La sfida al wireless a banda larga deriva dalla scarsità delle risorse dello spettro radio. Gli organismi di regolamentazione di tutto il mondo hanno assegnato solo una quantità limitata di spettro per uso commerciale. La necessità di accogliere un numero sempre crescente di utenti e di offerte
Le applicazioni ad alta larghezza di banda che utilizzano uno spettro limitato sfidano il progettista del sistema a ricercare continuamente soluzioni che utilizzino lo spettro in modo più efficiente. Le considerazioni sull’efficienza spettrale influiscono su molti aspetti della progettazione di sistemi wireless a banda larga.
Lo strumento fondamentale utilizzato per ottenere una maggiore efficienza spettrale a livello di sistema è il concetto di architettura cellulare, in base alla quale invece di utilizzare un singolo trasmettitore ad alta potenza per coprire una vasta area geografica, diversi trasmettitori a potenza inferiore che coprono ciascuno un’area più piccola , chiamati cella, vengono utilizzati. Le celle stesse sono spesso suddivise in pochi settori mediante l’utilizzo di antenne direzionali. In genere, un piccolo gruppo di celle o settori forma un cluster e lo spettro di frequenze disponibile viene diviso tra le celle o i settori in un cluster e allocato in modo intelligente per ridurre al minimo le interferenze reciproche.
Lo schema di allocazione delle frequenze all’interno di un cluster viene quindi ripetuto in tutta l’area di servizio desiderata e viene definito riutilizzo della frequenza. Per una maggiore capacità ed efficienza spettrale, il riutilizzo della frequenza deve essere massimizzato. L’aumento del riutilizzo, tuttavia, porta a un maggiore potenziale di interferenza. Pertanto, per facilitare un riutilizzo più rigoroso, la sfida è progettare schemi di trasmissione e ricezione che possano funzionare in condizioni di rapporto segnale-interferenza-rumore (SINR) più basso o implementare metodi efficaci per gestire le interferenze.
Un modo efficace per gestire le interferenze è utilizzare l’elaborazione ad antenne multiple. Oltre a utilizzare l’architettura cellulare e massimizzare il riutilizzo della frequenza, è possibile utilizzare diverse altre tecniche di elaborazione del segnale per massimizzare l’efficienza spettrale e quindi la capacità del sistema. Molte di queste tecniche sfruttano le informazioni del canale per massimizzare la capacità.
Controlliamo l’esempio.
Modulazione e codifica adattiva: L’idea è di variare la velocità di modulazione e codifica per utente e/o per pacchetto in base alle condizioni SINR prevalenti. Utilizzando il livello di modulazione e velocità di codifica più elevato che può essere supportato dal SINR, è possibile massimizzare la velocità dei dati dell’utente, e quindi la capacità. La modulazione e la codifica adattiva fanno parte dello standard WiMAX.
Multiplexing spaziale:
L’idea alla base del multiplexing spaziale è che più flussi indipendenti possono essere trasmessi in parallelo su più antenne e possono essere separati sul ricevitore utilizzando più catene di ricezione attraverso un’adeguata elaborazione del segnale. Questo può essere fatto fintanto che i canali multipercorso visti dalle varie antenne sono sufficientemente decorrelati, come sarebbe il caso in un ambiente ricco di scattering.
Il
multiplexing spaziale fornisce velocità di trasmissione dati e guadagni di capacità proporzionali al numero di antenne utilizzate. Questa e altre tecniche multi-antenna sono trattate in un’altra parte.
Tecniche di accesso multiplo efficienti: Oltre a garantire che ciascun utente utilizzi lo spettro nel modo più efficiente possibile, è necessario ideare metodi efficaci per condividere in modo efficiente le risorse tra più utenti. Questa è la sfida affrontata al livello MAC del sistema. È possibile ottenere una maggiore efficienza nell’uso dello spettro associando informazioni sulla qualità del canale nel processo di allocazione delle risorse. Le tecniche del livello MAC sono discusse più dettagliatamente in un’altra parte.
Va sottolineato che la capacità e l’efficienza spettrale non possono essere separate dalla necessità di fornire una copertura adeguata. Se ci si preoccupasse esclusivamente dell’elevata efficienza o capacità spettrale, un modo ovvio per ottenerlo sarebbe diminuire il raggio della cella o raggruppare più stazioni base per unità di area.
Ovviamente, questo è un modo costoso per migliorare la capacità. Pertanto, è importante considerare l’efficienza spettrale in modo più ampio per includere la nozione di area di copertura. La grande sfida per la progettazione di sistemi wireless a banda larga è trovare il giusto equilibrio tra capacità e copertura che offra buona qualità e affidabilità a un costo ragionevole.