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La presente relazione descrive i passi di progetto di un sistema per la conversione dell’energia delle onde marine in energia elettrica disponibile presso un utilizzatore finale. La sorgente è un generatore di onde marine (sea wave generator), ossia una turbina azionata dal moto del fronte ondoso sottocosta; la turbina, costituita da una grossa ruota metallica alla quale sono unite delle pale movimentate dal moto ondoso orizzontale, trasforma l’energia cinetica dell’acqua in energia meccanica rotazionale.

Il sea wave generator sfrutta pertanto il principio secondo cui, quando la profondità del fondale marino diventa inferiore alla metà della lunghezza d’onda, si ha una graduale trasformazione delle onde marine lunghe in onde frangenti le quali, incrementandosi in altezza e riducendosi in lunghezza d’onda, acquisiscono una importante e potente spinta orizzontale. La turbina è quindi collegata ad un alternatore, ossia una macchina elettrica rotante basata sulla legge fisica dell’induzione elettromagnetica, in grado di trasformare l’energia meccanica, trasmessa con il movimento dalla turbina, in energia elettrica sotto forma di corrente alternata.

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Dott. Claudio Di Girolamo - Telecom Italia, Technology, Open Access, ASO.ASA SUD - CUSTOM, Team Retail & OLO, Palermo

Ing. Michele Chiovari - MW Engineer presso Telecom Italia, Palermo

Ing. Pasquale Lo Bello - Network design consultant at Telecom Italia, Palermo

Ing. Luca Porcari - Microwave Designer consultant at Telecom Italia, Palermo

RELATORE: Dr. Ing. Prof. Alfonso Carmelo Cino - DEIM (Dipartimento di Energia, ingegneria dell'Informazione, e modelli Matematici), Facoltà di Ingegneria, Università di Palermo

CO-RELATORE: Ing. Giuseppe Catania - Telecom Italia, Technology, Network Development & Operations, Development Area Sud, Mobile Access Sud, Palermo

Il presente elaborato nasce dall'opportunità di applicare le conoscenze teoriche, acquisite durante il corso accademico di Campi Elettromagnetici, alla mansione lavorativa da me ricoperta in Telecom Italia nell'ambito di Technology, in collaborazione con il reparto operativo Ponti Radio.

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Nella settima parte abbiamo introdotto il problema della rivelazione in presenza di rumore (definita coerente), discutendo sotto opportune ipotesi, il dimensionamento del ricevitore ottimo come elemento fondamentale per l'idonea estrazione dell'informazione, a fronte di un contributo (più o meno considerevole) dovuto al rumore additivo. In altre parole, abbiamo analizzato quel black box contenuto nel ricevitore di un collegamento a ponte radio numerico, in grado di stimare il segnale trasmesso dando luogo alla minima probabilità di errore per simbolo. A questo punto non resta che "aprire la scatola nera" e definire la struttura del ricevitore ottimo in senso generale e successivamente entrare nel merito della demodulazione coerente, per cui sarà introdotto il calcolo della probabilità di errore in dipendenza della distanza euclidea fra le segnalazioni binarie (trattando quindi i segnali come dei veri e propri vettori) per discutere infine il caso multilivello, presentando un andamento della probabilità di errore per simbolo in dipendenza del margine di rumore (SNR).

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In questa settima parte della trattazione, entreremo nel cuore del ricevitore di un ponte radio numerico, con particolare attenzione rivolta al suo corretto dimensionamento (progettazione del ricevitore ottimo) al fine di estrarre in modo idoneo il segnale a contenuto informativo che, come abbiamo avuto modo di discutere fino a questo momento, è affetto sia da rumore che da interferenza intersimbolica.

Per introdurre questo concetto, ritengo opportuno richiamare l'enunciato, in termini semplici e generali, del problema della trasmissione numerica:

Ricordiamo infatti che nel contesto della modulazione numerica, non interessa riottenere più o meno fedelmente la forma d'onda del segnale trasmesso (come accade nelle modulazioni analogiche), bensì riconoscere correttamente una sequenza di simboli (opportunamente codificati) contenente l'informazione, associando ad essa opportuni impulsi di segnalazione in fase di progettazione ed effettuando quindi in ricezione una scelta, o meglio una decisione rispetto ad una soglia di riferimento, che costituisce in buona sostanza un parametro discrezionale per valutare se stiamo ricevendo correttamente o meno.

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Sino questo punto, per quanto ampiamente esposto specialmente nella quinta parte, si è sempre sostenuta la tesi che la condizione fondamentale per una trasmissione numerica fosse quella di realizzare un canale con interferenza intersimbolica nulla e quindi rispettare il primo criterio di Nyquist ovvero la sua funzione equivalente. Nella realtà ciò corrisponde ad avere a disposizione una banda complessiva del canale pari a [Formula] dove R è il roll-off adottato dall'andamento a coseno rialzato della f.d.t. C(ω). Vi sono tuttavia dei casi in pratica in cui le ampiezze delle bande disponibili sono limitate drasticamente, proprio come nel caso delle canalizzazioni per ponti radio numerici. In questo caso lo sfruttamento completo della banda può consigliare di realizzare canali numerici in cui l'andamento della risposta armonica C(ω) del canale è limitata entro fN con una curva complessiva detta parzializzata, entro il filtro passa basso ideale del primo criterio di Nyquist con R = 0. Nasce così la possibilità di utilizzare canali a risposta parziale cioè con C(ω) limitata entro fN. In questa maniera quindi si deve accettare l'introduzione di interferenza intersimbolica, con il vantaggio però di averla ad un valore predeterminato e quindi opportunamente eliminabile, anche se sarà necessario migliorare le prestazioni del margine di rumore rispetto il caso di adozione del primo criterio. Il secondo criterio di Nyquist viene incontro a questo problema in quanto prevede un canale con f.d.t. C(ω) limitata entro fN avente andamento graduale (cosinusoidale) ed una risposta impulsiva con interferenza intersimbolica di valore predicibile.

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Lo studio degli effetti provocati in ricezione da segnali indesiderati, compendiabili nella definizione generale di rumore, risulta cruciale per quel che riguarda la progettazione e la messa a punto di un collegamento tramite ponte radio numerico. In particolare:

la presenza di rumore rappresenta un limite per il dimensionamento del collegamento numerico, specialmente in presenza di una esigua disponibilità delle risorse quali: banda del canale di comunicazione, potenza del segnale trasmesso, guadagno delle antenne in TX ed in RX, distanza del collegamento, qualità dei dispositivi di sincronizzazione; la quantificazione e la valutazione qualitativa degli effetti dovuti al rumore sono basilari per la progettazione idonea delle risorse di cui al punto 1; gli effetti del rumore sono del tutto indipendenti dalla struttura del ricevitore, sicché lo studio di questi consente di estrapolare risultati generali, cioè validi qualsiasi sia il ricevitore implementato dal sistema di comunicazione. [...]

Riprendiamo la nostra trattazione sulla trasmissione numerica implementata su un ponte radio a microonde.

Come anticipato nelle conclusioni alla terza parte, è il momento di analizzare la maniera con cui l'informazione viene opportunamente manipolata e resa idonea ad attraversare l'etere e giungere al destinatario. La codifica utilizzata sui ponti radio numerici in esercizio in Telecom Italia è di tipo non lineare, ovvero fa uso di codici caratterizzati da leggi che fanno dipendere il generico simbolo, che chiamo an, sia alla sequenza completa pronta per essere trasmessa, che indico con am, sia ai simboli precedentemente codificati an − k. Nella pratica, questi codici sono specificati con delle sigle mnemoniche che richiamano le condizioni imposte sulle sequenza codificata (ad esempio non più di k zeri consecutivi). Essi possono essere classificati in:

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La nostra trattazione sui ponti radio è giunta ad un punto in cui l'esposizione degli argomenti è fortemente improntata sulla discussione teorica ed applicativa della trasmissione e ricezione del segnale informativo che viaggia sul ponte radio terrestre. Personalmente è la parte che preferisco, molto affascinante e che affonda le radici non più sulla teoria dei Campi Elettromagnetici, ma su quella dei Segnali (elaborazione e trasmissione), con particolare riguardo alle tecniche di mo-demodulazione ed estrazione dell'informazione, il più possibile scevra da errori e disturbi al ricevitore.L'inconveniente della discussione che segue è però il seguente: a differenza della prima e seconda parte, ricche di figure e soprattutto di fotografie dove si può constatare in modo immediato, reale, visivamente e concretamente ciò di cui si è appena argomentato, le successive abbondano certamente di illustrazioni e schemi esemplificativi, ma risultano quasi del tutto prive di fotografie che permettono di costruire quella che io chiamo familiare immagine mentale, fondamentale per assimilare e far propri i concetti appena appresi. Del resto, gli utenti che conoscono molto bene gli argomenti trattati nei corsi universitari di Teoria Dei Segnali, Comunicazioni Elettriche ed Elaborazione/Trasmissione Numerica Dei Segnali, converranno con me sul fatto che è davvero sottilissima la linea di demarcazione tra l'astrazione matematica, teorica, rigidamente formale degli argomenti e la loro applicazione pratica, sottoposta "all'impietosa" aleatorietà delle condizioni reali.

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Il ponte radio impiegato come mezzo trasmissivo consente, attraverso la propagazione di onde elettromagnetiche, di trasferire segnali elettrici contenenti l'informazione, tra due determinati punti fissi. Sfruttando la propagazione delle onde radio che viaggiano alla velocità della luce e opportune elaborazioni (mo-demodulazione) dei segnali elettrici che devono essere trasferiti, è possibile convogliare qualsiasi tipo di informazione, sia in forma analogica che numerica.

E' bene ricordare a tal proposito che qualsiasi informazione (forma d'onda opportuna nel dominio temporale) è riconducibile, grazie alla trasformata (o serie) di Fourier, ad uno spettro di frequenza costituito da righe, ciascuna con la propria ampiezza. In funzione dell'informazione da trasmettere (telefonica, musicale, televisiva, codificata) e la relativa complessità, si determina l'estensione del dominio della frequenza, che rappresenta in buona sostanza il segnale modulante del ponte radio in banda base (BB).

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La mia attività presso l'azienda prevede, oltre alla gestione di collegamenti cablati via terra, anche quelli via etere ed in particolar modo i PONTI RADIO (cioè operanti nello spettro a radiofrequenza) sia TERRESTRI che SATELLITARI. L'idea dell'articolo, suscitata anche dalla possibilità di accostare (seppur in modo non eccessivamente accademico) agli argomenti studiati in ambito universitario nei corsi di Campi Elettromagnetici e Fondamenti di Comunicazioni Elettriche, la mansione personalmente svolta quotidianamente, è quella di esporre le principali caratteristiche relative alla TRASMISSIONE DATI a corta e lunga distanza per mezzo della propagazione di onde elettromagnetiche, analizzando il più possibile gli aspetti pratici ed applicativi, tecnologici ed implementativi attualmente in esercizio presso Telecom Italia S.p.A. Infine farò anche qualche cenno alle RETI RADIOMOBILI le quali, seppure non strettamente inerenti alla mia attività, ritengo siano una naturale conseguenza della trattazione seguente ed un'occasione per descrivere l'origine delle moderne tecnologie radiomobili (LTE, UMTS), nonché il nodo cardinale che vede incontrarsi la rete telefonica fissa con quella mobile.

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