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PONTI RADIO

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PONTI RADIO


Un ponte radio è un collegamento radioelettrico tra due punti fissi effettuato per mezzo di onde elettromagnetiche dirette. Poiché il collegamento viene effettuato tra due punti in Visibilità elettromagnetica, i ponti radio sono generalmente realizzati con antenne direttive, che consentono di concentrare l'energia trasmessa in fasci di piccola apertura secondo una prefissata direzione. Per ottenere questi fasci direttivi, è necessario usare onde elettromagnetiche a frequenze molto elevate. L'uso di frequenze elevate rende i ponti radio idonei alla trasmissione di un numero notevole di segnali; nello stesso tempo, la possibilità di 444c22e utilizzare antenne direttive, quindi antenne in grado di fornire elevati guadagni, consente di effettuare trasmissioni con basse potenze a radiofrequenza, contrariamente a quanto succede nelle trasmissioni non direttive, in cui sono necessarie spesso potenze dell'ordine dei KW o più.

Le potenze in gioco vanno da 1WATT a qualche decina di WATT con distanze che vanno da qualche chilometro a qualche decina di chilometri e le antenne usate sono di solito le Paraboliche, le HORN REFLECTOR e le CASSEGRAIN





La modulazione più usata è quella di FREQUENZA (FM), che consente una considerevole insensibilità ai disturbi di origine elettromagnetica, e la multiplazione è la FDM. Le frequenze tipiche sono: 2; 4; 6; 7; 8; 11; 13 GHZ.

I ponti radio sono spesso utilizzati per trasmettere segnali telefonici. Per questo motivo si definisce capacità di un ponte radio i numero NC di segnali telefonici che possono essere contemporaneamente trasmessi. A seconda della capacità i ponti radio possono essere divisi in: ponti radio di piccola capacità se NC ≤ 60 canali telefonici; ponti radio di media capacità se 60 ≤ NC ≤ 600 canali telefonici; ponti radio ad elevata capacità se NC ≥ 900 canali telefonici. I valori dei canali NC sono standardizzati a livello internazionale e sono: 12, 24, 60, 120, 300, 600, 960, 1800, 2700.

I ponti radio possono essere divisi in tre classi dal punto di vista della struttura del collegamento:

ponti radio per onda diretta in cui le due stazioni da collegare sono in visibilità elettromagnetica diretta;

ponti radio per diffusione o scattering, in cui il collegamento viene effettuato grazie alla riflessione che subisce l'onda elettromagnetica nel propagarsi nell'atmosfera;( l'atmosfera diffonde in tutte le direzioni parte della potenza elettromagnetica che l'attraversa )

ponti radio mediante satelliti artificiali.

Visibilità diretta (esempio):




TRASMETTITORE                         RICEVITORE


Lo schema più semplice di un ponte radio è quello in cui il trasmettitore ed il ricevitore sono in visibilità diretta tra loro. Quando invece i due punti da collegare sono troppo distanti o non sono in visibilità elettromagnetica il ponte radio oltre alle stazioni terminali di trasmissione e di ricezione contiene altre stazioni, dette stazioni ripetitrici, che hanno lo scopo di amplificare o rigenerare il segnale trasmesso in modo da compensare le attenuazioni subite dal segnale durante la propagazione.

Le stazioni terminali possono essere divise in due categorie:

a modulazione diretta

a modulazione indiretta


Nelle stazioni a modulazione diretta il segnale utile viene amplificato in banda base e successivamente inviato al modulatore che lo converte direttamente alla frequenza di trasmissione.

SCHEMA:






Nelle stazioni a modulazione indiretta, il segnale utile viene convertito ad una frequenza intermedia, amplificato e successivamente nuovamente modulato alla frequenza finale.

SCHEMA:


Questa struttura è più complessa della precedente, poiché richiede almeno due operazioni di modulazione, ma presenta prestazioni superiori in termini di rapporto segnale-rumore.

Affidabilità del collegamento:

per assicurare al collegamento un elevato tasso di affidabilità, i ponti radio sono generalmente basati su sistemi a emissione multipla. Un ponte radio è cioè basato su due differenti collegamenti radio che trasportano contemporaneamente lo stesso segnale, se un collegamento degrada a causa di disturbi (rumori, fading o malfunzionamenti) la continuità del servizio è assicurata dall'altro collegamento.

Questa doppia emissione pone un'importante problema legato alle possibili interferenze tra due segnali trasmessi in contemporanea.

Quindi i due segnali radio che assicurano il collegamento a un ponte radio devono avere un'importante elemento di diversità che permetta di tenerli separati in ricezione. L'elemento di diversità è generalmente rappresentato dalla frequenza, dalla localizzazione spaziale o dal tipo di polarizzazione della portante.

Nel primo caso il segnale d'informazione modula due portanti di frequenze sufficientemente distanziate che vengono irradiate da due differenti trasmettitori i quali disaccoppiati da appositi filtri,utilizzano la medesima antenna.

In ricezione, i due segnali captati da un'unica antenna vengono separati (tramite dei filtri) e inviati a due ricevitori distinti. Le due uscite terminano in un circuito di scambio, che seleziona quello che istante per istante è il segnale migliore (cioè la portante meno attenuata).

Nel secondo caso il sistema è duplicato, esistono due antenne trasmittenti e due traiettorie distinte su cui vengono irradia te due portanti (identiche)modulate dal segnale d'informazione e due antenne riceventi. La non interferenza in tal caso è assicurata dalla distanza fisica (che deve essere non inferiore a 6 volte la lunghezza d'onda del segnale) che separa antenne e percorsi elettromagnetici.

L'ultimo metodo utilizza due modulatori, uno con polarizzazione orizzontale e l'altro con polarizzazione verticale. L'antenna trasmittente è unica (come l'antenna ricevente) ma dispone di due diversi illuminatori.



I ponti radio possono essere divisi in due grandi categorie:

ponti radio ANALOGICI;

ponti radio DIGITALI;

Nei ponti radio analogici il segnale informativo trattato è di tipo analogico essi operano come abbiamo già detto con modulazione di frequenza (FM).


Nei ponti radio il segnale informativo è di tipo digitale (PCM, ecc..), molto spesso la modulazione utilizzata è la "QAM" o TCM. Il parametro utilizzato per valutare la qualità del collegamento è il BER (BIT ERROR RATE) questa grandezza è così definita BER = Numero di bit errati

numero totale di bit trasmessi

Entrambi i tipi di ponti radio operano secondo il principio della conversione supereterodina e quindi effettuano le operazioni di modulazione e demodulazione a una frequenza, detta frequenza intermedia (FI), inferiore a quella di trasmissione o radiofrequenza ( R/F ). Il trasmettitore e il ricevitore comprendono un circuito noto come MIXER o convertitore, che lato trasmissione effettua la traslazione del segnale modulato dalla frequenza "FI" alla radiofrequenza "R/F" (UP-CONVERSION) mentre lato ricezione effettua la traslazione da RF a FI (DOWN-CONVESION).

Nel caso di un ponte radio analogico i segnali di ingresso sono costituiti da numerosi canali telefonici che devono essere trasmessi tutti dallo stesso ponte radio: la prima operazione è quindi la multiplazione secondo la tecnica FDM, che comporta una traslazione in frequenza dei vari canali per mezzo di modulatori bilanciati, per ottenere la cosiddetta BANDA BASE, che può contenere fino a 2700 canali telefonici.

Text Box: FILTRO A R/F


La struttura tipica di un ponte radio analogico operante a modulazione di frequenza (FM) è riportata in fig.:  

AMPLI.


FILTRO FI

 

DEENFASI

 

DEMODULATORE    FM

 
Oval: Xs

AMPLIFICATORE

(LNA)

 

FILTRO A R/F



 






LNA ( LOW NOISE AMPLIFIER)


I principali blocchi che compongono il lato trasmissione sono:

Filtro di preenfasi;

MIXER;

amplificatore di potenza;

filtro a radio frequenza;

circolatore;

Il mixer effettua la traslazione del segnale modulato della frequenza intermedia (FI) a radio frequenza (RF). Esso equivale a un moltiplicatore che effettua il prodotto tra il segnale modulato a FI e il segnale sinusoidale generato da un oscillatore noto come oscillatore locale. La frequenza dell'oscillatore locale deve soddisfare la seguente relazione: fO.L.- RF = FI ( oppure RF - fO.L. = FI).

Il circolatore è un dispositivo che separa i sensi di trasmissione e ricezione e consente di collegare alla stessa antenna il trasmettitore e il ricevitore.

I principali blocchi che compongono il lato ricezione sono:

filtro a radio frequenza;

amplificatore a basso rumore (LNA);

mixer;

amplificatore e filtro FI;

demodulatore FM;

filtro di deenfasi.


Il mixer effettua la conversione da RF a FI. Il filtro di deenfasi ( unito all'azione del filtro di preenfasi) tende a migliorare il rapporto segnale / rumore ( S/N ).

La parte in banda base e a frequenza intermedia cambia profondamente in un ponte radio digitale rispetto a un ponte radio analogico.

La parte che opera a radio frequenza svolge le stesse funzioni.


ELABORAZIONE IN BANDA BASE

Comprende le elaborazioni che il segnale digitale in banda base subisce prima di essere modulato (quali conversioni di codice, conversione dal formato seriale a parallelo). In ricezione dopo la demodulazione, si eseguono le operazioni complementari, per fornire in uscita un segnale digitale avente lo stesso formato di quello in ingresso.


MODULATORE:

realizza la modulazione digitale prescelta per la trasmissione. Per massimizzare lo sfruttamento del canale radio si adatta normalmente la modulazione "QAM" (tipicamente a 16, 64, 128 stati) oppure la modulazione TCM (TRELLIS CODED MODULATION) il numero di stati è molto elevato (256, 512 stati).


DEMODULATORE:

Effettua la demodulazione che normalmente è di tipo coerente e quindi richiede l'estrazione di una portante di demodulazione agganciata a quella di trasmissione.

I principali vantaggi che presentano i ponti radio digitali rispetto a quelli analogici sono:

minore sensibilità alle interferenze;

un costo minore degli apparati e della loro gestione;

qualità trasmissiva più elevata;

possibilità di trasmettere più segnali digitalizzati in origine di natura diversa (video, fonia, dati)

possibilità di rigenerare il segnale nei ripetitori;

possibilità di crittografare senza difficoltà le informazioni trasmesse, per proteggere da eventuali intercettazioni;

ottimizzare dallo sfruttamento del canale radio attraverso l'uso di demodulazioni digitali con un numero elevato di stati (QAM, TCM).







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