Calibrazione avanzata dell’attenuazione Wi-Fi in ambienti urbani complessi: correzione dinamica delle interferenze multipercorso
In contesti urbani densi come il centro storico di Milano, la stima accurata dell’attenuazione del segnale Wi-Fi richiede una comprensione profonda non solo del modello teorico di path loss logaritmica, ma anche della dinamica delle interferenze multipercorso, riflessioni e sorgenti RF non lineari. Questa guida dettagliata esplora un processo di calibrazione esperto, basato su misurazioni sul campo e correzioni in tempo reale, che supera le limitazioni dei modelli Tier 1 e Tier 2 per fornire mappe di attenuazione affidabili e aggiornate.
1. Introduzione al problema: perché l’attenuazione geometrica non basta
Il modello base di attenuazione per segnali radio in banda 2.4 GHz e 5 GHz è descritto dalla formula geometrica:
“\text{Path Loss (dB)} = 20 \log_{10}(d) + 20 \log_{10}(f) + 32.44 + \gamma \cdot h_{obf
, dove \( d \) è la distanza in metri, \( f \) la frequenza in MHz, \( \gamma \) il coefficiente di riflessione medio (~0.1–0.3 in ambienti urbani), e \( h_{obf} \) l’altezza dell’antenna. Tuttavia, in città, interferenze multiple da edifici, riflessioni su superfici metalliche e plastiche, appareggiamenti IoT, e reti cellulari distorcono il campo elettromagnetico in modi non lineari e non prevedibili. Queste interferenze causano attenuazioni anomale di 10–25 dB superiori a quelle geometriche, rendendo inaffidabili stime statiche.
2. Analisi avanzata delle interferenze: identificazione spettrale e temporale
Per una calibrazione precisa, è essenziale mappare le sorgenti interferenti con elevata risoluzione spettrale e temporale. Si utilizzano analizzatori di spettro portatili come il Keysight N9000B o dispositivi RTL-SDR con software di analisi come GNU Radio o RTL-SDR Band> per registrare la potenza del segnale in banda 2.4/5 GHz, con campionamento a intervalli di 10 secondi per 15 minuti per punto campione.
“La presenza di interferenze non è solo una questione di potenza, ma di correlazione temporale tra segnali co-canale e non co-canale.”
Fase 1: posizionamento di ricevitori a diverse altezze (1.2 m, 2.5 m, 4.0 m) e angolazioni (0°, 45°, 90° rispetto alla strada) in punti critici come incroci, gallerie parzialmente illuminate e passanti coperti. Si registra il RSSI e la potenza ricevuta (PR) in condizioni di presenza/assenza di interferenze, con filtro adattivo per eliminare rumore spurio.
3. Metodologia di calibrazione passo-passo: da dati grezzi a correzione dinamica
Fase 1: acquisizione dati sul campo
- Configurare analizzatore di spettro in modalità analisi in banda 2.4/5 GHz, con salvataggio automatico in formato JSON via script Python.
- Posizionare ricevitore a 3 altezze e 3 orientamenti per 15 minuti per punto, registrando RSSI (deciBEL), PR (dBm) e spettro di potenza.
- Annotare contesto ambientale: presenza di antenne 4G/5G, illuminazione LED, dispositivi IoT, traffico stradale.
Fase 2: registrazione e correlazione temporale
- Eseguire campionamento a intervalli di 10 secondi, correlare fluttuazioni RSSI con eventi temporali (segnali cellulari, accensioni LED).
- Usare filtraggio Wiener per ridurre rumore gaussiano e interferenze impulsive, applicando smoothing adattivo.
- Mappare interferenze dominanti per frequenza e direzione tramite correlazione incrociata con sorgenti note (es. stazioni radio, ripetitori Wi-Fi).
Fase 3: identificazione e quantificazione interferenze
- Applicare analisi FFT per decomporre il segnale in componenti spettrali e identificare bande di interferenza coerenti (es. 2.415 GHz da Bluetooth, 5.150 GHz da 5G).
- Calcolare il coefficiente di interferenza (ICI) per banda:
- Correlare ICI con correlazione temporale per distinguere interferenze periodiche da casuali, usando modelli stocastici.
“\text{ICI(dB)} = 10 \log_{10}\left(\sum_{k=1}^N \frac{P_k}{P_0}\right)&#code>, dove \( P_k \) è la potenza interferente e \( P_0 \) un riferimento.
4. Modelli avanzati di attenuazione multipercorso con correzione interferenze
L’attenuazione totale in ambiente complesso si calcola come somma di path loss geometrico, riflessione, assorbimento e interferenza sommata:
“\text{Tot. Attenuazione(dB)} = \text{PathLoss} + \text{Interferenza}_{tot} + \text{Absorbimento} + \text{Riflessioni};
La funzione di attenuazione per interferenza (IFA) viene modellata come:
“\text{IFA}(d, f, \gamma) = \text{PathLoss}(d,f) + \sum_{
