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Il Wi-Fi potrebbe arrivare presto a un lampione vicino a te

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I ricercatori delle comunicazioni del NIST si sono recati nel centro di Boulder, in Colorado, per verificare il loro modello di canale per valutare i progetti di reti wireless ad alta frequenza. Sung Yun Jun sta verificando l’allineamento del trasmettitore, montato a 6 metri di altezza su un albero, con l’antenna ricevente sul tetto del furgone blu. Derek Caudill, appena visibile all’interno del furgone, sta preparando dei programmi software per raccogliere i dati di misurazione. Justin Sadinski, con un giubbotto giallo, sta controllando l’attrezzatura sugli alberi. Credito: NIST

Poiché il Wi-Fi è distribuito più ampiamente nelle città, e forse a frequenze più elevate, potrebbe dipendere da una risorsa urbana abbondante: i pali dei lampioni.

Per garantire che queste reti funzionino bene, i ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST) hanno sviluppato e verificato un nuovo modello che aiuterà i fornitori di comunicazioni wireless ad analizzare quanto in alto collegare le apparecchiature Wi-Fi ai pali della luce.

In generale, il team del NIST ha scoperto che l’altezza ottimale dipende dalla frequenza di trasmissione e dal design dell’antenna. Il collegamento di apparecchiature ad altezze inferiori di circa 4 metri è migliore per i sistemi wireless tradizionali con antenne omnidirezionali, mentre posizioni più alte a 6 o 9 metri sono migliori per i sistemi più recenti come il 5G che utilizza frequenze di onde millimetriche più alte e antenne a fascio stretto.

Un gruppo internazionale, il Telecom Infra Project, sta promuovendo l’idea di rendere disponibile il Wi-Fi sulla banda di frequenza 60 gigahertz (GHz) senza licenza installando punti di accesso sui pali della luce. Una sfida tecnica è che i segnali in questa banda, che sono più alti delle frequenze dei cellulari tradizionali, sono scarsi e tendono a disperdersi su superfici ruvide.

Finora, le misurazioni dei canali urbani a 60 GHz hanno prodotto dati limitati. Il NIST ha sviluppato un modello di canale per il tracciamento delle trasmissioni che riconosce le caratteristiche sparse e di dispersione di questi segnali e utilizza un nuovo algoritmo per analizzare i percorsi misurati che si estende oltre i normali parametri di ritardo e angoli del segnale per includere le posizioni dei ricevitori. L’accuratezza della previsione del modello è paragonabile a quella di metodi più complicati.

I ricercatori del NIST si sono recati nel centro di Boulder, in Colorado, per testare il loro modello rispetto alle misurazioni effettive del canale. Le misurazioni sono state registrate ad altezze dell’antenna di 4, 6 e 9 metri per studiare i compromessi. Il modello corrispondeva molto bene alle misurazioni del mondo reale.

“Abbiamo verificato il modello che abbiamo sviluppato e utilizzato misurazioni dal centro per dimostrare ulteriormente questo punto”, ha affermato Derek Caudill, un ingegnere elettronico che ha lavorato al progetto presso il NIST. “Questo lavoro mostra che, utilizzando il nostro modello, qualcuno come un provider di telefonia mobile può spiegare vari vantaggi e svantaggi dei punti di accesso e dei segnali a 60 GHz sui pali della luce negli ambienti urbani”.

Il team ha utilizzato apparecchiature NIST personalizzate chiamate ecoscandaglio, con un trasmettitore fisso montato su un albero e un ricevitore mobile sul tetto di un furgone. Il trasmettitore e il ricevitore sono entrambi sormontati da una serie di antenne commutate elettronicamente con schemi di radiazione 3D definiti. L’ecoscandaglio può misurare con precisione molte caratteristiche del canale radio e ha una capacità unica di misurare la dinamica temporale, come le proprietà delle onde cambiano nel tempo mentre il ricevitore si muove, di un canale a onde millimetriche anche quando è in movimento.

I ricercatori erano particolarmente interessati ai dati su come i segnali si diffondono nello spazio fisico. I grandi spread sono generalmente considerati negativi in ​​quanto indicano più segnali ricevuti e più interferenze. In genere è meglio avere un percorso chiaro per la comunicazione.

“I nostri dati mostrano che tali spread sono più ampi ad altezze più elevate”, ha affermato l’ingegnere del NIST Jelena Senic. “Ciò significa che con meno ostacoli tra trasmettitore e ricevitore, la potenza è più distribuita nello spazio”.

Per i sistemi wireless convenzionali con antenne omnidirezionali, sono preferibili gli spread più piccoli per evitare interferenze, il che significa che le apparecchiature Wi-Fi dovrebbero essere montate ad altezze inferiori sui lampioni.

“Tuttavia, i sistemi wireless di prossima generazione funzioneranno a frequenze di onde millimetriche e dovrebbero impiegare antenne altamente direzionali con fasci molto stretti o fasci a matita”, ha affermato Senic. “Con questa configurazione, trasmettitore e ricevitore dirigeranno i loro fasci stretti per trovare il miglior collegamento possibile, ovvero il percorso di propagazione che ha la massima potenza. In questo caso, è preferibile una maggiore diffusione angolare perché fornirà diversità nello spazio ; cioè, i ricetrasmettitori avranno la capacità di dirigere i raggi in più direzioni per trovare il collegamento migliore.”

I ricercatori del NIST sono andati oltre e hanno registrato i dati di misurazione nel campus del NIST per convalidare che il nuovo modello potesse essere applicato a diversi ambienti. I risultati nel campus sono stati paragonabili a quelli del centro, a dimostrazione del fatto che il modello può essere generalizzato a diversi ambienti e casi d’uso. Lo studio compare in Antenne IEEE e lettere di propagazione wireless.


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