Pianificazione e progetto di reti geografiche

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Pianificazione e progetto di reti geografiche

8 Tecnologie wireless II

Università degli Studi di Udine 1 14 maggio 2010 - David Licursi

Indice

DVB DVB--T T ((Digital Digital Video Video Broadcasting Broadcasting – – Terrestrial Terrestrial))

Tetra (Terrestrial Trunked RAdio System)

Satellite

Hiperlan (HIgh PERformance LAN)

Ponti radio a microonde

Wi-Max (Worldwide Interoperability for Microwave Access)

DVB-T

Digitalizzazione dei segnali

I vantaggi dovuti alla digitalizzazione dei segnali consistono in:

possibilità di trasmettere in un’unica portante fisica più segnali di natura diversa senza dover distinguere tra dati, video, audio;

il segnale, a differenza di quello analogico, è sempre rigenerato quindi non esiste più il problema del rumore cumulativo, il che porta ad avere una miglior qualità dell’immagine;

un maggior numero di programmi a parità di banda RF occupata (tipicamente il quadruplo o più, cioè, in un canale si possono trasmettere 4 o più programmi digitali, al posto di uno singolo programma analogico);

una minore potenza di emissione necessaria per coprire la medesima distanza (cioè maggior immunità ai disturbi);

possibilità di realizzare reti di diffusione terrestre isofrequenza (SFN), cioè di avere più trasmettitori in funzione, che servono zone adiacenti, sulla medesima frequenza, con gli stessi programmi; in pratica si può utilizzare la stessa frequenza su vaste aree, servite da più trasmettitori, senza che essi si disturbino l’uno con l’altro;

la possibilità di ricezione mobile senza le problematiche tipiche dei sistemi analogici, quali echi, riflessioni, distorsioni, ecc;

DVB-T

Problemi di trasporto

Una velocità di trasmissione dell’ordine dei 200 MHz non può essere impegnata per la trasmissione diretta all’utente finale in quanto utilizzando una modulazione 64 – QAM (6 bit/simbolo), usata nelle trasmissioni via cavo, occuperebbe una larghezza di banda di 40 MHz oppure, con la modulazione QPSK (2 bit/simbolo), usata nelle trasmissioni via satellite, una larghezza di banda di 135 MHz. Questi valori sono ancora elevati, basti pensare che sono 5 ÷ 6 volte maggiori rispetto la larghezza di banda richiesta per la trasmissione di un segnale analogico PAL.

Tali problemi vennero superati lavorando su 2 aspetti del segnale:

Codifica di sorgente: con questo termine s’intendono tutte le operazioni necessarie alla compressione dei dati video e audio per diminuire la velocità di trasmissione degradando minimamente la qualità percepita.

viene utilizzato il sistema MPEG-2 MP@ML (Main Profile – Main Level) che prevede una velocità di trasmissione compresa fra 2 Mb/s e 15 Mb/s per un singolo programma.

Codifica di canale: s’intendono gli algoritmi di correzione degli errori assieme alle diverse modulazioni che tendono a ottimizzare la trasmissione.

DVB-T Multiplexing

I codificatori audio e video producono in uscita i flussi elementari detti ES (Elementary Streams) che vengono inviati al Packetizer che aggiunge delle informazioni di sistema e li raggruppa in pacchetti detti PES (Packetized Elementary Stream).

I PES possono essere associati e nell’insieme formare un programma costituito ad esempio da più flussi video (inquadrature multiple), più tracce audio (audio multilingua) ed infine dai sottotitoli.

I diversi PES che compongono un dato programma devono usare la stessa ora in modo tale che il sincronizzatore li possa sincronizzare.

Con il multiplexing si può trasportare più di un programma, mentre ciascun programma comprende uno o più PES.

DVB-T

Program Specific Information (PSI)

Sono necessarie delle informazioni che consentono d’associare attraverso i PID (Packet Identifier) i vari PES e di conseguenza i flussi elementari che vanno a costituire un programma. Strutturalmente sono delle tabelle che vengono inviate periodicamente dopo essere state suddivise in sezioni e pacchettizzate nel TS allo stesso modo dei PES. Per l’importanza dell’integrità delle informazioni spesso le sezioni PSI sono protette da CRC.

Tabella d’allocazione programma (PAT: Program Allocation Table). Contiene la lista completa di tutti i programmi nel TS identificati attraverso un numero detto SID (Service IDentificator) e i PID delle rispettive PMT. I pacchetti che la contengono sono identificati con il PID “0”.

Tabella della mappa del programma (PMT: Program Map Table). Ogni programma presente nel TS ha la propria PMT. Indica (in chiaro) i PID dei flussi elementari che compongono il programma e, in modo opzionale, altre informazioni private relative al programma, le quali possono essere oscurate (ECM, EMM). La PMT può essere trasportata dai pacchetti di PID arbitrari definiti dall’emittente e indicati nel PAT (sono esclusi i numeri “0” e “1” che sono riservati rispettivamente per PAT e CAT).

Tabella d’accesso condizionato (CAT: Conditional Access Table). Tale tabella deve essere

presente prima che un programma nel multiplex abbia l’accesso condizionato. È trasportata dai

pacchetti con PID uguale ad “1” e indica i pacchetti che portano l’EMM per uno o più sistemi

d’accesso condizionato. È inviata solo nel caso di ES criptati e il formato di queste informazioni

non è pubblico.

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DVB-T

Program Specific Information (PSI)

Oltre alle tabelle previste dallo standard MPEG-2, lo standard DVB ne aggiunge delle altre che costituiscono le DVB-SI (DVB – Service Information):

Tabella delle informazioni di rete (NIT: Network Information Table). Contiene informazioni specifiche sulla rete quali le frequenze o i numeri di canali usati dalla rete, utili al ricevitore per configurarsi. Tale tabella per definizione è il programma numero “0” del multiplex.

Tabella data e ora (TDT: Time and Data Table). È usata per aggiornare in tempo reale l’orologio interno al set-top box.

Tabella di associazione gruppi (BAT: Bouquet Association Table). Raggruppa gli identificativi di programmi dello stesso genere (sport, notiziari, ...).

Tabella di informazione degli eventi (EIT: Event Information Table). Contiene informazioni sulle future trasmissioni e orari.

DVB-T

Oscuramento e accesso condizionato

Lo standard DVB prevede la trasmissione di dati per il controllo dell’accesso trasportati dalla tabella CAT e altri pacchetti di dati privati indicati nella tabella PMT. È stato definito inoltre un algoritmo d’oscuramento (CSA:

Common Scrambling Algorithm) per il quale si è adottato un compromesso tra costo e complessità tale da reggere alla pirateria.

Lo standard non definisce l’accesso condizionato (CA: Conditional Access) per evitare il problema all’abbonato che deve poter accedere a reti con diversi sistemi d’accesso condizionato.

Ciascun operatore vuole usare il proprio sistema di oscuramento

Lo standard DVB prevede due opzioni:

Simulcrypt. Tale tecnica richiede un accordo tra gli operatori che adottano sistemi d’accesso condizionato differenti, ma basati sullo stesso algoritmo d’oscuramento (ad esempio il CSA del DVB).

Questo consente l’accesso a un certo servizio o programma da un unico ricevitore in quanto i diversi operatori trasmettono nel loro bouquet anche le chiavi d’accesso dell’altro sistema CA facente parte dell’accordo.

Multicrypt. Tutte le funzioni necessarie per l’accesso condizionato e il deoscuramento sono contenute nel modulo estraibile di un supporto PCMCIA che viene inserito nel percorso dati del flusso di trasporto.

Questo si attua mediante un’interfaccia standardizzata (DVB-CI, Common Interface). Il set-top box può avere più di uno slot DVB-CI, per consentire il collegamento di più moduli d’accesso condizionati. Per ogni differente sistema d’accesso condizionato e/o oscuramento, l’utente può collegare un modulo formato da un’interfaccia di smart card e da un deoscuratore adatto.

DVB-T Architettura

DVB-T

Modulazione e codifica di canale

Il cuore del sistema DVB-T risiede nell’ "adattatore di canale” progettato specificatamente per fornire la massima comunanza con i sistemi via satellite e cavo e garantire le migliori prestazioni nella diffusione del segnale sui canali televisivi terrestri. L’adattatore include la modulazione digitale e la codifica di canale per la correzione degli errori di trasmissione.

Il tipo di modulazione digitale adottato dal DVB differisce sensibilmente per i sistemi via satellite, via cavo e sui canali terrestri, in quanto deve adattarsi strettamente alle diverse caratteristiche della propagazione e del canale RF.

Il canale via satellite è fondamentalmente non lineare, a larga banda e limitato in potenza:

pertanto la modulazione QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) a singola portante adottata nel sistema DVB-S risulta idonea allo scopo.

Le reti via cavo sono caratterizzate invece da distorsioni lineari causate dal disadattamento della rete e, sebbene non limitate in potenza, sono soggette a limitazioni di banda; sulla base di questi vincoli, il sistema DVB-C usa modulazioni M-QAM (Quadrature Amplitude Modulation) a singola portante e ad elevata efficienza spettrale, e non include l’interlacciatore e il codice interno; è tuttavia previsto l’impiego nel ricevitore di un equalizzatore adattativo degli echi che possono essere presenti nella rete in cavo.

DVB-T Modulazione

Terminate le operazioni di codifica di sorgente e di canale si ha un flusso di dati pronto per essere usato per modulare una portante che trasporterà i dati agli utenti finali. Il DVB diede mandato ai tecnici di studiare, per la diffusione dei segnali DTT (Digital Terrestrial Television), un sistema trasmissivo in grado di soddisfare i seguenti requisiti:

Compatibilità con la canalizzazione prevista dagli standard televisivi esistenti;

Robustezza del sistema rispetto al fenomeno dei cammini multipli tipici della propagazione terrestre (riflessioni);

Possibilità di ricezione delle trasmissione da postazioni fisse con i normali sistemi riceventi;

Possibilità di ricezione delle trasmissioni da posizioni fisse anche con terminali portatili con antenne omnidirezionali;

Possibilità di distribuzione del segnale da reti SFN (Single Frequency Network), che permettono di utilizzare, anche in territori di dimensioni regionali e nazionali, trasmettitori sincronizzati che operano sullo stesso canale RF;

Maggior compatibilità possibile con gli altri sistemi per la diffusione di segnali TV digitali (cavo e satellite).

Università degli Studi di Udine 11

DVB-T Modulazione

La modulazione del sistema di televisione digitale terrestre si basa sull’OFDM:

interferenza intersimbolica (ISI: Inter Symbol Interference), ossia un’interferenza sul simbolo utile dovuto ai simboli che lo precedono.

interferenza intrasimbolica, ossia l’interferenza sul simbolo utile dovuta al simbolo stesso

È previsto uno schema di correzione degli errori per permettere il recupero dell’informazione trasportata dalle portanti che sono state attenuate dal canale di trasmissione. Per evitare che l’informazione trasportata dalle portanti degradate entri nel decodificatore sequenzialmente, normalmente al codificatore è associato un interlacciatore con il compito di sparpagliare il flusso di informazione codificata, prima che venga associato alle portanti della modulazione OFDM. In ricezione il ricevitore deve riordinare il flusso di dati ricevuti allontanando fra loro dati associati a portanti vicine attenuate.

Questi motivi si fanno si che si parli di COFDM (Coded OFDM), ossia OFDM codificato.

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DVB-T Canali

Il segnale DTT viene trasmesso nelle bande di frequenza normalmente riservate alla trasmissione dei segnali televisivi.

In Italia viene utilizzata la banda III in VHF e le bande IV e V in UHF. In banda III il segnale ha una larghezza di banda di 7 MHz, in banda IV e V il canale ha una larghezza di banda di 8 MHz. La canalizzazione e la larghezza di banda utilizzate sono le stesse che normalmente vengono utilizzate per la trasmissione dei programmi TV analogici.

DVB-T Canali

Ba nda III Ba nde IV e V

Canale MHz Ca nale M Hz Ca nale M Hz

D 174 ÷ 18 1 2 1 470 ÷ 478 4 5 662 ÷ 670

E 182.5 ÷ 189 .5 2 2 478 ÷ 486 4 6 670 ÷ 678

F 191 ÷ 19 8 2 3 486 ÷ 494 4 7 678 ÷ 686

G 200 ÷ 20 7 2 4 494 ÷ 502 4 8 686 ÷ 694

H 209 ÷ 21 6 2 5 502 ÷ 510 4 9 694 ÷ 702

H1 216 ÷ 22 3 2 6 510 ÷ 518 5 0 702 ÷ 710

H2 223 ÷ 23 0 2 7 518 ÷ 526 5 1 710 ÷ 718

2 8 526 ÷ 534 5 2 718 ÷ 726

2 9 534 ÷ 542 5 3 726 ÷ 734

3 0 542 ÷ 550 5 4 734 ÷ 742

3 1 550 ÷ 558 5 5 742 ÷ 750

3 2 558 ÷ 566 5 6 750 ÷ 758

3 3 566 ÷ 574 5 7 758 ÷ 766

3 4 574 ÷ 582 5 8 766 ÷ 774

3 5 582 ÷ 590 5 9 774 ÷ 782

3 6 590 ÷ 598 6 0 782 ÷ 790

3 7 598 ÷ 606 6 1 790 ÷ 798

3 8 606 ÷ 614 6 2 798 ÷ 806

3 9 614 ÷ 622 6 3 806 ÷ 814

4 0 622 ÷ 630 6 4 814 ÷ 822

4 1 630 ÷ 638 6 5 822 ÷ 830

4 2 638 ÷ 646 6 6 830 ÷ 838

4 3 646 ÷ 654 6 7 838 ÷ 846

4 4 654 ÷ 662 6 8 846 ÷ 854

DVB-T Canali

Il sistema DVB-T è caratterizzato da due modalità operative, la prima con FFT su 2k portanti per reti convenzionali multi-frequenza (MFN), la seconda con FFT su 8k portanti per coprire anche reti a frequenza singola (SFN).

La SFN è possibile quando dai diversi trasmettitori viene irradiato uno stesso segnale, sincronizzato nel tempo e nella frequenza. In tal caso, in ciascun punto di ricezione nell’area di sovrapposizione dei trasmettitori, i segnali più deboli ricevuti si comporteranno come post o pre- eco del segnale più intenso.

Ovviamente, più lontani sono i trasmettitori, maggiore deve essere l’intervallo di guardia.

DVB-T Canali

I parametri principali del sistema DVB-T sono riportati nella tabella che segue. Il sistema è ottimizzato per canali da 8 MHz (spaziatura di canale in UHF), ma può essere adattato anche su canali da 7 MHz (utilizzati in molti paesi, tra i quali l’Italia) e da 6 MHz (spaziatura adottata in USA e Giappone), modificando opportunamente la frequenza di campionamento nel ricevitore.

Le portanti dati, che portano le informazioni utili, sono modulate in M-QAM (M=4, 16, 64), con mappatura di Gray. Costellazioni M-QAM non uniformi sono anche previste nel caso di trasmissione gerarchica.

DVB-T

Prestazioni e capacità trasmissiva

Il sistema DVB-T offre una capacità utile per la trasmissione del flusso binario che varia da circa 5 Mb/s a 31,7 Mb/s, a seconda della configurazione di trasmissione adottata: costellazione, tasso di codifica del codice correttore interno e dalla durata dell’intervallo di guardia. Per un dato insieme di questi parametri, le modalità operative 2k e 8k offrono la stessa capacità trasmissiva.

Come risulta dalla tabella 2, l’impiego di una configurazione ad elevata capacità trasmissiva, come il 64-QAM (rate 7/8; intervallo di guardia normalizzato), comporta prestazioni meno robuste in termini di rapporto portante/rumore C/N richiesto per una corretta ricezione (circa 26,1 dB su canale affetto da rumore gaussiano).

Per contro, un sistema a bassa capacità trasmissiva, come il QPSK (rate 1/2; 1/4), è molto robusto e richiede un basso valore di C/N (circa 3,1 dB). La scelta della configurazione è quindi il risultato di un compromesso tra capacità trasmissiva e robustezza del segnale, in modo da soddisfare i requisiti di servizio.

DVB-T

Prestazioni e capacità trasmissiva

La tabella riporta, per tutte le combinazioni di costellazione e tasso di codifica previste dalla normativa, le prestazioni del sistema in termini di C/N, valutate per mezzo di simulazioni al calcolatore; riporta inoltre i valori del flusso binario utile (Mb/s) in funzione dell’intervallo di guardia normalizzato.

I valori del rapporto C/N richiesto si riferiscono alla ricezione Quasi Error Free (QEF),

corrispondente a meno di un evento di errore per ora sul segnale all’ingresso del

demultiplatore (BER<10E-11), dopo che è stato sottoposto al procedimento di

correzione degli errori tramite algoritmo di Viterbi e decodifica Reed-Solomon.

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DVB-T

Prestazioni e capacità trasmissiva

DVB-T

Prestazioni e capacità trasmissiva

La stima del massimo numero di programmi TV che possono essere allocati in un canale a 8 MHz, assumendo una ricezione fissa con antenna direttiva, la configurazione più idonea è il 64-QAM a tasso 2/3; essa fornisce una capacità di flusso binario di circa 24 Mb/s, nel caso di Tg/TU=1/32, che consente tipicamente la trasmissione di 4 programmi a qualità convenzionale (SDTV a 6 Mb/s ciascuno) o 6 programmi a qualità News (LDTV a 4 Mb/s ciascuno).

Questa configurazione di trasmissione è particolarmente idonea per le reti multifrequenza (MFN). L’impiego della multiplazione statistica associata alla codifica MPEG-2 a bit-rate variabile consente inoltre di aumentare il numero di programmi senza peggiorare la qualità audio/video.

DVB-T

Parametri segnale DTT

Principali caratteristiche del segnale DTT (rispetto al segnale analogico) sono:

Livello del segnale.

Disequalizzazione del canale (risposta in frequenza del canale).

Livello Canali Adiacenti.

Rapporto C/N (Carrier/Noise, portante/rumore).

CSI (Channel Status Information).

MER (Modulation Error Ratio).

BER (Bit Error Ratio).

Noise Margin.

DVB-T

Livello di ricezione del segnale

Il segnale mantiene una qualità dell’immagine buona anche in prossimità del minimo, fino a quando con un piccolo peggioramento del rapporto del segnale/rumore non è più demodulabile, quindi scompare.

La linea tratteggiata verde potrebbe essere quella di una modulazione QPSK con codice interno 1/2 mentre la linea nera potrebbe essere quella relativa ad modulazione 64-QAM con codice interno 3/4. La differenza fra il livello del segnale ricevuto e il livello del segnale dove comincia la non ricezione viene chiamata margine di decodifica ed è espresso in dB.

DVB-T Middleware

La parte più importante del software che consente la piena interoperabilità tra i diversi operatori di “bouquet” di TV digitale è ciò che viene generalmente indicato come “middleware” o a volte

“interactive engine”.

Da un punto di vista funzionale, il middleware può essere paragonato ad un sistema operativo ad alto livello con interfaccia grafica

Ha il compito di rendere l’applicazione indipendente dalla piattaforma hardware sulla quale viene eseguita

definisce il “look and feel” dell’interfaccia utente, l’aspetto e le potenzialità dell’EPG, il livello di interattività delle applicazioni offerte all’utente

Tutti i middleware offrono due livelli d’interattività:

Interattività locale o “off-line”, dove l’utente può soltanto accedere a dati che sono trasmessi ciclicamente, in modo simile alle informazioni del Teletext delle trasmissioni di TV analogica (questo è in modo particolare il caso dell’EPG).

Interattività “on-line”, dove l’utente è collegato ad un server attraverso un canale di ritorno (modem telefonico o ritorno su cavo). L’utente può, quindi, accedere a dati remoti, in modo paragonabile ad internet, pur con limiti previsti dal fornitore del servizio e consentiti da un terminale collegato a uno schermo TV.

DVB-T Middleware

Principali middleware proprietari usati in Europa:

MediaHighway

OpenTV

Principali middleware aperti usati in Europa:

MHEG (Multimedia and Hypermedia Export Group)

DVB-MHP: middleware “universale” per la TV digitale

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DVB-T

Funzioni, applicazioni, servizi

Principali funzioni, applicazioni, servizi:

Guide elettroniche ai programmi (EPG)

Super Teletext

Sottotitoli

Aspetto dell’immagine (16:9 o 4:3)

Accesso ad internet

Servizi interattivi:

Senza canale di ritorno

Con canale di ritorno

DVB-T

Impianto di ricezione

L’impianto di ricezione dei segnali TV può avere realizzazione molto diverse in funzione delle situazioni ambientali nelle quali si trova ad operare. L’impianto si può suddividere in cinque parti:

sistema d’antenne per la ricezione dei segnali (via terrestre, via satellite);

terminale di testa o centralina TV;

impianto d’edificio (solo nei condomini);

impianto d’appartamento;

ricevitore (STB, ricevitore TV);

DVB-T Gap filters

Un’altra opportunità tecnica che la trasmissione digitale OFDM DVB-T offre, è la possibilità di riuscire a coprire, nell’area di utenza o ai margini di essa, zone nelle quali la ricezione del segnale risulta difficile o impossibile (ad esempio, in piccole valli, nel cono d’ombra di una piccola collina o di un palazzo, in gallerie od anche all’interno di un palazzo).

I Gap Filler sono dei piccoli ripetitori, estremamente semplificati, di piccola potenza che ricevono e trasmettono sul medesimo canale, pertanto non occupano frequenze differenti o aggiuntive rispetto al canale di emissione principale.

DVB-T DVB-UMTS

Nasce con lo scopo di integrare le due tecnologie

Peculiarità e limiti dei due sistemi:

DVB-T è in grado di trasportare un’alta capacità (fino a 10-15 Mb/s per cella ad utenti mobili) di traffico unidirezionale in modalità broadcast, ma non è adatto a trasmissioni unicast per la tipica struttura di rete costituita da celle molto grandi (macrocelle con raggio 50-100 km);

UMTS è progettato per gestire un traffico bidirezionale interattivo con capacità ridotta (al massimo 2 Mb/s per cella) con struttura di rete a celle di piccole dimensioni (da qualche chilometro a poche centinaia di metri).

Le possibili applicazioni e nuovi servizi derivanti dalla cooperazione tra reti telecom e broadcast sono stati raggruppati in sette aree:

informazione (navigazione in internet, commercio interattivo, download di giornali e libri, informazioni turistiche);

educazione (lezioni e corsi, consultazione di biblioteche, laboratori linguistici e scientifici);

intrattenimento (TV, radio, giochi, musica o filmati a richiesta, scommesse);

servizi telematici di navigazione stradale (informazioni di viaggio e sul traffico, diagnostica automobilistica a distanza, servizi per i mezzi pubblici come intrattenimento dei passeggeri, gestione di mezzi, guasti, emergenze);

servizi di comunicazione (telefonia e videotelefonia, videoconferenza, messaggistica multimediale);

affari (ufficio mobile, lavoro di gruppo virtuale, video-conferenza e download di file);

servizi speciali (tele-medicina, emergenze, monitoraggio).

DVB-T

DVB-UMTS: possibili scenari

Sulla base dei possibili nuovi servizi sono stati identificati cinque scenari:

Il primo scenario prevede l’integrazione solo a livello del terminale d’utente, equipaggiato di ricevitore DVB-T e ricetrasmettitore UMTS. Non si prevede alcun coordinamento a livello di rete ed è pertanto l’utente a dover scegliere a quale fornitore, broadcaster o gestore dei servizi interattivi, collegarsi per ottenere le informazioni richieste.

Nel secondo scenario si considera il caso in cui esista un fornitore di servizi interattivi che gestisce le reti DVB-T e UMTS/GPRS in modo coordinato.

Nel terzo scenario le reti UMTS/GPRS sono utilizzate come canale di ritorno per servizi di diffusione interattivi, e per l’invio di informazioni personalizzate ai singoli utenti.

Il quarto scenario ipotizza la possibilità di inviare contenuti DVB su reti UMTS/GPRS.

Nonostante la capacità delle reti cellulari sia molto minore di quelle DVB, è possibile pensare ad una conversione dei contenuti per adattarli alle caratteristiche del canale ed alla modalità di fruizione del servizio (qualità, velocità di trasmissione, formato di codifica, etc.).

Il quinto scenario rappresenta il caso in cui la tecnologia DVB-T viene utilizzata sulle reti UMTS/GPRS, per estendere la capacità del collegamento dal fornitore di servizi all’utente.

Indice

DVB-T (Digital Video Broadcasting – Terrestrial)

Tetra Tetra ((Terrestrial Terrestrial Trunked Trunked RAdio RAdio System) System)

Satellite

Hiperlan (HIgh PERformance LAN)

Ponti radio a microonde

Wi-Max (Worldwide Interoperability for Microwave Access)

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TETRA

Terrestrial Trunked RAdio System

TErrestrial Trunked Radio è uno standard aperto per sistemi radiomobili digitali trunking definito da ETSI (European Telecommunications Standards Institute)

Standard per le Radio Digitali Professionali (PMR).

rivolte prevalentemente a corpi di pubblica sicurezza, forze dell'ordine o altre società di pubblica utilità, i servizi offerti da questi tipi di sistemi dovranno poter garantire per esempio chiamate in casi di emergenza, possibilità di chiamare in qualsiasi condizione, anche in assenza di infrastrutture comunicative o poter mettere in comunicazione diverse unità operative dislocate sul territorio in punti diversi (città, regioni o nazioni)

TETRA Architettura

TETRA Servizi offerti

I servizi supportati dal TETRA:

Chiamate di gruppo: a differenza della telefonia pubblica i sistemi professionali consentono di definire un gruppo di utenti e di poterli chiamare contemporaneamente;

Push to Talk: la modalità Push to Talk consente di stabilire una connessione tra due dispositivi mobili in maniera estremamente veloce dato che i tempi di ritardo in fase di chiamata sono inferiori al mezzo secondo. Altro aspetto che caratterizza tale modalità di comunicazione è il fatto che non è necessario che l'utente chiamato risponda e pertanto chi chiama può iniziare a parlare senza avere il riscontro che l'utente chiamato abbia risposto e tutto ciò nei sistemi cellulari non avviene.

Gestione della sicurezza: le applicazioni professionali richiedono livelli di sicurezza che nelle reti cellulari ad esempio non sono richieste e tutto ciò può essere garantito mediante l'autenticazione degli utilizzatori che avviene per esempio nel momento in cui si accende un dispositivo TETRA e da questo momento in poi inizia uno scambio di dati tra il terminale e il mobile per effettuare la registrazione.

Rete digitale, privata multiutenza e multiservizio attraverso la creazione di Reti Private Virtuali (VPN)

TETRA Servizi offerti

Teleservices (Voice call)

Individual call

Group call

Direct mode

Broadcast call

Emergency call

Include call

Open channel

Bearer services (dati)

Messaggi di stato

SDS Short Data Service

Tx dati a commutazione di circuito

Tx dati a commutazione di pacchetto

TETRA

Modalità operative

Le modalità operative con cui opera una rete TETRA sono le seguenti:

Trunking: effettua una gestione dinamica dei canali

DMO (Direct Mode Operation): tipo “walkie-talkie”, consente comunicazioni dirette tra “utenti” senza l’ausilio di stazioni radio base (SRB) o di reti di comunicazione e di controllo.

Dual-watch: i terminali effettuano periodicamente la scansione del canale di controllo del sistema per rilevare eventuali chiamate di emergenza.

Ripetitore: un terminale ripete il segnale della stazione radio base verso un altro terminale estendendo così la copertura elettromagnetica.

Gateway: verso reti pubbliche o altri supporti “commerciali”.

TETRA

Tipi di indirizzi e identificativi

Tipi di indirizzi e identificativi:

TEI (Terminal Equipment Identity): identificativo univoco dell’apparato;

TSI (Tetra Subscriber Identity): indirizzi che permettono di individuare in maniera univoca i vari utenti;

GTSI (Group TETRA Subscriber Identity): Una delle caratteristiche peculiari della rete TETRA è la possibilità di effettuare chiamate di gruppo. Perciò oltre agli indirizzi sopra citati esiste un'altro indirizzo, che è il GTSI o Group TETRA Subscriber Identity che permette di svolgere questa importante funzionalità.

ATSI (Alias TETRA Subscriber Identity): viene utilizzato per la gestione di operazioni sicure sulla rete

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TETRA

Specifiche radio

Nel TETRA le larghezze di banda dei canali sia di uplink che di downlink sono uguali e ogni canale all'interno di ognuna delle due bande è contraddistinto da una portante intervallata ogni 25 KHz, mentre la distanza tra i due centri banda del dowlink e uplink, definita duplex spacing, è di 10 MHz.

Lo spettro delle frequenze a disposizione, compreso tra i 380 e 400 MHz, viene diviso come abbiamo già detto in due bande: la prima di downlink tra i 380 e i 390 MHz, l'altra tra i 390 e 400 MHz per l'uplink cosi da poter permettere le trasmissioni in full duplex.

Ulteriori bande di frequenza disponibili in Europa sono: la banda 410 – 430 MHz è adibita all'Accesso Pubblico, quella tra 450 – 470 MHz per il PMR generale. Altre bande, comprese tra 870 – 876 MHz e 915 – 921 MHz., sono disponibili, ma attualmente non vengono utilizzate.

TETRA

Canali Radio in Europa

TETRA

Canali fisici e logici

Canali di traffico (Traffic Physical Channel – TP):

Speech Traffic CHannel (TCH/S): trasmettono i pacchetti in modalità circuit switched mode:

TCH/7.2 → 7.2 kbit/s

TCH/4.8 → 4.8 kbit/s

TCH/2.4 → 2.4 kbit/s

4 calls per 25 kHz carrier (data or voice)

Velocità dati fino a 28,8 Kb/s

TETRA

Canali fisici e logici

Canali di controllo (Control Physical Channel – CP):

Broadcast Control CHannel (BCCH): è un canale utilizzato per trasmissioni unidirezionali rivolte ai vari dispositivi mobili (MS) per l'invio di informazioni di sincronizzazione e di ogni altro tipo di dati in modalità broadcast . I canali associati a tali tipologie di trasmissioni sono:

il Broadcast Synchronization CHannel (BSCH)

il Broadcast Network CHannel (BNCH).

Linearization CHannel (LCH): il canale di linearizzazione viene usato sia dai dispositivi mobili che da quelli fissi per linearizzare il canale, ovvero è utilizzato per effettuare una periodica ritaratura del trasmettitore in modo da migliorarne le prestazioni.

Signalling CHannel (SCH): i canali di segnalazione sono utilizzabili da tutti i dispositivi mobili e hanno il compito di trasmettere solo messaggi specifici ad un altro dispositivo mobile o a un gruppo di mobili. A seconda del tipo di messaggio da inviare si suddividono in:

Full size Signalling Channel (SCH/F) - bidirezionale

Half size Downlink Signalling Channel (SCH/HD) - solo trasmissioni di downlink

Half size Uplink Signalling Channel (SCH/HU) - solo trasmissioni di uplink

Access Assignment CHannel (AACH): Questo tipo di canale consente di inviare su ogni canale fisico le informazioni necessarie ad individuare quale sarà l'assegnazione dei vari slot nelle trasmissioni sia di dowlink che di uplink. Inoltre ha il compito di indicare che tipo di canale fisico si stia usando: se di controllo, di traffico o non allocato.

STealing CHannel (STCH): questo tipo di canale si associa ad uno di traffico nel momento in cui c'è urgente necessità di inoltrare messaggi di segnalazione su quel canale, per cui i dati trasmessi dal TCH vengono temporaneamente sostituiti da questi ultimi.

TETRA

Burst, Slot, Frames, Multiframe, Hyperframe

Avendo a disposizione uno spettro di frequenze limitato all'interno di una banda e dovendo far fronte alla richiesta di un numero molto alto di utenti che ne richiedono l'utilizzo, si è dovuto utilizzare il concetto di condivisione del mezzo trasmissivo.

Già con la suddivisione dello spettro in canali fisici si è attuata una suddivisione in frequenza; viene inoltre utilizzata anche il TDMA (Time Division Multiple Access), col quale un singolo canale viene partizionato in Frames, utilizzando in questo caso una suddivisione di tipo temporale.

TETRA

Burst, Slot, Frames, Multiframe, Hyperframe

Questa suddivisione porta ad individuare i seguenti elementi:

Slot: per slot o time slot si intende l'elemento base di una struttura TDMA composto da 510 bits modulati con una durata di circa 14.167 ms;

Subslot: corrisponde a metà slot;

Frame: un TDMA frame è composto da quattro timeslots e la durata sarà pertanto di circa 56.67 ms. Ogni timeslot viene individuato con un numero da 1 a 4 e tale numero sarà chiamato Timeslot Number (TN);

Multiframes: L'unione di 18 TDMA frames compone un multiframe individuato da una sequenza da 1 a 18 dei frame mediante il Multiframe Number (MN);

Hyperframe: L'hyperframe è la trama più lunga formata da TDMA frames dato che ne contiene 60 e la durata approssimativa è di 61.2 s;

Burst: Per burst si intende una qualsiasi sequenza di bits modulati di un certo

flusso di dati e generalmente coincidono con i timeslots o i subslots.

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TETRA

Burst, Slot, Frames, Multiframe, Hyperframe

TETRA

Codifica dei canali

I processi che gestiscono il controllo degli errori per ogni tipo di canale logico è il seguente:

i bits saranno organizzati in blocchi di tipo MAC i quali verranno codificati a blocchi ed eventualmente verranno aggiunti dei tail bits mediante la codifica CRC (Cyclic Redundancy Code)

i dati vengono codificati con una codifica convoluzionale per poi essere riordinati e passati all'operazione di interleaving.

Viene effettuata l'operazione di scrambling che sarà presente per ogni tipo di canale logico, mentre le altre operazioni non è detto che siano sempre necessarie.

TETRA

Codifica dei canali

TETRA Modulazione

La modulazione utilizzata dalle reti TETRA è la π/4 – DQPSK (shifted Differential Quaternary Phase Shift Keying) nella quale i simboli utilizzati vengono individuati univocamente non dal loro valore assoluto del modulo e della fase, bensì dalla differenza di fase tra due simboli consecutivi in quanto il modulo è sempre lo stesso.

È stato inoltre introdotto anche l’utilizzo della π /8 – D8PSK.

Il Modulation rate in caso di modulazione π /4 - DQPSK è di 36 kbit/s, mentre per la codifica π /8 – D8PSK è di 54 kbit/s.

TETRA Sicurezza

Algoritmi e schemi multipli di sicurezza

Autenticazione della rete

Autenticazione utenti / terminali

Encryption

End to end

OTAR

Gestione della sicurezza

Disabilitazione terminali rubati

TETRA

Rete privata, multiutenza e multiservizio

Virtual Private Networks (VPN) per ogni organizzazione

L’utenza di ogni organizzazione gode dei benefici di una rete privata

Le diverse organizzazioni gestiscono/controllano le proprie comunicazioni

Le comunicazioni di una organizzazione non interferiscono con quelle dell’altra

Possibilità di inter-comunicazione tra le diverse utenze in caso di emergenza (gruppi/multigruppi)

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TETRA

VPN e sicurezza

TETRA

Modalità operative di un MS

Un dispositivo mobile può trovarsi ad operare in uno delle tre seguenti modalità operative:

Idle mode: Un MS si trova nello stato di Idle quando è registrato in una certa area ma non è coinvolto in nessun tipo particolare di comunicazione e rimane comunque in ascolto sul canale MCCH o su un'altro canale di segnalazione.

Signalling and packet mode: In questa modalità operativa si possono ritrovare diversi tipi di canali di segnalazione che sono:

common control channel: supporta le attività di segnalazione più comuni per tutti i tipi di dispositivi mobili;

secondary control channel: supporta le altre attività che richiedono capacità superiori, come i compiti di controllo del canale riferiti ai trasferimenti di dati in pacchetti

associated control channel: svolge attività di segnalazione in maniera congiunta con i canali di traffico, anche se tale attività è disgiunta dal canale con cui opera

full and half slot signalling: ha il compito di gestire la segnalazione nei pacchetti che richiedono uno o due slots per l'invio di questi dati tenendo conto anche di qual è il tipo di modulazione usata sul canale

Traffic mode: Si tratta della terza e ultima modalità operativa di un dispositivo TETRA e gestisce le trasmissioni di traffico voce o le operazioni di inoltro sulla sull'infrastruttura di rete di pacchetti di dati.

Indice

DVB-T (Digital Video Broadcasting – Terrestrial)

Tetra (Terrestrial Trunked RAdio System)

Satellite Satellite

Hiperlan (HIgh PERformance LAN)

Ponti radio a microonde

Wi-Max (Worldwide Interoperability for Microwave Access)

SATELLITE Introduzione

I satelliti sono ottimi sistemi per diffusione video e/o radio; inoltre, servono zone dove non arrivano ne’ fibra ottica ne’ radiomobile: poco popolate, suburbane, in via di sviluppo.

Sono di rapida installazione e di immediato inizio di funzionamento.

Le comunicazioni via satellite impiegano delle antenne ricetrasmittenti che lavorano alla frequenza delle microonde:

una stazione situata a terra trasmette il segnale al satellite su una certa frequenza; il satellite, una volta ricevuto tale segnale, lo trasla su un’altra frequenza e lo ritrasmette verso altre stazioni situate sempre a terra.

Il motivo per cui vengono usate frequenze diverse per le trasmissioni da e verso il satellite sta nella necessità di evitare le “interferenze reciproche” tra i segnali.

Sui satelliti per TLC sono montate una o piu’ antenne che hanno un fascio di radiazione che illumina una “cella” a terra detta FOV (Field of View).

SATELLITE Vantaggi

esso garantisce un’ampia copertura geografica, dato che può servire regioni estese quanto, per esempio, gli Sati Uniti;

permette di raggiungere luoghi isolati o comunque difficilmente raggiungibili con altri mezzi;

il costo della comunicazione via satellite è indipendente dalla distanza tra le stazioni terrestri;

infine, grazie alla capacità di diffusione (broadcasting), lo switching della comunicazione verso diversi destinatari si realizza facilmente e senza unità specificamente dedicate a questa funzione.

SATELLITE Svantaggi

il fatto di avere una copertura geografica molto ampia comporta che tutte le stazioni di terra, situate nell’area coperta dal satellite, possano ricevere i segnali trasmessi, con conseguente grave rischio di intercettazione di informazioni riservate;

inoltre, un problema rilevante è costituito dalle cosiddette eclissi del satellite, che si verificano quando la Terra viene a trovarsi sulla congiungente il satellite con il sole, in autunno e in primavera (ciò succede per un periodo di pochi minuti ogni 25 giorni):

Il problema, in questo caso, è che l’energia delle batterie solari del satellite

diminuisce, a causa della interrotta alimentazione da parte dei raggi solari;

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SATELLITE Svantaggi

un altro tipo di eclissi, sempre relativamente al satellite, è la cosiddetta eclisse di sole, che si verifica quando il satellite si trova sulla congiungente tra la terra ed il sole:

In questo caso, si possono avere dei disturbi o dei rumori termici sul segnale ricevuto dal satellite;

ci sono poi problemi legati alle interferenze sul segnale in viaggio per e da il satellite:

tali interferenze possono essere dovute sia ad altre trasmissioni via radio sia semplicemente all’azione dell’atmosfera terrestre, la quale, se soggetta a violenti temporali, può in effetti disturbare il segnale; in particolare, si verifica che le perturbazioni atmosferiche hanno ripercussioni tanto maggiori quanto maggiore è la gamma di frequenze utilizzata dal satellite;

SATELLITE Svantaggi

un’altro limite è nel fatto che è comunque limitato lo spazio disponibile per i satelliti sull’ orbita geostazionaria (cioè un’orbita circolare, sul piano equatoriale, a circa 36000 km dalla Terra): quest’orbita è ora abbastanza affollata di satelliti, sopratutto sull’America e sull’Europa, e questo ostacola il lancio e l’utilizzo di altri satelliti.

un’altra cosa importante da osservare è la seguente: i satelliti, essendo su un’orbita equatoriale, possono servire stazioni terrestri solo fino ad una determinata latitudine. A questo fatto è legato il tasso di errore nella trasmissione via satellite:

infatti, minore è l’angolo di inclinazione dell’antenna usata per puntare il satellite, maggiore è lo strato di atmosfera che il segnale deve attraversare e quindi maggiore è la probabilità di errore per la trasmissione dati.

SATELLITE Svantaggi

l’ultimo problema rilevante legato alla trasmissione via satellite (rilevante specialmente nella trasmissione dati) è legato al tempo di propagazione del segnale: si è stimato che un messaggio scambiato tra due stazioni terrestri A e B, attraverso il satellite, impiega 120 msec per andare da A al satellite ed altrettanti per andare dal satellite a B, per un totale di 240 msec:

SATELLITE Tipologie

I sistemi satellitari possono essere categorizzati secondo il tipo di orbita e l'altitudine sulla quale vengono collocati:

GEO - Geostationary Earth Orbit: possono essere puntati con precisione, ma sono lontani; comportano ritardi di trasmissione notevoli (0.25 sec circa). Poco importanti se la trasmissione e’ unidirezionale, ma poco compatibili con gli attuali protocolli Internet TCP/IP che prevedono un collegamento bidirezionale per la progressiva e controllata crescita del bit rate; e’ pero’ possibile il “push - forward”

MEO - Medium Earth Orbit: se messi su orbite ellittiche (600 - 6000 km), possono illuminare soprattutto zone abitate nell’emisfero Nord, sfruttando la costanza della velocità areale del satellite (orbite dette Molnya, dal primo satellite russo per diffusione televisiva).

LEO - Low Earth Orbit: sono vicini, comportano poco ritardo, ma la terra emersa e’ solo il 30% del totale: ne servono tanti, con modesto duty cycle (fish warmers:

scaldano i pesci).

SATELLITE Frequenze

L'uso di una particolare frequenza di trasmissione dipende dall'applicazione di un dato sistema. La gamma di frequenze si estende dalla banda P alla banda Ka e oltre:

banda P (0.2-1 GHz)

banda C (4-8 GHz)

banda Ku (10-18 GHz)

banda Ka (18-31 GHz)

Come regola, si può pensare che più alta è la frequenza e più estesa deve essere la banda su cui si trasmette e la capacità del collegamento. Inoltre, più la frequenza è alta e più alta sarà l'attenuazione indotta dall'atmosfera e il rumore che si sommerà al segnale (questo richiede una potenza più alta per poter equilibrare il rapporto segnale/rumore).

Tuttavia usare frequenze alte fornisce il vantaggio di avere guadagni di antenna più elevati che permettono di ridurre le dimensioni della antenne stesse, sebbene questo renda il puntamento più difficile per via della maggiore direzionalità del fascio trasmissivo.

SATELLITE Multiplazione

La tecnologia satellitare utilizza le seguenti due tecniche di mutiplazione:

la tecnica della “Frequency Division Multiplexing” (FDM), ossia della multiplazione a divisione di frequenza;

la tecnica della “Time Division Multiplexing” (TDM), ossia della multiplazione a divisione di tempo.

la lotecnica FDM è molto utilizzata per le trasmissioni anagiche (specialmente dei canali vocali o di quelli TV), mentre la tecnica TDM è sempre più utilizzata per le trasmissioni digitali come la TV ad alta definizione (HDTV, “High Definition TV”) e le applicazioni multimediali.

Esiste anche la possibilità di un uso promiscuo della FDM e della TDM:

in primo luogo si definiscono i vari canali su base FDM, ossia si divide la banda complessiva di trasmissione dal satellite in vari intervalli unitari;

successivamente, alcuni di questi canali (specialmente quelli usati per i dati) vengono usati con multiplazione TDM, in modo da servire utenti multipli sulla base dei vari time-slot.

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SATELLITE Tecnologia

La maggior parte delle trasmissioni satellitari digitali sono basate sullo standard DVB-S (Digital Video Broadcasting – Satellite), a sua volta basato sullo standard MPEG-2

DVB-RCS (Digital Video Broadcasting – Return Channel Satellite): standard per le comunicazioni satellitari interattive

Il DVB-S prevede:

MPEG-2 Transport Stream

Protezione dagli errori:

Interleaving su 12 bit

Reed Solomon (16 bit)

codifica convoluzionale parametrizzabile

Modulazione QPSK

SATELLITE

DVB-S (Digital Video Broadcasting – Satellite)

DVB-S (Digital Video Broadcasting – Satellite): definisce un canale di informazioni di ritorno dall’utente

SATELLITE

DVB-S (Digital Video Broadcasting – Satellite)

Canali:

Forward: segue lo standard DVB-S

Return: può essere fatto con MPEG o ATM encapsulation

SATELLITE DVB-S2

Il sistema DVB-S2 è stato progettato per varie applicazioni satellitari a larga banda:

servizi diffusivi di TV a definizione standard (SDTV, Standard Defi nition TeleVision)

servizi diffusivi di TV ad alta definizione (HDTV, High Definition TeleVision)

applicazioni interattive per l’utenza domestica e professionale, compreso l’accesso ad Internet

servizi professionali di contribuzione TV ed SNG (Satellite News Gathering)

distribuzione di segnali TV a trasmettitori digitali terrestri VHF/UHF

distribuzione dati e di siti Internet (Internet trunking).

SATELLITE

DVB-S2 Modulazione

Quattro sono i tipi di modulazione presenti nella norma DVB-S2:

QPSK (Quadrature Phase Shift Keying)

8PSK

16APSK (Amplitude Phase Shift Keying)

32APSK

SATELLITE

DVB-S2 Architettura

Il sistema DVB-S2 è composto dai sequenti blocchi funzionali:

Adattatore di modo e di flusso: svolge funzioni legate all’applicazione. Esso fornisce l’interfaccia per il flusso di ingresso, strumenti opzionali richiesti per l’ACM (ad esempio per la sincronizzazione e la cancellazione dei pacchetti nulli nel caso di flussi di ingresso di tipo TS) e inserisce la codifica CRC (Cyclic Redundancy Check) per permettere al ricevitore di rivelare la presenza di errori nel flusso ricevuto

Codifica FEC: effettua la codifica concatenata del codice esterno BCH e del codice interno LDPC

Mapping: associa i bit alla costellazione: QPSK, 8PSK, 16APSK o 32APSK a seconda dell’applicazione

Generazione della trama PL: gestisce l’inserzione dell’intestazione di livello fisico e dei simboli pilota opzionali (2,4 % di perdita di capacità), di Dummy Frame in assenza di dati utili pronti per la trasmissione, e la moltiplicazione per una sequenza pseudocasuale (Scrambler) per la dispersione dell’energia.

Modulazione: filtraggio in banda base e la modulazione in quadratura si applicano per

modellare lo spettro del segnale e per generare il segnale RF.

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SATELLITE

DVB-S2 Architettura

SATELLITE Prestazioni

SATELLITE

Confronto prestazioni DVB-S DVB-S2

Indice

DVB-T (Digital Video Broadcasting – Terrestrial)

Tetra (Terrestrial Trunked RAdio System)

Satellite

Hiperlan Hiperlan ((HIgh HIgh PERformance PERformance LAN) LAN)

Ponti radio a microonde

Wi-Max (Worldwide Interoperability for Microwave Access)

HIPERLAN

HIgh PERformance LAN

L’HIPERLAN (HIgh PERformance LAN) è una famiglia di standard di reti wireless ad alta velocità, operanti nelle bande 5.470 – 5.725 GHz e 17.1- 17.3 GHz, sviluppati dal gruppo BRAN (Broadband Radio Access Networks) dell’ETSI. Sono stati proposti quattro tipi di HIPERLAN:

HIPERLAN Type 1: questo standard lavora a 5 GHz e consente di ottenere velocità dell’ordine di 20 Mbps, ed è stato creato per fornire l’accesso a reti radio locali;

HIPERLAN Type 2: fornisce l’accesso radio a corto raggio a reti radio cablate, Ethernet, IP, ATM, ed opera a frequenze di 5 GHz con velocità massime di 54 Mbit/s;

HIPERACCESS: utilizzato per effettuare connessioni punto-multipunto in ambienti esterni. Opera a frequenze di 5 GHz con throughput massimo di 25 Mbps;

HIPERLINK: creato per fornire link punto-punto esterni viene utilizzato per interconnettere tra loro due reti (es. due reti Hiperaccess), opera a frequenze di 17 GHz fornendo un throughput massimo di 155 Mpbs.

HIPERLAN

HIgh PERformance LAN

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HIPERLAN

HIgh PERformance LAN

L’Hiperlan definisce le specifiche dei livelli fisico e MAC

HIPERLAN Type 2

Sviluppato per fornire accesso radio a reti quali Ethernet, IP, ATM, PPP e UMTS, in Europa

può operare nella banda di 5.150 – 5.350 GHz, con un EIRP massimo di 200 mW e l’implementazione del DFS (Dynamic Frequency Selection) e del TPC (Transmit Power Control), e nella banda tra 5.470 – 5.725 GHz. In questo caso l’EIRP massimo permesso è di 1 W, il che consente un utilizzo anche in ambienti esterni. È sempre necessaria l’implementazione del DFS e del TPC.

Il DFS consente ai punti di accesso di scegliere il canale più appropriato per la trasmissione sulla base di quelli già in uso dagli AP vicini e in maniera tale da rendere minime le interferenze con l'ambiente circostante

Il TPC è un meccanismo di controllo della potenza utilizzato sia in uplink che in downlink. Tale tecnica consente di ridurre le interferenze con altri sistemi, in quanto il livello della potenza di trasmissione viene adattato in base alle capacità di decodifica del ricevitore più lontano.

HIPERLAN Architettura

Lo standard Hiperlan definisce in genere due entità:

l’Access Point (AP): ha lo scopo di fornire copertura radio a una determinata area. Possono esserci più di un AP, le cui aree di copertura possono essere o meno sovrapposte. È permessa la procedura di handover da un AP ad un altro nel caso il segnale del secondo sia migliore di quello attuale;

Il Mobile Terminal (MT): è il terminale utente e può essere associato ad un solo AP.

HIPERLAN

Modalità di funzionamento

Nell’Hiperlan/2 sono state definite due modalità di funzionamento:

Centralized Mode (CM): in questa modalità l’AP è connesso direttamente alla Core Network e ad esso sono associati diversi MT. Tutto il traffico dati passa attraverso l'AP sia che lo scambio avvenga tra un MT ed un qualunque terminale della rete, sia che avvenga tra MT connessi allo stesso AP. Questa modalità viene utilizzata se la maggior parte del traffico ha luogo tra terminali in punti diversi della rete. La comunicazione da MT a AP è definita Uplink, quella da AP a MT Downlink.

Direct Mode (DM): l'accesso ai canali di trasmissione è ancora gestito in maniera centralizzata da parte dell'AP, ma il traffico dati avviene direttamente tra i terminali senza passare dall'AP. Questo modo viene usato in ambienti particolarmente piccoli (ad esempio le abitazioni) in cui ci si aspetta che la maggior parte del traffico avvenga tra terminali associati allo stesso AP. La comunicazione da MT a MT è definita Direct Link (DiL).

HIPERLAN

Caratteristiche tecnologiche

L’Hiperlan/2 utilizza:

l’OFDM per migliorare la stabilità e la robustezza del segnale, soprattutto nell’utilizzo in ambienti interni, in cui le riflessioni multiple sono molto rilevanti.

la TDM (Time Division Multiplexing) come modalità di accesso.

Le connessioni possono essere di due tipi: point-to-point o point-to-multipoint; le prime sono bidirezionali, mentre le seconde sono unidirezionali verso i terminali mobili. Esiste inoltre un canale broadcast che viene usato per raggiungere tutti i terminali possibili da ogni punto di accesso.

L’Hiperlan permette di assegnare a ciascuna connessione determinati parametri a seconda della qualità del servizio richiesta dall’MT, consentendo di stabilire anche un livello di priorità tra le diverse comunicazioni.

L’Hiperlan implementa un sistema di autenticazione, in modo tale da permettere agli AP e agli MT di autenticarsi a vicenda, sia un sistema di codifica, che consente di proteggere i dati dopo l’avvenuta connessione.

L’Hiperlan permette lo stato di sleep dell’MT per massimizzare il risparmio energetico.

HIPERLAN Livello fisico

Le operazioni svolte a livello fisico sono:

configurazione del bit rate scegliendo la modalità appropriata secondo meccanismi di link adaption;

scrambling delle PDU;

codifica degli scrambled bits secondo il forward error correction set scelto durante l’inizializzazione;

interleaving dei bit codificati;

modulazione degli interleaved bit;

generazione del segnale OFDM;

trasmissione sul canale radio.

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HIPERLAN Modulazione

Il livello fisico dell’HIPERLAN/2 è in grado di funzionare in diversi modi, ottenuti applicando diversi schemi di “puncturing" ad un codice convoluzionale e combinandoli con diversi schemi di modulazione che vengono gestiti e selezionati dalla funzione di adattamento del collegamento.

Sono supportate le codifiche BPSK, QPSK, 16QAM, obbligatorie e la codifica 64QAM opzionale.

La correzione degli errori viene effettuata tramite l'uso di un codice convoluzionale con rapporto di codifica di 1/2 e lunghezza di concatenamento pari a 7, ma si possono raggiungere rapporti anche di 9/16 e 3/4 per mezzo di puncturing. Vengono definiti sette modi di livello fisico: sei obbligatori ed uno, per il 64QAM, opzionale.

ModoModulazioneRapporto di codificaBit rate (PHY)Bit per simbolo OFDM

1 BPSK 1/2 6 Mbps 24

2 BPSK 3/4 9 Mbps 36

3 QPSK 1/2 12 Mbps 48

4 QPSK 3/4 18 Mbps 72

5 16QAM 9/16 27 Mbps 108

6 16QAM 3/4 36 Mbps 144

7 64QAM 3/4 54 Mbps 216

HIPERLAN Canali

Il canale ha una larghezza di banda di 20 MHz, che consente di ottenere una alta velocità di bit per canale pur mantenendo un ragionevole numero di canali nello spettro di frequenze allocato (19 canali in Europa).

Vengono usate 52 sottoportanti per canale, di cui 48 trasportano dati e 4 assolvono la funzione di pilota per la ricostruzione della fase per la demodulazione coerente.

L'intervallo di tempo limite per il prefisso ciclico è fissato ad 800 ns, che consente delle buone prestazioni sul canale anche con ritardi fino 250 ns; è inoltre previsto un intervallo limite opzionale di 400 ns per ambienti interni particolarmente piccoli.

HIPERLAN Canali logici

Di seguito vengono riportati i diversi canali logici dello standard Hiperlan/2.

Canale di controllo broadcast (BCCH - Broadcast Control CHannel - solo DL).

Racchiude informazioni di controllo broadcast che riguardano l'intera cella radio;

Canale di controllo del frame (FCCH - Frame Control CHannel - solo DL).

Contiene informazioni sulla struttura del MAC frame dal punto di vista dell'interfaccia trasmissiva;

Canale di feedback ad accesso casuale (RFCH - Random access Feedback CHannel - solo DL). Il suo scopo è di informare i terminali che hanno usato l'RCH nel precedente MAC frame sull'esito dei loro tentativi di accesso.

Canale broadcast RLC (RBCH - RLC Broadcast CHannel - DL in CM e DiL in DM).

Contiene informazioni di controllo broadcast sull'intera cella radio, viene inviato solo quando l'AP (in CM) o un MT (in DM) lo ritiene opportuno, ma non più di una volta per frame e per antenna.

Canale di controllo dedicato (DCCH - Dedicated Control CHannel - UL, DL e DiL).

Trasporta segnali del sottolivello RLC tra MT ed AP.

HIPERLAN Canali logici

Di seguito vengono riportati i diversi canali logici dello standard Hiperlan/2.

Canale broadcast per l'utente (UBCH - User Broadcast CHannel - solo DL e DiL).

Viene usato per trasmettere dati broadcast dal livello convergenza;

Canale multicast per l'utente (UMCH - User Multicast CHannel - solo DL e DiL).

Trasporta dati per la comunicazione multicast;

Canale dati per l'utente (UDCH - User Data CHannel - UL, DL e DiL). Si occupa dello scambio di dati (DLC PDU) tra AP e MT

Canale di controllo del collegamento (LCCH - Link Control CHannel - UL, DL e DiL). Porta informazioni (tipicamente messaggi ARQ e di rifiuto) tra le funzioni di controllo degli errori tra l'AP e il MT (o tra due MT in DM) per un determinato UDCH.

Canale di controllo dell'associazione (ASCH - ASsociation control CHannel - solo UL). Trasporta nuove richieste di associazione e messaggi di richiesta di riassociazione, perciò tali messaggi possono essere trasmessi solo durante l'handover e da parte di MT non associati.

HIPERLAN

Canali di trasporto

I canali logici vengono mappati su diversi canali di trasporto i quali costituiscono gli elementi base delle sequenze di PDU. Vengono identificati da sigle di tre lettere.

Canale broadcast (BCH - Broadcast CHannel - solo DL). Contiene informazioni di controllo che vengono inviate in ogni MAC frame e raggiungono ogni MT: fornisce informazioni (non esaustive) sul livello di potenza di trasmissione, sulla localizzazione e la lunghezza del FCH e del RCH, indicatori di risveglio ed indicatori per l'identificazione sia della rete HIPERLAN/ 2 sia dell'AP. Trasporta tutti i BCCH e deve essere trasmesso in ogni MAC frame e in ogni antenna.

Canale di controllo del frame (FCH - Frame CHannel - solo DL). Contiene un'esatta descrizione di come le risorse sono state distribuite all'interno del MAC frame attuale, nei canali DL, UL e RCH. Trasporta tutti gli FCCH.

Canale di controllo dell'accesso (ACH - Access feedback CHannel - solo DL).

Racchiude le informazioni sui precedenti tentativi di accesso al RCH. Viene usato per trasportare gli RFCH in dall'AP agli MT.

HIPERLAN

Canali per la trasmissione dati in uplink e downlink

Consistono di sequenze di PDU comprendenti PDU per l'utente (U-PDU di 54 byte con 48 byte di dati informativi) e PDU di controllo (C-PDU di 9 byte). C'è una sequenza di PDU per ogni MT, se le risorse gli sono state concesse nel FCH. È convenzione comune riferirsi ai C-PDU come al "canale di trasporto breve" (SCH - Short transport CHannel) ed ai U-PDU come al "canale di trasporto lungo" (LCH - Long transport CHannel).

Canale a "lungo trasporto" (LCH - Long transport CHannel - UL, DL e DiL). Trasporta dati per l'utente relativi ai canali UDCH UBCH e UMCH e messaggi di controllo relative ai canali DCCH e RBCH.

Canale a "breve trasporto" (SCH - Short transport CHannel - UL, DL e DiL). Trasporta informazioni di controllo per i canali DCCH, LCCH e RBCH.

Canale per l'accesso casuale (RCH - Random access CHannel, solo UL). Viene usato dai MT per richiedere risorse per la trasmissione uplink e nei MAC. Quando aumenta la frequenza di accesso per la richiesta di risorse da parte dei MT, l'AP allocherà maggiori risorse nel RCH.

Questo canale è interamente costituito di slot di contesa ai quali tutti gli MT associati a quel particolare AP partecipano; la contesa del canale viene gestita secondo un protocollo Slotted Aloha. Possono perciò verificarsi delle collisioni e le conseguenze degli accessi al RCH verranno riferiti all'AP tramite l'ACH.