9 Verso la terza generazione

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1 9 Verso la erza generazione Il GPRS rappresena un primo imporane passo verso i sisemi di elecomunicazione mobile di erza generazione, cosiuendo un prerequisio per la loro inroduzione. Tale sandard permee inai ai gesori di implemenare un archieura di ree di rasporo ineramene basaa su IP, che può essere acilmene riuilizzaa ed espansa in seguio per supporare i sisemi di erza generazione. Inolre, l adozione del GPRS consene agli operaori di eleonia mobile di veriicare la risposa del mercao alle diverse ipologie di servizi oeri, permeendo di inglobare e sviluppare nei sisemi uuri quelli di maggior successo. Tra i principali sviluppi del sisema GPRS si ricordano l EDGE, il GERAN e l UMTS. 9.1 EDGE Lo sandard EDGE (Enhanced Daa rae or GSM Evoluion) inroduce una nuova ecnica di modulazione per la rasmissione dei pacchei di dai via radio ra la MS e la BTS e alcune nuove unzioni per la gesione dei collegameni. Tale sandard può essere applicao sia a rei a paccheo GPRS che a rei basae sulla commuazione di circuio. L inroduzione dell EDGE su rei a circuio prende il nome di ECSD (Enhanced Circui Swiched Daa); nel seguio si considererà invece l applicazione della nuova ecnica a rei GPRS, denominaa EGPRS (Enhanced GPRS). Menre il GPRS, come il GSM, si basa su una ecnica di modulazione di ipo GMSK, l EDGE può uilizzare anche una 8-PSK (8-Phase Shi Keying), caraerizzaa da una maggiore eicienza sperale. Quesa ecnica, unia a meodi di rasmissione che ollerano gli errori, a nuovi meccanismi di adaameno dei collegameni e a nuovi schemi di codiica, permee all EGPRS di oenere velocià di raserimeno ino a kbi/s. I servizi inrodoi dal GPRS non vengono modiicai, ma il loro uilizzo è reso più veloce ed eiciene. Olre all aumeno del hroughpu per ogni uene, l inroduzione dell EDGE permee anche di aumenare la capacià della ree: ora uno sesso imeslo può supporare più di un uene, quindi a parià di risorse radio cresce il numero di ueni che possono essere servii. Le modiiche necessarie all inroduzione dello sandard EDGE sulle rei GPRS esiseni sono abbasanza ingeni: l inrasruura inerna (rei di ransio, SGSN, GGSN) 72

2 9 Verso la erza generazione viene oalmene riuilizzaa, ma si rende necessaria, olre all aggiornameno soware di BTS e BSC, l inroduzione in ogni BTS di un modulo deo TRU (Transceiver Uni), con il compio di supporare il nuovo schema di modulazione e le nuove ecniche di gesione dei collegameni. L accresciua velocià di rasmissione richiede inolre l aggiornameno delle ineracce Abis ra BTS e BSC. Olre a ciò, nauralmene, gli ueni devono sosiuire i propri erminali con alri compaibili col nuovo sandard. L incremeno della velocià di rasmissione è dovuo principalmene alla variazione del ormao di modulazione. Il GSM/GPRS, come si è viso, uilizza la GMSK: ad ogni bi di dai è associaa una variazione di ± π/2 della ase del segnale modulao; in alre parole, ogni variazione di ase rappresena un bi. In un diagramma I/Q (v. Figura 9.1), quindi, ad ogni bi corrisponde un simbolo. Con l EDGE è saa inrodoa, olre alla GMSK, la modulazione 8-PSK; la scela di ale ormao di modulazione è saa deerminaa dal (0,0,0) (0,0,1) (1,0,1) Q (0,1,0) (1,0,0) (0,1,1) (1,1,1) I (1,1,0) ao che queso, pur avendo una maggiore eicienza sperale, genera sui canali adiaceni un inererenza simile a quella generaa dalla GMSK. In queso modo è possibile inegrare i canali EDGE nelle sesse bande precedenemene riservae a canali GSM/GPRS. Nella 8-PSK, re bi consecuivi sono mappai su un unico simbolo, come mosrao in Figura 9.2. La velocià di rasmissione di un simbolo rimane la sessa del GSM, ma ora ogni simbolo rappresena re bi anziché uno. Evidenemene, però, il nuovo ormao di Figura 9.2. Modulazione 8-PSK modulazione riduce la disanza ra due simboli, aumenando la probabilià di errore del riceviore. Tuavia, alcuni dei bi aggiunivi possono venire usai per la correzione degli errori, a seconda delle condizioni del canale. Se la qualià del segnale è eccessivamene bassa, inolre, è previso che si possa ornare alla GMSK. Gli schemi di codiica inrodoi dall EDGE sono nove, indicai con le sigle da MCS1 a MCS9, in ordine di velocià crescene e di robusezza decrescene; i primi quaro uilizzano la GMSK, gli alri la 8-PSK. Le velocià di rasmissione (per imeslo) raggiungibili coi diversi schemi, conronae con quelle oenue dal GPRS, sono mosrae in Figura 9.3. Come si è precedenemene accennao, lo sandard EDGE inroduce nuove ecniche di gesione dei collegameni: se un paccheo è sao ricevuo errao, l EDGE (a dierenza del GPRS) permee di risegmenarlo e rirasmeerlo sruando uno schema di codiica più robuso. È anche possibile, in caso di errori, richiedere la rasmissione di alri bi ridondani, che verranno poi combinai coi dai già ricevui per enare di correggere più eicacemene gli errori. 1 Q Figura 9.1. Modulazione GMSK 0 I 73

3 9 Verso la erza generazione Velocià (kbi/s) ,2 54,4 44,8 29,6 22,4 20,0 17,6 14,4 14,8 12,0 11,2 8,0 8,4 CS1 CS2 CS3 CS4 MCS1 MCS2 MCS3 MCS4 MCS5 MCS6 MCS7 MCS8 MCS9 L EDGE inroduce inolre un nuovo sisema per simare la poenza del segnale e la probabilià di errore, che, basandosi su ogni burs ricevuo anziché solamene sui due burs inuilizzai della sruura mulirama, permee di oenere sime più accurae e di adaarsi più rapidamene alle variazioni del canale. 9.2 UMTS I sisemi cellulari di erza generazione (3G) punano ad orire uno sandard globale per ui i servizi di raserimeno di voce e dai senza ilo, caraerizzao da elevae velocià di raserimeno e da un elevaa lessibilià. Gli ueni hanno inai la possibilià di accedere, mediane un unico sandard, a ui i sisemi di elecomunicazioni mobili, dai sisemi saelliari alle rei cellulari erresri alle rei senza ilo in area locale (v. Figura 9.4). In Europa, lo sandard previso dal 3GPP (Third Generaion Parnership Projec) per i sisemi di erza generazione prende il nome di UMTS (Universal Mobile Telecommunicaions Sysem). L inroduzione dello sandard UMTS non consise ano nella creazione di un sisema di elecomunicazioni oalmene nuovo, quano nell evoluzione delle ecnologie esiseni in modo da doarle di maggiori capacià e di permeere araverso di esse l erogazione di nuovi servizi. In paricolare, per quano riguarda i servizi di elecomunicazione cellulare, il nuovo sandard si appoggia all inrasruura e alla ecnologia delle rei GSM/GPRS esiseni, riuilizzandone le sezioni di ransio, ed esendendole con nuovi nodi e nuove ineracce. Le modiiche Saellie (coperura globale) Figura 9.3. Velocià di rasmissione per imeslo di GPRS ed EDGE per i diversi schemi di codiica Macrocella Microcella (area suburbana) (area urbana) Figura 9.4. Aree di coperura UMTS Picocella (ediicio) necessarie consisono principalmene nell inroduzione dei nodi necessari a supporare la nuova ineraccia radio, dea UTRA (UMTS Terresrial Radio Access). La ree UMTS (che si va a sovrapporre alle rei GSM/GPRS esiseni) comprende diversi Radio Nework Sysem (RNS), ognuno dei 74

4 9 Verso la erza generazione quali è conrollao da un Radio Nework Conroller (RNC), che connee uno o più elemeni, dei nodi B, ognuno dei quali serve varie celle. In praica, l RNC è equivalene al BSC della ree GSM/GPRS, menre il nodo B svolge le unzioni della BTS. Come si è accennao, l ineraccia radio dell UMTS, dea UTRA, è compleamene diversa da quella uilizzaa dal GSM/GPRS, sia per quano riguarda la banda di requenze su cui opera (inorno ai 2 GHz), sia per le nuove ecniche di accesso muliplo uilizzae (di ipo WCDMA, Wideband Code Division Muliple Access). L adozione di quese ecniche consene di raggiungere una massima velocià eorica di 2 Mbi/s al chiuso, di 384 kbi/s nelle aree urbane e di 144 kbi/s nelle aree rurali. La ecnica di accesso muliplo a divisione di codice prevede che diversi ueni possano eeuare la rasmissione dei rispeivi dai nello sesso empo e sulle sesse requenze. I diereni segnali rasmessi sullo sesso canale possono essere separai grazie all uilizzo di codici di spreading diereni. In ase di rasmissione, ogni bi di inormazione viene moliplicao per un opporuna sequenza di bi di codice, dierene da quella usaa dagli alri ueni; a seguio di quesa moliplicazione, la banda occupaa dal segnale aumena. Il segnale così oenuo viene rasmesso sulla sessa banda uilizzaa dagli alri ueni; in ricezione, il singolo lusso di bi è esrao moliplicando il segnale ricevuo per la sessa sequenza di bi di codice uilizzaa al rasmeiore. Quesa operazione ha l eeo di ridurre nuovamene la banda del segnale uile, ampliicandolo; gli alri segnali (dovui non solo alle rasmissioni degli alri ueni ma anche a cammini mulipli) cosiuiranno solo un rumore di bassa inensià. La Figura 9.5 schemaizza ale processo. L uilizzo di una banda più ampia (di 5 MHz per canale) consene anche di diminuire le perdie di poenza dovue a ading, soprauo nelle aree urbane con un gran numero di osacoli. Inolre, la ecnica a divisione di codice consene di poer uilizzare l inera banda disponibile in ogni cella, senza rischi di inererenza ra Bi di inormazione celle adiaceni. Segnale rasmesso Codice Alre comunicazioni Codice Bi decodiicai Figura 9.5. Accesso muliplo a divisione di codice In queso modo, d alronde, ogni uene di una sessa cella conribuisce ad abbassare il rapporo segnale/rumore percepio dagli alri ueni; in alre parole, le dimensioni della cella (inesa come l area copera dal segnale proveniene da una sazione base) diminuiscono all aumenare del carico. Se il carico di una cella è eccessivo, gli ueni posi ai bordi possono essere assegnai alle celle limiroe (principio di cell breahing), aumenando le dimensioni di quese ulime. 75

5 9 Verso la erza generazione Nel sisema UMTS, a dierenza del GPRS, le classi di qualià del servizio previse dipendono dal servizio per cui il sisema viene uilizzao: la classe conversazionale è uilizzaa per conversazioni in empo reale, la classe monodiusa per la diusione in broadcas di audio o video in empo reale, la classe ineraiva per l accesso a servizi che prevedono un inerazione con l uene, la classe subordinaa per il raserimeno di dai a bassa priorià. L elevaa velocià di rasmissione disponibile permee di orire agli ueni servizi innovaivi quali la videoeleonia in empo reale o lo scambio di messaggi mulimediali, olre a rendere l UMTS una valida alernaiva per l accesso veloce a Inerne rispeo ai sisemi cablai. 9.3 GERAN Lo sandard GERAN (GSM/EDGE Radio Access Nework) puna a ornire mediane EGPRS gli sessi servizi oeri dai sisemi a spero espanso, conneendosi alla sessa ree di ransio uilizzaa da quesi ulimi. Per compeere direamene con sisemi di erza generazione, parallelamene all inroduzione di nuovi servizi è necessario accrescere la capacià del sisema e l eicienza sperale dell ineraccia radio. Grazie a ali sviluppi è possibile meere a disposizione degli ueni le sesse quaro classi di qualià del servizio oere dall UMTS (conversazionale, monodiusa, ineraiva, subordinaa), permeendo di gesire adeguaamene le applicazioni che necessiano di raserire inormazioni in diverse orme. In paricolare, per inrodurre lo sandard GERAN su una ree GPRS esisene è necessario sviluppare il supporo delle classi conversazionale e monodiusa, essendo le rimaneni due classi già supporae adeguaamene dal sisema GPRS. In deiniiva, il GERAN appare uno sandard ineressane soprauo per gli operaori che non dispongono di una licenza per l UMTS: grazie a ale sandard essi possono orire servizi simili a un prezzo eoricamene ineriore. 76