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Mercoledì, 20 Luglio 2016 00:00

Fondamenti per la progettazione di un ponte radio

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Cos'è un ponte radio?

Per ponte radio si intende un collegamento wireless tra due punti fissi che consente la trasmissione di informazioni a distanza senza utilizzo di cavi.

ponti radio wifi backhaul 640x283

A cosa serve?

Le applicazioni possibili sono disparate, di seguito solo qualche esempio:

  • condividere la connessione ad internet tra un punto dotato di adsl ed un punto sprovvisto 
  • visualizzare i video del proprio impianto di videosorveglianza IP installato nel punto A dal punto B distante svariati Km da A
  • utilizzare la linea telefonica VoIP presente nel punto A dal punto B

I ponti radio sono tutti uguali?

No, esistono ponti radio in grado di trasferire grandi quantità di dati in breve tempo e ponti radio con capacità inferiori.

La frequenza di lavoro, le antenne e le radio da impiegare vanno selezionate e dimensionate, a grandi linee, sulla base del tipo di applicazione prevista, della distanza da coprire, della morfologia del territorio e della presenza o meno di altri segnali interferenti.

Ponti radio a microonde

I ponti radio in banda libera (Wi-Fi e HiperLAN) fanno utilizzo delle microonde.

Il primo fattore da considerare prima di dimensionare un ponte radio a microonde è la presenza o meno della visibilità ottica.

Infatti, è necessario che tra le due antenne non sia presente alcun tipo di ostacolo (come ad esempio edifici, alberi, ecc).

Gli inglesi la chiamano Line-of-sight (LOS) in italia preferiamo chiamarla Linea di Vista.

In realtà esiste una condizione ancora più restrittiva, ovvero deve essere libera da ostacoli una porzione di spazio attorno alla Linea di Vista: la prima zona di Fresnel.

Che distanza possiamo raggiungere?

Molto spesso la domanda che ci viene posta è: che distanza massima raggiunge questa "antenna"?

L'antenna è solo uno dei componenti necessari alla realizzazione del collegamento radio, servono infatti due antenne e due radio. E' quindi possibile dimensionare il ponte radio (selezionare antenne e radio) nota la distanza tra i punti da connettere e la velocità di trasmissione minima richiesta.

Le prestazioni del ponte radio variano se variano i seguenti parametri principali:

  • Potenza di trasmissione (tx): maggiore è maggiore potenza sarà ricevuta
  • Attenuazione sul cavo coassiale in trasmissione (actx): maggiore è minore potenza sarà ricevuta
  • Guadagno antenna trasmittente (gtx): maggiore è maggiore sarà la potenza ricevuta
  • Attenuazione di tratta (at): maggiore è minore sarà la potenza ricevuta
  • Guadagno antenna ricevente (grx): maggiore è maggiore sarà la potenza ricevuta
  • Attenuazione sul cavo coassiale in ricezione (acrx): maggiore è minore potenza sarà ricevuta

Va fatta una considerazione, in particolare, la potenza EIRP* trasmessa massima è solitamente limitata dalle normative tecniche, tale limite di fatto influenza la distanza massima raggiungibile.

Facciamo ricorso al bilancio energetico per stimare che livello di potenza avremo al ricevitore:

bilancio energetico       [dBm]

Volendo diagrammare avremo:

Disegno articolo 680x262

Vediamo nel dettaglio cosa accade nei punti dello schema:

A: Potenza di trasmissione della radio
B: Perdita a causa dell'attenuazione sul cavo
C: Incremento grazie al guadagno dell'antenna trasmittente
D: Potenza all'antenna ricevente


Tra il punto C e il punto D, il livello del segnale viene attenuato in quanto il segnale sta attraversando lo spazio libero. Maggiore è la distanza da coprire e maggiore sarà la perdita di segnale. Tale attenuazione, definita attenuazione di tratta, viene calcolata mediante la seguente formula:

attenuazione di tratta

 

con D distanza espressa in Km e At attenuazione di tratta espressa in dB


E: Incremento grazie al guadagno dell'antenna ricevente
F: Perdita a causa dell'attenuazione sul cavo

Il livello di segnale ricevuto è quindi pari a circa -61dBm. La comunicazione è bidirezionale per cui dovremmo calcolare il livello di segnale ricevuto quando la ricevente diventa trasmittente e viceversa, se ipotizziamo che l'apparecchiatura utilizzata è la medesima su ogni lato del collegamento non sarà necessario procedere al calcolo della tratta inversa.

La distanza massima è limitata dalla soglia di sensibilità della radio (RX). A titolo di esempio se la nostra radio ricevente avesse sensibilità minima pari a -96dBm potremmo aumentare la distanza fino ad ottenere un livello di segnale ricevuto pari a tale soglia. Nella realtà è opportuno lasciare un margine (Link Margin) di almeno 10dB tra la minima sensibilità e il livello di potenza ricevuto.

 

*Potenza EIRP (Equivalent Isotropically Radiated Power) è pari alla somma della potenza di trasmissione (dBm) meno l'eventuale attenuazione sul cavo coassiale (dB) più il guadagno d'antenna (dBi).

 

Si ringrazia la Dott.ssa Cristina Di Pietra per la fattiva collaborazione prestata per la redazione del presente articolo.

Letto 9007 volte Ultima modifica il Giovedì, 21 Luglio 2016 08:56

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