_r(r | p₀) = (r / p₀)exp(- r²/ 2p₀ ) 0 ≤ r ≤ ∞

=0 r<0

è gaussiane nel modello dello variabile aleatoria . Descrive la conduzione di multipath data da sovrapposizione di contributi di ciascun NLOS.

Parameter: Rayleigh

E(r) = ∫₀^∞f_r(r)dr = √(π/ 2)p₀

σ² = E ((r²) - [E((r))²]

= (1- π/ 2 ) p₀

La pdf potenza istantanea : Φ_p (p | p₀) = (1/p₀ )exp(- p/ p₀ )

Se i mezzi sono ben distanziati, ci sarà un pattern di max e min fisso spazialmente. È finché la media di segnale dominante è stazionaria (non fading). In questo caso il modello è dato dalla distribuzione di Rician (se c'è LOS).

f_r(r | p₀ ) = (r / p₀²) exp( r² + a² / 2p₀ ) I₀( ra / p₀) S>0,r>0

=0 r<0

Se segue Tx da nodobso di antenna nella prop.?

• PATH LOSS: d / f -> area di copertura

• SHADOWING: variabilità descrivibile come lognormale

• MULTIPATH: distorsione dello spettro -> deformato del segnale

[effetti path: in

freq.]

L'effetto di multipath e shadowing pesa in BER a causa del rapporto segnale rumore. Se è troppo basso si può chiave per MA se lo spettro è deformato si deve intervenire sulla forma perché l'amplificare un segnale delaminato non ha benefici (ISI rumore).