1) Studio della propagazione radio per ambiente indoor ed ambiente
urbano, con riferimento anche ad applicazioni MIMO, per sistemi LTE
e per reti di smart metering alla frequenza di 169 MHz.
2)
Valutazione di soluzioni “embedded ray tracing” per lo sviluppo di
sistemi ad antenna multipla.
3)
Caratterizzazione della propagazione indoor e outdoor a onde
millimetriche.
4) Studio dell'efficienza energetica e dell'impatto ambientale
nelle diverse architetture dei sistemi radiomobili.
1) Questo argomento riguarda la caratterizzazione e lo studio della
propagazione in ambiente urbano e in indoor e l'applicabilità dei
modelli di propagazione esistenti alle nuove tecnologie e a nuove
frequenze di utilizzo (es. 169 MHz) e la caratterizzazione del
canale radio banda larga (dispersione spazio temporale e
caratteristiche di polarizzazione del segnale), la cui conoscenza è
indispensabile ad esempio per applicazioni MIMO.
2) Questa attività considera la possibilità di sfruttare le
crescenti capacità di calcolo dei terminali radio al fine di
ottenere una stima dello stato del canale (Channel State
Information) per mezzo non solo di misure dirette effettuate dai
dispositivi (che possono richiedere tempi non trascurabili) ma
anche sulla base di opportune simulazioni del canale radio
effettuate dai dispositivi stessi in tempo reale (o quasi) ed in
base ad adeguati modelli di previsione.
3) Il tema di ricerca è relativo alla valutazione delle prestazioni
di futuri sistemi ed applicazioni ad onde millimetriche, con
particolare riferimento ai sistemi radiomobili di quinta
generazione ed a possibili soluzioni di mobile backhauling a onde
millimetriche.
4) Gli studi relativi alla valutazione dell'impatto ambientale dei
sistemi radio sono estesi anche all'identificazione delle diverse
architetture (macro-celle, micro-celle, architetture layerd) per la
sostenibilità economica delle reti radiomobili in termini di
efficienza energetica.
L'attività relativa
allo studio della propagazione è quella in cui il gruppo ha operato
maggiormente in passato acquisendo rilevante competenza e
visibilità a livello internazionale [1, 2, 12]. Si continuerà ad
operare con particolare attenzione alla modellistica dei fenomeni
di scattering diffuso in ambito di algoritmi di ray-tracing, con
particolare riferimento a sistemi ed applicazioni MIMO, che
richiedono necessariamente una previsione della propagazione a
banda larga (azimuth spread, angle of arrival). In tale quadro,
proseguiranno studi di carattere sperimentale in collaborazione con
Aziende ed Università straniere (Helsinki University of Technology,
Universitée Catholique de Louvain, Instituto de
Telecomunicações-DEM Universidade da Beira Interior Covilhã,
Portugal) [7, 14] assieme a validazione e miglioramento dei modelli
di previsione a raggi già sviluppati.
Gli studi sulla
propagazione radio e i modelli descritti in precedenza saranno
sfruttati per ricerche di natura più applicativa, come descritto
nel seguito. I modelli di previsione di campo verranno, infatti,
utilizzati per la caratterizzazione della propagazione a 169 MHz,
banda identificata per applicazioni di smart metering; in
particolare si vogliono caratterizzare le perdite per penetrazione
del segnale radio in ambiente indoor (Building Propagation Loss),
considerando anche che i meter si trovano spesso in posizione
sfavorevole per la propagazione (in cantina, all'interno di armadi,
ecc).
Nell'ambito dei
sistemi MIMO, ed evidenziando che i vantaggi reali di una soluzione
MIMO dipendono anche dalla conoscenza del canale radio al
trasmettitore/ricevitore, si è inoltre considerata l'ipotesi di
soluzioni “embedded ray tracing”, all'interno sia delle stazioni
radiobase che dei terminali mobili. Molti standard di comunicazione
(ad es. LTE) prevedono, infatti, la stima periodica di determinati
parametri propagativi del canale da parte dei dispositivi al fine
di configurare efficacemente alcuni parametri del sistema.
Attualmente è previsto che la stima di parametro sia effettuata per
mezzo di una misura (diretta o indiretta) ma si può ipotizzare che
in un futuro non così lontano i terminali saranno dotati di una
capacità di calcolo sufficiente per basare (in parte) tale
valutazione su di una opportuna simulazione del canale radio
effettuata in base ad adeguati modelli di previsione. Valutazioni
preliminari in tale prospettiva sono illustrate in [18]; ulteriori
approfondimenti saranno il frutto delle attività tuttora in
corso.
La crescita
esponenziale del traffico dati delle reti radiomobili attesa per i
prossimi anni spinge a esplorare nuove e ancora poco utilizzate
bande di frequenza a grande capacità. Il ricorso alle onde
millimetriche se da un lato potrebbe consentire di soddisfare la
crescente richiesta di capacità, dall'altro richiede specifici
accorgimenti ed opportune indagini per far fronte alle
caratteristiche della propagazione elettromagnetica a tali
frequenze. In particolare, essendo l'attenuazione della tratta
radio molto maggiore rispetto alle frequenze più basse, sarà
necessaria l'adozione di tecniche di trasmissione sofisticate come
il beamforming, che riescono a sfruttare al meglio la propagazione
multi-cammino.
Inoltre per
soddisfare le crescenti richieste di capacità si farà ricorso ad
architetture microcellulari che richiedono collegamenti di
backhauling a grande capacità. Anche in questo caso si sta
studiando la possibilità di realizzare tali collegamenti mediante
onde millimetriche (Millimeter Backhauling MBH). Tali collegamenti
MBH tuttavia devono spesso operare in condizioni non linea di vista
e quindi dovrà fare uso di tecniche di trasmissione MIMO
beamforming (o beam-switching), che necessitano della conoscenza
accurata della distribuzione angolare del segnale al terminale.
Pertanto l'attività di ricerca sarà finalizzata alla valutazione
della distribuzione della potenza al terminale in diversi scenari
reali, al fine di progettare una corretta strategia di beamforming
(orientazione dei beam non semplicemente nella direzione del
trasmettitore, ma nella direzione da cui proviene il contributo
maggiore della potenza); tale accurata progettazione e quindi più
in generale la fattibilità di MBH nei sistemi di prossima
generazione, può avvenire sulla base della conoscenza delle
posizioni dei terminali e/o della struttura del multipath.
I modelli di
previsione di campo sviluppati saranno anche utilizzati per la
pianificazione e il deployment di sistemi radiomobili di prossima
generazione, con particolare attenzione al sistema LTE. Inoltre
tali modelli verranno utilizzati per l'analisi della coesistenza
tra sistemi diversi operanti nella stessa banda o in bande
adiacenti (studio dell'applicabilità del principio di neutralità
tecnologica in termini dell'analisi delle prestazioni di un
sistema): LTE vs DVB-T, GSM vs UMTS, WiMAX vs DVB-T [15-16]. I
modelli di previsione saranno utilizzati inoltre per valutare le
prestazioni in termini di efficienza energetica di diverse
soluzioni architetturali di sistemi radiomobili (architetture solo
microcellulari, architetture solo macrocellulari, architetture
layered) [17] [20].
Proseguiranno gli
studi riguardanti la valutazione del livello di esposizione
prodotto da sistemi per l'accesso radio e radiomobili [4, 6, 8-12].
In tale ambito verranno utilizzate misure realizzate assieme
all'ARPA e simulazioni prodotte con software sviluppato dal gruppo
di ricerca. La valutazione dell'esposizione verrà estesa all'ambito
occupazionale, mediante la valutazione sperimentale e teorica dei
livelli di campo nei luoghi di lavoro [8, 9, 11].
L'attività di
ricerca riguarda anche lo studio delle possibili architetture per
lo smart meetering e per le smart grid, valutando l'influenza della
propagazione elettromagnetica sulle prestazioni delle reti M3N [18]
[19].
L'attività di
ricerca riguarda infine l'individuazione di una metodologia basata
sul geolocation database in modalità autonoma o in combinazione con
tecniche di sensing per la valutazione delle risorse spettrali
potenzialmente disponibili per White Space Devices (WSDs) nella
banda televisiva (470-790 MHz) e per il calcolo della potenza
massima trasmissibile [21].
[1] M. Barbiroli, V. Degli Esposti, P.
Grazioso “Extraction of a simplified model from street corner loss
in microcells from ray-tracing simulation”, Wireless Personal
Communications, Vol. 12, n
°
3 March 2000, pp. 225-237.
[2] M. Barbiroli, C. Carciofi, G.
Falciasecca, M. Frullone, P. Grazioso "A Measurement-Based
Methodology for the Determination of Validity Domains of Prediction
Models in Urban Environment" IEEE Transactions on Vehicular
Technology, Vol. 49, NO. 5, September 2000
[3] M. Barbiroli, C. Carciofi, V Degli
Esposti, G. Falciasecca, “ Evaluation of exposure levels generated
by cellular systems: methodology and results, “ IEEE Trans. On Veh.
Technol., vol. 51, pp. 1322 -1329, November 2002.
[4] M. Barbiroli, M. L. Calabrese, G.
Falciasecca, R. Massa, “Electromagnetic Field Measurements and
Simulations at UMTS and Wi-Fi Frequencies in Indoor Settings”, The
Bioelectromagnetics Society 28th Annual Meeting, June 11-15, 2006,
Cancun, Mexico.
[5] M. Barbiroli, C. Carciofi, D. Guiducci,
P. Grazioso, C. Zaniboni “Analysis of macrocellular and
microcellular coverage with attention to exposure levels”, IEEE
PIMRC 2008 International Symposium on Personal, Indoor and Mobile
Radio Communications, 15-18 September 2008, Cannes
France.
[6] M. Barbiroli, C. Carciofi, D. Guiducci,
S. Violanti “Evaluation of exposure levels generated by WiMax
systems”, International Conference on Electromagnetics in Advanced
Applications, September 14-18, 2009, Torino, Italy.
[7] M. Barbiroli, C. Carciofi, V. Degli
Esposti, F. Fuschini, P. Grazioso, D. Guiducci, D. Robalo, F. J.
Velez “Characterization of WiMAX propagation in microcellular and
picocellular environments” EuCAP 2010 European Conference of
Antennas and Propagation, Barcelona, Spain, April 12th-16th,
2010.
[8] S. Valbonesi, M. Barbiroli, M.
Frullone, F. Graziosi, E. Papotti and F.S. Violante “Occupational
exposure assessment of non-sinusoidal pulsed gradient magnetic
fields in MRI environment”, EMF Bordeaux Event - European
conference on electromagnetic fields Bordeaux, 26
29/05/2010.
[9] S. Valbonesi, M. Barbiroli, M.
Frullone, F. Graziosi, E. Papotti and F.S. Violante “Occupational
exposure assessment to static magnetic field in MRI environment”,
32nd BEMS Korea, 13 18/06/2010.
[10] M. Barbiroli, C. Carciofi, D. Guiducci “Effect of
WiMAX System Introduction over General Public Exposure: Simulation
and Measurements” PIMRC 2010 the 21th Personal, Indoor and Mobile
Radio Conference, 26-29 September 2010, Istanbul,
Turkey.
[11] S. Valbonesi, M. Barbiroli, M. Frullone, F.
Graziosi, E. Papotti, F. S. Violante ”Procedures for measurement
and evaluation of EMF occupational exposure in MR environment” IOHA
2010 Roma 28/09–2/10/2010.
[12] M. Barbiroli, C. Carciofi, and D. Guiducci
“Assesment pf Population and Occupational Exposure to Wi-Fi
Systems: Measurements and Simulations”, IEEE Transactions on
Electromagnetic Compatibility, Issue: 1, 2011, Volume: 53, Page(s):
219 – 228. Digital Object Identifier:
10.1109/TEMC.2010.2098409.
[13] M. Barbiroli, C. Carciofi, A. Guidotti, D.
Guiducci “Evaluation and analysis of the hidden node margin for
cognitive radio system operation in a real scenario”, EuCAP 2011
the 5th European Conference on Antennas and Propagation, Rome,
Italy, on 11-15 April 2011.
[14] D. Robalo, J. Oliveira, F. J. Velez, V. Petrini,
M. Barbiroli, C.Carciofi, P. Grazioso, F. Fuschini, “Experimental
Characterization of WiMax propagation in different environments”
Proc. of the IEEE International Conference on Computer as a tool
(EUROCON2011) April 27-29 2011, Lisbon (Po), pp. 1-4.
[15] A.Guidotti, D.Guiducci, M.Barbiroli, C.Carciofi,
P.Grazioso, G.Riva “Coexistence and mutual interference between
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Vehicular Technology Conference: 15-18 May 2011, Budapest,
Hungary.
[16] M. Barbiroli, C. Carciofi, D. Guiducci, A.
Guidotti, E. Tarantino, G. Riva “Advantages and disadvantages
of the introduction of IMT systems at 800 MHz”, International
Conference on Electromagnetics in Advanced Applications, ICEAA
2011, September 12-16, 2011 Torino, Italy.
[17] M. Barbiroli , C. Carciofi , V. Degli Esposti, P.
Grazioso, D. Guiducci, V. Petrini, G. Riva “Planning Criteria to
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Conference on Antennas and Propagation in Wireless Communications,
APWC 2011, September 12-16, 2011 Torino, Italy.
[18] V. Degli Esposti, E. Tarantino, M. Barbiroli, F.
Fuschini, G. Riva “Embedded ray tracing techniques to improve
performance in MIMO mobile radio systems: a preliminary study”,
Proc. of the IEEE-APS Topical Conference on Antennas and
Propagation in Wireless Communications (APWC), September 12-16
2011, Torino (IT), pp. 1281-1284,
ISBN:978-1-4577-0047-7.
[18] C. Carciofi, M. Barbiroli, D. Guiducci and G. Riva
“Smart meter standardisation as a market enabler and flexible
information demands” Cigrè International Symposium The Electric
Power System of the Future, 13-15 September 2011 - Bologna
(Italy).
[19] M. Barbiroli, R. Bottura, C. Carciofi, D.
Guiducci, V. Degli Esposti, G. Riva “Analysis and evaluation of
Metropolitan Mesh Machine networks performance in Smart Grid and
Smart Metering scenarios”, The 2012 IEEE International Symposium on
Antennas and Propagation and USNC-URSI National Radio Science
Meeting, July 8-14, 2012, Chicago, IL, USA, Page(s): 1 - 2. ISSN
: 1522-3965, Print ISBN: 978-1-4673-0461-0.
[20] V. Degli Esposti, V. Petrini, M. Barbiroli, C.
Carciofi “A study on the energy efficiency of urban cellular radio
deployment solutions”, The 2012 IEEE International Symposium on
Antennas and Propagation and USNC-URSI National Radio Science
Meeting, July 8-14, 2012, Chicago, IL, USA, Page(s): 1 - 2, ISSN
: 1522-3965, Print ISBN: 978-1-4673-0461-0.
[21] M. Barbiroli, C. Carciofi, D. Guiducci, V. Petrini
“White Spaces potentially available in Italian scenarios based on
the geo-location database approach”, 2012 IEEE International
Symposium on Dynamic Spectrum Access Networks, DySPAN 2012, October
16-19, Bellevue, Washington, USA, pages 393-398, ISBN:
978-1-4673-4448-7.
