Università degli Studi di Napoli "Federico II" - Bachelor's Degree - Giuseppe Papa - "Wireless networks planning: a radio coverage prediction technique"

1. Università degli Studi di Napoli Federico II
Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica
Progettazione di Reti Wireless:
Tecniche di Previsione della Radiocopertura
Relatore
Ch.mo Prof. Giuseppe Ruello
Candidato
Giuseppe Papa
Matr. 825/111
Correlatore
Ing. Pasquale Imperatore
1

2. Progettazione di Reti Wireless: Tecniche di Previsione della Radiocopertura
Pianificazione della Radiocopertura in contesto urbano
assistita da Solver Elettromagnetico
• Obiettivi: Copertura, Uniformità delle aree servite
• Contesto: Progetto di Reti Wireless automatizzato mediante software
• Simulazione per diversi modelli predittivi (componenti diretta, riflessa,
diffratta) mediante EXACT, simulatore sviluppato in ambiente IDL
Gestione
dei risultati
configurazione completa
per
singola
antenna
e
per
• Estrapolazione dati da file binario tramite opportuno codice IDL
• Valutazione della copertura per singola antenna (assoluta e in soglia)
• Valutazione della copertura in modalità Best Server (assoluta e in soglia)
2

3. Progettazione di Reti Wireless: Tecniche di Previsione della Radiocopertura
Sommario
• Software EXACT
• Area d’esame
•Caso Studio α
• Modello per componenti diretta e riflessa
• Caso Studio β
• Modello per componenti diretta e riflessa
• Modello per componenti diretta, riflessa e diffratta (primo ordine di diffrazione)
• Caso Studio γ
• Modello per componenti diretta e riflessa
• Modello per componenti diretta, riflessa e diffratta (primo ordine di diffrazione)
• Modello per componenti diretta, riflessa e diffratta
• Conclusioni e Sviluppi futuri
3

4. Progettazione di Reti Wireless: Tecniche di Previsione della Radiocopertura
Modello di Propagazione
Basato sulla UTD (Uniform Theory of
Diffraction), utilizza il metodo VPL
(Vertical Plane Launch) di Ray-Tracing
3D, contempla riflessioni speculari di
superfici verticali, diffrazioni dovute agli
spigoli sia verticali che orizzontali,
approssima le diffrazioni relative agli
spigoli orizzontali considerando i raggi
diffratti giacenti sul piano d’incidenza o
di riflessione.
Descrizione della scena:
• Descrizione Geometrica
(dati raster e vettoriali)
• Descrizione Elettromagnetica
(permettività di terreno ed edifici)
• Descrizione dell’Antenna (frequenza, downtilt,
allineamento, guadagno, polarizzazione, potenza
e resistenza d’ingresso, diagrammi d’irradiazione
4
orizzontale e verticale)

5. Progettazione di Reti Wireless: Tecniche di Previsione della Radiocopertura
5

6. Progettazione di Reti Wireless: Tecniche di Previsione della Radiocopertura
α1
α1
Configurazione α
α2
Quattro antenne poste sugli
edifici più alti di quelli che si
identificano come gli angoli dei
“quadranti” della mappa, α2 e α3
irradiano alla stessa frequenza
α3
Antenna
Frequency [MHz]
Height [m]
Downtilt [DEG]
Alignment [DEG]
Gain [dBd]
Input Power [W]
Resistance [Ohm]
Polarization
α4
α1
α2
α3
α4
1920
2170
2170
2110
37
55
50
30
5
5
5
5
135.69
198.71
21.90
326.36
3.85
3.85
3.85
3.85
5
5
5
5
50
50
50
50
Vertical
Vertical
Vertical
Vertical
6

7. Progettazione di Reti Wireless: Tecniche di Previsione della Radiocopertura
Simulazioni per singole antenne
(Caso Studio α): Modello con
componente diretta e riflessa
-70dBm
-80dBm
-90dBm
α1
19%
25%
31%
α2
14%
18%
21%
α3
27%
34%
40%
α4
24%
32%
38%
7

8. Progettazione di Reti Wireless: Tecniche di Previsione della Radiocopertura
Configurazione β
Tre antenne irradianti a diverse
frequenze, installate su un
edificio (68 m) posto in zona
centrale (avendo escluso le
strutture facente parti della
stazione di Napoli Centrale),
secondo
una
pianificazione
settoriale, quindi con pattern
d’irradiazione più direttivi e
guadagno massimo più elevato
rispetto al caso precedente.
Antenna
Frequency [MHz]
Height [m]
Downtilt [DEG]
Alignment [DEG]
Gain [dBd]
Input Power [W]
Resistance [Ohm]
Polarization
β
β1 ,1β2, β3
β1
β2
β3
1850
1980
2170
68
68
68
5
5
5
290.37
172.96
53.04
15.35
16.35
16.35
5
5
5
50
50
50
Vertical
Vertical
Vertical
8

9. Progettazione di Reti Wireless: Tecniche di Previsione della Radiocopertura
Simulazioni - Caso Studio β
Modello con componente diretta e riflessa
Percentuale di copertura (singola antenna)
-70dBm
-80dBm
-90dBm
β1
34%
40%
49%
β2
40%
45%
51%
β3
43%
50%
56%
Percentuale di copertura (Best Server)
-70dBm
-80dBm
-90dBm
β1
16%
17%
17%
β2
20%
24%
29%
β3
1%
2%
5%
9

10. Progettazione di Reti Wireless: Tecniche di Previsione della Radiocopertura
Configurazione γ
Ha le stesse caratteristiche del
caso studio β, a variare è la
scelta del sito d’installazione dei
trasmettitori e il downtilt, data
la
differenza
di
altezza.
L’edificio, alto 120 m, è tale da
scongiurare
problemi
di
riflessione dovuti alle alte torri
del CDN. Anche in questo caso
le sorgenti sono pianificate
secondo un approccio settoriale
e un guadagno massimo più
elevato.
Antenna
Frequency [MHz]
Height [m]
Downtilt [DEG]
Alignment [DEG]
Gain [dBd]
Input Power [W]
Resistance [Ohm]
Polarization
γ3 γ1 , γ2, γ3
γ1
γ2
γ3
1850
1980
2170
120
120
120
20
20
20
289.41
170.66
51.96
15.35
16.35
16.35
5
5
5
50
50
50
Vertical
Vertical
Vertical
10

11. Progettazione di Reti Wireless: Tecniche di Previsione della Radiocopertura
Simulazioni - Caso Studio γ
Modello con componente diretta e riflessa
Percentuale di copertura (singola antenna)
-70dBm
-80dBm
-90dBm
γ1
34%
43%
51%
γ2
40%
45%
52%
γ3
33%
46%
54%
Percentuale di copertura (Best Server)
-70dBm
-80dBm
-90dBm
γ1
14%
15%
19%
γ2
10%
22%
29%
γ3
10%
15%
13%
11

12. Progettazione di Reti Wireless: Tecniche di Previsione della Radiocopertura
Simulazioni - Caso Studio β
Modello con componente diretta, riflessa e
diffratta – (primo ordine di diffrazione)
Percentuale di copertura (singola antenna)
-70dBm
-80dBm
-90dBm
β1
54%
67%
74%
β2
51%
72%
75%
β3
64%
68%
86%
Percentuale di copertura (Best Server)
-70dBm
-80dBm
-90dBm
β1
18%
22%
24%
β2
29%
35%
35%
β3
7%
11%
20%
12

13. Progettazione di Reti Wireless: Tecniche di Previsione della Radiocopertura
Simulazioni - Caso Studio γ
Modello con componente diretta, riflessa e
diffratta – (primo ordine di diffrazione)
Percentuale di copertura (singola antenna)
-70dBm
-80dBm
-90dBm
γ1
40%
57%
70%
γ2
48%
59%
73%
γ3
43%
62%
75%
Percentuale di copertura (Best Server)
-70dBm
-80dBm
-90dBm
γ1
21%
26%
30%
γ2
12%
25%
34%
γ3
13%
15%
24%
13

14. Progettazione di Reti Wireless: Tecniche di Previsione della Radiocopertura
Simulazioni - Caso Studio γ
Modello con componente diretta, riflessa e
diffratta
Percentuale di copertura (singola antenna)
-70dBm
-80dBm
-90dBm
γ1
40%
58%
71%
γ2
48%
59%
74%
γ3
44%
64%
77%
Percentuale di copertura (Best Server)
-70dBm
-80dBm
-90dBm
γ1
23%
28%
31%
γ2
12%
25%
35%
γ3
13%
16%
25%
14

15. Progettazione di Reti Wireless: Tecniche di Previsione della Radiocopertura
Conclusioni
• Valutazione della percentuale di copertura assoluta e in soglia
• Valutazione per Singola Antenna e Configurazione completa (Best Server)
• Primo step nell’ottica di gestione dati al fine di prevedere e pianificare di
conseguenza la radiocopertura in ambiente urbano mediante simulatore
Sviluppi Futuri
• Progetto efficace di reti wireless automatizzato tramite solver elettromagnetico
• Monitoraggio dei livelli di inquinamento elettromagnetico
• Modelli computazionali paralleli (infrastrutture GRID)
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