Rete di accesso UMTS. Ing. Luca FOSSATI UNIVERSITA DEGLI STUDI DI PAVIA FACOLTA DI INGEGNERIA DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA

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1 Rete di accesso UMTS Ing. Luca FOSSATI UNIVERSITA DEGLI STUDI DI PAVIA FACOLTA DI INGEGNERIA DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA Pavia, 28 Gennaio 2004

2 Sommario Overview sulla tecnologia UMTS Pianificazione della rete UMTS Case Study di pianificazione Overview su i-mode

3 UMTS: introduzione L UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) è il nuovo sistema di telecomunicazione per i servizi mobili di terza generazione, e rappresenta l evoluzione degli attuali sistemi radiomobili di seconda generazione La terza generazione di telefonia mobile consentirà, grazie alla disponibilità di banda fino a 2 Mbit/s, di offrire l accesso in mobilità a nuovi servizi abanda larga come video on-demand, giochi interattivi, musica, telemedicina, teleapprendimento...

4 UMTS: requirements Trasmissione a commutazione di pacchetto e circuito Velocità di trasmissione Servizi multimediali Servizi a velocità e qualità differenti Compatibilità con reti esterne Sicurezza nelle comunicazioni Roaming a livello mondiale

5 Allocazione dello spettro ITU Europa FDD DL MSS DL TDD FDD UL MSS UL TDD FDD: Frequency Division Duplex TDD: Time Division Duplex WCDMA: Wideband Code Division Multiple Access TD-SCDMA: Time Division Synchronous CDMA

6 Licenze UMTS in Italia TDD FDD UL TDD FDD DL MHz

7 Servizi nella terza generazione Max Vel: 120 Km/h Bit rate fino a 384 Kbit/s Voice - - Localisation - High quality video telephony - Streaming -www Browsing -Video conferencing - Video games Zona 4: Globale Satellite Zona 3: Suburbana/Urbana Zona 2: Urbana High density Zona 1: Edifici Cella globale Macro cella Micro cella Pico cella fs Max Vel: 500 Km/h Bit rate fino a 128 Kbit/s Voice - - Localisation - Low quality video telephony - Streaming - www Browsing Max Vel: 10Km/h Bit rate fino a 2 Mbit/s Voice - - Localisation - Very HQ video telephony - Streaming -www Browsing - Video conferencing -High speed Internet - Video Games

8 Servizi UMTS (1) Info/New Composizione del proprio giornale personalizzato, con ricezione, ovunque e in ogni momento, di informazioni e video su notizie finanziare, di cronaca, spettacolo, sport. Ricezione/consultazione di informazioni utili in viaggio: i percorsi ottimali, informazioni/immagini sui luoghi che si stanno visitando. In viaggio Giochi/scommesse Selezione di videogame interattivi e possibilità di giocare anche in rete. Scommesse on-line e partecipazione ad aste con visualizzazione dei cataloghi prodotti Accesso ad uno sportello pubblico in cui ricevere e visualizzare informazioni di pubblica utilità. Servizi al cittadino Controllo a distanza Controllo a distanza di impianti ed elettrodomestici. Ricezione allarmi, visualizzazione ambienti.

9 Servizi UMTS (2) Gestione delle operazioni bancarie, assicurative e finanziare Servizi Finanziari Prenotazione / acquisti Prenotazione/acquisto di prodotti o servizi per i i dipendenti mobili dell azienda Funzioni di pagamento o ricezione di pagamenti su terminali mobile Pedaggio autostradale elettronico per dipendenti mobili Pos remoto per esercizi commerciali senza linea fissa Pagamenti Mobile Commerce B2B Ricerca e acquisto di prodotti/servizi tra aziende Accesso ad internet da terminale mobile per uso business Accesso Internet Broadcast Informazioni Informazioni broadcast: invio messaggi di avviso, segnalazione eventi particolari, news in formato testo, audio e video

10 Architettura di rete UMTS UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Access Network RNC: Radio Network Controller

11 Architettura di rete UMTS (2) UTRAN Node B Gestisce l interfaccia radio Implementa l accesso WCDMA RNC Controlla l utilizzo e l integrità delle risorse radio Controlla l handover Controlla l accesso e la congestione delle connessioni Controlla la potenza Core Network Dominio CS (MGW, MSC Server, HLR) Gestisce trasporta il traffico a circuito Dominio PS (SGSN, GGSN) Gestisce trasporta il traffico a pacchetto

12 Accesso Radio CDMA Il CDMA è il sistema di accesso radio utilizzato nei sistemi di terza generazione Il sistema CDMA, inizialmente implementato per scopi di tipo militare, ha già avuto una prima applicazione civile nel sistema di seconda generazione americano IS-95

13 Accesso Radio WCDMA (1) I segnali d utente sono trasmessi nello stesso istante di tempo sulla stessa banda Un codice assegnato a ciascun utente permette di distinguere i segnali in ricezione La capacità del sistema è limitata dall interferenza generata dagli altri utenti Spread Spectrum: il segnale è trasmesso su una banda molto più grande del minimo valore necessario per una corretta ricezione dell informazione. Bassa probabilità di intercettazione Immunità ai disturbi (bassa sensibilità ad interferenze)

14 Accesso Radio WCDMA (2) Sequenza di Informazione +1-1 Codice +1-1 t +1-1 t t Sequenza di Informazione Sequenza Trasmessa Sequenza Trasmessa Codice

15 Accesso Radio WCDMA (3) Sequenza Trasmessa +1-1 t +1-1 Codice Sequenza Trasmessa Sequenza di Informazione t +1-1 Sequenza di Informazione t Codice Moltiplicando la Sequenza trasmessa per il codice, si ottiene nuovamente la Sequenza di Informazione. Al contrario, se venisse moltiplicata per un codice diverso, otterrei una sequenza pseudocasuale con lo stesso chip rate e stessa banda occupata

16 Accesso Radio WCDMA (4) Potenza Potenza Frequenza Frequenza Code 1 Code 2 Segnale1 Segnale 2 I due segnali si combinano nell interfaccia radio AL RICEVITORE.. Potenza I due segnali sono ricevuti insieme Frequenza Code 1 Il Segnale 1 è ricostruito Il segnale 2 è rumore di fondo

17 Caratteristiche dell UMTS Power control Soft handover Cell Breathing

18 Power Control Minimizzare la potenza media trasmessa al fine di ridurre il livello interferenziale presente nel sistema Migliora la capacità e la qualità complessiva del sistema Mitiga l effetto near far prevedendo il minimo livello di potenza necessaria per ogni connessione Near-far problem Solution

19 Soft Handover Durante il soft handover il mobile è connesso a più celle contemporaneamente Consente un guadagno in termini di potenza ai bordi delle celle Macrodiversità Non si hanno micro-interruzioni delle connessioni

20 Cell breathing L area di copertura di una cella varia in funzione del traffico 1 Cella A Cella B 2 Cella A Cella B 3 Cella A Cella B 4 Cella A Cella B

21 Processo di Pianificazione

22 Pianificazione della rete UMTS PREVISIONI DI MERCATO DENSITA DI TRAFFICO PER SERVIZIO Distribuzione geografica dell utenza e del traffico DB Distribuzione del traffico CARATTERIZZAZIONE DEI SERVIZI E DEI PARAMETRI DI QUALITA Banda media e di picco Modalità di trasporto (CS/PS) Grado di perdita, Ritardo, BER Parametri di traffico VALUTAZIONE DELL INTENSITA DI TRAFFICO Strumenti di pianificazione PREVISIONI DEL CAMPO ELETTROMAGNETICO PIANIFICAZIONE CELLULARE

23 Problematiche Copertura WCDMA Capacità Traffico multiservizio Interferenza Carico di cella Aree di Soft Handover Effetti del cell breathing Bit-rate Modalità di trasporto Simmetria servizi QoS Trade-off Copertura Capacità

24 Processo di Radio Network Planning Input Output Tipo di area Requisiti di copertura Requisiti di capacità Requisiti di qualità Dimensionamento Pianificazione di capacità e copertura Numero di siti Traffico Selezione del Sito Configurazione BTS Analisi di capacità Analisi di copertura Analisi della QoS

25 Case Study di pianificazione

26 Copertura cellulare (1) Cella di grandi dimensioni Maggiore potenza emessa dalla BTS Maggiore potenza emessa dall apparato utente Minore capacità Più celle di minori dimensioni Minore potenza emessa dalla BTS Minore potenza emessa dall apparato utente Maggiore capacità

27 Copertura cellulare (2) Cella 2 f1 Cella 1 Cella 3 f1 f1 f1 f1 f1 f1 f1 f1 f1 f1 f1

28 Area di studio Brescia estensione: 89 Kmq pop: abitanti Copertura: 23 siti Area urbana Area del comune

29 Servizi e traffico Servizi Voce: Videotelefonia: , SMS, MMS: Web-browsing: CS 12,2 Kbps CS 64 Kbps PS 64 Kbps PS 64/128 Kbps Traffico Utenti: circa Voce: 360 min/mese (12 min/giorno) Videotelefonia: 240 min/mese (8 min/giorno) /mese (1,3 /giorno) da 1MB SMS: 250sms/mese (8 sms/giorno) MMS: 95mms/mese (3 mms/giorno) da 180KB Web-browsing: 40 sessioni/mese (1,3 ses./giorno) da 1MB

30 Utenti Stato utenti Not dropped Dropped (max Load UL) Dropped (max Load DL) Utenti serviti: 91% Utenti dropped: 9%

31 Utenti Stato utenti Not dropped Dropped (max Load UL) Dropped (max Load DL) Utenti serviti: 98% Utenti dropped: 2%

32 Pilota CPICH Ec/Io db db db db db

33 Pilota CPICH Ec/Io db db db db db

34 Copertura Voce 95% -100% 90% -95% 85% -90% 80% -85% 75% -80% Copertura Indoor DL Obiettivo copertura: 95% Nota: per ottenere la copertura dell area del 95% è necessario avere a bordo cella una copertura del 85%

35 Copertura Videochiamata 95% -100% 90% -95% 85% -90% 80% -85% 75% -80% Copertura Indoor DL Obiettivo copertura: 95%

36 Copertura 64/128PS 95% -100% 90% -95% 85% -90% 80% -85% 75% -80% Copertura Indoor DL Obiettivo copertura: 95%

37 UMTS: conclusioni Sistema a larga banda che utilizza accesso a divisione di codice Utilizza commutazione di pacchetto e circuito Nuovi servizi multimediali Introduzione del concetto di Qualità del Servizio Sistema limitato in interferenza Nuovi processi di dimensionamento e pianificazione radio

38 Terminali UMTS Samsung SGH Z100 autunno 2003 NEC e616 marzo 2004 Nokia 7600 fine 2003 LG U8150 fine 2003 Siemens U15 novembre 2003 Motorola A835 novembre 2003

39 i-mode

40 i-mode overview (1) i-mode, (cioè information mode) è un servizio multimediale innovativo che nasce in Giappone nel 1999 dalla società NTT DoCoMo. Dopo il grande successo nel paese di origine i- mode sbarca in Europa dove è attualmente disponibile in cinque paesi (Germania, Olanda, Belgio, Francia e Spagna). In Italia Wind ha l'esclusiva del servizio.

41 i-mode overview (2) Tecnologicamente i-mode si basa sull utilizzo di un protocollo HTML compatto e leggero, ottimizzato per l uso sui terminali mobili e sulla rete radio. L utilizzo di questo protocollo compatto e proprietario implica che i siti devono essere realizzati ad-hoc ed i terminali devono avere una piattaforma specifica per leggere i contenuti i-mode. I contenuti dei siti internet possono essere tradotti con opportuni server da HTML a chtml oppure essere creati ex-novo.

42 i-mode: : architettura di rete Content Provider Server i-mode Content Provider Internet Rete Wind Content Provider

43 Telefonini i-mode NEC N341i Display Main LCD: 162x216 pixels, 65k colori Suonerie: Polifoniche 40 toni Extendend 50Kbyte attached Java (DoJa): ver. 1.5, memoria KB Camera: 100K CMOS Camera NEC N223i Display Main LCD: 120x160 pixels, 4k colori Suonerie: Polifoniche 40 toni Extendend 30Kbyte/99 attached

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