ANALISI SPERIMENTALE PER LA VALUTAZIONE DELL ......Paperino Prof. Paperinik Correlatori Ing....

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UNIVERSITA’ “LA SAPIENZA” DI ROMA FACOLTA’ DI INGEGNERIA Corso di laurea in Ingegneria Elettronica N.O. ANALISI SPERIMENTALE PER LA VALUTAZIONE DELL’INTERFERENZA PRODOTTA SUI CANALI TELEVISIVI DAI SEGNALI WLAN OPERANTI IN BANDA UHF Laureando Relatore Paperino Prof. Paperinik Correlatori Ing. Superpippo Dott. Quiquoqua Anno accademico 20XXX-20YYY

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UNIVERSITA’ “LA SAPIENZA” DI ROMA

FACOLTA’ DI INGEGNERIA

Corso di laurea in Ingegneria Elettronica N.O.

    

 

ANALISI SPERIMENTALE PER LA VALUTAZIONE

DELL’INTERFERENZA PRODOTTA SUI CANALI

TELEVISIVI DAI SEGNALI WLAN OPERANTI IN BANDA UHF

Laureando Relatore

Paperino Prof. Paperinik

Correlatori

Ing. Superpippo

Dott. Quiquoqua

Anno accademico 20XXX-20YYY

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INDICE

Introduzione……………………………………………………………………………………………………1

1. Uso della banda UHF: 470 – 862 MHz………………………………………………………………. 2

1.1 Transizione dal sistema analogico al sistema digitale per il segnale TV……………………………...2

1.1.1 Il digital dividend……………………………………………………………………………………...3

1.1.2 White spaces…………………………………………………………………………………………….4

2. Le tecnologie radio di riferimento nella banda UHF………………………………………………….6

2.1 DVB-T…………………………………………………………………………………………………6

2.2 LTE……………………………………………………………………………………………………7

2.3 WLAN…………………………………………………………………………………………………8

3. Descrizione del contesto sperimentale……………………………………………………………….10

3.1 Analisi degli scenari interferenziali………………………………………………………………….10

3.2 Approccio utilizzato per il calcolo dell’interferenza…………………………………………………11

3.3 Sistema interferente (WLAN)………………………………………………………………………..17

3.4 Sistema vittima (DVB-T)…………………………………………………………………………….21

3.5 Casi sperimentali analizzati…………………………………………………………………………..21

4. Risultati sperimentali…………………………………………………………………………………23

4.1 Situazione sperimentale 1: protection ratio usando la maschera 802.11-2007 da 5MHz……………23

4.2 Situazione sperimentale 2: protection ratio usando la maschera 802.11-2007 da 10MHz…………..24

4.3 Situazione sperimentale 3: protection ratio usando la maschera 802.11-2007 da 20MHz…………..26

4.4 Situazione sperimentale 4: protection ratio usando la maschera 802.11A da 20MHz……………….27

4.5 Situazione sperimentale 5: protection ratio usando la maschera 802.11B da 20MHz……………….29

4.6 Situazione sperimentale 6: distanza di protezione usando la maschera 802.11-2007 da 5MHz……30

4.7 Situazione sperimentale 7: distanza di protezione usando la maschera 802.11-2007 da 10MHz…...32

4.8 Situazione sperimentale 8: distanza di protezione usando la maschera 802.11-2007 da 20MHz…...34

4.9 Situazione sperimentale 9: distanza di protezione usando la maschera 802.11A da 20MHz……….35

4.10 Situazione sperimentale 10: distanza di protezione usando la maschera 802.11B da 20MHz……...36

5. Conclusioni…………………………………………………………………………………………...38

Appendice…………………………………………………………………………………………………….40

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Riferimenti……………………………………………………………………………………………………50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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INTRODUZIONE 

Nel 2012 il processo di transizione dalle trasmissioni TV analgiche a quelle digitali cominciato nel 2003 in Italia, sarà portato a termine. Grazie ad esso si avranno diversi vantaggi, tra i quali ad esempio una maggiore qualità dell’immagine e dell’audio e l’occupazione di banda minore rispetto al segnale analogico. Le porzioni di spettro non occupate dai segnali TV nella banda UHF(Ultra High Frequency), compresa tra i 470 e i 862 MHz, saranno usate per trasmettere segnali diversi da quello televisivo: nelle frequenze comprese tra i 790 e 862 MHz saranno trasmessi segnali LTE(Long Term Evolution), mentre nella banda compresa tra 470 e 790 MHz, i segnali di reti WLAN(Wireless Local Area Network), che andranno ad occupare i cosiddetti white spaces.

In questo contesto si inserisce il lavoro svolto in questa tesi. Infatti l’oggetto di studio di questo documento è l’interferenza causata dalle reti WLAN ai danni del segnale TV digitale. L’interferenza è stata quantificata attraverso l’utilizzo di due parametri calcolati in ambiente MATLAB: il protection ratio e la distanza di protezione.

Nel primo capitolo si parlerà della transizione analogico-digitale, del digital dividend e degli white spaces, mentre nel secondo verranno analizzati i segnali che occupano la banda UHF. Nel terzo capitolo verrà esposto in che modo sono state svolte le simulazioni con MATLAB, per il calcolo del protection ratio e della distanza di protezione, i cui risultati verranno presentati nel quarto capitolo. Nel quinto capitolo, infine, verranno tratte le conclusioni dal lavoro di tesi.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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1 USO DELLA BANDA UHF:470-862MHz

In questo capitolo verrà esposto come verranno utilizzate le frequenze della banda UHF. Nella prima parte verrà trattata la questione dello switch-off(spegnimento), cioè la transizione dai segnali televisivi analogici a quelli digitali, nella seconda si parlerà del digital dividend(dividendo digitale), cioè delle frequenze che verranno liberate grazie allo switch-off, nella terza infine verrà approfondito il concetto di white space(spazio bianco).

1.1 Transizione dal sistema analogico al sistema digitale per il segnale TV

La transizione dal sistema TV analogico al sistema TV digitale è il processo che permette di passare da trasmissioni TV in formato analogico a trasmissioni TV in formato digitale. Questo processo è stato già affrontato sia per la televisione satellitare che per quella via cavo, che però non ha suscitato lo stesso interesse della transizione che riguarda la televisione terrestre in quanto le altre due tipologie prima menzionate sono meno diffuse e nella maggior parte dei casi all’utente è stato direttamente fornito il ricevitore adatto a captare i segnali digitali. Invece la transizione dei segnali TV terrestri ha ricevuto maggior interesse perché, oltre ad essere la tipologia di segnale TV più usata, i ricevitori digitali dovevano essere acquistati dall’utente ed inoltre non è possibile una convivenza tra le due tipologie di segnale,a causa delle poche frequenze disponibili. In Italia ,come nella maggior parte dei paesi europei,la data dello spegnimento della TV analogica terrestre è fissata per il 12 dicembre 2012. In figura 1 è mostrata la situazione globale della transizione dal segnale TV analogico a quello digitale.

Figura 1: Situazione globale della transizione analogico-digitale dei segnali TV.

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Il passaggio da segnali analogici a digitali è stato necessario a causa dei vantaggi che i secondi hanno rispetto ai primi:

un maggior numero di canali disponibili, grazie a tecniche di compressione dati che permettono di occupare solo 1/5 circa della larghezza di banda utilizzata per la trasmissione di un canale analogico;

una migliore qualità immagine/audio, grazie a tecniche di codifica di canale che lo rendono meno soggetto alle interferenze rispetto al segnale analogico;

la possibilità di veicolare contenuti video e audio con formato) (16:9) e qualità molto simili ai DVD; possibilità di trasmissione di audio multiplo e quindi, per esempio, in multilingua; per le trasmissioni predisposte è prevista una forma di interattività pilotata dal telecomando; possibilità di trasmissione ad alta definizione e tridimensionale; possibilità di trasmettere in isofrequenza ,cioè inviare lo stesso segnale sulla medesima frequenza

contemporaneamente da più siti trasmittenti sincronizzati.

Un vantaggio che invece la TV analogica ha rispetto a quella digitale è che sotto una soglia minima di potenza del segnale digitale ricevuto, questo diventa quasi illeggibile, mentre un segnale analogico in analoghe condizioni continua ad essere comprensibile, seppure molto disturbato. [8]

1.1.1 Il digital dividend

Con il termine digital dividend si intende lo spettro di sequenze che vengono liberate grazie alla transizione dal segnale TV analogico a quello digitale. Quando le trasmissioni televisive compiono il passaggio dal segnale analogico a quello digitale, parte dello spettro elettromagnetico riservato alle trasmissioni televisive viene liberato in quanto il segnale televisivo digitale occupa meno spettro. Ciò è dovuto alle già accennate tecniche di compressione dati che permettono di trasmettere cinque canali digitali occupando lo stesso spettro di un canale analogico. Il digital dividend di solito si colloca nella spettro compreso tra i 174 e i 230 MHz , cioè la banda VHF oppure nella banda compresa tra i 470 e i 862 MHz, cioè la banda UHF, in particolare nella spettro compreso tra i 790 ed i 862 MHz, che è il caso preso in considerazione in questo documento. La banda UHF è suddivisa in canali da 8 MHz ,che è anche la larghezza di banda dei segnali DVB-T(Digital Video Broadcasting-Terrestrial), cioè lo standard dei segnali TV digitali adottato nella UE. La CEPT(Conferenza Europea delle amministrazioni delle Poste e delle Telecomunicazioni), in seguito al WRC-07, ha stabilito che nella banda UHF potranno essere implementate le reti per sistemi di telecomunicazione mobile sia in tecnica duplexing TDD(Time Division Duplexing)che FDD(Frequency Division Duplexing). Nel caso di uso della tecnica TDD( o misto TDD/FDD )è stata fissata una banda di guardia di 7 MHz confinante con il canale 60 UHF(782-790 MHz)e 13 blocchi di 5 MHz che partono dalla frequenza 797 MHz. In questa banda i canali possono essere implementati sia con la tecnica di duplexing TDD che FDD e separati fra loro da una banda di guardia di 1 MHz, come mostrato in figura 2. 

 

Figura 2:Implementazione tecnica TDD per la banda 790-862 MHz.

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Questa gestione della banda fa fronte alle esigenze di quelle amministrazioni che avranno problemi di armonizzazione con i paesi confinanti o che avranno già allocato parte della banda UHF per altri servizi. Nel caso di uso della tecnica FDD si hanno due bande di 30 MHz, una per il down-link e l’altra per up-link, rispettivamente separate da un duplex gap di 11 MHz, come mostrato nella figura 3.

Figura 3: Implementazione tecnica FDD per la banda 790-862 MHz.

Ognuna di tali bande è composta da 6 blocchi di 5 MHz. La banda di down-link parte dalla frequenza 791 MHz mentre quella corrispondente all’up-link da 832 MHz, con una banda di guardia risultante di 41MHz. Inoltre il duplex gap di 11 MHz può essere sfruttato da altri servizi non specificati. Nulla vieta alle amministrazioni di ciascun paese europeo di scegliere la tecnica TDD o FDD, ma è chiaro che se si vuole che il proprio terminale mobile funzioni nella maggior parte dei paesi europei si dovrà cercare di rendere le reti mobili nazionali il più possibile omogenee fra loro.[1]

1.1.2 White spaces

Con il termine white space si intendono quelle frequenze inutilizzate dagli operatori televisivi nella parte bassa della banda UHF compresa tra i 470 MHz e i 790 MHz. Queste frequenze sono lasciate libere per due motivi:

1)Per le raccomandazioni di enti internazionali che proibiscono di trasmettere su determinate frequenze in certe regioni geografiche, per non causare interferenze ai segnali trasmessi su quelle stesse frequenze in stati confinanti.

2)Perché non c’è interesse da parte delle emittenti TV a trasmettere in zone rurali o montane, in quanto poco abitate.

Inoltre a questi due fattori si va ad aggiungere il passaggio dalle trasmissioni TV a quelle digitali che porterà alla generazione di altri white space. Per avere un’idea dell’utilizzo della banda TV nelle aree dove lo switch-off è già avvenuto si riporta nella figura 4 il dettaglio dei canali occupati nell’area di copertura di alcuni capoluoghi di provincia.

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Figura 4 :Stato occupazione canali TV in banda VHF/UHF nei Comuni di Sondrio (a) e Trento (b). 

In questi spazi bianchi si auspica di utilizzare segnali Wi-Fi per i servizi mobili, in modo tale da ridurre il digital divide(divisione digitale), cioè il divario esistente tra chi ha accesso effettivo alle tecnologie dell'informazione e chi ne è escluso. Un problema che riguarda l’utilizzo del Wi-Fi negli spazi bianchi è che essi sono caratterizzati da variazione temporale. Infatti quelle frequenze, vengono usate dai microfoni wireless durante eventi sportivi, concerti e conferenze. Per ovviare a questo problema si è pensato, di compilare un database delle frequenze libere che possa essere consultato dai dispositivi Wi-Fi, che però non risulta essere una soluzione molto pratica perché l’ uso dei microfoni wireless è imprevedibile. Un’ alternativa che invece è stata proposta dal gruppo di lavoro dell’ IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.22 è quella di far in modo che i dispositivi siano in grado di spostare la comunicazione su un altro canale quando quello utilizzato non sia più disponibile a causa dell’accensione dei microfoni. Diversi prototipi di congegni per gli spazi bianchi sono stati progettati, tra cui la piattaforma KNOWS. Questo dispositivo, proposto dai ricercatori di Harvard e Microsoft, è composto da un computer, che si occupa di trasmetter e ricevere dati, uno scanner, che controlla quali frequenze sono libere, ed il traslatore UHF, che centra il segnale in una data frequenza.[2][3][4]

 

Figura 5: Fotografia della piattaforma KNOWS.

Anche in Italia nel 2010 c’è stata una sperimentazione sugli white space guidata dal politecnico di Torino e dal Centro Supercalcolo Piemonte, che hanno usato una frequenza libera concessa da Rete Capri per dotare di connessione a banda larga anche zone montane come le Valli di Lanzo.[11]

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2 LE TECNOLOGIE RADIO DI RIFERIMENTO NELLA BANDA UHF

In questo capitolo verranno approfondite le tipologie di segnali che utilizzano la banda UHF: l’LTE, le reti WLAN, ed il DVB-T. Tra questi verrà data maggior attenzione al WLAN ed al DVB-T, perché le simulazioni studieranno l’interferenza tra questi due segnali.

2.1 DVB-T

Il DVB-T(Digital Video Broadcasting - Terrestrial)è lo standard europeo secondo il quale si trasmettono i segnali digitali terrestri. Questo standard permette di trasmettere un flusso di dati digitali audio e video in formato MPEG-2, utilizzando un sistema di modulazione OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)con codifica di canale concatenata. Piuttosto che trasmettere il segnale su una sola portante, l’OFDM divide il flusso dati in un gran numero di flussi più lenti, ognuno dei quali modula digitalmente un in numero di frequenze portanti, che cambia a seconda che si utilizzi la modalità 2K o 8K. Nel primo caso si usano 1750 frequenze, ognuna delle quali distanziata da 4KHz, nel secondo invece se ne usano 6817, distanziate da 1KHz. Il segnale DVB-T si può modulare attraverso la tecnica QPSK(Quadrature Space-Shifting Keying) , oppure attraverso la QAM(Quadrature Amplitude Modulation) usando una costellazione di 16 punti o di 64 punti. DVB-T è stato usato da molti paesi per i segnali televisivi digitali, principalmente usando canali di 7 MHz nella banda VHF e canali di 8 MHZ nella banda UHF. Dal DVB-T sono stati sviluppati due nuovi standard: il DVB-H(Digital Video Broadcasting – Handheld), dedicato alle trasmissioni per dispositivi TV mobili, ed il DVB-T2, una versione migliorata del precedente standard. Il DVB-T non è l’unico standard usato per le trasmissioni digitali terrestri. Infatti esistono anche l’ATSC(Advanced Television System Committee), l’ISDB-T(Integrated Service Digital Broadcasting) ed il DTMB(Digital Terrestrial Multimedia Broadcast). Nella figura 6 è mostrato quale standard viene usato per le trasmissioni TV digitali nei vari paesi del mondo.[7]

 

Figura 6: Standard per i segnali TV digitali usati nel mondo.

 

 

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2.2 LTE

L’LTE(Long Term Evolution)è uno standard per la tecnologia relativa alle comunicazioni wireless che si è evoluta dagli standard GSM(Global System for Mobile Communications) ed UMTS(Universal Mobile Telecommunications System). Anche se spesso viene considerato uno standard per tecnologie di quarta generazione, l’LTE in realtà non soddisfa i requisiti imposti dall’ITU-R(International Telecommunication Union Radiocommunication sector)ed è quindi uno standard di transizione tra le tecnologie di terza generazione e quelle di quarta. L’obbiettivo di questo standard è quello di incrementare la capacità e la velocità delle reti wireless, utilizzando nuove tecniche DSP(Digital Signal Processing) e di modulazione basandosi sulle tecnologie di rete GSM/EDGE(Enhanced Data rates for GSM Evolution) e UMTS/HSPA(High Speed Packet Access). Le principali caratteristiche dell’LTE sono:

Utilizzo della modulazione OFDM per il downlink e single carrier FDMA(Frequency-Division Multiple Access);

Efficienza spettrale tre volte superiore rispetto all’UMTS;

Supporto per entrambi i sistemi di comunicazione TDD e FDD;

Velocità di trasferimento dati in download massima pari a 326,4 Mb/s;

Velocità di trasferimento dati in upload massima pari a 86,4 Mb/s;

Bassa latenza del trasferimento dati;

Flessibilità spettrale incrementata rispetto agli standard GSM e UMTS.  

In Italia si è da poco conclusa l’asta per assegnare le frequenze sulle quali sarà possibile utilizzare l’LTE,con vincitori TIM, Vodafone,Wind e Tre. Tra queste, TIM ha recentemente presentato la nuova rete LTE a Milano, affermando che entro il 2012 tutte le maggiori città italiane potranno avvalersi di questo servizio. Nella figura 7 è mostrata la situazione globale riguardo l’utilizzo dell’LTE. 

                            

Figura 7: Situazione globale dell’adozione della tecnologia LTE.

 

Nel 2011, è già stata approvata una versione migliorata dell’LTE, l’LTE Advanced, che soddisfa i requisiti dell’ITU per essere considerato uno standard di quarta generazione.[6]

 

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2.3 WLAN

Con il termine WLAN(Wireless Local Area Network) si indica una rete locale che sfrutta la tecnologia wireless per collegare due o più dispositivi. La maggior parte delle tecnologie WLAN utilizzano gli standard IEEE 802.11, ed è nota anche con il termine commerciale Wi-Fi. Ci sono tre tipi di reti WLAN: l’IBSS (Indipendent Basic Service Set ), la infrastructure BSS, e l’ESS(Extended Service Set). Nel primo caso si tratta di una rete wireless di tipo Peer-to-Peer che permette di collegare in modo indipendente più postazioni senza l’ausilio di un dispositivo centrale che funga da tramite. Questa tipologia è economica, ma è utilizzabile solo quando sono collegati pochi clienti, per non causare la sovrapposizione dei segnali. Una singola WLAN BSS costituisce una cella, chiamata Basic Service Area(BSA). Il secondo tipo invece, si basa su un’Access Point, che può essere un computer o un dispositivo dedicato, collegato ad una rete LAN cablata che funge da tramite per il traffico dei dispositivi che si trovano nella zona di copertura. Infine nell’ultima tipologia si hanno due o più reti WLAN BSS, che si sovrappongono, garantendo così un’area di copertura maggiore. Inoltre grazie al roaming, il cliente può passare da una cella ad un’ altra senza alcuna interruzione di servizio. Infine tramite un bridge, è possibile collegare un a rete WLAN, con una rete cablata. In figura 8 è rappresentato un esempio di rete WLAN[9].

                        

Figura 8: Esempio di rete WLAN

I principali protocolli nei quali è suddivisa la famiglia 802.11 sono quattro: lo standard b, quello a, quello g, e quello n.

Il protocollo b utilizza come metodo di trasmissione il Carrier Sense Multiple Access con Collision Avoidance(CSMA/CA) e può trasmettere fino a 11 Mb/s. La frequenza di lavoro di questo standard è nell’ intorno dei 2,4 GHz e la sua larghezza di banda è di 20 MHz.

Lo standard A, invece usa come tecnica di trasmissione l’OFDM. Esso ha una frequenza di lavoro intorno ai 5 GHz ed ha una velocità di trasmissione massima pari a 54 Mb/s. Anche in questo caso la larghezza di banda è pari a 20 MHz.

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Il protocollo g lavora a frequenze intorno ai 2,4 GHz, come il b, ma per trasmettere i dati utilizza l’OFDM ed ha una velocità di trasmissione massima pari a 54 Mb/s, come l’a. Come nei casi precedenti la larghezza di banda è pari a 20 MHz.

Infine il protocollo n è caratterizzato dall’uso delle antenne MIMO(Multiple Input Multiple Output)e di entrambe le frequenze di lavoro 5 GHz e 2,4 GHz. Inoltre in questo protocollo si può avere una larghezza di banda pari sia a 20 MHz, che a 40 MHz.

Oltre a questi standard ne esistono altri facenti parte della famiglia 802.11, ma costituiscono solo dei miglioramenti e delle estensioni degli standard prima discussi.[5]

Inoltre è in fase di sviluppo un nuovo protocollo, il 802.11af, ideato proprio per le tecnologie che andranno a utilizzare le frequenze relative ai white spaces. Questo protocollo, permetterà di utilizzare frequenze di lavoro al di sotto di 1 GHz, potendo così coprire distanze maggiori. Le tecniche su cui si baserà il protocollo sono il ‘cognitive radio’ e il ‘geographical sensing’. La prima tecnica consiste nell’individuare se ci sono trasmissioni nel canale in uso e spostarsi su altri canali di comunicazione, l’altra nel poter accedere ad un database in cui sono elencati i canali non usati.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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3 DESCRIZIONE DEL CONTESTO SPERIMENTALE

In questo capitolo verranno presentati quali parametri sono stati presi in considerazione per il calcolo dell’interferenza tra il sistema Wi-Fi ed il sistema DVB-T.

3.1 Analisi degli scenari interferenziali

Per garantire la coesistenza dei segnali DVB-T e le tecnologie wireless, operanti in bande di frequenza contigue, bisogna affrontare il problema dell’interferenza tra i segnali che occupano tali bande. Il tipo di interferenza di cui possono essere vittima i due segnali è quella da canale adiacente tra due sistemi nella stessa area geografica(figura 9). Nonostante tra i due segnali ci sia una reciproca interferenza, il sistema più penalizzato risulta il DVB-T per i seguenti motivi:

L’intensità del campo interferente delle base station dei segnali wireless è più grande alle altezze tipiche degli edifici su cui sono posizionate le antenne riceventi DVB-T;

Il guadagno di antenna dei ricevitori fissi DVB-T è più alto rispetto a quello dei dispositivi mobili wireless;

Ai bordi della zona di copertura del trasmettitore DVB-T il segnale desiderato è molto debole.

Figura 9: Caso di interferenza da canale adiacente.

I due scenari interferenziali che riguardano il nostro caso sono i seguenti: nel primo c’è la base station del segnale Wi-Fi che interferisce col segnale DVB-T(figura 10)ricevuto dal televisore portatile e dall’antenna televisiva fissa, mentre nel secondo è il terminale mobile Wi-Fi ad interferire col segnale TV digitale(figura 11)dal televisore portatile e dall’antenna televisiva fissa.[1]

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Figura 10: Wi-Fi base station interferente.

Figura 11: Wi-Fi mobile interferente.

3.2 Approccio utilizzato per il calcolo dell’interferenza

Nelle simulazione fatte in ambiente MATLAB per il calcolo dell’interferenza, sono state prese in considerazione due parametri fondamentali presi dalla raccomandazione ITU-R SM.337-5(International Telecommunication Union-Radiocommunication sector) : il protection ratio e la distanza di protezione. Il primo parametro è necessario per capire quale sia la soglia oltre la quale il fenomeno dell’interferenza non è

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più accettabile. Esso è definito come il minimo valore del rapporto {potenza del segnale desiderato/potenza del segnale interferente}, ovvero:

min oppure min se ≪ (1)

Dove:

N è il rumore in ricezione;

S è il segnale desiderato;

I è il segnale interferente.

Facendo riferimento alla figura 12, la Pi è quella porzione di potenza spettrale del segnale Wi-Fi che causa l’interferenza sul segnale DVB-T e che è chiamata interferenza co-canale o da canale adiacente a seconda che il valore della frequenza di offset Δf( differenza tra le frequenze portanti dei due segnali ), sia nulla o un multiplo di 8 MHz( larghezza di banda del segnale DVB-T ). Il rapporto di protezione ci dice quanto può essere elevato il margine tra la potenza del segnale interferente Pr e quella del segnale desiderato DVB-T in ricezione Pd affinché il disturbo determinato dal segnale interferente non pregiudichi la qualità del segnale DVB-T e quindi provochi una non corretta visione del canale televisivo(interferenza critica).

Figura 12: Spettri di densità di potenza dei segnali interferito ed interferente.

Per determinare il protection ratio in modo empirico si può seguire il procedimento rappresentato in figura 13.

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Figura 13: Procedimento empirico per la determinazione del protection ratio.

In questo test di laboratorio vengono generati e miscelati il segnale utile DVB-T ed il segnale interferente Wi-Fi. Fissato un determinato livello di segnale DVB-T desiderato, si fa variare il livello di potenza del segnale interferente, generato con un offset Δf dal segnale DVB-T, fino a quando si comincia a notare una degradazione della qualità del segnale video. Quando ciò accade si annota il livello di potenza del segnale interferente e si determina il valore del rapporto di protezione in riferimento al livello del segnale DVB-T scelto in partenza. Per riprodurre il suddetto test con un programma di simulazione realizzato in ambiente MATLAB si è seguito il procedimento descritto nel seguito.  

Un ricevitore DVB-T è caratterizzato da vari parametri funzionali tra cui la sensibilità Sx e l’SNR(Signal to Noise Ratio) minimo. Questo parametro corrisponde ad una condizione di QEF (Quasi Error Free) dopo la decodifica Reed-Solomon ovvero ad un BER(Bit Error Rate) di 2 x 10-4 dopo la decodifica di Viterbi. Per quanto riguarda il valore del SNR minimo, nella figura 14, viene fornito un elenco estratto dalla raccomandazione ETSI(European Telecommunications Standards Institute) EN 300 744 V 1.6.1.

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Figura 14: SNR minimo richiesto per un sistema DVB-T.

Nel nostro caso si è scelto un segnale DVB-T 8 K , modulato con tecnica 64 QAM 2/3 e si è ipotizzato un modello di canale gaussiano, al quale corrisponde un SNR minimo pari a 16,7 dB. Tenendo conto di quanto mostrato nella figura 3.7, si può affermare che:

(2)

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Figura 15: Andamento qualitativo del BER in funzione del C/N (Carrier to Noise ratio).

Data una potenza Pd del segnale DVB-T ed una potenza interferente Pi prodotta da un segnale Wi-Fi con

potenza Pr , affinchè non ci sia un’ interferenza critica, deve essere rispettata la seguente relazione:

≡ (3)

da cui:

1 ≡ ≡ ∗ (4)

Una volta calcolata la potenza massima interferente(Pi*), si procede confrontando un vettore contenente le Pi

in funzione dell’ offset tra le portanti Δf con la Pi* , finchè non la si raggiunge .Quindi a quel dato offset al

quale corrisponde la Pi viene attribuito un valore del protection ratio pari a:

∆ (dB) (5)

Ripetendo questo procedimento per diversi livelli di Pr, si ottiene l’ andamento del protection ratio.

Per quanto riguarda l’altro parametro, la distanza di protezione, essa è definita come la distanza minima a cui deve essere posta l’antenna della Wi-Fi base station per non causare interferenza critica al segnale DVB-T. Anche in questo caso è stata calcolata la potenza del interferente massima con il procedimento prima descritto, ma in questo caso si confronta la Pi

* con un vettore contenente le Pi in funzione della distanza.

Quando si raggiunge la Pi* si è trovata la distanza di protezione per quel determinata livello di potenza Pd .

Ripetendo questo procedimento per diversi valori del segnale desiderato DVB-T, si ottiene l’andamento della distanza di protezione.

Nel calcolo dei due suddetti parametri è stato necessario l’utilizzo di due fattori presi sempre dalla raccomandazione ITU-R SM.337-5 : l’OCR(Off-Channel-Rejection factor)ed il path loss(Lp). Il primo è un fattore spettrale che rappresenta un indice della selettività del ricevitore. Esso è pari a:

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16  

∆ 10| ∆ |

(dB) (6)

dove:

P(f) è lo spettro di densità di potenza del segnale interferente;

H(f) è la risposta in frequenza del ricevitore.

Nelle simulazioni in ambiente MATLAB, gli integrali dell’OCR sono stati calcolati approssimandoli come somme di aree di rettangoli.

Invece per quanto riguarda il path loss ,esso è un fattore spaziale che rappesenta l’attenuazione che il segnale subisce ed è definito come:

/ (7)

dove:

LFS è l’attenuazione dovuta allo spazio libero(dB);

LDIF / FS è l’attenuazione dovuta alla diffrazione, ed è in genere un termine negativo (dB).

La perdita per diffrazione è definita come:

/ 20 log 1 2 (8)

dove:

F(X) è un termine di guadagno dipendente dalla distanza normalizzata tra le antenne delle due base station;

G(Y1) e G(Y2) sono i termini di guadagno dipendenti dalle altezze normalizzate delle antenne;

X è la distanza normalizzata tra le antenne delle due base station;

Y1 e Y2 sono le altezze normalizzate delle due antenne.

I valori di X ed Y sono dati da:

2.2 / / (9)

9.6 10 / /, (10)

con:

. .

. . (11)

0.36 1 18000 / / 18000 / / (12)

dove:

K è l’ammittanza della superficie terrestre per una polarizzazione verticale;

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17  

ε è la permittività relativa equivalente della Terra;

σ è la conducibilità equivalente della Terra (S/m);

ae è il raggio equivalente della Terra pari a 4/3 di 6371 km;

d è la distanza tra il trasmettitore ed il ricevitore;

f è la frequenza di lavoro;

h1 e h2 sono le altezze rispettivamente del trasmettitore e del ricevitore.

Infine avremo:

11 10 log 17.6 (13)

e:

≅ 17.6 1.1 5 log 1.1 8 per 2 (14)

             ≅ 20log 0.1                                                                          per 10 2   (15) 

            ≅ 2 20 9log log 1                                         per 10   (16) 

            ≅ 2 20                                                                                     per  10   (17) 

 

Dall’OCR e dal path loss è possibile calcolare la potenza interferente. Infatti vale la relazione:

                                                  ∆    (18) 

dove: 

Pt la potenza isotropica equivalente irradiata(e.i.r.p)dal trasmettitore interferente(dBW); 

Gr è il guadagno dell’ antenna ricevente rispetto ad un’antenna isotropica(dBi);

Lp è l’attenuazione dovuta al path loss.[1]

3.3 Sistema interferente(WLAN)

La CEPT, per ottimizzare l’utilizzo della banda UHF, ha proposto l’uso delle BEM(Block Edge Mask). Con questo approccio si intende limitare i livelli del segnale sia in banda che fuori banda. I livelli di soglia delle maschere sono dati dai valori più alti che si possono attribuire alle emissioni dei segnali. Poiché non si dispone dell’effettivo spettro dei segnali Wi-Fi, nelle simulazioni in ambiente MATLAB sono state utilizzate le block edge mask per simulare il segnale Wi-Fi. I segnali Wi-Fi presi in considerazione sono quelli relativi ai protocolli 802.11A, 802.11B, 802.11-2007. Dalla figura 16 alla figura 20, sono mostrate le maschere utilizzate per simulare i vari tipi di segnale Wi-Fi, prese dalle rispettive raccomandazioni del IEEE.

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18  

Figura 16: Maschera del segnale Wi-Fi 802.11-2007 con larghezza di banda pari a 5 MHz.

Figura 17: Maschera del segnale Wi-Fi 802.11-2007 con larghezza di banda pari a 10 MHz.

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

Offset di frequenza rispetto alla portante in MHz

Spe

ttro

di d

ensi

tà d

i pot

enza

in d

Bm

/Hz

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

Offset di frequenza rispetto alla portante in MHz

Spe

ttro

di d

ensi

tà d

i pot

enza

in d

Bm

/Hz

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19  

Figura 18: Maschera del segnale Wi-Fi 802.11-2007 con larghezza di banda pari a 20 MHz.

 

Figura 19: Maschera del segnale Wi-Fi 802.11a con larghezza di banda pari a 20 MHz. 

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

Offset di frequenza rispetto alla portante in MHz

Spe

ttro

di d

ensi

tà d

i pot

enza

in d

Bm

/Hz

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

Offset di frequenza rispetto alla portante in MHz

Spe

ttro

di d

ensi

tà d

i pot

enza

in d

Bm

/Hz

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20  

Figura 20: Maschera del segnale Wi-Fi 802.11b con larghezza di banda pari a 20 MHz.

Nelle simulazioni inoltre si è ipotizzato che l’altezza dell’antenna della Wi-Fi base station sia pari a 30 metri.

3.4 Sistema vittima(DVB-T)

Il sistema Wi-Fi prima descritto, andrà a causare interferenza al sistema DVB-T, che diventa quindi il sistema vittima. Nella tabella di figura 21 sono riportate le caratteristiche dell’antenna del ricevitore DVB-T:

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Offset di frequenza rispetto alla portante in MHz

Spe

ttro

di d

ensi

tà d

i pot

enza

in d

Bm

/Hz

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21  

Figura 21: Caratteristiche dell’antenna ricevente DVB-T.

L’altezza dell’antenna del ricevitore DVB-T varia a seconda se ci si trova in una situazione di ‘large urban environment’, oppure in una situazione di ‘small urban environment’. Nel primo caso ci si trova in un grande centro urbano e l’altezza dell’antenna DVB-T è stata posta pari a 30 metri, mentre nell’altro caso ci si trova in un piccolo centro urbano e l’altezza dell’antenna è pari a 20 metri.

Per quanto riguarda la risposta in frequenza del ricevitore H(f), essa è stata approssimata come un filtro passabanda ideale, di ampiezza pari a 0 dB e larghezza di banda pari a 8 MHz.[1]

3.5 Casi sperimentali analizzati

Nelle simulazioni per il calcolo del protection ratio e della distanza di protezione, sono state prese in considerazione diverse situazioni, facendo variare la potenza del segnale desiderato, il numero di canali disponibili, le maschere e l’ambiente in cui si ipotizza di trasmettere i segnali. Di seguito sono elencate situazioni simulate:

Protection ratio usando come segnale Wi-Fi interferente la maschera 802.11-2007 di ampiezza 5 MHz con Pd pari a Sx + 3dB, Sx + 10dB, Sx + 20dB;

Protection ratio usando come segnale Wi-Fi interferente la maschera 802.11-2007 di ampiezza 10MHz con Pd pari a Sx + 3dB, Sx + 10dB, Sx + 20dB;

Protection ratio usando come segnale Wi-Fi interferente la maschera 802.11-2007 di ampiezza 20MHz con Pd pari a Sx + 3dB, Sx + 10dB, Sx + 20dB;

Protection ratio usando come segnale Wi-Fi interferente la maschera 802.11A di ampiezza 5 MHz con Pd pari a Sx + 3dB, Sx + 10dB, Sx + 20dB;

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22  

Protection ratio usando come segnale Wi-Fi interferente la maschera 802.11B di ampiezza 5 MHz con Pd pari a Sx + 3dB, Sx + 10dB, Sx + 20dB;

Distanza di protezione in large e small urban environment utilizzando come segnale interferente la maschera Wi-Fi 802.11-2007 da 5 MHz ipotizzando uno e due canali da 8 MHz disponibili;

Distanza di protezione in large e small urban environment utilizzando come segnale interferente la maschera Wi-Fi 802.11-2007 da 10 MHz ipotizzando due e tre canali da 8 MHz disponibili;

Distanza di protezione in large e small urban environment utilizzando come segnale interferente la maschera Wi-Fi 802.11-2007 da 20 MHz ipotizzando tre canali da 8 MHz disponibili;

Distanza di protezione in large e small urban environment utilizzando come segnale interferente la maschera Wi-Fi 802.11A da 5 MHz ipotizzando uno o due canali da 8 MHz disponibili;

Distanza di protezione in large e small urban environment utilizzando come segnale interferente la maschera Wi-Fi 802.11B da 5 MHz ipotizzando uno o due canali da 8 MHz disponibili.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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23  

4 RISULTATI SPERIMENTALI

In questo capitolo verranno presentati i grafici ricavati dalle simulazioni in ambiente MATLAB relative al calcolo del protection ratio e della distanza di protezione, nelle quali sono state usate le formule presentate nel capitolo 3.

4.1 Situazione sperimentale 1: protection ratio usando la maschera 802.11-2007 da 5 MHz

Figura 22: Protection ratio con Pd pari a Sx + 3 dB.

Figura 23: Protection ratio con Pd pari a Sx + 10 dB.

-40 -32 -24 -16 -8 0 8 16 24 32 40-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

Offset in MHz

Pro

tect

ion

ratio

-40 -32 -24 -16 -8 0 8 16 24 32 40-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

Offset in MHz

Pro

tect

ion

ratio

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24  

Figura 24: Protection ratio con Pd pari a Sx + 20 dB.

Dalle figure rappresentate sopra si vede che variando il valore di Pd l’andamento del protection ratio rimane simile e che all’aumentare della Pd il valore massimo del protection ratio diminuisce. Ciò accade perché aumenta la potenza interferente massima ammissibile, e quindi anche quella del segnale interferente.

4.2 Situazione sperimentale 2: protection ratio usando la maschera 802.11-2007 da 10 MHz

Figura 25: Protection ratio con Pd pari a Sx + 3 dB.

-40 -32 -24 -16 -8 0 8 16 24 32 40-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

Offset in MHz

Pro

tect

ion

ratio

-40 -32 -24 -16 -8 0 8 16 24 32 40-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

Offset in MHz

Pro

tect

ion

ratio

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25  

Figura 26: Protection ratio con Pd pari a Sx + 10 dB.

Figura 27: Protection ratio con Pd pari a Sx + 20 dB.

Anche per questo gruppo di immagini si nota un abbassamento del livello massimo del protection ratio, però in questo caso il grafico del protection ratio si è allargato, come è logico aspettarsi poiché è aumentata la larghezza di banda del segnale.

-40 -32 -24 -16 -8 0 8 16 24 32 40-80

-60

-40

-20

0

20

Pro

tect

ion

ratio

Offset in MHz

-40 -32 -24 -16 -8 0 8 16 24 32 40-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

Offset in MHz

Pro

tect

ion

ratio

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26  

4.3 Situazione sperimentale 3: protection ratio usando la maschera 802.11-2007 da 20 MHz

Figura 28: Protection ratio con Pd pari a Sx + 3 dB.

Figura 29: Protection ratio con Pd pari a Sx + 10 dB.

-80-72-64-56-48-40-32-24-16 -8 0 8 16 2432 40 48 56 64 72 80-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

Offset in MHz

Pro

tect

ion

ratio

-80-72-64-56-48-40-32-24-16 -8 0 8 16 24 32 40 48 56 64 72 80-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

Offset in MHz

Pro

tect

ion

ratio

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27  

Figura 30: Protection ratio con Pd pari a Sx + 20 dB.

Per queste tre immagini valgono le considerazioni fatte per i grafici precedenti e si ha un ulteriore allargamento del grafico del protection ratio.

4.4 Situazione sperimentale 4: protection ratio usando la maschera 802.11a da 20 MHz

Figura 31: Protection ratio con Pd pari a Sx + 3 dB.

-80-72-64-56-48-40-32-24-16 -8 0 8 16 2432 40 48 56 64 72 80-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

Pro

tect

ion

ratio

Offset in MHz

-80-72-64-56-48-40-32-24-16 -8 0 8 16 24 32 40 48 56 64 72 80-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

Pro

tect

ion

ratio

Offset in MHz

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28  

Figura 32: Protection ratio con Pd pari a Sx + 10 dB.

Figura 33: Protection ratio con Pd pari a Sx + 20 dB.

Rispetto ai grafici del protection ratio ottenuti usando la maschera 802.11-2007 si ha un andamento più ripido in alcuni tratti, dovuto al fatto che la maschera 802.11a ha un valore minimo più alto rispetto all’altra maschera.

-80-72-64-56-48-40-32-24-16 -8 0 8 16 24 32 40 48 56 64 72 80-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

Offset in MHz

Pro

tect

ion

ratio

-80-72-64-56-48-40-32-24-16 -8 0 8 16 24 32 40 48 56 64 72 80-40

-30

-20

-10

0

10

20

Offset in MHz

Pro

tect

ion

ratio

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29  

4.5 Situazione sperimentale 5: protection ratio usando la maschera 802.11b da 20 MHz

Figura 34: Protection ratio con Pd pari a Sx + 3 dB.

Figura 35: Protection ratio con Pd pari a Sx + 10 dB.

-80-72-64-56-48-40-32-24-16 -8 0 8 16 24 32 40 48 56 64 72 80-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

Offset in MHz

Pro

tect

ion

ratio

-80-72-64-56-48-40-32-24-16 -8 0 8 16 2432 40 48 56 64 72 80-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

Offset in MHz

Pro

tect

ion

ratio

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30  

Figura 36: Protection ratio con Pd pari a Sx + 20 dB.

I grafici a tre lobi delle tre immagini precedenti sono dovuti all’andamento a scalini della maschera 802.11b.

4.6 Situazione sperimentale 6: distanza di protezione usando la maschera 802.11-2007 da 5 MHz

Figura 37: Distanza di protezione in large urban environment con un canale da 8 MHz.

-80-72-64-56-48-40-32-24-16 -8 0 8 16 2432 40 48 56 64 72 80-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

Offset in MHz

Pro

tect

ion

ratio

-71-70-69-68-67-66-65-64-63-62-61-60-59-58-57-56-55-54-53-52-510

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

Potenza del segnale desiderato in dBm

Dis

tanz

a di

pro

tezi

one

in m

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31  

Figura 38: Distanza di protezione in small urban environment con un canale da 8 MHz.

Figura 39: Distanza di protezione in large urban environment con due canali da 8 MHz.

-71-70-69-68-67-66-65-64-63-62-61-60-59-58-57-56-55-54-53-52-510

1000

2000

3000

4000

5000

6000

Dis

tanz

a di

pro

tezi

one

in m

Potenza del segnale desiderato in dBm

-71-70-69-68-67-66-65-64-63-62-61-60-59-58-57-56-55-54-53-52-510

50

100

150

200

250

Potenza del segnale desiderato in dBm

Dis

tanz

a di

pro

tezi

one

in m

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32  

Figura 40: Distanza di protezione in small urban environment con due canali da 8 MHz.

Dalle figure precedenti si può notare che la distanza di protezione diminuisce con l’aumentare dei canali disponibili, in quanto la potenza interferente risulta minore. La stessa considerazione è valida per i grafici in small urban environment e large urban environment, nei quali la distanza di protezione dei primi risulta più bassa rispetto a quella dei secondi a causa dell’altezza minore dell’antenna DVB-T.

4.7 Situazione sperimentale 7: distanza di protezione usando la maschera 802.11-2007 da 10 MHz

Figura 41: Distanza di protezione in small urban environment con due canali da 8 MHz.

-71-70-69-68-67-66-65-64-63-62-61-60-59-58-57-56-55-54-53-52-510

20

40

60

80

100

Potenza del segnale desiderato in dBm

Dis

tanz

a di

pro

tezi

one

in m

-71-70-69-68-67-66-65-64-63-62-61-60-59-58-57-56-55-54-53-52-510

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Potenza del segnale desiderato in dBm

Dis

tanz

a di

pro

tezi

one

in m

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33  

Figura 42: Distanza di protezione in small urban environment con due canali da 8 MHz.

Figura 43: Distanza di protezione in large urban environment con tre canali da 8 MHz.

-71-70-69-68-67-66-65-64-63-62-61-60-59-58-57-56-55-54-53-52-510

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

Potenza del segnale desiderato in dBm

Dis

tanz

a di

pro

tezi

one

in m

-71-70-69-68-67-66-65-64-63-62-61-60-59-58-57-56-55-54-53-52-510

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Potenza del segnale desiderato in dBm

Dis

tanz

a di

pro

tezi

one

in m

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34  

Figura 44: Distanza di protezione in small urban environment con tre canali da 8 MHz.

Anche per questo gruppo di figure valgono le considerazioni del paragrafo precedente, ma, poiché la maschera ha una banda maggiore, si hanno sempre delle distanze protezioni più alte, anche se si ipotizza di avere tre canali liberi.

4.8 Situazione sperimentale 8: distanza di protezione usando la maschera 802.11-2007 da 20 MHz

Figura 45: Distanza di protezione in large urban environment con tre canali da 8 MHz.

-71-70-69-68-67-66-65-64-63-62-61-60-59-58-57-56-55-54-53-52-510

500

1000

1500

2000

2500

Potenza del segnale desiderato in dBm

Dis

tanz

a di

pro

tezi

one

in m

-71-70-69-68-67-66-65-64-63-62-61-60-59-58-57-56-55-54-53-52-510.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8x 10

4

Potenza del segnale desiderato in dBm

Dis

tanz

a di

pro

tezi

one

in m

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Figura 46: Distanza di protezione in small urban environment con tre canali da 8 MHz.

Anche per i grafici di questo paragrafo valgono le osservazioni esposte prima e ovviamente si ha un ulteriore innalzamento della distanza di protezione dovuto all’aumento della banda del segnale.

4.9 Situazione sperimentale 9: distanza di protezione usando la maschera 802.11a da 20 MHz

Figura 47: Distanza di protezione in large urban environment con tre canali da 8 MHz.

-71-70-69-68-67-66-65-64-63-62-61-60-59-58-57-56-55-54-53-52-510

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

Potenza del segnale desiderato in dBm

Dis

tanz

a di

pro

tezi

one

in m

-71-70-69-68-67-66-65-64-63-62-61-60-59-58-57-56-55-54-53-52-510.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8x 10

4

Dis

tanz

a di

pro

tezi

one

in m

Potenza del segnale desiderato in dBm

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36  

Figura 48: Distanza di protezione in small urban environment con tre canali da 8 MHz.

Dalle figure di questo paragrafo si nota che le distanze di protezione ottenute con la maschera 802.11-2007 e quelle ottenute con la maschera 802.11A sono molto simili.

4.10 Situazione sperimentale 10: distanza di protezione usando la maschera 802.11b da 20 MHz

Figura 49: Distanza di protezione in large urban environment con tre canali da 8 MHz.

-71-70-69-68-67-66-65-64-63-62-61-60-59-58-57-56-55-54-53-52-510

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000D

ista

nza

di p

rote

zion

e in

m

Potenza del segnale desiderato in dBm

-71-70-69-68-67-66-65-64-63-62-61-60-59-58-57-56-55-54-53-52-510

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Potenza del segnale desiderato in dBm

Dis

tanz

a di

pro

tezi

one

in m

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Figura 50: Distanza di protezione in small urban environment con tre canali da 8 MHz.

Confrontando i grafici della distanza di protezione ottenuti con la maschera 802.11b con quelli ottenuti con le altre maschere, ci si rende conto che con la maschera 802.11b si ottengono i valori più bassi, in quanto essa ha un valore massimo pari a 20 dBm/Hz mentre le altre raggiungono i 30dBm/Hz.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-71-70-69-68-67-66-65-64-63-62-61-60-59-58-57-56-55-54-53-52-510

500

1000

1500

2000

2500D

ista

nza

di p

rote

zion

e in

m

Potenza del segnale desiderato in dBm

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38  

5 CONCLUSIONI

In questo lavoro, a partire dalla considerazione che a seguito della transizione dal sistema televisivo analogico a quello digitale si sono liberate delle risorse frequenziali in banda UHF, si è svolta un’analisi sperimentale per verificare la possibilità di impiego di parte di queste risorse per trasmissione in tecnica WLAN. In particolare si è fatto riferimento a quelle particolari risorse frequenziali denominate white spaces che sono parti dello spettro inutilizzate comprese tra due canali TV.

Partendo da questo presupposto e considerando diversi standard di segnali WLAN attualmente disponibili sul mercato(IEEE 802.11 a/b/g/n), utilizzando un software messo a disposizione dalla Fondazione Ugo Bordoni si sono potuti calcolare ed analizzare gli effetti interferenziali che il segnale Wi-Fi produrrebbe sui canali TV adiacenti ed eventualmente fornire delle indicazioni di massima per cercare di ridurre al minimo gli effetti di queste interferenze.

I risultati sono stati prodotti in diverse condizioni sperimentali ovvero considerando dimensioni dei white spaces via via crescenti(8, 16, 24 MHz)ed allo stesso tempo impiegando segnali WLAN aventi diverse larghezza di banda(5, 10, 20 MHz). Per quanto riguarda il segnale DVB-T sono state analizzate diverse situazioni operative: il livello del segnale è stato fatto variare da un livello di ricezione discreto(-50 dBm), fino ad un valore appena sufficiente per la ricezione(-70 dBm). Quest’ultima condizione è quella che si verifica in corrispondenza ai bordi della cella di copertura di un trasmettitore TV. Inoltre sono stati considerati due diverse situazioni ambientali di propagazione del segnale: large urban environment(grande centro urbano, antenna DVB-T a 30 m) e small urban environment(piccolo centro urbano, antenna DVB-T a 20m).

Ovviamente, poiché ci si è posti in condizioni ideali, tali risultati sono solo delle approssimazioni di ciò che potrebbe accadere nella realtà. Tuttavia essi possono fornire, in prima approssimazione, una buona indicazione relativamente a quello che accadrebbe nel caso di applicazione di questa tecnologia di trasmissione nei white spaces.

Dai risultati sperimentali, ottenuti dalle simulazioni, si è potuto determinare un rapporto di protezione sul canale adiacente TV a quello di emissione del segnale WLAN, nelle varie configurazioni sperimentali, pari a quello che viene riassunto tabella 1.

  

Larghezza canale

Pd in dBm

802.11-2007

5MHz

802.11-2007

10MHz

802.11-2007

20MHz

802.11a

20MHz

802.11b

20MHz

8MHz Sx+3dB -9.7dB 7.3dB 14.2dB 14.6dB 15dB

8MHz Sx+10dB -12.3dB 4.8dB 11.6dB 12dB 12.5dB

8MHz Sx+20dB -12.7dB 4.4dB 11.2dB 11.6dB 12.1dB

 

Tabella 1: Risultati delle simulazioni rispetto al protection ratio.

 

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39  

 

Per quanto riguarda la distanza di protezione, sempre nelle varie condizioni sperimentali e considerando diversi livelli di segnale DVB-T ricevuto si ottengono i risultati riportati nella tabella 2.

 

Tabella 2: Risultati delle simulazioni rispetto alla distanza di protezione.

 

 

Pd in dBm

Situazione sperimentale

802.11-2007

5MHz

802.11-2007

10MHz

802.11-2007

20MHz

802.11a

20MHz

802.11b

20MHz

-70

1 canale da 8MHz e large urban environment

8.6Km

Condizione sperimentale non di interesse

Condizione sperimentale non di interesse

Condizione sperimentale non di interesse

Condizione sperimentale non di interesse -50 444m

-70 2 canali da 8 MHz e large urban environment

237m

10Km

Condizione sperimentale non di interesse

Condizione sperimentale non di interesse

Condizione sperimentale non di interesse -50 3m 803m

-70 3 canali da 8MHz e large urban environment

Condizione sperimentale non di interesse

4.2Km

16Km 16Km 4.1Km

-50 101m 2.4Km 2.4Km 96m

-70 1 canale da 8MHz e small urban environment

5.7Km Condizione sperimentale non di interesse

Condizione sperimentale non di interesse

Condizione sperimentale non di interesse

Condizione sperimentale non di interesse

-50 180m

-70 2 canali da 8MHz e small urban environment

94m

7.7Km Condizione sperimentale non di interesse

Condizione sperimentale non di interesse

Condizione sperimentale non di interesse -50 1m 339m

-70 3 canali da 8MHz e small urban environment

Condizione sperimentale non di interesse

2.4Km 12Km 12Km 2.3Km

-50 40m 1.1Km 1.1Km 38m

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40  

APPENDICE

Programma per il calcolo del protection ratio per maschere da 5 MHz

clear all f=786; % frequenza di lavoro in MHz % SRNmin=16.7; % SRN minimo richiesto per BER=2*10^-4 dopo Viterbi 64 QAM % %SRNmin=11.4; % SRN minimo richiesto per BER=2*10^-4 dopo Viterbi 16 QAM % SRNminlin=10^(SRNmin/10); Sx=-77.2; % livello sensibilità ricevitore DVB-T (dBm) % Sxlin=10^(Sx/10); Pd= Sx + 20 ; % segnale minimo desiderato (dBm) % Pdlin=10^(Pd/10); Pstarlin=(Pdlin-Sxlin)/SRNminlin; Pstar=10*log10(Pstarlin); PR(1:800)=0; a=0; for a=1:0.05:800 % il valore di partenza del parametro "a" ed il valore finale dipende dalla % larghezza della maschera mentre l'incremento determina l'accuratezza del % PR calcolato %MASCHERE DI EMISSIONE %WiFi 802.11.2007 MASK L:Fp=5,4GHz BANDWIDTH=5MHz% x=[-10,-7.51,-7.5,-5,-2.75,-2.5,-2.25,2.25,2.5,2.75,5,7.5,7.51,10];%offset in %MHz y=[-20,-20,-10,2,10,20,30,30,20,10,2,-10,-20,-20];%spettro di densità di %potenza in dBm/Hz y=y-y(7); y=y-90+(a/10); % per modulare tutta la maschera di un fattore a. % Il valore che si sottrae ad y dipende dal valore Pd scelto (-105 per % Sx+3; -95 per Sx+10; -90 per Sx+20) xx=-10:0.1:10; yy=interp1(x,y,xx); % densità di potenza interferente ricevuta: Pir % yylin(1:880)=0; yylin(340:540)=10.^(yy/10); % la maschera si pone al centro del vettore yylin %calcolo dell'ocr for i=1:800 quadyy(i)=sum(0.1*yylin(i:i+80));%calcolo l'integrale come somma di aree di %rettangoli di dimensione 0.1 x yylin(i) considerando 80 indici per volta end; quadyytot=sum(0.1*yylin);%calcolo l'integrale come somma di aree di rettangoli % %di dimensione 0.1 x yylin(i) for i=1:800 if quadyy(i)==0 ocr(i)=200; else ocr(i)=-10*log10(quadyy(i)/quadyytot); end; end; Pir=10*log10(quadyytot); Pi=Pir-ocr; %algoritmo per il calcolo del protection ratio j=1; while ((Pi(j)<Pstar) && (j<401)) j=j+1; end; if j<401

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PR(j)=Pd-Pir; PR(800-j)=Pd-Pir;%per simmetria end; end; PR(1)=0; PR(799)=0; indices = find(PR); asseY = nonzeros(PR); asseX = indices; zz=0:1:800; PRinter=interp1(asseX,asseY,zz); figure plot(asseX,asseY,'red',zz,PRinter) set(gca,'XTick',0:80:800); set(gca,'XTickLabel',{'-40','-32','-24','-16','-8','0','8','16','24','32','40'}); grid

Programma per il calcolo del protection ratio per maschere da 10 MHz

clear all f=786; % frequenza di lavoro in MHz % SRNmin=16.7; % SRN minimo richiesto per BER=2*10^-4 dopo Viterbi 64 QAM % %SRNmin=11.4; % SRN minimo richiesto per BER=2*10^-4 dopo Viterbi 16 QAM % SRNminlin=10^(SRNmin/10); Sx=-77.2; % livello sensibilità ricevitore DVB-T (dBm) % Sxlin=10^(Sx/10); Pd= Sx + 3 ; % segnale minimo desiderato (dBm) % Pdlin=10^(Pd/10); Pstarlin=(Pdlin-Sxlin)/SRNminlin; Pstar=10*log10(Pstarlin); PR(1:800)=0; a=0; for a=1:0.05:800 %MASCHERE DI EMISSIONE %WiFi 802.11.2007 MASK L:Fp=5,4GHz BANDWIDTH=10MHz% x=[-20,-15.1,-15,-10,-5.5,-5,-4.5,4.5,5,5.5,10,15,15.1,20];%offset in MHz y=[-20,-20,-10,2,10,20,30,30,20,10,2,-10,-20,-20];%spettro di densità di potenza in dBm/Hz y=y-y(7); y=y-115+(a/10); % per modulare tutta la maschera di un fattore a % Il valore che si sottrae ad y dipende dal valore Pd scelto (-115 per % Sx+3; -105 per Sx+10; -100 per Sx+20) xx=-20:0.1:20; yy=interp1(x,y,xx); % densità di potenza interferente ricevuta: Pir % yylin(1:880)=0; yylin(240:640)=10.^(yy/10); %calcolo dell'ocr for i=1:800 quadyy(i)=sum(0.08*yylin(i:i+80));%calcolo l'integrale come somma di aree di %rettangoli di dimensione 0.1 x yylin(i) considerando 80 indici per volta end; quadyytot=sum(0.1*yylin);%calcolo l'integrale come somma di aree di rettangoli di dimensione 0.1 x yylin(i) for i=1:800 if quadyy(i)==0 ocr(i)=200; else ocr(i)=-10*log10(quadyy(i)/quadyytot); end;

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end; Pir=10*log10(quadyytot); Pi=Pir-ocr; %algoritmo per il calcolo del protection ratio j=1; while ((Pi(j)<Pstar) && (j<401)) j=j+1; end; if j<401 PR(j)=Pd-Pir; PR(800-j)=Pd-Pir;%per simmetria end; end; PR(1)=0; PR(799)=0; indices = find(PR); asseY = nonzeros(PR); asseX = indices; zz=0:1:800; PRinter=interp1(asseX,asseY,zz); figure plot(asseX,asseY,'red',zz,PRinter) set(gca,'XTick',0:80:800); set(gca,'XTickLabel',{'-40','-32','-24','-16','-8','0','8','16','24','32','40'}); grid

Programma per il calcolo del protection ratio per maschere da 20 MHz

clear all f=786; % frequenza di lavoro in MHz % SRNmin=16.7; % SRN minimo richiesto per BER=2*10^-4 dopo Viterbi 64 QAM % %SRNmin=11.4; % SRN minimo richiesto per BER=2*10^-4 dopo Viterbi 16 QAM % SRNminlin=10^(SRNmin/10); Sx=-77.2; % livello sensibilità ricevitore DVB-T (dBm) % Sxlin=10^(Sx/10); Pd= Sx + 20; % segnale minimo desiderato (dBm) % Pdlin=10^(Pd/10); Pstarlin=(Pdlin-Sxlin)/SRNminlin; Pstar=10*log10(Pstarlin); PR(1:1600)=0; a=0; for a=1:1:1600 % il valore di partenza del parametro "a" ed il valore finale dipende dalla % larghezza della maschera mentre l'incremento determina l'accuratezza del % PR calcolato %MASCHERE DI EMISSIONE %WiFi 802.11B:Fp=2,4GHz BANDWIDTH=20MHz% %x=[-40,-22.1,-22,-15,-11.1,-11,-10,10,11,11.1,15,22,22.1,40];%offset in MHz %y=[-30,-30,-10,-10,-10,20,20,20,20,-10,-10,-10,-30,-30];%spettro di densità di %potenza in dBm/Hz %WiFi 802.11A:Fp=5,4GHz BANDWIDTH=20MHz% x=[-40,-30,-20,-11,-10,-9,-5,5,9,10,11,20,30,40]; y=[-10,-10,2,10,20,30,30,30,30,20,10,2,-10,-10]; %WiFi 802.11.2007 MASK L:Fp=5,4GHz BANDWIDTH=20MHz% %x=[-40,-30.1,-30,-20,-11,-10,-9,9,10,11,20,30,30.1,40]; %y=[-20,-20,-10,2,10,20,30,30,20,10,2,-10,-20,-20]; y=y-y(7); y=y-195+(a/10); % per modulare tutta la maschera di un fattore a

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% Il valore che si sottrae ad y dipende dal valore Pd scelto (-195 per % Sx+3; -185 per Sx+10; -180 per Sx+20) xx=-40:0.1:40; yy=interp1(x,y,xx); % densità di potenza interferente ricevuta: Pir % yylin(1:1680)=0; yylin(440:1240)=10.^(yy/10);%la maschera si pone al centro del vettore yylin %calcolo dell'ocr for i=1:1600 quadyy(i)=sum(0.1*yylin(i:i+80));%calcolo l'integrale come somma di aree di %rettangoli di dimensione 0.1 x yylin(i) considerando 80 indici per volta end; quadyytot=sum(0.1*yylin);%calcolo l'integrale come somma di aree di rettangoli %di dimensione 0.1 x yylin(i) for i=1:1600 if quadyy(i)==0 ocr(i)=200; else ocr(i)=-10*log10(quadyy(i)/quadyytot); end; end; Pir=10*log10(quadyytot); Pi=Pir-ocr; %algoritmo per il calcolo del protection ratio j=1; while ((Pi(j)<Pstar) && (j<801)) j=j+1; end; if j<801 PR(j)=Pd-Pir; PR(1600-j)=Pd-Pir;%per simmetria end; end; PR(1)=0; PR(1599)=0; indices = find(PR); asseY = nonzeros(PR); asseX = indices; zz=0:1:1600; PRinter=interp1(asseX,asseY,zz); figure plot(asseX,asseY,'red',zz,PRinter) set(gca,'XTick',0:80:1600); set(gca,'XTickLabel',{'-80','-72','-64','-56','-48','-40','-32','-24','-16','-8','0','8','16','24','32','40','48','56','64','72','80'}); grid

Programma per il calcolo della distanza di protezione per maschere da 5 MHz

clear all f=786; % frequenza di lavoro in MHz % %d=0.001; % distanza tra le antenne in Km % %Lfs= 32.4+20*(log10(f))+20*(log10(d)); % attenuazione in spazio libero % Dist1=0; DistMinima(1:20)=0; LpVett(1:9000)=0; PiDistanza(1:9000)=0; PiLevel(1:9000)=0; PiTotRicevuta(1:9000)=0; l=1000; % unità di misura : metri % for j=1:20

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for d=1:9000 Lfs= 32.4+20*(log10(f))+20*(log10(d/l)); %PARAMETRI FATTORE SPAZIALE REC. ITU-R SM.337-5 a=6371*4/3; e=30; o=10^(-2); K=0.36*(a*f)^(-1/3)*((e-1)^2+(18000*o/f)^2)^(-1/4)*(e^2+(18000*o/f)^2)^(1/2); b=(1+1.6*(K^2)+0.75*(K^4))/(1+4.5*(K^2)+1.35*(K^4)); X=2.2*b*(f^(1/3))*(a^(-2/3))*d/l; % distanza normalizzata tra le antenne % h1=30; % altezza antenna DVB-T Rx (metri) %h1=30 large urban environment,h1=20 %small urban environment h2=30; % altezza antenna interferente (metri) % Y1=9.6*(10^(-3))*b*(f^(2/3))*(a^(-1/3))*h1; Y2=9.6*(10^(-3))*b*(f^(2/3))*(a^(-1/3))*h2; FX=11+10*log10(X)-17.6*X; if Y1>2, GY1=17.6*((Y1-1.1)^(1/2))-5*log10(Y1-1.1)-8; end; if (10*K)<Y1 && (Y1<2), GY1=20*log10(Y1+0.1*(Y1^3)); end; if (K/10)<Y1 && Y1<(10*K), GY1=2+(20*log10(K))+9*(log10(Y1/K))*(log10(Y1/K)+1); end; if Y1<K && Y1<10, GY1=2+20*log10(K); end; if Y2>2, GY2=17.6*((Y2-1.1)^(1/2))-5*log10(Y2-1.1)-8; end; if (10*K)<Y2 && Y2<2, GY2=20*log10(Y2+0.1*(Y2^3)); end; if (K/10)<Y2 && Y2<(10*K), GY2=2+(20*log10(K))+9*(log10(Y2/K))*(log10(Y2/K)+1); end; if Y2<K && Y2<10, GY2=2+20*log10(K); end; GY=GY1+GY2; % somma delle altezze normalizzate delle antenne % Ldif=FX+GY; Lp=Lfs-Ldif; LpVett(d)=Lp; end; Gr=10; % guagagno antenna (dB) % % SRN minimo richiesto per BER=2*10^-4 dopo Viterbi (vedi ETSI EN 300 744 %V1.6.1) % %SRNmin=11.4; % 16-QAM 2/3 % SRNmin=16.7; % 64-QAM 2/3 % SRNminlin=10^(SRNmin/10); Sx=-77.2; % livello sensibilità ricevitore DVB-T(dBm) % Sxlin=10^(Sx/10); Pd=-71 + j; % segnale minimo desiderato DVB-T (dBm) % Pdlin=10^(Pd/10); Pstarlin=(Pdlin-Sxlin)/SRNminlin; Pstar=10*log10(Pstarlin); for n=1:9000 %MASCHERE DI EMISSIONE %WiFi 802.11.2007 MASK L:Fp=5,4GHz BANDWIDTH=5MHz% x=[-10,-7.51,-7.5,-5,-2.75,-2.5,-2.25,2.25,2.5,2.75,5,7.5,7.51,10];%offset in %MHz

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y=[-20,-20,-10,2,10,20,30,30,20,10,2,-10,-20,-20];%spettro di densità di %potenza in dBm y=y+Gr-LpVett(n); PiLevel(n)=y(7); xx=-10:0.1:10; yy=interp1(x,y,xx); % densità di potenza interferente ricevuta % yylin(1:880)=0; yylin(340:540)=10.^(yy/10); % la maschera si pone al centro del vettore yylin %calcolo dell'ocr for i=1:1:800 quadyy(i)=sum(0.1*yylin(i:i+80));%calcolo l'integrale come somma di aree di %rettangoli di dimensione 0.1 x yylin(i) considerando 80 indici per volta end; quadyytot=sum(0.1*yylin);%calcolo l'integrale come somma di aree di rettangoli %di dimensione 0.1 x yylin(i) for i=1:800 if quadyy(i)==0 ocr(i)=200;%valore massimo scelto per l'ocr else ocr(i)=-10*log10(quadyy(i)/quadyytot); end; end; Pir=10*log10(quadyytot); Pi=Pir-ocr; delta_f= -8; % offset di frequenza in MHz PiDelta=Pi(400+10*delta_f);%attribuisco a PiDelta il valore della potenza %interferente all'offset selezionato PiDistanza(n)=PiDelta; PiTotRicevuta(n)=Pir; end; %algoritmo per calcolare la distanza di protezione for k=1:9000 if PiDistanza(k)<= Pstar Dist1= k; break; end; end; DistMinima(j)=Dist1; % distanza di protezione end; figure plot(DistMinima) set(gca,'XTick',0:1:20); set(gca,'XTickLabel',{'-71','-70','-69','-68','-67','-66','-65','-64','-63','-62','-61','-60','-59','-58','-57','-56','-55','-54','-53','-52','-51'}); grid Programma per il calcolo della distanza di protezione per maschere da 10 MHz

clear all f=786; % frequenza di lavoro in MHz % %d=0.001; % distanza tra le antenne in Km % %Lfs= 32.4+20*(log10(f))+20*(log10(d)); % attenuazione in spazio libero % Dist1=0; DistMinima(1:20)=0; LpVett(1:11000)=0; PiDistanza(1:11000)=0; PiLevel(1:11000)=0; PiTotRicevuta(1:11000)=0; l=1000; % unità di misura : metri % for j=1:20 for d=1:8000

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Lfs= 32.4+20*(log10(f))+20*(log10(d/l)); %PARAMETRI FATTORE SPAZIALE REC. ITU-R SM.337-5 a=6371*4/3; e=30; o=10^(-2); K=0.36*(a*f)^(-1/3)*((e-1)^2+(18000*o/f)^2)^(-1/4)*(e^2+(18000*o/f)^2)^(1/2); b=(1+1.6*(K^2)+0.75*(K^4))/(1+4.5*(K^2)+1.35*(K^4)); X=2.2*b*(f^(1/3))*(a^(-2/3))*d/l; % distanza normalizzata tra le antenne % h1=30; % altezza antenna DVB-T Rx (metri) %h1=30 large urban environment,h1=20 %small urban environment h2=30; % altezza antenna interferente (metri) % Y1=9.6*(10^(-3))*b*(f^(2/3))*(a^(-1/3))*h1; Y2=9.6*(10^(-3))*b*(f^(2/3))*(a^(-1/3))*h2; FX=11+10*log10(X)-17.6*X; if Y1>2, GY1=17.6*((Y1-1.1)^(1/2))-5*log10(Y1-1.1)-8; end; if (10*K)<Y1 && (Y1<2), GY1=20*log10(Y1+0.1*(Y1^3)); end; if (K/10)<Y1 && Y1<(10*K), GY1=2+(20*log10(K))+9*(log10(Y1/K))*(log10(Y1/K)+1); end; if Y1<K && Y1<10, GY1=2+20*log10(K); end; if Y2>2, GY2=17.6*((Y2-1.1)^(1/2))-5*log10(Y2-1.1)-8; end; if (10*K)<Y2 && Y2<2, GY2=20*log10(Y2+0.1*(Y2^3)); end; if (K/10)<Y2 && Y2<(10*K), GY2=2+(20*log10(K))+9*(log10(Y2/K))*(log10(Y2/K)+1); end; if Y2<K && Y2<10, GY2=2+20*log10(K); end; GY=GY1+GY2; % somma delle altezze normalizzate delle antenne % Ldif=FX+GY; Lp=Lfs-Ldif; LpVett(d)=Lp; end; Gr=10; % guagagno antenna (dB) % % SRN minimo richiesto per BER=2*10^-4 dopo Viterbi (vedi ETSI EN 300 744 %V1.6.1) % %SRNmin=11.4; % 16-QAM 2/3 % SRNmin=16.7; % 64-QAM 2/3 % SRNminlin=10^(SRNmin/10); Sx=-77.2; % livello sensibilità ricevitore DVB-T(dBm) % Sxlin=10^(Sx/10); Pd=-71 + j; % segnale minimo desiderato DVB-T (dBm) % Pdlin=10^(Pd/10); Pstarlin=(Pdlin-Sxlin)/SRNminlin; Pstar=10*log10(Pstarlin); for n=1:11000 %MASCHERE DI EMISSIONE %WiFi 802.11.2007 MASK L:Fp=5,4GHz BANDWIDTH=10MHz x=[-20,-15.1,-15,-10,-5.5,-5,-4.5,4.5,5,5.5,10,15,15.1,20];%offset in MHz y=[-20,-20,-10,2,10,20,30,30,20,10,2,-10,-20,-20];%spettro di densità di potenza %in dBm y=y+Gr-LpVett(n);

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PiLevel(n)=y(7); xx=-20:0.1:20; yy=interp1(x,y,xx); % densità di potenza interferente ricevuta % yylin(1:880)=0; yylin(240:640)=10.^(yy/10); % la maschera si pone al centro del vettore yylin %calcolo dell'ocr for i=1:1:800 quadyy(i)=sum(0.1*yylin(i:i+80));%calcolo l'integrale come somma di aree di %rettangoli di dimensione 0.1 x yylin(i) considerando 80 indici per volta end; quadyytot=sum(0.1*yylin);%calcolo l'integrale come somma di aree di rettangoli %di dimensione 0.1 x yylin(i) for i=1:800 if quadyy(i)==0 ocr(i)=200;%valore massimo scelto per l'ocr else ocr(i)=-10*log10(quadyy(i)/quadyytot); end; end; Pir=10*log10(quadyytot); Pi=Pir-ocr; delta_f= -12; % offset di frequenza in MHz PiDelta=Pi(400+10*delta_f);%attribuisco a PiDelta il valore della potenza %interferente all'offset selezionato PiDistanza(n)=PiDelta; PiTotRicevuta(n)=Pir; end; %algoritmo per calcolare la distanza di protezione for k=1:11000 if PiDistanza(k)<= Pstar Dist1= k; break; end; end; DistMinima(j)=Dist1; % distanza di protezione end; figure plot(DistMinima) set(gca,'XTick',0:1:20); set(gca,'XTickLabel',{'-71','-70','-69','-68','-67','-66','-65','-64','-63','-62','-61','-60','-59','-58','-57','-56','-55','-54','-53','-52','-51'}); grid Programma per il calcolo della distanza di protezione per maschere da 20 MHz

clear all f=786; % frequenza di lavoro in MHz % %d=0.001; % distanza tra le antenne in Km % %Lfs= 32.4+20*(log10(f))+20*(log10(d)); % attenuazione in spazio libero % Dist1=0; DistMinima(1:20)=0; LpVett(1:18000)=0;%2007 1:18000,A 1:18000,B 1:5000 PiDistanza(1:18000)=0;%2007 1:18000,A 1:18000,B 1:5000 PiLevel(1:18000)=0;%2007 1:18000,A 1:18000,B 1:5000 PiTotRicevuta(1:18000)=0;%2007 1:18000,A 1:18000,B 1:5000 l=1000; % unità di misura : metri % for j=1:20 for d=1:18000%2007 1:18000,A 1:18000,B 1:5000 Lfs= 32.4+20*(log10(f))+20*(log10(d/l)); %PARAMETRI FATTORE SPAZIALE REC. ITU-R SM.337-5 a=6371*4/3;

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e=30; o=10^(-2); K=0.36*(a*f)^(-1/3)*((e-1)^2+(18000*o/f)^2)^(-1/4)*(e^2+(18000*o/f)^2)^(1/2); b=(1+1.6*(K^2)+0.75*(K^4))/(1+4.5*(K^2)+1.35*(K^4)); X=2.2*b*(f^(1/3))*(a^(-2/3))*d/l; % distanza normalizzata tra le antenne % h1=30; % altezza antenna DVB-T Rx (metri) %h1=30 large urban environment,h1=20 %small urban environment h2=30; % altezza antenna interferente (metri) % Y1=9.6*(10^(-3))*b*(f^(2/3))*(a^(-1/3))*h1; Y2=9.6*(10^(-3))*b*(f^(2/3))*(a^(-1/3))*h2; FX=11+10*log10(X)-17.6*X; if Y1>2, GY1=17.6*((Y1-1.1)^(1/2))-5*log10(Y1-1.1)-8; end; if (10*K)<Y1 && (Y1<2), GY1=20*log10(Y1+0.1*(Y1^3)); end; if (K/10)<Y1 && Y1<(10*K), GY1=2+(20*log10(K))+9*(log10(Y1/K))*(log10(Y1/K)+1); end; if Y1<K && Y1<10, GY1=2+20*log10(K); end; if Y2>2, GY2=17.6*((Y2-1.1)^(1/2))-5*log10(Y2-1.1)-8; end; if (10*K)<Y2 && Y2<2, GY2=20*log10(Y2+0.1*(Y2^3)); end; if (K/10)<Y2 && Y2<(10*K), GY2=2+(20*log10(K))+9*(log10(Y2/K))*(log10(Y2/K)+1); end; if Y2<K && Y2<10, GY2=2+20*log10(K); end; GY=GY1+GY2; % somma delle altezze normalizzate delle antenne % Ldif=FX+GY; Lp=Lfs-Ldif; LpVett(d)=Lp; end; Gr=10; % guagagno antenna (dB) % % SRN minimo richiesto per BER=2*10^-4 dopo Viterbi (vedi ETSI EN 300 744 %V1.6.1) % %SRNmin=11.4; % 16-QAM 2/3 % SRNmin=16.7; % 64-QAM 2/3 % SRNminlin=10^(SRNmin/10); Sx=-77.2; % livello sensibilità ricevitore DVB-T(dBm) % Sxlin=10^(Sx/10); Pd=-71 + j; % segnale minimo desiderato DVB-T (dBm) % Pdlin=10^(Pd/10); Pstarlin=(Pdlin-Sxlin)/SRNminlin; Pstar=10*log10(Pstarlin); for n=1:18000%2007 1:18000,A 1:18000,B 1:5000 %MASCHERE DI EMISSIONE %WiFi 802.11B:Fp=2,4GHz BANDWIDTH=20MHz% %x=[-40,-22.1,-22,-15,-11.1,-11,-10,10,11,11.1,15,22,22.1,40];%offset in MHz %y=[-30,-30,-10,-10,-10,20,20,20,20,-10,-10,-10,-30,-30];%spettro di densità di %potenza in dBm %WiFi 802.11A:Fp=5,4GHz BANDWIDTH=20MHz% %x=[-40,-30,-20,-11,-10,-9,-5,5,9,10,11,20,30,40]; %y=[-10,-10,2,10,20,30,30,30,30,20,10,2,-10,-10]; %WiFi 802.11.2007 MASK L:Fp=5,4GHz BANDWIDTH=20MHz%

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x=[-40,-30.1,-30,-20,-11,-10,-9,9,10,11,20,30,30.1,40]; y=[-20,-20,-10,2,10,20,30,30,20,10,2,-10,-20,-20]; y=y+Gr-LpVett(n); PiLevel(n)=y(7); xx=-40:0.1:40; yy=interp1(x,y,xx); % densità di potenza interferente ricevuta % yylin(1:880)=0; yylin(40:840)=10.^(yy/10); % la maschera si pone al centro del vettore yylin %calcolo dell'ocr for i=1:1:800 quadyy(i)=sum(0.1*yylin(i:i+80));%calcolo l'integrale come somma di aree di %rettangoli di dimensione 0.1 x yylin(i) considerando 80 indici per volta end; quadyytot=sum(0.1*yylin);%calcolo l'integrale come somma di aree di rettangoli %di dimensione 0.1 x yylin(i) for i=1:800 if quadyy(i)==0 ocr(i)=200;%valore massimo scelto per l'ocr else ocr(i)=-10*log10(quadyy(i)/quadyytot); end; end; Pir=10*log10(quadyytot); Pi=Pir-ocr; delta_f= -16; % offset di frequenza in MHz PiDelta=Pi(400+10*delta_f);%attribuisco a PiDelta il valore della potenza %interferente all'offset selezionato PiDistanza(n)=PiDelta; PiTotRicevuta(n)=Pir; end; %algoritmo per calcolare la distanza di protezione for k=1:18000%2007 1:18000,A 1:18000,B 1:5000 if PiDistanza(k)<= Pstar Dist1= k; break; end; end; DistMinima(j)=Dist1; % distanza di protezione end; figure plot(DistMinima) set(gca,'XTick',0:1:20); set(gca,'XTickLabel',{'-71','-70','-69','-68','-67','-66','-65','-64','-63','-62','-61','-60','-59','-58','-57','-56','-55','-54','-53','-52','-51'}); grid

 

 

 

 

 

 

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RIFERIMENTI

[1]A. Aloisi, M. Celidonio, L. Pulcini. Studio e valutazione dell’interferenza co-canale e tra canali adiacenti tra il segnale DVB-T ed il segnale relativo a sistemi mobili di 4a generazione in banda UHF(2009).

[2]M. Celidonio, L. Pulcini. Indagine sperimentale finalizzata al riuso della banda UHF-TV per servizi mobili(2011).

[3]P. Bahl, R. Chandra, T. Moscibroda, R. Murty, M. Welsh.  White space networking with Wi-Fi like connectivity(2009).

[4]A. K. Sadek, S. J. Shellhammer, W. Zhang. Technical challenges for cognitive radio in the TV white space spectrum(2009).

[5]http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11

[6]http://en.wikipedia.org/wiki/3GPP_Long_Term_Evolution

[7]http://en.wikipedia.org/wiki/DVB-T

[8]http://it.wikipedia.org/wiki/Televisione_digitale_terrestre

[9]http://it.wikipedia.org/wiki/Wireless_Local_Area_Network

[10]http://en.wikipedia.org/wiki/Wlan

[11]http://www.regione.piemonte.it/innovazione/innovazione/notizie/white-spaces-prima-in-italia-la-sperimentazione-di-csp-e-politecnico-di-torino.html

[12]http://www.radio-electronics.com/info/wireless/wi-fi/ieee-802-11af-white-fi-tv-space.php