Ponte radio
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Il termine ponte radio si utilizza per indicare la connessione in radiofrequenza al fine di trasmettere a distanza dati, fonia, video o altre informazioni opportunamente codificate.
I ponti radio (in inglese radio links) sfruttano la propagazione delle onde elettromagnetiche nello spazio vuoto o occupato da un mezzo non totalmente opaco alle lunghezze d'onda utilizzate. La capacità disponibile alla trasmissione dipende dallo spettro radio utilizzato (intervallo di frequenze o canale radio) e dalla complessità della modulazione utilizzata. Infatti nello stesso intervallo di frequenze si può trasmettere una quantità maggiore di informazioni se viene utilizzata una maggior complessità di codificazione delle informazioni. La contropartita è che a maggior complessità corrisponde una minor robustezza della trasmissione, che si risolve nella necessità di maggior potenza di trasmissione, nell'incremento della complessità dell'elettronica utilizzata e nelle maggior sensibilitá alle possibili interferenze naturali o artificiali. I limiti minimi di potenza ricevuta per ogni capacità e tipo di modulazione, sono determinati teoricamente a causa dell'inevitabile presenza di rumore elettronico nei ricevitori, che produce una probabilità d'errore nella sequenza del segnale ricevuto digitale, o una sua distorsione nel caso di segnali analogici.
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[modifica] Frequenze utilizzate
Gli intervalli di frequenze elettromagnetiche utilizzabili per i ponti radio commerciali, vanno dai MHz alle decine di GHz, e sono regolati in ogni paese dalle autorità competenti per ordinare e garantire una trasmissione senza interferenze e quindi con un livello di qualità opportuno. Al momento non esistono sistemi commerciali per frequenze superiori agli 80 GHz, mentre le frequenze più utilizzate sono quelle fra i 4 GHz e i 40 GHz.
A livello internazionale la UIT (Unione Internazione delle Telecomunicazioni, in inglese ITU) regola le porzioni di spettro in modo da permettere una massima omogeneità degli usi in tutti i paesi, e quindi anche lo sviluppo di prodotti commerciali di basso costo che possono essere venduti nei vari paesi.
[modifica] Codifiche della trasmissione
Le tecniche di trasmissione in ponte radio digitale disponibili commercialmente permettono oggi (2007) la trasmissione con una complessità di 128 o 256 simboli differenti (ogni simbolo ha una differente fase e/o ampiezza dell'onda elettromagnetica impiegata, come previsto dalla modulazione QAM), corrispondenti ad una efficienza di trasmissione teorica di 7 o 8 bit/s per ogni Hertz di spettro elettromagnetico utilizzato. Tecniche ancora più sofisticate permettono la trasmissione simultanea su due polarizzazioni ortogonali dell'onda radio, orizzontale e verticale, in modo da raggiungere efficienze di 14-16 bit/s per Hertz, con una doppia modulazione di 128-256 simboli per polarizzazione. Naturalmente dato che le antenne normalmente non consentono una separazione sufficiente delle due polarizzazioni in tutte le condizioni del mezzo di trasmissione, occorre normalmente l'utilizzazione di dispositivi di cancellazione delle interferenze reciproche dei due segnali, per ottenere queste efficienze massime. Le efficienze massime si vedono poi normalmente ridotte di una certa percentuale (generalmente un 10-20%), data la necessità di utilizzare una parte della capacità per introdurre segnali ridondanti al fine di correggere gli errori di trasmissione (tecniche di correzione degli errori).
[modifica] Limitazioni
Fra i fattori che limitano la capacità di trasmissione vi sono vari fenomeni atmosferici come la pioggia, le riflessioni e ostruzioni dal terreno, vegetazioni, edifici etc., le disomogeneità delle caratteristiche di trasmissione delle onde elettromagnetiche nei diversi strati atmosferici, le attenuazioni dovute ad assorbimenti determinati da alcune molecole (ossigeno, vapor d'acqua, ...). Con particolari schemi di modulazione usati congiuntamente nell'OFDM, le riflessioni diventano un fenomeno meno limitante per la trasmissione radio in ambiente NLOS (Non-line-of-sight, non in vista ottica). I ponti radio utilizzano normalmente antenne di alta direttività che permettono di concentrare in una direzione preferenziale (verso il ricevitore distante) l'energia elettromagnetica generata dal trasmettitore, e complementariamente di ricevere solo l'energia ricevuta da una determinata direzione. In questo modo è possibile minimizzare gli effetti di interferenza e quindi riutilizzare le stesse frequenze per trasmissioni simultanee nella stessa area geografica, in direzioni diverse e opportunamente separate angolarmente. I livelli di potenza massima trasmittibile sono regolati dagli organismi competenti per evitare effetti negativi sulla popolazione che accidentalmente viene illuminata dalle antenne trasmittenti. Di fatto si utilizzano normalmente pochi watt di potenza anche per trasmissioni di gran capacità, come quelle che in uno spettro di circa 28 MHz trasmettono oltre 310 Mb/s (al netto delle ridondanze) con l'uso di modulazioni a 128 simboli e doppia polarizzazione, a distanze di diverse decine di chilometri, con antenne paraboliche di pochi metri di diametro.
[modifica] Modulazione adattativa
Le ultime novitá tecnologiche disponibili in prodotti commerciali, includono la possibilitá di controllare la complessitá di modulazione, per esempio passando per 4/16/64QAM, in funzione delle condizioni di propagazione disponibili in ogni momento. In tal modo si puó garantire una alta qualitá di servizio (esempio disponibilitá del 99.999% del tempo) per i servizi prioritari anche quando la pioggia e gli altri fenomeni atmosferici impediscono l'uso di modulazioni e capacitá più elevate. D'altra parte, dato che questi fenomeni avversi avvengono solo durante una piccola frazione del tempo, il sistema radio puó trasportare servizi meno prioritari aggiuntivi con una qualitá che rimane elevata (per esempio con disponibilitá superiori al 99.9% del tempo), utilizzando le modulazioni più efficienti in modo adattativo. Quando la modulazione adattativa si accoppia con il trasporto di segnali di tipo 'a pacchetto', per esempio informazioni con protocollo IP, si raggiunge la migliore ottimizzazione e la massima efficienza totale media, permettendo di miglior bilanciamento fra qualitá , capacitá e investimenti in infrastrutture costose come antenne di gran diametro.
[modifica] Ripetitori passivi
Il termine 'ripetitore passivo' indica la tecnica utilizzata nei Ponti Radio per poter superare ostacoli naturali che ostruirebbero la linea di vista tra due terminali radio. Il ripetitore passivo, consiste in una coppia di antenne opportunamente collocate che ricevono e ritrasmettono il segnale cambiandone la direzione senza amplificazione e quindi in modo 'passivo'. Il ripetitore passivo puó essere collocato in punti elevati ovviando l'installazione di apparati elettronici che richiederebbero energia e la cui manutenzione risulterebbe complicata e costosa. In casi particolari, normalmente con angoli di ripetizione inferiori ai 90º, si puó utilizzare uno specchio metallico con area di diversi metri quadrati opportunamente orientato, invece di due antenne accoppiate. In alcuni casi particolarmente critici per la presenza di ostacoli difficilmente superabili, si puó utilizzare l'inserimento di doppi o addirittura tripli ripetitori passivi. La tecnica risulta particolarmente vantaggiosa se il punto di ripetizione passiva é vicino a uno de due terminali attivi, in modo da ridurre le perdite totali del collegamento.
[modifica] Ponti radio e fibra ottica
I ponti radio sono stati per molto tempo uno dei mezzi di trasmissione a distanza con maggior capacità. Nel corso degli anni novanta, le fibre ottiche hanno superato largamente la capacità massima trasmittibile da sistemi in ponte radio, limitando di fatto il loro uso, specialmente nei paesi più sviluppati. I ponti radio hanno mantenuto comunque una validità insuperata per tutti quei casi dove la rapidità di installazione e la moderata capacità richiesta, rendono la fibra ottica una soluzione inadeguata. Come caso emblematico, la maggior parte delle connessioni alle stazioni radio per la telefonia mobile, o per la connessione delle stazioni di diffusione di segnali televisivi terrestri, sono realizzate per mezzo di ponti radio.
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