Il sistema UMTS - Introduzione
Seminario per l’esame di Reti Mobili
Andrea Lorenzani
Anno accademico
2002-2003
Obiettivi dell’UMTS



Convergenza tra rete fissa e mobile
ampia gamma di servizi (per la
comunicazione e multimediali)
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
un’ottimizzazione per il traffico dati
(commutazione di pacchetto)
Caratteristiche della vecchia infrastruttura
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

Ritardi di trasferimento limitati
bassa flessibilità dell’architettura di rete
difficoltà di sviluppo di nuove
caratteristiche (causata dall’interfaccia
radio e dal legame con la comunicazione
fissa)
Tariffazione poco flessibile (basata
unicamente sul tempo di utilizzo della
rete)
Miglioramento ottenuto col GPRS



Commutazione di pacchetto e utilizzo
del protocollo IP
trasferimento efficiente dei dati a bit rate
variabili
Migliore sfruttamento della rete
Il GPRS è, sotto molti aspetti, una
tecnologia molto simile all’UMTS
Analogie e differenze tra UMTS e GPRS
Analogie:
 dividono gli elementi radio da quelli che
regolano la trasmissione dati sulle reti
 La Core Network è basata su ATM/IP
(QoS e Interworking)
 Tariffazione flessibile basata su tempo o
dati
Differenze:
• Radio SubSystem
• Diversa banda quindi diversi servizi
Funzionalità richieste all’UMTS






Servizi dati a larga banda
comunicazioni di tipo simmetrico e
asimmetrico
traffico a circuito con garanzia di QoS
commutazione di pacchetto con diversi
livelli di QoS
Servizi Real Time e Non Real Time
Una tariffazione più flessibile
Le Quality of Service di UMTS:

Conversational Class

Streaming Class

Interactive Class

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)

Duplexing a divisione di Frequenza
Problemi di interferenza con altri utenti
Terminali grossi

SECONDA GENERAZIONE (GSM)

Uso di tecniche di trasmissione digitale

Accesso a divisione di tempo (TDMA)
TERZA GENERAZIONE (UMTS)




Unica interfaccia radio a livello mondiale
Problemi negli USA per PCS, rete nuova in
Europa
Compattibilità con 3G, 2G e roaming
internazionale
CDMA
ARCHITETTURA GENERALE
Elementi dell’UMTS
UE (User Equipment) comunica con l’UTRAN
tramite l’interfaccia Uu
 UTRAN (Umts Terrestral Radio Access Network)
si interfaccia al Core Network attraverso l’ Iu
 CN (Core Network)

Stratificazione


AS (Access Stratum): tutti i livelli che dipendono
dalla tecnica di accesso radio
NAS (Non Access Stratum): gli altri.
La separazione è utile in caso di riconfigurazione della
rete radio
Collegamento AS-NAS
I servizi dell’Access Stratum vengono offerti al Non AS
attraverso i SAP (Service Access Point). Ce ne sono 3:



General Control (GC) SAP
Notification (Nt) SAP
Dedicated Control (DC) SAP
Si usano protocolli del piano utente e protocolli del
piano di controllo
UTRAN
Divisione dell’UTRAN



Node B: supporta FDD e TDD
RNC (Radio Network Controller): gestisce le celle di
cui è a capo e gli Handover
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 dell’UTRAN
 Funzioni relative al controllo dell’accesso al sistema
•Controllo dell’accesso
•Controllo della congestione
•Trasmissione delle informazioni al sistema


Cifratura e decifratura dei canali radio
Funzionalità relative alla mobilità
•Handover
•Rimpiazzo del SRNS
Funzioni dell’UTRAN (2)

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 dell’accesso random alla rete
Interfaccia radio
L’interfaccia radio è costituita da 3 livelli protocollari:



Livello Fisico (livello 1)
Livello Datalink (livello 2)(MAC, RLC, PDCC)
Livello Rete (livello 3) (RRC)
LIVELLO FISICO





Permette il controllo della configurazione a RRC
(CPHY-primitives)
Trasferisce informazioni al livello MAC(PHY-primitives)
Il trasferimento dati da livello fisico a MAC avviene
tramite i canali di trasporto (definiti da un Transport
Format o Transport Format Set)
Un UE può avere attivi contemporaneamente più
canali di trasporto
Il multiplexing di tali canali è compito del Livello fisico
I Canali di Trasporto
I canali di trasporto possono essere suddivisi in

Comuni (gli UE devono essere identificati)

Dedicati (ogni canale fisico identifica un UE)
I Canali di Trasporto (2)

Random Access Channel (RACH)
Common Packet Channel (CPCH)
Forward Access Channel (FACH)
Downlink Shared Channel (DSCH)
Broadcast Channel (BCH)
Paging Channel (PCH)

Dedicated Channel (DCH)





IL CDMA
Operazione di Spreading
Consiste in due fasi:
Canalizzazione (Spreading Factor = 4)

Scrambling
L’effetto di diffusione


Maggiore banda ma minore potenza dopo la codifica
Con la decodifica il segnale utile torna a elevata
potenza mentre gli altri rimangono diffusi
Allocazione dei codici
LA VELOCITA’ DI CIFRA IN ARIA E’ FISSA
Ci sono due criteri di allocazione dei codici OVSF:
 Utilizzazione (rapporto tra banda utilizzata e
disponibile)
 Complessità (si usa sempre il minor numero di
codici)
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
PROBLEMA: l’utente 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:



Controllo di potenza ad anello aperto
Controllo di potenza ad anello chiuso o interno
Controllo di potenza ad anello esterno
Parametri per il livello di potenza

Received Signal Code Power (RSCP)

Interference Signal Code Power (ISCP)

Signal to Interference Ratio (SIR)
Effetto “Cell Breathing”
L’effetto è legato al controllo di potenza e alle variazioni
di potenza del livello di energia