Evoluzione
della telefonia mobile:
dal TACS all’UMTS
Daniele D’Agostino
Dipartimento di Informatica
Università di Genova
1
Mobile Communication Networks
Una rete (network) è formata da nodi e connessioni (link).
I nodi sono di due tipi:
• endpoints o hosts/terminals
che operano come sorgente/destinazione di traffico
• switch (router/access point/base station)
che hanno la funzione di smistare il traffico
Un network è detto mobile se alcuni nodi cambiano
ubicazione relativa nel tempo durante il funzionamento
2
Architettura Generale
In funzione del grado di mobilità dei componenti una rete si definisce:
•
Cablata (Wireline): tutte le componenti sono fisse.
Un esempio è la rete telefonica tradizionale.
•
Non Cablata (Wireless), che a sua volta si può suddividere in:
 Cellulare, in cui gli end point sono mobili e le switch sono fisse;
 Satellitare, in cui le switch sono satelliti orbitanti intorno alla
terra;
 Pocket radio, in cui sia gli end point che le switch sono mobili.
Di solito le prime due sono di tipo WWAN (Wireless Wide Area
Network), mentre l’ultima è una WLAN (Wireless Local Area
Network)
3
Sistemi satellitari
Le switch units sono imbarcate su satelliti orbitanti
4
Sistemi satellitari
I link sono terra-satellite o inter-satellitari. Sono di due tipi:
•
•
pochi satelliti in orbita geostazionaria. Buona copertura, spesso basta
un singolo hop.
Low Earth Orbit (LEO) network composti da molti satelliti e molto
costosi: un esempio è Iridium.
5
Pocket Radio Network
I sistemi di comunicazione militari richiedono tecniche di
networking di tipo adattivo, capaci di sopravvivere in ambienti ostili.
Esempi: ARPANET, DARPA, PRNET, SURAN.
Di recente si è visto un interesse per l’uso anche in applicazioni civili.
Questi network vengono chiamati ad hoc dal comitato dello
standard IEEE 802.11, ma il nome più usato è packet radio network.
La mobilità delle switch porta alcuni problemi di organizzazione
diversi da quelli dei network cellulari
6
L’universo Wireless
7
Network cellulari
Nei Network cellulari
• le switch sono fisse e chiamate anche base station: alcune sono
•
collegate alla rete in modo wired altre in modo wireless;
gli end point sono mobili, si trovano in celle, ciascuna associata ad
una base station. Questa organizzazione favorisce il riuso delle
frequenze di trasmissione in celle geograficamente distanti.
Appartengono a questa categoria
• le reti telefoniche cellulari come GSM/GPRS in Europa, AMPS negli
USA, PCS in Giappone;
• gli standard di telefonia cordless;
• le WLAN IEEE 802.11
8
Trasmissione dei segnali
Possiamo far coincidere la nascita delle comunicazioni mobili con
l’invenzione nel 1935 della modulazione di frequenza (FM, frequency
modulation) da parte di E. H. Armstrong.
La FM varia proporzionalmente al segnale analogico da trasmettere
(segnale modulante) la frequenza di un segnale ausiliario sinusoidale,
detto carrier o segnale portante, producendo un segnale modulato
che viene poi inviato tramite un mezzo trasmissivo.
La AM, modulazione di ampiezza, al contrario, varia l’ampiezza del
carrier in funzione del segnale modulante.
9
Tecniche di modulazione
10
Tecniche di modulazione
11
Alcuni concetti di base
La trasmissione di dati può avvenire sotto due forme:
• analogica
• digitale
 sincrona: trasmetto oltre al dato un segnale di
sincronizzazione, detto clock
 asincrona: trasmetto solo il dato. Il clock viene
generato dal ricevitore
12
Segnali analogici e digitali
Un segnale analogico può
assumere valori continui
in un certo intervallo.
Un segnale digitale può
assumere solo un numero
finito di valori.
Un segnale analogico può
essere convertito in digitale
da circuiti speciali: A/D D/A
converter.
Ad es. un segnale digitale binario
assume solo i valori 0/1 (on/off).
13
Sistemi cellulari: caratteristiche


I sistemi radio non cellulari (radio, TV),
effettuano trasmissioni di tipo broadcast
I sistemi cellulari applicano la tecnica del
riutilizzo delle frequenze: una frequenza,
(che può corrispondere ad un canale), viene
utilizzata più volte in luoghi diversi, a
condizione che siano sufficientemente
lontani tra loro.
14
Riuso delle frequenze
Si suddivide il territorio
da servire in sottoaree
di dimensioni limitate, le
celle.
Ogni cella gestisce alcuni
canali radio, diversi da
quelli utilizzati nelle celle
adiacenti, ed opera con
potenza ridotta:
ciò consente di riutilizzare
le frequenze in celle
non adiacenti.
15
Assegnamento delle RF
Lo spettro delle
radio-frequenze (RF) è
diviso in due tipi di bande:
• assegnate;
• libere.
Le ultime sono soggette a
regole ma non necessitano
di permessi e sono prive di
di tasse.
16
Sistemi di Prima Generazione

AMPS (Advanced Mobile Phone Standard),
sviluppato negli USA (1979 a Chigago).
 NMT (Nordic Mobile Telephone), realizzato in
Svezia nel 1981 e subito dopo in Norvegia,
Danimarca e Finlandia.
 TACS (Total Access Communications System),
una versione modificata del sistema AMPS, nel
1985 nel Regno Unito, introdotta poi in Italia nel
1990.
17
Sistemi 1G

Sistemi Analogici
 Modulazione FM, 1000 canali centrati nella
banda 890-960 MHz.
 ETACS (Extended TACS), che assegna
1320 canali nella banda 872-950 MHz.
18
1G: caratteristiche

Single Channel Per Carrier
 Utenti limitati dalle interferenze cocanale
 No crittografia e riconoscimento sul numero
di serie del ME (possibile clonazione)
 No trasmissione dati
 Standard nazionale
19
Sistemi di Seconda Generazione

Nel 1982 fu creato il gruppo di studio Groupe
Speciál Mobile (GSM) per siluppare un sistema
radiomobile cellulare comune per tutti i paesi
dell'Europa occidentale.
 Criteri
• buona qualità audio, sicurezza delle
comunicazioni e bassi costi di gestione
• possibilità di roaming internazionale;
• supporto per nuovi sevizi (soprattutto dati);
• compatibilità con il sistema digitale ISDN.
20
2G: vantaggi del sistema digitale





Più utenti per canale (Time Division Multiplexing);
capacità maggiore (minor rumore ed interferenze);
riservatezza, le informazioni trasmesse sono cifrate
direttamente dall'apparato utente;
sicurezza: l'identità del ME può essere controllata
tramite un opportuno algoritmo;
supporta la trasmissioni dati (il segnale vocale stesso
viene digitalizzato e poi trasmesso).
21
GSM
(Global System for Mobile Communications)
22
L’architettura di rete GSM
Ogni cella è servita da una
stazione ricetrasmittente BTS
(Base Transceiver Station), che
fornisce la trasmissione e la
ricezione radio per e dalla
stazione mobile o MS.
Ogni MS consiste in un
terminale mobile o ME (Mobile
Equipment), e di una SIM
(Subscriber Identity Module)
netta distinzione tra il cellulare e i
dati dell'abbonato.
23
L’architettura di rete GSM
Un gruppo di più BTS (cluster) è controllato da una BSC (Base
Station Controller), che si occupa del mantenimento della chiamata,
ovvero controlla la gestione e distribuzione dei canali e la funzione
di handover.
Un gruppo di BSC è gestito da una centrale di commutazione MSC
(Mobile Services Switching Center): essa costituisce il cuore del
sistema radiocellulare, è responsabile dell'indirizzamento delle
chiamate dalla fonte alla loro destinazione.
Il MSC agisce anche come interfaccia tra la rete GSM e le reti
pubbliche di telefonia e dati, e può anche essere collegato ad altri
MCS sulla stesa rete e su altre reti GSM.
24
L’architettura di rete GSM

Il Registro Ubicazioni Locali (HLR) contiene i dati
relativi agli utenti di un gestore.

Il Centro di Autenticazione (AUC) fornisce i codici per
l'autenticazione e per la cifratura.

Il Registro dell'Ubicazione dei Visitatori (VLR) contiene
e mantiene aggiornate le informazioni relative alle MS che
sono presenti, nell'area da esso servita.

Il Registro Identità degli Apparecchi (EIR) contiene
informazioni sulle MS.
25
Sim Card
La SIM card contiene:
 IMSI (International Mobile Subscriber Identity)
 una chiave segreta di autenticazione Ki
 un algoritmo di autenticazione (A3)
 un algoritmo di cifratura
 una lista degli operatori GSM preferenziali
 SMS…
26
Autenticazione
IMSI + Ki costituiscono l’identificazione
dell'abbonato, svincolato dall’ME utilizzato.
 Il codice ha una lunghezza massima di 15 cifre
ed è composto da:

• MCC Mobile Country Code (3 cifre), che identifica
la nazione dell'operatore (Italia: 222);
• MNC Mobile Network Code (2 cifre), identifica
l'operatore all'interno della nazione (TIM ha 01,
OMNITEL ha 10);
• MSIN Mobile Station Identification Number (max
13 cifre), numero seriale.
27
Problemi generali
 Gestione
della potenza: se riduco la dimensione delle
celle aumento il numero di utenti supportati.
 Gestione
della larghezza di banda: più utenti su di un
canale maggiore la capacità.

Gestione della mobilità e scalabilità
handover


location tracking
28
Dimensione delle celle

Il numero e la dimensione delle celle dipende dal
numero dei clienti in una certa zona, da rumori ed
interferenze.

Max 35 Km di raggio, dovuto al massimo ritardo
di 233x10-6 del TDMA per comunicazioni
MS-BTS-MS
(233x10-6 x 3x105 = 70 Km)
29
Assegnazione di un canale
30
FDMA
FDMA (Frequency Division Multiple Access): la banda assegnata è
divisa in canali centrati su una frequenza (portante) diversa per
ognuno: la risorsa elementare è la portante radio.
Usata nei sistemi 1G.
31
1G: I canali

Circa 832 canali full-duplex, quindi 120 canali a
cella circa (AMPS).
 I canali sono di vario tipo:
•
•
•
•
Controllo/Gestione, BSC->ME
Paging, BSC->ME
Accesso, bidirezionali
Dati, bidirezionali.
Quindi circa 45 canali per gli utenti, divisi
tra i vari gestori.
32
TDMA
Con TDMA la banda assegnata è divisa in frazioni temporali, i time
slot, che rappresentano quindi la risorsa elementare.
Una tecnica mista TDMA/FDMA è utilizzata in sistemi 2G.
33
FDMA vs TDMS
TDMA: I segnali sono separati nel tempo ma
si sovrappongono in frequenza)
FDMA: viceversa
34
2G: TDMA+FDMA
Ogni canale (frame) è diviso in 8 frazioni temporali di circa 0,577 ms.
Il time slot k-esimo di un frame è un canale: con il Dual Band
abbiamo quindi 548 portanti e 4384 canali.
35
GSM in Italia
Assegnazione delle frequenze Extended GSM
(880-915 MHz, 925-960 MHz) del 1999.
 TIM: 11,4 MHz (57 portanti), ma le portanti da 51 a 64
solo per l'area urbana delle grandi città.
 OMNITEL: 10.6 MHz (53 portanti), con portanti 66-76
solo per l'area urbana delle grandi città.
 WIND: 4.8 MHz (24 canali) solo per il territorio
all'esterno dell'area urbana delle grandi città.
36
GSM in Italia
Assegnazione delle frequenze DCS
(1710-1785 MHz, 1805-1880 MHz ) del 1999.

TIM e OMNITEL: 4.8 MHz ciascuno.
 WIND e BLU: 10 MHz ciascuno.
37
GSM: canali di traffico

I canali di traffico trasportano le informazioni di
tipo fonia e dati generati dall'utente. Possono
essere di tipo:
•
•
•
•
•
•
•
TCH/EFS: Enhanced Full rate Speech
TCH/FS: Full rate Speech
TCH/HS: Half rate Speech
TCH/F9.6: dati a 9.6 Kbps
TCH/F4.8: dati a 4.8 Kbps
TCH/F2.4: dati a 2.4 Kbps
TCH/F1.2: dati a 1.2 Kbps
38
GSM: canali di segnalazione
39
GSM: canali di segnalazione

Broadcast Control Channel: informazioni sulla
BTS, 184 byte con Id cella, operatore…
 Paging Channel: segnala ad un ME l’arrivo di una
chiamata.
 Random Access Channel – Access Grant Channel:
utilizzati da ME e BTS rispettivamente per
l’assegnamento dei canali.
 Slow Associated Control Channel: trasporta gli
SMS, misurazioni sull’intensità del segnale…
40
Handover
La possibilità di mantenere in piedi un servizio dato ad un utente
che si trova in condizioni di mobilità viene gestito dalle procedure
di handover.
L’operazione è gestita dal BSC, se le due celle appartengono
allo stesso cluster, altrimenti dall’MSC.
41
Il WAP
Il Wireless Application Protocol è nato nel 1997 da
un consorzio di operatori nel campo della telefonia
mobile, la cui definizione è: “Lo standard mondiale
de facto per fornire connessioni ad Internet e servizi
avanzati di telefonia a telefoni mobili, palmari ed
altri terminali wireless”.
42
WAP: Architettura
L’architettura Wap ricalca quella Web, adattandone i prototcolli
43
WAP: Architettura
Il WAP gateway fa da tramite tra la rete cellulare e la rete. L'utente richiede una
pagina al gateway che la traduce (decodifica) e la invia al Web server; quindi il
gateway riceve la risposta dal server e la ricodifica (e comprime) per trasmetterla
all'utente.
44
WML
E’ il linguaggio per creare pagine e servizi.
 Un documento è il deck, composto da più
card. Massima dimensione 1,4 KB.
 Viene downloadato un deck alla volta, in
formato compresso.

45
WAP: vantaggi

Standard aperti e indipendenza da un unico
costruttore.
 Compatibilità con diversi sistemi di
trasmissione di reti mobili.
46
WAP: svantaggi

Idea di fondo di Internet su telefonino
“sbagliata”
 Difficile configurazione del telefonino e
poca “usabilità” dello stesso
 Rete GSM non lo supporta adeguatamente:
 Velocità scarsa
 Tariffazione a tempo
47
I-MODE

La NTT DoCoMo nel 1999 è riuscita dove
il WAP ha fallito, utilizzando i 9600bps
forniti dalla rete 2G giapponese PDC.
Perché?
48
I-MODE: Principi

Rete a commutazione di pacchetto,
evoluzione di quella esistente PDC Packed
Network (PDC-P)
 Indirizzato ai giovani (email, loghi,
suonerie)
 Terminali “adeguati”
 Tariffazione a traffico (ed economica)
49
Modalità di trasmissione
Ne vediamo due:
• a commutazione di circuito
• a commutazione di pacchetto
Le reti a commutazione di circuito utilizzano le risorse disponibili
per allocare un circuito ad ogni richiesta di servizio. Un circuito
costituisce un collegamento “fisico” tra i terminali dei due utenti ed
è a loro uso esclusivo per tutta la durata della comunicazione.
Vantaggi: efficienza e nessun rischio di congestione
Svantaggio: il costo
50
Commutazione di circuito
51
Modalità di trasmissione
Le reti a commutazione di pacchetto usano la tecnica dello store
and forward (memorizzazione ed inoltro) di un pacchetto alla volta.
Le informazioni da trasmettere vengono frazionate in unità di dati
(pacchetti) comprendenti anche dati di controllo
(per esempio il destinatario, la posizione relativa nel flusso dei
pacchetti) ed inviate una alla volta secondo cammini indipendenti
tra loro ma dipendenti dalle condizioni della rete (traffico e nodi
guasti). All’arrivo i pacchetti vengono riassemblati come in un
puzzle.
Vantaggi: supporta più comunicazioni
Svantaggio: rischio di congestione
52
Commutazione di pacchetto
53
I-MODE: Architettura di rete
Due nuovi elementi di rete:
 Packet GateWay transfer processing
equipment, il gateway fra la rete mobile e
le reti esterne (Internet).
 Packet local Processing Module, si occupa
della gestione dei pacchetti scambiati fra il
PGM e le Base Station.
54
I-MODE: Architettura di rete
55
I-MODE: Funzionamento
56
I-MODE
Se la rete PDC-P introduce il trasferimento a pacchetti, il servizio
I-Mode, con il suo insieme di server, gateway e database, può essere
visto come una interfaccia fra utente radiomobile e Internet.
57
I-MODE: Servizi
58
Evoluzioni
2G (WAP)
2G+ (GPRS)
3G (UMTS)
59
Reti 2+ G
L’High Speed Circuit-Switched Data (HSCS) riserva più timeslot
(da 1 a 4) ad una singola connessione in uplink.
Introduce inoltre i concetti di
 bandwidth on-demand
 uplink-downlink asimmetrica.
Vantaggi:
 velocità fino a 56Kbps
Svantaggi
 rete a commutazione di circuito (costi)
 riduzione della capacità della cella
60
GPRS: 2.5 G
Il GPRS, General Packet Radio Service, è un nuovo servizio non
vocale a valore aggiunto, evoluzione del GSM, che permette
l’interconnessione trasparente a reti a commutazione di pacchetto
esterne a partire da un accesso wireless.
La rete esistente resterà la stessa per la voce, mentre la novità
risiederà nel fatto che il GPRS trasmetterà i dati su una rete dedicata a
commutazione di pacchetto molto più veloce dell’altra.
61
GPRS: Caratteristiche

Gestione flessibile ed efficiente della risorsa
radio.
 Più connessioni possono condividere la
medesima risorsa di rete (il canale
trasmissivo).
 Servizio connectionless sempre disponibile
 Diversi livelli di qualità di servizio (QoS),
tra cui la trasmissione da 20 a 100 Kbps.
62
GPRS e GSM
La rete GSM si può pensare come formata da
due sottoreti separate
 quella GSM a commutazione di circuito
 quella GPRS a commutazione di pacchetto
Sono logicamente isolate, ma condividono
BSS e HLR.
63
La sottorete GPRS
64
GPRS: Architettura di rete
Due nuovi elementi di rete:

SGSN (Serving GPRS Support Node): tiene traccia dei ME
presenti nella sua area di servizio e scambia con loro i pacchetti

GGSN (Gateway GPRS Support Node): fornisce la connettività
verso i protocolli di altre reti dati ( X.25) e gestisce
l’instradamento dei pacchetti.
I due elementi utilizzano il GPRS tunnel protocol (GTP) ed
una tecnica di modulazione (Gaussian minimum-shift
keying) con velocità teorica massima di 171.2kbps.
65
GPRS: Funzionamento
I canali a pacchetto (PDCH, insieme di timeslot)
sono allocati dinamicamente su richiesta tra i canali
fisici GSM disponibili nella cella, da 1 a 8 time slot
ad utente.
Canali a commutazione di circuito
Canali a commutazione di pacchetto
66
GPRS

Il servizio GPRS, pertanto, è molto efficiente per
applicazioni con le seguenti caratteristiche:
• trasmissione poco frequente di piccoli o grossi volumi
di dati (applicazioni interattive);
• trasmissione intermittente di traffico dati bursty
(applicazioni in cui il tempo medio tra due transazioni
consecutive è di gran lunga superiore alla durata media
di una singola transazione).
67
GPRS: Pro

Multiplexing di più connessioni su un unico
canale trasmissivo, quindi condivisione tra più
connessioni.
 Non si richiede l'instaurazione di un circuito
dedicato quindi la fase di set-up della connessione
risulta notevolmente velocizzata
 Eliminazione delle costose apparecchiature che,
nel GSM base, fungevano da gateway per le reti a
commutazione di pacchetto.
68
GPRS: Contro

La velocità massima dipende dal numero di utenti
che utilizzano il servizio nella stessa cella.

I pacchetti possono seguire percorsi diversi ed
arrivare al ricevente in qualunque ordine:
overhead di informazioni.

Il tempo di viaggio dei pacchetti è imprevedibile

La capacità delle celle resta limitata: il GPRS non
ha effetto sulla capacità delle celle esistenti, il
numero dei canali disponibili resta invariato.
69
GPRS: QoS

Tramite circuiti virtuali ed altre tecniche si possono garantire
velocità, accuratezza ed affidabilità con servizi
• ad alte prestazioni, in cui la varianza del parametro
prestazionale misurato è trascurabile (guaranteed service);
• a buone prestazioni, con un valore ben preciso della
varianza del parametro prestazionale (predictive service);
• a discrete prestazioni e da un valore non precisato della
varianza del parametro prestazionale (best effort service).
70
GPRS: Conclusioni

100 Kbps sono sufficienti per la maggior
parte degli utenti;
 costi contenuti di realizzazione;
 EMS – MMS.

Videotelefonia e videoconferenze
comunque non sono supportabili.
71
EDGE
La telefonia di terza generazione negli USA partirà in ritardo rispetto
al previsto (dopo il 2004) poiché il Pentagono usa le frequenze che
sarebbero destinate alla rete UMTS per la gestione degli apparati
militari e della difesa missilistica.
Soluzione temporanea: EDGE (Enhanced Data rate for GSM
Evolution), che tramite un nuovo schema di modulazione nella
struttura radio GSM, l’8-PSK, aumenta il bit rate offerto.
E’ sufficiente aggiungere un ricetrasmettitore EDGE ad ogni cella
esistente della rete GSM.
72
Codifica 8-PSK
Il segnale digitale è diviso in
gruppi di di tre bit: ognuna delle 8
possibili configurazioni è
convertita analogicamente variando
la fase della portante da 0° a 315°
ad incrementi di 45°.
Baud rate: ogni simbolo trasmesso
corrisponde a tre bit, quindi
abbiamo 1 Baud = 3 bit.
73
EDGE: Architettura di Rete
74
Edge
Il sistema EDGE costituisce la trasformazione più
profonda del GSM e più vicina all'UMTS.Con una
capacità trasmissiva di 384 Kbps sarebbe in grado di
sostenere un buon segnale di videofonino.
Il sistema sarà adottato in Usa, in temporanea
sostituzione del sistema UMTS, mentre in Europa
non avrà diffusione perché tutti gli operatori hanno
optato per la tecnologia 3G.
75
Migrazione da 2G a 3G
76
Riassunto
77
UMTS
L’ Universal Mobile Telecomunications System ha
come scopo fornire un unico sistema in grado di
supportare tutti i servizi, voce dati e video, in vari
formati e combinazioni.
Caratteristiche :
 una banda utilizzabile più larga;
 l’interoperabilità di soluzioni base su molteplici
tecnologie;
 l’offerta di servizi multimediali ad alta velocità.
78
UMTS: Servizi

Servizi Circuit- and Packet-Oriented
 Diverse QoS
 Roaming globale
 Capacità elevate (50% popolazione
mondiale)
79
UMTS-Nuovi Terminali
80
UMTS-Nuovi Palmari
81
UMTS: Storia
L’idea nasce nel 1985 con nome Future Public
Land Mobile Telecommunications Systems
(FPLMTS)
 Nel 1996 è stata ribattezzata International Mobile
Telecommunications for the year 2000 (IMT2000).
 1998: dissidi Europa-USA
 1999: il 3GPP approva lo standard.

82
UMTS: Proposte
Pur basati su tecnologia W-CDMA emersero due
proposte differenti:
 UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access)
 Cdma2000
Oggi l’UMTS è “W-CDMA based”, supporta tre
modalità operazionali:
 direct sequence FDD (basilare per UTRA)
 multi-carrier FDD (cdma2000)
 TDD (compatibile lo standard cinese).
83
UMTS: Celle
Prevede l’utilizzo di un’unica banda per tutte le celle.
Le celle hanno una struttura gerarchica e non hanno
tutte la stessa dimensione.
84
UMTS: Banda
Capacità di trasmissione dati:
 144 Kbps: massima mobilità e qualsiasi ambiente
 384 Kbps: mobilità limitata in micro e macro celle
 2 Mbps: bassissima mobilità in pico celle
85
Spread Spectrum
Il CDMA è uno schema di modulazione ad accesso multiplo basato
su Spread Spectrum: gli utenti trasmettono alla stessa frequenza e
nello stesso istante. La separazione è ottenuta assegnando a ciascun
utente un codice (sequenza) diverso.
86
Spread Spectrum
Lo spreading moltiplica ciascun segnale con una sequenza numerica, il
codice, diverso per ogni utente, in modo che in condizioni ideali, il
despreading, annulli l’effetto delle mutue interferenze. Il limite della
capacità del sistema è dato dal livello di interferenza residua dopo
l’operazione di despreading.
87
Spread Spectrum
La codifica CDMA diffonde il segnale in una banda più ampia,
ma il livello medio di potenza del segnale si è notevolmente ridotto.
Ciò perché il livello di energia dei singoli Bit non varia con la
codifica, e tale energia viene distribuita sui singoli Chip che sono
in quantità ben maggiore, quindi più bassa potenza per unità di
banda (W/Hz).
88
Spread Spectrum
Chi lo ha inventato?
89
Spread Spectrum
Hedy Lamarr
Attrice di Hollywood
90
CDMA
91
Confronti
Dal punto di vista spettrale…
…e da quello del riutilizzo
delle frequenze nei sistemi cellulari
92
Macrodiversità
Un utente UMTS ha la possibilità di essere servito da più celle in
contemporanea. Questa funzionalità, detta Macrodiversità, è resa
possibile dall'utilizzo dei Ricevitori Rake, i quali possono estrarre lo
stesso segnale proveniente da sorgenti differenti poichè li considera
come differenti percorsi per effetto di cammini multipli dello stesso
segnale.
Il vantaggio è che ciascuna cella coinvolta nel collegamento potrà
trasmettere con potenze molto basse, con conseguente aumento
delle capacità di cella, e i ricevitori possono utilizzare tutte le
componenti trasmesse combinandole.
93
Macrodiversità
=
94
Ricevitore Rake
Il ricevitore Rake (rastrello) ha una serie di finger che effettuano una operazione
di despreading su ciascun percorso di ritardo del segnale, e tutti i contributi così
recuperati vengono inviati ad un unico rivelatore che li ricombina in fase e ne
effettua la somma.
95
UMTS: Architettura di rete


La banda è quella compresa tra 1885-2025
MHz e 2110-2200 MHz, con canali da 5 MHz.
L’architettura del sistema UMTS può essere
divisa in due segmenti principali:
• la rete di accesso UTRAN (UMTS
Terrestrial Radio Access Network);
• l’infrastruttura di commutazione e routing, la
Core Network (CN).
96
UMTS: Architettura di rete
L'UMTS differisce dal GSM per l'interfaccia radio di trasmissione (multiutenza a
divisione di codice WCDMA) UTRAN.
Invece la Core Network è una diretta evoluzione: ad esempio è necessario
implementare la funzione "transcoder" per la compressione della voce e
l'internetworking per conversione tra i protocollo dell'interfaccia A (tra il BSS del
GSM) e la Iu-CS (la corrispettiva UMTS).
97
GSM
GPRS
UMTS
98
UMTS: UTRAN
UTRAN è costituita da un insieme di RNS (Radio Network System) connessi alla CN.
Un RNC è il sostituto del BSC.
Il Node-B controlla un insieme di celle e supporta sia FDD (Frequancy Division
Duplex) che TDD (Time Division Duplex). E’ il nuovo BTS, l'unità fisica di
trasmissione e ricezione all'interno delle celle.
99
RNC

Gestione autonoma delle risorse radio Ha le stesse
funzioni del BSC del GSM.
 Gestisce i protocolli di scambio tra le interfacce: i
dati provenienti dalla CN sono multiplessati e
inviati ai terminali utente e viceversa.
 Funzioni come ammissione al servizio, controllo
delle risorse, controllo di congestione, handover
sono tutte svolte da un singolo RNC.
100
Node-B

Il compito principale è la conversione dei dati, la
correzione di errori, l’adattamento del rate, lo
speading e despreading del WCDMA, la
modulazione e demodulazione QPSK.
 Misura la qualità e l'intensità del collegamento coi
terminali, stima il frame error rate per l'RNC che li
usa per decidere sull'handover.
 Controllo di potenza del terminale.
101
Cell Breathing
Per effetto del controllo di potenza le celle UMTS hanno dimensioni
variabili.
Quando il numero degli utenti serviti dalla cella aumenta, aumenta
il rumore, quindi si rende necessario diminuire la potenza in
trasmissione per tutti gli utenti serviti, con conseguente riduzione
del raggio di copertura della cella stessa.
102
La Core Network
L’architettura consiste di due domini di rete:
 il dominio a commutazione di circuito, incentrato intorno agli MSC;
 il dominio a commutazione di pacchetto, incentrato intorno ai nodi GGSN.
103
ATM
L’integrazione con ATM (Asynchronous Transfer Mode),
probabilmente la tecnologia vincente tra le reti ad alta velocità, è uno
degli obiettivi dell’UMTS.
ATM è stata pensata con l’obiettivo di integrare i flussi diversi
(video, audio, immagini e dati) sulla stessa infrastruttura trasmissiva,
accoppiando i benefici della commutazione di circuito (bassi ritardi)
e quelli della commutazione di pacchetto (gestione flessibile della
banda).
104
Circuiti virtuali
I circuiti virtuali possono essere
 commutati (switched virtual circuit, SVC), generato on-demand;
 permanenti (permanent virtual circuit, PVC), es. linee affittate.
Le celle di flussi distinti possono alternarsi in modo arbitrario, ma le celle di
una stessa connessione percorrono il medesimo cammino e quindi, se arrivano
arrivano in ordine.
La commutazione è eseguita in modo veloce in quanto i commutatori sono in
genere sincroni e costituiti da elementi con solo due ingressi e due uscite, ed
eseguono l’instradamento basandosi su di un solo bit, che indica porta superiore
o inferiore.
105
Servizi Bearer
Bearer indica un percorso di trasmissione delle informazioni con
definite capacità di ritardo, velocità e qualità minima del
collegamento (BER).
Il sistema UMTS può veicolare differenti tipi di bearer in funzione
dei servizi richiesti e del tipo di dati che dovranno essere trasmessi, e
le caratteristiche di questi vengono negoziati in fase di richiesta della
connessione.
I servizi che presentano delle criticità nel ritardo della trasmissione
verranno trasportati su un bearer a commutazione di circuito, mentre
i servizi di trasmissione dati verranno trasportati su un bearer a
commutazione di pacchetto.
106
UMTS: QoS
107
The END
108