LTE-Advanced e l evoluzione verso sistemi beyond-4g

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1 Scuola Politecnica e delle Scienze di Base Corso di Laurea in Ingegneria Informatica Elaborato finale in Protocolli per reti mobili LTE-Advanced e l evoluzione verso sistemi beyond-4g Anno Accademico 2013/2014 Candidato: Luisana Rocco matr. N

2 A chi ha sempre creduto in me.

3 Indice Indice Introduzione... Capitolo 1: La tecnologia LTE. 1.1 Architettura EPS Capitolo2: Carrier Aggregation Vantaggi. 2.2 Stack di protocollo. 2.3 Nuovi tipi di carrier (NTC) 2.4 Multistream Aggregation Evoluzione di CA... Capitolo 3: MIMO Interfaccia radio OFDM 3.2 Accesso radio multiplo Capitolo 4: CoMP Tecniche downlink CoMP Scheduling Coordinato Selezione delpunto dinamico Trasmissione Comune Uplink CoMP Scheduling coordinato Ricezione congiunta.. Capitolo 5: Relay. 5.1 Vantaggi Tipi di relay 5.3 Architettura relay Stack di protocollo Relay Mobile Posizionamento Relay Capitolo 6: Reti eterogenee Associazioni delle celle Eliminare interferenza tra le celle Schemi basati sul dominio del tempo Schemi basati sul dominio della frequenza. 6.3 Gestione della mobilità Miglioramento della scoperta/ identificazione piccola cella 6.4 Associazione cellulari ed annullamenti di interferenze tra le celle 6.5 Gestione della mobilità.. III III

4 Capitolo 7: Reti auto-organizzate La ricerca..... Capitolo 8: Comunicazione MTC Supporto interfaccia aerea per dispositivi MTC Allocazione di risorse radio Efficiente allocazione di risorse Risparmio energetico Controllo del sovraccarico Riduzione di segnalazione di mobilità per dispositivi low-mobili... Capitolo 9: Device to device Selezione modo Comunicazione di gruppo 9.3 Interferenze e gestione di risorse Comunicazione multi-hop 9.5 Altri aspetti della comunicazione Conclusioni.. Bibliografia IV

5 Introduzione Le recenti tecnologie di comunicazione mobili sono in continuo sviluppo ed evoluzione. Sempre più insistente è la necessità di essere, continuamente, collegati in rete per lavoro, svago o altro e ciò favorisce lo sviluppo di nuove applicazioni nonché servizi di rete idonei a soddisfare al meglio le esigenze di tutti. Normale conseguenza di quanto appena detto è stata l aumento del numero di abbonati a servizi radiomobili. Un aumento dovuto in primis alla genesi precoce dei servizi incentrati su contenuti multimediale quali, ad esempio, streaming audio e video ad alta risoluzione; in secondo luogo, alle richieste sempre maggiori di utenti, quanto mai esigenti in termini di efficienza e prestazioni sia per il traffico vocale, ma anche e principalmente, per il traffico dati; in terzo luogo, alla necessità di avere, anche in mobilità, collegamenti fruttuosi e qualitativi. La risposta a tali esigenze è Long Term Evolution (LTE) e la sua evoluzione LTE ADVANCED, che rappresentano, dunque, il futuro delle tecniche di comunicazione. Il principale obiettivo di performance prevede un ampia capacità di banda e bassi tempi di latenza. All immissione sul mercato di UMTS (universal mobile Telecomunincations system) nel 2001, si sono susseguite diverse proposte di tecnologie che hanno riscontrato impieghi limitati alla sola zona comunitaria (Unione Europea). Con LTE si è, invece, tornati ad un impiego universale. Lo standard LTE offre agli operatori la possibilità di fornire, non solo capacità di banda molto elevata; ma anche supporto per diverse tipologie di traffico; ancora, flessibili implementazioni; nonché strategie di comunicazioni ad alta efficienza energetica (consentendo di impiegare notevoli frazioni dell infrastruttura di rete disponibile e di poter essere realizzata mediante l aggiunta graduale di componenti in modalità bottom-up, cioè lavorando in parte su bande già impiegate, usufruendo di cavi esistenti etc.). Bisogna tuttavia ricordare che lo sviluppo incessante di LTE è stato favorito dalla presenza di tariffe flat che incoraggiano gli utenti ad utilizzare appieno i risvolti positivi di tale tecnologia e dalla diffusione sul mercato di 5

6 apparecchiature sempre più semplici da utilizzare, più redditizie in termini di grafica e velocità di utilizzo a prezzi vantaggiosi. L obiettivo di questo elaborato è quello di analizzare la tecnologia LTE, fornendo una panoramica circa benefici che ha comportato. Benefici che hanno migliorato le prestazioni della rete: Carrier Aggregation; nuove estensioni della trasmissione multi-antenna; CoMP; viluppo di reti eterogenee; supporto per il Relay, Machine to Machine Communication (MTC), Deviceto-Device Communication (D2D). 6

7 Capitolo 1: La tecnologia LTE La 3GPP (3rd GenerationPartnership Project), solo al termine del progresso della famiglia di standard 3G, nel novembre del 2004 ha iniziato a lavorare sul Long Term Evolution (LTE). Si propone come una nuova generazione per i sistemi di accesso mobile a banda larga (Broadband Wireless Access) e si pone al confine tra le tecnologie 3G, come l UMTS, e quelle di quarta generazione, ancora in sviluppo. L idea di base, tuttavia, non è sostituire completamente le tecnologie preesistenti, bensì, sfruttare gli investimenti effettuati e la conoscenza derivata dallo studio per le reti 3G, accelerando i tempi per gli standard di quarta generazione 4G. Data l incessante richiesta da parte dell utente di servizi ed applicazioni accessibili in modalità wireless, diventa fondamentale e preponderante avviare servizi che possano utilizzare reti radiomobili le cui prestazioni siano paragonabili a quelle delle reti cablate. L utente usufruendo delle attuali applicazioni, che spaziano da contenuti informativi ai social network (specie per quest ultimi) diventa, non solo fruitore di elementi distribuiti in rete, ma a sua volta produttore, richiedendo, pertanto, una banda maggiormente simmetrica. Tuttavia, le performances raggiunte da LTE non si conformavano ai requisiti tecnici definiti da ITU-R (International Telecom-munication Union Radio Communication Sector) affinché potesse essere classificata come componente della famiglia di standard IMT-Advanced. Pertanto il 3GPP decise di dividere il suo lavoro in due fasi: la prima consisteva nella standardizzazione di LTE (release 8) 1 mentre la seconda avrebbe conformato la tecnologia LTE ai requisiti di quarta generazione, attraverso la standardizzazione di un ulteriore tecnologia denominata LTE-Advanced (release 10). 1 Il termine Release concerne lo stato di rilascio delle specifiche tecniche che individuano lo standard. Costruttori e operatori devono attenersi a tali specifiche per la progettazione e la realizzazione degli apparati di rete. L inserimento di nuove specifiche tecniche, che apportano miglioramenti all interno dello standard, sono identificati con numeri progressivi. 7

8 I principali requisiti dell LTE rilasciati nella Release 8 sono: Velocità di trasferimento dati in download fino a 300 Mbps; Velocità di trasferimento dati in upload fino a 75 Mbps; Minore consumo di potenza per i terminali mobili; Architettura di rete semplificata; Miglioramento del bit rate a bordo cella per garantire una maggiore uniformità del servizio offerto; Nello standard vengono anche indicate le tecnologie abilitanti per LTE: Impiego della modulazione OFDMA per il downlink e Single-Carrier FDMA per l'uplink; Supporto di trasmissioni secondo la tecnica MIMO; Supporto di tecniche di duplexing FDD e TDD, per dividere il traffico uplink (UL) da quello downlink (DL); Elasticità di banda dello spettro che prevede l'impiego di un minimo di 1.4 MHz ed un massimo di 20 MHz di banda per ciascun canale; Impiego di schemi di modulazione QPSK, 16 QAM e 64 QAM sia in UL che in DL; LTE-Advanced osservando e soddisfacendo i requisiti richiesti dall ITUR affinché si potesse classificare la tecnologia come membro della famiglia di standard IMT-Advanced, è stato approvato, nel 2010, come servizio 4G della 3GPP. Essa pur fondandosi sulla tecnologia LTE ha apportato modifiche che consentissero di ottenere, mediante un raggruppamento di blocchi di frequenza, una più ampia larghezza di banda. In particolare un dispositivo LTE-Advanced può aggregare fino a 5 blocchi di frequenza ciascuno fino a 20 MHz consentendo di raggiungere in massima configurazione una banda totale di 100 MHz. 8

9 L aggregazione comporta oltre ad una maggiore larghezza di banda anche una riduzione di interferenza tra le celle, un risparmio energetico, bilanciamento di carico e miglioramento di handover. 1.1 Architettura EPS L architettura EPS (evolved Packet System), evoluta per ottimizzare le trasmissione dati a larga banda, è composta da: E-UTRAN (evolved UTRAN): rete di accesso composta di uno o più enb. Si occupa della modulazione/demodulazione, controllo di potenza, controllo del carico, funzioni di accesso, trasmissione dati sull interfaccia radio, ed un terminale utente UE (un tablet, uno smartphone etc.). EPC: ultima evoluzione della rete di base effettuata dal 3GPP, la cui architettura risulta essere piatta. In siffatta architettura, la gestione Del piano utente è separata da quello di controllo. Gli elementi che caratterizzano la prima parte sono stazioni radio gateway, tra le cui funzioni troviamo SGW e PGW. Ciò che caratterizza maggiormente la seconda è l MME. L EPC, progettata per trasmettere dati a commutazione di pacchetto, presenta alcune innovazioni: architettura semplificata e l utilizzo di packed switched (PS) (la commutazione di pacchetto (in inglese packet switching) è una tecnica di accesso multiplo a divisione di tempo, introdotta ad hoc per il trasporto di dati. Consente di condividere un canale di comunicazione tra più nodi in modo dinamico, realizzando una divisione dell'informazione da trasferire in pacchetti, che, saranno trasmessi individualmente e in sequenza.). Tale packed switching non è più relativo solo al trasporto dati, bensì, includendo anche quello voce, realizza un ALL-IP network (AIPN). Questo AIPN aiuta ad ottenere un throughput elevato e una minore latenza per accesso e mobilità tra reti eterogenee. Esso si caratterizza per: Un architettura flat: cioè, una architettura semplificata, il cui fine è una minore latenza realizzata attraverso una riduzione del numero di nodi che il traffico dati deve attraversare. Essa, infatti, elimina il nodo RNC. La rete di accesso è composta di un sola stazione di base, anche chiamata evolved NodeB (enodeb o enb), che si 9

10 occupa di trasmettere segnali radio ai dispositivi utenti (UEs). Gli enbs sono tra loro connessi tramite interfacce dedicate X2; inoltre, ognuno di essi, si collega alla core network attraverso un interfaccia specifica S1. A differenza della rete di accesso, la Core network è composta da due entità di commutazione: Serving Gateway (S-GW) che rappresenta un ancora di mobilità tra rete di accesso E-UTRAN e altre reti 3GPP, essa inoltra i pacchetti dati degli utenti; PDN Gateway (P-GW) consente interconnessioni verso reti esterne ed effettua il filtraggio dei pacchetti degli utenti. Una separazione di piani di controllo e trasporto. Tale separazione aumenta l efficienza in termini di distribuzione, ciò, in quanto, il traffico di segnalazione risulta essere inferiore rispetto a quello dati. La separazione avviene attraverso la definizione di MME. Quest ultima costituisce il principale nodo di controllo della core Network, è responsabile dell autenticazione dell utente; assegna identità temporanee ai singoli UE; tiene traccia della mobilità dell utente. 10

11 Capitolo 2: Carrier aggregation Uno dei metodi maggiormente idonei a raggiungere notevoli quantità di dati trasmessi per unità di tempo consiste nell aumentare la larghezza di banda di trasmissione. Metodo meglio noto come Carrier Aggregation (CA). Un dispositivo LTE-Advanced può raggruppare blocchi di frequenza differenti, ciascuno di questi, fino a 20 MHz. Il numero di blocchi aggregati può assumere un valore massimo pari a cinque. Scopo di questa metodologia è quello di ottenere una banda di trasmissione totale molto ampia. Con la massima configurazione, la larghezza di banda complessivamente utilizzata impone un limite superiore pari a 100 MHz. Da sottolineare che, un terminale LTE-Advanced riesce a sfruttare completamente la banda ottenuta con l aggregazione, a differenza di un terminale LTE che, invece, vede ogni vettore elemento di cui è composta la banda complessiva come un singolo vettore LTE. LTE- Advanced supporta due schemi di aggregazione di blocchi di frequenza: Intra-band ed Interband. Intra-band: questa forma di aggregazione si verifica quando si aggregano vettori della stessa banda di frequenza. E possibile che i vettori componenti (CC) dell aggregazione siano contigui (è lo scenario più semplice da implementare, dal punto di vista tecnico, in cui i CC si presentano adiacenti l un l altro. Il canale risultante può essere considerato dal terminale, dal punto di vista di radio-frequenza, come un singolo canale ampio), o non contigui (non sempre gli operatori dispongono di spettro contiguo. Pertanto, anche quello non contiguo è supportato. Risulta, però, più complesso, in quanto non è possibile trattare l aggregazione come un unico segnale). Inter-band non contigui: questa forma di aggregazione si verifica quando si aggregano vettori che non appartengono alla stessa banda di frequenza. 11

12 Questi due tipi di CA, dunque, consentono agli operatori, che hanno spettro frammentato e diverse bande di frequenza, di riutilizzare frammenti di spettro per fornire un servizio migliore agli utenti. 2.1 Vantaggi Come già accennato in precedenza, oltre a garantire un ampia larghezza di banda il CA presenta ulteriori vantaggi, quali: mitigazione di interferenza tra le celle; miglioramento di handover; risparmio energetico e load balancing. CA è un ottimo strumento attraverso il quale si riducono le interferenze tra le celle, in quanto ve ne sono di diverse dimensioni e differenti aree di copertura. Pertanto da quanto si evince dalla figura sottostante la presenza di due enodeb, le cui aree di copertura risultano sovrapposte, garantiscono una copertura continua con riduzione di interferenza. Da quanto è possibile notare dalla figura, un terminale UE, inizialmente, risulta essere servito da CC1 e CC2; se si sposta verso enb2 si aggancia alla cella-bordo di enb1 perdendo, dunque, la copertura CC1 pur mantenendo quella ENb1 CC2. Ciò fino a quando l utente, continuando a spostarsi verso la stazione di base enb2, perde completamente la copertura enb1, utilizzando solo quella enb2 CC2. Si può constatare, pertanto, che la carrier aggregation consente di migliorare l handover, in quanto, il terminale mobile durante una comunicazione cambia canale, ma mantiene attiva la comunicazione stessa. Il risparmio dell energia può essere ottenuto disattivando i CCs nei periodi di basso carico. Per bilanciare il carico, CA prevede di poter definire un ulteriore CC nel caso in cui il traffico in una CC diviene troppo elevato. 12

13 2.2 Stack di protocollo. Per consentire il supporto di aggregazione carrier sono state apportate modifiche anche allo stack di protocollo di accesso radio. In particolare le modifiche sono relative al protocollo di controllo delle risorse radio RRC, al protocollo di controllo di accesso medio MAC e al protocollo dello strato fisico. Più dettagliatamente al livello RCC si instaura una sola connessione. Il vettore carrier utilizzato a tale scopo, prende il nome di cella primaria pcell. Se però sono presenti altri CC, essi prendono il nome di celle secondarie Scell. E bene sottolineare che pcell ed scell di diversi dispositivi utenti sono differenti, ovvero un pcell di un UE può essere un Scell di un altro. Le modifiche applicate a livello MAC concernono l introduzione di un unica antità ibrida- ARQ (tecnica di recupero di errore che prevede, in caso di mancata conferma dal ricevitore,una ritrasmissione del segnale. Nel caso Hybrid, ai dati è associata una piccola quantità di codifica di canale che serve per riavere un numero minimo di errori sui bit che consentono di non alla ritrasmissione.). Dal punto di vista dello scheduling, same-carrier e cross-carrier sono supportati. Il primo è utilizzato per i sistemi LTE, il secondo dall enb e consente di usare un CC per assegnare risorse contenute in CC diverse. Tuttavia il pcell è l unico che può schedulare risorse del pcell utilizzando il canale fisico downlink PDCCH. È doveroso inoltre sottolineare che lo scheduling cross-carrier si utilizza solo quando il PDCCH di un Scell non è stato configurato, ed è preferibile utilizzarlo, per ottenere ottime prestazioni, nel caso in cui la larghezza di banda della cella risulta essere piccola, per migliorare il CA si è introdotta la sincronizzazione multipla avanzata con la quale è possibile per l appunto sincronizzare le trasmissioni in modo autonomo favorendo la riduzione del ritardo di propagazione. 2.3 Nuovo tipo di carrier Un ulteriore oggetto di studio per la Rel-12 è il new carrier type (NTC). Generalmente la stazione di base causa consumi di energia anche in assenza di carico. Proprio con l obiettivo di ridurre, se non eliminare del tutto questo problema, è stato sviluppato NTC. Per poterlo introdurre si necessita di approcci graduali, e pertanto sono in fase di studio due tipi di scenari. Nel primo NTC funge da Scell ed è sincronizzato con un vettore che agirebbe come Pcell. Nel secondo si cerca di avere NTC in modalità Stand-alone. 13

14 2.4 Multistream Aggregation Obiettivo principale di CA era quello di consentire ad un unico enb di poter servire i suoi utenti che utilizzavano più CCs. Le reti cellulari, però, sono divenute eterogenee. Si caratterizzano per la presenza di piccole celle distribuite in un area di copertura di celle più grandi. (Fig). Una simile composizione prevede, o meglio necessita, di un maggiore coordinamento per evitare interferenze tra celle. 2.4 Evoluzione di CA L evoluzione di CA consente a più operatori di condividere i loro CCs, in modo da ottenere una larghezza di banda più ampia determinando, dunque, una maggiore copertura di rete. Lo sviluppo di CA dipende, però, dalla quantità di spettro disponibile da poter aggregare. Esistono due approcci per ottenerlo: accesso esclusivo ed accesso condiviso. Il primo prevede di ottenere una licenza che consenta agli operatori di essere gli unici utenti di una banda di frequenza. Il secondo invece consente ad un operatore di sfruttare tempi ed aree sottoutilizzate di uno spettro la cui licenza è di un differente operatore. 14

15 Capitolo 3: MIMO L utilizzo di più antenne sia al trasmittente sia al ricevente è una tecnica conosciuta meglio come MIMO, acronimo di multiple input multiple output. Tale tecnica di comunicazione, divenuta necessaria per aumentare il flusso di dati, richiede una molteplicità di antenne in trasmissione ed in ricezione. 3.1 Interfaccia radio L interfaccia radio in LTE, a differenza di quella utilizzata dall UMTS che prevede l utilizzo di una sola portante, utilizza uno schema multi-portante per garantire una larga banda di frequenza. Diretta conseguenza di ciò è la possibilità di disporre di una pluralità di cammini contemporanei consentendo, pertanto, di spalmare i ritardi su quelli già esistenti tra emettitore e ricevitore LTE orthogonal frequency su OFDM OFDM (orthogonal Frequency Division Multiplexing) rappresenta le tecniche di accesso impiegate dal sistema LTE in downlink ed uplink (DL UL). Essa richiede la suddivisione della banda disponibile in sotto-bande, ravvicinate tra loro, utilizzate per trasmettere, parallelamente, dati ed informazioni di controllo. L utilizzo di tale tecnica comporta, astrattamente, un assenza di interferenze, in quanto, le sotto-bande risultano essere tra loro ortogonali. I dati trasmessi in ciascuna di esse possono essere modulati mediante una delle seguenti modulazioni (QPSK, 16QAM,64 QAM). 15

16 3.2 Accesso radio multiplo In LTE al fine di realizzare l accesso multiplo al canale radio, si utilizzano due tecniche differenti relative al DL ed UL. In particolare si utilizzano rispettivamente OFDMA e SC- FDMA. La prima, consente a più utenti un accesso multiplo, è fondato sulla modulazione OFDM, e si realizza assegnando a ciascun utente un sottoinsieme di sotto-bande, in cui è stata divisa la banda disponibile, e quindi, consentendo di trasmettere parallelamente dati in un determinato intervallo di tempo. Ciò permette di poter modificare, in base alla necessità, la potenza di trasmissione necessaria per comunicare con ciascun utente. Analogamente, la qualità del servizio (QoS) può essere adattata al tipo di applicazione di cui l utente desidera usufruire (voce, video etc.). La seconda impiega, ugualmente all OFDMA, un insieme di sotto-bande ortogonali. In questo caso, però, i dati sono trasmessi in sequenza. Inoltre, a differenza dell OFDMA, in cui ogni sotto-banda è modulata indipendentemente dalle altre, in SC-DFMA il segnale trasmesso è il frutto di una combinazione di tutti i simboli trasmessi nello stesso istante. Per ogni intervallo di trasmissione l assegnazione di una sotto-portante al singolo utente è effettuata dallo scheduler della stazione di base. E possibile allocare secondo modalità differenti le sotto-portanti in SC-FDMA: il modo localizzato LCDFMA e quello distribuito (IFDMA). LCFDMA: le sotto-portanti assegnate si presentano adiacenti; IFDMA: le sotto-portanti allocate sono poste alla stessa distanza sull intera banda; 16

17 Capitolo 4: CoMP Durante il processo di standardizzazione di LTE-Advanced sono state proposte numerose tecniche destinate ad aumentare le prestazioni in termini di velocità. Tuttavia, è palese che l interferenza tra le celle ostacola la possibilità di ottenere un elevato tasso di dati. La crescente domanda di alta qualità del servizio offerto presso il terminale utente, richiede tecniche avanzate che migliorino la comunicazione con conseguente riduzione delle interferenze tra le celle, ed aumentino il throughput di bordo cella. A tal proposito il 3GGP ha sviluppato uno strumento che prende il nome di CoMP acronimo di coordinata trasmissione e ricezione multipunto. Fulcro portante di tale sistema consiste nel trasformare le interferenze tra le celle ICI, riguardanti specialmente quelle di bordo, in segnale utile per gli UEs, migliorando, così, la qualità del servizio offerto. LTE CoMP richiede uno stretto coordinamento tra più enbs geograficamente separati. Un insieme di antenne rappresentano una cella. Un terminale utente si connette alla cella da cui riceve massima potenza di segnale. Si può trasmettere e ricevere da più antenne che possono non appartenere alla stessa cella fisica. Pertanto, sul bordo di una cella, si può essere serviti da due o più enbs differenti con conseguente riduzione dell interferenza spaziale. A seconda del tipo di cooperazione che sussiste all interno di un singolo ENb o tra più enbs è possibile definire quattro scenari differenti: Scenario 1: Intra-eNB CoMP con distribuzione omogenea. Il coordinamento tra celle con uguale area di copertura, è controllato da un medesimo enb. Scenario 2: Inter-eNB CoMP con distribuzione omogenea. L area di cooperazione è estesa ad altre macro-celle. Vi è un coordinamento tra RRHs (remote radio head, con potenza paragonabile a quella della stazione di base, controllati dalla stessa enb. Scenario 3: Inter-cell COMP con distribuzione eterogenea. L area di copertura della stazione di base sovrappone quella di low-power RRH, caratterizzate da una proprio cella ID. 17

18 Scenario 4: L area di copertura della stazione di base sovrappone quella di low-power RRH, caratterizzate da un unica cella ID. La tecnica CoMP presenta una serie di vantaggi tra cui si può, sicuramente riscontrare: un migliore utilizzo di reti poiché collegandosi a più stazioni di base contemporaneamente aiuta a migliorare l utilizzo delle risorse; ancora, migliori prestazioni di ricezione poiché si utilizzano più celle per ogni connessione con conseguente riduzione del numero di cadute di linea; una maggiore potenza ricevuta in virtù del gran numero di stazioni di base che ricevono congiuntamente; una minore interferenza dovuta all utilizzo di tecniche specializzate che comportano bassi livelli di interferenza. 4.1 Tecniche downlink CoMP Per il downlik il lavoro si è concentrato principalmente su schemi di trasmissione, controllo del segnale, misura delle interferenze. La trasmissione downlink COMP è realizzata mediante il coordinamento di più enbs, separati geograficamente, per trasmettere contemporaneamente a più utenti. Due sono gli approcci di coordinamento: Pianificazione/beamforming coordinato; Selezione di un punto dinamico Scheduling Coordinato La pianificazione /beamformig coordinato (CS/BS) si caratterizza per il fatto che i dati sono trasmessi ad ogni UE da una singola cella nota come cella ancora. Tuttavia, astrattamente, le decisioni di pianificazione ed il beamforming (o filtraggio spaziale, cioè una tecnica che 18

19 consente di gestire angolo di trasmissione o ricezione mediante l utilizzo di antenne multiple) relative ad ogni enb devono essere coordinate tra più enbs, al fine di ridurre l interferenza che può essere generata. Sul piano pragmatico, quanto detto risulta essere decisamente complesso. Pertanto per ovviare a tale problematica, si fa uso di uno scheduling che consenta di implementare CS/BS. Ogni cella può essere aggiornata sulle decisioni prese da altre celle in una precedente interazione, e ciò contribuisce a massimizzare l utilità globale (ad esempio il throughput è ponderato sull intera area di coordinamento) Selezione del punto dinamico La selezione punto dinamico (DPS), detta anche selezione del punto di trasmissione (TPS), è uno schema che prevede la trasmissione del segnale,all UE, da un singolo punto di trasmissione, scelto all interno del set collaborativo CoMP. Sulla base delle risorse disponibili e stato del canale viene dinamicamente selezionato il TP con la migliore qualità di collegamento e condizioni di canale. Si avrà, così, un passaggio da un sub-frame ad un altro, senza la necessità di una procedura di handover elaborata. Dal momento che trasmette un singolo enb, ne consegue che non risulta essere necessario avere strette sincronizzazioni; si ottiene, dunque, un bilanciamento del carico poiché all UE sono inviati segnali provenienti da un punto di trasmissione con poco carico. 19

20 4.1.3 Trasmissione Comune La trasmissione comune (JT) è una tecnica di funzionamento CoMP che prevede l invio simultaneo di dati, sulla stessa risorsa tempo-frequenza, ad un terminale UE da più siti cooperanti. La trasmissione, il cui obiettivo è una migliore qualità del segnale complessivo ricevuto, agevola l annullamento delle interferenze dovute a trasmissioni dirette ad altri UEs. Essa potrebbe essere coerente o non coerente. Le stazioni base che trasmettono contemporaneamente a quella mobile sono raggruppati in clauster (o gruppi celle i quali si dividono la banda radio dedicata in modo da ottenere che le celle adiacenti non trasmettano con la stessa frequenza portante). Nell approccio coerente la rete necessita di conoscere tutte le informazioni relative allo stato del canale (CSI) in modo tale da poter combinare, coerentemente, i segnali provenienti da punti di trasmissione differenti. Avendo conoscenza di tutte le informazioni dei canali, aiuta ad eliminare le interferenze. La trasmissione non coerente al contrario non ha alcuna informazione riguardo CSI, pertanto non è in grado di elidere le interferenze. 4.2 Uplink CoMP Uplink CoMP è una tecnica adottata da LTE-A che si differenzia dalle altre tecniche convenzionali, in quanto, sfrutta l interferenza tra le celle (ICI), in specie quelle di bordo, al fine di migliorare la produttività in direzione uplink. L interferenza rappresenta un problema tipico negli utilizzi del sistema di comunicazione basato su wireless. E proprio la crescente domanda di maggiore throughput, nonché, la presenza di interferenze comportate dall utilizzo di tecniche convenzionali, che ha favorito uno studio profondo della tecnica CoMP, la quale si fonda su un coordinamento multipunto per migliorare il throughput delle celle di bordo. Così come per il downlink, anche l uplink prevede una trasmissione multipla ed una ricezione del segnale trasmesso da più antenne geograficamente separate. Le due principali tecniche utilizzate in uplink CoMP sono: scheduling coordinato (CS) e ricezione congiunta (JR). 20

21 4.2.1 Scheduling coordinato Ugualmente a downlink CS /CB, lo scheduling coordinato uplink determina un clauster cellulare coordinato che serve un determinato UE per ottenere un throughput di cella maggiore. Le decisioni pre-codifica sono effettuate tra più siti di ricezione per ridurre l interferenza. Il carico della rete backhaul 2 risulta ridotto, in quanto, devono essere condivise solo, necessariamente, informazioni relative allo stato del canale ed alle risorse Ricezione congiunta. La ricezione congiunta (JR) prevede che i segnali trasmessi dal terminale utente siano ricevuti in più punti riceventi (receiving point) ed elaborati, contemporaneamente, per ottenere il risultato finale. Allo scopo di eliminare le interferenze e migliorare le prestazioni, si utilizza un collegamento backhaul in modo da consentire lo scambio di dati che, se elaborati prima dello scambio, riducono il carico. Campioni di banda quantizzati trasmettono informazioni più complete ma aumentano il carico di backhual. Lavorare i segnali prima dell invio aiuta a ridurre il carico. C è pertanto un trade-off tra il guadagno CoMP ed il backhaul.. 2 Il backhaul, porzione di rete usata come mezzo di trasporto per l accesso della rete radiomobile (RAN), utilizzato per realizzare la tecnica CoMP comporta latenze in quanto non ideale. Ne consegue, pertanto, la necessità di sviluppare per sistemi futuri schemi che consentano di limitare le latenze dovute al backhaul ed al contempo sfruttare le ottime prestazioni ottenuti mediante l uso di CoMP. 21

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