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1 Il GSM (Global System for Mobile Communications), è lo standard europeo per le reti digitali della telefonia mobile, che garantisce una compatibilità tra gli apparecchi di trasmissione dati e che utilizza la commutazione di circuito, consentendo un bit rate massimo di 9,6 Kbps. Terminale Wap Modem Isdn Adsl Bit rate 9,6 Kbps 56 Kbps Kbps 128 Kbps Kbps Con lo standard HSCSD (High Speed Circuit Switched Data, tecnologia alternativa al GPRS per il trasferimento dati ad alta velocità) supportato dai cellulari di recente generazione, si può arrivare ad utilizzare fino ad un massimo di quattro timeslots ( 14,4Kbps x 4 ) con una velocità massima pari a 57,6 Kbps. Tale tecnologia risulta comunque più adatta al trasferimento voce ( Tv ) rispetto al trasferimento di dati ( Td) veri e propri. La commutazione di circuito insita nel GSM e nell'hscsd una volta stabilità la connessione tra Tx ( unità trasmittente) e Rx (unità ricevente)continua ininterrottamente fino al momento del rilascio, anche se le unità (utenti) non si scambiano dati durante tutto il periodo di connessione.tutto bene per il Tv (voce) meno bene invece per il Td (dati),come abbiamo già accennato.nella trasmissione dei dati in Internet viene utilizzato ormai da diverso tempo la commutazione di pacchetto, con il protocollo Tcp/Ip. Nella commutazione a pacchetto, l informazione, prima di essere trasmessa, viene divisa in più "pacchetti" per poi essere riassemblata nel terminale all arrivo. Ogni pacchetto contiene l'indirizzo del mittente e l'indirizzo del destinatario.ciò consente di aumentare la velocità di trasmissione dei dati, e di impegnare la linea di comunicazione solo per il tempo necessario al trasferimento dell'informazione. Il GSM non consente l'utilizzo di tale tecnologia, ecco allora lo sviluppo di un nuovo standard per la telefonia mobile basato sulla commutazione di pacchetto il Gprs( terminale di Seconda e mezza Generazione).

2 L'avvento del GPRS (General Packet Radio System) è un passo importante verso la creazione di un nuovo mondo della comunicazione mobile, un inizio che prepara la strada ai dispositivi di Terza Generazione.Le caratteristiche principali che contraddistinguono il Gprs sono : una discreta velocità di trasmissione dati (bit rate) trasmissione basata sulla commutazione a pacchetto connettività always on (sempre aperta) possibilità di accesso ai servizi internet tariffazione costi per quantità dati e non rispetto al tempo come nel GSM La velocità massima teorica è di 171,2 Kbps usando tutti ed otto i timeslots contemporaneamente, ciò consente una maggior efficienza nella trasmissione delle informazioni attraverso la rete di telefonia mobile (TM). Il GPRS facilita le connessioni istantanee perchè l'informazione può essere mandata o ricevuta immediatamente appena se ne ha bisogno, i terminali gprs vengono identificati come sempre on line.le risorse radio vengono impegnate solo quando vi è la necessità di inviare o ricevere i dati, ed è possibile avere più connessioni su un unico canale trasmissivo (multiplexing).

3 Time slot frequenza portante utilizzando nuova codifica consente un bit rate pari 14,4Kbps fase 1 Half Duplex Gprs fase 2 Full Duplex Gprs max Rx ricezione 57,6 Kbps 115,2 Kbps Tx trasmissione 14,4 Kbps 115,2 Kbps ( contro GSM a 9,6 Kbps ) La rete Gsm impiega antenne che utilizzano canali da 200Khz con otto time slot per canale, una connessione voce utilizza un unico time slot sulla portante principale di 900 Mhz o 1800 Mhz.La principale tecnologia impiegata nel GSM per la trasmissione voce è chiamata TDMA,Time Division Multiple Access permette la condivisione dello stesso canale timeslot. La voce viene codifica e compressa per consentire più conversazioni contemporanee,stessa frequenza ma in un tempo diverso. Un'altra tecnologia impiegata insieme alla TDMA è CDMA, Code Division Multiple Access tecnica digitale che permette agli utenti di telefoni cellulari di condividere lo stesso canale di frequenza, ogni voce è distinta tramite un pseudocodice casuale;ogni canale è flessibile in quanto accetta una vasta gamma di bit rate.con il GPRS i dati sono separati in pacchetti correlati tra loro prima di essere trasmessi, e ricostituiti una volta giunti a destinazione. Lo stesso sistema è utilizzato per ottenere e mandare informazioni tramite Internet.Con la commutazione a pacchetto le risorse disponibili potranno essere divise tra diversi utenti, potenzialmente un gran numero di utenti GPRS potranno dividersi la stessa banda ed essere serviti da una singola cella. La quantità di terminali contemporaneamente connessi dipenderà dal tipo di applicazioni utilizzate e dal bit rate trasferito.il GPRS consentirà l'accesso agli utenti a risorse e servizi internet.il GPRS nel suo pieno sviluppo consentirà la fruizione di servizi Internet mobili permettendo l'interconnessione tra la Rete e il nuovo network, ciò che per il momento è limitato alla telefonia fissa.il World Wide Web è ormai diventato un'interfaccia primaria di comunicazione, la gente accede ad Internet per cercare intrattenimento ed informazioni, le aziende utilizzano sempre più le intranet per accedere ad informazioni dell' azienda e per connettere i propri dipendenti a distanza, e le extranet per collegare i clienti ed i fornitori.

4 La navigazione su Internet sarà una delle applicazioni più importanti per il GPRS. La rete GPRS diventerebbe un sotto-network di Internet, con i terminali GPRS visti come postazioni di collegamento mobili.ogni terminale gprs potrebbe possedere un proprio indirizzo IP (Internet Protocol) ed essere raggiungibile esattamente come un computer/server connesso ad Internet.ll General Packet Radio System può utilizzare alcune risorse del network GSM (della rete Gsm) con una capacità in funzione del numero dei timeslots impegnati.la velocità massima teorica, come abbiamo visto è di 171,2 Kbps usando tutti ed otto i timeslots contemporaneamente. Tale velocità è circa dodici volte maggiore delle attuali connessioni mobili a commutazione di circuito impiegate nella telefonia mobile del GSM (9,6Kbps). FASI SVILUPPO GPRS Code Scheme 1 CS1 Code Scheme 2 CS2 Code Scheme 3 CS3 Code Scheme 4 CS4 BIT RATE per TIMESLOT 9,05 Kbps point to point 13,4 Kbps multipoint 15,6 Kbps multipoint 21,4.Kbps multipoin massimo teorico 171,2 Kbps Il Gprs consentendo alle informazioni di essere trasmesse più velocemente tramite le reti mobili risulta essere un efficente ed economico mezzo di trasmissioni dati mobile, riuscendo a sfuttare i protocolli Tcp/Ip ( Trasmission Control Protocol/Internet Protocol, il sistema utilizzato dalle reti per comunicare l'una con l'altra), X25 (Protocollo che definisce lo scambio di pacchetti nelle reti digitali a commutazione di pacchetto). Abbiamo anche visto che un'evoluzione tecnologica del Gsm è rappresentata dalla tecnologia EDGE, che porta ad un miglioramento delle reti basate su TDMA. L'EDGE utilizza una modulazione che permette un bit rate molto più elevato, chiamata EPSK (Eight Phase Shfit Keying), tale schema potrà essere utilizzato nei futuri network Umts.

5 Il GPRS quando opera sotto la copertura radio, facilita le connessioni istantanee poiché l'informazione può essere mandata o ricevuta immediatamente appena se ne avesse bisogno, senza la necessità di modem come nel caso del PSTN (Public Switched Telephone Network,telefonia fissa).il traffico dati risulterà inoltre interattivo.un'altro aspetto che caratterizza il Gprs è l'immediatezza, diversamente dai terminali che si basano sulla tecnologia commutazione a circuito, ciò consentirà ad esempio pagamenti tramite carte di credito, la navigazione in internet su siti wap o www, invio ricezione di , instant messaging ( evoluzione del SMS superando la limitazione dei 160 caratteri),msm (Multimedia message Service) come l'invio e ricezione di immagini,clip audio o video, il download di files.il GPRS faciliterà e permetterà una serie di nuove applicazioni che prima non era possibile implementate nel sistema GSM.L'architettura del network GPRS si fonda su alcuni elementi base : BTS ( Base Transceiver Station,antenna della stazione base radio) BSC ( Base Station Controller, stazione base di controllo per l'autenticazione del terminale e la sua accettazione) SGSN ( Serving Gprs Support Node, si occupa della gestione della mobilità, dell'autenticazione, della cifratura, dell'instradamento ) GGSN ( Gateway Gprs Support Node, gateway, gestione della mobilità, incapsulamento e instradamento dei dati ) Il segnale GPRS utilizza una tecnica di modulazione chiamata GMSK (Gaussian Minimun Shift Keying) viene inviato alla BTS quindi segue il percorso BSC,SGSN quindi backbone Gprs,GGSN. I pacchetti dati sono mandati in direzioni differenti, e in fasi separate tramite i nodi del network SGSN e GGSN, per poi raggiungere la medesima destinazione,incorporando un sistema di integrità dati e di ritrasmissione al fine di limitare la perdita dati, o gli errori nella trasmissione.

6 Per tali motivi il Gprs risulta particolarmente vantaggioso per le applicazioni che necessitano di una trasmissione di grossi volumi dati e per periodi intermittenti di traffico dati. L'introduzione del nuovo servizio Gprs richiede un certo tempo prima che esso si stabilizzi, comportando nuove procedure di standardizzazione, nuove infrastrutture, nuovi terminali e loro disponibilità,nuovi contratti e tariffazioni. - prima parte - Universal Mobile Telecomunications System (UMTS) indica una tecnologia avanzata per la mobil comunication 3G ( terza generazione), progetto sviluppato dall'unione Internazionale Telecomunicazioni "IMT-2000".Una rivoluzione nella comunicazione wireless, con nuovi servizi legati alla convergenza tra i vari sistemi quali: internet, IP (internet protocol), TD (trasmissione dati), CM (comunicazione mobile). L'UMTS nasce come uno standard di sistema multimediale mobile, consentendo ai nuovi terminali di visualizzare immagini a colori, filmati, trasmissione televisive,video telefonate, video conferenze, musica, m-commerce..., consentendo di fornire servizi sia in banda stretta che larga( bandwith on demand), con Qos ( Quality of Service, qualità di un servizio nella telefonia mobile) costante su qualsiasi ambiente,consentendo l'interazione con network wired ( fissi) e la condivisione per roaming internazionale.

7 La trasmissione dei dati convergerà sul protocollo IP (commutazione a pacchetto) garantendo servizi multimediali avanzati, mentre la trasmissione voce sfrutterà l'esistente network GSM basato sulla commutazione di circuito, usufruendo di terminali multistandard, capaci di connettersi sia su GSM che su UMTS attraverso opportune procedure di handhover. La commutazione di circuito, circuit-switched è una tecnologia impiegata nei network (reti) GSM, una volta stabilita la connessione tra Tx (trasmittente) e Rx (ricevente) essa viene mantenuta per tutta la durata della trasmissione tenendo impegnato tutto il canale di comunicazione. Nella commutazione a pacchetto, packet switched invece l informazione, prima di essere trasmessa, viene divisa in più "pacchetti" per poi essere riassemblata nel terminale all arrivo; ogni pacchetto contiene l'indirizzo del mittente e l'indirizzo del destinatario, consentendo di aumentare la velocità di trasmissione dei dati. Il bit rate dell'umts (velocità di trasmisione dati) è flessibile e in funzione delle condizioni in cui opera, generalmente da 64 / 144 Kbps a 1024 / 2048 kbps.la prossima evoluzione sarà la convergenza voce e dati su protocollo IP. Da un punto di vista tecnico potremo definire l'umts uno standard che si basa sulla tecnologia W-CDMA per i segnali di fonia ( voce ) con modalità FDD, e sulla TD/CDMA bande di frequenza asimmetriche, per la trasmissione di dati, con modalità TDD (Time DivisionDuplex, tecnologia impiegata nella gestione del traffico asimmetrico su una stessa frequenza portante). Grazie al trasferimento dati ad alta velocità, l'umts consente di arrivare fino a 2Mbit/s per utenze a bassa mobilità, fino a 384 Kbit/s su micro e macro celle con una limitata mobilità.l'umts offre un data rate (velocità trasmissione dati) on demand (su richiesta) e le frequenze di trasmissione utilizzate sono comprese fra 1,9Ghz ed i 2,2Ghz, diversamente dallo standard GSM che trasmette a 900Mhz e a 1800Mhz.

8 approfondimento L'FDD, frequency division duplex è una trasmissione digitale della voce associata al W- CDMA, dove il canale di trasmissione usa una frequenza portante, mentre il canale ricevente ne utilizza un altra. Il W-CDMA, wideband code divison multiple access, è una evoluzione della tecnologia CDMA ( Code Division Multiple Access, tecnica digitale che permette agli utenti di telefoni cellulari di condividere lo stesso canale di frequenza largo, ogni voce è distinta tramite un pseudocodice casuale; ogni canale è flessibile, spread spectrum, in quanto accetta una vasta gamma di bit rate (quantità di dati) fino a 13,3 Kbps; un'evoluzione tecnologica di tale standard viene indicato con la sigla CDMA2000 che utilizza un chip rate di 3,6864 Mcps ).Il W-CDMA consente una velocità di trasmissione dati simmetrica da 384 Kbps in condizioni di piena mobilità, fino a 2 Mbps, con canali Mhz, utilizzando codici distinti tra gli utenti di una cella. I chip del segnale wireless sono distribuiti su una banda di frequenze più ampia rispetto al CDMA, in Europa occupa le bande disponibili da 1885 a 2025Mhz e da 2110 a 2200Mhz,ogni portante ha una banda disponibile tra 4,2 e 5,4 Mhz. Il W-CDMA è un sistema ad ampio spettro che consente una trasmissione ad alta velocità di sessioni multiple contemporanee a bit rate variabile con un chip-rate di 3,840 Mcps. a cura prof. Daniele Pauletto umts@interfree.it - seconda parte- - 2,5 G - La fase che precede l'umts è quella attuale 2,5 G, seconda generazione e mezza, basata sul graduale passaggio al GPRS ( General Packet Radio System, sistema per la trasmissione dati nella rete telefonica cellulare attraverso la commutazione di pacchetto,che supporta la commutazione di circuito del GSM,che gli SMS. La massima velocità è di 115,2 Kbps, utilizzando contemporaneamente tutti gli otto timeslot disponibili, contro i 9,6 Kbps del GSM, ( per approfondire vedi Gprs).

9 L'Imt-2000, lo standard mondiale per le nuove comunicazioni wireless,aperto per i sistemi di telecomunicazioni mobili ad alte capacità e velocità di trasferimento dei dati, comprende sia componenti satellitari che radio terrestri, ha individuato l'umts come sistema caratterizzato da una buona compatibilità e in grado di garantire il roaming mondiale attraverso terminali multimodo. - Banda Frequenze UMTS - La banda messa a disposizione è quella compresa tra MHz e MHz; i primi 15 MHz è lo spettro assegnato al DECT ( Digital Enhanced Cordless Telecomunication, standard digitale criptato per telefonini cordless con possibilità di 120 canali su 12 frequenze, evoluzione del cordless analogico). Dai 1920 Mhz ai 1980 MHz in uplink ( dal terminale alla stazione base Node B) e dai 2110 ai 2170 MHz in downlink (dal Node B al terminale), dove si impiegherà la modalità FDD ( Frequency Division Duplex, trasmissione digitale voce alla stessa velocità nelle due direzioni (simmetria) che consente un'ampia mobilità e offre piena mobilità di esercizio, è associata al W-CDMA), e in una parte non appaiata, dai 1900 ai 1920 MHz e dai 2010 ai 2025 MHz dove sarà impiegata la modalità TDD ( Time Division Duplex, tecnologia per la gestione del traffico asimmetrico nell'umts come ad esempio la navigazione su internet,offre una mobilità limitata risultando non adatta su ambienti coperti, indoor).le bande indicate vengono suddivise in portanti da 5Mhz.I segnali da e verso tutti i mobili isofrequenziali presenti nella cella,sono sovrapposti su una banda di 5MHz. La loro differenziazione sarà effettuata tramite scrambling e di spreading (codici) con modulazione/ demodulazione WCDMA, come abbiamo detto..le frequenze dai MHz e MHz sono state riservate al segmento satellitare ( S-UMTS) così da consentire l'effettiva copertura globale.

10 - Network UMTS - La rete UMTS è composta da due sottosistemi indipendenti, la componente terrestre UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) e la componete satellitare che potremo indicare genericamente (S-UMTS). L' Utran a sua volta può essere distinto nel network di accesso UTRAN, costituito dal nodo B ( l'equivalente BTS del GSM, cioè Base Transceiver Station, stazione base radio) e l'infrastruttura di commutazione e routing il Core Network ( l'equivalente NSS del GSM) a cura prof. Daniele Pauletto umts@interfree.it - terza parte - La trasmissione tra terminale umts e la stazione base si distingue in : trasmissione in uplink ( terminale verso stazione base) e trasmissione in downlink ( trasmissione tra stazione base e terminale) con una struttura a trama e a timeslot. In una trama un utente

11 può trasmettere in uno o più timeslot così come sono possibili trasmissioni contemporanee di più utenti nello stesso timeslot. Canali di trasmissione La disponibilità nell'umts di canali di trasmissione è articolata, i principali sono il Dch e il Dsch, canali di trasmissione bidirezionali dedicati ( uplink e downlink).il canale Dch ( Dedicated Channel) viene utilizzato sia in uplink sia in downlink per trasportare l'informazione utente e di controllo tra il terminale mobile e la rete, in commutazione a circuito (circuit-switched).l'impiego di tale canale può essere in uplink e downlink, diversamente in coppia di canali in direzione uplink e downlink (ad esempio nella trasmissione telefonica bidirezionale). Altri canali di trasmissione sono comuni (vengono presentati solo alcuni) : Canali utilizzati in downlink Canali utilizzati in uplink BCH (Broadcast Channel ) RACH ( Random Access Channel ) PCH ( Paging Channel ) CPCH ( Common Packet Channel ) CTCH (Common Traffic Channel) PRACH ( Physical Random Access Channel ) SCH ( Synchronisation Channel )... DCH ( Dedicated Channel ) canale di trasporto dedicato bidirezionale Il canale Dsch ( Downlink Shared Channel ) è utilizzato in downlink per trasportare pacchetti dati, l'accesso è condiviso tra i vari utenti ed è regolato dalla stazione base.la trasmissione dati è assimetrica a favore della ricezione.la capacità dei canali dedicati è selezionabile tramite SS ( Spreading Factor ).La separazione degli utenti avviene tramite l'assegnazione di un codice, sequenza numerica con velocità di trasmissione ( chip rate)

12 molto più grande della velocità dell'informazione da trasmettere,operazione di spreading.le sequenze di codice assegnate a ciascun utente che condivide lo stesso canale sono fra loro diverse riducendo l'interferenza.tutto ciò consente la trasmissione in modalità CDMA, che abbiamo già citato.per limitare la degradazione della qualità del segnale si agisce sulla regolazione della potenza ( power control )della stazione base (20W max) o del terminale umts ( mw max). La capacità dell'umts relativa al servizio telefonico, cioè il numero di utenti attivi per cella, diminuisce al crescere della copertura della cella ( es. una capacità di circa una novantina di utenti attivi per una copertura della cella di circa 1Km contro una quindicina di utenti attivi su una copertura di 2Km ). Tecnica di Accesso Chip Rate Canalizzazzione Durata trama radio W-CDMA 3,84 Mcps 4,4-5 Mhz 10 ms numero Slot per trama 15 Modulazione per tratta downlink QPSK ( Quadrature Phase Shift Keying) Modulazione per tratta uplink dual code BPSK ( Binary PSK) Per quando riguarda il traffico con Dsch condiviso in downlink, con velocità teorica max di 384 kbs gestito dallo scheduler della stazione base, e canale dedicato Dch in uplink a velocità ridotta.