Corso di RETI E SISTEMI DISTRIBUITI Prof : Stefano Bistarelli Seminario : RETI CELLULARI (2 / 3 / 4 G) Autore : Sara Di Matteo

SOMMARIO: ● Introduzione ● Architettura della rete cellulare ● Tecniche di Accesso ➢ TDMA ➢ FDMA ➢ CDMA ● Standard e Tecnologie cellulari ● 1G (TACS) ● 2G (GSM) ➢ 2.5G (GPRS/EDGE) ● 3G (UMTS) ➢ 3,5G (HSDPA) ● 4G ● Bibbliografia

Un po' di storia... ● Il primo sistema radiomobile fu impiegato dalle forze armate degli USA intorno al 1920 ● A partire dal 1935 con la MODULAZIONE DI FREQUENZA questo primo sistema radiomobile si diffuse ● Nel 1945 nacque l'idea di “CELLA” ● Anni 80-90: Cellulari Analogici di prima generazione ● Anni : Cellulari Digitali di seconda generazione ● Ora: Cellulari Digitali di terza generazione con voice + data

Architettura della rete cellulare Il territorio viene suddiviso in celle (da qui il termine cellulare). Ogni cella è dotata di una stazione base, la cui frequenza radio è diversa da quella di un'altra stazione base posta nella cella adiacente. configurazione esagonale, quindi 7 frequenze diverse

Riuso delle Frequenze Ciascuna stazione base è connessa a un centralino MTSO (Mobile Telecommunications Switching Office) il quale servirà più stazioni base

Architettura della rete cellulare (2) utenti connessi con celle non contigue sono non interferenti dal punto di vista elettromagnetico per la loro diversa collocazione spaziale anche se condividono parametri operativi comuni. utenti della stessa cella (o celle contigue parzialmente sovrapposte) necessitano di una diversa logica di separazione dei collegamenti in quanto condividono realmente la medesima risorsa

Tecniche di Accesso I sistemi cellulari utilizzano tre diverse tecniche di accesso multiplo: ● accesso multiplo a divisione di tempo (TDMA) ● accesso multiplo a divisione di frequenza (FDMA ) ● accesso multiplo a divisione di codice (CDMA). I servizi richiedono tipicamente comunicazioni bidirezionali: ● Uplink (reverse channel) ● Downlink (forward channel)

Accesso Multiplo a Divisione di Tempo (TDMA) ● Il tempo viene suddiviso in frame (intervalli) di durata fissa che sono a loro volta ripartiti in un numero fisso di slot (porzioni) temporali. [da “Reti di Calcolatori e Internet” pag ] ● La gestione dei time slot spetta alla rete ● Una volta assegnati, gli slot sono dedicati unicamente a quella connessione. Uno slot temporale disponibile in ciascun frame. [da “Reti di Calcolatori e Internet” pag ]

Accesso Multiplo a Divisione di Frequenza (FDMA) ● Il collegamento dedica una banda di frequenza a ciascuna connessione per la durata della connessione stessa. [da “Reti Di Calcolatori e Internet” pag ] ● In altre parole, gli utenti attivi possono trasmettere occupando contemporaneamente (anziché a turno) tutti gli istanti di tempo disponibili, ma utilizzando canali radio (bande) differenti.

I sistemi di seconda generazione utilizzano un tipo d'accesso misto, ovvero TDMA/FDMA. Cosa significa???? TDMA/FDMA: sullo stesso sottointervallo (che nel caso del GSM è 200 kHz) si possono trasmettere fino ad 8 utenti utilizzando slot temporali differenti. 200 kHz : 8 = 25 Banda del canale GSM = 25 kHz

Altre Caratteristiche: ● Gli slot sono riempiti con bit informativi codificati ● Ciclicamente ogni 13 Frame uno slot viene utilizzato per i bit di controllo

Accesso Multiplo a Divisione di Codice (CDMA) ● A differenza degli altri due metodi di accesso ad un canale condiviso, CDMA permette agli utenti di usare tutto lo spettro disponibile. ● Ogni bit inviato è codificato moltiplicandolo con un segnale (il codice) che cambia con frequenza superiore (chipping rate) a quella dei bit di dati [da “Reti di Calcolatori e Internet” pag. 438]

Riassumendo...

Un ulteriore esempio... Analogia con le persone ● TDMA : Ognuno parla a turno ● FDMA : Si parla a gruppi ● CDMA : Tutti parlano in lingue diverse e ognuno filtra solo quello che viene detto nella propria lingua

Standard e Tecnologie Cellulari ● Cellulari di prima generazione (TACS) ● Cellulari di seconda generazione (GPRS/EDGE) ● Cellulari di terza generazione (UMTS/HSDPA) ● Cellulari di quarta generazione

Prima Generazione ( TACS ) Total Access Comunications Systems ● Tecnologia di tipo analogico, introdotta in Italia verso la fine degli anni 80 in cui le trasmissioni in ogni cella avvenivano a frequenze diverse. (MODULAZIONE DI FREQUENZA) ● Nel nord Europa e negli USA venivano usati altri standard (NMT, Nordic Mobile Telephone System e AMPS, Advanced Mobile Phone System). LIMITAZIONI: ● numero di chiamate contemporanee veicolabili da ciascuna stazione base LIMITATE No servizi SMS, fax ed . Poteva essere usato solo in Italia. SICUREZZA: No crittografia.Comunicazione intercettabile

Seconda Generazione (GSM) Global System for Mobile Communications ● standard di telefonia mobile più diffuso del mondo con una quota di mercato del 70% ● canale di identificazione e canale di conversazione digitali – Voce codificata in sequenze di bit ● Comunicazioni sicure : trasmissione criptata ● possibilità di scambiare dati, oltre che conversazioni Esempio : lo scambio di messaggi testuali (SMS) è stato sviluppato per la prima volta in assoluto in ambito GSM.

– Le frequenze usate dalla rete GSM sono 850, 900, 1800, 1900 MHz e variano a seconda degli Stati in cui la rete stessa è installata. In Europa si utilizza le frequenze 900/1800 MHz, in USA le frequenze 850/1900 MHz

Altri servizi offerti dal GSM ● WAP (Wireless Application Protocol) – Tecnologia per l'accesso ad Internet – Velocità di conessione 9.6 kbit/s – Ribattezzato come “Wait and Pay” ● Roaming internazionale

Dalla Seconda alla Terza Generazione (GPRS) ● È stato progettato per realizzare il trasferimento di dati a media velocità, usando i canali della rete GSM ● Trasferimento di dati a Pacchetto ● La velocità dipende dal modello di cellulare/terminale usato e dal numero di utenti collegati per cella fra cui è frazionata la banda SERVIZI: ● Servizio PTP (Point-to-Point): interconnessione fra reti internet (protocollo IP) ● Servizio PTM (Point-to-multipoint): chiamate di gruppo e chiamate multicast ● Messaggistica MMS (Multimedia Messagging Service) General Packet Radio Service

Dalla Seconda alla Terza Generazione (EDGE) ● evoluzione dello standard GPRS ● maggiori velocità di trasferimento dei dati ● connessione stabile a una velocità fra i 150 e i 200 Kbit/sec Enhanced Data rates for GSM Evolution o EGPRS (Enhanced GPRS) SERVIZI : ● Accesso ad Internet ● Upload tramite protocollo FTP ● P2P

Terza Generazione (UMTS) Universal Mobile Telecommunications System ● successore del GSM ● impiega lo standard base CDMA come interfaccia di trasmissione ● Supporta fino a 1920 kbps (non 2 Mbps) ● applicazioni tipiche attualmente implementate : – Voce 12,2 Kbit/s – Videoconferenza 64 Kbit/s – Trasmissione dati a pacchetto (scarico suonerie, accesso al portale,...) 384 Kbit/s

Terza Generazione (UMTS) Universal Mobile Telecommunications System SERVIZI 3G :

Dalla Terza alla Quarta Generazione (HSDPA) High-Speed Packet Access ● Estende e migliora le prestazioni degli standard UMTS esistenti ● Prestazioni in downlink fino ad un massimo teorico di 14 Mbits/s ● I telefoni attuali arrivano a 3,6 Mbits/s in downlink e 384 Kbits/s in uplink SERVIZI : ● Tutti i servizi implementati dalle precedenti tecnologie ● Velocità di collegamento pari a quella oggi disponibile solo con ADSL

Quarta Generazione ● lo stato dell'arte al 2006 è a livello di prototipi ● la NTT DoCoMo è riuscita a testare, nel settembre del 2005, lo steaming video di ben 32 filmati ad alta definizioneNTT DoCoMo ● Prestazioni : – Downlink 100 Megabit/s in movimento e 1 Gigabit/s in posizione statica Cosa significa questo ??? si può scaricare un DVD/Video in quasi un minuto

Bibbliografia : “RETI DI CALCOLATORI E INTERNET Un approccio top-down” 3 edizione Dispensa del corso di “Reti Cellulari” del prof. Andrea Baiocchi, Università di Roma “La Sapienza” Dispensa a cura del prof Gaetano Giunta “Elementi sull'accesso radio nelle reti cellulari 3G – UMTS” Dispensa corso di “Reti di Telecomunicazioni” dell'ing. Francesco Chiti e dell'ing Giada Mennuti, Università di Firenze

GRAZIE A TUTTI PER LA CORTESE ATTENZIONE!!!!!!!! FINE