Sistemi wireless. Propagazione. Denominazione Sigla Frequenza "f" ULF ultra low frequency. ELF extremely low frequency VLF very low frequency

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1 Sistemi wireless Propagazione Denominazione Sigla Frequenza "f" frequenze ultra basse frequenze estremamente basse frequenze bassissime frequenze basse (onde lunghe) medie frequenze (onde medie) alte frequenze frequenze altissime (onde metriche o ultracorte) ULF ultra low frequency ELF extremely low frequency VLF very low frequency LF low frequency MF medium frequency HF high frequency VHF very high frequency Lunghezza d'onda "λ" 0-3 Hz > 10 7 m 3 Hz - 3 khz m 3-30 khz km khz 10-1 km 300 khz-3 MHz 1 km m 3-30 MHz m MHz 10-1 m m i c r o o n d e onde decimetriche onde centimetriche onde millimetriche UHF ultra high frequency SHF super high frequency EHF extremely high frequency 300 MHz-3 GHz 1 m - 10 cm 3-30 GHz 10-1 cm GHz 1 cm - 1 mm 1

2 GPRS/UMTS D=decine di Km R = centinaia di Kb/s Mobile LAN WI-FI ( IEEE ) D= centinaia di m o qualchekm R> 10 Mb/s Wide Area Network WAN Wireless LAN WLAN Campus (es. area limitata, aeroporto, abitazione,..) Bluetooth R=1 Mb/s D<10 m Personal area PAN Motivazioni Lo scopo primario di un sistema radiomobile è di rendere possibile una connessione anytime, anywhere ad utenti mobili Il mercato ha avuto un forte sviluppo negli 80 2

3 Requisiti sistemi radiomobili Copertura: garantire un livello di segnale accettabile in tutto il territorio Capacità: possibilità di servire molti utenti Qualità: garantire paramteri di qualità della comunicazione simili a quelli delle reti fisse Flessibilità: possibilità di accedere ai servizi della rete fissa di interoperare con altri sistemi radiomobili concorrenti Sistemi radiomobili L utilizzo dei sistemi radio per consentire le comunicazioni con utenti in movimento è una delle applicazioni ipotizzate fin dai primi anni della storia delle radiocomunicazioni. Il primo sistema per le comunicazioni radiomobili fu sperimentato a Detroit nel 1921 sulle macchine della polizia e utilizzava la banda di frequenze di 2 MHz. I sistemi realizzati in questi anni utilizzavano collegamenti unidirezionali (dalla centrale verso la macchina); soltanto successivamente furono introdotti sistemi bidirezionali, che consentivano una comunicazione completa tra stazione mobile e centrale. Tutti questi sistemi di comunicazione mobili utilizzavano la modulazione d ampiezza, che tuttavia consentiva di ottenere scarse prestazioni in un ambiente radiomobile. 3

4 Sistemi radiomobili Un passo importante nelle comunicazioni radio fu l introduzione della modulazione di frequenza (FM) nel 1935 da parte di E.H. Armstrong, che portò alla realizzazione di sistemi con prestazioni migliori anche su canali disturbati come quello radiomobile. Nel 1935 fu attivato il primo servizio commerciale di radiotelefonia pubblica, che operava nella banda dei 35 MHz. Alla fine degli anni 40 vennero introdotti i sistemi radiomobili che si diffusero rapidamente sia nel campo militare, sia in numerose attività civili, quali polizia, trasporti, vigili del fuoco. Questi sistemi utilizzavano un unico trasmettitore FM per coprire un area ( tipicamente una città) mediante un unica cella in modo analogo alle tecniche di tipo broadcasting. Nello stesso tempo, lo spettro radio era utilizzato in modo inefficiente: infatti, ad ogni apparato mobile era assegnata direttamente una frequenza diversa al momento della sua immissione nella rete, per cui si arrivò rapidamente a una saturazione delle bande di frequenza assegnate alle comunicazioni radiomobili. Sistemi radiomobili cellulari Lo sviluppo dei sistemi radiomobili ha avuto un grosso impulso con l introduzione delle tecniche cellulari. Il concetto di rete cellulare fu introdotto nel 1947 presso i laboratori Bell da D. H. Ring Il lavoro di Ring rimase per molti anni uno studio teorico; soltanto alla fine degli anni '70 iniziarono lo sviluppo e la sperimentazione di sistemi radiomobili cellulari. Le prime sperimentazioni furono realizzate a partire dal 1979 negli Stati Uniti e in Giappone. Un altro passo importante nella direzione di un migliore sfruttamento dello spettro radio fu effettuato nel 1974 con l introduzione del trunking automatico, cioè l allocazione di un canale temporalmente limitata alla durata di ogni singola connessione e scelto fra un certo numero di canali; tale tecnica fu realizzata nell ambito del sistema IMTS ( Improved Mobile Telephone Service). 4

5 Propagazione Nello spazio libero la potenza diminuisce con la distanza al quadrato. SISTEMI CELLULARI Nei sistemi cellulari il territorio è suddiviso in celle. Le celle reali hanno generalmente forme irregolari a causa di ostacoli. Le celle ideali hanno forma circolare. Nella rappresentazione classica si usa una forma esagonale per rappresentare le celle. Celle Reali Celli Ideali Celle Fittizie In ogni cella è posizionata una stazione radio base (BTS=Base Terminal Station), che gestisce il traffico nell area.. 5

6 COPERTURA CELLULARE CLUSTER : insieme di N celle entro il quale vengono utilizzati tutti i C canali radio disponibili. Fattore di Riuso = D/R=(3N) 1/2, dove R= raggio della cella e D distanza tra due celle con lo stesso numero RIPARTIZIONE DEL TERRITORIO IN CLUSTER DI 7 CELLE Le celle con lo stesso numero possono utilizzare le stesse frequenze Sistemi cellulari La dimensione delle celle può variare a seconda delle politiche del gestore e della natura dell area da coprire. Le celle si dividono in: PICO-CELLE. R compreso tra 4 e 200 m MICRO-CELLE. R compreso tra 200 e 2000 m MACRO-CELLE. R compreso tra 1 e 30 km 6

7 Sistemi cellulari Struttura cellulare Ogni cella è controllata da una stazione radio base. 7

8 Riuso delle frequenze Geometria delle celle La struttura geometrica delle celle può essere di vario tipo. R R R c c c Area = 1.3R 2 Area = 2R 2 Area = 2.6R 2 La struttura esagonale è quella che viene generalmente utilizzata per la pianificazione. 8

9 Cell planning La pianificazione delle celle (cell planning) sul campo dovrà tener conto dell'ambiente in cui si colloca la cella, delle asperità del terreno, della conformazione morfologica e della disposizione di grandi strutture ed edifici. esempio di pianificazione della copertura cellulare attraverso un software di simulazione. Riuso delle frequenze La distanza di riuso, ovvero la minima distanza tra due celle che utilizzano le stesse frequenze. Si determina imponendo che il rapporto C/I (potenza del segnale utile su potenza del segnale interferente) non scenda al di sotto di una soglia prefissata. L insieme minimo di celle che fanno uso di tutta la capacità spettrale del sistema senza riuso di frequenza, viene detto cluster. La dimensione del cluster è un parametro di progetto molto importante: se la dimensione del cluster è elevata, si riduce la capacità del sistema (in quanto il numero di canali a disposizione in ogni cella è limitato), mentre aumenta la qualità della connessione in termini di C/I poiché è maggiore la distanza tra le celle che utilizzano lo stesso gruppo di frequenze. se la dimensione del cluster è piccola. La scelta del cluster consiste, in definitiva, nella ricerca del miglior compromesso qualità/capacità per il sistema in esame. Esempi Sistemi cellulari FM : C= 7 o 9 GSM : C=3, 4 Esempio di riuso in un cluster di 7 celle CDMA C=1 (le stesse frequenze sono utilizzate in tutte le celle 9

10 Antenne Antenne omnidirezionali: in ogni cella si ha un antenna posta al centro Antenne direttive: antenne a tre fasci ciascuno con apertura di 120 poste ai vertici dell ideale struttura esagonale. Si possono usare anche antenne a sei fasci (60 ) poste al centro della cella. Antenne direttive L'uso di antenne direttive per settorizzare le celle riduce l'interferenza fra celle che usano lo stesso canale perché ogni fascio dell'antenna "vede" solo l'interferenza prodotta da un terzo della rete. In questo modo si può ottenere un più denso riuso della frequenza. La settorizzazione è meno costosa del cell splitting e non richiede la sostituzione della stazione base. 10

11 Handover La procedura di handover consente ad un terminale mobile di spostarsi dalla zona di copertura di una stazione radio a quella di un altra mantenendo in piedi il servizio in corso La realizzazione delle procedure di handover può essere realizzata con due diverse procedure: Hard handover Soft handover Hard Handover Rappresenta il metodo attualmente più utilizzato. Ogni SRB emette un segnale che la identifica e che permette ai terminali mobili di capire qual è la miglior SRB cui collegarsi. Quando la potenza del segnale "faro" emesso da una stazione SRB (ad esempio SRB2 nella figura) supera quella del faro della stazione a cui si è collegati di una certo valore di soglia, si ha l'handover. La soglia serve per cautelarsi dalle fluttuazioni della potenza del faro dovute al fading. La commutazione da una SRB ad un altra, causa un'interruzione della comunicazione che può durare da alcune centinaia di ms a quasi un secondo in alcuni sistemi analogici. Tale intervallo di tempo è necessario per ri-sincronizzare il terminale mobile sulla nuova SRB. Nei sistemi digitali, l interruzione può essere considerevolmente ridotta se le SRB sono sincronizzate. L interruzione può risultare impercettibile all orecchio e non causare disservizio nel caso di comunicazioni foniche, ma provocare ritrasmissioni se avviene durante uno scambio dati, condizionando così la velocità di trasferimento delle informazioni. 11

12 Soft Handover Il terminale che si trova al confine tra le zone di copertura di due SRB, comunica contemporaneamente con entrambe e, quando passa dall area di copertura dell una a quella dell altra, commuta con continuità con la nuova SRB non appena riscontri una qualità di trasmissione migliore rispetto a quella garantita dalla SRB precedente. Affinché il terminale possa comunicare contemporaneamente con due SRB è necessario che l'handover non implichi un cambiamento di canale. Il terminale deve, cioè, continuare ad usare lo stesso canale anche quando si connette con la nuova SRB. Questa tecnica è quindi largamente usata in reti cellulari che utilizzano la tecnica di accesso CDMA mentre nelle reti che utilizzano FDMA/TDMA, come il GSM, è necessario adottare tecniche di tipo hard. La zona in cui il terminale rimane connesso ad entrambe le SRB è determinata da due soglie, una per l'ingresso in soft handover e l'altra per l'uscita. Quando il terminale è connesso a due o più SRB contemporaneamente, il segnale che trasmette viene ricevuto da tutte le SRB cui è connesso. Queste repliche del segnale possono essere utilmente combinate dal Base Station Controller (BSC) per migliorare la qualità del segnale ricevuto. Questo meccanismo prende il nome di macrodiversity. Caratteristiche generali dei sistemi cellulari Vantaggi Il concetto di sistema cellulare introduce un nuovo concetto di uso dello spettro, quello del riuso delle frequenze, per cui utenti in celle sufficientemente distanti possono utilizzare le stesse frequenze. La potenza di trasmissione è piccola poiché le celle hanno dimensioni modest. Ad esempio lòe stazioni radio base utilizzano generalmente potenz einferiori a 100 W, mentre i terminali utilizzano potenze tra 0,6 W e 6 W. Le frequenze da utilizzare possono essere scelte tra le bande adatte per trasmissioni a piccole distanze. Ad esempio la banda MHz o oltre a 1 GHz. Svantaggi problemi di handover; localizzazione dell utente mobile ( identificazione della cella in cui si trova) più complessa costo del sistema radiomobile per la molteplicità delle stazioni radio base. 12

13 Problematiche dei sistemi cellulari Riuso delle frequenze ( fattore di riuso 4,6 R dove R è il raggio della cella); Handover tra celle : procedura che consente ad un utente di proseguire una conversazione anche quando passa da una cella all altra. Alcuni sistemi di prima generazione non permettono handover. La procedura di handover ha generalmente una durata molto piccola ( ad esempio 1/3 secondo) Cell splitting: Quando il numero di abbonati aumenta avvicinandosi al massimo che il sistema può servire da una singola cella, le celle vengono sdoppiate o frazionate in celle più piccole. In linea di principio ciascuna cella può gestire lo stesso numero di utenti della cella maggiore, per cui si ha una moltiplicazione del numero di utenti. Lo splitting di celle produce le seguenti caratteristiche: aumenta il numero di utenti del sistema; è necessario diminuire la potenza di trasmissione delle stazioni radio base perché le distanze sono minori e per ridurre l interferenza cocanale; aumenta il costo del sistema poiché aumenta il numero di stazioni radio base necessarie Location update: che consente di identificare l utente sul teritorio; Roaming: consente a un utente di utilizzare il terminale anche in zone non coperte dal proprio operatore e in altri paesi. Confronti fra le tecniche di accesso multiplo FDMA Vantaggi: ridotta interferenza intersimbolica, bassa complessità Svantaggi: apparati radio multipli alla stazione base (uno per ogni utente servito), le procedure di handover sono complicate dalle trasmissioni continue. TDMA Vantaggi: apparato radio comune alla stazione base per gli utenti di una portante, le trasmissioni discontinue facilitano le procedure (e le misure) di handover e riducono la potenza trasmessa. Svantaggi: è richiesta la sincronizzazione, devono essere usate tecniche di equalizzazione per ridurre l interferenza intersimbolica. CDMA Vantaggi: non c è un limite rigido al massimo numero di utenti supportabili (la capacità è limitata dall interferenza), la sincronizzazione non è richiesta Svantaggi: elevata complessità del sistema, problema near-far che impone un controllo di potenza 13

14 Tecniche di accesso multiplo FDMA/FDD FDMA : ogni stazione usa una frequenza diversa FDD (Frequency Division Duplex): trasmettitore e ricevitore mobile operano contemporaneamente su frequenze diverse, generalmente separate da una banda per evitare interferenze tra trasmissione e ricezione. Esempio : AMPS circuito Downlink Uplink 824 MHz 849 MHz 869 MHz 894 MHz Tecniche di accesso multiplo TDMA/FDD Le stazioni usano un canale identificato da una frequenza e da un intervallo di tempo (timeslot); Trasmettitore e ricevitore operano su bande di frequenze diverse, ma sullo stesso time slot. Esempio GSM Frequenza 1 Frequenza 2 Frequenza Canale downlink Frequenza Frequenza Frequenza Canale uplink 14

15 Tecniche di accesso multiplo TDMA/TDD le stazioni utilizzano i time slot per distinguersi nel tempo (TDMA) TDD (Time Division Duplex): il trasmettitore e il ricevitore utilizzano una sola frequenza, alternando la direzione di trasmissione e di ricezione. FDMA/TDD Il sistema FDMA può essere utilizzato anche per la trasmissione digitale. In questo caso è necessario combinarlo con TDD. Ogni frequenza del FDMA viene divisa in due canali: un canale per la trasmissione eun canale per la ricezione. Frequenza 1 Frequenza 2 Frequenza n CONFRONTI TRA TDMA E FDMA Vantaggi TDMA TDMA presenta costi minori, poiché richiede un numero minore di trasmettitori e ricevitori nelle stazioni radio base. TDMA presenta un migliore utilizzo delle bande di frequenza. TDMA consente il controllo dei segnali in modo più semplice. TDMA permette in modo più semplice le operazioni di handover. Vantaggi FDMA TDMA richiede una maggiore elaborazione deis egnali e quindi una maggiore complessità del sistema. TDMA richiede generalmente una maggiore potenza e quindi un consumo maggiore delle batterie. 15

16 AMPS (Advanced Mobile Phone System) Il primo sistema radiomobile cellulare è stato il sistema americano Advanced Mobile Phone System (AMPS), la cui sperimentazione fu effettuata a Chicago a partire dal 1978, quando venne installato un sistema sperimentale. Il sistema AMPS è stato standardizzato da EIA (Electronics Industry Association) L AMPS è un sistema nazionale le cui licenze sono state assegnate su base cittadina. Gli obiettivi che tale sistema si proponeva di ottenere erano i seguenti: Elevata capacità in termini di numero di abbonati; Uso efficiente dello spettro; Possibilità di offrire il servizio a veicoli e stazioni portatili. AMPS (Advanced Mobile Phone System) Caratteristiche generali Bande di frequenza da stazione radio base a mobile: MHz; Bande di frequenza da stazione mobile a radio base: MHz; Spaziatura tra canali: 30 KHz Numero di canali: 666/832 Copertura di una stazione radio base: 2-25 Km Modulazione: FM ( deviazione di frequenza 12 KHz); 16

17 Sistemi cellulari di prima generazione Sistemi analogici adatti alla trasmissione della voce; Utilizzano la modulazione di frequenza; Sistemi sviluppati per la maggior parte su base nazionale e, ad eccezione di poche e limitate aree geografiche, ha portato all adozione di tecniche incompatibili e al di fuori di standard comuni. Il terminale mobile può operare soltanto all interno della propria rete di appartenenza, per cui sia i costruttori di apparecchiature elettroniche, sia i costruttori di rete e di terminali non hanno potuto trarre profitto dalle economie di scala che un mercato più vasto avrebbe consentito di perseguire. Tutto questo ha comportato alti costi nella realizzazione di sistemi mobili cellulari e quindi anche per gli utenti. Principali svantaggi dei sistemi cellulari di prima generazione La possibilità di intercettazione delle chiamate. Tali sistemi cellulari analogici non consentono alcun meccanismo di crittografia, per cui le comunicazioni possono essere facilmente intercettate. Infatti, poiché le comunicazioni sono in chiaro, è sufficiente sintonizzarsi su una frequenza ed è possibile ascoltare le comunicazioni su tale frequenza. Clonazione di un cellulare. Nelle reti cellulari analogiche è relativamente semplice realizzare un clone di un terminale mobile. Nel caso della rete TACS l identificazione del terminale viene gestita mediante due dati: 1) il numero seriale del terminale; 2) il numero telefonico dell utente. Nel caso in cui l utente A riesca a memorizzare nel proprio terminale il numero seriale appartenente al cellulare di un utente B, A ha realizzato un clone del cellulare di B e quindi può far addebitare i costi delle telefonate all utente B. La clonazione può essere effettuata facilmente perché quando un terminale B inizia una comunicazione, esso deve trasmettere il proprio numero seriale. 17

18 Sistemi cellulari di prima generazione Standard AMPS/NAMPS Narrow Band Advanced Mobile System TACS Total Access Communication System NMT Nordic Mobile Telephone ETACS: NMT-450: Banda di frequenza (MHz) Rx: Tx: Rx: ; Tx: NTACS: Rx: ; Tx: NMT-900: Rx: ; Tx: Rx: ; Tx: Tecnica di accesso multiplo FDMA FDMA FDMA Metodo di duplexing FDD FDD FDD Numero di canali AMPS: 832 ETACS: 1240 NMT-450: 200 NAMPS: 2496 NTACS: 400 NMT-900: 1999 Separazione dei canali AMPS: 30 KHz ETACS: 25 KHz NMT-450: 25 KHz NAMPS: 10 KHz NTACS: 12.5 KHz NMT-900: 12.5 KHz Modulazione FM FM FM Sistemi radiomobili di prima generazione Lo sviluppo della tecnologia cellulare analogica è stato perseguito su base nazionale e, ad eccezione di poche e limitate aree geografiche, ha portato all adozione di tecniche incompatibili e al di fuori di standard comuni. Il terminale mobile può operare soltanto all interno della propria rete di appartenenza. La possibilità di intercettazione delle chiamate. Tali sistemi cellulari analogici non consentono alcun meccanismo di crittografia, per cui le comunicazioni possono essere facilmente intercettate. Infatti, poiché le comunicazioni sono in chiaro, è sufficiente sintonizzarsi su una frequenza ed è possibile ascoltare le comunicazioni su tale frequenza. Clonazione di un cellulare. Nelle reti cellulari analogiche è relativamente semplice realizzare un clone di un terminale mobile. Nel caso della rete TACS l identificazione del terminale viene gestita mediante due dati: 1) il numero seriale del terminale; 2) il numero telefonico dell utente. Nel caso in cui l utente A riesca a memorizzare nel proprio terminale il numero seriale appartenente al cellulare di un utente B, A ha realizzato un clone del cellulare di un altro B e quindi può far addebitare i costi delle telefonate all utente B. La clonazione può essere effettuata facilmente perché quando un terminale B inizia una comunicazione, esso deve trasmettere il proprio numero seriale. 18

19 Sistemi cellulari di prima generazione AMPS (Advanced Mobile Phone System) - Nord America NMT( Nordic Mobile Telephone) - Paesi scandinavi TACS(Total Access Communication System) - Inghilterra e altri paesi europei tra europei tra cui l Italia ETACS (Extended TACS) - Inghilterra e altri paesi europei tra europei tra cui l Italia C450 - Germania NTT( Nippon Telephone and Telegraph). Sistemi cellulari analogici in Italia (1/3) Il primo servizio di telefonia radiomobile, denominato RTMI (Radio Telefono Mobile Integrato) fu lanciato in Italia da SIP nel 1973 ed operava nella banda dei 160 MHz con 32 canali bidirezionali. RTMI aveva le seguenti caratteristiche: L utente non poteva essere chiamato direttamente, ma era necessario l intervento di un operatore telefonico. I terminali erano di tipo veicolare e ad ogni stazione mobile veniva assegnata in modo permanente una fissata frequenza. La comunicazione cadeva nel passaggio da una cella all altra (non era prevista nessuna operazione di handover automatica). Il sistema incontrò un imprevisto successo, tanto che dopo alcuni anni le frequenze nelle aree metropolitane di Roma e Milano risultarono esaurite. 19

20 Sistemi cellulari analogici in Italia (2/3) Nel 1984 fu attivato da parte di SIP il sistema radiomobile RTMS ( Radio Telephone Mobile System) realizzato da Italtel. Tale sistema operava nella banda dei 450 MHz con 200 canali radio. RMTS presentava numerose innovazioni rispetto al sistema precedente, quali: i terminali erano di tipo veicolari o trasportabili l utente poteva essere chiamato direttamente senza passare da un operatore e la comunicazione non cadeva passando da una cella all altra. Anche RTMS incontrò un notevole successo tanto che nel 1990 si arrivò ad una saturazione del sistema. Sistemi cellulari analogici in Italia (3/3) TACS ( Total Access Communication System): Tale sistema è stato sperimentato inizialmente in Inghilterra e rappresenta una versione modificata del sistema americano AMPS. TACS fu scelto da Inghilterra, Irlanda, Italia, Austria e Spagna. Il TACS opera nella banda MHz ed ha a disposizione 1000 canali. Successivamente è stato sviluppato un evoluzione di tale standard indicato con la sigla E-TACS (Extended TACS), che utilizza 1300 canali nella banda MHz. 20

21 Evoluzione dei sistemi radiomobili PRIMA GENERAZIONE SECONDA GENERAZIONE TACS C-450 NMT RTMS RS2000 AMPS SISTEMI CELLULARI GSM DCS 1800 POCSAG PAGING ERMES Pan-European BANDA III CT1 CT2 RADIOMOBILI PRIVATI CORDLESS TETRA DECT Sistemi cellulari di seconda generazione Principali caratteristiche Sistemi digitali; Utilizzano prevalentemente TDMA; Hanno una struttura cellulare; I diversi standard sono incompatibili tra loro. Soltanto la Comunità Europea ha adottato una strategia di sviluppare sistemi europei; Sono stati progettati per la trasmissione della voce, mentre alcuni prevedono la trasmissione dei dati a bassa velocità; Principali sistemi cellulari di seconda generazione: GSM (Global System for Mobile Communications) e DCS (Digital Communication System) 1800: Europa, utilizza FDMA e TDMA; PDC (Personal Digital Cellular): Giappone, utilizza TDMA; IS - 54 e IS - 136: Nord America, utilizza FDMA; IS - 95: Nord America, utilizza CDMA. 21

22 Architettura delle reti mobili di seconda generazione PSTN / ISDN MSC MSC BSS BSS BSS BSS GSM Il CEPT (Conference Européenne de Postal et Tèlécommunications) costituì nel 1982 il Groupe Speciale Mobile (da cui deriva il nome GSM) col compito di sviluppare uno standard pan-europeo per le comunicazioni cellulari. Attualmente l'acronimo GSM viene utilizzato per Global System for Mobile Communications, dove si è voluto utilizzare il termine globale a causa dell'adozione di questo standard in ogni continente del globo. Nel 1985 dopo numerose discussioni il gruppo ha deciso di implementare un sistema basato sulla tecnologia digitale. Dopo numerose sperimentazioni fu deciso nel 1987 di adottare narrowband TDMA: Nello stesso periodo le prime 13 nazioni firmarono il MoU (Memorandum of Understanding), impegnandosi a rispettare le specifiche e promettendo di avere il primo sistema basato sullo standard GSM operativo entro il 1 luglio Il corpo dello standard era costituito inizialmente da poco più di cento raccomandazioni alla cui stesura hanno collaborato PTT, centri di ricerca ed aziende manifatturiere di tutta Europa e rappresenta uno dei progetti più ambiziosi degli ultimi dieci anni dell'european Telecommunications Standard Institute (ETSI), il quale ha il mandato CEE per l'unificazione normativa in Europa nel settore delle telecomunicazioni e che nel 1990 pubblicò la Fase I delle specifiche del sistema GSM. I primi servizi commerciali furono lanciati a metà del 1991, e nel 1993 erano già operativi 36 network GSM in 22 paesi. 22

23 Faso dello sviluppo del GSM Fase 1 Completata nel 1990 Phase 2 Completata nel 1994 Phase 2+ In fase di standardizzazione Caratteristiche generali del GSM La rete radio mobile GSM costituisce il primo sistema standardizzato ad usare una tecnica di trasmissione numerica per il canale radio Lo standard GSM definisce una serie di miglioramenti e innovazioni rispetto alle reti radio cellulari esistenti, quali: un uso efficiente dello spettro delle radio frequenze (RF), sicurezza della trasmissione miglioramento della qualità delle conversazioni, alla riduzione dei costi dei terminali, delle infrastrutture e della gestione nuovi servizi, quali la trasmissione dati, il servizio fax e il servizio brevi messaggi (SMS - Short Message System) piena compatibilità con la rete ISDN (Integrated Services Digital Network) e con altre reti di trasmissione dati. Consente il roaming (mobilità), ossia la possibilità offerta all'utente mobile di accedere ai servizi GSM anche quando si trova fisicamente al di fuori dell'area di copertura della propria rete di sottoscrizione, registrandosi come utente visitatore. Il Roaming è completamente automatico all'interno di tutte le nazioni coperte dal sistema GSM previo accordo tra gli operatori. 23

24 Struttura generale del GSM Sottosistema di rete AUC Altri VLRs U m Base Station Subsystem (BSS) BTS A-bis BSC BTS BTS MS Altre BSSs A H G D EIR HLR VLR OMC F C B Mobile Services Switching Centre (MSC) Altre MSCs E PSTN ISDN CSPDN PSPDN BTS: Base Transceiver Station BSC: Base Station Controller HLR: Home Location Register VLR: Visited Location Register OMC: Operation & Maintenance Centre EIR: Equipment Identity Register AUC: Authentication Centre Mobile Station (MS) La mobile station (MS) rappresenta la stazione mobile con la quale un utente può usufruire dei servizi offerti dal GSM. Consiste di un terminale mobile (Mobile Equipment, ME) e di una smart-card intelligente, detta SIM (Subscriber Identity Module). La SIM permette ad un utente di caratterizzare come proprio un qualsiasi terminale mobile GSM. 24

25 SIM card La SIM card contiene una memoria nella quale vengono memorizzate diverse informazioni, e un processore in grado di eseguire alcuni algoritmi di cifratura (Encryption algorithms). Sim chip SIM card La SIM card contiene le seguenti informazioni (obbligatorie): IC card identification: codice seriale identificativo della SIM; SIM service table: indica i servizi opzionali disponibili nella SIM; International Mobile Subscriber Identity (IMSI); Location information: Temporary Mobile Subscriber Identity (TMSI), Location Area Information (LAI), valore corrente del Periodic Location Updating Timer (T3212) e del Location update status; Individual subscribers authentication key (Ki) Chiave di crittografia (Kc) e cipher key sequence number; Ciphering key generating algorithm (A8) Authentication algorithm (A3) Informazioni BCCH: lista delle portanti che è possibile utilizzare per il cellreselection; Access control class HPLMN search period: timer di ricerca della propria rete quando si fa il roaming; Language preference: linguaggio preferenziale; Phase della SIM; Personal Identity Number (PIN); Indicatore PIN attivo/disattivo; PIN Unblocking Key (PUK); 25

26 SIM card Ed inoltre può contenere le seguenti informazioni opzionali: PLMN selector: Selezione automatica dell'operatore di rete; Lista dei canali di Cell Broadcast selezionati; Abbreviated Dialling Numbers: lista numeri brevi; Fixed Dialling Numbers: lista soli numeri chiamabili; MSISDN number: numero MSISDN dell'abbonato; Last numbers dialled: lista ultimi numeri chiamati; Short messages: lista messaggi SMS ricevuti ed inviati; Rubrica telefonica dell'abbonato Contatori relativi al servizio di Advice of Charge Personal Identity Number 2 (PIN2); Contatore errori di digitazione PIN2; PIN Unblocking Key 2 (PUK2); Contatore errori di digitazione PUK2; Mobile Equipment (ME) Le principali funzioni che il terminale radiomobile deve svolgere sono le seguenti: trasmissione e ricezione radio selezione della cella migliore (cella servente), in termini di qualità di conversazione, sulla quale accamparsi registrazione nell'area di localizzazione misure trasmissive sul canale radio utilizzato e sui canali adiacenti controllo della potenza in trasmissione esecuzione dell'handover dichiarazione del proprio IMEI interfaccia uomo/macchina (display e tastiera) autenticazione e cifratura delle conversazioni 26

27 Classificazione dei terminali mobili I terminali mobili possono essere classificati in base alla potenza di trasmissione in tre categorie: Dispositivi veicolari Terminali trasportabili Terminali palmari I cellulari moderni appartengono alla classe 4 Classe Potenza Tipo massima 1 20 W (43 dbm) Veicolare 2 8 W (39 dbm) Portatile 3 5 W (37 dbm) Palmare 4 2 W (33 dbm) Palmare 5 0,8 W (29 dbm) Palmare Classi di potenza per i terminali mobili Le stazioni radio base sono divise in 8 categorie in base alla potenza da 2,5 W a 320 W a passi di 3 db Controllo dinamico della potenza Per minimizzare le interferenze tra canali attigui, sia il terminale mobile sia la stazione BTS operano al valore minimo di potenza assicurando un valore accettabile del livello di segnale ricevuto. La potenza di emissione sul canale radio può variare in modo dinamico su 32 livellidal valore massimo a un valore minimo di 5 dbm a passi di 2 db. La MS misura l intensità e la qualità del segnale ricevutoe trasferisce queste informazioni alla BTS. La BTS trasmette alla MS la massima potenza che può utilizzare nella trasmissione. Le misure sul canale radio sono effettuate durante i processi di handover e power control. La misura è effettuata sulla multitrama SACCH. I risultati di questa misura sono due indici: RxLev che misura la potenza del segnale ricevuto RxQual che misura la qualità del segnale rficevuto 27

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