Sistemi wireless
Propagazione
Denominazione
Sigla
Frequenza
"f"
frequenze
ultra basse
ULF
ultra low frequency
0 - 3 Hz
Lunghezza
d'onda
"λ"
> 107 m
frequenze
estremamente basse
ELF
extremely low
frequency
3 Hz - 3 kHz
107 - 105 m
frequenze
bassissime
VLF
very low frequency
3 - 30 kHz
100 - 10 km
frequenze basse
(onde lunghe)
LF
low frequency
30 - 300 kHz
10 - 1 km
medie frequenze
(onde medie)
MF
medium frequency
300 kHz-3
MHz
1 km - 100
m
alte frequenze
HF
high frequency
3 -30 MHz
100 - 10 m
frequenze altissime
(onde metriche o
ultracorte)
VHF
very high frequency
30 - 300 MHz
10 - 1 m
m
i
c
r
o
o
n
d
e
onde
decimetriche
UHF
ultra high frequency
300 MHz-3
GHz
1 m - 10 cm
onde
centimetriche
SHF
super high frequency
3 - 30 GHz
10 - 1 cm
onde
millimetriche
EHF
extremely high
frequency
30 - 300 GHz
1 cm - 1
mm
1
GPRS/UMTS
D=decine di Km
R = centinaia di Kb/s
Mobile LAN
WI-FI ( IEEE 802.11)
D= centinaia di m o
qualcheKm
R> 10 Mb/s
Bluetooth
R=1 Mb/s
D<10 m
Wide Area Network
WAN
Wireless LAN
WLAN
Campus
(es. area limitata, aeroporto,
abitazione,..)
Personal area
PAN
Motivazioni
• Lo scopo primario di un sistema radiomobile è
di rendere possibile una connessione “anytime,
anywhere” ad utenti mobili
• Il mercato ha avuto un forte sviluppo negli ’80
2
Requisiti sistemi radiomobili
• Copertura: garantire un livello di segnale
accettabile in tutto il territorio
• Capacità: possibilità di servire molti utenti
• Qualità: garantire paramteri di qualità della
comunicazione simili a quelli delle reti fisse
• Flessibilità: possibilità di accedere ai servizi della
rete fissa di interoperare con altri sistemi
radiomobili “concorrenti”
Sistemi radiomobili
• L’utilizzo dei sistemi radio per consentire le comunicazioni con
utenti in movimento è una delle applicazioni ipotizzate fin dai
primi anni della storia delle radiocomunicazioni.
• Il primo sistema per le comunicazioni radiomobili fu
sperimentato a Detroit nel 1921 sulle macchine della polizia e
utilizzava la banda di frequenze di 2 MHz.
• I sistemi realizzati in questi anni utilizzavano collegamenti
unidirezionali (dalla centrale verso la macchina); soltanto
successivamente furono introdotti sistemi bidirezionali, che
consentivano una comunicazione completa tra stazione mobile
e centrale. Tutti questi sistemi di comunicazione mobili
utilizzavano la modulazione d’ampiezza, che tuttavia consentiva
di ottenere scarse prestazioni in un ambiente radiomobile.
3
Sistemi radiomobili
•
•
•
•
Un passo importante nelle comunicazioni radio fu l’introduzione della
modulazione di frequenza (FM) nel 1935 da parte di E.H. Armstrong,
che portò alla realizzazione di sistemi con prestazioni migliori anche su
canali disturbati come quello radiomobile.
Nel 1935 fu attivato il primo servizio commerciale di radiotelefonia
pubblica, che operava nella banda dei 35 MHz.
Alla fine degli anni ’40 vennero introdotti i sistemi radiomobili che si
diffusero rapidamente sia nel campo militare, sia in numerose attività
civili, quali polizia, trasporti, vigili del fuoco. Questi sistemi utilizzavano
un unico trasmettitore FM per coprire un’area ( tipicamente una città)
mediante un’unica cella in modo analogo alle tecniche di tipo
broadcasting.
Nello stesso tempo, lo spettro radio era utilizzato in modo inefficiente:
infatti, ad ogni apparato mobile era assegnata direttamente una
frequenza diversa al momento della sua immissione nella rete, per cui
si arrivò rapidamente a una saturazione delle bande di frequenza
assegnate alle comunicazioni radiomobili.
Sistemi radiomobili cellulari
•
•
•
•
Lo sviluppo dei sistemi radiomobili ha avuto un grosso impulso con
l’introduzione delle tecniche cellulari.
Il concetto di rete cellulare fu introdotto nel 1947 presso i laboratori Bell
da D. H. Ring
Il lavoro di Ring rimase per molti anni uno studio teorico; soltanto alla
fine degli anni '70 iniziarono lo sviluppo e la sperimentazione di sistemi
radiomobili cellulari. Le prime sperimentazioni furono realizzate a
partire dal 1979 negli Stati Uniti e in Giappone.
Un altro passo importante nella direzione di un migliore sfruttamento
dello spettro radio fu effettuato nel 1974 con l’introduzione del trunking
automatico, cioè l’allocazione di un canale temporalmente limitata alla
durata di ogni singola connessione e scelto fra un certo numero di
canali; tale tecnica fu realizzata nell’ambito del sistema IMTS (
Improved Mobile Telephone Service).
4
Propagazione
• Nello spazio libero la potenza diminuisce con la distanza
al quadrato.
SISTEMI CELLULARI
•
Nei sistemi cellulari il territorio è suddiviso in celle. Le celle reali hanno generalmente forme
irregolari a causa di ostacoli. Le celle ideali hanno forma circolare. Nella rappresentazione classica si
usa una forma esagonale per rappresentare le celle.
Celle Reali
•
Celli Ideali
Celle Fittizie
In ogni cella è posizionata una stazione radio base (BTS=Base Terminal Station), che gestisce il
traffico nell’area..
5
COPERTURA CELLULARE
•
•
CLUSTER : insieme di N celle entro il quale vengono utilizzati tutti i C canali radio disponibili.
Fattore di Riuso = D/R=(3N)1/2, dove R= raggio della cella e D distanza tra due celle con lo stesso
numero
RIPARTIZIONE DEL TERRITORIO IN CLUSTER DI 7 CELLE
Le celle con lo stesso numero possono utilizzare le stesse
frequenze.
2
7
3
1
6
2
7
5
1
3
1
6
2
7
4
5
7
4
3
6
2
4
5
3
1
6
4
5
Sistemi cellulari
• La dimensione delle celle può variare a seconda delle
politiche del gestore e della natura dell’area da coprire. Le
celle si dividono in:
– PICO-CELLE. R compreso tra 4 e 200 m
– MICRO-CELLE. R compreso tra 200 e 2000 m
– MACRO-CELLE. R compreso tra 1 e 30 km
6
Sistemi
cellulari
Struttura cellulare
•
Ogni cella è controllata da una stazione radio base.
7
Riuso delle frequenze
Geometria delle celle
• La struttura geometrica delle celle può essere di vario tipo.
R
c
Area = 1.3R2
R
c
Area = 2R2
R
c
Area = 2.6R2
• La struttura esagonale è quella che viene generalmente utilizzata per la
pianificazione.
8
Cell planning
• La pianificazione delle celle (cell planning) sul campo dovrà tener conto
dell'ambiente in cui si colloca la cella, delle asperità del terreno, della
conformazione morfologica e della disposizione di grandi strutture ed edifici.
esempio di pianificazione della copertura cellulare attraverso un software di
simulazione.
Riuso delle frequenze
•
•
La distanza di riuso, ovvero la minima distanza tra due celle che utilizzano le stesse
frequenze. Si determina imponendo che il rapporto C/I (potenza del segnale utile su
potenza del segnale interferente) non scenda al di sotto di una soglia prefissata.
L’insieme minimo di celle che fanno uso di tutta la capacità spettrale del sistema senza
riuso di frequenza, viene detto cluster.
•
La dimensione del cluster è un parametro di progetto
molto importante:
– se la dimensione del cluster è elevata, si riduce la
capacità del sistema (in quanto il numero di
canali a disposizione in ogni cella è limitato),
mentre aumenta la qualità della connessione in
termini di C/I poiché è maggiore la distanza tra
le celle che utilizzano lo stesso gruppo di
frequenze.
– se la dimensione del cluster è piccola. La scelta
del cluster consiste, in definitiva, nella ricerca
del miglior compromesso qualità/capacità per il
sistema in esame.
Esempi
• Sistemi cellulari FM : C= 7 o 9
• GSM : C=3 , 4
Esempio di riuso in un cluster di 7 celle • CDMA C=1 (le stesse frequenze sono utilizzate in
tutte le celle
9
Antenne
•
•
•
Antenne omnidirezionali: in ogni cella
si ha un’antenna posta al centro
Antenne direttive: antenne a tre fasci
ciascuno con apertura di 120° poste ai
vertici dell’ideale struttura esagonale.
Si possono usare anche antenne a sei
fasci (60°) poste al centro della cella.
Antenne direttive
• L'uso di antenne direttive per
settorizzare le celle riduce
l'interferenza fra celle che usano
lo stesso canale perché ogni
fascio dell'antenna "vede" solo
l'interferenza prodotta da un
terzo della rete.
• In questo modo si può ottenere
un più denso riuso della
frequenza.
• La settorizzazione è meno
costosa del cell splitting e non
richiede la sostituzione della
stazione base.
10
Handover
• La procedura di handover consente ad un terminale mobile di spostarsi
dalla zona di copertura di una stazione radio a quella di un’altra
mantenendo in piedi il servizio in corso
• La realizzazione delle procedure di handover può essere realizzata con
due diverse procedure:
– Hard handover
– Soft handover
Hard Handover
•
•
•
•
•
•
•
Rappresenta il metodo attualmente più utilizzato.
Ogni SRB emette un segnale che la identifica e che
permette ai terminali mobili di capire qual è la
miglior SRB cui collegarsi.
Quando la potenza del segnale "faro" emesso da una
stazione SRB (ad esempio SRB2 nella figura)
supera quella del faro della stazione a cui si è
collegati di una certo valore di soglia, si ha
l'handover.
La soglia serve per cautelarsi dalle fluttuazioni della
potenza del faro dovute al fading.
La commutazione da una SRB ad un’altra, causa
un'interruzione della comunicazione che può durare
da alcune centinaia di ms a quasi un secondo in
alcuni sistemi analogici. Tale intervallo di tempo è
necessario per ri-sincronizzare il terminale mobile
sulla nuova SRB.
Nei sistemi digitali, l’interruzione può essere considerevolmente ridotta se le SRB sono
sincronizzate.
L’interruzione può risultare impercettibile all’orecchio e non causare disservizio nel caso di
comunicazioni foniche, ma provocare ritrasmissioni se avviene durante uno scambio dati,
condizionando così la velocità di trasferimento delle informazioni.
11
Soft Handover
•
•
•
•
•
Il terminale che si trova al confine tra le zone di
copertura di due SRB, comunica
contemporaneamente con entrambe e, quando passa
dall’area di copertura dell’una a quella dell’altra,
commuta con continuità con la nuova SRB non
appena riscontri una qualità di trasmissione migliore
rispetto a quella garantita dalla SRB precedente.
Affinché il terminale possa comunicare
contemporaneamente con due SRB è necessario che
l'handover non implichi un cambiamento di canale.
Il terminale deve, cioè, continuare ad usare lo stesso
canale anche quando si connette con la nuova SRB.
Questa tecnica è quindi largamente usata in reti
cellulari che utilizzano la tecnica di accesso CDMA
mentre nelle reti che utilizzano FDMA/TDMA,
come il GSM, è necessario adottare tecniche di tipo
hard.
La zona in cui il terminale rimane connesso ad
entrambe le SRB è determinata da due soglie, una
per l'ingresso in soft handover e l'altra per l'uscita.
Quando il terminale è connesso a due o più SRB contemporaneamente, il segnale che trasmette
viene ricevuto da tutte le SRB cui è connesso. Queste repliche del segnale possono essere
utilmente combinate dal Base Station Controller (BSC) per migliorare la qualità del segnale
ricevuto. Questo meccanismo prende il nome di macrodiversity.
Caratteristiche generali dei
sistemi cellulari
Vantaggi
• Il concetto di sistema cellulare introduce un nuovo concetto di uso dello
spettro, quello del riuso delle frequenze, per cui utenti in celle sufficientemente
distanti possono utilizzare le stesse frequenze.
• La potenza di trasmissione è piccola poiché le celle hanno dimensioni modest.
Ad esempio lòe stazioni radio base utilizzano generalmente potenz einferiori a
100 W, mentre i terminali utilizzano potenze tra 0,6 W e 6 W.
• Le frequenze da utilizzare possono essere scelte tra le bande adatte per
trasmissioni a piccole distanze. Ad esempio la banda 800 -900 MHz o oltre a 1
GHz.
Svantaggi
• problemi di handover;
• localizzazione dell’utente mobile ( identificazione della cella in cui si trova)
più complessa
• costo del sistema radiomobile per la molteplicità delle stazioni radio base.
12
Problematiche dei sistemi cellulari
•
•
Riuso delle frequenze ( fattore di riuso 4,6 R dove R è il raggio della cella);
Handover tra celle : procedura che consente ad un utente di proseguire una
conversazione anche quando passa da una cella all’altra. Alcuni sistemi di prima
generazione non permettono handover. La procedura di handover ha generalmente una
durata molto piccola ( ad esempio 1/3 secondo)
Cell splitting: Quando il numero di abbonati aumenta avvicinandosi al massimo che il
sistema può servire da una singola cella, le celle vengono sdoppiate o frazionate in celle
più piccole. In linea di principio ciascuna cella può gestire lo stesso numero di utenti
della cella maggiore, per cui si ha una moltiplicazione del numero di utenti. Lo splitting
di celle produce le seguenti caratteristiche:
– aumenta il numero di utenti del sistema;
– è necessario diminuire la potenza di trasmissione delle stazioni radio base perché le
distanze sono minori e per ridurre l’interferenza cocanale;
– aumenta il costo del sistema poiché aumenta il numero di stazioni radio base
necessarie
Location update: che consente di identificare l’utente sul teritorio;
Roaming: consente a un utente di utilizzare il terminale anche in zone non coperte dal
proprio operatore e in altri paesi.
•
•
•
Confronti fra le tecniche di accesso
multiplo
•
FDMA
– Vantaggi: ridotta interferenza intersimbolica, bassa complessità
– Svantaggi: apparati radio multipli alla stazione base (uno per ogni utente servito),
le procedure di handover sono complicate dalle trasmissioni continue.
•
TDMA
– Vantaggi: apparato radio comune alla stazione base per gli utenti di una portante, le
trasmissioni discontinue facilitano le procedure (e le misure) di handover e
riducono la potenza trasmessa.
– Svantaggi: è richiesta la sincronizzazione, devono essere usate tecniche di
equalizzazione per ridurre l’interferenza intersimbolica.
•
CDMA
– Vantaggi: non c’è un limite rigido al massimo numero di utenti supportabili (la
capacità è limitata dall’interferenza), la sincronizzazione non è richiesta
– Svantaggi: elevata complessità del sistema, problema near-far che impone un
controllo di potenza
13
Tecniche di accesso multiplo
FDMA/FDD
•
•
•
FDMA : ogni stazione usa una frequenza diversa
FDD (Frequency Division Duplex): trasmettitore e ricevitore mobile operano
contemporaneamente su frequenze diverse, generalmente separate da una banda per
evitare interferenze tra trasmissione e ricezione.
circuito
Esempio : AMPS
Downlink
Uplink
824 MHz
849 MHz
869 MHz
894 MHz
Tecniche di accesso multiplo
TDMA/FDD
•
•
•
Le stazioni usano un canale identificato da una frequenza e da un intervallo di
tempo (timeslot);
Trasmettitore e ricevitore operano su bande di frequenze diverse, ma sullo
stesso time slot.
Esempio GSM
Frequenza 1
0
1
2
3
4
5
6
7
0
1
2
3
4
5
6
7
Frequenza 124 0
1
2
3
4
5
6
7
Frequenza 1
0
1
2
3
4
5
6
7
0
1
2
3
4
5
6
7
Frequenza 124 0
1
2
3
4
5
6
7
Frequenza 2
Frequenza 2
……………………..
……………………..
Canale downlink
Canale uplink
14
Tecniche di accesso multiplo
TDMA/TDD
• le stazioni utilizzano i time slot per distinguersi nel tempo (TDMA)
• TDD (Time Division Duplex): il trasmettitore e il ricevitore utilizzano una sola
frequenza, alternando la direzione di trasmissione e di ricezione.
FDMA/TDD
Il sistema FDMA può essere utilizzato anche per la trasmissione digitale. In questo
caso è necessario combinarlo con TDD. Ogni frequenza del FDMA viene
divisa in due canali: un canale per la trasmissione eun canale per la ricezione.
Frequenza 1
Frequenza 2
………………
Frequenza n
CONFRONTI TRA TDMA E FDMA
Vantaggi TDMA
• TDMA presenta costi minori, poiché richiede un numero minore di
trasmettitori e ricevitori nelle stazioni radio base.
• TDMA presenta un migliore utilizzo delle bande di frequenza.
• TDMA consente il controllo dei segnali in modo più semplice.
• TDMA permette in modo più semplice le operazioni di handover.
Vantaggi FDMA
• TDMA richiede una maggiore elaborazione deis egnali e quindi una maggiore
complessità del sistema.
• TDMA richiede generalmente una maggiore potenza e quindi un consumo
maggiore delle batterie.
15
AMPS (Advanced Mobile Phone System)
•
•
•
Il primo sistema radiomobile cellulare è stato il sistema americano
Advanced Mobile Phone System (AMPS), la cui sperimentazione fu
effettuata a Chicago a partire dal 1978, quando venne installato un
sistema sperimentale.
Il sistema AMPS è stato standardizzato da EIA (Electronics Industry
Association)
L’AMPS è un sistema nazionale le cui licenze sono state assegnate su
base cittadina. Gli obiettivi che tale sistema si proponeva di ottenere
erano i seguenti:
• Elevata capacità in termini di numero di abbonati;
• Uso efficiente dello spettro;
• Possibilità di offrire il servizio a veicoli e stazioni portatili.
AMPS (Advanced Mobile Phone System)
Caratteristiche generali
• Bande di frequenza da stazione radio base a mobile: 870 - 890 MHz;
• Bande di frequenza da stazione mobile a radio base: 825 - 845 MHz;
• Spaziatura tra canali: 30 KHz
• Numero di canali: 666/832
• Copertura di una stazione radio base: 2 - 25 Km
• Modulazione: FM ( deviazione di frequenza 12 KHz);
16
Sistemi cellulari di prima generazione
•
•
•
Sistemi analogici adatti alla trasmissione della voce;
Utilizzano la modulazione di frequenza;
Sistemi sviluppati per la maggior parte su base nazionale e, ad
eccezione di poche e limitate aree geografiche, ha portato all’adozione
di tecniche incompatibili e al di fuori di standard comuni. Il terminale
mobile può operare soltanto all’interno della propria rete di
appartenenza, per cui sia i costruttori di apparecchiature elettroniche,
sia i costruttori di rete e di terminali non hanno potuto trarre profitto
dalle economie di scala che un mercato più vasto avrebbe consentito di
perseguire. Tutto questo ha comportato alti costi nella realizzazione di
sistemi mobili cellulari e quindi anche per gli utenti.
Principali svantaggi dei sistemi cellulari
di prima generazione
•
La possibilità di intercettazione delle chiamate. Tali sistemi cellulari
analogici non consentono alcun meccanismo di crittografia, per cui le
comunicazioni possono essere facilmente intercettate. Infatti, poiché le
comunicazioni sono in chiaro, è sufficiente sintonizzarsi su una
frequenza ed è possibile ascoltare le comunicazioni su tale frequenza.
•
Clonazione di un cellulare. Nelle reti cellulari analogiche è
relativamente semplice realizzare un clone di un terminale mobile. Nel
caso della rete TACS l’identificazione del terminale viene gestita
mediante due dati: 1) il numero seriale del terminale; 2) il numero
telefonico dell’utente. Nel caso in cui l’utente A riesca a memorizzare
nel proprio terminale il numero seriale appartenente al cellulare di un
utente B, A ha realizzato un clone del cellulare di B e quindi può far
addebitare i costi delle telefonate all’utente B. La clonazione può
essere effettuata facilmente perché quando un terminale B inizia una
comunicazione, esso deve trasmettere il proprio numero seriale.
17
Sistemi cellulari di prima generazione
AMPS/NAMPS
Standard
Banda di frequenza
(MHz)
Tecnica di accesso
multiplo
Metodo di duplexing
Numero di canali
Separazione dei canali
Modulazione
TACS
Narrow Band Advanced
Total Access
Mobile System
Communication System
Rx: 896 - 894
Tx: 824 - 849
NMT
Nordic Mobile
Telephone
ETACS:
NMT-450:
Rx: 916 – 949; Tx: 871 – 904
Rx: 463 – 468; Tx: 453 – 458
NTACS:
NMT-900:
Rx: 860 – 870; Tx: 915 – 925
Rx: 935 – 960; Tx: 890 – 915
FDMA
FDMA
FDMA
FDD
FDD
FDD
AMPS: 832
ETACS: 1240
NMT-450: 200
NAMPS: 2496
NTACS: 400
NMT-900: 1999
AMPS: 30 KHz
ETACS: 25 KHz
NMT-450: 25 KHz
NAMPS: 10 KHz
NTACS: 12.5 KHz
NMT-900: 12.5 KHz
FM
FM
FM
Sistemi radiomobili di prima
generazione
•
•
•
•
Lo sviluppo della tecnologia cellulare analogica è stato perseguito su base
nazionale e, ad eccezione di poche e limitate aree geografiche, ha portato
all’adozione di tecniche incompatibili e al di fuori di standard comuni.
Il terminale mobile può operare soltanto all’interno della propria rete di
appartenenza.
La possibilità di intercettazione delle chiamate. Tali sistemi cellulari analogici
non consentono alcun meccanismo di crittografia, per cui le comunicazioni
possono essere facilmente intercettate. Infatti, poiché le comunicazioni sono in
chiaro, è sufficiente sintonizzarsi su una frequenza ed è possibile ascoltare le
comunicazioni su tale frequenza.
Clonazione di un cellulare. Nelle reti cellulari analogiche è relativamente
semplice realizzare un clone di un terminale mobile. Nel caso della rete TACS
l’identificazione del terminale viene gestita mediante due dati: 1) il numero
seriale del terminale; 2) il numero telefonico dell’utente. Nel caso in cui l’utente
A riesca a memorizzare nel proprio terminale il numero seriale appartenente al
cellulare di un utente B, A ha realizzato un clone del cellulare di un altro B e
quindi può far addebitare i costi delle telefonate all’utente B. La clonazione può
essere effettuata facilmente perché quando un terminale B inizia una
comunicazione, esso deve trasmettere il proprio numero seriale.
18
Sistemi cellulari di prima generazione
• AMPS (Advanced Mobile Phone System) - Nord America
• NMT ( Nordic Mobile Telephone) - Paesi scandinavi
• TACS (Total Access Communication System) - Inghilterra
e altri paesi europei tra europei tra cui l’Italia
• ETACS (Extended TACS) - Inghilterra e altri paesi
europei tra europei tra cui l’Italia
• C450 - Germania
• NTT ( Nippon Telephone and Telegraph).
Sistemi cellulari analogici in Italia (1/3)
•
Il primo servizio di telefonia radiomobile, denominato RTMI (Radio
Telefono Mobile Integrato) fu lanciato in Italia da SIP nel 1973 ed
operava nella banda dei 160 MHz con 32 canali bidirezionali. RTMI
aveva le seguenti caratteristiche:
–
L’utente non poteva essere chiamato direttamente, ma era necessario
l’intervento di un operatore telefonico.
– I terminali erano di tipo veicolare e ad ogni stazione mobile veniva
assegnata in modo permanente una fissata frequenza.
– La comunicazione cadeva nel passaggio da una cella all’altra (non era
prevista nessuna operazione di handover automatica).
•
Il sistema incontrò un imprevisto successo, tanto che dopo alcuni anni
le frequenze nelle aree metropolitane di Roma e Milano risultarono
esaurite.
19
Sistemi cellulari analogici in Italia (2/3)
•
Nel 1984 fu attivato da parte di SIP il sistema radiomobile RTMS (
Radio Telephone Mobile System) realizzato da Italtel. Tale sistema
operava nella banda dei 450 MHz con 200 canali radio. RMTS
presentava numerose innovazioni rispetto al sistema precedente, quali:
– i terminali erano di tipo veicolari o trasportabili
– l’utente poteva essere chiamato direttamente senza passare da un
operatore e la comunicazione non cadeva passando da una cella all’altra.
•
Anche RTMS incontrò un notevole successo tanto che nel 1990 si
arrivò ad una saturazione del sistema.
Sistemi cellulari analogici in Italia (3/3)
•
TACS ( Total Access Communication System): Tale sistema è stato
sperimentato inizialmente in Inghilterra e rappresenta una versione
modificata del sistema americano AMPS.
•
TACS fu scelto da Inghilterra, Irlanda, Italia, Austria e Spagna. Il TACS
opera nella banda 890-960 MHz ed ha a disposizione 1000 canali.
•
Successivamente è stato sviluppato un’evoluzione di tale standard
indicato con la sigla E-TACS (Extended TACS), che utilizza 1300
canali nella banda 872-950 MHz.
20
Evoluzione dei sistemi radiomobili
PRIMA GENERAZIONE
TACS
C-450
NMT
RTMS
RS2000 AMPS
POCSAG
BANDA III
CT1
CT2
SECONDA GENERAZIONE
SISTEMI CELLULARI
GSM
DCS 1800
PAGING
ERMES
Pan-European
RADIOMOBILI
PRIVATI
TETRA
CORDLESS
DECT
Sistemi cellulari di seconda generazione
Principali caratteristiche
•
•
•
•
•
•
Sistemi digitali;
Utilizzano prevalentemente TDMA;
Hanno una struttura cellulare;
I diversi standard sono incompatibili tra loro. Soltanto la Comunità Europea ha
adottato una strategia di sviluppare sistemi europei;
Sono stati progettati per la trasmissione della voce, mentre alcuni prevedono la
trasmissione dei dati a bassa velocità;
Principali sistemi cellulari di seconda generazione:
– GSM (Global System for Mobile Communications) e DCS (Digital
Communication System) 1800: Europa, utilizza FDMA e TDMA;
– PDC (Personal Digital Cellular): Giappone, utilizza TDMA;
– IS - 54 e IS - 136: Nord America, utilizza FDMA;
– IS - 95: Nord America, utilizza CDMA.
21
Architettura delle reti mobili di seconda
generazione
BSS
BSS
MSC
•
•
•
BSS
•
•
•
MSC
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
PSTN / ISDN
BSS
GSM
•
•
•
•
•
•
•
Il CEPT (Conference Européenne de Postal et Tèlécommunications) costituì nel 1982 il
Groupe Speciale Mobile (da cui deriva il nome GSM) col compito di sviluppare uno standard
pan-europeo per le comunicazioni cellulari.
Attualmente l'acronimo GSM viene utilizzato per Global System for Mobile Communications,
dove si è voluto utilizzare il termine globale a causa dell'adozione di questo standard in ogni
continente del globo.
Nel 1985 dopo numerose discussioni il gruppo ha deciso di implementare un sistema basato
sulla tecnologia digitale.
Dopo numerose sperimentazioni fu deciso nel 1987 di adottare narrowband TDMA:
Nello stesso periodo le prime 13 nazioni firmarono il MoU (Memorandum of Understanding),
impegnandosi a rispettare le specifiche e promettendo di avere il primo sistema basato sullo
standard GSM operativo entro il 1° luglio 1991.
Il corpo dello standard era costituito inizialmente da poco più di cento raccomandazioni alla
cui stesura hanno collaborato PTT, centri di ricerca ed aziende manifatturiere di tutta
Europa e rappresenta uno dei progetti più ambiziosi degli ultimi dieci anni dell'European
Telecommunications Standard Institute (ETSI), il quale ha il mandato CEE per l'unificazione
normativa in Europa nel settore delle telecomunicazioni e che nel 1990 pubblicò la Fase I
delle specifiche del sistema GSM.
I primi servizi commerciali furono lanciati a metà del 1991, e nel 1993 erano già operativi 36
network GSM in 22 paesi.
22
Faso dello sviluppo del GSM
• Fase 1
Completata nel 1990
• Phase 2
Completata nel 1994
• Phase 2+
In fase di standardizzazione
Caratteristiche generali del GSM
•
•
•
•
•
•
•
•
La rete radio mobile GSM costituisce il primo sistema standardizzato ad usare
una tecnica di trasmissione numerica per il canale radio
Lo standard GSM definisce una serie di miglioramenti e innovazioni rispetto alle
reti radio cellulari esistenti, quali:
un uso efficiente dello spettro delle radio frequenze (RF),
sicurezza della trasmissione
miglioramento della qualità delle conversazioni, alla riduzione dei costi dei
terminali, delle infrastrutture e della gestione
nuovi servizi, quali la trasmissione dati, il servizio fax e il servizio brevi messaggi
(SMS - Short Message System)
piena compatibilità con la rete ISDN (Integrated Services Digital Network) e con
altre reti di trasmissione dati.
Consente il roaming (mobilità), ossia la possibilità offerta all'utente mobile di
accedere ai servizi GSM anche quando si trova fisicamente al di fuori dell'area
di copertura della propria rete di sottoscrizione, registrandosi come utente
visitatore. Il Roaming è completamente automatico all'interno di tutte le nazioni
coperte
dal
sistema
GSM
previo
accordo
tra
gli
operatori.
23
Struttura generale del GSM
Sottosistema di rete
AUC
Base Station Subsystem (BSS)
H
EIR
Altre BSSs
A-bis
A
BTS
Um
BSC
D
G
HLR
F
BTS
Altri VLRs
VLR
OMC
B
C
Mobile
Services
Switching
Centre
(MSC)
BTS
E
MS
PSTN
ISDN
CSPDN
PSPDN
Altre MSCs
BTS:
BSC:
HLR:
VLR:
OMC:
EIR:
AUC:
Base Transceiver Station
Base Station Controller
Home Location Register
Visited Location Register
Operation & Maintenance Centre
Equipment Identity Register
Authentication Centre
Mobile Station (MS)
• La mobile station (MS) rappresenta la stazione
mobile con la quale un utente può usufruire dei
servizi offerti dal GSM.
• Consiste di un terminale mobile (Mobile
Equipment, ME) e di una smart-card intelligente,
detta SIM (Subscriber Identity Module).
• La SIM permette ad un utente di caratterizzare
come proprio un qualsiasi terminale mobile GSM.
24
SIM card
• La SIM card contiene una memoria nella
quale vengono memorizzate diverse
informazioni, e un processore in grado di
eseguire alcuni algoritmi di cifratura
(Encryption algorithms).
Sim chip
SIM card
•
La SIM card contiene le seguenti informazioni (obbligatorie):
– IC card identification: codice seriale identificativo della SIM;
– SIM service table: indica i servizi opzionali disponibili nella SIM;
– International Mobile Subscriber Identity (IMSI);
– Location information: Temporary Mobile Subscriber Identity (TMSI), Location Area
Information (LAI), valore corrente del Periodic Location Updating Timer (T3212) e
del Location update status;
– Individual subscribers authentication key (Ki)
– Chiave di crittografia (Kc) e cipher key sequence number;
– Ciphering key generating algorithm (A8)
– Authentication algorithm (A3)
– Informazioni BCCH: lista delle portanti che è possibile utilizzare per il cellreselection;
– Access control class
– HPLMN search period: timer di ricerca della propria rete quando si fa il roaming;
– Language preference: linguaggio preferenziale;
– Phase della SIM;
– Personal Identity Number (PIN);
– Indicatore PIN attivo/disattivo;
– PIN Unblocking Key (PUK);
25
SIM card
• Ed inoltre può contenere le seguenti informazioni opzionali:
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
PLMN selector: Selezione automatica dell'operatore di rete;
Lista dei canali di Cell Broadcast selezionati;
Abbreviated Dialling Numbers: lista numeri brevi;
Fixed Dialling Numbers: lista soli numeri chiamabili;
MSISDN number: numero MSISDN dell'abbonato;
Last numbers dialled: lista ultimi numeri chiamati;
Short messages: lista messaggi SMS ricevuti ed inviati;
Rubrica telefonica dell'abbonato
Contatori relativi al servizio di Advice of Charge
Personal Identity Number 2 (PIN2);
Contatore errori di digitazione PIN2;
PIN Unblocking Key 2 (PUK2);
Contatore errori di digitazione PUK2;
Mobile Equipment (ME)
• Le principali funzioni che il terminale radiomobile deve
svolgere sono le seguenti:
– trasmissione e ricezione radio
– selezione della cella migliore (cella servente), in termini di qualità
di conversazione, sulla quale accamparsi
– registrazione nell'area di localizzazione
– misure trasmissive sul canale radio utilizzato e sui canali adiacenti
– controllo della potenza in trasmissione
– esecuzione dell'handover
– dichiarazione del proprio IMEI
– interfaccia uomo/macchina (display e tastiera)
– autenticazione e cifratura delle conversazioni
26
Classificazione dei terminali mobili
•
•
I terminali mobili possono
essere classificati in base alla
potenza di trasmissione in tre
categorie:
– Dispositivi veicolari
– Terminali trasportabili
– Terminali palmari
I cellulari moderni
appartengono alla classe 4
Classe
1
2
3
4
5
Potenza
massima
20 W (43 dBm)
8 W (39 dBm)
5 W (37 dBm)
2 W (33 dBm)
0,8 W (29 dBm)
Tipo
Veicolare
Portatile
Palmare
Palmare
Palmare
Classi di potenza per i terminali mobili
Le stazioni radio base sono divise in 8 categorie in base alla potenza
da 2,5 W a 320 W a passi di 3 dB
Controllo dinamico della potenza
•
•
•
•
•
Per minimizzare le interferenze tra canali attigui, sia il terminale mobile sia la
stazione BTS operano al valore minimo di potenza assicurando un valore
accettabile del livello di segnale ricevuto.
La potenza di emissione sul canale radio può variare in modo dinamico su 32
livellidal valore massimo a un valore minimo di 5 dBm a passi di 2 dB.
La MS misura l’intensità e la qualità del segnale ricevutoe trasferisce queste
informazioni alla BTS.
La BTS trasmette alla MS la massima potenza che può utilizzare nella
trasmissione.
Le misure sul canale radio sono effettuate durante i processi di handover e
power control. La misura è effettuata sulla multitrama SACCH. I risultati di
questa misura sono due indici:
– RxLev che misura la potenza del segnale ricevuto
– RxQual che misura la qualità del segnale rficevuto
27
Base Station Subsystem (BSS)
• Il sottosistema BSS (Base Station Subsystem) si
occupa della parte radio del sistema e di
conseguenza comprende le unità funzionali che
consentono di fornire la copertura radio di un'area
costituita da una o più celle.
• La stazione base è composta di due unità: una
Base Transceiver Station (BTS) e una Base
Station Controller (BSC).
Base Transceiver Station (BTS)
• Con il termine BTS si indica l'unità funzionale costituita
dall'insieme dei transceiver (ricetrasmettitori) e degli
apparati che consentono di fornire la copertura radio ad
una cella. Le principali funzioni sono:
–
–
–
–
–
–
Frequency Hopping.
Discontinuous Transmission (DTX).
Dynamic Power Control (DPC).
Antenna Diversity.
Gestione degli algoritmi di cifratura.
Monitoraggio della connessione radio mediante misurazioni
sulla qualità dei canali di segnalazione e traffico ed inoltro di
queste al BSC affinchè le elabori e prenda le necessarie
decisioni.
28
Base Transceiver Station (BTS)
• Antenne omnidirezionali a basso guadagno:
• La struttura più semplice prevede solo due antenne (una per
ricevere e una per trasmettere) di tipo omnidirezionali. La BTS
si trova quindi al centro della cella che irradia. Questa soluzione
è usata per "coprire" zone a bassa intensità di traffico, ad
esempio autostrade o zone rurali vaste e pianeggianti.
Base Transceiver Station (BTS)
• Sectoring (antenne direzionali ad alto guadagno):
– Per diminuire il numero di siti (costi) si può suddividere una
cella in un certo numero di settori, ognuno dei quali è
"illuminato" da una antenna direttiva (o pannello. Ogni settore
può così essere considerato come una nuova cella.
bicella
clover
29
Base Station Controller (BSC)
• Le BTS hanno compiti meramente esecutivi. Il
BSC ha il compito di controllare il funzionamento
di 1 o più BTS. I principali compiti sono:
– Assegnazione canali in ogni cella
– Instaurazione e rilascio delle connessioni tra le 2
interfacce (con MSC e BTS)
– Analisi delle misure inviate da MS e BTS per prendere
decisioni sulle risorse radio, quali aumento/diminuzione
di potenza o comandare handover
– Gestione dei canali PCM a 64 kbit/s che
interconnettono BTS e BCS
Base Station Controller (BSC)
• La connessione BTS-BSC è assicurata da
una linea dedicata PCM a 2,048 Mbit/s che
mette a disposizione 32 canali a 64 kbps.
30
Network Subsystem (NS)
• Il componente principale è il Mobile Switching
Center (MSC), che è un commutatore che deve
gestire la mobilità
• Per gestire la mobilità degli utenti esso deve
scambiare continuamente informazioni il Visitor
Location Register (VLR), che memorizza,
temporaneamente, le informazioni relative alle MS
che si trovano in quell'area (identità dell'utente
IMEI, numero telefonico MSISDN, parametri di
autenticazione, ecc.).
Network Subsystem (NS)
31
Mobile Switching Center (MSC)
• Il principale compito dell’MSC è di instaurare (call setup
comprendente anche la procedura di autenticazione), controllare,
tassare le chiamate da/verso le MS presenti nell'area geografica
da esso servita.
• In più esegue tutti quei compiti essenziali per gestire un utente
mobile come: la gestione della mobilità e l'instradamento delle
chiamate.
• L'MSC fornisce la connessione con le reti fisse: Public State
Telephone Network (PSTN), Integrated Services Digital
Network (ISDN), rete dati a commutazione di pacchetto
(PSPDN, Packet Switched Public Data Network) o di circuito
(CSPDN, Circuit Switched Public Data Network).
Gateway Mobile Switching Center
(GMSC)
• Tutte le chiamate originate presso le reti fisse o quelle
mobili di altri gestori e dirette ad un network GSM sono
dapprima inoltrate ad un particolare MSC, detto Gateway
MSC (GMSC), che costituisce il punto di accesso alla
PLMN GSM (Public Land Mobile Network) a cui
appartiene l'utente mobile chiamato.
• Il GMSC interroga il registro HLR dell'abbonato, che a sua
volta interroga il corretto registro VLR, e quindi instrada
la chiamata verso il centro MSC che controlla la zona nella
quale si trova l'abbonato.
32
Home Location Register (HLR)
• I principali dati d'utente memorizzati nell'HLR sono:
– International Mobile Subscriber Identity (IMSI), che
identifica univocamente l'abbonato all'interno di una
qualunque rete GSM e che è contenuto anche all'interno
della SIM card;
– Mobile Station ISDN Number (MSISDN), che identifica
univocamente un abbonato nel piano di numerazione della
rete telefonica commutata pubblica internazionale. Possono
essere più d'uno in funzione dei servizi sottoscritti (ad
esempio si possono avere numeri distinti per voce, dati e
fax);
– Tipo e stato dei servizi supplementari e dei servizi
sottoscritti dall'abbonato a cui gli è consentito accedere
(voce, servizio dati, SMS);
– VLR number, per conoscere il VLR in cui è correntemente
registrata la MS.
Visitor Location Register (VLR)
• Il registro VLR contiene e mantiene aggiornate le
informazioni relative alle MS che sono presenti,
temporaneamente, nell'area da esso servita.
• Quando una MS entra nell'area coperta da un
nuovo MSC/VLR, viene inserito nel registro dei
visitatori (VLR) di quel MSC e
contemporaneamente il registro generale degli
utenti (HLR) viene aggiornato per tenere conto
della nuova posizione geografica del terminale.
33
Visitor Location Register (VLR)
• Principali dati d'utente memorizzati nel VLR sono:
– IMSI, MSISDN, MSRN e parametri di sicurezza;
– HLR number, per poter identificare il proprio HLR;
– Temporary Mobile Subscriber Identity (TMSI), usato per
garantire la sicurezza del IMSI, viene assegnato ogni volta
che si cambia Location Area (LA);
– Stato della MS (spenta, non raggiungibile, ecc.), categoria
(operatore, utente ordinario, chiamata di test) ed eventuale
priorità;
– Tipi e stato dei servizi sottoscritti dall'abbonato a cui gli è
consentito accedere (voce, servizio dati, fax, SMS, ecc.),
detti bearer e teleservices services;
– Location Area Identity (LAI) in cui si trova la MS all'interno
di quelle sotto il controllo del MSC/VLR.
Authentication Center (AuC)
• L'AuC è l'unità funzionale del sistema GSM incaricata di
generare i parametri necessari per l'autenticazione degli utenti.
• Fornisce sia i codici per l'autenticazione che per la cifratura, per
garantire tanto l'abbonato quanto l'operatore di rete da
violazioni indesiderate del sistema da parte di terzi.
• L'AuC contiene: il codice IMSI, la chiave di autenticazione (Ki),
il codice TMSI corrente e il codice LAI corrente, usati per
autenticare e codificare i canali radio, oltre ad un generatore di
numeri casuali (RAND), agli algoritmi A3 e A8.
• L'autenticazione viene sempre effettuata ogni volta che la MS si
collega al network: quando riceve o effettua una chiamata, alla
scadenza dei location update periodici, alla richiesta di
attivazione, disattivazione o interrogazione dei servizi
supplementari.
34
Sistema Stazione radio base
Il sistema BSS ( Base Station Subsystem) consente di fornire la copertura radio di
un’area costituita da una o più celle. Esso è costituito da due elementi:
4 BTS ( Base Transceiver Station): che gestisce la trasmissione con i terminali mobili
e contiene i transceiver per le celle. In una grande area urbana esiste generalmente
un numero elevato di BTS.
4 BSC ( Base Station Controller): gestisce le risorse radio per una o più BTS; in
particolare:
4 setup dei canali radio;
4 frequency hopping;
4 handover;
4 collegamento tra stazione mobile e MSC.
BTS
BTS
BTS
BSC
A-bis
4 L’interfaccia di comunicazione tra BTS e BSC è detta A-bis ed è stata
standardizzata. In questo modo non esistono vincoli di soluzioni proprietarie e si
possono utilizzare prodotti di fornitori diversi.
Sottosistema di rete (NS) (1/2)
Il sottosistema di rete (NS Network Subsystem) fornisce diversi servizi. Esso rappresenta
l’elemento principale della rete GSM e quindi deve comprendere tra le altre funzionalità
gli elementi per la commutazione. Il territorio geografico è diviso in aree di servizio. I
principali elementi che lo compongono sono:
4 MSC ( Mobile services Switching Center): che si comporta come un commutatore in
una rete telefonica. Ogni area di servizio ha una MSC. Svolge in particolare i seguenti
servizi:
4 registrazione;
4 autenticazione;
4 aggiornamento della posizione;
4 handover;
4 instradamento della chiamata;
4 roaming
4 fornisce la connessione alle reti fisse ( PSTN, ISDN, reti pubbliche a
commutazione di pacchetto,..).
4 GMSC ( Gateway Mobile Switching Center): gestisce tutte le chiamate generate da reti
fisse o da reti mobili di un altro gestore verso gli utenti mobili appartenenti all’area
considerata. Il GMSC interroga il registro HLR dell’abbonato, che a sua volta interroga
il corretto registro VLR e quindi instrada la chiamata verso il centro MSC che controlla
la zona nel quale si trova l’abbonato.
35
Sottosistema di rete (NS) (2/2)
4 HLR ( Home Location Register): in cui sono memorizzati in modo permanente sia i
dati di abbonamento degli utenti ( statici), sia dei servizi richiesti dall’utente ( dinamici).
Può essere unico per tutti gli utenti di un gestore oppure distribuito sul territorio.
4 VLR ( Visitor Location Register): memorizza i dati relativi agli utenti che si trovano le
informazioni relative ai terminali mobili presenti attualmente nell’area considerata.
Quando una MS entra nell’area di copertura di una nuova MSC, l’utente viene inserito
nel registro VLR della MSC e contemporaneamente viene aggiornato il registro HLR
per tenere conto della posizione geografica dell’utente.
4 AuC ( Authentication Center): genera i parametri necessari per l’autenticazione degli
utenti. L’autenticazione viene effettuata tutte le volte che la MS si collega alla rete (
chiama o riceve una chiamata, richiesta attivazione, disattivazione o attivazione di
servizi supplementari,..).
4 EIR (Equipment Identity Register):Ogni apparato mobile è identificato da un codice
IMEI ( International Mobile Equipment Identity), che identifica in modo unico il ME;
tale numero è cablato nel ME in modo sicuro dal costruttore ed è indipendente
dall’utente.
4 OMC ( Operation and Maintenace Center): effettua il controllo e il monitoraggio
degli elementi componenti della rete GSM.
4 NMC (Network Managmegment Center): coordina e gestisce tutti gli OMC.
Interfacce nel GSM
36
Interfacce del sistema GSM
•
Le raccomandazioni GSM hanno definito diverse interfacce per permettere la comunicazione tra le varie entità del
sistema. Ad esse corrispondono protocolli diversi o porzioni specifiche di protocolli generali. Di seguito sono
brevemente spiegate le loro principali caratteristiche.
Um
L'interfaccia radio (air-interface) é utilizzata per trasportare la comunicazione tra MS e BTS.
A-bis E' l'interfaccia interna alla BSS che consente la comunicazione tra BTS e BSC. L'interfaccia Abis
permette il controllo e l'allocazione delle frequenze radio nelle BST.
A
L'interfaccia A é posta tra BSS e MSC; gestisce l'allocazione delle risorse radio alle MS e la loro
mobilità.
B
L'interfaccia B é posta tra MSC e VLR ed utilizza il protocollo MAP/B. Generalmente l'MSC
contiene al suo interno il VLR, così questa diventa un'interfaccia ``interna''. Quando un MSC ha bisogno di
informazioni sulla posizione di un MS, interroga il VLR usando il protocollo MAP/B sull'interfaccia B.
C
L'interfaccia C é posta tra HLR e G-MSC o G-SMS. Ogni chiamata originata al di fuori della rete
GSM e diretta ad un MS (ad esempio una chiamata dalla rete fissa PSTN) deve necessariamente passare
dal Gateway per ottenere le informazioni sull'instradamento e completare la chiamata; il protocollo MAP/C
sull'interfaccia C svolge proprio questa funzione. Inoltre, l'MSC può opzionalmente trasferire delle
informazioni all'HLR sui costi delle chiamate effettuate.
D
L'interfaccia D é posta tra VLR e HLR; utilizza il protocollo MAP/D per scambiare informazioni
riguardanti la posizione o la gestione di un MS.
E
L'interfaccia E interconnette due MSC; permette di scambiare i dati riguardanti gli handover tra
usando il protocollo MAP/E.
F
L'interfaccia F interconnette un MSC con l'EIR; utilizza il protocollo MAP/F per verificare lo stato
dell'IMEI di un MS.
G
L'interfaccia G interconnette due VLR di due MSC differenti e utilizza il protocollo MAP/G per
trasferire le informazioni di un MS, ad esempio durante una procedura di location update.
H
L'interfaccia H é posta tra un MSC e il G-SMS; usa il protocollo MAP/H per trasferire i brevi
messaggi di testo (SMS).
I
L'interfaccia I interconnette un MSC direttamente con un MS. I messaggi scambiati attraverso
questa interfaccia sono trasparenti alle BSS.
O
L'interfaccia O interconnette una BSC/BTS con l'OMC.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Frequenze per il GSM
downlink
uplink
890 – 915 MHz
935 – 960 MHz
Uplink
Downlink
: Larghezza di banda 25 MHz
: Larghezza di banda 25 MHz
25 MHz
1
100 KHz
2
200 KHz
3
4
…………….
124
100 KHz
Le bande di frequenze assegnate sono divise in frequenze portanti o canali. Ogni
canale ha assegnata una banda di 200 KHz. In questo modo si hanno 124 possibili
canali.
All’interno di una nazione le frequenze portanti sono suddivise tra i diversi
operatori, sia GSM, sia di altri sistemi radiomobili analogici che eventualmente
operano nella stessa banda.
ETSI ha assegnato altri 10 MHz per le richieste crescenti di banda ( Extended GSM),
per cui si hanno 175 portanti.
37
Multiplazione FDMA/TDMA nel GSM
•
•
•
Ogni singola portante utilizza una tecnica TDMA per multiplare gli utenti;
Ogni portante ha 8 timeslot multiplati nel tempo ( ogni time slot ha una durata
di 4,616 ms).
L’insieme di 8 timeslot prende il nome di trama o frame;
1 TDMA frame = 8 timeslots (4.615 ms)
0
•
•
1
2
3
4
5
6
7
Il numero totale di canali è quindi 992 = 124 x 8.
I canali (992) del GSM si dividono in due classi:
8 canali di traffico (TCH Traffic CHannel): servono a trasportare la voce
codificata o i dati;
8 canali controllo (CCH Control Channel): che servono a trasportare i
segnali di controllo, di gestione e per il sincronimso tra la stazione mobile
e la stazione radio base.
Canali di traffico nel GSM
• I canali di traffico possono trasportare voce e dati. Si distinguono:
4 canali di traffico full rate (TCH/F) : 22,8 Kb/s ;
4 canali di traffico hal rate (TCH/H): 11,4 Kb/s.
h CANALI FONICI. Sono definiti sia per full sia half rate.
h CANALI DATI. Sono definite varie velocità da 300 b/s a 9,6 Kb/s sia su half
sia su full rate canali. La velocità di 9,6 Kb/s può essere utilizzata soltanto su
un canale full rate.
38
Canali di controllo
Downlink
Broadcast Control Channels
• Frequency Correction - FCCH
• Synchronization – SCH
• Broadcast - BCCH
Common Control Channels
• Access Grant - AGCH
• Paging - PCH
Uplink
Common Control Channels
• Random Access - RACH
Dedicated Control Channels
• Stand – alone Dedicated - SDCCH
• Slow Associated – SACCH
• Fast Associated - FACCH
I canali logici
39
I canali di traffico
• Canali che trasportano la voce ed eventuali
dati
• Si distinguono in
– Full rate channels: velocità lorda di 22.8 Kb/s
(dopo aggiunta di ridondanza per correzione di
errori)
– Half rate channels: velocità lorda di 11.4 Kb/2
I canali di controllo CCH
• Sono usati per trasportare segnalazione di vario
tipo (esistono 14 diversi tipi di segnali di
controllo!!!)
• Le categorie di CCH sono
– Broadcast Channels (BCH) – informazioni di interesse
generale nella tratta downlink
– Common Control Channels (CCCH) – informazioni
relative ad una connessione in fase preliminare (sono
condivisi tra più connessioni)
– Dedicated Control Channels (DCCH) – informazioni di
segnalazione specifiche di una connessione
40
Canali di controllo (1/2)
4 Broadcast channels: sono canali che trasportano informazioni di interesse generale.
Sono trasmessi sul canale downlink ( dal BTS a MS).
–
Broadcast Control CHannel (BCCH). Trasporta in ciascuna cella informazioni rivolte a
tutti gli utenti servita dalla BTS:
4 trasmesso continuamente;
4 184 byte, che contengono numerosi parametri (identità della cella, codice dell’area locale, operatore di
rete, parametri per il frequency hopping,..);
4 Frequency Correction CHannel (FCCH) e Synchronization CHannel (SCCH):
4 FCCH trasporta informazioni per la MS relative alla correzione di frequenza;
4 SCH trasporta informazione necessaria per la sincronizzazione della stazione mobile.
4 Common Control Channels (CCCH): canali che trasmettono informazioni di controllo
relative ad una data connessione.
4 Paging Channel (PCH): è usato dalla BTS per segnalare ad un terminale mobile l’arrivo di
una chiamata.
4 Random Access Channel (RACH): canale di uplink ( verso BTS), viene utilizzato dalla MS
per chiedere l’accesso alla rete e per rispondere alle richieste della rete ( es. location update).
4 Access Grant CHannel (AGCC):canale di downlink utilizzato per allocare il canale richiesto
da un MS mediante il canale RACH.
Canali di controllo (2/2)
•
Dedicated Control CHannel (DCCH): sono canali assegnati ad una connessione
per lo scambio di informazione di segnalazione.
4 Slow Associated Control Channel ( SACCH): trasporta l’informazione di segnalazione tra
MS e rete:
4 Nella direzione downlink trasporta:
4 I messaggi SMS recapitati durante una chiamata.
4 Le informazioni sulle misure effettuate dalla BTS ( Livello di potenza, avanzamento di timing,..).
4 Nella direzione uplink trasporta:
4 le misurazioni effettuata dalla MS (Livello ricevuto) necessarie per il controllo del link.
4 Fast Associated Control Channel ( FACCH): utilizzato per trasmettere segnalazioni critiche
che non possono essere inserite nel canale SACCH ( ad esempio una segnalazione di
handover).
4 Stand-alone Dedicated Control Channel (SDCCH): è utilizzato per trasportare i messaggi
SMS in fase di standby e per lo scambio delle segnalazioni durante le fasi di identificazione,
registrazione, location update e di call setup.
41
Frequency Hopping
• Il salto di frequenza ( frequency hopping) consednte di trasmettere
messaggi successivi di una stessa comunicazione su frequenze portanti
diverse mantenendo lo stesso time slot assegnato alla comunicazione.
• Il frequency hopping viene adottato per combattere disturbi sul canale
di comunicazione, quali fading, cammini multipli e battimenti che
generalmente sono selettivi in frequenza.
• L’algoritmo FH è trasmesso sul canale BCCH (Broadcast Control
Channel) trasportato sullo slot 0.
DCS 1800
•
•
DCS 1800 (Digital Communication System 1800 MHz) fornisce tutti i servizi
del GSM;
La rete DCS 1800 è la stessa della rete GSM e le apparecchiature utilizzate per
il GSM possono essere utilizzate anche per il DCS 1800, sono necessarie
soltanto alcune modifiche nelle apparecchiature RF.
•
DCS 1800 differisce dal GSM per i seguenti fattori:
4 Maggiore capacità: 374 canali in confronto a 124 canali del GSM;
4 supporta terminali con una potenza più piccola rispetto ai terminali GSM; infatti i
terminali DCS 1800 operano a potenze inferiori a 1 W;
4 celle più piccole rispetto a quelle del GSM.
• Frequenze assegnate al sistema DCS 1800:
• uplink
1710 - 1785 MHz (75 MHz)
• downlink
1805 - 1880 MHz (75 MHz)
42
Gestione della mobilità
•
•
•
Le celle sono raggruppate in aree, dette aree di localizzazione (Location
Area), identificate in modo univoco da un numero LAI (Local Area Identify).
Quando viene effettuata una chiamata verso un terminale mobile, viene inviato
un messaggio attraverso il canale di paging (PCH Paging CHannel) verso tutte
le celle dell’area in cui il mobile è attualmente localizzato.
Ogni BTS trasmette su un apposito canale (BCCH) un messaggio che contiene
il proprio codice LAI dell’area a cui appartiene la cella. Quando una MS
attraversa il confine tra due aree di localizzazione, riceve un LAI diverso dal
precedente, per cui deve informare la rete della sua nuova posizione.
IS - 54 e IS - 136
•
•
L’evoluzione dei sistemi cellulari dalla prima alla seconda generazione nel Nord
America hanno avuto una vicenda diversa rispetto all’Europa e al Giappone. Infatti
USA, Canada e Messico avevano un’interfaccia aria comune, per cui non era necessario
sostituire i sistemi di prima generazione e in particolare il sistema AMPS. Per questo
motivo i sistemi di seconda generazione hanno cercato di mantenere una compatibilità
con AMPS.
IS-54 (D-AMPS : Digital AMPS): utilizza una tecnica TDMA.
–
–
–
IS-54 utilizza la stessa suddivisione in canali di AMPS ( 30 KHz)
Ciascun canale AMPS viene utilizzato per trasmettere tre segnali numerici TDMA a 8 kb/s
ottenuta campionando la voce.
Utilizza una modulazione DQPSK ottenendo rispetto a GSM una migliore efficienza spettrale
(guadagno di circa 20%).
43
IS - 95
•
•
•
•
Il sistema è stato inizialmente proposto da Qualcomm;
Utilizza una tecnica di accesso multiplo CDMA;
Ciascun canale utilizza una banda di 1,8 MHz ( 1,25 MHz per canali con due
spazi di guardia agli estremi di 275 KHz).
Ogni canale puà accettare 25-40 chiamate contemporaneamente In questo
modo 10 canali CDMA supportano circa 250-400 chiamate. Al contrario il
sistema AMPS accettava circa 175 chiamate per cella.
JDC ( Japonese Digital Cellular)
• JDC è stato sviluppato per sostituire i tre sistemi cellulari analogici che
attivi in Giappone.
• La struttura base di JDC è molto simile al sistema IS-54 americano e al
GSM: infatti utilizza una tecnica di accesso multiplo TDMA
• Utilizza come frequenza le 800 MHz e 1,5 GHz.
• La modulazione è di tipo л/4 QPSK
• La voce viene codificata a 11,2 Kb/s.
44
Confronto tra i
Sistemi cellulari di seconda generazione
Sistema
GSM/DCS-1800
IS-54/136
PDC
IS-95
Regione
Europa
Nord America
Giappone
Nord America
Banda di frequenza
900/1800
800/1900
700/1500
800-1900
Accesso multiplo
FDMA/TDMA
FDMA/TDMA
FDMA/TDMA
FDMA/CDMA
Separazione portanti
200
30
25
1250
(MHz)
(KHz)
Modulazione
GMSK
ΟQPSK
ΟQPSK
BPSK/QPSK
flusso binario voce
VSELP (HR-5.6)
RPE-LTP (FR-13)
VSELP (FR-7.95)
ACELP (EFR-7.4)
PSI-CELP (HR3.45)
QCELP (8,4,2,1)
RCELP (EVRC)
(Kbit/s)
Durata della trama
ACELP (EFR-12.2)
VSELP (FR-6.7)
4.6
40
20
20
Code rate 1/2
Code rate 1/2
Code rate 1/2
Code rate 1/2 o
(ms)
Codifica di canale
1/3
WAP (Wireless Application Protocol)
•
•
•
•
Un problema molto importante, dato il successo dei sistemi mobili, è l’integrazione
delle due più importanti risorse tecnologiche del momento: Internet e le comunicazioni
mobili per consentire servizi in qualunque istante e posizione.
L’accesso a Internet mediante sistemi radiomobili pone una serie di problematiche per
diversi fattori:
– le basse velocità di trasmissione dei sistemi cellulari;
– le prestazioni più scadenti;
– le dimensioni limitate dei display ( non a colori) e le scarse capacità di
elaborazione, insieme con le ridotte dimensioni delle memorie, del cellulare..
Il GSM consente la navigazione mediante SMS; tuttavia la navigazione è piuttosto lenta
e costosa poiché ogni singolo messaggio consente di veicolare una quantità minima di
dati (160 carattericioè 140 byte). Può essere utilizzato solo per limitate informazioni.
Lo sviluppo di sistemi adatti a consentire l’accesso a Internet mediante cellulari ha avuto
nel 1995, quando Unwired Planet (ora Phone.com) realizzò un nuovo linguaggio di
markup, l’HDML (HanDheld Markup Language) ed un protocollo di trasporto, l’HDTP
(HanDheld Device Transport Protocol) adatti ai sistemi mobili.
Vennero successivamente creati altri protocolli adatti ad essere utilizzati per la
navigazione ipertestuale da terminali mobili ma mancava ancora un linguaggio che fosse
supportato universalmente, come ad esempio l’HTML utilizzato nei browser standard, e
mancavano protocolli di trasporto che potessero dialogare con detti terminali ma anche
con i tradizionali server del Web.
45
WAP
•
•
•
•
Il WAP, come abbiamo già detto, è stato progettato per funzionare sugli
apparati wireless, in particolare i telefoni cellulari, indipendentemente
dal sistema radiomobile utilizzato (GSM, IS, CDMA, ecc.).
La navigazione WAP è simile a quella “tradizionale effettuata con il PC.
Dopo aver effettuato la connessione è possibile visualizzare
direttamente sul display del proprio telefonino qualunque sito WAP.
il WAP si basa sul servizio di trasmissione di ipertesti WWW utilizzato
su Internet, ma presenta alcune ottimizzazioni per sopperire alla scarsa
potenza elaborativi dei dispositivi, come telefonini o PDA, alle piccole
dimensioni dei loro display e alla ridotta ampiezza di banda.
Esiste, comunque, compatibilità tra queste due tecnologie (WAP e
WEB) poiché entrambe utilizzano il protocollo http.
WAP Forum
•
•
•
•
•
WAP Forum è stato fondato nel giugno 1997 da parte di alcune fra le più grandi
multinazionali mondiali nel campo delle telecomunicazioni (come Nokia, Ericsson,
Motorola, Phone.com,..) .
Lo scopo di WAP Forum è quello di fornire l’accesso alla rete Internet e ai suoi servizi
da terminali mobili ed altri dispositivi wireless;
– creare un protocollo universale che potesse funzionare utilizzando diverse
tecnologie di rete mobile;
– favorire la creazione di nuovi servizi distribuibili a diversi tipi di apparecchi e su
distinte tecnologie di rete.
Attualmente aderiscono a WAP Forum oltre 400 aziende.
I lavori del WAP FORUM hanno portato al rilascio della suite WAP versione 1.0, nel
maggio 1998, 1.1 nel giugno 1999 e della 1.2 nell’ottobre 2000. La suite include:
– il linguaggio WML (Wireless Markup Language) derivato dal linguaggio HTML
(Hypertext Markup Language), solitamente utilizzato nel Web.
Il WML è un linguaggio relativamente semplice, è compatibile con i server Web attuali,
richiede ridotte capacità di memoria sul cellulare ed è efficiente per quanto riguarda lo
sfruttamento della ridotta banda radio disponibile.
46
Modello WWW
\
Modello WAP
•
Il modello su cui sia basa WAP è molto simile a quello del WWW.
•
il "wap gateway" ha funzioni ben diverse da un normale web gateway: si occupa infatti
di tradurre in WML i documenti richiesti dal client, ove questi fossero di tipo HTML,
ordinarli in schede e pacchetti (cards e decks), compattarli in binario e inviarli al
telefonino che ne ha fatto richiesta.
47
Evoluzione della seconda generazione di
reti cellulari
•
•
La crescita di Internet e dei relativi servizi ha determinato la necessità di
realizzare reti mobili in grado di trasmettere dati e di consentire la connessione
a Internet anche attraverso un cellulare oppure un PDA.
Per consentire questi servizi è necessario realizzare reti con velocità maggiori
rispetto a quelle possibili con le reti cellulari di seconda generazione.
Evoluzione temporale:
• 2G+ : in cui saranno sviluppate modifiche dei sistemi attuali (GSM, PDC, IS136) per consentire sia di aumentare la velocità, sia di realizzare trasmissioni
di traffico IP ( e quindi a commutazione di pacchetto).
• 3G: saranno operativi sistemi mobili ad alta velocità (UMTS, IMT-2000), che
consentiranno alte velocità(2 Mb/s).
• 4G: ancora in fase di definizione; consentirà alte velocità di trasmissione (oltre
2 Mb/s).
Evoluzione del GSM
• GSM classico : commutazione di circuito, velocità fino a 9,6 Kb/s
• HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) : servizio a
commutazione di circuito - operativo dal 1999 velocità di 57,6 Kb/s
• GPRS (General Packet Radio Service): servizio a commutazione di
circuito, operativo dal 2000 - velocità di 171,2 Kb/s ( nella realtà circa
114 Kb/s);
• EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution) : servizio a
commutazione di circuito, operativo dal 2002 - velocità fino a 384
Kb/s;
• UMTS o INT - 2000 ( terza generazione - 3G): velocità fino a 2
Mb/s.
48
HSCSD
(High Speed Circuit Switched Data)
•
HSCSD rappresenta un’evoluzione del GSM, in cui è possibile utilizzare diversi circuiti ( o
time slot) del GSM insieme fino a un massimo di 4 timeslot.
•
HSCD è una tecnica a commutazione di circuito,standardizzata da ETSI.
•
Ogni canale consente una velocità di 14,4 Kb/s, per cui HSCSD consente una velocità di
57,6 Kb/s sulla tratta radio e quindi una velocità paragonabile a quella di ISDN).
•Ogni utente trasmette i dati in un certo numero di
canali ( fino a 4 canali); la rete GSM è collegata a una
rete a commutazione di pacchetto e provvede a
convertite la struttura temporale dei dati ricevuti dai
diversi utenti in un unico flusso a commutazione di
pacchetto.
Rete
GSM
•HSCSD presenta il vantaggio di non richiedere
modifiche significative della rete GSM; infatti, molti
sistemi richiedono soltanto la modifica del software
per consentire lo sviluppo del servizio HSCSD
partendo da un sistema GSM.
Rete
Commutazione
di
pacchetto
Time slot vuoto
GPRS (General Packet Radio System)
• Il sistema GPRS consente di utilizzare la rete GSM per servizi a
commutazione di pacchetto.
• L’utilizzatore GPRS può utilizzare la rete GSM per collegarsi alle reti
a commutazione di pacchetto ( X.25 o IP).
• La rete può riservare uno o più timeslot ( canali) di una portante per il
servizio GPRS. Ogni utente può utilizzare al massimo 8 time-slot.
Ciascun canale (time-slot) presenta una velocità di circa 21,4 Kb/s, per
cui la velocità massima per ciascuna stazione mobile è teoricamente di
171,2 Kb/s.
• I canali di uplink e downlink sono separati e quindi è possibile
utilizzare differenti velocità di trasmissione e larghezze di banda.
49
GPRS (General Packet Radio System)
• L’allocazione dei canali radio avviene in modo dinamico in base alle
risorse disponibili e al traffico presente in rete, per cui l’utente può
accedere a diverse velocità.
GPRS (General Packet Radio System)
•
Per il GPRS sono stati definiti nuovi standard di codifica di canale indicati con la sigla
CS1, CS2, CS3, CS4. Questi schemi possono essere scelti a secondo delle condizioni di
propagazione.
CS1 e CS2 presentano bassi valori di throughput, am saonoa datti ad ambienti rumorosi.
CS3 e CS4 presentano elevati valori di throughput, ma presentano scarsa protezione ai
disturbi.
•
•
Velocità minime
e massime
•
•
N. Time-slot
1
8
CS1
9,05
72
CS2
13,4
107,2
CS3
15,6
124,8
CS4
21,4
171,2
Nella prima applicazione del GPRS sarà possibile utilizzare soltanto C1 e C2 perché
l’interfaccia A-bis non supporta velocità superiori a 16 Kb/s. Nella realizzazione del
GPRS con gli schemi CS3 e CS4 è necessario aggiornare le BTS.
La rete GPRS utilizza le risorse soltanto quando necessarie in modo dinamico. Ad
esempio per consentire una comunicazione vocale, la rete può riservare un canale a un
solo utente, per cui questo canale non è una risorsa condivisa. Nel caso siano necessarie
più alte velocità, GPRS può riservare più slot ad un utente.
50
Perché la commutazione di pacchetto?
Bursty Services
Utilizzazione del circuito
bit/s
Capacità (Mbytes)
WWW
pages
Circuit
Capacity
33.6k
USATA
DISPONIBILE*
% USATA
Email
(Download)
0.99
9.7
10.2
Email
0.06
3.0
2.0
0.23
4.2
5.5
t
Mean
WWW browsing example
(Browsing)
• Molte attività dell’utente sono
di tipo bursty e.g. browsing
Web
(browsing)
WWW pages
* 56.6 Kbits/s
• Internet ha ritardi variabili
• il canale PSTN è scarsamente
utilizzato 100%
GPRS
La tecnologia GPRS (General Packet Radio
Service) rappresenta un servizio a valore
aggiunto della rete GSM (GSM fase 2+) che:
– condivide il mezzo trasmissivo (8 slots TDMA) del
GSM
– lascia inalterata la modalità di trasmissione voce
del GSM (commutazione di circuito)
– permette di inviare e ricevere dati con un sistema
definito “a commutazione di pacchetto”(stessa
logica di Internet).
51
Caratteristiche del GPRS
Velocità di trasferimento
La massima velocità teorica consentita è circa 171 Kbps, ottenibile
utilizzando contemporaneamente tutti gli 8 timeslot disponibili
della trama TDMA del GSM; tuttavia ciò non è sostenibile in
quanto sarebbe eliminato il traffico voce.Occorre perciò trovare
un compromesso tra le due esigenze.
Nota: tale velocità risulta 3 volte maggiore di quella dei modem analogici per PC
Immediatezza del servizio
All’accensione del mobile GPRS questo si connette in modo
“always on” ovvero rimane sempre collegato alla rete (per il
GSM si parla di connessione dial-up) come se disponesse di
una linea dedicata. Quindi le informazioni possono essere
spedite e ricevute appena se ne presenta la necessità evitando
inutili attese.
Nota: ciò è di rilevante importanza per tutte le applicazioni dove il tempo è una
variabile critica come ad esempio la verifica in remoto di carte di credito
.
GPRS (General Packet Radio System)
•
La rete GPRS richiede l’introduzione di nuovi apparati nella core network del GSM. In
particolare:
– SGSN (Serving GPRS Support Node): sono le entità che svolgono le principali
funzionalità del GPRS. Generalmente vi sono vari nodi SGSN e la rete che li
collega serve ad effettuare il routing dei pacchetti trasmessi dagli utenti della rete.
– GGSN (Gateway GPRS Support Node): fornisce la connettività verso altre reti
(X.25, Internet).
– PCU (Packet Control Unit): serve a gestire i pacchetti e il canale radio.
52
Schema della rete GPRS
Modifiche alla rete GSM
•Le
modifiche alla rete GSM dovute all’introduzione del GPRS possono
essere così distinte per i vari elementi di rete:
•Terminale Mobile:è richiesto un terminale completamente nuovo che sia in
grado di gestire il traffico a pacchetto del nuovo protocollo GPRS.
•BTS: è richiesto un aggiornamento del software.
•BSC: è richiesto sia un aggiornamento del software che l’installazione di un
nuovo componente hardware chiamato Packet Control Unit (PCU).
Quest’ultimo serve per far instradare al BSC il traffico CPRS verso la
competente SGSN; inoltre la PCU è collegata ad un nodo SGSN tramite una
connessione “frame relay”.
•Core network: occorrono i nuovi nodi SGSN (routers) e GGSN (gatewayfirewall ).
•Database (HLR, VLR): è richiesto un aggiornamento software per supportare
i nuovi profili di utente ed i nuovi tipi di servizi introdotti dal GPRS.
53
Modalità di funzionamento
Questo tipo di trasmissione prevede un utilizzo della
rete direttamente proporzionale alla quantità di dati
trasmessi e/o ricevuti;
E’ consentita la suddivisione delle risorse fra più utenti e
una razionalizzazione del dimensionamento della
rete in base al carico.
Le nuove norme tariffarie saranno quindi calcolate in
base al numero di pacchetti scambiati nelle varie
transazioni.
GPRS e Internet
• Il GPRS porta sulla rete GSM i protocolli di comunicazione IP e
X.25
• Ogni applicazione ora esistente su reti IP o X.25 sarà in grado di
operare su una connessione GSM e quindi il GPRS costituisce
un’estensione wireless di Internet e delle reti X.25 esistenti
• GPRS permette comunicazioni voce e dati simultanee ed è
quindi ipotizzabile uno scenario in cui l’utente pur essendo
connesso possa anche fare o ricevere chiamate voce.
• Inoltre, con il protocollo “voice over IP” si potrebbero allocare
tutti gli slot della trama TDMA per trasmettere dati
• GPRS USA IL TUNNELLING IP. AD UN MOBILE e’
ASSOCIATO UN INDIRIZZO INTERNET TEMPORANEO DI
CLASSE C
54
Applicazioni del GPRS
• In base alla ripartizione della trama TDMA, il GPRS permetterà
la trasmissione di dati ad una velocità di circa 60Kbit/s, per le
fasi successive sarà possibile inoltre un ulteriore incremento di
tali velocità (EDGE).
• Si potranno offrire agli utenti servizi fino a ora realizzabili solo
con un personal computer:
–
–
–
–
–
accedere a Internet e scaricare files dal Web;
incrementare l'uso del commercio elettronico
gestire in maniera efficiente la posta elettronica;
consultare banche dati e servizi informativi disponibili on line;
realizzare l'ufficio mobile, sistemi elettronici di pagamento a
distanza, monitoraggio ambientale, telemedicina...
Testo, File & Videoclip
TEXT
FILES
VIDEOCLIPS
Applicazioni tipiche
Messaggi semplici
Notifica di eventi
Servizi Push/pull
e-commerce semplice
Typical file size:
SMS
E-mail
WML
0.2 kB
5 kB
2 kB
GSM
Web browsing
business
e-commerce
.DOC (text)
.XL (s/sheet)
.PPT (graphics)
.GIF (photo)
.HTML (web page)
GPRS
E-commerce (commercio
interattivo, pubblicità etc)
Servizi di intrattenimento
Business
200 kB
200 kB
1,000 kB
100 kB
30 kB
MPEG-4 (30sec video) 4 MB
MPEG-3 (3 min audio) 2 MB
EDGE / UMTS
55
Why Permanent Virtual
Permanent
Virtual Circuits
Circuits?
Email via GSM
User
Modem
Modem
Auth.
Server Email
Server
Auth.
Server Email
Server
Email via GPRS
User
GPRS
GSM
Virtual GPRS
Data Tunnel
Processo Iniziale di chiamata
•
•
•
•
Chiamata GSM
InizializzazioneModem
Login and Authenticate
Download mail
Totale
Internet
Internet
PSTN
Tempo (s)
4
30
11
180
3 min 45s
Authenticated path
to Email server
Processo iniziale di chiamata
• Chiamata GPRS l
• Login and Authenticate
• Download mail
Totale
Chiamata successiva
SUBSEQUENT CALL
• Stesso tempo della precedente 3 min 45s
• Nessun tempo - Virtual Cct
E-mail solo quando connesso
Tempo (s)
4
11
180
3 min 15s
0min
0s
Email scaricata continuamente
Tipi di teminali GPRS
Tipo A: Può supportare sia la commutazione di circuito
sia di pacchetto simultaneamente.
Tipo B: Questo tipo di terminale può supportare
commutazione di circuito o di pacchetto ( ma non
contemporaneamente) e può essere registrato per
ambedue ( indirizzo IP e numero PSTN)
Tipo C: Questo tipo di telefono può essere registrato
solo per la commutazione di pacchetto o per quella di
circuito, ma non per ambedue
56
Banda: Impatto sull’usabilità
GSM @ 9.6 kbps
GPRS @ 56 kbps
833
1.000
1.667
250
3 mins
83
42
100
25
15 secs
4
10
1
10
T
Do
c
Au
di
oc
lip
Vi
de
oc
lip
Do
c
PP
or
d
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ot
o
W
Pa
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)
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W
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42
7
14
4
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rt)
ge
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ail
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Em
o
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Ph
W
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Do
PP
T
c
Do
c
dio
Au
lip
Vi
lip
oc
de
10,000
1,000
70
100
139
279
21
3
7
2
Transmission Time
(Seconds)
Transmission Time
(Seconds)
100
557
EDGE/UMTS @ 384 kbps
10,000
1,000
100
42
21
83
6
10
2
1
1
1
E
279
139
Em
GPRS @ 115 kbps
10
1,000
1
Em
Em
10,000
3.333
Transmission Time
(Seconds)
Transmission Time
(Seconds)
10.000
)
rt)
ge
ng
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ail
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Ph
W
d
or
c
Do
PP
T
c
Do
c
dio
Au
lip
Vi
lip
oc
de
EDGE
(Enhanced Data Rates for Global
Evolution) :
•
•
•
EDGE cambia il livello fisico del GSM. Infatti esso utilizza una modulazione
8 PSK. GSM e GPRS utilizzano una modulazione GMSK
Ogni simbolo in 8 PSK corrisponde a 3 bit, per cui la velocità di EDGE è 3
volte quella del GPRS, cioè 384 Kb/s.
EDGE opera come GPRS ai livelli superiori consentendo a utente di accedere
fino a 8 timeslot.
FASI DELLO SVILUPPO DI EDGE
• Fase1 (Release’99 & 2002 sviluppo) supporta la trasmissione a pacchetto fino
a 384 Kb/s;
• Fase 2 (Release’2000 & 2003 sviluppo) sarà aggiunta Voice su IP.
57
IS-136+
•
•
•
•
•
IS-136+ rappresenta l’evoluzione del sistema americano I-136.
IS-136+ si propone di introdurre la commutazione di pacchetto nella trasmissione
radiomobile.
IS-136+ usa un sistema EDGE ( anche se con funzionalità ridotte rispetto a quello
europeo)
IS-136+ utilizza una banda di 30 KHz per ciascun canale ; introduce una modulazione 8
PSK ( oltre a quella π/4 DQPSK di IS-136). Tuttavia a causa della banda ridotta rispetto
al GSM si può ottenere una velocità massima di 43,2 Kb/s.
IS-136+ si basa sulla struttura di una rete GPRS.
Rete
IS - 136
PCU MSC
SGSN
PSTN
GGSN
Internet
X.25
Terza generazione dei sistemi cellulari
• I sistemi cellulari di prima e seconda generazione hanno
consentito la diffusione della comunicazione vocale "wireless" in
tutto il mondo ed hanno interessato un numero via via crescente
di utenti.
• I sistemi di seconda generazione hanno determinato lo sviluppo
di nuovi servizi
• Lo sviluppo di Internet e delle applicazioni multimediali ha
determinato l’esigenza di accedere a tali informazioni in
qualunque luogo e momento.
• I sistemi radiomobili di terza generazione sono stati progettati
per le comunicazioni multimediali (trasmissione di dati, immagini
fisse e in movimento,..)
• I vantaggi offerti dalla rete mobile: localizzazione e
personalizzazione allo spazio e al tempo.
• I sistemi di terza generazione consentiranno elevate velocità di
trasmissione.
58
Standardizzazione sistemi di terza
generazione
•
•
•
Il processo di standardizzazione dei sistemi di terza generazione ha avuti inizio nel 1992
quando WARC (World Administration Radio Conference) dell’ITU assegnò una banda
di 230 MHz nella banda dei 2 GHz per lo sviluppo di un sistema universale, chiamato
FPLMTS (Future Public Land Mobile Mobile Telecommunication System).
Tale sistema fu successivamente indicato con il nome di IMT-2000 (International
Mobile Telecommunication 2000).
In Europa è stato indicato con UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) e
standardizzato da ETSI, che iniziò la standardizzazione nel 1996.
UMTS terrestre:
•1885 - 2025 MHz
•2110 - 2200 MHz
che include le bande
UMTS satellitare:
•1980 - 2010 MHz
•2170 - 2200 MHz
UMTS
59
Bande di frequenza assegnate ai sistemi
radiomobili (3a gen.)
MSS= Mobile
Satellite System
1700 2
0
4
0
6
0
8
0
1800
2
0
4
0
6
0
8
0
1900 2
0
WARC'92
4
0
6
0
IMT-2000
2000 2
0
8
0
4
0
downlink
8
0
2100 20
MSS
40
6
0
8
0
2200 20
40
6
0
8
0
IMT-2000 MSS
190 MHz
95 MHz
DCS1800
6
0
DCS1800
DECT
UMTS
UMTS
MSS UMTS
Up
Europa
UMTS
MSS
MSS
Dwn
uplink
downlink
80 MHz
A D B EF C
Unlic
.
A D B EF C
C
MSS
Up
Reserved
MSS
Dwn
190 MHz
uplink
PHS
USA
3a gen.
MSS
Up
Giappone
3a gen.
MSS
MSS
Dwn
Per IMT-2000 è stata allocata su scala mondiale una banda di circa 250 MHz.
La proposta ETSI per IMT-2000: il
sistema UMTS
Valgono le caratteristiche base di IMT-2000 con le seguenti specificità:
•
•
•
•
•
•
Servizi multimediali con bit-rate massimo da 144Kbit/s fino a 2 Mbit/s.
–
Viene usato CDMA con chip-rate fisso. Quindi il maggiore bit-rate è ottenuto a
scapito di un minore fattore di spreading. Maggiore è la mobilità di utente, minore
è il massimo bit-rate ottenibile per una data qualità del servizio, es. BER = 10-6).
Creazione dei servizi (servizi di rete intelligente - IN).
Wireless Local Loop, cordless, reti cellulari terrestri e via satellite
integrati in un unico standard.
Virtual Home Environment (VHE): la rete intelligente consentirà ad
un utente mobile sottoscrittore di un servizio di accedere allo stesso
servizio con le stesse caratteristiche anche in una nuova rete raggiunta
con roaming.
Global Roaming e quindi interoperabilità delle reti a livello mondiale.
Software downloading su carta intelligente identificativa di utente (USIM).
60
COS’E’ L’UMTS
“UMTS significa Universal Mobile Telecommunication
System ed è lo standard della terza generazione di servizi
telefonici mobili (3G)
“Sviluppato secondo il framework definito dall'ITU
(International Telecommunications Union) e conosciuto col
nome di IMT-2000.
GENERAZIONI
“La
rete analogica
rappresentava la
prima generazione
di telefonia mobile
(1G)
“La rete GSM,
tuttora attiva,
rappresenta la
seconda (2G)
“La tecnologia GPRS, di transizione tra GSM ed UMTS è
anche detta (2,5G)
61
CARATTERISTICHE
“Data
rate elevato
“Trasmissione di Pacchetto dei Dati
“Usabilità dell’interfaccia
“Mobilità e copertura
“Tecnologia radio per tutti gli ambienti
“Servizi UMTS disponibili via satellite
Data rate elevato
UMTS raggiungerà la
velocità di 2Mb/s cioè
10 volte la velocità di
GPRS o di una
connessione ADSL
L’Internet Protocol
permetterà di ricevere servizi
multimediali interattivi e
nuove applicazioni di banda
larga (videotelefono e
videoconferenze).
UMTS
GSM 2+
ISDN
PSTN
GSM Ph1
0
10sec
1min
10min
1h
62
Trasmissione di pacchetto
“ La maggior parte degli attuali sistemi cellulari usa
per la trasmissione dei dati la “commutazione di
circuito”.
“ UMTS integra alta velocità di pacchetto e
trasmissione di dati con commutazione di circuito.
“ Divisione in più pacchetti prima della trasmissione
dei dati, poi riassemblati all’arrivo.
Tutti i pacchetti portano l’indicazione della loro
relazione con gli altri, del mittente e del
destinatario, perciò la strada percorsa per arrivare
a destinazione perde importanza.
Trasmissione di pacchetto: benefici
“
“
“
Le frequenze radio sono occupate solo durante la
trasmissione o la ricezione dei dati
Connessione virtuale alla rete 24 ore su 24.
Forme di pagamento alternative (es. Pay-per-byte,
per sessione, flat rate, up-link/down-link asymmetric
bandwidth).
“Data
rate on demand
“Trasmissione dei dati di
pacchetto
Operazioni
meno costose
63
Il sistema UMTS
Ottenimento del sistema UMTS con successive evoluzioni:
–
UMTS fase 0: la rete è quella di GSM fase 2+, ma questa fornisce
agli utenti servizi di tipo UMTS (limitati dal massimo bit-rate del
GSM fase 2+). La rete GSM necessita di un aggiornamento
software.
–
UMTS fase 1: nella rete GSM fase 2+ si affianca al BSS il nuovo
sistema radiobase, denominato UTRAN, in cui le stazioni base
supportano una nuova interfaccia aria (UTRA) per gestire i servizi
ad alto bit-rate previsti da UMTS.
•
–
La core network rimane quella del GSM; stazioni base GSM
coesistono con stazioni base UMTS.
UMTS fase 2: il sistema UMTS ha una nuova core network
(operazioni verso 2002).
La componente satellitare di UMTS
CYBERSTAR, ASTROLINK,
EUROSKYWAY, GE*STAR
GPS
GLOBALSTAR,
SKYBRIDGE, TELEDESIC
Picchi di radiazione
delle Fasce di Van
Allen
Un satellite della costellazione TELEDESIC.
ICO
terra
Terra
IRIDIUM
Low Earth Orbit (LEO)
Medium Earth Orbit (MEO)
Quando nel 2003 questo sistema satellitare diverrà operativo,
esso avrà in orbita 288 satelliti, ciascuno dal peso di 700 Kg.
Le frequenze di trasmissione saranno nella banda Ka (26-40GHz).
GEostationary Orbit (GEO)
Tali satelliti forniranno agli utenti mobili servizi multimediali.
I sistemi satellitari serviranno per la copertura di aree impervie e
scarsamente popolate o come back-up delle reti radiomobili terrestri.
64
Usabilità dell’interfaccia
Nessuna tastiera numerica,
ma touch screen e pochi
pulsanti fondamentali
Una tastiera "virtuale"
compare per scrivere
e-mail e testi
Accesso alle applicazioni e alle loro
funzioni attraverso icone grafiche
I tasti funzione sono pochi e di
utilizzo intuitivo
Architettura cellulare a strati
Satellite
Si avranno picocelle in
edifici, microcelle in area
urbana, macrocelle per la
copertura di aree suburbane
e rurali a basso traffico.
Macrocella satellitare
Macrocella terrestre
Le dimensioni delle celle
dipendono dalla potenza di
trasmissione, dalle frequenze
usate, dall’altezza dell’antenna.
Microcella
Picocella
Copertura globale
Area rurale e suburbana
Area urbana Interno degli edifici
I vari strati (layers) usano frequenze diverse. I vari strati cellulari sono interoperanti
(es., inter-layer handoff). Già con sistemi di 2a generazione è possibile ottenere
questa architettura, ma i vari strati non sono interoperanti (es., WLAN, DCS 1800,
GSM, Satellite).
65
Mobilità e copertura
Globale
Suburbana
Le celle classiche
verranno divise in:
Urbana
Edifici
Interni
Terminali
audio/video
1. macro-celle
2. micro-celle
3. micro/pico-celle
4. pico celle
Inter-Network Roaming
Più piccola è la cella, maggiore sarà la trasportabilità dei dati.
Si passerà da un minimo di 144Kbit/s nelle macro-celle, ad
una velocità di 2.048Mbit/s nelle pico-celle.
Tecnologia radio per tutti gli ambienti
“L’interfaccia
radio UTRA
sosterrà le operazioni con alta
efficienza di spettro e qualità di
servizio.
“l’UMTS potrà raggiungere i
2Mbit /s grazie alla tecnologia
chiamata W-CDMA (WidebandCode Division Multiple Access).
“Questa permetterà di trasferire i
dati su larga banda, ovvero
1885-2025Mhz e 2100-2200Mhz.
66
Mobilità e copertura
“L’UMTS
è concepito come un sistema globale,
comprendente componenti terrestri e satellitari.
“Terminali operanti secondo modalità multiple
estenderanno la portata dei servizi UMTS.
“Un abbonato potrà effettuare operazioni di roaming
da un network privato a uno pubblico di tipo
pico/micro-cellulare, quindi a un network di tipo
macrocellulare (cioè uno di terza generazione) e infine
a un network satellitare mobile, il tutto con minime
ricadute sulla comunicazione.
Tecnologia radio per tutti gli ambienti:
Problemi
“I terminali UMTS non opereranno ad alta velocità in tutti gli
ambienti.
In zone remote o aree urbane congestionate supporteranno
solo data rates più basse.
“In alcuni paesi si dovrà ridiscutere le allocazioni radio delle
reti televisive.
Infatti, lavorando nella banda 1900-2200Mhz, l'UMTS si va a
porre in contrasto con quelle televisioni via etere che
trasmettono usando quelle stesse frequenze (in Italia è il caso
di RAI 1).
67
Servizi UMTS disponibili via satellite
“La
tecnologia satellitare avrà un
ruolo importante nella copertura
mondiale di UMTS.
“All'interno
della banda assegnata
all'UMTS, cioè 1885-2025MHz e
2110-2200MHz, le frequenze
1980-2010MHz e 2170-2200MHz
sono riservate proprio alla
componente satellitare del
sistema.
SERVIZI
68
Virtual home environment
“Un
ambiente virtuale UMTS in cui l’utente ha l’accesso
ai servizi a prescindere da terminale e dalla rete
utilizzati.
“VHE
definisce anche le modalità di sviluppo di nuovi
servizi (service creation environment) per ampliare
nuovi servizi e renderli sempre più portatili.
“Offre
la possibilità di effettuare download di software,
in completa sicurezza e trasparenza verso l’utente.
Servizi multimediali
“Le applicazioni dell’ampia gamma di servizi disponibili con
l’UMTS sono svariate, grazie al supporto di terminali con
caratteristiche anche profondamente diverse tra di loro.
“Sviluppo di servizi di comunicazione ed intrattenimento
“Integrazione ed evoluzione di servizi GSM e WAP.
69
Servizi di comunicazione
“Video-cataloghi
commerciali on-line.
“Applicazioni
di tele-medicina. Trasmettere direttamente sul
luogo di incidenti, le lastre, o le fotografie dei feriti.
“Applicazioni di video-streaming. Ricevere, su richiesta,
filmati direttamente sul telefonino.
Servizi di intrattenimento
UMTS permetterà
di seguire in
video-streaming
eventi sportivi o
videoclips
La qualità delle immagini dipenderà dalla risoluzione e dal data
rate del terminale
70
Accesso a servizi Internet-Intranet
“
“
Con UMTS non c’è più
bisogno di protocolli
specifici come wap, ma si
usa IP
Sarà necessario
visualizzare i contenuti
informativi secondo
modalità del tutto differenti
da quelle di un PC di
scrivania
Accesso a servizi Internet-Intranet:
applicazioni
“
“
“
“
“
“
“
procurarsi certificati, pagamenti di tasse e controllo
della veridicità
acquisti on-line, fruizione di giornali on-line
scuole virtuali, biblioteche on-line, laboratori linguistici
o scientifici.
mobile office e gruppi di lavoro virtuali
banche virtuali, controllo dell’andamento della Borsa
effettuare transazioni finanziarie tramite le nuove
USIM card
prenotare voli o posti ferroviari
71
Servizi vocali
“Servizi GSM limitati
perché interfaccia difficile
per utente
“La tecnologia di
riconoscimento vocale
dell’UMTS potrebbe
eliminare il problema
“Il linguaggio “VoXML”
rappresenta un
meccanismo standard per
controllare le applicazioni
tramite comandi vocali.
“Le
applicazioni più
fruibili apriranno il
mercato UMTS anche
agli utenti meno
esperti.
Sicurezza ed identificazione dell’utente
“USIM
sostituisce SIM del GSM
“Offre una maggiore capacità di memoria
in cui inserire e memorizzare qualsiasi tipo
di dati.
“Le carte non richiederanno contatto
(contactless cards), permettendo un
utilizzo più semplice e soprattutto più
ampio
72
Servizi di localizzazione: GSM
“rete
usata come mezzo trasmissivo
appoggiandosi a sistemi specifici per
la localizzazione, come il GPS
(Global Positioning System)
“utilizzo delle tecniche native che il
GSM mette a disposizione per
localizzare l’utente (identificativo di
cella, metodi di triangolazione basati
sui diversi livelli di potenza ricevuti).
“Il GSM non è però strutturato per supportare in modo nativo
e completo i concetti di localizzazione
Servizi di localizzazione: UMTS
“
UMTS può localizzare sul territorio diversi utenti
senza altre apparecchiature
“APPLICAZIONI:
“Servizi
di navigazione,
controllo del traffico e antifurto.
“Supporto alla navigazione a
bordo
“Monitoraggio dei veicoli con
un sistema UMTS per la
localizzazione.
“Servizi di pagine gialle,
informazioni turistiche
73
CONCLUSIONI: vantaggi
“Miglioramento
della qualità dei servizi
“Aumento della velocità di trasmissione anche in aree
Suburbane/Urbane
“Memoria e trasmissione dati portatili ad alta sicurezza
per commercio elettronico via UMTS.
“UMTS unisce telefonia mobile e navigazione in
Internet con interfaccia grafica.
“UMTS sarà uno standard 3G universale e non solo
europeo.
“Possibilità di accesso a servizi UMTS in varie
modalità.
CONCLUSIONI: svantaggi
“Data
rate di 2mb/s disponibile solo in alcune aree.
“Terminale piccolo perché portatile e difficoltà di vedere
bene i video.
“Mancanza di terminali UMTS funzionanti in grado di
supportare il nuovo standard.
“Tecnologia non ancora lanciata ma in fase di
sperimentazione perché la qualità necessaria deve essere
molto alta.
“Molte aziende che in precedenza avevano dato grande
spazio all'UMTS, hanno ridimensionato le loro aspettative.
“I costi dei servizi on-line dovranno essere bassi per
convincere gli utenti ad abbonarsi.
74
Sistemi cordless
•
La telefonia cordless consente di effettuare chiamate telefoniche attraverso il
collegamento con una stazione base fissa.
•
Questo tipo di telefonia si rivolge espressamente ad una utenza che si muove in
un’area relativamente piccola ( casa ufficio, ambienti di piccole dimensioni,..), a
differenza di quanto avviene nella telefonia cellulare che è disegnata per essere
usata in movimenti anche di lunga distanza, a volte oltre i confini nazionali.
•
Tre sono le principali aree di applicazione della telefonia cordless:
• applicazioni residenziali o domestiche (in casa): distanze piccole e
applicazioni semplici,
• applicazioni in ambienti commerciali (in ufficio);
• applicazioni per l’accesso alla rete telefonica pubblica.
•
Le ultime due applicazioni consentono la realizzazione di:
• centralini cordless , indicati anche con la sigla CPBX (Cordless
Private Branch eXchange );
• telepoint.
Centralino cordless
UFFICIO
Stazione
Fissa
Wireless
cell
( 100 m)
CENTRALINO
CPBX
RETE
TELEFONICA
PUBBLICA
Stazione
Fissa
Wireless
cell
( 100 m)
75
Telepoint
Stazione
Fissa
RETE
PUBBLICA
Stazione
Fissa
Stazione
Fissa
Sistemi cordless di prima generazione
•
•
•
I primi standard di telefonia cordless, sviluppati da CEPT (Comitato
Europeo per le Poste e Telecomunicazioni) utilizzavano una
tecnologia analogica:
CT0 ( Cordless Telephone 0);
CT1 (Cordless Telephone 1).
Principali problemi
• scarsa sicurezza e riservatezza delle conversazioni,
• modesta qualità delle conversazioni
• forte sensibilità alle interferenze e ai disturbi
76
Sistemi cordless di seconda generazione
Nel 1985 furono proposti al CEPT (Conferenza Europea per le Poste e
Telecomunicazioni) due diversi sistemi cordless di seconda generazione per la
standardizzazione:
•
CT2 (Cordless Telephone –2): proposto dal Dipartimento inglese per l’Industria e il
Commercio.
•
CT3 (Cordless Telephone-3): proposto dal Ministero delle Poste e Telecomunicazioni
svedese e basato su una versione migliorata di una tecnologia cordless proposta per la
prima volta dalla Ericsson nel 1984.
•
Nel gennaio 1988 il CEPT decise di accettare lo standard proposto dal ministero svedese
(CT3) e allocò per esso una banda riservata di frequenze da 1880 MHz invece dei 900
MHz adottati per il CT2.
•
Tale standard rappresenta la formulazione originaria di quello che oggi viene chiamato
standard DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunication).
•
Il CEPT, tuttavia, non fissò un piano temporale stringente per l’introduzione di questo
standard nei paesi membri. Inoltre, non essendo le decisioni del CEPT degli standard ma
semplici raccomandazioni, la mancanza di consenso in ambito CEPT ha portato alla
introduzione di due diversi sistemi cordless: il primo in Inghilterra basato sullo standard
CT2 ed il secondo basato sullo standard CT3/DECT.
DECT (Digital Enhanced Cordless
Telecommunications)
•
•
•
•
•
Il DECT è lo standard adottato da ETSI per i sistemi cordless digitali. Il sistema utilizza
un metodo di accesso multiplo di tipo TDMA ed opera nella banda di frequenze 18801900 MHz.
Nel 1989 CEPT emise la raccomandazione T/R 22-02 nella quale si suggeriva ai paesi
europei di usare per il DECT. Data la necessità di una regolamentazione internazionale,
nel settembre 1989 alcune delle principali compagnie europee di TLC firmarono un
documento, il MoU, nel quale si impegnavano a supportare lo sviluppo del DECT
Nel Luglio 1991 l’ETSI formulò una prima bozza del futuro DECT. Con il DECT
l’ETSI definisce un modello pan-europeo di interfaccia radio a bassa potenza per
l’accesso ad una infrastruttura di rete fissa. Nel 1992 il comitato RES-3 completò la
definizione del DECT che su iniziativa dell’ETSI fu riconosciuto come standard
europeo di telecomunicazioni.
La banda di frequenze 1880-1900 MHz è suddiviso in 10 canali di trasmissione
(portanti), separati tra loro di 17.28 KHz e compresi tra 1881.792 e 1897.344 KHz.
Il DECT presenta alcune caratteristiche simili al GSM, quale la modulazione utilizzata e
il tipo di accesso multiplo (TDMA).
77
Confronto tra i diversi sistemi cordless di
seconda generazione
Sistema
CT2
CT2+
DECT
PHS
Regione
Europa
Canada
Europa
Giappone
Duplexing
TDD
TDD
TDD
TDD
Banda di frequenza
(MHz)
Separazione portanti
864 – 868 944 - 948 1880-1900 1895-1918
100
100
1728
300
Numero di portanti
40
40
10
77
Canali per portante
1
1
12
4
(KHz)
Bit-rate del canale
(Kbit/s)
Modulazione
Codifica della voce
Potenza media
trasmessa (mW)
Picco della potenza
trasmessa (mW)
Durata del frame
72
72
1152
384
GFSK
GFSK
GFSK
π/4 DQPSK
ADPCM ADPCM
ADPCM ADPCM
32
32
32
32
5
5
10
10
10
10
250
80
2
2
10
5
(ms)
Confronto tra sistemi cellulari e cordless
Caratteristiche
Sistema cordless
digitale
Sistema cellulare
digitale
Dimensione della
Piccola (50-500 m)
Grande (0.5-30 Km)
Bassa (< 15 m)
Alta (> 15 m)
Velocità d’utente
Bassa (< 6 Km/h)
Alta (< 250 Km/h)
Copertura
Locale
Geografica
Bassa
Moderata
Condiviso
Uso esclusivo
5-10 mW
100-600 mW
cella
Elevazione
d’antenna
Complessità del
terminale
Accesso allo spettro
Potenza trasmessa
dal terminale
Duplexing
TDD
FDD
Codifica della voce
32 Kbit/s ADPCM
8-13 Kbit/s codec
Controllo d’errore
CRC
FEC/interleaving
Rivelazione
Differenziale
Coerente differenziale
Mitigazione del
multipath
Diversità d’antenna
(opzionale)
Diversità/rake/
equalizzatore
78
Sistemi di paging
•
I sistemi di Paging, o di messaggistica personale consentono la trasmissione di
messaggi, dati generalmente di entità limitata e prevalentemente a una via, da parte di
una stazione trasmittente verso terminali mobili detti pager.
•
I pager comunicano con il loro possessore per mezzo di un tono (beep), di più toni o un
display a cristalli liquidi capace di mostrare solo caratteri numerici o alfanumerici (a
seconda del modello di pager).
•
I moderni sistemi di paging permettono un roaming oltre i confini nazionali e offrono
capacità di comunicazione a due vie.
•
La tecnologia impiegata per offrire i servizi di paging si basa essenzialmente su due
standard:
–
l’uso di toni: i messaggi sono generati medianti diversi tipi di toni e della durata.
–
l’uso di tecniche digitali in cui sono trasmesse stringhe di bit.
Sistemi di paging
• Un apposito comitato dell’ETSI si è occupato, a partire dal 1990,
di sviluppare uno standard pan-europeo digitale per i sistemi di
paging, tale standard è stato denominato ERMES (European
Radio Message System) ed offre sia comunicazioni a toni che
alfanumeriche su 16 canali radio nella banda 169.4 - 169.8
MHz.
• In Italia il sistema di paging è stato attivato da SIP con il nome di
Teledrin
79
Private Mobile Radio (PMR)
Public Access Mobile Radio (PAMR).
•
PMR e PAMR sono sistemi che consentono di comunicare e gestire
una flotta di automezzi mobili ( aziende di trasporto, servizi pubblici,
polizia, carabinieri,..).
•
Private Mobile Radio (PMR): viene assegnata una banda di
radiofrequenze all’organizzazione o all’azienda. Le frequenze
assegnate sono riservate.
•
Public Access Mobile Radio (PAMR): ad ogni organizzazione (
privata o pubblica) viene assegnato l’uso esclusivo del canale radio
solo per la durata di una conversazione. Questa tecnica prende il nome
di trunking. I principali vantaggi sono:
– diverse organizzazioni possono condividere lo stesso canale radio
senza interferire una con l’altra;
– ogni organizzazione ha una rete privata senza i costi associati con
l’installazione e la manutenzione di impianti di trasmissione;
– possibilità di roaming internazionale.
TETRA
(Trans European Trunked Radio)
•
•
•
TETRA è uno standard sviluppato da ETSI per le applicazioni PAMR.
TETRA è un sistema digitale.
Le principali caratteristiche del sistema TETRA sono le seguenti:
•
•
•
•
•
•
•
•
Dimensione tipica:
1000-100000 utenti per sistema
Area di copertura:
da 50 km2 all’intero territorio nazionale
Densità tipica:
da 0.1 a 70 utenti/ km2
Massima velocità del mezzo mobile:
200 km/h
Durata media di una conversazione:
30 s
Intensità media di traffico:
20mE (milli Erlang)
Call set-up time:
< 300 ms
End to end speech delay:
< 200 ms
80