Il sistema UMTS - Introduzione Seminario per lesame di Reti Mobili Andrea Lorenzani Anno accademico

Obiettivi dellUMTS n Convergenza tra rete fissa e mobile n ampia gamma di servizi (per la comunicazione e multimediali) n applicazioni accessibili in modalità wired o in modalità wireless Tutto ciò è reso possibile grazie a una innovativa interfaccia radio e da una efficiente Core Network

La rete UMTS discendente del GSM Nelle reti di prima e seconda generazione il Core Network era ottimizzato per il traffico vocale (commutazione di circuito) La rete UMTS necessita invece di unottimizzazione per il traffico dati (commutazione di pacchetto)

Caratteristiche della vecchia infrastruttura n Ritardi di trasferimento limitati n bassa flessibilità dellarchitettura di rete n difficoltà di sviluppo di nuove caratteristiche (causata dallinterfaccia radio e dal legame con la comunicazione fissa) n Tariffazione poco flessibile (basata unicamente sul tempo di utilizzo della rete)

Miglioramento ottenuto col GPRS n Commutazione di pacchetto e utilizzo del protocollo IP n trasferimento efficiente dei dati a bit rate variabili n Migliore sfruttamento della rete Il GPRS è, sotto molti aspetti, una tecnologia molto simile allUMTS

Analogie e differenze tra UMTS e GPRS Analogie: n dividono gli elementi radio da quelli che regolano la trasmissione dati sulle reti n La Core Network è basata su ATM/IP (QoS e Interworking) n Tariffazione flessibile basata su tempo o dati Differenze: Radio SubSystem Diversa banda quindi diversi servizi

Funzionalità richieste allUMTS n Servizi dati a larga banda n comunicazioni di tipo simmetrico e asimmetrico n traffico a circuito con garanzia di QoS n commutazione di pacchetto con diversi livelli di QoS n Servizi Real Time e Non Real Time n Una tariffazione più flessibile

Le Quality of Service di UMTS: n Conversational Class n Streaming Class n Interactive Class n BackGround Class

Le Quality of Service di UMTS Le prime due classi (Conversational e Streaming) sono utilizzate per i servizi Real Time (devono avere basso ritardo di trasferimento, limitata variazione e mantenimento delle relazioni temporali degli elementi dello stream) Le ultime due servono per i servizi Internet, quindi necessitano di un minor error rate e il round trip delay deve essere accettabile

La storia della telefonia mobile

PRIMA GENERAZIONE (TACS) n Duplexing a divisione di Frequenza n Problemi di interferenza con altri utenti n Terminali grossi

SECONDA GENERAZIONE (GSM) n Uso di tecniche di trasmissione digitale n Accesso a divisione di tempo (TDMA)

TERZA GENERAZIONE (UMTS) n Unica interfaccia radio a livello mondiale n Problemi negli USA per PCS, rete nuova in Europa n Compattibilità con 3G, 2G e roaming internazionale n CDMA

ARCHITETTURA GENERALE

Elementi dellUMTS n UE (User Equipment) comunica con lUTRAN tramite linterfaccia U u n UTRAN (Umts Terrestral Radio Access Network) si interfaccia al Core Network attraverso l I u n CN (Core Network)

Stratificazione n AS (Access Stratum): tutti i livelli che dipendono dalla tecnica di accesso radio n NAS (Non Access Stratum): gli altri. La separazione è utile in caso di riconfigurazione della rete radio

Collegamento AS-NAS n General Control (GC) SAP n Notification (Nt) SAP n Dedicated Control (DC) SAP I servizi dellAccess Stratum vengono offerti al Non AS attraverso i SAP (Service Access Point). Ce ne sono 3: Si usano protocolli del piano utente e protocolli del piano di controllo

UTRAN

Divisione dellUTRAN n Node B: supporta FDD e TDD n RNC (Radio Network Controller): gestisce le celle di cui è a capo e gli Handover n RNS (Radio Network Subsystem)

Connessione tra UE e UTRAN La connessione tra mobile e UTRAN avviene attraverso il Serving RNS che può essere aiutato da un Drift RNS

Funzioni dellUTRAN n Cifratura e decifratura dei canali radio n Funzionalità relative alla mobilità Controllo dellaccesso Controllo della congestione Trasmissione delle informazioni al sistema Handover Rimpiazzo del SRNS Funzioni relative al controllo dellaccesso al sistema

Funzioni dellUTRAN (2) n Funzioni relative alla gestione delle risorse radio Configurazione delle risorse radio Monitoraggio dei canali radio Controllo della divisione e della ricombinazione dei flussi informativi Instaurazione e rilascio dei Radio Bearer Allocazione e deallocazione dei Radio Bearer Funzioni del protocollo radio Controllo della potenza sui canali radio Codifica e decodifica del canale Controllo della codifica del canale Gestione dellaccesso random alla rete

Interfaccia radio n Livello Fisico (livello 1) n Livello Datalink (livello 2)(MAC, RLC, PDCC) n Livello Rete (livello 3) (RRC) Linterfaccia radio è costituita da 3 livelli protocollari:

LIVELLO FISICO n Permette il controllo della configurazione a RRC (CPHY-primitives) n Trasferisce informazioni al livello MAC(PHY-primitives) n Il trasferimento dati da livello fisico a MAC avviene tramite i canali di trasporto (definiti da un Transport Format o Transport Format Set) n Un UE può avere attivi contemporaneamente più canali di trasporto n Il multiplexing di tali canali è compito del Livello fisico

I Canali di Trasporto I canali di trasporto possono essere suddivisi in n Comuni (gli UE devono essere identificati) n Dedicati (ogni canale fisico identifica un UE)

I Canali di Trasporto (2) n Random Access Channel (RACH) n Common Packet Channel (CPCH) n Forward Access Channel (FACH) n Downlink Shared Channel (DSCH) n Broadcast Channel (BCH) n Paging Channel (PCH) n Dedicated Channel (DCH)

IL CDMA

Operazione di Spreading n Scrambling Canalizzazione (Spreading Factor = 4) Consiste in due fasi:

Leffetto di diffusione n Con la decodifica il segnale utile torna a elevata potenza mentre gli altri rimangono diffusi n Maggiore banda ma minore potenza dopo la codifica

Allocazione dei codici n Utilizzazione (rapporto tra banda utilizzata e disponibile) n Complessità (si usa sempre il minor numero di codici) LA VELOCITA DI CIFRA IN ARIA E FISSA Ci sono due criteri di allocazione dei codici OVSF:

TABELLA DI ESEMPIO

Il controllo di potenza: un paragone Il CDMA può essere paragonato a un ambiente con molta gente La rete si propone come traduttore universale

Il controllo di potenza n Controllo di potenza ad anello aperto n Controllo di potenza ad anello chiuso o interno n Controllo di potenza ad anello esterno PROBLEMA: lutente più distante sarà mascherato da quello più vicino (near-far effect) SOLUZIONE: i livelli dei segnali trasmessi dai vari UE devono giungere al Node-B con la stessa potenza CLASSI DI SISTEMI DI CONTROLLO DI POTENZA:

Parametri per il livello di potenza n Received Signal Code Power (RSCP) n Interference Signal Code Power (ISCP) n Signal to Interference Ratio (SIR)

Effetto Cell Breathing Leffetto è legato al controllo di potenza e alle variazioni di potenza del livello di energia