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RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Università degli Studi di Roma La Sapienza Dipartimento INFOCOM Aldo Roveri Lezioni dell a.a. 2009-2010 Aldo Roveri Lezioni.

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1 RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Università degli Studi di Roma La Sapienza Dipartimento INFOCOM Aldo Roveri Lezioni dell a.a Aldo Roveri Lezioni dell a.a

2 XI.Il sistema LTE Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a

3 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Contenuti XI.1 Obiettivi dello sviluppo LTE XI.2 La nuova architettura di rete XI.3 Linterfaccia radio XI.1 Obiettivi dello sviluppo LTE XI.2 La nuova architettura di rete XI.3 Linterfaccia radio

4 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Il sistema LTE XI.1 Obiettivi dello sviluppo LTE

5 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Gli obiettivi prestazionali (1/2) Accanto a uno sviluppo tutto orientato ad una infrastruttura con operatività pienamente a pacchetto, ulteriori obiettivi (da rapportare a quanto conseguibile con UMTS e HSPA) sono i seguenti –una riduzione dei tempi richiesti per un cambiamento di stato: per MS dovrebbe essere possibile passare da uno stato di inattività (idle state) a uno di connessione completa alla rete in meno di 100 ms; –una ridotta latenza nel piano di utente in modo da conseguire un ritardo paragonabile a quello ottenibile con reti fisse: per questo scopo il contributo a questo ritardo da parte dellinterfaccia radio dovrebbe essere dellordine di 5 ms; Accanto a uno sviluppo tutto orientato ad una infrastruttura con operatività pienamente a pacchetto, ulteriori obiettivi (da rapportare a quanto conseguibile con UMTS e HSPA) sono i seguenti –una riduzione dei tempi richiesti per un cambiamento di stato: per MS dovrebbe essere possibile passare da uno stato di inattività (idle state) a uno di connessione completa alla rete in meno di 100 ms; –una ridotta latenza nel piano di utente in modo da conseguire un ritardo paragonabile a quello ottenibile con reti fisse: per questo scopo il contributo a questo ritardo da parte dellinterfaccia radio dovrebbe essere dellordine di 5 ms;

6 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Gli obiettivi prestazionali (2/2) –una larghezza di banda del canale radio con valore scalabili: dallattuale larghezza di 5 MHz come con UMTS e HSPA, un più elevato throughput può essere ottenuto aumentando la larghezza di banda della portante a 10 o 20 MHz; per certe applicazioni può però essere preferibile una larghezza minore; –un aumento del throughput che, per il nuovo sistema, dovrebbe raggiungere in condizioni ideali e in downlink un valore orientativo di 100 Mbit/s. –una larghezza di banda del canale radio con valore scalabili: dallattuale larghezza di 5 MHz come con UMTS e HSPA, un più elevato throughput può essere ottenuto aumentando la larghezza di banda della portante a 10 o 20 MHz; per certe applicazioni può però essere preferibile una larghezza minore; –un aumento del throughput che, per il nuovo sistema, dovrebbe raggiungere in condizioni ideali e in downlink un valore orientativo di 100 Mbit/s.

7 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a I vincoli architetturali (1/3) Per conseguire questi obiettivi e per assicurare, per quanto possibile, compatibilità con i sistemi cellulari di passata o futura generazione, la nuova architettura di rete (chiamata SAE – System Architecture Evolution) deve rispondere ai seguenti requisiti –supportare unampia varietà di sistemi di accesso (esistenti o futuri) permettendo a un operatore un elevato gradi di flessibilità sia nella scelta di tecnologie di accesso che nelluso di reti di accesso già possedute; Per conseguire questi obiettivi e per assicurare, per quanto possibile, compatibilità con i sistemi cellulari di passata o futura generazione, la nuova architettura di rete (chiamata SAE – System Architecture Evolution) deve rispondere ai seguenti requisiti –supportare unampia varietà di sistemi di accesso (esistenti o futuri) permettendo a un operatore un elevato gradi di flessibilità sia nella scelta di tecnologie di accesso che nelluso di reti di accesso già possedute;

8 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a I vincoli architetturali (2/3) –migliorare le prestazioni odierne nei termini chiariti in precedenza; –gestire la mobilità delle MS tra le diverse piattaforme di accesso radio: in particolare, consentire la mobilità fra accessi 2G/3G, LTE e sistemi non-3GPP, quali ad esempio WLAN e WiMAX, garantendo lInter 3G System Handover; –essere garantita la continuità dei servizi erogati tra reti non-3GPP e 3GPP; –migliorare le prestazioni odierne nei termini chiariti in precedenza; –gestire la mobilità delle MS tra le diverse piattaforme di accesso radio: in particolare, consentire la mobilità fra accessi 2G/3G, LTE e sistemi non-3GPP, quali ad esempio WLAN e WiMAX, garantendo lInter 3G System Handover; –essere garantita la continuità dei servizi erogati tra reti non-3GPP e 3GPP;

9 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a I vincoli architetturali (3/3) –garantire la QoS negoziata attraverso tutto il nuovo sistema e, in particolare nelle varie fasi di interlavoro tra i vari domini di rete, tra le reti e nei collegamenti con MS; –supportare e mantenere le stesse potenzialità di controllo dellaccesso (autenticazione e autoriz- zazione), di riservatezza delle comunicazioni e di tariffazione per gli utenti, indipendentemente dalle piattaforme di accesso. –garantire la QoS negoziata attraverso tutto il nuovo sistema e, in particolare nelle varie fasi di interlavoro tra i vari domini di rete, tra le reti e nei collegamenti con MS; –supportare e mantenere le stesse potenzialità di controllo dellaccesso (autenticazione e autoriz- zazione), di riservatezza delle comunicazioni e di tariffazione per gli utenti, indipendentemente dalle piattaforme di accesso.

10 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Il sistema LTE XI.2 La nuova architettura di rete

11 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a La struttura dellaccesso (1/5) Larchitettura che è stata progettata nel quadro LTE tiene conto delle ormai affermate tendenze tecnologiche di evoluzione delle reti verso il modello all-IP e dellinterlavoro con le reti fisse tramite nuovi paradigmi quali quelli prospettati dallarchitettura IMS. La soluzione adottata per laccesso presenta quindi una struttura semplificata rispetto a soluzioni 3G o precedenti; è basata su due tipi di nodi organizzati su due livelli (Fig.XI.1): –una stazione radio-base evoluta, denominata eNB (enhanced Node B); –un gateway di accesso, denominato aGW (access GateWay). Larchitettura che è stata progettata nel quadro LTE tiene conto delle ormai affermate tendenze tecnologiche di evoluzione delle reti verso il modello all-IP e dellinterlavoro con le reti fisse tramite nuovi paradigmi quali quelli prospettati dallarchitettura IMS. La soluzione adottata per laccesso presenta quindi una struttura semplificata rispetto a soluzioni 3G o precedenti; è basata su due tipi di nodi organizzati su due livelli (Fig.XI.1): –una stazione radio-base evoluta, denominata eNB (enhanced Node B); –un gateway di accesso, denominato aGW (access GateWay).

12 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a La struttura dellaccesso (2/5) Fig.XI.1

13 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a La struttura dellaccesso (3/5) Rispetto a strutture di accesso 3G (o anche 2G) non cè più un nodo di controllo centrale del tipo RNC (Radio Network Controller): le sue funzioni sono trasferite in parte a eNB e in parte a aGW. Più in particolare le nuove stazioni radio-base –garantiscono le funzioni di accesso e di gestione delle risorse radio; –svolgono autonomamente la gestione del traffico di interfaccia; –assicurano il conseguimento della qualità di servizio; –sono responsabili delleffettuazione dellhandover. Rispetto a strutture di accesso 3G (o anche 2G) non cè più un nodo di controllo centrale del tipo RNC (Radio Network Controller): le sue funzioni sono trasferite in parte a eNB e in parte a aGW. Più in particolare le nuove stazioni radio-base –garantiscono le funzioni di accesso e di gestione delle risorse radio; –svolgono autonomamente la gestione del traffico di interfaccia; –assicurano il conseguimento della qualità di servizio; –sono responsabili delleffettuazione dellhandover.

14 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a La struttura dellaccesso (4/5) A questultimo riguardo gli eNB possono comunicare tra loro direttamente attraverso linterfaccia X2 (che è opzionale) oppure tramite gli aGW: la comunicazione può avvenire solo tra una singola eNB verso un MS e può essere effettuato solo un handover di tipo hard.

15 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a La struttura dellaccesso (5/5) Negli aGW risiedono le funzionalità di –instradamento dei pacchetti; –compressione delle intestazioni dei protocolli; –cifratura delle comunicazioni. Linterconnessione dei nodi aGW e eNB è effettuata con un trasporto che è completamente IP e basata su porte di tipo Ethernet a ritmi di 100 Mbit/s o anche superiori a 1 Gbit/s. Negli aGW risiedono le funzionalità di –instradamento dei pacchetti; –compressione delle intestazioni dei protocolli; –cifratura delle comunicazioni. Linterconnessione dei nodi aGW e eNB è effettuata con un trasporto che è completamente IP e basata su porte di tipo Ethernet a ritmi di 100 Mbit/s o anche superiori a 1 Gbit/s.

16 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a La core network (1/4) Le linee guide della core network sono state definite in modo da rendere questa sezione di rete valida qualunque sia la tecnologia di accesso adottata; conseguentemente il nucleo della rete mobile di IV generazione diventa agnostico rispetto alle tecnologie di accesso utilizzate. In particolare la semplificazione della struttura, che consente di connettere un nodo di accesso radio con un gateway per il traffico dati a pacchetto si traduce in un costo dellinfrastruttura poco dipendente dal traffico in rete, dato che il suddetto gateway può raccogliere migliaia di stazioni radio. Le linee guide della core network sono state definite in modo da rendere questa sezione di rete valida qualunque sia la tecnologia di accesso adottata; conseguentemente il nucleo della rete mobile di IV generazione diventa agnostico rispetto alle tecnologie di accesso utilizzate. In particolare la semplificazione della struttura, che consente di connettere un nodo di accesso radio con un gateway per il traffico dati a pacchetto si traduce in un costo dellinfrastruttura poco dipendente dal traffico in rete, dato che il suddetto gateway può raccogliere migliaia di stazioni radio.

17 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a La core network (2/4) Ovviamente rimane fermo il vincolo rappresentato dalloccupazione di una risorsa spaziale che è condivisa tra gli utenti. Dalla rete di accesso, tramite linterfaccia S1 si perviene alla core network, dove si distinguono due entità logiche (Fig. XI.2) –il Serving Gateway (Serving GW), –la Mobility Management Entity (MME), Ovviamente rimane fermo il vincolo rappresentato dalloccupazione di una risorsa spaziale che è condivisa tra gli utenti. Dalla rete di accesso, tramite linterfaccia S1 si perviene alla core network, dove si distinguono due entità logiche (Fig. XI.2) –il Serving Gateway (Serving GW), –la Mobility Management Entity (MME),

18 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a La core network (3/4) Fig. XI.2

19 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a La core network (4/4) Queste entità logiche svolgono insieme compiti analoghi al nodo SGSN (Serving GPRS Support Node) in UMTS; possono essere implementate sulla stessa piattaforma fisica ovvero possono essere separate per una scalabilità indipendente. Queste entità logiche svolgono insieme compiti analoghi al nodo SGSN (Serving GPRS Support Node) in UMTS; possono essere implementate sulla stessa piattaforma fisica ovvero possono essere separate per una scalabilità indipendente.

20 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a MMG Lentità MMG è la responsabile del piano di controllo, con i seguenti compiti –la mobilità dellutente e la segnalazione di gestione della sessione: ciò comprende funzioni quali lautenticazione, linstaurazione dei radio bearer, il supporto dellhandover tra differenti eNB e verso/da differenti reti radio; –linseguimento della localizzazione per MS nello stato di inattività; –la scelta di un gateway verso Internet quando un MS richiede linstaurazione di una sessione. Lentità MMG è la responsabile del piano di controllo, con i seguenti compiti –la mobilità dellutente e la segnalazione di gestione della sessione: ciò comprende funzioni quali lautenticazione, linstaurazione dei radio bearer, il supporto dellhandover tra differenti eNB e verso/da differenti reti radio; –linseguimento della localizzazione per MS nello stato di inattività; –la scelta di un gateway verso Internet quando un MS richiede linstaurazione di una sessione.

21 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Serving GW (1/2) Lentità Serving GW è la responsabile del piano di utente, e cioè dellinoltro dei pacchetti IP tra un MS e Internet; come nel caso UMTS, linoltro dei pacchetti è attuato con il protocollo GTP (GPRS Tunneling Protocol), ma con una differenza: il tunnel per un utente attivo è terminato sul nodo eNB (e non sul RNC come nel caso UMTS).

22 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Serving GW (2/2) A differenza di quanto si riscontra in reti 3G e precedenti (in cui un nodo SGSN è responsabile di un certo numero di RNC e ognuno di questi ultimi ha il controllo di un certo numero di nodi B) linterfaccia S1 può supportare una topologia di tipo magliato : ciò –consente al numero di MME di evolvere separatamente da quello dei Serving GW; –aggiunge ridondanza per fronteggiare eventuali situazioni di guasto. A differenza di quanto si riscontra in reti 3G e precedenti (in cui un nodo SGSN è responsabile di un certo numero di RNC e ognuno di questi ultimi ha il controllo di un certo numero di nodi B) linterfaccia S1 può supportare una topologia di tipo magliato : ciò –consente al numero di MME di evolvere separatamente da quello dei Serving GW; –aggiunge ridondanza per fronteggiare eventuali situazioni di guasto.

23 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Gateway verso Internet Il router alla frontiera tra la core network e Internet (cfr. Fig.XI.2) è chiamato PDN (Packet Data Network) – Gateway e assolve compiti analoghi a quelli dellentità GGSN in UMTS. In particolare un suo compito è gestire gli indirizzi IP per le sessioni che sono attivate nella rete mobile e assegnare uno di questi allutente che ne fa richiesta allinizio di una sessione in cui è coinvolto ovvero non appena il suo MS si registra nella rete mobile. Linterfaccia tra la PDN-GW e lMME/ServingGW è indicata con S5. Il router alla frontiera tra la core network e Internet (cfr. Fig.XI.2) è chiamato PDN (Packet Data Network) – Gateway e assolve compiti analoghi a quelli dellentità GGSN in UMTS. In particolare un suo compito è gestire gli indirizzi IP per le sessioni che sono attivate nella rete mobile e assegnare uno di questi allutente che ne fa richiesta allinizio di una sessione in cui è coinvolto ovvero non appena il suo MS si registra nella rete mobile. Linterfaccia tra la PDN-GW e lMME/ServingGW è indicata con S5.

24 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a La banca dati di utente Unaltra interfaccia rilevante nellarchitettura della core network è la S6: questa è tra le entità MME e la banca-dati che contiene i dati degli utenti di rete. In LTE questa banca dati è stata chiamata Home Subscriber Server (HSS) come nellarchitettura IMS. HSS è larchivio dei clienti della rete e contiene il profilo dei servizi sottoscritto; effettua lauten- ticazione del cliente e rilascia lautorizzazione per la fruizione del servizio richiesto. Sullinterfaccia S6 il protocollo utilizzato è il Dia- meter, che è di tipo IP-oriented. Unaltra interfaccia rilevante nellarchitettura della core network è la S6: questa è tra le entità MME e la banca-dati che contiene i dati degli utenti di rete. In LTE questa banca dati è stata chiamata Home Subscriber Server (HSS) come nellarchitettura IMS. HSS è larchivio dei clienti della rete e contiene il profilo dei servizi sottoscritto; effettua lauten- ticazione del cliente e rilascia lautorizzazione per la fruizione del servizio richiesto. Sullinterfaccia S6 il protocollo utilizzato è il Dia- meter, che è di tipo IP-oriented.

25 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Il sistema LTE XI.3 Linterfaccia radio

26 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Utilizzazione della tecnica multi-portante (1/2) Linterfaccia radio in ambiente LTE abbandona la soluzione adottata in UMTS (una sola portante a sostegno di una larga banda di frequenza) e adotta in sua vece uno schema multi-portante. I vantaggi sostanziali di questa soluzione risiedono nella possibilità di meglio fronteggiare il fenomeno dei cammini multipli e il conseguente spreading dei ritardi sui diversi cammini tra emettitore e ricevitore. Linterfaccia radio in ambiente LTE abbandona la soluzione adottata in UMTS (una sola portante a sostegno di una larga banda di frequenza) e adotta in sua vece uno schema multi-portante. I vantaggi sostanziali di questa soluzione risiedono nella possibilità di meglio fronteggiare il fenomeno dei cammini multipli e il conseguente spreading dei ritardi sui diversi cammini tra emettitore e ricevitore.

27 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Utilizzazione della tecnica multi-portante (2/2) Infatti –data la diminuzione del ritmo supportato da ogni sotto-portante (se N è il numero delle sotto-portanti, detto ritmo è 1/N di quello del caso mono-portante), si riesce a minimizzare leffetto dello spreading dei ritardi; –data la assunzione di una banda per ogni sotto- portante che rimane di larghezza costante al variare della larghezza di banda del canale radio, si consegue indipendenza tra i valori scelti per questultima e gli effetti del fading multipath. La comprensione di quanto segue presuppone la conoscenza dei contenuti in Appendice C. Infatti –data la diminuzione del ritmo supportato da ogni sotto-portante (se N è il numero delle sotto-portanti, detto ritmo è 1/N di quello del caso mono-portante), si riesce a minimizzare leffetto dello spreading dei ritardi; –data la assunzione di una banda per ogni sotto- portante che rimane di larghezza costante al variare della larghezza di banda del canale radio, si consegue indipendenza tra i valori scelti per questultima e gli effetti del fading multipath. La comprensione di quanto segue presuppone la conoscenza dei contenuti in Appendice C.

28 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Il trasferimento in downlink (1/2) In downlink la tecnica multi-portante scelta è quella OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access), di cui si è già parlato in precedenza; per maggiore chiarezza se ne riassumono i passi compiuti per la sua attuazione nel trasmettitore e nel ricevitore. Tali passi sono descritti sommariamente nello schema funzionale di FigXI.3. In downlink la tecnica multi-portante scelta è quella OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access), di cui si è già parlato in precedenza; per maggiore chiarezza se ne riassumono i passi compiuti per la sua attuazione nel trasmettitore e nel ricevitore. Tali passi sono descritti sommariamente nello schema funzionale di FigXI.3.

29 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Il trasferimento in downlink (2/2) FigXI.3

30 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Operazioni nel trasmettitore (1/3) In trasmissione i bit dingresso costituiscono un simbolo e sono raggruppati in un numero dipendente dalla modalità di modulazione (ad es. QAM) a due o più livelli, che è stata adottata; in Fig.XI.3 si suppone per semplicità che un simbolo raggruppi due bit; come è ovvio, a parità di durata del simbolo (e quindi del relativo ritmo), laumento del numero di bit raggruppati può consentire di aumentare il ritmo dei dati da trasferire da parte di ogni sorgente.

31 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Operazioni nel trasmettitore (2/3) Il passo successivo al raggruppamento dei dati in simboli è laffidamento di ogni simbolo a una specifica sotto-portante; questa operazione può essere concepita come una trasformazione f t dal dominio della frequenza a quello del tempo. Nel dominio della frequenza si può immaginare un diagramma in cui in ascissa sono riportati i valori discreti delle frequenze delle sotto-portanti, mentre in ordinata sono rappresentate le ampiezze (in generale complesse) ordinatamente affidate a tali frequenze. Il passo successivo al raggruppamento dei dati in simboli è laffidamento di ogni simbolo a una specifica sotto-portante; questa operazione può essere concepita come una trasformazione f t dal dominio della frequenza a quello del tempo. Nel dominio della frequenza si può immaginare un diagramma in cui in ascissa sono riportati i valori discreti delle frequenze delle sotto-portanti, mentre in ordinata sono rappresentate le ampiezze (in generale complesse) ordinatamente affidate a tali frequenze.

32 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Operazioni nel trasmettitore (3/3) La trasformazione f t, se N è il numero delle sotto-portanti, consente di passare da una sequenza di campioni frequenziali ad una di campioni temporali ed è convenientemente effettuabile con una IFFT (Inverse Fast Fourier Transform), che fornisce in uscita una sequenza periodica di N elementi. Per completare la catena di trasmissione, il passo finale è una modulazione a radio-frequenza e una successiva amplificazione del segnale sul canale radio. La trasformazione f t, se N è il numero delle sotto-portanti, consente di passare da una sequenza di campioni frequenziali ad una di campioni temporali ed è convenientemente effettuabile con una IFFT (Inverse Fast Fourier Transform), che fornisce in uscita una sequenza periodica di N elementi. Per completare la catena di trasmissione, il passo finale è una modulazione a radio-frequenza e una successiva amplificazione del segnale sul canale radio.

33 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Operazioni nel ricevitore Come appare in Fig.XI.3, in ricezione il segnale è dapprima amplificato e demodulato; viene poi campionato in modo da ottenere sequenze consecutive ciascuna delle quali è composta da N campioni nel dominio del tempo. Ciascuna di queste sequenze viene poi trasformata nel dominio della frequenza; lalgoritmo impiegato è quello FFT (Fast Fourier Transform) e il risultato è una sequenza di campioni nel dominio della frequenza, in cui al variare della frequenza si ri- ottengono le ampiezze (in generale complesse) dei simboli affidati al trasmettitore. Come appare in Fig.XI.3, in ricezione il segnale è dapprima amplificato e demodulato; viene poi campionato in modo da ottenere sequenze consecutive ciascuna delle quali è composta da N campioni nel dominio del tempo. Ciascuna di queste sequenze viene poi trasformata nel dominio della frequenza; lalgoritmo impiegato è quello FFT (Fast Fourier Transform) e il risultato è una sequenza di campioni nel dominio della frequenza, in cui al variare della frequenza si ri- ottengono le ampiezze (in generale complesse) dei simboli affidati al trasmettitore.

34 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Il trasferimento in uplink (1/3) Lo schema adottato per il trasferimento in uplink è leggermente diverso da quello adottato in downlink; infatti con OFDMA la trasmissione soffre di un elevato PAPR (Peak to Average Power Ratio). Tale elevato PAPR avrebbe conseguenze negative nel progetto del trasmettitore di una MS e, in particolare, dellamplificatore di potenza: infatti in questultimo occorre conseguire unefficienza che deve essere la più elevata possibile e un elevato PAPR ne è di impedimento. Lo schema adottato per il trasferimento in uplink è leggermente diverso da quello adottato in downlink; infatti con OFDMA la trasmissione soffre di un elevato PAPR (Peak to Average Power Ratio). Tale elevato PAPR avrebbe conseguenze negative nel progetto del trasmettitore di una MS e, in particolare, dellamplificatore di potenza: infatti in questultimo occorre conseguire unefficienza che deve essere la più elevata possibile e un elevato PAPR ne è di impedimento.

35 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Il trasferimento in uplink (2/3) La scelta dello schema di trasmissione in uplink si è quindi orientata verso una modalità multi- portante, che presenta un PAPR decisamente migliore rispetto allOFDMA: tale modalità è quella del SC-FDMA (Single Carrier – Frequency Division Multiple Access). Questa tecnica si differenzia dallOFDMA in quanto alla catena di operazioni descritta in Fig.XI.3 si aggiunge un ulteriore passo di elaborazione in trasmissione e in ricezione, come viene mostrato in Fig.XI.4. La scelta dello schema di trasmissione in uplink si è quindi orientata verso una modalità multi- portante, che presenta un PAPR decisamente migliore rispetto allOFDMA: tale modalità è quella del SC-FDMA (Single Carrier – Frequency Division Multiple Access). Questa tecnica si differenzia dallOFDMA in quanto alla catena di operazioni descritta in Fig.XI.3 si aggiunge un ulteriore passo di elaborazione in trasmissione e in ricezione, come viene mostrato in Fig.XI.4.

36 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Il trasferimento in uplink (3/3) Fig.XI,4

37 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Operazioni nel trasmettitore (1/2) In trasmissione il blocco aggiuntivo è collocato allingresso del trasmettitore in Fig.XI.4 e provvede a spalmare linformazione di ogni bit avente origine nei trattamenti a monte su tutte le sotto- portanti. Questa operazione (che equivale a una pre-codifica) si effettua –con un raggruppamento dei bit provenienti dal trattamento a monte e con la formazione di una sequenza di ampiezze nel dominio del tempo; In trasmissione il blocco aggiuntivo è collocato allingresso del trasmettitore in Fig.XI.4 e provvede a spalmare linformazione di ogni bit avente origine nei trattamenti a monte su tutte le sotto- portanti. Questa operazione (che equivale a una pre-codifica) si effettua –con un raggruppamento dei bit provenienti dal trattamento a monte e con la formazione di una sequenza di ampiezze nel dominio del tempo;

38 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Operazioni nel trasmettitore (2/2) –con la trasformazione di questa sequenza in unaltra trasformata nel dominio della frequenza, che a sua volta è lingresso della trasformazione IFFT presente nel trasmettitore OFDMA; tale trasformazione aggiuntiva è attuata con lalgoritmo FFT.

39 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Operazioni nel ricevitore In ricezione il blocco aggiuntivo è collocato alluscita del ricevitore in Fig.XI.4: sulla sequenza uscente dalla trasformazione t f effettuata dallal- goritmo FFT si opera una seconda trasformazione f t attuata con limpiego dellalgoritmo IFFT, che consente di riottenere la sequenza dei dati entranti nel trasmettitore.

40 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Osservazione sul SC-FDMA Per concludere, si nota che i blocchi FFT e IFFT posti nel trasmettitore in Fig.XI.4 operano trasformazioni reciproche, che si annullano: il sistema di modulazione equivale quindi ad un modulatore di una singola portante ; da ciò deriva il nome dato a questa tecnica.

41 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Schema a blocchi di un modem OFDM (1/2) Nello schema in Fig.XI.5 è mostrata la catena dei blocchi di un modem OFDM nelle due sezioni di modulazione e di demodulazione. La parte iniziale della catena di modulazione e quella finale della catena di demodulazione corrispondono ai trattamenti di codifica/decodifica di canale, di interleaving/deinterleaving e di modulazione/demodulazione (QAM mapping/de- mapping) non considerate nello schema di Fig.XI.3. Nello schema in Fig.XI.5 è mostrata la catena dei blocchi di un modem OFDM nelle due sezioni di modulazione e di demodulazione. La parte iniziale della catena di modulazione e quella finale della catena di demodulazione corrispondono ai trattamenti di codifica/decodifica di canale, di interleaving/deinterleaving e di modulazione/demodulazione (QAM mapping/de- mapping) non considerate nello schema di Fig.XI.3.

42 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Schema a blocchi di un modem OFDM (2/2) Fig.XI.5

43 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Sezione trasmittente (1/4) A valle del trattamento a monte si ha un flusso seriale di simboli di dati, ognuno dei quali raccoglie un gruppo di bit, il cui numero è dato dalla modulazione utilizzata (2 con la 4-PSK fino a 6 con la 64-QAM). In questo flusso vengono inseriti altri simboli, cosiddetti pilota che –sono riconosciuti dal ricevitore; –non portano dati di utente; –servono al ricevitore per sincronizzarsi ai vari parametri del sistema. A valle del trattamento a monte si ha un flusso seriale di simboli di dati, ognuno dei quali raccoglie un gruppo di bit, il cui numero è dato dalla modulazione utilizzata (2 con la 4-PSK fino a 6 con la 64-QAM). In questo flusso vengono inseriti altri simboli, cosiddetti pilota che –sono riconosciuti dal ricevitore; –non portano dati di utente; –servono al ricevitore per sincronizzarsi ai vari parametri del sistema.

44 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Sezione trasmittente (2/4) Il flusso dei simboli così ottenuti è parallelizzato con una conversione serie/parallelo (S/P), in cui la sequenza di bit formante il flusso seriale viene parallelizzata in tanti flussi paralleli quante sono le sotto-portanti utilizzate: in tal modo i bit che nel flusso informativo principale sono contigui vengono mandati a modulare sotto-portanti distanziate tra di loro; con questo accorgimento, denominato frequency interleaving, un fading che interessa una piccola porzione di spettro non comporta la perdita di sequenze di bit contigui sul flusso seriale principale, ma solo una serie di errori distanziati: ciò rende più agevole loperatività dei FEC.

45 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Sezione trasmittente (3/4) A valle della trasformazione IFFT e dopo un ritorno ad un flusso seriale con una conversione parallelo/serie (P/S), in testa a ciascun simbolo si inserisce un intervallo di guardia (avente una durata di circa un quarto di quella del simbolo nelle condizioni di propagazione meno favorevoli) che, attraverso un prefisso ciclico (CP), consente al simbolo precedente, nel caso in cui questo arrivi ritardato da cammini multipli, di invadere la durata del simbolo attuale senza però interferire sulla ricostruzione dellinformazione almeno finchè i ritardi dei cammini multipli sono minori dellintervallo di guardia.

46 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Sezione trasmittente (4/4) Dopo linserimento del CP, i simboli sono tradotti da un convertitore digitale/analogico (D/A), che modula in quadratura la portante radio: si ottiene così un segnale analogico a radio frequenza che va ad alimentare il trasmettitore radio (RF TX).

47 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Sezione ricevente Sulla sezione ricevente del modem, il segnale viene dapprima ricevuto (RF RX) e successivamente digita- lizzato (A/D); il risultato viene inviato a un blocco di calcolo che esegue le operazioni di temporizzazione e di sincronismo in frequenza. Dopo la rimozione del prefisso ciclico e una conversione serie/parallelo (S/P), interviene la trasformazione FFT; i valori ottenuti (nel dominio della frequenza) vengono inviati a un equalizzatore che recupera le distorsioni di fase e di ampiezza subite. Segue un decisore che associa ai valori ricevuti i simboli QAM e che invia il tutto alla fase finale di correzione di errore e di restituzione dei bit informativi. Sulla sezione ricevente del modem, il segnale viene dapprima ricevuto (RF RX) e successivamente digita- lizzato (A/D); il risultato viene inviato a un blocco di calcolo che esegue le operazioni di temporizzazione e di sincronismo in frequenza. Dopo la rimozione del prefisso ciclico e una conversione serie/parallelo (S/P), interviene la trasformazione FFT; i valori ottenuti (nel dominio della frequenza) vengono inviati a un equalizzatore che recupera le distorsioni di fase e di ampiezza subite. Segue un decisore che associa ai valori ricevuti i simboli QAM e che invia il tutto alla fase finale di correzione di errore e di restituzione dei bit informativi.

48 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Parametri fisici (1/3) Per LTE i parametri fisici che sono stati scelti sono i seguenti Δf = spaziatura delle sotto-portanti = 15 kHz T S = durata di un simbolo OFDM = 1/ Δf =66,667 μs T C = durata del prefisso ciclico in condizioni standard = 4,7 μs per ambienti sfavorevoli = 16,67 μs Per LTE i parametri fisici che sono stati scelti sono i seguenti Δf = spaziatura delle sotto-portanti = 15 kHz T S = durata di un simbolo OFDM = 1/ Δf =66,667 μs T C = durata del prefisso ciclico in condizioni standard = 4,7 μs per ambienti sfavorevoli = 16,67 μs

49 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Parametri fisici (2/3) La spaziatura delle sotto-portanti è stata scelta in modo da compensare lo spostamento frequenziale che si verifica con leffetto Doppler in presenza di un mobile che si sposta con velocità superiori a 250 km/h. Secondo lo standard, le larghezze di banda del canale radio possono assumere valori che vanno da un minimo di 1,25 MHz e arrivano a un massimo di 20 MHz; nella Tabella XI.1 sono riportate, per sei valori di larghezza di banda, il numero delle sotto-portanti da utilizzare per ognuna di queste e la larghezza delle sequenze su cui operano gli algoritmi di trasformazione veloce (dimensione FFT). La spaziatura delle sotto-portanti è stata scelta in modo da compensare lo spostamento frequenziale che si verifica con leffetto Doppler in presenza di un mobile che si sposta con velocità superiori a 250 km/h. Secondo lo standard, le larghezze di banda del canale radio possono assumere valori che vanno da un minimo di 1,25 MHz e arrivano a un massimo di 20 MHz; nella Tabella XI.1 sono riportate, per sei valori di larghezza di banda, il numero delle sotto-portanti da utilizzare per ognuna di queste e la larghezza delle sequenze su cui operano gli algoritmi di trasformazione veloce (dimensione FFT).

50 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Parametri fisici (3/3) Larghezza di banda (MHz) Numero di sotto- portanti Dimensione FFT 1, , Tabella XI.1

51 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Griglia delle risorse (1/5) Si definisce Blocco di Risorse Fisiche (Physical Resource Block) una combinazione di sotto- portanti e di simboli OFDM. La più piccola aggregazione di sotto-portanti di simboli è chiamata slot e contiene 12 sotto-portanti e un numero di simboli/sotto-portante che è uguale a 7 nel caso CP con durata 4,7 μs e a 6 se la durata del CP è di 16,67 μs. In ognuno di questi due casi la durata dello slot è di 0,5 ms. Si definisce Blocco di Risorse Fisiche (Physical Resource Block) una combinazione di sotto- portanti e di simboli OFDM. La più piccola aggregazione di sotto-portanti di simboli è chiamata slot e contiene 12 sotto-portanti e un numero di simboli/sotto-portante che è uguale a 7 nel caso CP con durata 4,7 μs e a 6 se la durata del CP è di 16,67 μs. In ognuno di questi due casi la durata dello slot è di 0,5 ms.

52 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Griglia delle risorse (2/5) Due slot sono poi raggruppati in una sotto-trama, la cui durata uguale a 1 ms, rappresenta il minimo intervallo di trasmissione (TTI – Transmission Time Interval). Laggregazione di 12 sotto-portanti dà luogo a un Blocco con larghezza di banda uguale a 12 x 15 = 180 kHz; dato che la larghezza di banda totale utilizzata in LTE (ad es. 10 MHz) è molto maggiore, molti blocchi devono essere trasferiti in parallelo. Aggregazioni maggiori sullasse dei tempi conducono a definire una trama di trasmissione; questa è costituita da 10 sotto-trame e ha quindi una durata di 10 ms. Due slot sono poi raggruppati in una sotto-trama, la cui durata uguale a 1 ms, rappresenta il minimo intervallo di trasmissione (TTI – Transmission Time Interval). Laggregazione di 12 sotto-portanti dà luogo a un Blocco con larghezza di banda uguale a 12 x 15 = 180 kHz; dato che la larghezza di banda totale utilizzata in LTE (ad es. 10 MHz) è molto maggiore, molti blocchi devono essere trasferiti in parallelo. Aggregazioni maggiori sullasse dei tempi conducono a definire una trama di trasmissione; questa è costituita da 10 sotto-trame e ha quindi una durata di 10 ms.

53 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Griglia delle risorse (3/5) In conclusione la griglia delle risorse, che rappresenta sui due assi tempo e frequenza le aggregazioni sopra illustrate, presenta (Fig.XI.6): –sulle ordinate una divisione in intervalli di ampiezza uguale a 180 kHz; –sulle ascisse una divisione in intervalli di ampiezza uguale alla durata di una sotto-trama. In conclusione la griglia delle risorse, che rappresenta sui due assi tempo e frequenza le aggregazioni sopra illustrate, presenta (Fig.XI.6): –sulle ordinate una divisione in intervalli di ampiezza uguale a 180 kHz; –sulle ascisse una divisione in intervalli di ampiezza uguale alla durata di una sotto-trama.

54 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Griglia delle risorse (4/5) Fig.XI.6

55 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Griglia delle risorse (5/5) Inoltre, sempre nella Figura XI.6, è mostrato un Blocco di Risorse secondo laggregazione minima sopra illustrata; lunione di due di questi blocchi (uno per ogni verso di trasferimento) e cioè un elemento della griglia in Fig.XI.6 è la più piccola quantità di risorse che può essere assegnata a un MS in un certo istante; trattasi di un impegno che, sullasse dei tempi è di una sotto-trama e, sullasse delle frequenze è di 12 sotto-portanti. Se si desidera un aumento di risorse, è necessario concatenare varii Blocchi di Risorse sia in frequenza che nel tempo. Inoltre, sempre nella Figura XI.6, è mostrato un Blocco di Risorse secondo laggregazione minima sopra illustrata; lunione di due di questi blocchi (uno per ogni verso di trasferimento) e cioè un elemento della griglia in Fig.XI.6 è la più piccola quantità di risorse che può essere assegnata a un MS in un certo istante; trattasi di un impegno che, sullasse dei tempi è di una sotto-trama e, sullasse delle frequenze è di 12 sotto-portanti. Se si desidera un aumento di risorse, è necessario concatenare varii Blocchi di Risorse sia in frequenza che nel tempo.

56 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Tecniche MIMO (1/5) Con lacronimo MIMO si indica la tecnica Multiple Input – Multiple Output e ci si riferisce, nel mondo delle comunicazioni radio, alladozione di antenne multiple in trasmissione e in ricezione. Mediante la tecnica MIMO, che è nota anche come multiplazione spaziale, si può incrementare il ritmo binarti odi picco sul canale radio rispetto a quello in una trasmissione di un unico flusso informativo (SISO – Single Input – Single Output); questo obiettivo è conseguibile mediante il riutilizzo delle risorse spettrali a disposizione. Con lacronimo MIMO si indica la tecnica Multiple Input – Multiple Output e ci si riferisce, nel mondo delle comunicazioni radio, alladozione di antenne multiple in trasmissione e in ricezione. Mediante la tecnica MIMO, che è nota anche come multiplazione spaziale, si può incrementare il ritmo binarti odi picco sul canale radio rispetto a quello in una trasmissione di un unico flusso informativo (SISO – Single Input – Single Output); questo obiettivo è conseguibile mediante il riutilizzo delle risorse spettrali a disposizione.

57 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Tecniche MIMO (2/5) In ricezione, la demodulazione dei segnali provenienti dal sistema di antenne multiple deve tenere conto delle caratteristiche di canale che ogni segnale ha attraversato. Tipicamente viene utilizzato un modello lineare con parametri calcolati tramite algoritmi basati sulla ricerca del valore minimo dellerrore quadratico medio che modella il canale di propagazione multiplo e un cancellatore di interferenza; per questo scopo il sistema di comunicazione adottato deve premettere linvio di segnali noti al ricevitore per consentire di effettuare la stima dei canali di propagazione. In ricezione, la demodulazione dei segnali provenienti dal sistema di antenne multiple deve tenere conto delle caratteristiche di canale che ogni segnale ha attraversato. Tipicamente viene utilizzato un modello lineare con parametri calcolati tramite algoritmi basati sulla ricerca del valore minimo dellerrore quadratico medio che modella il canale di propagazione multiplo e un cancellatore di interferenza; per questo scopo il sistema di comunicazione adottato deve premettere linvio di segnali noti al ricevitore per consentire di effettuare la stima dei canali di propagazione.

58 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Tecniche MIMO (3/5) Questultima caratteristica è tipica dei sistemi multi- portante come sono quelli adottati da LTE, in cui varie griglie di risorse sono inviate sulla stessa frequenza e allo stesso istante, ma attraverso differenti antenne. Lo standard LTE specifica sistemi multi-antenna del tipo 2x2 e 4x4, nei quali ogni estremità del collegamento radio utilizza una coppia o una quadrupla di antenne. Questultima caratteristica è tipica dei sistemi multi- portante come sono quelli adottati da LTE, in cui varie griglie di risorse sono inviate sulla stessa frequenza e allo stesso istante, ma attraverso differenti antenne. Lo standard LTE specifica sistemi multi-antenna del tipo 2x2 e 4x4, nei quali ogni estremità del collegamento radio utilizza una coppia o una quadrupla di antenne.

59 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Tecniche MIMO (4/5) E naturale che la prima di queste soluzioni sia anche la prima ad essere adottata; ciò per due motivi: –i vincoli di ingombro della MS; –la spaziatura delle antenne che deve essere di almeno mezza lunghezza donda (circa 7 cm alla frequenza di 2GHz). Inoltre la modalità 2x2 può essere attuata con una singola antenna cross-polare, che combina due antenne trasmittenti su polarizzazioni tra loro ortogonali. E naturale che la prima di queste soluzioni sia anche la prima ad essere adottata; ciò per due motivi: –i vincoli di ingombro della MS; –la spaziatura delle antenne che deve essere di almeno mezza lunghezza donda (circa 7 cm alla frequenza di 2GHz). Inoltre la modalità 2x2 può essere attuata con una singola antenna cross-polare, che combina due antenne trasmittenti su polarizzazioni tra loro ortogonali.

60 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Tecniche MIMO (5/5) Quando i canali MIMO sono separati uno dallaltro, una soluzione 2x2 può raddoppiare il ritmo binario, mentre quella 4x4 lo può quadruplicare; ma una completa separazione delle antenne è una condizione solo ideale e lincremento del ritmo binario è decisamente più contenuto in condizioni meno favorevoli. La tecnica MIMO è utilizzata solo per trasferimenti in downlink, mentre non è utilizzata in uplink: questa differenzazione è sostanzialmente determinata dallas- senza di un vincolo stringente sulla potenza emessa nel caso downlink e dalla presenza di questo vincolo nel caso uplink. Quando i canali MIMO sono separati uno dallaltro, una soluzione 2x2 può raddoppiare il ritmo binario, mentre quella 4x4 lo può quadruplicare; ma una completa separazione delle antenne è una condizione solo ideale e lincremento del ritmo binario è decisamente più contenuto in condizioni meno favorevoli. La tecnica MIMO è utilizzata solo per trasferimenti in downlink, mentre non è utilizzata in uplink: questa differenzazione è sostanzialmente determinata dallas- senza di un vincolo stringente sulla potenza emessa nel caso downlink e dalla presenza di questo vincolo nel caso uplink.

61 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Il throughput in downlink (1/5) Calcoliamo il ritmo binario di picco R p su un canale LTE downlink con le seguente posizioni –larghezza di banda del canale radio = 20 MHz (la massima possibile secondo lo standard); –conseguente numero delle sottoportanti = 1201 (cfr. Tabella XI.1); –tempo di trasmissione di un simbolo includendo il prefisso ciclico = 66, ,7 = 71,367 μs; –modulazione impiegata 64 QAM (massimo ordine di modulazione secondo lo standard) con 6 bit/simbolo Calcoliamo il ritmo binario di picco R p su un canale LTE downlink con le seguente posizioni –larghezza di banda del canale radio = 20 MHz (la massima possibile secondo lo standard); –conseguente numero delle sottoportanti = 1201 (cfr. Tabella XI.1); –tempo di trasmissione di un simbolo includendo il prefisso ciclico = 66, ,7 = 71,367 μs; –modulazione impiegata 64 QAM (massimo ordine di modulazione secondo lo standard) con 6 bit/simbolo

62 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Il throughput in downlink (2/5) Conseguentemente il rimo binario di picco è uguale a R p = (1 / 71,367 x ) x 6 x 1201 = 100,971 Mbit/s e cioè a circa 100 Mbit/s. Conseguentemente il rimo binario di picco è uguale a R p = (1 / 71,367 x ) x 6 x 1201 = 100,971 Mbit/s e cioè a circa 100 Mbit/s. Quando è usato un MIMO 2x2 o 4x4, questo ritmo raddoppia (200 Mbit/s) o quadrupla (400 Mbit/s). E tuttavia da sottolineare che questi valori di R p, riferiti a condizioni ideali non sono in pratica raggiungibili per una varietà di ragioni: Quando è usato un MIMO 2x2 o 4x4, questo ritmo raddoppia (200 Mbit/s) o quadrupla (400 Mbit/s). E tuttavia da sottolineare che questi valori di R p, riferiti a condizioni ideali non sono in pratica raggiungibili per una varietà di ragioni:

63 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Il throughput in downlink (3/5) la modulazione 64 QAM può essere usata solo in stretta prossimità della stazione radio-base; in sua vece sono più realistiche le modulazioni 16 QAM (4 bit/simbolo) e QPSK (2 bit/simbolo); la codifica a rivelazione e a correzione di errore è indispensabile sullinterfaccia radio; rimti di codifica uguali a 1/3 sono valori riscontrabili in media; conseguentemente loverhead di codifica è nellintervallo 25 – 30 %; anche in presenza di codifiche per correzione, è ragionevole prevedere ritrasmissione dei pacchetti con quote dellordine del 20 %; la modulazione 64 QAM può essere usata solo in stretta prossimità della stazione radio-base; in sua vece sono più realistiche le modulazioni 16 QAM (4 bit/simbolo) e QPSK (2 bit/simbolo); la codifica a rivelazione e a correzione di errore è indispensabile sullinterfaccia radio; rimti di codifica uguali a 1/3 sono valori riscontrabili in media; conseguentemente loverhead di codifica è nellintervallo 25 – 30 %; anche in presenza di codifiche per correzione, è ragionevole prevedere ritrasmissione dei pacchetti con quote dellordine del 20 %;

64 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Il throughput in downlink (4/5) i canali pilota e quelli di controllo, che sono presenti accanto ai canali dati, introducono un significativo overhead; in molti casi la larghezza di banda disponibile è minore di 20 MHz; quando si usa la tecnica MIMO lordine di modulazione QAM deve essere ridotto sotto condizioni di trasmissione meno che ideali; occorre infine tenere conto degli effetti di degradazione prodotti dalle interferenze di celle vicine sulla stessa banda si frequenze. i canali pilota e quelli di controllo, che sono presenti accanto ai canali dati, introducono un significativo overhead; in molti casi la larghezza di banda disponibile è minore di 20 MHz; quando si usa la tecnica MIMO lordine di modulazione QAM deve essere ridotto sotto condizioni di trasmissione meno che ideali; occorre infine tenere conto degli effetti di degradazione prodotti dalle interferenze di celle vicine sulla stessa banda si frequenze.

65 Aldo Roveri, RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Univ. di Roma La Sapienza - a.a Il throughput in downlink (5/5) In pratica è perciò probabile che il throughput in downlink per cella sia circa il 30 – 50 % del valore teorico sopra riportato. Per una cella con banda 10 MHz e con un MIMO 2x2 può essere ottenuta una capacità complessiva dello strato IP uguale a circa 30 Mbit/s. In pratica è perciò probabile che il throughput in downlink per cella sia circa il 30 – 50 % del valore teorico sopra riportato. Per una cella con banda 10 MHz e con un MIMO 2x2 può essere ottenuta una capacità complessiva dello strato IP uguale a circa 30 Mbit/s.


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