Simulazione di fading per il collaudo di dispositivi wireless e radio aeronautiche

La qualità della comunicazione tra il trasmettitore di una stazione base e il ricevitore di un terminale mobile è strettamente legata alle condizioni di propagazione del canale.

Nel loro percorso tra antenna trasmittente e antenna ricevente, le onde elettromagnetiche sono soggette e fenomeni di assorbimento e riflessione che influenzano in modo significativo l’ampiezza e la fase del segnale ricevuto.

Tali fenomeni di attenuazione del segnale sono generalmente dipendenti dalla frequenza del segnale stesso e vengono generalmente sintetizzati con il termine di fading (o evanescenza).

La riflessione, diffrazione o diffusione delle onde elettromagnetiche causata dagli ostacoli porta il segnale a percorrere diversi cammini tra il trasmettitore e il ricevitore.

Questo tipo di ambiente di propagazione, molto comune in tutte le applicazioni pratiche delle radiocomunicazioni, indicato come propagazione multicammino. In sostanza, al ricevitore arrivano diverse copie dello stesso segnale, con un ritardo, ampiezza e fase che variano nel tempo e in base alla frequenza.

Nel caso della ricezione da parte di terminali mobili si aggiunge un’ulteriore complicazione, quella dovuta all’effetto Doppler, che modifica la frequenza del segnale ricevuto in base alla velocità e alla direzione relativa tra ricevitore e trasmettitore.

Per garantirne il funzionamento corretto nelle condizioni operative reali, tutti i ricevitori radio, come i telefonini, devono essere collaudati simulando varie condizioni realistiche di propagazione e per tale ragione da tempo i vari organismi internazionali, come l’ITU (International Telecommunication Union), hanno definito dei modelli di riferimento delle condizioni di propagazione che servono verificare quantitativamente in laboratorio le prestazioni degli apparati ricetrasmittenti

La simulazione dei fenomeni di fading in un canale di propagazione multi cammino non si limita certo alla rete di comunicazioni commerciali, bensì è di fondamentale interesse per tutte le applicazioni militari basate sulle radio definite via software o SDR (Software Defined Radio) nelle quali si utilizzano forme d’onda molto complesse nel dominio del tempo che sfruttano sequenze di sincronizzazione estremamente brevi.

In generale tutte le radio aeronautiche sono soggette a condizioni di propagazioni estreme, dove le lunghe distanze in gioco introducono ritardi notevoli sul segnale trasmesso.

Ricordiamo che le onde elettromagnetiche si propagano alla velocità della luce e che una distanza di 300 km un segnale subisce un ritardo di circa 1 ms. Di conseguenza, le prestazioni di un sistema radio a salto di frequenza (frequency hopping) devono essere verificate nel caso peggiore per verificarne la conformità alla sue specifiche di progetti.

Utilizzando un simulatore di fading, è possibile verificare in modo sistematico e ripetibile le prestazioni di un sistema radio durante il suo sviluppo e nelle procedure di collaudo finale senza dover ricorrere a lunghe e costose prove direttamente sul campo.