Modelli di radiopropagazione

Il gruppo EML2  ha competenze specifiche nell’ambito dei modelli di radiopropagazione: essi sono sia oggetto di attività didattica relativamente ai corsi di Antenne e Compatibilità EM sia oggetto di attività di ricerca e sviluppo nell’ambito dei progetti: SeGriPlaNet, Genetic Agents…

Alla base dei modelli di radiopropagazione c’è la conoscenza di come i parametri di base delle antenne di una rete di comunicazioni cellulari possono essere utilizzati insieme alla conoscenza dei meccanismi di propagazione fondamentali delle onde EM per determinare il range di funzionamento della rete stessa.
Esistono differenti tipologie di modelli, da quelli più idealizzati e approssimati a quelli più dettagliati e precisi: obiettivo di ciascuno di essi è predire il Path Loss L (vedi figura) di un sistema di comunicazioni wireless nella maniera più accurata possibile.  Il Path Loss fra due antenne è il rapporto fra la potenza trasmessa e la potenza ricevuta, solitamente misurato in dB.
La predizione del Path Loss permette di determinare il range di funzionamento di una rete prima della sua effettiva installazione.  Per determinare quando una rete non offre più una qualità di servizio accettabile è necessario conoscere quando il livello di potenza ricevuta scende al di sotto di una determinata soglia (massimo Path Loss accettabile).

RPModels

I modelli possono essere classificati in vario modo: a seconda che si considerino la tipologia e le dimensioni delle celle di copertura della rete cellulare in esame o le modalità con le quali i modelli sono stati ottenuti o implementati.  Le categorie nelle quali si possono far rientrare i radiopropagatori sono:
-    modelli semplificati e/o ideali: il Path Loss viene calcolato solo in relazione alla distanza reciproca fra antenna TX e antenna RX supponendo che vi sia il vuoto nello spazio che le separa. Quasi inapplicabili ai casi reali. (ad es.: Free Space Loss)
-    modelli totalmente empirici: le equazioni che determinano il Path Los sono ricavate sulla base di grafici e misure effettuate sul campo. Semplici e computazionalmente poco onerosi, sono generalmente poco accurati per via del fatto che sono stati sviluppati in relazione a configurazioni di rete ben determinate (quelle dalla quali sono state ricavate le misure) e necessitano dei fattori di correzione per poter essere adattati ai vari casi pratici che si possono presentare (ad es. COST231-Okumura-Hata)
-    modelli semi-empirici (o semi-deterministici): le equazioni per determinare il Path Loss sono determinate sia sulla base dei risultati di campagne di misura sia sulla considerazione dei meccanismi di radiopropagazione (in particolar modo la diffrazione). Più accurati dei modelli empirici ma computazionalmente più onerosi (ad es. COST231-Walfisch-Ikegami).
-    modelli totalmente deterministici: predicono il Path Loss in base all’analisi dei meccanismi di radiopropagazione e dei principi dell’Ottica Geometrica (GO). Prevedono l’analisi di tutti (o di un numero significativo) i raggi tramite i quali è possibile approssimare la propagazione delle onde EM sotto determinate condizioni (ossia che la lunghezza d’onda sia sufficientemente piccola rispetto alla distanza fra sorgente e primo punto di intersezione del raggio, sufficientemente piccola rispetto alle dimensioni degli ostacoli…). Sono estremamente precisi e permettono un’analisi dettagliata specifica per ciascun sito in esame, tuttavia richiedono notevoli tempi e risorse di calcolo nonché una conoscenza dettagliata dell’ambiente che si vuole monitorare (ad es. Ray-Tracing 2D e 3D).
-    modelli statistici