• compensazione
• comunicazioni via satellite
• non linearità

I sistemi di comunicazione satellitari, al fine di ottenere un livello di amplificazione del segnale atto a garantire la sua ricezione con una potenza sufficiente per assicurare una prefissata qualità del servizio offerto, montano a bordo del satellite amplificatori di potenza (HPA, High Power Amplifier) il cui comportamento risulta essere di tipo non lineare.
Questo aspetto è particolarmente critico nel progetto del sistema stesso in quanto causa una distorsione, anch’essa di tipo non lineare, del segnale trasmesso. In particolare l’effetto distorcente provoca in ricezione tre effetti indesiderati:
• la ricrescita dei lobi laterali dello spettro di potenza del segnale trasmesso (si ha cioè un allargamento spettrale con conseguente possibile sconfinamento in bande adiacenti);
• il fenomeno del clustering: ciascun punto della costellazione usata in trasmissione diventa una nuvola di punti per effetto dell’ ISI (Inter Symbol Interference) agli istanti di campionamento;
• il fenomeno del warping: i baricentri dei cluster non coincidono con i corrispondenti punti nominali della costellazione ma appaiono ruotati e scalati rispetto a questi.
È opportuno sottolineare che questi effetti sono dovuti all’azione congiunta dell’HPA e dei filtri usati in trasmissione e ricezione, pertanto, anche in assenza di rumore termico, possono verificarsi errori al decisore che determinano una degradazione delle prestazioni del collegamento in termini di BER (Bit Error Rate) rispetto a quelle di un sistema ideale che prevede l’impiego di un amplificatore di potenza lineare.
Gli effetti distorcenti dell’HPA possono essere limitati scegliendo di lavorare con un back-off di uscita (OBO, Out Back-Off) tale che l’amplificatore si trovi nella propria zona di funzionamento lineare e dunque “abbastanza” lontano dalla saturazione. Così facendo, però, la potenza ritrasmessa dal satellite potrebbe essere troppo bassa per garantire la prefissata qualità del servizio.
Detto ciò, i formati di modulazione che si utilizzano in presenza di amplificatore non lineare sono appositamente studiati per compensare gli effetti distorcenti di tipo non lineare causati dall’HPA; è il caso delle costellazioni APSK (Amplitude and Phase Shift keyng) i cui punti sono disposti su circonferenze concentriche anziché su una griglia quadrata come nel caso della costellazione QAM (Quadrature Amplitude Modulation).
Il vantaggio di una tale costellazione consiste nel fatto che i simboli complessi posizionati su una stessa circonferenza hanno modulo uguale e pertanto subiscono la stessa distorsione in ampiezza; in una QAM, invece, i simboli più esterni, cioè agli angoli della griglia quadrata nel piano I-Q, sono distorti maggiormente rispetto a quelli più interni poiché maggiore è la potenza necessaria a trasmetterli.
Per contro, a parità di potenza della costellazione, la APSK presenta una distanza fra i simboli minore rispetto alla corrispondente costellazione quadrata determinando zone di decisione più piccole e pertanto più soggette ad “essere confuse”.
Assieme a questi accorgimenti è possibile utilizzare degli algoritmi di elaborazione del segnale finalizzati alla compensazione delle non linearità in modo da ottenere ulteriori miglioramenti delle prestazioni.
Due esempi di questi algoritmi sono la predistorsione dei dati di tipo statico e l’equalizzazione non lineare del segnale. La prima consiste nella trasmissione di simboli della costellazione opportunamente precalcolati al fine di ottenere in ricezione, dopo l’effetto dell’HPA, una costellazione il più possibile “vicina” a quella ideale, ottenibile in assenza di distorsioni non lineari. La seconda tecnica, invece, consiste nell’equalizzazione del canale distorcente ricorrendo a combinazioni di tipo non lineare dei campioni del segnale ricevuto.
Vale le pena di segnalare che questi algoritmi verranno impiegati esclusivamente nella sezione di trasmissione del segnale, al fine di non aumentare troppo la complessità dei ricevitori, tipicamente per uso “consumer”, che vengono generalmente utilizzati per applicazioni satellitari come televisione digitale o accesso a Internet.
Al fine di compensare gli effetti delle distorsioni non lineari provocate dall’HPA, il seguente lavoro di tesi si propone di indagare, tramite simulazione al calcolatore, l’impiego di alcune tecniche.