Introduzione
La futura generazione di sistemi di comunicazione Wireless sarà progettata con lo scopo di fare il miglior uso possibile di un limitato spettro radio, per incrementare il throughput oltre alla capacità trasmissiva dell’utente. Tutto ciò è possibile adottando comunicazioni Spread Spectrum.
Negli ultimi anni, proprio in questo ambito, si sono sviluppati sistemi basati sull’unione della tecnica OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) e del CDMA (Code Division Multiplexing).
La realizzazione di sistemi ad accesso multiplo, che mantengano invariati i vantaggi della modulazione OFDM, nasce dall’esigenza di utilizzare elevate velocità trasmissive. Infatti, il mezzo trasmissivo che le richiede è in genere selettivo in frequenza. La selettività in frequenza del canale si traduce in una distorsione lineare del segnale trasmesso, che a sua volta genera ISI (Interferenza Intersimbolica) al ricevitore.
Essa deve essere opportunamente compensata per evitare una severa degradazione delle prestazioni del sistema. Tale compensazione avviene tramite tecniche genericamente note come tecniche di equalizzazione. Per sistemi convenzionali a singola portante (PSK, QAM) si utilizzano di solito equalizzatori lineari o a reazione, che operano nel dominio del tempo: filtri numerici a risposta impulsiva finita. Essi presentano tempi di acquisizione molto lunghi, quando il canale è fortemente selettivo. Inoltre, poiché il moto relativo tra mobile e stazione radio base rende il canale variabile anche nel tempo oltre che in frequenza, occorrono tecniche di equalizzazione che riescano ad inseguire le
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variazioni del canale. Ciò non è sempre possibile con un’equalizzazione nel dominio del tempo.
Per questo motivo sono state cercate soluzioni alternative come l’unione tra OFDM e CDMA.
La tecnica OFDM è una modulazione particolarmente robusta nei confronti del fading selettivo. Essa consiste nella suddivisione del flusso di dati ad elevato bit-rate in diversi sottoflussi a bit-rate ridotto. Ciascuno di essi viene poi trasmesso su una diversa sottoportante. In questo modo, se è nota la risposta in frequenza del canale, l’equalizzazione può essere realizzata nel dominio della frequenza semplicemente con un banco di moltiplicatori complessi.
La tecnica CDMA è stata inizialmente utilizzata per le comunicazioni in ambito militare, ed è stata di recente adottata negli standard per i sistemi radiomobili di terza generazione grazie alla sua capacità di risolvere le componenti multipath del canale e di reiettare interferenze a banda stretta.
L’obiettivo comune è un’efficienza spettrale più elevata rispetto al CDMA classico, mantenendo contemporaneamente il vantaggio della diversità di codice garantita dalle sequenze di spreading.
Alcune delle modalità proposte, basate su sistemi Multi Carrier, sono il MC- CDMA, il MC-DS-CDMA (Multi Carrier-Direct Sequence) e il MT-CDMA (Multi Tone).
Oltre all’elevata efficienza spettrale i vantaggi principali, che li caratterizzano, sono la robustezza al fading, la riduzione dell’influenza dell’ISI (Inter Symbol Interference) e dell’ICI (Inter Channel Interference) sui segnali ricevuti e della MAI (Multiple Access Interference). Inoltre, la trasmissione contemporanea della medesima informazione su più portanti, congiuntamente all’inserimento di opportuni tempi di guardia per limitare il fading, permette al segnale trasmesso, di ottenere prestazioni migliori in termini di BER (Bit Error Rate).
I principali inconvenienti di tali sistemi sono la capacità limitata dal numero di portanti impiegate nel Multi Carrier, la sensibilità agli off-set di frequenza ed alle non linearità. Un errore di frequenza (dovuto ad effetti Doppler o alla instabilità degli oscillatori in trasmissione e in ricezione) causa infatti ICI, e deve essere limitato ad una piccola frazione della spaziatura fra le sottoportanti, per non incorrere in una eccessiva degradazione delle prestazioni. Inoltre, le fluttuazioni piuttosto marcate, presenti
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Introduzione
nell’inviluppo complesso di un segnale OFDM, richiedono amplificatori lineari, e questo non è sempre possibile, soprattutto nella tratta di uplink.
La trattazione è articolata in cinque parti.
Nel Capitolo I vengono descritte le tecniche CDMA e OFDM.
Nel Capitolo II vengono trattate le modulazioni di tipo MC-CDMA, MC-DS- CDMA e MT-CDMA.
Il Capitolo III è incentrato sulla descrizione delle caratteristiche del canale radiomobile, evidenziandone gli aspetti più problematici.
Nel Capitolo IV viene affrontato il problema della rivelazione e stima di canale per l’uplink di sistemi MC-DS-CDMA.
Nel Capitolo V vengono confrontate le prestazioni degli algoritmi di rivelazione LMS e RLS in termini di BER.
In Appendice Software sono riportati alcuni dei programmi usati nelle simulazioni, scritti in linguaggio Fortran 90.
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