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1 Evoluzione della telefonia mobile: dal TACS allUMTS Daniele DAgostino Dipartimento di Informatica Università di Genova.

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1 1 Evoluzione della telefonia mobile: dal TACS allUMTS Daniele DAgostino Dipartimento di Informatica Università di Genova

2 2 Mobile Communication Networks Una rete (network) è formata da nodi e connessioni (link). I nodi sono di due tipi: endpoints endpoints o hosts/terminals che operano come sorgente/destinazione di traffico switch switch (router/access point/base station) che hanno la funzione di smistare il traffico mobile Un network è detto mobile se alcuni nodi cambiano ubicazione relativa nel tempo durante il funzionamento

3 3 Architettura Generale In funzione del grado di mobilità dei componenti una rete si definisce: Cablata(Wireline) Cablata (Wireline): tutte le componenti sono fisse. Un esempio è la rete telefonica tradizionale. Non Cablata(Wireless) Non Cablata (Wireless), che a sua volta si può suddividere in: Cellulare, in cui gli end point sono mobili e le switch sono fisse; Satellitare, in cui le switch sono satelliti orbitanti intorno alla terra; Pocket radio, in cui sia gli end point che le switch sono mobili. Di solito le prime due sono di tipo WWAN (Wireless Wide Area Network), mentre lultima è una WLAN (Wireless Local Area Network)

4 4 Sistemi satellitari Le switch units sono imbarcate su satelliti orbitanti

5 5 Sistemi satellitari I link sono terra-satellite o inter-satellitari. Sono di due tipi: pochi satelliti in orbita geostazionaria. Buona copertura, spesso basta un singolo hop. Low Earth Orbit (LEO) network composti da molti satelliti e molto costosi: un esempio è Iridium.

6 6 Pocket Radio Network I sistemi di comunicazione militari richiedono tecniche di networking di tipo adattivo, capaci di sopravvivere in ambienti ostili. Esempi: ARPANET, DARPA, PRNET, SURAN. Di recente si è visto un interesse per luso anche in applicazioni civili. ad hoc Questi network vengono chiamati ad hoc dal comitato dello packet radio network standard IEEE , ma il nome più usato è packet radio network. La mobilità delle switch porta alcuni problemi di organizzazione diversi da quelli dei network cellulari

7 7 Luniverso Wireless

8 8 Network cellulari Nei Network cellulari base station le switch sono fisse e chiamate anche base station: alcune sono collegate alla rete in modo wired altre in modo wireless; gli end point sono mobili, si trovano in celle, ciascuna associata ad una base station. Questa organizzazione favorisce il riuso delle frequenze di trasmissione in celle geograficamente distanti. Appartengono a questa categoria le reti telefoniche cellulari come GSM/GPRS in Europa, AMPS negli USA, PCS in Giappone; gli standard di telefonia cordless; le WLAN IEEE

9 9 Trasmissione dei segnali modulazione di frequenzaFM Possiamo far coincidere la nascita delle comunicazioni mobili con linvenzione nel 1935 della modulazione di frequenza (FM, frequency modulation) da parte di E. H. Armstrong. FM segnale modulantefrequenza carriersegnale portantesegnale modulato La FM varia proporzionalmente al segnale analogico da trasmettere (segnale modulante) la frequenza di un segnale ausiliario sinusoidale, detto carrier o segnale portante, producendo un segnale modulato che viene poi inviato tramite un mezzo trasmissivo. AMmodulazione di ampiezzaampiezza La AM, modulazione di ampiezza, al contrario, varia lampiezza del carrier in funzione del segnale modulante.

10 10 Tecniche di modulazione

11 11 Tecniche di modulazione

12 12 Alcuni concetti di base La trasmissione di dati può avvenire sotto due forme: analogica digitale sincrona: trasmetto oltre al dato un segnale di sincronizzazione, detto clock asincrona: trasmetto solo il dato. Il clock viene generato dal ricevitore

13 13 Segnali analogici e digitali Un segnale analogico può continui assumere valori continui in un certo intervallo. Un segnale digitale può assumere solo un numero finito finito di valori. Un segnale analogico può essere convertito in digitale da circuiti speciali: A/D D/A converter. Ad es. un segnale digitale binario assume solo i valori 0/1 (on/off).

14 14 Sistemi cellulari: caratteristiche broadcast I sistemi radio non cellulari (radio, TV), effettuano trasmissioni di tipo broadcast riutilizzo delle frequenze I sistemi cellulari applicano la tecnica del riutilizzo delle frequenze: una frequenza, (che può corrispondere ad un canale), viene utilizzata più volte in luoghi diversi, a condizione che siano sufficientemente lontani tra loro.

15 15 Riuso delle frequenze Si suddivide il territorio da servire in sottoaree di dimensioni limitate, le celle. Ogni cella gestisce alcuni canali radio, diversi da quelli utilizzati nelle celle adiacenti, ed opera con potenza ridotta: ciò consente di riutilizzare le frequenze in celle non adiacenti.

16 16 Assegnamento delle RF Lo spettro delle radio-frequenze (RF) è diviso in due tipi di bande: assegnate; libere. Le ultime sono soggette a regole ma non necessitano di permessi e sono prive di di tasse.

17 17 Sistemi di Prima Generazione AMPS (Advanced Mobile Phone Standard), sviluppato negli USA (1979 a Chigago). NMT (Nordic Mobile Telephone), realizzato in Svezia nel 1981 e subito dopo in Norvegia, Danimarca e Finlandia. TACS (Total Access Communications System), una versione modificata del sistema AMPS, nel 1985 nel Regno Unito, introdotta poi in Italia nel 1990.

18 18 Sistemi 1G Sistemi Analogici Modulazione FM, 1000 canali centrati nella banda MHz. ETACS (Extended TACS), che assegna 1320 canali nella banda MHz.

19 19 1G: caratteristiche Single Channel Per Carrier Utenti limitati dalle interferenze cocanale No crittografia e riconoscimento sul numero di serie del ME (possibile clonazione) No trasmissione dati Standard nazionale

20 20 Sistemi di Seconda Generazione Nel 1982 fu creato il gruppo di studio Groupe Speciál Mobile (GSM) per siluppare un sistema radiomobile cellulare comune per tutti i paesi dell'Europa occidentale. Criteri buona qualità audio, sicurezza delle comunicazioni e bassi costi di gestione possibilità di roaming internazionale; supporto per nuovi sevizi (soprattutto dati); compatibilità con il sistema digitale ISDN.

21 21 2G: vantaggi del sistema digitale Più utenti per canale (Time Division Multiplexing); capacità maggiore (minor rumore ed interferenze); riservatezza, le informazioni trasmesse sono cifrate direttamente dall'apparato utente; sicurezza: l'identità del ME può essere controllata tramite un opportuno algoritmo; supporta la trasmissioni dati (il segnale vocale stesso viene digitalizzato e poi trasmesso).

22 22 GSM (Global System for Mobile Communications)

23 23 Larchitettura di rete GSM terminale mobileME SIM Ogni MS consiste in un terminale mobile o ME (Mobile Equipment), e di una SIM (Subscriber Identity Module) netta distinzione tra il cellulare e i dati dell'abbonato. BTS stazione mobileMS Ogni cella è servita da una stazione ricetrasmittente BTS (Base Transceiver Station), che fornisce la trasmissione e la ricezione radio per e dalla stazione mobile o MS.

24 24 Larchitettura di rete GSM cluster)BSC Un gruppo di più BTS (cluster) è controllato da una BSC (Base Station Controller), che si occupa del mantenimento della chiamata, ovvero controlla la gestione e distribuzione dei canali e la funzione di handover. MSC Un gruppo di BSC è gestito da una centrale di commutazione MSC (Mobile Services Switching Center): essa costituisce il cuore del sistema radiocellulare, è responsabile dell'indirizzamento delle chiamate dalla fonte alla loro destinazione. Il MSC agisce anche come interfaccia tra la rete GSM e le reti pubbliche di telefonia e dati, e può anche essere collegato ad altri MCS sulla stesa rete e su altre reti GSM.

25 25 Larchitettura di rete GSM Registro Ubicazioni Locali Il Registro Ubicazioni Locali (HLR) contiene i dati relativi agli utenti di un gestore. Centro di Autenticazione Il Centro di Autenticazione (AUC) fornisce i codici per l'autenticazione e per la cifratura. Registro dell'Ubicazione dei Visitatori Il Registro dell'Ubicazione dei Visitatori (VLR) contiene e mantiene aggiornate le informazioni relative alle MS che sono presenti, nell'area da esso servita. Registro Identità degli Apparecchi Il Registro Identità degli Apparecchi (EIR) contiene informazioni sulle MS.

26 26 Sim Card La SIM card contiene: IMSI (International Mobile Subscriber Identity) una chiave segreta di autenticazione Ki un algoritmo di autenticazione (A3) un algoritmo di cifratura una lista degli operatori GSM preferenziali SMS…

27 27Autenticazione IMSI + Ki costituiscono lidentificazione dell'abbonato, svincolato dallME utilizzato. Il codice ha una lunghezza massima di 15 cifre ed è composto da: MCC Mobile Country Code (3 cifre), che identifica la nazione dell'operatore (Italia: 222); MNC Mobile Network Code (2 cifre), identifica l'operatore all'interno della nazione (TIM ha 01, OMNITEL ha 10); MSIN Mobile Station Identification Number (max 13 cifre), numero seriale.

28 28 Problemi generali Gestione della potenza: se riduco la dimensione delle celle aumento il numero di utenti supportati. Gestione della larghezza di banda: più utenti su di un canale maggiore la capacità. Gestione della mobilità e scalabilità handover location tracking

29 29 Dimensione delle celle Il numero e la dimensione delle celle dipende dal numero dei clienti in una certa zona, da rumori ed interferenze. Max 35 Km di raggio, dovuto al massimo ritardo di 233x10 -6 del TDMA per comunicazioni MS-BTS-MS (233x10 -6 x 3x10 5 = 70 Km)

30 30 Assegnazione di un canale

31 31FDMA FDMA (Frequency Division Multiple Access): la banda assegnata è divisa in canali centrati su una frequenza (portante) diversa per ognuno: la risorsa elementare è la portante radio. Usata nei sistemi 1G.

32 32 1G: I canali Circa 832 canali full-duplex, quindi 120 canali a cella circa (AMPS). I canali sono di vario tipo: Controllo/Gestione, BSC->ME Paging, BSC->ME Accesso, bidirezionali Dati, bidirezionali. Quindi circa 45 canali per gli utenti, divisi tra i vari gestori.

33 33TDMA Con TDMA la banda assegnata è divisa in frazioni temporali, i time slot, che rappresentano quindi la risorsa elementare. Una tecnica mista TDMA/FDMA è utilizzata in sistemi 2G.

34 34 FDMA vs TDMS TDMA: I segnali sono separati nel tempo ma si sovrappongono in frequenza) FDMA: viceversa

35 35 2G: TDMA+FDMA Ogni canale (frame) è diviso in 8 frazioni temporali di circa 0,577 ms. Il time slot k-esimo di un frame è un canale: con il Dual Band abbiamo quindi 548 portanti e 4384 canali.

36 36 GSM in Italia Assegnazione delle frequenze Extended GSM ( MHz, MHz) del TIM: 11,4 MHz (57 portanti), ma le portanti da 51 a 64 solo per l'area urbana delle grandi città. OMNITEL: 10.6 MHz (53 portanti), con portanti solo per l'area urbana delle grandi città. WIND: 4.8 MHz (24 canali) solo per il territorio all'esterno dell'area urbana delle grandi città.

37 37 GSM in Italia Assegnazione delle frequenze DCS ( MHz, MHz ) del TIM e OMNITEL: 4.8 MHz ciascuno. WIND e BLU: 10 MHz ciascuno.

38 38 GSM: canali di traffico I canali di traffico trasportano le informazioni di tipo fonia e dati generati dall'utente. Possono essere di tipo: TCH/EFS: Enhanced Full rate Speech TCH/FS: Full rate Speech TCH/HS: Half rate Speech TCH/F9.6: dati a 9.6 Kbps TCH/F4.8: dati a 4.8 Kbps TCH/F2.4: dati a 2.4 Kbps TCH/F1.2: dati a 1.2 Kbps

39 39 GSM: canali di segnalazione

40 40 GSM: canali di segnalazione Broadcast Control Channel: informazioni sulla BTS, 184 byte con Id cella, operatore… Paging Channel: segnala ad un ME larrivo di una chiamata. Random Access Channel – Access Grant Channel: utilizzati da ME e BTS rispettivamente per lassegnamento dei canali. Slow Associated Control Channel: trasporta gli SMS, misurazioni sullintensità del segnale…

41 41 Handover La possibilità di mantenere in piedi un servizio dato ad un utente che si trova in condizioni di mobilità viene gestito dalle procedure di handover. Loperazione è gestita dal BSC, se le due celle appartengono allo stesso cluster, altrimenti dallMSC.

42 42 Il WAP Il Wireless Application Protocol è nato nel 1997 da un consorzio di operatori nel campo della telefonia mobile, la cui definizione è: Lo standard mondiale de facto per fornire connessioni ad Internet e servizi avanzati di telefonia a telefoni mobili, palmari ed altri terminali wireless.

43 43 WAP: Architettura Larchitettura Wap ricalca quella Web, adattandone i prototcolli

44 44 WAP: Architettura Il WAP gateway fa da tramite tra la rete cellulare e la rete. L'utente richiede una pagina al gateway che la traduce (decodifica) e la invia al Web server; quindi il gateway riceve la risposta dal server e la ricodifica (e comprime) per trasmetterla all'utente.

45 45WML E il linguaggio per creare pagine e servizi. Un documento è il deck, composto da più card. Massima dimensione 1,4 KB. Viene downloadato un deck alla volta, in formato compresso.

46 46 WAP: vantaggi Standard aperti e indipendenza da un unico costruttore. Compatibilità con diversi sistemi di trasmissione di reti mobili.

47 47 WAP: svantaggi Idea di fondo di Internet su telefonino sbagliata Difficile configurazione del telefonino e poca usabilità dello stesso Rete GSM non lo supporta adeguatamente: Velocità scarsa Tariffazione a tempo

48 48I-MODE La NTT DoCoMo nel 1999 è riuscita dove il WAP ha fallito, utilizzando i 9600bps forniti dalla rete 2G giapponese PDC. Perché?

49 49 I-MODE: Principi Rete a commutazione di pacchetto, evoluzione di quella esistente PDC Packed Network (PDC-P) Indirizzato ai giovani ( , loghi, suonerie) Terminali adeguati Tariffazione a traffico (ed economica)

50 50 Modalità di trasmissione Ne vediamo due: a commutazione di circuito a commutazione di pacchetto a commutazione di pacchetto commutazione di circuito Le reti a commutazione di circuito utilizzano le risorse disponibili per allocare un circuito ad ogni richiesta di servizio. Un circuito costituisce un collegamento fisico tra i terminali dei due utenti ed è a loro uso esclusivo per tutta la durata della comunicazione. Vantaggi: efficienza e nessun rischio di congestione Svantaggio: il costo

51 51 Commutazione di circuito

52 52 Modalità di trasmissione commutazione di pacchetto Le reti a commutazione di pacchetto usano la tecnica dello store and forward (memorizzazione ed inoltro) di un pacchetto alla volta. Le informazioni da trasmettere vengono frazionate in unità di dati (pacchetti) comprendenti anche dati di controllo (per esempio il destinatario, la posizione relativa nel flusso dei pacchetti) ed inviate una alla volta secondo cammini indipendenti tra loro ma dipendenti dalle condizioni della rete (traffico e nodi guasti). Allarrivo i pacchetti vengono riassemblati come in un puzzle. Vantaggi: supporta più comunicazioni Svantaggio: rischio di congestione

53 53 Commutazione di pacchetto

54 54 I-MODE: Architettura di rete Due nuovi elementi di rete: Packet GateWay transfer processing equipment, il gateway fra la rete mobile e le reti esterne (Internet). Packet local Processing Module, si occupa della gestione dei pacchetti scambiati fra il PGM e le Base Station.

55 55 I-MODE: Architettura di rete

56 56 I-MODE: Funzionamento

57 57 I-MODE Se la rete PDC-P introduce il trasferimento a pacchetti, il servizio I-Mode, con il suo insieme di server, gateway e database, può essere visto come una interfaccia fra utente radiomobile e Internet.

58 58 I-MODE: Servizi

59 59Evoluzioni 2G (WAP)2G+ (GPRS)3G (UMTS)

60 60 Reti 2+ G High Speed Circuit-Switched Data LHigh Speed Circuit-Switched Data (HSCS) riserva più timeslot (da 1 a 4) ad una singola connessione in uplink. Introduce inoltre i concetti di bandwidth on-demand uplink-downlink asimmetrica. Vantaggi: velocità fino a 56Kbps Svantaggi rete a commutazione di circuito (costi) riduzione della capacità della cella

61 61 GPRS: 2.5 G Il GPRS, General Packet Radio Service, è un nuovo servizio non vocale a valore aggiunto, evoluzione del GSM, che permette linterconnessione trasparente a reti a commutazione di pacchetto esterne a partire da un accesso wireless. La rete esistente resterà la stessa per la voce, mentre la novità risiederà nel fatto che il GPRS trasmetterà i dati su una rete dedicata a commutazione di pacchetto molto più veloce dellaltra.

62 62 GPRS: Caratteristiche Gestione flessibile ed efficiente della risorsa radio. Più connessioni possono condividere la medesima risorsa di rete (il canale trasmissivo). Servizio connectionless sempre disponibile Diversi livelli di qualità di servizio (QoS), tra cui la trasmissione da 20 a 100 Kbps.

63 63 GPRS e GSM La rete GSM si può pensare come formata da due sottoreti separate quella GSM a commutazione di circuito quella GPRS a commutazione di pacchetto Sono logicamente isolate, ma condividono BSS e HLR.

64 64 La sottorete GPRS

65 65 GPRS: Architettura di rete Due nuovi elementi di rete: SGSN SGSN (Serving GPRS Support Node): tiene traccia dei ME presenti nella sua area di servizio e scambia con loro i pacchetti GGSN GGSN (Gateway GPRS Support Node): fornisce la connettività verso i protocolli di altre reti dati ( X.25) e gestisce linstradamento dei pacchetti. I due elementi utilizzano il GPRS tunnel protocol (GTP) ed una tecnica di modulazione (Gaussian minimum-shift keying) con velocità teorica massima di 171.2kbps.

66 66 GPRS: Funzionamento I canali a pacchetto (PDCH, insieme di timeslot) sono allocati dinamicamente su richiesta tra i canali fisici GSM disponibili nella cella, da 1 a 8 time slot ad utente. Canali a commutazione di circuitoCanali a commutazione di pacchetto

67 67GPRS Il servizio GPRS, pertanto, è molto efficiente per applicazioni con le seguenti caratteristiche: trasmissione poco frequente di piccoli o grossi volumi di dati (applicazioni interattive); trasmissione intermittente di traffico dati bursty (applicazioni in cui il tempo medio tra due transazioni consecutive è di gran lunga superiore alla durata media di una singola transazione).

68 68 GPRS: Pro Multiplexing di più connessioni su un unico canale trasmissivo, quindi condivisione tra più connessioni. Non si richiede l'instaurazione di un circuito dedicato quindi la fase di set-up della connessione risulta notevolmente velocizzata Eliminazione delle costose apparecchiature che, nel GSM base, fungevano da gateway per le reti a commutazione di pacchetto.

69 69 GPRS: Contro La velocità massima dipende dal numero di utenti che utilizzano il servizio nella stessa cella. I pacchetti possono seguire percorsi diversi ed arrivare al ricevente in qualunque ordine: overhead di informazioni. Il tempo di viaggio dei pacchetti è imprevedibile La capacità delle celle resta limitata: il GPRS non ha effetto sulla capacità delle celle esistenti, il numero dei canali disponibili resta invariato.

70 70 GPRS: QoS Tramite circuiti virtuali ed altre tecniche si possono garantire velocità, accuratezza ed affidabilità con servizi ad alte prestazioni, in cui la varianza del parametro prestazionale misurato è trascurabile (guaranteed service); a buone prestazioni, con un valore ben preciso della varianza del parametro prestazionale (predictive service); a discrete prestazioni e da un valore non precisato della varianza del parametro prestazionale (best effort service).

71 71 GPRS: Conclusioni 100 Kbps sono sufficienti per la maggior parte degli utenti; costi contenuti di realizzazione; EMS – MMS. Videotelefonia e videoconferenze comunque non sono supportabili.

72 72EDGE La telefonia di terza generazione negli USA partirà in ritardo rispetto al previsto (dopo il 2004) poiché il Pentagono usa le frequenze che sarebbero destinate alla rete UMTS per la gestione degli apparati militari e della difesa missilistica. EDGE Soluzione temporanea: EDGE (Enhanced Data rate for GSM Evolution), che tramite un nuovo schema di modulazione nella struttura radio GSM, l8-PSK, aumenta il bit rate offerto. E sufficiente aggiungere un ricetrasmettitore EDGE ad ogni cella esistente della rete GSM.

73 73 Codifica 8-PSK Il segnale digitale è diviso in gruppi di di tre bit: ognuna delle 8 possibili configurazioni è convertita analogicamente variando la fase della portante da 0° a 315° ad incrementi di 45°. Baud rate: ogni simbolo trasmesso corrisponde a tre bit, quindi abbiamo 1 Baud = 3 bit.

74 74 EDGE: Architettura di Rete

75 75Edge Il sistema EDGE costituisce la trasformazione più profonda del GSM e più vicina all'UMTS.Con una capacità trasmissiva di 384 Kbps sarebbe in grado di sostenere un buon segnale di videofonino. Il sistema sarà adottato in Usa, in temporanea sostituzione del sistema UMTS, mentre in Europa non avrà diffusione perché tutti gli operatori hanno optato per la tecnologia 3G.

76 76 Migrazione da 2G a 3G

77 77Riassunto

78 78UMTS Universal Mobile Telecomunications System L Universal Mobile Telecomunications System ha come scopo fornire un unico sistema in grado di supportare tutti i servizi, voce dati e video, in vari formati e combinazioni. Caratteristiche : una banda utilizzabile più larga; linteroperabilità di soluzioni base su molteplici tecnologie; lofferta di servizi multimediali ad alta velocità.

79 79 UMTS: Servizi Servizi Circuit- and Packet-Oriented Diverse QoS Roaming globale Capacità elevate (50% popolazione mondiale)

80 80 UMTS-Nuovi Terminali

81 81 UMTS-Nuovi Palmari

82 82 UMTS: Storia Lidea nasce nel 1985 con nome Future Public Land Mobile Telecommunications Systems (FPLMTS) Nel 1996 è stata ribattezzata International Mobile Telecommunications for the year 2000 (IMT- 2000). 1998: dissidi Europa-USA 1999: il 3GPP approva lo standard.

83 83 UMTS: Proposte Pur basati su tecnologia W-CDMA emersero due proposte differenti: UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access) Cdma2000 Oggi lUMTS è W-CDMA based, supporta tre modalità operazionali: direct sequence FDD (basilare per UTRA) multi-carrier FDD (cdma2000) TDD (compatibile lo standard cinese).

84 84 UMTS: Celle Prevede lutilizzo di ununica banda per tutte le celle. Le celle hanno una struttura gerarchica e non hanno tutte la stessa dimensione.

85 85 UMTS: Banda Capacità di trasmissione dati: 144 Kbps: massima mobilità e qualsiasi ambiente 384 Kbps: mobilità limitata in micro e macro celle 2 Mbps: bassissima mobilità in pico celle

86 86 Spread Spectrum Spread Spectrum Il CDMA è uno schema di modulazione ad accesso multiplo basato su Spread Spectrum: gli utenti trasmettono alla stessa frequenza e nello stesso istante. La separazione è ottenuta assegnando a ciascun utente un codice (sequenza) diverso.

87 87 Spread Spectrum spreading codice despreading Lo spreading moltiplica ciascun segnale con una sequenza numerica, il codice, diverso per ogni utente, in modo che in condizioni ideali, il despreading, annulli leffetto delle mutue interferenze. Il limite della capacità del sistema è dato dal livello di interferenza residua dopo loperazione di despreading.

88 88 Spread Spectrum La codifica CDMA diffonde il segnale in una banda più ampia, ma il livello medio di potenza del segnale si è notevolmente ridotto. Ciò perché il livello di energia dei singoli Bit non varia con la codifica, e tale energia viene distribuita sui singoli Chip che sono in quantità ben maggiore, quindi più bassa potenza per unità di banda (W/Hz).

89 89 Spread Spectrum Chi lo ha inventato?

90 90 Spread Spectrum Hedy Lamarr Attrice di Hollywood

91 91 CDMA

92 92Confronti Dal punto di vista spettrale… …e da quello del riutilizzo delle frequenze nei sistemi cellulari

93 93Macrodiversità Un utente UMTS ha la possibilità di essere servito da più celle in contemporanea. Questa funzionalità, detta Macrodiversità, è resa possibile dall'utilizzo dei Ricevitori Rake, i quali possono estrarre lo stesso segnale proveniente da sorgenti differenti poichè li considera come differenti percorsi per effetto di cammini multipli dello stesso segnale. Il vantaggio è che ciascuna cella coinvolta nel collegamento potrà trasmettere con potenze molto basse, con conseguente aumento delle capacità di cella, e i ricevitori possono utilizzare tutte le componenti trasmesse combinandole.

94 94 Macrodiversità =

95 95 Ricevitore Rake Rake Il ricevitore Rake (rastrello) ha una serie di finger che effettuano una operazione di despreading su ciascun percorso di ritardo del segnale, e tutti i contributi così recuperati vengono inviati ad un unico rivelatore che li ricombina in fase e ne effettua la somma.

96 96 UMTS: Architettura di rete La banda è quella compresa tra MHz e MHz, con canali da 5 MHz. Larchitettura del sistema UMTS può essere divisa in due segmenti principali: la rete di accesso UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network); linfrastruttura di commutazione e routing, la Core Network (CN).

97 97 UMTS: Architettura di rete L'UMTS differisce dal GSM per l'interfaccia radio di trasmissione (multiutenza a divisione di codice WCDMA) UTRAN. Invece la Core Network è una diretta evoluzione: ad esempio è necessario implementare la funzione "transcoder" per la compressione della voce e l'internetworking per conversione tra i protocollo dell'interfaccia A (tra il BSS del GSM) e la Iu-CS (la corrispettiva UMTS).

98 98 GSM GPRS UMTS

99 99 UMTS: UTRAN RNS RNC UTRAN è costituita da un insieme di RNS (Radio Network System) connessi alla CN. Un RNC è il sostituto del BSC. Node-B Il Node-B controlla un insieme di celle e supporta sia FDD (Frequancy Division Duplex) che TDD (Time Division Duplex). E il nuovo BTS, l'unità fisica di trasmissione e ricezione all'interno delle celle.

100 100RNC Gestione autonoma delle risorse radio Ha le stesse funzioni del BSC del GSM. Gestisce i protocolli di scambio tra le interfacce: i dati provenienti dalla CN sono multiplessati e inviati ai terminali utente e viceversa. Funzioni come ammissione al servizio, controllo delle risorse, controllo di congestione, handover sono tutte svolte da un singolo RNC.

101 101Node-B Il compito principale è la conversione dei dati, la correzione di errori, ladattamento del rate, lo speading e despreading del WCDMA, la modulazione e demodulazione QPSK. Misura la qualità e l'intensità del collegamento coi terminali, stima il frame error rate per l'RNC che li usa per decidere sull'handover. Controllo di potenza del terminale.

102 102 Cell Breathing Per effetto del controllo di potenza le celle UMTS hanno dimensioni variabili. Quando il numero degli utenti serviti dalla cella aumenta, aumenta il rumore, quindi si rende necessario diminuire la potenza in trasmissione per tutti gli utenti serviti, con conseguente riduzione del raggio di copertura della cella stessa.

103 103 La Core Network Larchitettura consiste di due domini di rete: il dominio a commutazione di circuito, incentrato intorno agli MSC; il dominio a commutazione di pacchetto, incentrato intorno ai nodi GGSN.

104 104ATM Lintegrazione con ATM (Asynchronous Transfer Mode), probabilmente la tecnologia vincente tra le reti ad alta velocità, è uno degli obiettivi dellUMTS. ATM è stata pensata con lobiettivo di integrare i flussi diversi (video, audio, immagini e dati) sulla stessa infrastruttura trasmissiva, accoppiando i benefici della commutazione di circuito (bassi ritardi) e quelli della commutazione di pacchetto (gestione flessibile della banda).

105 105 Circuiti virtuali I circuiti virtuali possono essere commutati (switched virtual circuit, SVC), generato on-demand; permanenti (permanent virtual circuit, PVC), es. linee affittate. Le celle di flussi distinti possono alternarsi in modo arbitrario, ma le celle di una stessa connessione percorrono il medesimo cammino e quindi, se arrivano arrivano in ordine. La commutazione è eseguita in modo veloce in quanto i commutatori sono in genere sincroni e costituiti da elementi con solo due ingressi e due uscite, ed eseguono linstradamento basandosi su di un solo bit, che indica porta superiore o inferiore.

106 106 Servizi Bearer Bearer Bearer indica un percorso di trasmissione delle informazioni con definite capacità di ritardo, velocità e qualità minima del collegamento (BER). Il sistema UMTS può veicolare differenti tipi di bearer in funzione dei servizi richiesti e del tipo di dati che dovranno essere trasmessi, e le caratteristiche di questi vengono negoziati in fase di richiesta della connessione. I servizi che presentano delle criticità nel ritardo della trasmissione verranno trasportati su un bearer a commutazione di circuito, mentre i servizi di trasmissione dati verranno trasportati su un bearer a commutazione di pacchetto.

107 107 UMTS: QoS

108 108 The END


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