Sistemi Mobili di
Telecomunicazione
(Applicazioni e Standard)
(Versione provvisoria e ridotta)
Applicazioni e Standard
• Telefonia cellulare
• W-LAN (Bluetooth, IEE802.11 ecc.)
• RF ID (Radiofrequency Identification)
Classificazione
• Paging
• Cordless
– Ia generazione: accesso vincolato
– IIa generazione: accesso distribuito (limitato)
• Cellulare
–
–
–
–
Cella
Base Station
(BS)
Mobile Switching Center (MSC)
Public Switching Telehone Network
Sistemi Cellulari
• Divisione in celle
– CLUSTER
• Problemi tipici
– Handoff
– Interferenze co-canale
• Tecniche per aumentare la
capacità
– cell splitting
– cell sectoring
– zone microcell
Metodi per aumentare la capacità
• S dipende dalla gamma di frequenza
assegnata a un dato servizio
• Bisogna massimizzare M
ovvero
diminuire N
(aumentano le interferenze)
diminuire l’area della cella
(aumentano gli Handoff)
……aumentare C
• Cell Splitting
– C = K/R2
• Sectoring
– riduce il numero di celle prime vicine
interferenti
• Zone microcell
– idealmente riduce N a 1
Figura 1.3: Cell splitting
Figura 1.5: Zone microcell
Figura 1.4: Cell sectoring
• Splitting
• Sectoring
• Zone microcell
STANDARD Analogici
• Advanced Mobile Phone System (AMPS)
• Ext.Tot. Acc. Comm. System (ETACS)
– FM analogica, fD = 10 KHz, B=25 KHz, Bm=5 KHz
– Forward link (down link) 935-960 MHz
– Reverse link (up link) 890-915 MHz
– #1 FCC e #1 RCC per ogni BS (BFSK - 8Kbps)
– Supervisory Audio Tone (SAT) 5970/6000/6030 Hz,
viene ricevuto e ritrasmesso e contraddistingue tre
celle prime vicine. Continuamente monitorato da BS
– Signaling tone (ST)
ETACS
• Signal to Interference Ratio (SIR) = 18 dB
• Cluster di 7 celle con 1200 sectoring
• Pout BS circa 100 W, supporta 1 FCC, 1 RCC, circa 50
Voice Channel
• Informazioni di controllo su FCC in FSK 8kbps
• 42 FCC per ciascun provider (USA)
• Voice Mobile attenuation Code (VMAC)
• Mobile Identification Number (MIN)
• Electronic Serial Number (ESN)
Standard digitali
• Global System for Mobile
– (GSM, EGSM)
– DCS1800 (Digital cellular System)
– PCS1900 (Personal Communication System)
•
•
•
•
DCS1800
Interim Standard 95 (IS95)
Dig. Europ. Cordless Telephone (DECT)
Bluetooth
Global System for Mobile
GSM
• Sistema di 2a Generazione (2G) che segue la filosofia
ISDN (Integrated Service Digital Network
• Servizi forniti
–
–
–
–
Telefonia
Emergenze
Trasmissione dati (con bit rate da 300 a 9600 bps)
Servizi ISDN: SMS (160 / 7 bit ASCII); Cell Broadcast (avvisi
traffico, previsioni del tempo ecc.)
• Peculiarità:
– Subscriber Identify Number (SIM), SIM+ID=attivazione
– Crittografia
Architettura di rete
BTS = Base Transceiver Station
BSC = Base Station Controller
gestione parziale handover
MSC = Mobile Switching Center
VLR = Visitor Location Register
uno per ogni MSC
HLR = Home Location Register
uno per tutta la rete
AuC = Authentication Center
Figura 3.1: Architettura del sistema GSM
Interfaccia radio
• GSM
– uplink 890-915 / down link 935-960 MHz
• DCS1800
– uplink 1710-1785 / down link 1805-1880 MHz
• PCS
– uplink 1850-1910 / down link 1930-1990 MHz
GSM/DCS1800/PCS
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Frequency Division Duplex
FDMA/TDMA
Banda 200 kHz suddivisa tra 8 utenti TDMA
Absolute Radio Frequency Channel Number (ARFCN)
Canale fisico = ARFCN + numero di time slot
Frame= 8 TS + preambolo ecc. durata 4.6 ms
51 frame formano una multiframe
51 multiframe formano una superframe
2048 superframe formano una hyperframe che è costituita
da 2715647 frame identificate da un Frame Number: serve
a individuare il tipo di informazioni trasmesso nella frame
GSM:Banda base
Bit rate totale = 270.833 Kbps (Tb=3.692 ms)
Bit rate per utente = 270.833/8=33,854 Kbps
Bit rate dati = 24,7 Kbps
Bit rate vocoder = 13.4 Kbps
Ogni TS contiene 156.25 Tb e dura 576.9 ms
Ogni frame contiene 8 TS e dura 4.615 ms
Interleaving: 456 bit suddivisi in blocchi da 57 bit
trasmessi su 8 frame diversi
• Crittografia: chiave cambiata ad ogni chiamata
•
•
•
•
•
•
•
Elaborazione: dal parlato in TX a quello in
RX
IS-95 (Interim Standard 95)
• Caratteristiche
–
–
–
–
–
–
–
area geografica USA
convive con AMPS (transceiver duali)
bit rate variabile (min 1200 / max 9600 bps)
chip rate fisso (1.228 MHz)
Processing gain 128
Sincronismo BS tramite GPS
Controllo continuo della potenza (effetto cattura)
Spreading process
• 1 PN per ogni BS (215-1chip) : elimina
interferenza tra celle adiacenti)
• 64 canali per ciascuna BS (Walsh code) : elimina
interferenza tra utenti della stessa cella
• 1 canale = 1 walsh code per utente
• Pilot channel: PN non modulato da dati, a potenza
maggiore, su canale 0
……..Spreading Process
• Forward link (869/894 MHz)
–
–
–
–
–
pilot channel (canale 0)
syncronization channel
max 7 paging channel
traffic channel (54)
Walsh code (uno per utente) + long sequence (242-1 bit - una per
utente) + PN(uguale per tutti)
– QPSK
• Reverse link (824/849 MHz)
–
–
–
–
Acces channel
Traffic channel
Walsh code + PN
OQPSK (delay = 406.9 ns =Tb/2)
DECT (Digital European Cordless Telephone)
• Physical layer: FHMA/TDMA/TDD
–
–
–
–
–
–
–
–
–
1880-1900 MHz (10 canali)
Bit rate = 1152 Kbps
Banda = 1.728 MHz (1.5*bit rate)
TS = 480 bit
24 TS per frame (12 canali TX / RX)
120 canali in totale
Frequency Hopping ad ogni TS
Modulazione GMSK
Pout = 10 mW
DECT Network
• Portable Handset (PH)
• Radio Fixed part (RFP)
• Cordless Controller (CC)
Telefonia Cellulare Analogica (1G)
– Tabella 10.10, pag 548
Telefonia Cellulare Digitale (2G)
– tab 10.12 Rappapaort
Cordless
– Tab. 10.11 Rappaport
Verso i sistemi di terza generazione (3G)
• 1G Analogico (solo audio)
• 2G Digitale (Audio + dati)
• 3G Multimediale
–
–
–
–
–
Audio
Dati
Immagini
alta velocità di trasmissione
Link asimmetrici + commutazione di pacchetto
General Packet Radio Service
(GPRS)
•
•
•
•
•
•
Basata su standard GSM
Commutazione di pacchetto
Utilizzo di piu’ slot per frame su richiesta
Bit rate variabile nel tempo e asimmetrico
Bit rate max = 8 * 14.4 = 115.2 Kbps
Si paga “a pacchetto”, invece che “a tempo”
Universal Mobile Telecommunication System
UMTS
• Fino a 2 Mbps
• Accesso
– canali asimmetrici: CDMA(1.228 Mcps)
• down stream (forward link) 1900-1920MHz
• up stream (reverse link) 2010-2025 ss
– canali simmetrici W-CDMA (3.84 Mcps)
• down link 2110-2170 MHz
• up link 1920-1980 MHz
• UMTS Subscriber Identity Module (USIM)
– Dati personali, firma elettronica, imponte digitali, dati biometrici
– Funzioni analoghe a carta di credito
W-LAN
Bluetooth
• Connessione di periferiche senza cavo
– in modo affidabile
– sicuro
– a basso costo
– ad alta compatibilità
• Applicazioni
– telefonia cellulare
– video e foto-camere
– PC e periferiche
– palmari
– riproduttori audio (es. lettori MP3)
Generalità
• Nasce alla Ericsson nel 1994 come
– accessorio per cellulare di tipo
• low cost/low power/ short range
• Special Interest Group
• Specifiche pubblicate nel 1998
• Realizza le Personal Area Network (PAN)
» Piconet pag 64 seminario Agilent
– SCATTERNET pag 65 seminar
Physical layer
• Banda ISM (2.402-2.480 GHz)
• Larghezza di canale = 1 MHz (79 canali)
• Modulazione GFSK
– BT= 0.5= 500 KHz x 1 ms
– indice di modulazione (2 Df Tb= 0.28-0.35)
Df = 140/175 KHz
• Pout 3 classi
– Classe 1 (100 mW); Classe 2 (2.5 mW); Classe 3 (1
mW), controllo continuo della potenza
• Accesso al canale = FH slow (1 salto ogni 1/3/5 Time Slot)
• TS = 625 ms
….. Physical layer
• Clock fissato dal Master
• Clock data Recovery con errore massimo
20ppm, sfrutta 5 bit di preambolo del TS
• Sincronizzazion continua dopo ciascun
pacchetto
• BER max 0.1% : richiede una sensitività di
almeno -70 dBm
Architettura Transceiver Bluetooth
– Fig. 3.2 Bluetooth
Bluetooth network
• Un indirizzo per ciascun dispositivo, di una piconet,
assegnato dal Master, usato per generare il FH
• Assegnazione degli slot temporali per evitare collisioni
all’interno della piconet (Time Division Multiplexing)
• In caso di collisione con burst di altre piconet:
– ripetizione messaggio (dati)
– messaggio perduto (voce)
• Service discovery protocol (SDP)
– ricerca di servizio (Inquiry)
– collezione delle risposte
– scelta del dispositivo cui appoggiarsi
WIFI