Il sistema UMTS - Introduzione Seminario per lesame di Reti Mobili Andrea Lorenzani Anno accademico 2002-2003.

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2 Il sistema UMTS - Introduzione Seminario per lesame di Reti Mobili Andrea Lorenzani Anno accademico 2002-2003

3 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

4 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)

5 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)

6 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

7 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

8 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

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

10 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

11 La storia della telefonia mobile

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

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

14 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

15 ARCHITETTURA GENERALE

16 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)

17 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

18 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

19 UTRAN

20 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)

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

22 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

23 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

24 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:

25 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

26 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)

27 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)

28 IL CDMA

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

30 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

31 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:

32 TABELLA DI ESEMPIO

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

34 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:

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

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