SISTEMI RADIOMOBILE. Storia dei sistemi di prima generazione

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1 SISTEMI RADIOMOBILE SISTEMI RADIOMOBILI 1 Storia dei sistemi di prima generazione Advanced Mobile Phone Service (AMPS) sistema sperimentale a Chicago nel 1978 prima forma commerciale in Giappone nel 1979 portante a 800MHz Nordic Mobile Telephony (NMT) Svezia, Norvegia, Danimarca e Finlandia nel 1981 portante a 450MHz NMT900 portante a 900MHz Total Access Communications System (TACS) Gran Bretagna nel 1985 versione modificata del sistema AMPS portante a 900MHz PROBLEMI: limitata capacità utilizzi fraudolenti SISTEMI RADIOMOBILI 2 1

2 Storia dei sistemi di seconda generazione 1/2 Interim Standard 54 B (IS-54 B)e Interim Standard 136 (IS-136) evoluzione digitale del sistema AMPS prima versione (IS-54 B) introdotta nel 1990 seconda versione (IS-136) introdotta nel 1994 Group Spéciale Mobile (GSM) primo incarico della Conference on European Posts and Telecommunications (CEPT) nel 1982 prime specifiche tecniche affidate all European Telecommucications Standards Institute (ETSI) completate nel 1989 prima rete lanciata nel 1991 successiva diffusione al di fuori dell Europa con conseguente trasformazione della sigla in Global System for Mobile communications portante a 900MHz, 1800MHz e 1900MHz SISTEMI RADIOMOBILI 3 Storia dei sistemi di seconda generazione 2/2 Interim Standard - 95 CDMA (IS-95 CDMA) accesso di tipo Code Division Multiple Access (CDMA) prima implementazione da parte di QUALCOMM in California nel 1989 chip rate di 1.228MHz standard nel 1993 da parte della Telecommunication Industry Association (TIA) portante a 800MHz e 1900MHz PROBLEMI: sistemi ottimizzati solo per servizio di tipo vocale: incapacità di offrire servizi dati come: istant message navigazione WEB video SISTEMI RADIOMOBILI 4 2

3 Verso i sistemi di terza generazione International Telecommunication Union gruppo di lavoro International Mobile Telecommunication 2000 (IMT- 2000) che ha emanato una serie di raccomandazioni riguardanti: ampiezza di banda per l utente per il servizio mobile ampiezza di banda per l utente per il servizio fisso offerta dei servizi flessibilità proposte tecniche per il servizio terrestre Wideband CDMA (WCDMA) CDMA 2000 evoluzione di IS-95 CDMA Time Division-Synchronous CDMA (TD-SCDMA) UWC-136 evoluzione di IS-136 DECT SISTEMI RADIOMOBILI 5 CELLE E STAZIONI BASE La rete è suddivisa in varie celle o aree di copertura geografica In ogni cella vi è una stazione base L area di copertura dipende da diversi fattori e può andare da circa 100 metri a qualche decina di chilometri: potenza di trasmissione della stazione base altezza delle antenne caratteristiche fisiche dell area Le celle vengono solitamente settorializzate antenne direzionali massimo di sei settori per stazione base (comunemente tre nelle aree urbane e due lungo le strade) Le stazioni base sono interconnesse fra loro a una rete di comunicazione collegata alla Public Switched Telephone Network (PSTN) SISTEMI RADIOMOBILI 6 3

4 ARCHITETTURA DELLA RETE Logica di controllo delle stazioni base gestita dal Base Station Controller (BSC) I BSC sono connessi a un centro Mobile Switching Center (MSC) che gestisce l attivazione e la chiusura delle chiamate verso gli abbonati mobili Interfaccia con un Home Location Register (HLR) contenente i dati specifici degli abbonati SISTEMI RADIOMOBILI 7 ACCESSO ALL INTERFACCIA AEREA Frequency Division Multiple Access (FDMA) lo spettro viene suddiviso in vari canali con una banda ben precisa Esempio AMPS: canali da 30kHz numero fisso di canali per ogni cella allocazione esclusiva di un canale ad ogni utente per l intera durata della comunicazione canali distinti per il down-link e l up-link con tecnica Frequency Division Duplex (FDD) separazione fissa tra le due portanti di 45MHz (distanza duplex) Time Division Multiple Access (TDMA) i canali radio vengono suddivisi in più time-slot che vengono assegnati ad ogni utente l allocazione avviene durante la fase di inizializzazione della chiamata tipicamente un sistema TDMA è anche FDD Code Division Multiple Access (CDMA) tutti gli utenti condividono la stessa frequenza radio esisteranno delle interferenze reciproche fra i vari utenti tecnica a dispersione di banda (spread spectrum) ogni volta che viene aggiunto un nuovo utente aumentano le interferenze totali quando il rumore raggiunge un livello di soglia sarà impossibile estrarre le informazioni relative ai singoli utenti non è necessario effettuare una pianificazione delle frequenze SISTEMI RADIOMOBILI 8 4

5 Roaming E necessario che la rete controlli la posizione dell abbonato: all accensione il terminale invia un messaggio di registrazione al MSC locale il messaggio include un identificativo univoco dell abbonato il MSC è in grado di identificare il database HLR nel quale è presente l abbonato il MSC invia al HLR dell abbonato un messaggio di registrazione l HLR risponde, inviando eventualmente un messaggio di cancellazione al vecchio MSC che serviva l abbonato in precedenza Le prime reti di comunicazione wireless utilizzavano un protocollo proprietario per queste comunicazioni il roaming funzionava quindi solo se l operatore acquistava gli apparati dallo stesso produttore se due reti utilizzavano apparati di diversi produttori il roaming non funzionava In Nord America si è diffuso lo standard IS-41 per i sistemi AMPS, IS- 136 e IS-95 In Europa non si è fatto nulla per i sistemi di prima generazione mentre per i sistemi di seconda generazione si è sviluppato lo standard GSM MAP (Mobile Application Protocol) SISTEMI RADIOMOBILI 9 Handoff/Handover Handover E la possibilità di mantenere attiva una chiamata mentre ci si muove all interno della rete passando da una cella all altra handoff nei sistemi AMPS, IS-136 e IS- 95 handover nel sistema GSM A seconda delle due celle in questione l handoff può avvenire fra due canali della stessa cella fra due settori della stessa stazione base fra due controllori BSC fra due centri MSC appartenenti allo stesso operatore fra due centri MSC appartenenti a due operatori diversi L operazione di handoff viene normalmente controllata dalla rete la rete misura la potenza del segnale ricevuta dall apperecchio mobile se il segnale scende al di sotto di una certa soglia viene chiesto alle celle confinanti di effettuare una misura della potenza ricevuta da quell apparecchio se una delle celle confinanti rileva un segnale di potenza maggiore il BSC o il MSC ordina alla nuova cella di allocare un canale per quell abbonato la rete chiede quindi all apparecchio mobile di passare sul nuovo canale Nelle reti recenti l operazione è assistita dal terminale mobile (Mobile Assisted HandOver - MAHO) SISTEMI RADIOMOBILI 10 5

6 GENERALITA DEI SISTEMI 1G I sistemi di mobilità 1G sono analogici per il trasporto dei contenuti ma spesso utilizzano una segnalazione digitale L accesso al sistema radio è di tipo FDMA Sistemi più diffusi AMPS Advanced Mobile Phone System standard per il Nord America NAMPS Narrowband Advanced Mobile Phone System parte degli Stati Uniti, America Latina sviluppato da Motorola come piattaforma intermedia fra i sistemi 1G e 2G TACS Total Access Communication System parte dell Europa, Hong Kong, Singapore e Medio Oriente variante giapponese nota come JTACS NMT Nordic Mobile Telephone paesi scandinavi, Asia e Australia bande di frequenza dei 450 e dei 900MHz SISTEMI RADIOMOBILI 11 CARATTERISTICHE DEI PRINCIPALI SISTEMI 1G SISTEMI RADIOMOBILI 12 6

7 Architettura dei sistemi 1G 1/2 Le trasmissioni radio utilizzano una configurazione full-duplex frequenze di trasmissione e ricezione differenti La cella converte il segnale radio in un segnale da inviare attraverso un altro mezzo di trasmissione La cella interagisce oltre che con gli apparati mobili con un Mobile Telephone System Office (MTSO) la connessione fra cella e MTSO è tipicamente tramite linee dedicate T1/E1 o tramite sistema a microonde SISTEMI RADIOMOBILI 13 Architettura dei sistemi 1G 2/2 Il sistema cellulare consta di un certo numero di celle collegate a un centro MTSO che connette le celle a un centralino della rete PSTN svolge le funzioni riguardanti l elaborazione della chiamata conserva le informazioni relative agli abbonati allo stato degli abbonati all indirizzamento delle chiamate alla fatturazione... I sistemi più maturi offrono più centri MTSO SISTEMI RADIOMOBILI 14 7

8 CONFIGURAZIONE DELLA CELLA Cabina con i dispositivi per la trasmissione radio Base Site Controller (BSC) Modulatore a radiofrequenza Amplificatore Trasmettitore Antenna Interface Frame (AIF) Traliccio di supporto per le antenne connesse alla cabina tramite cavi coassiali Collegamento al centro MTSO tramite linee dedicate T1/E1 o connessione a microonde Alimentazione in continua supportata da batterie SISTEMI RADIOMOBILI 15 RIUTILIZZO DELLE FREQUENZE Fondamentale per aumentare la capacità del sistema La stessa frequenza viene utilizzata più volte contemporaneamente nel tempo ma distanziata nello spazio E necessario mantenere il rapporto C/I al di sopra di 17dB La distanza fra le stazioni che riutilizzano la stessa frequenza è definita dal rapporto D/R Quello più utilizzato è quello per N=7 con un massimo di 56 canali secondo uno schema a 3 settori SISTEMI RADIOMOBILI 16 8

9 SPETTRO Gli operatori possono utilizzare un totale di 25MHz 12.5MHz in tx dalla stazione base 12.5MHz in rx alla stazione base Ad esempio il sistema AMPS negli Stati Uniti rende disponibili 832 canali a intervalli di 30kHz con distanza di 45MHz fra le bande in tx e in rx sono quindi disponibili 416 canali 21 di segnalazione 395 per la voce Il piano dei canali rappresenta la suddivisione dei vari canali sulle varie celle in modo da rispettare i vincoli di non interferenza SISTEMI RADIOMOBILI 17 SISTEMI 2G Utilizzo della tecnologia radio-digitale per il trasporto dei contenuti Migliorare la qualità Incrementare la capacità del servizio Evoluzione dei sistemi 1G TACS GSM AMPS IS-54 / IS-136 / IS-95 SISTEMI RADIOMOBILI 18 9

10 ARCHITETTURA DI RETE GSM 1/5 Mobile Station MS (Apparecchio telefonico) Mobile Equipment ME l apparecchio vero e proprio Subscribe Identity Module SIM scheda a circuito integrato che contiene identità dell abbonato informazioni di autenticazione informazioni sul servizio offerto Base Station Subsystem BSS Base Transceiver Station BTS Base Station Controller BSC gestione della risorsa radio funzioni legate alla gestione della mobilità funzionalità operative e di manutenzione della rete radio interfaccia Abis fra BTS e BSC BTS e BSC devono essere dello stesso produttore Transcoding and Rate Adaptation Unit TRAU full rate (13.6kbps), enhanced full rate (12.2kbps) o half rate (5.6kbps) PCM (64kbps) interfaccia Ater fra BSC e TRAU SISTEMI RADIOMOBILI 19 ARCHITETTURA DI RETE GSM 2/5 Mobile Switching Center MSC controlla l impostazione della chiamata controlla l indirizzamento della chiamata effettua le generiche funzioni svolte da un centralino Visitor Location Register VLR database che contiene le informazioni relative agli abbonati che si trovano nell area di copertura del MSC interfaccia B fra MSC e VLR, non utilizzata perché entrambi sono sempre dello stesso produttore interfaccia A fra MSC e BSC Interfaccia SS7 con protocollo Signaling Connection Control Part SCCP BSS Application Part BSSAP BSS Management Application Part BSSMAP comunicazioni fra BSC e MSC Direct Transfer Application Part DTAP comunicazioni fra MS e MSC BSS Operation and Maintenance Application Part BSSOMAP SISTEMI RADIOMOBILI 20 10

11 ARCHITETTURA DI RETE GSM 3/5 Home Location Register HLR database che contiene i dati dell abbonato con i dettagli dei servizi offerti Authentication Center AuC contiene i dati di autenticazione dell abbonato algoritmo di autenticazione j e chiave k i un algoritmo A j e una chiave k si trovano anche sulla scheda SIM Procedura di autenticazione: l AuC genera un numero casuale r e applica l algoritmo j determinando un numero n 1 = A j (k i,r) il numero casuale r viene passato alla scheda SIM attraverso l interfaccia HLR-MSC-ME la SIM esegue l algoritmo A j (k,r) producendo un risultato n 1 = A j (k,r) se n 1 =n 2 l utente viene autenticato Gateway Mobile Switching Center GMSC gestisce le chiamate da e verso altre reti come la rete PSTN Short Message Service - SMS Short Message Service - Service Center SMS-SC memorizza i messaggi e si interfaccia con gli altri sistemi Short Message Service - Gateway Mobile Switching Center SMS-GMSC recapita i messaggi all abbonato mobile Short Message Service - Internetworking Mobile Switching Center SMS-IWMSC riceve un messaggio SMS dal centro MSC che serve l abbonato e lo inoltra al SMS-SC SISTEMI RADIOMOBILI 21 ARCHITETTURA DI RETE GSM 4/5 Equipment Identity Register EIR verifica che un determinato apparecchio o modello sia accettabile per la rete Contiene tre liste: nera: l apparecchio non può essere accettato da nessuna rete grigia: l apparecchio può essere accettato a discrezione dell operatore bianca: l apparecchio deve essere accettato All interno di ogni ME si trovano uno dei due seguenti codici International Mobile Equipment Identity IMEI (15 cifre) International Mobile Equipment Identity and Software Version number IMEISV (16 cifre) Entrambi i codici sono strutturati in: Type Approval Code TAC Final Assembly Code FAC entrambi i codici permettono di determinare marca, modello, luogo di produzione e numero di serie dell apparecchio in questione InterWorking Function IWF per gestire dati a commutazione di circuito e macchine fax fino a 9600bps SISTEMI RADIOMOBILI 22 11

12 ARCHITETTURA DI RETE GSM 5/5 SISTEMI RADIOMOBILI 23 INTERFACCIA AEREA DI GSM Accesso TDMA FDD Modulazione Gaussian Minimum Shift Keying GMSK Allocazione di frequenza nelle tre bande 900, 1800 e 1900 MHz Ogni banda è suddivisa in canali di 200KHz Gli ultimi due canali alle estremità della banda non vengono utilizzati in quanto servono da banda di guardia Ogni cella può offrire più portanti (da 1a 3 nella norma, un massimo di 6 nelle condizioni di alto traffico) Ogni canale è suddiviso in 8 time slot numerati da 0 a 7 della durata di circa 576.9µs Almeno un time slot per cella viene utilizzato come canale di controllo SISTEMI RADIOMOBILI 24 12

13 CANALI DI CONTROLLO 1/2 Broadcast Control Channels Frequency Correction Channel FCH per la correzione delle frequenze delle stazioni mobili Synchronization Channel SCH per la trasmissione del codice di identificazione della BS (Base Station Identity Code BSIC) e per la sincronizzazione di frame Broadcast Control Channel BCCH per inviare informazioni generali riguardanti la stazione BTS e la rete e per la configurazione dei canali di controllo Common Control Channels Paging Channel PCH per inviare messaggi alle stazioni mobili Random Access Channel RACH utilizzato in uplink dalla stazione mobile per richiedere un canale dedicato SDCCH Access Grant Channel AGCH utilizzato in downlink in risposta a una richiesta sul canale RACH Notification Channel NCH per notificare l arrivo di una chiamata vocale a gruppi o broadcast alle stazioni mobili SISTEMI RADIOMOBILI 25 CANALI BROADCAST E DI CONTROLLO 2/2 Dedicated Control Channels Stand Alone Dedicated Control Channel SDCCH canale bidirezionale utilizzato per le comunicazioni con una stazione mobile quando questa non utilizza un canale TCH Trasmissione e ricezione degli SMS quando non è in corso una chiamata Segnalazione di attivazione della chiamata prima di allocare un canale TCH Slow Associated Control Channel canale unidirezionale o bidirezionale utilizzato quando una stazione mobile sta utilizzando un canale TCH o un canale SDCCH messaggi di controllo della potenza dalla BTS alla stazione mobile rapporti di misure effettuate indicanti la qualità della ricezione dalla stazione mobile verso la BTS (informazioni utilizzate per stabilire se deve essere effettuato un handover) Trasmissione e ricezione degli SMS quando è in corso una chiamata Fast Associated Control Channel canale unidirezionale o bidirezionale utilizzato quando una stazione mobile sta utilizzando un canale TCH trasmissione di informazioni non vocali istruzioni di handover toni di composizione servizi supplementari SISTEMI RADIOMOBILI 26 13

14 STRUTTURA DEI CANALI Non ha senso allocare ogni canale in uno degli 8 time slot disponibili Struttura a frame, multiframe, superframe e iperframe frame (8 time slot della durata di 4.62ms) multiframe-26 (26 frame della durata di 120ms) canali TCH e relativi SACCH e FACCH multiframe-51 (51 frame della durata di 235.4ms) canali BCCH, CCCH e SDCCH superframe (dura 6.12s e contiene 51 multiframe-26 o 26 multiframe-51) iperframe (dura 3 ore, 28 minuti e 54 secondi e contiene 2048 superframe) i frame sono numerati con un operazione di modulo rispetto al proprio iperframe Tipicamente il time-slot 0 sulla prima frequenza di una cella viene utilizzato per trasportare i canali BCCH e CCCH e 4 canali SDCCH il time-slot 1 sulla prima frequenza di una cella viene utilizzato per trasportare altri 8 canali SDCCH i rimanenti time-slot sono utilizzati per i canali TCH e relativi SACCH e FACCH multiframe-26: 24 time-slot relativi al canale TCH e 1 time-slot relativo al canale SACCH; nel caso di FACCH si utilizzano 12 o 24 time slot del canale TCH SISTEMI RADIOMOBILI 27 STRUTTURA DEI CANALI SISTEMI RADIOMOBILI 28 14

15 AGGIORNAMENTO DELLA POSIZIONE La stazione mobile all accensione esegue una scansione dell interfaccia aerea, seleziona la cella dalla quale il segnale ricevuto è sufficientemente forte, decodifica le informazioni inviate in broadcast Invia una Channel Request tramite il canale RACH Il BSS alloca un canale SDCCH per la stazione mobile e invia un meggaggio Immediate Assignment tramite il canale AGCH La stazione mobile accede al canale SDCCH assegnatoli e invia un messaggio di Location Updating Request che contiene le informazioni dell utente e l identità dell area ricevuta tramite il canale broadcast l identità del mobile è un codice Temporary Mobile Subscriber IdentityI TMSI se tale codice non viene riconosciuto dal MSC viene richiesto alla stazione mobile di inviare un codice International Mobile Subscriber Identity IMSI l MSC può richiedere anche l invio del codice IMEI per l autenticazione del terminale L MSC/VLR può tentare di autenticare l abbonato, se l autenticazione fallisce prova a chiedere le informazioni di autenticazione al HLR secondo la procedura già descritta; al termine l MSC/VLR informa l HLR della nuova posizione dell abbonato L HLR invia il messaggio di cancellazione verso il vecchio MSC/VLR e invia le informazioni dell abbonato al nuovo MSC/VLR L MSC/VLR invia il messaggio Location Updating Accept al mobile Il sottosistema BSS rilascia la stazione mobile dal canale SDCCH SISTEMI RADIOMOBILI 29 CHIAMATA VOCALE DA UN MOBILE La stazione mobile ottiene un canale SDCCH esegue una richiesta di servizio Connection Manager MC al MSC Il MSC può richiedere l autenticazione alla stazione mobile (in generale lo fa ogni N operazioni) passa al sottosistema BSS la chiave di crittografia k c Il sottosistema BSS chiede alla stazione mobile di iniziare la crittografia La stazione mobile invia un messaggio di Setup al centro MSC dati sul numero composto e sulle funzionalità richieste Il MSC invia alla stazione mobile il messaggio Call proceeding attiva un circuito con il BSS per trasportare la voce da e verso la stazione mobile Il sottosistema BSS invia un messaggio Assignment Command chiedendo al mobile di passare dal canale SDCCH al canale TCH Le successive segnalazioni avverranno tramite il canale FACCH La stazione mobile risponde con il messaggio Assignment Complete Il sottosistema BSS invia un messaggio Assignment Complete al MSC Il MSC inizia l impostazione della chiamata tramite rete fissa invia un Initial Address Message ricevuto il Address Complete Message informa il mobile inviando il messaggio Alerting ricevuto l Answer Message informa il mobile inviando il messaggio Connect Il sistema mobile risponde con un messaggio Connect Acknowledge SISTEMI RADIOMOBILI 30 15

16 CHIAMATA VOCALE VERSO UN MOBILE Al GMSC arriva un messsaggio IAM che contiene il numero ISDN del chiamato determina l HLR dell abbonato e gli invia un messaggio Send Routine Information L HLR conosce quale centro MSC/VLR sta servendo l abbonato interroga l MSC/VLR inviandogli un messaggio Provide Roaming Number Il centro MSC/VLR alloca un Mobile Station Roaming Number e lo restituisce al HLR La stazione mobile tenta di accedere alla rete utilizzando il canale RACH Il BSS risponde con un messaggio Immediate Assignment che chiede al mobile di passare sul canale SDCCH La stazione mobile passa sul canale SDCCH e risponde al messaggio L MSC inizia la cifratura invia al mobile un messaggio di Setup La stazione mobile invia un messaggio Call Confirmed L MSC L HLR invia tale numero al GMSC attiva un percorso verso il BSS e un canale TCH fra IL GMSC il BSS e il mobile tramite l MSRN chiama il MSC/VLR dove si trova La stazione mobile autenticato il mobile ricevuto il canale TCH inizia lo squillo per l utente e Il centro MSC/VLR invia un messaggio di Alerting chiede al BSS di avvertire l abbonato tramite il L MSC messaggio di Paging invia un percorso verso il chiamante attivando il tono Il BSS di libero utilizza il messaggio di Paging Request attraverso il sottocanale PCH SISTEMI RADIOMOBILI 31 HANDOVER Di tipo MAHO La stazione mobile ha sempre un tempo disponibile fra i time slot di trasmissione e ricezione In questo tempo si sintonizza sul canale BCCH delle celle adiacenti e decodifica le informazioni trasmesse Invia i rapporti sulle misure al sottosistema BSS mediante il canale SACCH: informazioni del segnale ricevuto dalla propria BSC RXLEV (potenza) RXQUAL (bit error rate) informazioni del segnale ricevuto dalle celle adiacenti BSIC frequenza del canale BCCH RXLEV La stazione BTS esegue anch essa delle misure sul segnale ricevuto dalla stazione mobile RXLEV RCQUAL Tutte le misure vengono inviate al BSC che decide se e verso quale cella deve verificarsi l handover L handover può coinvolgere il MSC, in questo caso vi sarà uno scambio di messaggi fra MSC/VLR e BSS di origine e destinazione SISTEMI RADIOMOBILI 32 16

17 SISTEMI 2.5G (GPRS) Evoluzione della rete GSM GSM servizi voce e dati a commutazione di circuito massima velocità di trasferimento dati 9.6kbit/s GPRS evoluzione del sistema GSM verso i servizi a elevata ampiezza di banda previsti da 3G piattaforma 2.5G con trasferimento dati a commutazione di pacchetto in teoria la velocità potrebbe raggiungere i 171kbit/s la necessità di uno schema di codifica per la correzione degli errori sull interfaccia a radiofrequenza garantisce velocità massime fino a 53kbit/s stessa interfaccia aerea di GSM: canali a 200kHz divisi in 8 time slot la stazione mobile può avere accesso a più time slot su ogni time slot si possono adottare diversi schemi di codifica cs kbit/s 6.8kbit/s correzione cs kbit/s 10.4kbit/s correzione cs kbit/s 11.7kbit/s rilevazione cs kbit/s 16.0kbit/s rilevazione SISTEMI RADIOMOBILI 33 DISPOSITIVI PER GLI UTENTI CLASSE A supporto simultaneo di servizi per voce e dati CLASSE B supporto di connessioni simultanee GPRS e GSM i servizi voce e dati non sono supportati contemporaneamente CLASSE C supporto di connessioni esclusive GPRS o GSM Un altro fattore che caratterizza fortemente la stazione mobile è il numero di time slot supportati in trasmissione e in ricezione Generalmente GPRS è asimmetrico in quanto le normali utilizzazioni della rete dati prevedono più trasferimenti nella direzione downlink rispetto a quella uplink SISTEMI RADIOMOBILI 34 17

18 INTERFACCIA AEREA Non è necessario pianificare alcuna modifica progettuale o di frequenze rispetto a GSM Data una portante in radiofrequenza a 200kHz gli 8 time slot vengono condivisi per il traffico dati GPRS e vocale GSM I time slot utilizzati dal sistema GPRS sono raggruppati in trame che ne contengono 52 All interno di ogni trama sono presenti 12 blocchi radio ognuno costituito da 4 time slot consecutivi 2 time slot inattivi 2 time slot di temporizzazione che costituiscono i Packet Timing Control Channels (PTCCH) SISTEMI RADIOMOBILI 35 ARCHITETTURA PCU Packet Control Unit elemento logico della rete gestisce controllo dell accesso sull interfaccia aerea assemblaggio e disassemblaggio dei pacchetti programmazione dei pacchetti da inviare sull interfaccia aerea in senso logico fa parte del BSC SGSN Serving GPRS Support Node analogo del MSC/VLR gestisce mobilità sicurezza controllo degli accessi GGSN Gateway GPRS Support Node permette il collegamento alla rete dati a pacchetto esterna tramite l interfaccia Gi può collegarsi a l HLR tramite l interfaccia Gc questa funzionalità è raramente implementata in quanto solitamente gli operatori di rete permettono che una sessione dati sia attivata esclusivamente dal mobile CGF Charging Gateway Function permette l elaborazione delle informazioni di fatturazione dei vari utenti collegandosi, tramite l interfaccia Ga, alla rete di nodi SGSN e GGSN SISTEMI RADIOMOBILI 36 18

19 ARCHITETTURA SISTEMI RADIOMOBILI 37 SISTEMI 3G (UMTS) Evoluzione delle tecnologie GSM/GPRS per supportare le funzionalità di terza generazione Il cambiamento rispetto alle precedenti tecnologie riguarda l interfaccia aerea e la rete d accesso radio Esistono due varianti DS-WCDMA FDD Europa e America DS-WCDMA TDD Asia L opzione FDD prevede l utilizzo delle frequenze MHz in downlink MHz in uplink La spaziatura dei canali nella opzione FDD può variare da 4.4 a 5MHz a passi di 200kHz La separazione fra le due tratte è di 190MHz La frequenza di chip è di 3.84Mchips/s che comporta un ampiezza di banda compresa tra 4.4 e 5MHz L architettura di rete è molto simile a quella del sistema GSM/GPRS L accesso radio è totalmente diverso: rete UTRAN SISTEMI RADIOMOBILI 38 19

20 DISPERSIONE CODIFICA E MODULAZIONE UPLINK I dati utente sono trasportati attraverso canali fisici Un canale fisico è ottenuto dalla combinazione di una frequenza un codice di codifica un codice di canalizzazione SISTEMI RADIOMOBILI 39 TRASMISSIONE DI UN FLUSSO DI DATI UPLINK Saranno utilizzati un canale DPDCH Dedicated Physical Data Channel per trasportare i dati un canale DPCCH Dedicated Physical Control Channel per le informazioni di controllo Un singolo utente può utilizzare fino a 6 canali DPDCH Il fattore di dispersione di un singolo canale DPDCH può essere 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256 questo corrisponde a diversi bit rate del canale che vanno dal caso minimo (256) pari a 15kbit/s al caso massimo (4) pari a 960kbit/s le velocità disponibili all utente devono tenere conto dei codici di correzione degli errori che in genere dimezzano la banda disponibile I singoli canali DPDCH e il canale DPCCH vengono dispersi secondo un differente codice di canalizzazione pesati da un fattore di guadagno suddivisi in due componenti in fase e in quadratura che realizzano una sequenza complessa codificati con il codice di codifica SISTEMI RADIOMOBILI 40 20

21 TRASMISSIONE DI UN FLUSSO DI DATI UPLINK SISTEMI RADIOMOBILI 41 CODICI DI CANALIZZAZIONE permettono di separare i diversi flussi di utente sono chiamati OVSF Orthogonal Variable Spreading Factor la lunghezza del codice è funzione del fattore di dispersione utilizzato per quel canale lo schema è il seguente C ch, SF, k dove SF è il fattore di dispersione e k=sf/4 i codici vengono generati secondo l algoritmo C ch,1,0 = 1 C ch,2^(n+1),0 = [C ch,2^n,0 C ch,2^n,0 ] C ch,2^(n+1),1 = [C ch,2^n,0 -C ch,2^n,0 ].. C ch,2^(n+1),2^(n+1)-2 = [C ch,2^n,2^n-1 C ch,2^n,2^n-1 ] C ch,2^(n+1),2^(n+1)-1 = [C ch,2^n,2^n-1 -C ch,2^n,2^n-1 ] sui diversi rami Q e I è possibile utilizzare gli stessi codici i codici sullo stesso ramo devono essere sempre ortoganali SISTEMI RADIOMOBILI 42 21

22 CODICI DI CODIFICA Devono essere casuali Esistono due diversi tipi lunghi chiamati codici GOLD sono sequenze lunghe chip (equivalenti a 10ms) brevi sono sequenze lunghe 256 chip vengono utilizzati quando la stazione base utilizza tecniche di rilevamento multiutente più avanzate SISTEMI RADIOMOBILI 43 MODULAZIONE UPLINK QPSK Quadrature Phase Shift Keying SISTEMI RADIOMOBILI 44 22

23 DISPERSIONE, CODIFICA E MODULAZIONE DOWNLINK Anche nella direzione downlink vengono utilizzati diversi canali canale pilota canale di sincronizzazione canali broadcast.. Ogni canale, ad eccezione dei canali di sincronizzazione, viene disperso in base al chip rate e poi codificato ogni canale da disperdere viene suddiviso in due flussi separando i bit in posizione dispari da quelli in posizione pari i due flussi costituiranno la parte reale I e la parte immaginaria Q ogni flusso viene disperso utilizzando lo stesso codice di canalizzazione i flussi vengono poi combinati generando una sequenza complessa la sequenza complessa viene poi codificata utilizzando un opportuno codice di codifica SISTEMI RADIOMOBILI 45 CODIFICA DOWNLINK SISTEMI RADIOMOBILI 46 23

24 CODIFICA DOWNLINK Si utilizzano codici GOLD simili a quelli utilizzati in uplink Esisterà un massimo di codici Per evitare che un terminale debba confrontare il segnale ricevuto con tutti i possibili codici questi vengono raggruppati: 512 gruppi ogni gruppo contiene un codice di codifica primario e 15 codici di codifica secondari si avranno quindi in totale 512*16=8192 codici di codifica downlink 512 primari 7680 secondari i 512 codici di codifica primari sono raggruppati in 64 gruppi da 8 Il canale di sincronizzazione viene inserito senza codifica in maniera tale che possano essere letti da un terminale quando sta tentando di sintonizzarsi SISTEMI RADIOMOBILI 47 CODIFICA DOWNLINK SISTEMI RADIOMOBILI 48 24

25 ARCHITETTURA UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) Radio Network Subsystem (RNS) Un Radio Network Controller (RNC) Diversi Nodi B l interfaccia fra RNC e Nodi B è chiamata Iub (aperta) I diversi RNC sono connessi fra di loro attraverso l interfaccia Iur permette la gestione degli handover soft UTRAN si interfaccia con la rete base tramite l interfaccia Iu Iu-CS per i servizi a commutazione di circuito verso un MSC/VLR Iu-PS per i servizi a commutazione di pacchetto verso un SGSN Il dispositivo d utente (UE) è costituito Mobile Equipment (ME) UMTS Subscriber Identity Module (USIM) l interfaccia fra UTRAN e UE è chiamata Uu Il meccanismo di trasporto utilizzato è ATM (Asynchronous Transfer Mode) SISTEMI RADIOMOBILI 49 ARCHITETTURA SISTEMI RADIOMOBILI 50 25