Pianificazione e progetto di reti geografiche

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Pianificazione e progetto di reti geografiche

7 Tecnologie wireless

Università degli Studi di Udine 1

14 maggio 2010 - David Licursi 2

Indice

Reti Reti mobili mobili cellulari cellulari

GSM (Global System for Mobile Communications)

GPRS (General Packet Radio Service)

HSCSD (High-speed circuit switched data) – EDGE (Enhanced Data rate for GSM Evolution)

UMTS (Universal Mobile Telecommunication Systems)

HSPA (High Speed Packet Access)

Normativa Europea

Normativa nazionale

Normativa regionale

Piano di Settore Comunale per la localizzazione degli impianti di telefonia mobile

Analisi di Impatto Elettromagnetico

Università degli Studi di Udine 2 14 maggio 2010 - David Licursi

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Reti mobili cellulari Caratteristiche

Una rete mobile (MN - Mobile Network), qualunque sia la sua tecnica realizzativa, comprende sempre:

Funzione di accesso che rende disponibile un canale radio all'utente in movimento quando questi ne ha necessità per chiamare o per essere chiamato.

Funzione di identificazione dell'utente, ossia la possibilità di individuare univocamente l'apparecchio terminale a cui fa capo l'utente mobile, quando questi richiede un accesso.

Funzione di aggiornamento della posizione dell'utente (localizzazione), ossia la possibilità di aggiornare, in modo continuo ed automatico, in un'appropriata banca dati, la posizione dell'apparecchio terminale a cui fa capo l'utente mobile.

Funzione di handover dei canali radio, ossia la possibilità per l'utente mobile di mantenere il legamento con la MN pur nella necessità di cambiare il canale radio che lo connette alla rete. Ad esempio:

nel passaggio da un'area ad un'altra adiacente caratterizzata da una differente copertura radio.

nella degradazione della qualità del canale radio.

Reti mobili cellulari Reti mobile e fissa

Fino a pochi anni fa le reti mobile e fissa si sono sviluppate come strutture separate tra le quali sussistono solo i rapporti di inter-lavoro necessari per consentire le comunicazioni tra due utenti facenti capo alle due reti.

la potenza emessa dai terminali mobili deve essere limitata per ridurre il loro peso/ingombro e per aumentarne l’autonomia;

l’attenuazione delle onde radio in ambiente urbano e a livello stradale aumenta tipicamente con la quarta potenza della distanza. Non è quindi possibile coprire vaste estensioni territoriali con un unico ricetrasmettitore fisso.

si deve invece suddividere l’area di servizio in subaree (celle), che si sovrappongono solo parzialmente: in ognuna delle sub-aree la copertura elettromagnetica è assicurata da un apposito ricetrasmettitore (stazione radiobase).

celle sufficientemente distanti l'una dall'altra possono riutilizzare le stesse bande di frequenza, portando ad un aumento della capacità in termini di utenti il sistema può gestire.

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Reti mobili cellulari Architettura

Centralino MTSO (Mobile Telecommunications Switching Office):

connette le chiamate fra le unità mobili.

è connesso alla rete telefonica pubblica (o a una rete di telecomunicazioni) per consentire la connessione fra un utente fisso e un utente della rete cellulare.

assegna il canale vocale a ciascuna chiamata, esegue le operazioni handoff e monitorizza la chiamata per raccogliere le informazioni di fatturazione

Stazioni Base (BS):

include un'antenna, un sistema di controllo e una serie di ricetrasmettitori per comunicare sui canali assegnati a questa cella.

il sistema di controllo si occupa di gestire l'elaborazione della chiamata fra l'unità mobile e la parte rimanente della rete.

Unità Mobili (MU)

Reti mobili cellulari Architettura

Sono disponibili due tipi di canali fra l'unità mobile e la stazione base:

canali di controllo: vengono utilizzati per scambiare informazioni riguardanti l'impostazione e la gestione delle chiamate e per stabilire una connessione fra un'unità mobile e la stazione base più vicina.

canali di traffico: trasportano una connessione vocale o di dati fra gli utenti.

BS

MU

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Reti mobili cellulari Architettura

MTSO PSTN

BS BS MU

MU

Collegamento wired

Collegamento wireless

Utente rete fissa

Reti mobili cellulari Procedura chiamata

Inizializzazione dell'unità mobile: quando l'unità mobile viene accesa, entra in modalità di scansione e seleziona il canale di controllo più forte utilizzato in questo sistema. Le celle aventi bande di frequenza differenti eseguono ripetitivamente delle trasmissioni broadcast su canali di impostazione differenti. Il ricevitore seleziona il canale di impostazione più forte e monitorizza tale canale. Poi si svolge un'operazione di handshake fra l'unità mobile e il centralino MTSO che controlla questa cella attraverso la stazione base della cella. L'operazione di handshake viene utilizzata per identificare l'utente e registrare la sua posizione. Mentre l'unità mobile è accesa, questa procedura di scansione viene ripetuta per verificare eventuali spostamenti dell'unità. Se poi l'unità entra in una nuova cella, viene selezionata una nuova stazione base. Inoltre l'unità mobile resta in ascolto dei messaggi di testo.

Chiamata attivata da un'unità mobile: un'unità mobile può attivare una chiamata inviando il numero dell'unità chiamata sul canale di impostazione predeterminato. Il ricevitore dell'unità mobile controlla innanzitutto che il canale di impostazione sia inattivo esaminando le informazioni giunte sul canale in arrivo dalla stazione base. Se il canale è inattivo, l'apparecchio mobile può trasmettere sul canale di ritorno corrispondente verso la stazione base. Quindi la stazione base invia la richiesta al centralino MTSO.

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Reti mobili cellulari Procedura chiamata

Paging: il centralino MTSO tenta di eseguire la connessione con l'unità chiamata. Quindi invia un messaggio di paging a determinate stazioni base che dipendono dal numero dell'unità mobile chiamata. Ogni stazione base trasmette il segnale di paging sul canale di impostazione assegnato.

Accettazione della chiamata: l'unità mobile chiamata riconosce il proprio numero sul canale di impostazione monitorato e risponde alla sua stazione base, che a sua volta invia la risposta al centralino MTSO. Il centralino imposta un circuito fra le stazioni base del chiamante e del chiamato. Contemporaneamente il centralino seleziona un canale di traffico disponibile nella cella di entrambe le stazioni base e notifica ciò a entrambe le stazioni base, che a loro volta lo notificano alle rispettive unità mobili. A questo punto le due unità mobili si sintonizzano sui canali loro assegnati.

Esecuzione della chiamata: per tutta la durata della chiamata, le due unità mobili si scambiano segnali vocali o dati passando attraverso le rispettive stazioni base e il centralino MTSO.

Handoff: se, durante una connessione, un'unità mobile esce dal raggio d'azione di una cella ed entra in quello di un'altra cella, l'unità mobile deve cambiare canale di traffico e adottare quello assegnato dalla stazione base nella nuova cella. Il sistema esegue questo passaggio senza interrompere la chiamata e, sostanzialmente, senza che l'utente possa accorgersene.

Reti mobili cellulari Procedura chiamata

Bloccaggio delle chiamate: durante la fase di chiamata attivata dall'apparecchio mobile, se tutti i canali di traffico assegnati alla stazione base più vicina sono occupati, l'unità mobile esegue un numero predeterminato di tentativi. Dopo un determinato numero di fallimenti, l'utente riceve il tono di occupato.

Chiusura della chiamata: quando uno dei due utenti termina la connessione, viene informato il centralino MTSO il quale rilascia i canali di traffico allocati alle due stazioni base. Normalmente, ma non sempre a causa delle anomalie di propagazione, l'antenna e pertanto la stazione base scelta è quella più vicina all'unità mobile.

Caduta della chiamata: durante una connessione, a causa delle interferenze o della debolezza dei segnali in determinate aree, se la stazione base non riesce a mantenere la potenza minima del segnale per un determinato periodo di tempo, il canale di traffico verso l'utente viene chiuso informando anche il centralino MTSO.

Chiamate a/da abbonati fissi o abbonati mobili e remoti: il centralino MTSO si connette alla rete telefonica pubblica. Pertanto può impostare una connessione fra un utente mobile nella propria area e un abbonato fisso connesso alla rete telefonica. Inoltre il centralino MTSO può connettersi a un altro centralino MTSO tramite la rete telefonica o linee dedicate e impostare una chiamata fra un utente mobile situato nella propria area e un utente mobile remoto.

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Reti mobili cellulari Riutilizzo frequenze

Ogni cella ha un ricetrasmettitore base. La potenza di trasmissione viene controllata attentamente in modo da consentire le comunicazioni all'interno della cella utilizzando una determinata frequenza e nel contempo limitando la potenza che fuoriesce dalla cella e raggiunge le celle adiacenti.

È possibile utilizzare vari schemi di riutilizzo delle frequenze. Se lo schema è costituito da N celle e a ciascuna cella viene assegnato lo stesso numero di frequenze, ogni cella potrà avere K/N frequenze dove K è il numero totale delle frequenze del sistema.

In AMPS (Advanced Mobile Phone System), K = 395 e N = 7 è lo schema più piccolo che può garantire un isolamento sufficiente fra due utenti della stessa frequenza. Questo implica che vi siano in media almeno 57 frequenze per cella. Per caratterizzare il riutilizzo delle frequenze vengono utilizzati i seguenti parametri.

L’insieme di celle che non effettua riuso di frequenza è denominato "cluster".

Reti mobili cellulari Riutilizzo frequenze

In uno schema esagonale, vale la relazione

d D

=

N

.

– D

Distanza minima fra il centro delle celle che utilizzano la stessa banda di frequenza;

– R

Raggio di una cella;

– d

Distanza fra il centro di celle adiacenti (d =

3*R);

– N

Numero di celle che formano uno schema ripetitivo (ciascuna cella di questo schema utilizza una banda di frequenza univoca). È chiamato anche fattore di riutilizzo.

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Reti mobili cellulari Riutilizzo delle frequenze

Aggiunta di nuove celle: in genere, quando in una regione si configura un sistema, non vengono utilizzati tutti i canali e pertanto è possibile prevedere crescite ed espansioni in modo ordinato, semplicemente aggiungendo nuovi canali.

Sottrazione di frequenze: nel caso più semplice, le frequenze vengono sottratte dalle celle congestionate alle celle adiacenti. Le frequenze possono anche essere assegnate alle celle in modo dinamico.

Suddivisione delle celle: in pratica la distribuzione del traffico e le caratteristiche topografiche non sono uniformi e questo presenta opportunità per aumentare la capacità. Le celle nelle aree di elevato utilizzo possono essere suddivise in celle più piccole. Per utilizzare una cella più piccola, il livello di potenza utilizzato deve essere ridotto in modo da mantenere il segnale solo all'interno della cella.

Settori di celle: Una cella viene suddivisa in un certo numero di settori, ognuno con un proprio insieme di canali, prevedendo in genere da tre a sei settori per cella. A ciascun settore viene assegnato un sottoinsieme distinto dei canali della cella e, per coprire con precisione ciascun settore, vengono utilizzate delle antenne direzionali.

Microcelle: a mano a mano che si riducono le dimensioni delle celle, le antenne devono spostarsi dalla cima di alte costruzioni o delle colline alla cima di piccoli edifici o alla facciata di grossi edifici e infine sui pali dell'illuminazione, fino a creare delle microcelle. Ogni riduzione delle dimensioni di una cella è accompagnata dalla riduzione del livello di potenza irradiata dalla stazione base e dalle unità mobili. Utilizzando celle di piccole dimensioni si riduce la potenza emessa e si offrono migliori condizioni di propagazione.

Reti mobili cellulari Aumento capacità

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Per tener conto della diversa distribuzione del traffico richiesto in una determinata area si suddivide quindi il territorio in celle di dimensioni differenti. In questo modo in aree quali le città si potrà diminuire la distanza di riutilizzo dei canali aumentando così il numero di utenti che possono essere serviti.

Reti mobili cellulari Aumento capacità

Indice

Reti mobili cellulari

GSM GSM ((Global Global System System for for Mobile Mobile Communications) Communications)

GPRS (General Packet Radio Service)

HSCSD (High-speed circuit switched data) – EDGE (Enhanced Data rate for GSM Evolution)

UMTS (Universal Mobile Telecommunication Systems)

HSPA (High Speed Packet Access)

Normativa Europea

Normativa nazionale

Normativa regionale

Piano di Settore Comunale per la localizzazione degli impianti di telefonia mobile

Analisi di Impatto Elettromagnetico

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GSM Milestones

1982 Il CEPT crea il “Groupe Spécial Mobile”

1986 viene stabilito un Permanent Nucleus a Parigi

1987 vengono fatte le principali scelte tecniche relative all’interfaccia radio, sulla base della valutazione di prototipi (1986)

1987 Primi test sperimentali a Parigi

1989 il GSM diviene una commissione tecnica dell’ETSI (SMG) 1990 le specifiche GSM900 di fase I (bozza 1987-1990) sono congelate

1991 i primi sistemi GSM900 sono avviati in prova; le specifiche del DCS1800 sono congelate Fase 1 - definizione dei servizi base essenziali e di alcuni servizi supplementari 1992 tutti i maggiori operatori GSM avviano il servizio commerciale

1993 Fase 2 - integrazione dei servizi base e supplementari, allocazione delle bande di frequenza su cui operare

1996 inizia la Fase 2 plus, che viene emessa a cadenza annuale sotto forma di versioni successive

1999 il gruppo SMG viene sciolto e confluisce nel Third Generation Partnership Project (3GPP) avente lo scopo di definire il sistema di terza generazione

GSM

Caratteristiche

Lo standard GSM ha apportato notevoli miglioramenti rispetto ai precedenti sistemi analogici:

Capacità più larga dei precedenti sistemi

Migliore qualità delle comunicazioni

permette di eseguire il roaming in tutte le aree coperte dallo standard

possibilità di utilizzare uno stesso terminale in tutti i Paesi che supportano lo standard

Separazione tra cliente (SIM) e terminale

Migliore sicurezza delle comunicazioni grazie all’utilizzo di tecniche di cifratura e autenticazione robuste

Competizione tra operatori

Prezzi bassi (produzione larga scala)

Introduzione servizi non esistenti nelle reti fisse (SMS,...)

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GSM Architettura

MS (Mobile Station)

ME (Mobile Equipment)

SIM (Subscriber Identity Module)

BSS (Base Station Sub-system)

BSC (Base Station Controller)

BTS (Base Transceiver Station)

NSS (Network Switching Sub-system)

MSC (Mobile services Switching Centre)

VLR (Visitor Location Register)

HLR (Home Location Register)

AuC (Authentication Centre)

EIR - Equipment Identity Register

OSS (Operation And Support Sub-System)

NMC (Network Management Centre)

OMC (Operation and Maintenance Centre)

GSM

ME - Mobile Equipment

La Mobile Station consiste nel terminale mobile che viene utilizzato dall’abbonato e che gli consente l’accesso alla rete GSM. È costituita da una opportuna combinazione dei seguenti elementi:

Mobile Termination (MT): supporta le funzioni relative alla gestione del canale radio, alla ricetrasmissione delle informazioni via radio, alla codifica/decodifica della fonia, alla gestione della mobilità etc.

Terminal Equipment (TE): terminale di utente, costituito da più apparati, collegabile ad una Mobile Termination. Può essere ad esempio un terminale dati, (DTE) Data Terminal Equipment.

Terminal Adapter (TA): adattatore che permette di interfacciare una MT, che ha un’interfaccia di tipo ISDN, con un TE che presenta un’interfaccia non ISDN.

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GSM

ME - Mobile Equipment

Dal punto di vista della portabilità, sono stati definiti tre diversi tipi di Mobile Station:

Veicolare (vehicle mounted station): è una MS installata su un veicoli, l’antenna è posta all’esterno del veicolo stesso.

Trasportabile (portable station): è una MS che può essere trasportata a mano e l’antenna non è fisicamente inserita nell’apparato che costituisce la Mobile Terminaton (MT)

Portatile (hand - held station): è una MS in cui l’antenna è fisicamente inserita nell’apparato che costituisce la Mobile Termination (MT).

Il dispositivo portatile è univocamente identificato dall’International Mobile Equipment Identity (IMEI).

GSM

ME - Subscriber Identify Module (SIM)

Contiene i dati dell’abbonato permettendo di definire a quali servizi può accedere.

Al suo interno la SIM contiene:

Numero di serie del SIM, per la sua identificazione univoca;

Identificativo dell’utente, noto come IMSI (International Mobile Subscriber Identity);

Chiave di cifratura indicata come Ki; è utilizzata nel processo di autenticazione, tramite il quale la rete verifica se l’utente ha diritto o meno all’accesso;

Chiave di cifratura, nota come Kc, che varia nel tempo;

Algoritmo di autenticazione e algoritmo per ricavare la Kc: permettono di determinare le informazioni richieste dalla rete per ottenere l’accesso e la chiave di cifratura che viene utilizzata per crittografare le informazioni da inviare sulla tratta radio.

Temporary Network information (LAI, TMSI)

Personal Unblocking Number (PUK)

Personal Identity Number (PIN)

Un terminale nel quale non sia inserita alcuna SIM è ugualmente in grado di effettuare chiamate di emergenza.

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GSM

BSS - Base Station Sub-system

Unità funzionali che si occupano della copertura radio di una o più celle e della comunicazione con le Mobile Station che si trovano entro esse. Gli aspetti che deve gestire una BSS sono:

Rice-trasmissione delle informazioni sulla tratta radio ed esecuzione delle misure necessarie per garantire una buona qualità dei collegamenti con le MS;

Controllo delle risorse radio (portanti radio e canali fisici su esse realizzati, cioè timeslot) e la loro assegnazione;

Per gestire questi compiti la BSS comprende due unità funzionali:

BTS - Base Transceiver Station: insieme degli apparati che consentono la copertura radio di una singola cella. Svolge tutte quelle funzioni esecutive (codifica, cifratura, modulazione ecc,) che permettono lo scambio di informazioni via radio con le MS che si trovano all’interno della cella.

BSC - Base Station Controller: svolge le funzioni di controllo e gestione di una o più BTS, e le funzioni di commutazione tra canali di traffico GSM e canali PCM terrestri, tramite i quali il BSC viene connesso alla centrale di commutazione (MSC).

GSM

BSS - Base Station Sub-system

Il BSC comunica con le BTS utilizzando canali Time Division Multiplex (TMD), attraverso

un’interfaccia

denominata Abis, in genere implementata usando linee E1 o T1.

Il collegamento fra BSC e BTS può essere effettuato o utilizzando fibre ottiche o cavi in rame oppure, se le distanze sono maggiori, tramite dei link a microonde.

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GSM

NSS - Network Switching Sub-system

Insieme delle unità funzionali, centrali di commutazione e database, che consentono di gestire la mobilità degli utenti e di effettuare il controllo delle chiamata, nonché di supportare i servizi offerti dalla rete:

MSC - Mobile services Switching Centre: si occupa di tutti gli aspetti inerenti il controllo delle chiamate, il supporto dei servizi offerti dalla rete, la gestione della mobilità e le funzioni di alto livello relative alla gestione delle risorse radio. Esso gestisce tutte le MS che transitano in un determinato territorio e tutte le chiamate dirette e provenienti da vari tipi di rete;

VLR - Visitor Location Register: è un database, normalmente integrato nel MSC, che contiene temporaneamente le informazioni di localizzazione ed una copia dei dati di utente di ogni Mobile Station che si trova nell’area da esso servita (identità dell'utente IMEI, numero telefonico, parametri di autenticazione, ecc.);

HLR - Home Location Register: database utilizzato dagli operatori nel quale vengono memorizzati permanentemente sia i dati di abbonamento di ogni utente (detti dati statici), sia dati che possono variare col tempo (dati dinamici) che possono variare a seguito di spostamenti dell’utente o all’attivazione di nuovi servizi.

AuC - Authentication Centre: unità funzionale, normalmente associata all’HLR che contiene al suo interno i dati che consentono di autenticare un utente e di cifrarne le comunicazioni, che ha il compito di calcolare i parametri utilizzati per l’autenticazione e la cifratura.

EIR - Equipment Identity Register: è un database che memorizza al suo interno tutti i codici IMEI segnalati come difettosi o rubati. È stato introdotto per prevenire l’utilizzo di MS non autorizzate (rubate, non omologate).

GSM

OSS - Operation And Support Sub-System

Insieme delle unità funzionali che consentono ad un operatore l’esercizio, l’amministrazione e la manutenzione (OA&M, Operation Administration and Maintenance) della propria rete GSM.

OMC (Operation and Maintenance Centre): Centro di Esercizio e Manutenzione (CEM) che controlla e gestisce tutti gli elementi della rete GSM.

NMC (Network Management Centre): Centro di gestione di rete che fornisce una visione complessiva di tutte le attività di esercizio e manutenzione di una rete GSM.

Le funzioni principali sono le seguenti:

Gestione dei guasti e manutenzione della rete; gestione allarmi, gestione dello stato del Network Element con la possibilità di effettuare test per verificare il corretto funzionamento;

Gestione della configurazione e delle prestazioni dei Network Element (definizione, acquisizione, memorizzazione, presentazione dei dati di misura ecc.)

Gestione della sicurezza del sistema (password ecc)

Raccolta dei dati relativi alla tassazione (billing data), i quali sono costituiti dai record di documentazione delle chiamate (call documentation) emessi dagli MSC. Essi vengono forniti ad un centro incaricato di tassare gli utenti

Gestione dei dati relativi all’accounting, cioè i dati che consentono di suddividere la tassazione di una chiamata tra la rete GSM del gestore che ha in carico un utente ed altre eventuali reti (PSTN/ISDN o altre PLMN) che sono intervenute nella instaurazione della chiamata

Amministrazione degli abbonati e possibilità di poter conoscere la loro posizione all’interno dell’area di copertura.

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GSM

Caratteristiche radio

Il sistema digitale GSM utilizza una tecnica di accesso multiplo mista FDMA/TDMA, in quanto ha un certo numero di frequenze portanti (FDMA), ognuna delle quali serve un certo numero di utenti in conversazione (TDMA)

Utilizzo di due bande di frequenza, la prima compresa tra 890 - 915 MHz per la trasmissione dalla MS verso la stazione base BTS (uplink), l’altra compresa tra 935 - 960 MHz per la trasmissione nel senso opposto dalla BTS verso la MS (downlink).

metodo di contesa di tipo slotted – Aloha, necessario nel caso di due terminali che richiedessero delle risorse nello stesso momento.

per alleviare gli effetti del fading causato da percorsi multipli è utilizzato il Frequency Hopping

GSM

Caratteristiche radio

Lo schema di accesso multiplo è una combinazione di TDMA e FDMA:

FDMA: la banda complessiva viene suddivisa in canali da 200 kHz (25 MHz / 200 KHz = 125 canali, di cui uno di guardia)

TDMA: ciascuno di questi canali viene condiviso nel tempo tra 8 utenti.

La portante uplink e quella downlink per un utente sono sempre separate da 45 MHz.

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GSM Burst GSM

Un singolo slot temporale viene definito burst. Nello standard GSM esistono cinque tipi di burst:

Burst normale: per la trasmissione di messaggi sia riguardanti informazioni utente che di controllo.

Burst di accesso (AB): usati nelle fasi di setup quando MS non è ancora sincronizzato con BTS.

Burst di sincronizzazione (SB): inviati da BTS per la sincronizzazione dei MS.

Burst di orrezione della frequenza (FB): inviati periodicamente da BTS per consentire la correzione degli oscillatori dei MS.

Burst dummy (DB): inviati negli slot vuoti se è necessario tenere alta la potenza della portante.

GSM Canali

Nel sistema GSM i canali radio si distinguono in due categorie:

Canali di traffico TCH (Traffic Channels);

Canali di controllo CCH (Control Channels).

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GSM Canali TCH

Esistono due tipi fondamentali di canali di traffico:

Canali a velocità piena (Full rate Traffic Channel: TCH/F) che trasportano informazione ad una velocità lorda di 22.8 Kbit/s al lordo delle tecniche di codifica di canale per la protezione degli errori (13 Kbit/s). A seconda della codifica utilizzata avremo:

Full rate: 4.8 o 9.6 o 14.4 Kbit/s

Full rate e utenti veloci: 2.4 Kbit/s

Canali a velocità dimezzata (Half rate Traffic Channel: TCH/H) che trasportano informazione ad una velocità lorda di 11.4 kbit/s (6.5 Kbit/s), mentre a monte della codifica:

Half rate: 2.4 o 4.8 Kbit/s

GSM Canali CCH

I canali CCH sono impiegati per la segnalazione sia di controllo sia di gestione. In questa categoria rientrano diverse tipologie d’informazione che possono essere raggruppate in tre famiglie:

Canale BCCH (Broadcast CCH): è un canale di diffusione in un solo senso ossia verso la MS.

BCCH (Broadcast control channel): trasporta informazioni generali a tutti gli utenti serviti da una base station: disponibilità di canali, parametri di frequency hopping, canali di controllo, ecc..

FCCH (Frequency correction channel): usato per sincronizzare la frequenza alla MS. Utilizza i 148 bit del burst FB per definire la frequenza della portante.

SCH (Synchronization channel): trasporta l’identificativo della BTS (Base Station Identity Code, BSIC) e un’indicazione del numero di trama (frame number, FN).

Canale CCCH (Common CCH): è un canale comune di controllo suddiviso in tre tipi di canali:

Canale PCH (Paging Channel): serve alla stazione base per inviare il messaggio di paging (ricerca della MS) alla stazione mobile;

Canale RACH (Random Access Channel): serve alla MS per inviare una richiesta di un servizio o di una chiamata alla stazione radio base;

Canale AGCH (Access Grant Channel): serve alla stazione base per inviare una risposta alla richiesta della MS fatta tramite canale RACH.

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GSM Canali CCH

Canale DCCH (Dedicated CCH): è un canale di controllo dedicato alla segnalazione sulle connessioni che si svolgono sul canale di traffico TCH. Esso si suddivide in tre canali logici:

Canale SACCH (Slow Associated Control Channel): serve per l’invio di segnalazione durante la conversazione per la gestione della trama ed il controllo della potenza RF della MS

Canale FACCH (Fast Associated Control Channel): serve ad aiutare il canale SACCH, il quale risulta lento, per attivare la procedura di hand - off;

Canale SDCCH (Stand alone Dedicated Control Channel): serve per lo scambio dei messaggi tra la MS e la stazione radio base durante la fase di inizializzazione di una chiamata e durante l’attesa per la connessione.

GSM

Multitrame GSM

La mappatura dei canali logici su quelli fisici fa riferimento a uno schema che definisce le trame, multitrame ed ipertrame.

I canali di traffico vengono organizzati in base a gruppi di 26 trame, quelli di controllo in base a gruppi di 51 trame. Questi gruppi costituiscono una multitrama (multiframe).

Le due multitrame di durata rispettivamente 120 ms e 235,4 ms sono inserite in una supertrama (superframe) di 6.12 s che contiene rispettivamente 51 e 26 multitrame (per un totale di 1326 trame) unificando la struttura dei due canali.

A loro volta 2048 superframe formano una ipertrama (hyperframe) composta di 222=2715648 trame numerate progressivamente (frame number, FN) e in modo ciclico su una periodicità di 3 ore, 28 min, 53 s e 773 ms.

Il FN viene trasmesso da BSC nei burst di sincronizzazione

In definitiva un canale fisico è identificato dal proprio numero di time slot (TS), di trama (FN) e di frequenza portante.

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GSM

Multitrame GSM

GSM

Tecnologia radio

Modulazione utilizzata GMFK 0,3 (Gaussian Minimum Shift Keying)

Il rate a cui vengono trasmessi i dati è 270.833 kbit/s che equivale ad un rate per utente di 270.833/8=33.854 kbit/s che diventa 24.7 kbit/s se si elimina overhead di sequenza pilota e guard interval (2x57 bit ogni 4.615 ms). Il rate effettivo si riduce a 22.8 kbit/s a causa della banda concessa al canale di controllo SACCH multiplexato con i dati.

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GSM DSC 1800

DCS 1800 (Digital Cellular System) utilizza una banda 1710 - 1785 MHz in uplink e 1805 - 1880 MHz in downlink, fornendo un massimo di 374 portanti.

raggio d’azione più corto, ma consente una migliore penetrazione all’interno degli edifici, il che lo rende adatto alla copertura di zone ad alta densità abitativa come le città.

Lavorando con un’ampiezza di banda di 75 MHz, che è tripla rispetto ai 25 MHz del sistema GSM, il DCS 1800 permette di raddoppiare gli utenti massimi per cella del GSM. Inoltre la potenza di trasmissione del sistema DCS è minore, il che garantisce meno interferenze e una maggiore autonomia delle batterie.

La standardizzazione delle procedure ha permesso un’ottima integrazione tra le reti GSM e DCS 1800, in modo tale che una SIM card GSM può essere usata su un telefono DCS 1800 e viceversa.

Il sistema DCS 1800 utilizza le stesse specifiche del sistema GSM, il che significa che i componenti di una rete GSM possono essere usati in reti DCS 1800. Le uniche modifiche riguardano i trasmettitori radio e gli apparati utente.

GSM

Servizi forniti

Telefonia

Ritmo binario di codifica Full Rate (FR) = 13 kbit/s; Half Rate (HR) = 6,5 kbit/s

Servizio di chiamate di emergenza (emergency call service, 112)

Servizi telematici

Videotex, teletex, facsimile gruppo 3, servizi di messagistica (X.400, MMS, instant messaging)

Trasferimento di messaggi brevi (Short Message Service, SMS)

Messaggi di lunghezza massima 160 caratteri ASCII con riscontro di consegna

Servizi supplementari

Esempi: number identification, call completion, multy party, closed user group, charging

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Indice

Reti mobili cellulari

GSM (Global System for Mobile Communications)

GPRS GPRS ((General General Packet Packet Radio Radio Service) Service)

HSCSD (High-speed circuit switched data) – EDGE (Enhanced Data rate for GSM Evolution)

UMTS (Universal Mobile Telecommunication Systems)

HSPA (High Speed Packet Access)

Normativa Europea

Normativa nazionale

Normativa regionale

Piano di Settore Comunale per la localizzazione degli impianti di telefonia mobile

Analisi di Impatto Elettromagnetico

Internet: trasmissione dati rappresenta una grossa parte del traffico su rete fissa.

Traffico dati:

Trasmissioni a burst: necessitano di molta capacità in maniera non regolare

GSM per la gestione del traffico dati:

Inefficiente: utilizza un sistema di trasferimento dati basato sulla commutazione di circuito.

Lento

Costoso

GPRS

Limiti del GSM per trasmissione dati

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Caratteristiche del GPRS rispetto al GSM:

Utilizzo efficiente delle risorse.

Incrementa la capacità offerta ai singoli utenti.

Tempi di connessione molto rapidi.

Gestione della Quality of Service

Permette l’implementazione di nuovi modelli di tariffazione:

tariffazione a traffico dati effettivamente generato permette di creare connessioni always-on

GPRS Vantaggi

Il GPRS introduce una rete logica sovrapposta a quella preesistente del GSM, inserendo alcuni nuovi elementi che gestiscono le nuove funzionalità fornite. Questi elementi sono:

SGSN: Serving GPRS Support Node

GGSN: Gateway GSN

GR: GPRS Register

Architettura GSM+GPRS:

Commutazione di circuito (ISDN) trasporta traffico vocale:

GMSC

MSC

Commutazione di pacchetto (IP) trasporta traffico dati:

GGSN

SGSN

GPRS Architettura

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SGSN: allo stesso livello gerarchico del MSC: instrada il pacchetto dati verso e da la MS di destinazione.

Ogni SGSN controlla una routing area (RA). Routing area è il corrispondente a commutazione di pacchetto della location area LA. Una LA contiene più RA.

gestisce la mobilità degli utenti dati registrando le informazioni di tutti gli utenti nella sua RA (VLR) e implementando la funzionalità di tunneling.

GGSN: Ha funzionalità di gateway tra rete GPRS e reti esterne:

gestisce la conversione dei formati dei pacchetti.

Instrada pacchetti dati da e verso SGSN.

La rete che collega tutti i GSN è una rete a pacchetto (IP):

Intra-PLMN: la rete è gestita da un unico operatore.

Inter-PLMN: c’è un accordo di roaming fra vari operatori.

GR: è una parte integrante dell’HLR, estendendone le funzionalità per poter implementare nella rete le nuove funzionalità date dal GPRS, memorizzando al suo interno le informazioni relative all’abbonato del servizio GPRS.

In particolare contiene:

Informazioni necessarie per il routing dei pacchetti indirizzati ad un mobile GPRS;

Informazioni relative al profilo di sottoscrizione dell’abbonato, ad esempio informazioni riguardanti la qualità del servizio richiesta dall’utente (QoS);

L’accesso alle informazioni contenute nel GR avviene tramite identificando l’IMSI dell’utente.

GPRS

Elementi architetturali

GPRS Architettura

45

Per poter integrare lo standard GSM con il GPRS, i MS possono essere di tra classi:

Classe A: può gestire simultaneamente chiamate GSM e GPRS.

Classe B: può registrarsi su entrambe le reti ma usare uno dei due servizi alla volta.

Classe C: si può registrare su una delle reti alla volta.

GPRS Classi MS

Il servizio GPRS mette a disposizione dei suoi utenti due differenti topologie di servizio:

Point To Point (PTP);

Point To Multipoint (PTM).

Un servizio PTP è un servizio in cui l’utente invia uno o più pacchetti verso un unico destinatario. La connessione punto-punto può venir gestita secondo due modalità:

Servizi PTP non orientati alla connessione ConnectionLess (CLNS);

Servizi PTP orientati alla connessione Connection Oriented (CONS).

Nei servizi PTM i pacchetti non vengono inoltrati a un unico destinatario, ma ad un numero maggiore di utenti mobili. A loro volta questi servizi si dividono in:

PTM-M: Multicast, cioè i servizi riguardano tutti gli utenti di una determinata area

PTM-G: Groupcast, cioè i servizi riguardano un determinato gruppo di utenti all’interno di un’area

GPRS

Tipologie servizi

47

I criteri utilizzati per valutare le prestazioni del servizio riguardano:

il throughput

il ritardo

l’accuratezza

l’affidabilità

La valutazione di tali parametri porta a creare una suddivisione in classi di servizio, a seconda delle prestazioni fornite dal servizio.

GPRS

Quality of service

La valutazione del throughput può essere fatta sia in termini di velocità media, sia valutando il valore di picco che viene offerto agli utenti.

GPRS

Quality of service - Throughput

(9)

49

La valutazione del ritardo viene fatta sul tempo necessario al trasferimento dei dati dell’utente, che è dato dalla somma del tempo necessario ad accedere al canale radio, del tempo necessario alla propagazione nel canale e del tempo di attraversamento della rete.

Si definiscono quattro classi di servizio in base alla valutazione del ritardo.

GPRS

Quality of service - Ritardo

Classe di ritardo

Ritardo massimo ammesso

SDU = 128 byte SDU = 1024 byte

media 95% media 95%

1 < 0,5 s < 1,5 s < 2 s < 7 s

2 < 5 s < 25 s < 15 s < 75 s

3 < 50 s < 250 < 75 s <375 s

4 non garantito non garantito non garantito non garantito

L’accuratezza si riferisce al grado di correttezza con cui una richiesta di servizio viene servita. Per valutare le prestazioni in termini di accuratezza vengono presi in considerazione i seguenti parametri:

probabilità di perdita di un pacchetto;

probabilità di ricezione di pacchetti errati;

probabilità di duplicazione di un pacchetto;

probabilità di errata sequenza di ricezione dei pacchetti.

GPRS

Quality of service – Accuratezza

51

L’affidabilità del servizio sintetizza la disponibilità del servizio a prescindere dalla velocità e dall’accuratezza con cui le richieste di servizio vengono servite. Viene valutata in base a:

probabilità di fallimento della negoziazione della QoS tra utente e rete;

probabilità che la QoS stabilita in fase di negoziazione non sia effettivamente garantita durante l’espletamento della richiesta di servizio;

disponibilità del servizio;

tempo medio tra due successivi black out del servizio;

durata media di un black out del servizio.

GPRS

Quality of service - Affidabilità

Il burst del canale di traffico è identico a quello GSM.

Novità rispetto al GSM:

Allocazione dinamica delle risorse.

Codifica di canale.

Allocazione dinamica delle risorse:

GPRS condivide accesso fisico con GSM.

Una MS GPRS acquisisce il controllo delle risorse radio solo quando ha pacchetti da trasmettere e rilascia le risorse non appena ha concluso la trasmissione.

Il GPRS permette ad una MS di utilizzare (se disponibili) fino ad otto slots per trama.

Allocazione del numero di slot per trama è indipendente tra uplink e downlink.

Uno stesso canale di traffico può essere condiviso tra più stazioni attive.

GPRS

Tecnologia radio

53

Un utente GPRS può utilizzare al massimo tutti e otto i canali associati ad una portante.

Il numero dei canali utilizzati dipende dalle caratteristiche della MS e dalla disponibilità.

GPRS

Allocazione canali

Uplink:

Ogni pacchetto inviato in downlink contiene un campo USF (uplink state flag) che indica alla MS quanti e quali slot può utilizzare per la trasmissione. In teoria un singolo slot può essere condiviso tra più MS.

Downlink:

La BTS etichetta ciascuno degli otto slot di una portante con l’identificativo della MS a cui sono indirizzati.

Codifica di canale:

Data sono codificati in burst del tipo GSM (456 bits / 20ms).

Data rate più elevati si ottengono riducendo la ridondanza del codice.

Protocolli ARQ: quando un pacchetto è perso viene ritrasmesso.

Per la codifica di canale sono definiti quattro schemi alternativi che vengono scelti in base a:

Qualità del servizio richiesta.

Condizioni del canale.

Throughput medio per utente 40-50 kbit/s

GPRS

Codifica di canale

(10)

55

Sulla base di posizione e QoS richiesta, la MS sceglie dinamicamente quale è lo schema di codifica migliore.

La codifica scelta viene comunicata attraverso gli stealing bits.

Massimizza efficienza spettrale

GPRS

Codifica di canale

Indice

Reti mobili cellulari

GSM (Global System for Mobile Communications)

GPRS (General Packet Radio Service)

HSCSD HSCSD ((High High--speed speed circuit circuit switched switched data) data) – – EDGE EDGE ((Enhanced Enhanced Data Data rate rate for for GSM GSM Evolution)

Evolution)

UMTS (Universal Mobile Telecommunication Systems)

HSPA (High Speed Packet Access)

Normativa Europea

Normativa nazionale

Normativa regionale

Piano di Settore Comunale per la localizzazione degli impianti di telefonia mobile

Analisi di Impatto Elettromagnetico

57

L’HSCSD punta ad incrementare la capacità disponibile all’utente, fermo restando il paradigma a circuito e l’interfaccia fisica GSM

I dati sono divisi in N canali indipendenti, ricombinati in ricezione dopo la decodifica:

Si ottengono capacità nette per canale di 14,4 kbit/s limitando il FEC

Il ritmo binario lordo del canale è 22,8 kbit/s (canale base GSM)

Il ritmo binario nell’interfaccia radio è Nx14,4 kbit/s

La segnalazione del piano di controllo e l’handover limitano N al più a 4 (max ritmo binario = 57,6 kbit/s)

Il ritmo binario massimo è comunque limitato a 64 kbit/s per il tipo di connessioni usate tra BSC e MSC

HSCSD

High-speed circuit-switched data

L’Enhanced Data rate for GSM Evolution (EDGE) può essere introdotto in due modi:

Come arricchimento per i dati a pacchetto nel GPRS (EGPRS)

Come arricchimento per i dati a circuito HSCSD, denominato Enhanced Circuit Switched Data (ECSD)

E’ pensato per migrare verso la 3G: coesiste con il GSM/GPRS

La Fase 1 fornisce un servizio best effort a pacchetto con capacità fino a 384 kbit/s

La Fase 2 aggiunge il servizio di Voice over IP

Il dispiegamento iniziale richiede <1 MHz uplink/downlink con riuso 1/3 (EDGE Compact)

Le proprietà interferenziali dell’8-PSK sono le stesse del GMSK;

questo permette l’inserimento di canali RF EDGE in un piano di allocazione frequenziale esistente

EDGE

Enhanced Data rate for GSM Evolution

59

E’ introdotta una modulazione adattiva alla qualità trasmissiva del canale radio (Adaptive Modulation) accanto alla codifica di canale adattiva, già presente nel GPRS (Adaptive Coding)

La scelta è tra GMSK binario e 8-PSK, con 271 ksimboli/s in canali RF di 200 kHz ->

271 kbit/s con GMSK e 813 kbit/s con 8-PSK

Si introduce una forma più sofisticata di codifica e link adaptation rispetto al GPRS

Si impiega l’Hybrid ARQ Type I (ARQ+FEC fisso) per il recupero di errore

E’ possibile anche la tecnica della Incremental Redundancy (Hybrid AQR Type II)

La capacità lorda disponibile ad un utente varia da 8,2 kbit/s a 59,2 kbit/s per singolo canale (1 slot/trama)

EDGE

Caratteristiche

Accanto alla nuova modulazione sono stati aggiunti ulteriori schemi di codifica che permettono di arrivare fino a circa 59.2 kbit/s per singolo time slot, portando quindi la capacità teorica dell’EDGE a 473.6 kbit/s. Come nel caso del GPRS gli schemi di codifica vengono scelti in base alle richieste di servizio fatte durante l’instaurazione della connessione e in base alle condizioni del canale. I primi quattro schemi utilizzano la modulazione GMSK, mentre i restanti sfruttano la 8PSK.

Nel GPRS le prestazioni migliori si ottengono con lo schema di codifica CS4, raggiungendo i 20 kbps. L’EDGE invece, se le condizioni di canale lo permettono, permette di raggiungere i 59.2 kbps per canale.

EDGE

Modulazione adattativa

(11)

61

L’architettura della rete EDGE non porta a stravolgere quanto già visto nel GPRS in quanto le variazioni introdotte coinvolgono solamente l’interfaccia radio, quindi è necessario effettuare solamente un upgrade della BSS e dei terminali mobili che dovranno supportare le modifiche ivi apportate. Inoltre bisogna effettuare un upgrade software per poter gestire le nuove caratteristiche introdotte dall’EDGE.

EDGE Architettura

Indice

Reti mobili cellulari

GSM (Global System for Mobile Communications)

GPRS (General Packet Radio Service)

HSCSD (High-speed circuit switched data) – EDGE (Enhanced Data rate for GSM Evolution)

UMTS (Universal Mobile Telecommunication UMTS (Universal Mobile Telecommunication Systems Systems)

HSPA (High Speed Packet Access)

Normativa Europea

Normativa nazionale

Normativa regionale

Piano di Settore Comunale per la localizzazione degli impianti di telefonia mobile

Analisi di Impatto Elettromagnetico

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UMTS

Evoluzione reti cellulari

Caratteristiche del nuovo standard rispetto a quanto presente sono:

Capacità di supportare servizi a larga banda, con un significativo sviluppo dei servizi diffusivi e punto-multipunto accanto ai classici servizi punto-punto;

Disponibilità di nuovi terminali di peso e dimensioni limitati, a basso costo e di semplice uso per l’utente;

Garanzia di diversi livelli di qualità di servizio (QoS) per la vasta gamma di servizi disponibili;

Assegnazione efficiente delle risorse di rete attraverso l’uso di schemi a bit rate variabile, di due modalità di accesso radio e la possibilità di controllare significativi livelli di asimmetria di servizio (ovvero differenza di capacità tra uplink e downlink);

Introduzione di una tariffazione flessibile, in funzione non solo della durata della connessione ma anche della quantità di dati trasferita e della qualità di servizio richiesta;

Offerta di nuove velocità di trasporto a seconda dell’ambiente di servizio e delle caratteristiche di mobilità.

UMTS

Caratteristiche

65

Grandi aspettative:

Tutti i maggiori operatori europei hanno investito miliardi di euro nelle aste per le frequenze 3G: complessivamente 2×60 MHz in ciascun paese.

Tutti i maggiori produttori di telefonia hanno sviluppato prodotti UMTS a costo di grandi investimenti.

Problemi:

Mancanza di “killer application”

Difficoltà di integrazione di un unico terminale dual mode GSM e UMTS.

Elevato consumo delle batterie.

Concorrenza GSM-GPRS.

Elevati costi della realizzazione delle infrastrutture.

UMTS

Caratteristiche

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 (IMT-2000).

1999: il 3GPP approva lo standard; la Release 99 conteneva le basi necessarie per sviluppare una rete di terza generazione, partendo dai dispositivi al software necessario. Questa versione consente di ottenere un data rate di 384 kbps nella copertura di macro celle, arrivando fino a 2 Mbps nel caso di micro celle.

2001: vengono pubblicate le specifiche della Release 4; introdotto il supporto dei Messaggi Multimediali e l’interconnesione del Core Network con le reti di dorsale IP.

2002: Release 5; introduzione della Quality of Service end to end, il supporto dell’Instant Messaging, dei servizi multimediali basati su IP, supporto del SIP (Session Initiation Protocol), High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) e l’utilizzo di un core basato su IP, introducendo l’IP Multimedia Subsystem (IMS). L’HSDPA supportato da questa versione può arrivare ad avere dai picchi in download fino a 10 Mbps.

2004: Release 6; High-Speed Uplink Packet Access (HSUPA), aggiunge ulteriori servizi multimediali e garantirà l’interoperabilità con le Wireless Lan, permette di gestire i Digital Rights Management (DRM) e il riconoscimento vocale.

(12)

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UMTS Architettura

Cambia la terminologia rispetto al GSM:

MS → User Equipment (UE)

BSS → UMTS terrestrial radio access network (UTRAN): UTRAN, che implementa la tecnica di accesso multiplo WCDMA, è completamente innovativa rispetto al GSM.

NSS → core network (CN): CN è composta dagli stessi elementi che compongono NSS: MSC, HLR, VLR, GGSN e SGSN...

UMTS Architettura

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).

L'UMTS differisce dal GSM per l'interfaccia radio di trasmissione (multiutenza a divisione di codice WCDMA) UTRAN.

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).

69

UMTS

User Equipment

L’apparato utente, o MS come nel caso del sistema GSM, è costituito da due unità, connesse tra loro tramite l’interfaccia Cu:

il Mobile Equipment (ME), che è il terminale fisico utilizzato nelle comunicazioni e contiene la parte hardware e software che serve per interfacciarsi con la rete UMTS.

Tale entità è identificata univocamente a livello mondiale dal proprio codice IMEI, come avviene per il sistema GRPS.

L’USIM (Universal Subscriver Identity Module), che contiene all’interno di un circuito integrato denominato UICC (Universal Integrated Circuit Card) le informazioni relative all’utente, il quale come nel caso del GSM è identificato dall’ International Mobile Subscriver Identità, e ai servizi ai quali è abbonato.

Lo UE comunica con l’UTRAN tramite l’interfaccia Uu.

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.

71

UMTS UTRAN

Un RNC è l’entità responsabile della gestione delle risorse all’interno delle celle di cui esso è a capo, ma anche degli handover che richiedono lo scambio di messaggi di segnalazione verso l’UE. I suoi compito sono:

la gestione della chiamata;

il controllo del carico;

l’accettazione di nuove chiamate;

la gestione dei codici;

le procedure di handover (ad es. con l’impiego di soft handover in cui un mobile si può collegare simultaneamente anche a due nodi B gestiti da due RNC)

Un Node B è l’entità che dialoga con il terminale mobile tramite l’interfaccia radio; è connesso al RNC attraverso l’interfaccia Iub e può supportare entrambe le modalità di trasmissione FDD (Frequency Division Duplex) e TDD (Time Division Duplex). Si occupa delle seguenti attività:

modulazione/demodulazione;

utilizzazione dei codici;

misure di qualità del canale radio;

controllo di potenza;

diversità di ricezione e di trasmissione (due antenne).

UMTS

UTRAN - Funzioni

Le principali funzioni svolte dall’UTRAN sono:

Funzioni relative al controllo dell’accesso al sistema:

Controllo dell’accesso

Controllo della congestione

Trasmissione delle informazioni di sistema

Cifratura e decifratura dei canali radio

Funzioni relative alla mobilità:

Handover

Rimpiazzo del SRNS

Funzioni relative alla gestione e al controllo delle risorse radio:

Configurazione delle risorse radio

Monitoraggio dei canali radio

Controllo della divisione e della ricombinazione dei flussi informativi

Instaurazione e rilascio dei Radio Bearer

Allocazione e deallocazione dei Radio Bearer

Funzioni dei protocolli radio

Controllo della potenza sui canali radio

Codifica e decodifica di canale

Controllo della codifica di canale

Gestione dell’accesso random alla rete

(13)

73

UMTS

Core Network

Gli elementi costituenti il Core Network non hanno subito molte modifiche rispetto a quanto visto nel caso del GSM e del GPRS. Gli elementi costituenti il Core Network sono:

Elementi comuni:

Home Location Register (HLR)

Authentication Center (AUC)

Equipment Identity (EIR).

Gestione connessioni a circuito:

Mobile Switching Centre (MSC)

Visitor Location Register (VLR)

Gateway Mobile Switching Centre (GMSC)

Interworking Function (IWF).

Gestione connessioni a pacchetto:

Serving GPRS Support Node (SGSN)

Gateway GPRS Support Node (GGSN)

Border Gateway (BG)

UMTS

Tecnologia radio

Lo schema di accesso multiplo è WCDMA: gli utenti sono separati da codici ortogonali.

L’intera banda di frequenza e tutti gli slot all’interno di una trama sono a disposizione di tutti gli utenti del sistema.

Il guadagno di capacità è in teoria molto grande rispetto al GSM ma le prestazioni sono limitate dall’interferenza da accesso multiplo.

A causa del canale multipath e dei diversi ritardi di propagazione dei vari utenti, gli utenti non sono ortogonali fra di loro.

75

UMTS

Tecnologia radio

Caratteristiche del WCDMA per UMTS:

Sia le stazioni base che le MS sono asincrone.

Rate variabile: il rate dei simboli dipende dallo spreading factor SF (numero di chip associati ad un simbolo).

SF varia da un minimo di 4 ad un massimo di 256 chip per simbolo.

Chip rate è 3.84 Mchip/s.

Caratteristiche del WCDMA per UMTS:

I possibili rate offerti agli utenti variano da 15 Kbit/s (SF = 256) a 960 kbit/s (SF

= 4).

SF bassi: rate elevati, il codice associato non offre elevata protezione dall’interferenza o dagli effetti del canale radio. E’ necessario trasmettere potenze elevate.

SF elevati: bassi rate, il codice è sufficientemente lungo da proteggere il segnale trasmesso dall’interferenza e dagli effetti del canale radio. Solitamente trasmessi con un basso valore di potenza.

UMTS Symbol Rate

Il rate offerto a ciascun servizio dipende dallo SF assegnato a quel servizio: è una decisione presa dalla rete e negoziata con la MS valutando gli effetti sulle trasmissioni degli altri utenti.

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UMTS

Tecnologia Radio

Canale radio:

La trama UMTS ha durata 10 ms (GSM: 4.615 ms) ed è suddivisa in 15 slot ciascuno della durata di 2560 chip.

La banda di frequenza associata ad un canale è di 5 Mhz (GSM: 200 kHz).

Dovendo gestire una banda di frequenza molto larga, la frequenza con cui il ricevitore WCDMA campiona il segnale ricevuto è molto elevata. Complessità e consumi maggiori rispetto al ricevitore GSM.

Sistema FDD: per le trasmissioni uplink e quelle downlink vengono utilizzate due bande diverse separate da circa 200 MHz.

UMTS

Tecnologia Radio

Ricevitore WCDMA:

Wideband: il tempo di chip (260 ns) è sufficientemente piccolo da poter distinguere in molti ambienti di propagazione le differenti repliche del canale multipath.

Wideband: la banda del segnale è molto più larga della banda di coerenza del canale.

Ricevitore rake: combina il contributo energetico di più repliche indipendenti.

Sfrutta la diversità in frequenza del canale.

Architettura ricevitore WCDMA:

L’utilizzo del ricevitore rake rimuove la necessità di equalizzare il canale: il multipath viene sfruttato per migliorare le prestazioni del ricevitore.

Il prezzo da pagare è la necessità di sincronizzare e stimare le varie componenti (finger) del multipath. Processo molto oneroso in termini di complessità di calcolo.