Sistemi Mobili di
Telecomunicazione
(Applicazioni e Standard)
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
STANDARD Analogici
• Advanced Mobile Phone System (AMPS)
• Extended Total Access Communications 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)
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
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
………
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
•
•
•
•
•
•
•
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
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 più 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
Benefici:
• Mobilità
• Installazione in aree/condizioni disagevoli
• Affidabilità (assenza di cablaggio)
• Tempo di installazione ridotto
• Riconfigurabilità della rete
W-LAN
• Applicazioni
– Collegamento tra sistemi di calcolo e
periferiche
– Punti di accesso dati mobili nella gestione di
merci e servizi
– Sanità (monitoraggio di pazienti a distanza)
– Domotica
• Tecnologie
W-LAN
– Bluetooth
• Frequenza: 2.4 GHz
• Data rate: 1Mps
• FHSS
– IEE802.11
• Nato nel 1997
• frequenza: 2.4 GHz
• Data rate: 1-2 Mbps
• in due versioni: FHSS e DS (IEE802.11-FHSS ecc.)
– IEE802.11b
• Nato nel 1999
• Come IEEE802.11-DSS con data rate=11 Mbps (WiFi)
– IEEE802.11a
•
•
•
•
Nato nel 1999
Frequenza: 5-6 GHz
Fino a 54 Mbps (6, 9, 12, 18, 24 54 Mbps)
Modulazione: OFDM (ortogonal frequency duvision multiple access)
– HiperLAN2
• Simile a IEEE802.11a (Europa e Giappone)
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
WiMAX cosa è
• Il WiMAX (acronimo di Worldwide Interoperability for Microwave
Access) è una tecnologia che consente l'accesso a reti di
telecomunicazioni a banda larga e senza fili .
• La tecnologia supporta velocità di trasmissione di dati condivisi fino a
70 Mbit/s in aree metropolitane.
• Sulla frequenza di 3,5 GHz in condizioni di visibilità ottica ostruita e
non, le prestazioni sono accettabili per distanze di qualche chilometro,
che si riducono a poche centinaia di metri in condizioni di assenza di
visibilità ottica alla potenza massima di emissione EIRP (Equivalent
Isotropically Radiated Power)di 36 dBm ovvero 4 W
• Una rete WiMAX fissa è generalmente costituita da diversi elementi :
la Base Station (BS), la Subscriber Station(SS), i Terminal
Equipment(TE), RS Repeater Station, mentre una rete WiMAX mobile
è costituita anche da ASN GW (Access Service Network Gateway),
HA (Home Agent Mobile IP), AAA server .
Standard
• WiMAX si basa sulla famiglia di standard IEEE 802.16,
noto anche come WirelessMAN, specializzato nell'accesso
senza fili a banda larga del genere punto-multipunto.
Secondo alcuni si potrebbe addirittura dire che WiMAX è
sinonimo di IEEE 802.16. Ciò nonostante uno degli
obiettivi fondamentali del WiMAX Forum, è la ricerca
dell’interoperabilità, e i dispositivi che vengono
ufficialmente certificati da questa organizzazione
rispettano sia lo standard americano IEEE 802.16 che lo
standard HIPERMAN, proposto dall‘ETSI(European
Telecommunications Standards Institute). Recentemente è
stata allargata la compatibilità anche ai prodotti coreani
WiBro.
WiMAX vs WiFi
• WiMAX rispetto a Wi-Fi risulta superiore sotto due
aspetti: la velocità di trasmissione e il range di copertura
delle celle. In effetti però non è detto che WiMAX debba
essere in conflitto con Wi-Fi: dato che le reti IEEE 802.16
utilizzano lo stesso protocollo Logical link control (LLC),
standardizzato come IEEE 802.2, possono essere collegate
a reti WLAN IEEE 802.11 e servire per incanalamenti
comuni. Il Wi-Fi è uno standard pensato per reti casalinghe
o comunque interne, mentre il WiMAX per reti esterne,
con distanze raggiungibili anche di svariati chilometri.
WiMAX: come si colloca
Network Scale
• The smallest-scale network is a personal area network
(PAN). A PAN allows devices to communicate with each
other over short distances. Bluetooth is the best example of
a PAN. The next step up is a local area network (LAN).
A LAN allows devices to share information, but is limited
to a fairly small central area, such as a company's
headquarters, a coffee shop or your house. Many LANs
use WiFi to connect the network wirelessly.
• WiMAX is the wireless solution for the next step up in
scale, the metropolitan area network (MAN). A MAN
allows areas the size of cities to be connected.
WiMAX in Italia
• L'attuale normativa prevede in Italia l'utilizzo della tecnologia
WiMAX unicamente nella banda di frequenze 3,4-3,6 GHz, ma nel
resto del mondo sono già molti i paesi in cui viene offerto il servizio.
Nella suddetta banda di frequenze (200 MHz) sono state attualmente
previste 3 concessioni di 21+21 MHz ciascuna, attraverso aste su base
macro-regionale e regionale.
• L'asta prevedeva delle concessioni provinciali o regionali di durata
decennale, che assegneranno ad un WiSP l'esclusiva del servizio su un
determinato territorio.
• L'asta si è conclusa il 27 Febbraio 2008 con l'assegnazione di tutte le
licenze, con un incasso per l'erario di poco superiore ai 136 milioni di
Euro.