Sistemi di Telecomunicazione

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1 Sistemi di Telecomunicazione Parte 13: GSM Universita Politecnica delle Marche A.A A.A Sistemi di Telecomunicazione 1/51

2 Struttura di una generica rete radiomobile Una rete radiomobile consente ad un utente in movimento di effettuare una conversazione telefonica con un utente fisso o con un altro utente radiomobile. E ovvio pertanto che tale rete sia provvista di almeno due interfacce: una che provveda alla connessione tra il terminale radio dell utente e la parte fissa della rete radiomobile; sara pertanto un interfaccia radio, dedicata alla gestione dei collegamenti radioelettrici verso la flotta radiomobile; una che provveda alla connessione tra la parte fissa della rete radiomobile e la rete telefonica cablata convenzionale, provvedendo all instradamento del traffico effettuato dalla rete e alla gestione delle chiamate entranti e uscenti. Come indicato nella figura, la parte fissa della rete radiomobile comprende un sistema di elaboratori che possono essere geograficamente distribuiti, e in questo caso sono interconnessi fra loro a maglia. La loro funzione e di controllare la rete radiomobile, attraverso una serie di procedure necessarie per l identificazione degli utenti e la validazione delle chiamate generate, la localizzazione sul territorio e la conseguente gestione della mobilita dell utenza in termini di hand-over e roaming. A.A Sistemi di Telecomunicazione 2/51

3 Caratteristiche del sistema GSM Il sistema radiomobile GSM900 (Global System for Mobile Communications at 900 MHz) fu concepito nel 1982, come visto sopra, allorche la CEPT raccomando un nuovo sistema numerico di telecomunicazioni mobili su base europea. Contestualmente istitui un comitato tecnico denominato GSM (Groupe Speciale Mobile), con l incarico di definirne le specifiche sotto i seguenti aspetti: maggior capacita rispetto agli esistenti sistemi analogici capacita di supportare terminali sia di tipo veicolare che portatile coesistenza con i sistemi delle generazioni precedenti costo del servizio per l utente, possibilmente non superiore a quello dei sistemi precedenti fornitura di un servizio di telefonia mobile in grado di offrire un ampia gamma di servizi fonia e dati, con qualita paragonabile a quella delle reti fisse specifiche di interfacciamento tra la suddetta rete e quella ISDN, in modo da assicurare la libera circolazione dell utenza tra le Nazioni europee aderenti al progetto garanzia di un alto grado di sicurezza e riservatezza delle comunicazioni Tre anni, dal 1982 al 1985, furono necessari per decidere la scelta della soluzione, assolutamente inedita, in netta antitesi con le soluzioni analogiche avanzate esistenti. A.A Sistemi di Telecomunicazione 3/51

4 Bande 900/1800 per standard GSM La naturale evoluzione del GSM consiste nel protocollo PCN (Personal Communications Network), a cui sono assegnate due bande di 75 MHz nella gamma dei 1800 MHz. Il nuovo standard DCS1800 utilizza le stesse specifiche del GSM, e cio significa che e pienamente compatibile con la rete nata per il GSM. Solo i trasmettitori radio e gli apparati d utente richiedono di specifiche differenti. Le proprieta che differenziano il DCS1800 dal GSM sono: le frequenze radio, che comportano caratteristiche di propagazione diverse: ad esempio, una migliore capacita di penetrazione negli edifici, cosa che rende il DCS attraente per coperture urbane ad alta densita possibilita di realizzare microcelle e picocelle, con accresciuta efficienza spettrale minore potenza di trasmissione e migliore sfruttamento della capacita della batteria la maggiore larghezza di banda assegnata consente un sostanziale incremento di canali, e quindi dell utenza, per la singola cella A.A Sistemi di Telecomunicazione 4/51

5 Architettura della rete GSM A.A Sistemi di Telecomunicazione 5/51

6 Mobile Station La Mobile Station (MS) e costituita dal Mobile Equipment (il terminale) e da una Smart Card detta Subscriber Identity Module (SIM). La SIM e una smart card che contiene tutti i dati relativi all utente e personalizza il terminale. SIM card: La SIM card e costituita da un processore e da circuiti di memoria e permette di gestire l autenticazione del terminale, la sicurezza della trasmissione e le informazioni relative all utente. In particolare la SIM card contiene il codice IMSI (International Mobile Subscriber Identity) e la chiave Ki che permettono di identificare univocamente l abbonato. IMEI (International Mobile Equipment Identity) e IMSI+Ki sono indipendenti e garantiscono la mobilita personale. La SIM e protetta da usi non autorizzati da un numero di identita personale (PIN) e puo essere adoperata anche per altri servizi (numeri abbreviati, rubrica, lista di preferenze,...) Mobile Equipment: Il Mobile Equipment e univocamente identificato dal codice IMEI (International Mobile Equipment Identity). I terminali si suddividono in cinque classi in base alla massima potenza di trasmissione A.A Sistemi di Telecomunicazione 6/51

7 Base Station Subsystem Il Base Station Subsystem e costituito da due elementi: la BTS (Base Transceiver Station) e il BSC (Base Station Controller) che comunicano attraverso l interfaccia standard A bis, rendendo possibile (come nel resto della rete) operazioni tra componenti costruiti da fornitori differenti. BTS: La BTS determina l estensione della copertura radio di una cella tramite apparati transceivers e gestisce la comunicazione con le Mobile Stations e le relative procedure radio. Gli apparati radio di una BTS (transceivers) devono essere dimensionati in numero sufficiente per garantire la capacita desiderata. BSC: Il BSC si occupa della gestione di una o piu BTS. In particolare ha funzioni di: allocazione e rilascio dei canali di comunicazione commutazione e processamento dei segnali controllo della qualita e della potenza del collegamento gestione degli handover controllo del traffico di segnalazione e broadcast frequency hopping A.A Sistemi di Telecomunicazione 7/51

8 Network and Switching Subsystem - I Il NSS e un sottosistema della rete GSM che implementa numerose funzionalita, tra le quali la piu importante e la commutazione e l instradamento delle chiamate. Il componente principale e quindi il Mobile service Switching Centre (MSC). MSC: L MSC costituisce il centro di commutazione della rete GSM e controlla tutti i BSS dell area di sua competenza. In particolare si occupa di: Instauramento e instradamento delle chiamate tra MS della rete, Controllo degli handover, Registrazione e aggiornamento della posizione del mobile GMSC: Il GMSC e un particolare tipo di MSC che costituisce l interfaccia tra la rete GSM e altre reti (mobili o fisse). Le chiamate provenienti da reti esterne vengono instradate al GMSC della rete GSM dell utente destinatario che provvede a localizzare l area in cui si trova tale utente e ad instradare la richiesta all MSC di competenza. A.A Sistemi di Telecomunicazione 8/51

9 Network and Switching Subsystem - II L operazione di localizzazione degli utenti GSM per il corretto instradamento delle chiamate viene svolta dall MSC (per chiamate interne alla rete) o dal GMSC (per chiamate da reti esterne) in collaborazione con il Visitor Location Register (VLR) e con l Home Location Register (HLR). HLR: memorizza permanentemente le informazioni relative agli utenti della rete (profilo d utente, eventuali servizi supplementari abilitati, riferimento al VLR corrente). L HLR e tipicamente un computer stand-alone senza capacita di commutazione in grado di gestire centinaia di migliaia di utenti. VLR: Il VLR e un database temporaneo che contiene informazioni relative agli utenti che si trovano in quel momento nella area di sua competenza (profilo utente, parametri di sicurezza, eventuali servizi supplementari abilitati, location area, stato del terminale). Normalmente i costruttori implementano il VLR assieme all MSC poiche cosi le rispettive aree geografiche di pertinenza coincidono e si semplifica la segnalazione. A.A Sistemi di Telecomunicazione 9/51

10 Network and Switching Subsystem - III I rimanenti due elementi del NSS si occupano principalmente della gestione della sicurezza delle comunicazioni e della stessa rete. EIR: L Equipment Identity Register e un database che contiene le liste dei codici IMEI di tutti i terminali della rete e viene utilizzato dal gestore per impedire l accesso ai terminali non autorizzati (poiche rubati o di tipo non approvato). AuC: L Authentication Centre contiene un database protetto dove sono custoditi i codici di autenticazione e gli algoritmi degli abbonati necessari per la creazione dei parametri di autenticazione e che sono presenti anche nella SIM card. L autenticazione viene effettuata ogni volta che il terminale si collega alla rete GSM, quando riceve o effettua chiamate o SMS, durante l attivazione, durante la procedura di location area update, alla richiesta di attivazione, disattivazione o interrogazione dei servizi supplementari. La procedura di autenticazione e di codifica del canale radio e svolta in combinazione dall AuC (che comunica con l HLR) e dalla SIM. A.A Sistemi di Telecomunicazione 10/51

11 Operation and Support Subsystem L OSS e la sottorete che si occupa di coordinare tutte le attivita di controllo e manutenzione della rete per poterne garantire il corretto funzionamento. L OSS e costituito da due unita funzionali: l Operation and Maintenance Center (OMC) e il Network Management Center (NMC) OMC: L OMC si occupa di monitorare e controllare il corretto funzionamento della rete gestita da uno o piu MSC. In particolare ha funzioni di: gestire la configurazione dei parametri e controllare le prestazioni di tutti gli elementi di rete che ricadono nell area geografica di sua competenza; gestire i guasti, gli allarmi e verificare lo stato del sistema, con la possibilita di effettuare test per la verifica delle prestazioni e del suo corretto funzionamento; gestire la sicurezza; raccogliere i dati relativi al traffico degli abbonati necessari per la fatturazione; NMC: L NMC offre la visibilita globale di tutte le attivita di controllo e si occupa del coordinamento e della gestione di tutti gli OMC presenti nella rete GSM. A.A Sistemi di Telecomunicazione 11/51

12 Canali fisici e logici Gli 8 canali della trama TDMA sono da intendersi come canali fisici, nel senso che ciascuno di essi viene gestito senza interferire con gli altri, ed e associato ad uno specifico utente. Al canale fisico e affidato anche lo scambio dei numerosi criteri di segnalazione che intercorrono nelle varie fasi della connessione tra la rete fissa e l apparato mobile, e cio avviene mediante un impiego differenziato della capacita informativa del time-slot. In pratica quindi il time-slot viene utilizzato come veicolo per canali logici di differente significato e contenuto informativo, dinamicamente gestiti nell ambito delle diverse fasi del collegamento. Essi vengono sostanzialmente suddivisi in due categorie: canali di traffico (TCH = Traffic Channel) impiegati per trasmettere sia fonia che dati. In figura sono solo indicati i canali full rate canali di controllo (CCH = Control Channel), impiegati per le segnalazioni, i sincronismi e in generale per la gestione del sistema. Ogni canale di traffico e associato in modo permanente ad un canale di controllo associato lento SACCH (Slow Associated Control Chan-nel), utilizzato nel senso Uplink per la trasmissione delle misure necessarie per l Handover, mentre nel senso Downlink trasmette i comandi per il controllo della potenza, per la gestione della trama e del collegamento. Per i messaggi urgenti relativi all attivazione dell Hand-over si utilizza un canale di controllo associato veloce FACCH. A.A Sistemi di Telecomunicazione 12/51

13 I canali di controllo A.A Sistemi di Telecomunicazione 13/51

14 I canali di controllo - I SDCCH (Stand-alone Dedicated Control Channel): usato per lo scambio delle informazioni prima di realizzare la connessione del traffico (es., per l autenticazione) e per servizi particolari quali la messaggistica breve; CBCH (Cell Broadcast Control Channel): in una cella si puo eliminare uno degli 8 SDCCH sostituendolo con un CBCH, usato per trasmettere messaggi (fino a 15 pagg. di 80 caratteri) a bassa velocita, originati dal Gestore della rete e diffusi nella cella in modalita broadcast. BCCH (Broadcast Control Channel): usato per trasmettere le informazioni del sistema come l identificazione di rete, di cella, descrizione del canale fisico e del canale di controllo. Viene inoltre utilizzato dalla MS per valutare il livello ricevuto dalle celle adiacenti, per le procedure di Localizzazione e di Handover. A.A Sistemi di Telecomunicazione 14/51

15 I canali di controllo - II FCCH (Frequency Correction Channel): detto canale a correzione di frequenza, viene periodicamente diffuso dalla BS per consentire al terminale la sintonia fine di frequenza del mobile. SCH (Syncronization Channel) o canale di sincronizzazione invia l informazione per la sincronizzazione della trama e l identificazione della BS. PCH (Paging CHannel): canale di ricerca, utilizzato per chiamare una MS a lanciare il processo di chiamata. RACH (Random Access CHannel): canale di accesso casuale per l eventuale richiesta, da parte di una MS, di dar luogo ad uno scambio di informazioni. AGCH (Access Grant CHannel): canale di concessione dell accesso. Porta il messaggio inviato dalla rete in risposta alla ricezione di un RACH, ed indica alla MS quale risorsa gli e stata assegnata per la connessione. A.A Sistemi di Telecomunicazione 15/51

16 Capacita dei canali logici del GSM A.A Sistemi di Telecomunicazione 16/51

17 Procedure: chiamata da fisso a mobile In base al numero del mobile chiamato, la rete fissa contatta il GMSC corrispondente. Il GMSC individua l HLR in cui e registrato l IMSI del numero chiamato. L HLR individua il VLR in cui e attualmente registrato il mobile chiamato. Il GMSC instrada la chiamata verso l MSC corrispondente alla zona individuata dal VLR. L MSC ricerca nel proprio dominio il mobile facendo spedire un messaggio di paging dalle BTS di propria competenza. Il mobile risponde al messaggio di paging alla propria BTS. Viene aperto un canale bidirezionale tra mobile e MSC (tramite la BTS servente) per effettuare l autenticazione del mobile e la cifratura delle comunicazioni. Conclusa positivamente l autenticazione la rete assegna al mobile un canale di traffico e viene stabilita la connessione tra i due terminali. A.A Sistemi di Telecomunicazione 17/51

18 Procedure: chiamata da mobile Il terminale compone il numero e invia la richiesta alla BTS servente, ovvero quella che ha sul canale BCCH un livello di segnale sufficiente. La MS aspetta e riconosce le informazioni di sincronismo. La BTS instaura un canale unidirezionale con la MS ed un collegamento con il MSC. L MSC della BTS servente analizza i dati del chiamante (IMSI) in collaborazione con il VLR e autorizza o impedisce la chiamata. Se la chiamata autorizzata e diretta verso la stessa rete GSM, l MSC inizia una procedura di interrogazione del HLR in base all IMSI del chiamato e la procedura prosegue in maniera analoga alla chiamata da fisso a mobile. Se la chiamata autorizzata e diretta altrove essa viene inoltrata al GMSC che provvede ad un suo corretto instradamento verso la rete esterna. A.A Sistemi di Telecomunicazione 18/51

19 Accesso Multiplo TDMA-FDMA Ibrido TDMA-FDMA: 248 canali (banda GSM primaria) di 200 KHz ciascuno multiplati in frequenza, ognuno dei quali supporta 8 canali multiplati nel tempo (0.577 ms per slot temporale). A.A Sistemi di Telecomunicazione 19/51

20 Struttura del canale - I Il sistema GSM e di tipo FDD (la separazione tra uplink e downlink avviene in frequenza): il metodo di accesso alle risorse del sistema GSM e stato scelto sia a divisione di tempo che di frequenza (TDMA/FDMA). Divisione in frequenza: P-GSM (GSM standard o primary GSM): 25 MHz suddivisi in 124 portanti spaziate di 200 KHz, uplink: 890 MHz MHz; downlink: 935 MHz MHz E-GSM (Extended GSM): 35 MHz suddivisi in 174 portanti spaziate di 200 KHz, uplink: 880 MHz MHz; downlink: 925 MHz MHz Divisione di tempo: Ogni sottobanda Ë suddivisa temporalmente in 8 intervalli (time slot) della durata di 0.577ms I time slots sono organizzati in una struttura gerarchica piu complessa: Frame: 8 time slots Multiframe: 26 frame per canali di traffico o 51 frame per canali di controllo Superframe: 51 multiframe di traffico o 26 multiframe di controllo Hyperframe: 2048 superframe I frame sono numerati progressivamente all interno del hyperframe (da 1 a con una periodicita di quasi 3.5 ore) Ogni canale TDMA/FDMA e identificato dalla terna (time slot, frame, portante) A.A Sistemi di Telecomunicazione 20/51

21 Struttura del canale - II All interno di ogni time slot viene trasmesso un pacchetto di dati (burst) normalmente composto da bit, che corrisponde ad una velocita di trasmissione lorda di 270 kbps. Il segnale vocale e codificato con 260 campioni ogni 20 ms, per una velocita di 13 kbps Ogni spezzone di segnale di 260 bit viene protetto con codici di canale che lo portano a 456 bit. Questo blocco e poi suddiviso in otto sottoblocchi di 57 bit che vengono trasmessi in otto mezzi burst interallacciati con il blocco precedente e con quello seguente. A.A Sistemi di Telecomunicazione 21/51

22 Struttura del canale - III Il GSM adotta la modulazione GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying),che vanta un inviluppo costante ed uno spettro compatto. I dati sono trasmessi ad una bitrate lorda di 270 kbps. I dati per un singolo utente sono trasmessi in un time slot per frame, quindi la bitrate lorda si riduce a 270/8 = 33 kbps. Le informazioni trasmesse rappresentano solo una parte dei bit trasmessi per l utente. Eliminando l overhead di livello fisico la bitrate per utente diventa di 114 bit (2 x 57 bit) trasmessi in ms (1 frame), cioe di 24.7 kbps. Queste sono ulteriormente ridotte per la multiplazione di dati utenti e segnali di controllo (su 26 trame 24 sono dati di traffico utente e 2 sono segnalazione) arrivando a 22.8 kbps. La voce e trasmessa con una bitrate di 13 kbps, mentre i dati sono trasmessi fino a 9.6 kbps. I rimanenti bit di traffico sono utilizzati per codici a correzione di errore. A.A Sistemi di Telecomunicazione 22/51

23 Trasmissione del segnale vocale A.A Sistemi di Telecomunicazione 23/51

24 Tipi di burst All interno della durata del BURST, che Ë fissa, trovano posto alcuni tipi diversi di burst, utilizzati per particolari servizi nella rete GSM: il BURST NORMALE (Normal Burst) che contiene i dati significativi dei messaggi sia informativi che di controllo il BURST DI CORREZIONE FREQUENZA (Frequency Correction Burst): i 142 bit posizionati a 1 generano uno spettro di contenuto fisso da cui le MS estraggono i criteri per il controllare la sintonia in frequenza del canale radio; il BURST DI SINCRONISMO (Synchronisation Burst): contiene una sequenza fissa di 64 bit nel midambolo, e consente la sincronizzazione fine del mobile; il BURST DI ACCESSO (Access Burst), impiegato per l inizio del dialogo tra la MS e la BTS. Il lungo periodo di guardia ha lo scopo di evitare che l ingresso del nuovo burst, non ancora gestito dal BSS, interferisca con i time-slot adiacenti; le due sequenze di 41 e 36 bit servono rispettivamente per la centratura del burst e per dare alla rete le informazioni circa l utente. A.A Sistemi di Telecomunicazione 24/51

25 Frequency Hopping La suddivisione in sottobande di 200 KHz non e sufficiente per ottenere una diversita in frequenza intrinseca per ripararsi da fenomeni quali: effetti delle fluttuazioni rapide del canale radio, l interferenza co-canale generate in uplink da due terminali di celle vicine che utilizzino lo stesso time slot e la stessa frequenza E stata introdotta come contromisura la tecnica del frequency hopping che prevede di trasmettere l informazione su diverse frequenze seguendo opportune sequenze di salti in frequenza che essendo note al ricevitore (sono comunicate sul canale di controllo BCCH, trasmesso sul time slot 0 di ogni frame) consentono di recuperare parte dell informazione attraverso codici a correzione d errore. I terminali GSM sono intrinsecamente flessibili in frequenza, nel senso che si debbono comportare sia come un trasmettitore che come un ricevitore. Il frequency hopping e ottenuto sfruttando questa caratteristica intrinseca dei terminali che consente di gestire agevolmente i salti in frequenza. Il frequency hopping GSM e detto lento poiche i salti in frequenza non avvengono all interno dello stesso time slot, che viene trasmesso tutto sulla stessa frequenza. A.A Sistemi di Telecomunicazione 25/51

26 Diagonal interleaving I 456 bit contenuti in una finestra temporale di 20 ms rappresentano un burst d informazione. Vengono aggiunti 8 bit per marchiare il singolo blocco, e i 464 bit risultanti vengono sottoposti ad una tecnica di diagonal interleaving, con la finalita di disperderli in un tempo di trasmissione abbastanza lungo, tale da minimizzare i fenomeni di distruzione istantanea del segnale informativo causato dai picchi di fading. Il blocco di 464 bit viene suddiviso in 8 sottoblocchi da 58 bitche vengono trasmessi in otto mezzi burst, interallacciati con il blocco precedente e con quello successivo. Il processo di diagonal interleaving determina un ritardo nella ricezione dell informazione di circa 40 ms, ma ha il vantaggio che qualora un blocco andasse perduto, verrebbe meno solo una porzione pari ad 1/8 della trama vocale, che puo venire ricostruita dal codificatore vocale. A.A Sistemi di Telecomunicazione 26/51

27 Funzioni dell interfaccia radio L interfaccia radio digitale rappresenta un concetto rivoluzionario, in quanto applica tecnologie estremamente avanzate e complesse. Le funzioni dell interfaccia Um, sono in sintesi le seguenti: conversione A/D: l informazione vocale analogica viene codificata alla frequenza di cifra di 13 Kb/s; codifica vocale: genera blocchi di 260 bit ogni 20 ms; codifica di canale: per la protezione dagli errori. Porta il numero di bit per blocco a 456 e la frequenza di cifra a 22,8 Kb/s; interallacciamento: i 456 bit vengono suddivisi in 8 sub-blocchi di 57 bit ciascuno che, presi a due a due da blocchi contigui, vengono associati in un diagonal interleaving; cifratura: per rendere indecifrabile il contenuto informativo; costruzione del burst: il burst viene costruito aggiungendo 26 bit di training sequence e alcuni bit di servizio, per complessivi 156,25 bit, di cui 148 utili. La durata del burst e di 0,577 ms; trama TDMA: il burst viene inserito nella trama-base TDMA, che comprende 8 time-slot e ha durata di 4,615 ms; modulazione: si tratta di modulazione GMSK. La catena di ricezione e praticamente simmetrica a quella di trasmissione. A.A Sistemi di Telecomunicazione 27/51

28 Codifica della voce Il metodo di codifica numerica della voce rappresenta un elemento fondamentale per le scelte di sistema di una rete radiomobile. Basti pensare quanto importante sia la bit-rate del segnale codificato, ai fini del contenimento dello spettro modulante. Ugualmente fondamentali altri aspetti, quali la forte resistenza al degrado introdotto dalla trasmissione radio, che si manifesta in tasso d errore elevato e fortemente variabile nel tempo; il ritardo di trasmissione, i cui alti valori sono potenzialmente in agguato trattando di trasmissione numerica, con pesanti conseguenze sulla qualita della conversazione bidirezionale; i complessi schemi di elaborazione e trattamento del segnale; i conseguenti elevati consumi. Si tratta di una delle maggiori sfide affrontate con l introduzione della trasmissione radiomobile numerica. A.A Sistemi di Telecomunicazione 28/51

29 Codificatore full-rate Il problema e stato affrontato ottimizzando i criteri di codifica vocale, partendo dal presupposto che questa puo essere implementata scegliendo tra due processi alternativi: o codificando la forma d onda del segnale (tipici esempi, il PCM e ADPCM) oppure analizzando i meccanismi con cui la voce viene generata, e ricavando modelli tali da realizzare la sintesi del segnale vocale, in grado di emulare l apparato vocale dell uomo. Il codificatore GSM adotta questa seconda soluzione, applicando una tecnica denominata RPE-LTP (Regular Pulse Excitation/Long Term Prediction) che analizza l inviluppo della voce nel dominio del tempo e della frequenza. Da tale analisi ricava dei parametri che, trasmessi a decoder, verranno da questo utilizzati per sintetizzare la voce, cioe ricostruirla localmente. A.A Sistemi di Telecomunicazione 29/51

30 FDD ed intervallo temporale tra Tx e Rx - I A.A Sistemi di Telecomunicazione 30/51

31 FDD ed intervallo temporale tra Tx e Rx - II Come gia visto, la tecnica di accesso utilizzata nel sistema GSM e del tipo TDMA/FDMA. L occupazione dello spettro disponibile viene realizzata mediante una multiplazione FDMA; nella banda GSM dei 900 MHz sono disponibili 124 frequenze portanti spaziate di 200 KHz. I due sensi di trasmissione (UPLINK e DOWNLINK) utilizzano due sottobande con passo di duplice pari a 45 MHz. Gli estremi di ogni sottobanda sono protetti da una banda di guardia larga 100 KHz. Nell esempio di figura, il canale RF 3 porta il senso di trasmissione UPLINK e il 3 il senso DOWNLINK dello stesso canale fisico. Si nota la diversita temporale dello stesso time-slot (n 5 nell esempio) tra i due sensi di trasmissione. Lo standard GSM prevede una spaziatura temporale di 3 time-slot tra le trame Uplink e quelle Downlink. Il ritardo della prima rispetto a quest ultima fa si che il mobile, ricevute informazioni o criteri di controllo nell istante appropriato, ha 2 time-slot di tempo per predisporsi a trasmettere la sua informazione di risposta. Nel tempo che intercorre prima del successivo burst downlink, la MS ha la possibilita di andare a misurare la qualita dei canali di una cella adiacente, in modo da predisporsi per un eventuale hand-off. In tutta questa attivita, e necessario evitare possibili collisioni tra time-slot trasmessi sulla medesima portante da piu MS; a tal fine nel sistema vengono utilizzate sofisticate tecniche di sincronizzazione e di allineamento adattativo di trama attraverso le quali la BTS possa controllare l allineamento del burst trasmesso dalla MS con la finestra temporale assegnata. A.A Sistemi di Telecomunicazione 31/51

32 Timing advance Poiche come visto il canale di trasmissione e localizzato in un intervallo temporale, nel sistema TDMA e assolutamente importante controllare il ritardo sulla ricezione del burst in conseguenza della distanza del mobile dalla BTS. Infatti il segnale radio viaggia con velocita finita impiegando un tempo dipendente dalla distanza tra MS e BTS; puo accadere che il burst di un mobile si sovrapponga al burst emesso da un altro mobile, col risultato di corrompere entrambe le informazioni. Il sistema prevede pertanto il controllo e la correzione di tale ritardo, mediante la tecnica di Timing Advance. La BTS calcola il ritardo e trasmette l informazione di Timing Advance alla MS, che provvede ad eseguire lo spostamento delle finestre temporali di Tx/Rx fino a centrare il time-slot nominale. Al variare della posizione di MS, la BTS segnala di ridurre il Timing Advance qualora si avvicini al centro della cella, e di aumentarlo man mano che se ne allontana. Mediante tale procedura, il GSM riesce a gestire ritardi fino a 233 us, utilizzando il ridottissimo tempo di guardia fra time-slot di 8,25 bit. Fanno eccezione i time-slot impiegati nella fase d accesso (access burst), in corrispondenza dei quali il Timing Advance non e ancora definito; in tal caso il rilevante tempo di guardia (68,25 bit) si rende necessario per evitare collisioni tra il nuovo burst entrante e quelli (di altre MS) gia presenti nella trama TDMA. A.A Sistemi di Telecomunicazione 32/51

33 Recupero della distorsione Equalizzazione adattativa Gli effetti dell interferenza intersimbolica prodotta dai cammini multipli vengono compensati equalizzando il ricevitore in modo dinamico. L equalizzatore non tenta di ricostruire convenzionalmente la linearita in ampiezza e fase del canale radio, ma piuttosto confronta il segnale ricevuto con la conoscenza della risposta del canale all impulso, per trovare la sequenza di dati trasmessa con la massima probabilita. La stima della risposta all impulso del canale si ottiene valutando la correlazione tra la sequenza di sincronizzazione ricevuta (il midambolo) con quella di riferimento memorizzata nel ricevitore. Il mobile infatti sa quale particolare codice colorato deve ricevere nella cella in cui si trova, scarta tutte le possibili sequenze del burst a meno di quella che possiede la massima verosimiglianza col midambolo noto; su tale verosimiglianza vengono poi allineati i parametri del dispositivo a filtro trasversale che corregge la risposta del canale. A.A Sistemi di Telecomunicazione 33/51

34 Diversita di spazio Diversita di spazio: nella BTS il segnale radio viene ricevuto su due antenne poste su due piani verticali distanziati tra loro di una misura D pari ad un multiplo N dispari di mezza lunghezza d onda. Tali due antenne alimentano rispettivamente altrettanti ricevitori, all uscita dei quali uno switch preleva il segnale demodulato da quello che presenta la migliore qualita. Il fattore di miglioramento dovuto alla diversita di spazio nella stazione radio base, va dai 3 db in area rurale, ai 7 db in area urbana e suburbana. Funzionalita della BTS: il transceiver (TRX) e l unita che svolge le funzioni necessarie per la rice-trasmissione; da un punto di vista funzionale, puo essere cosi suddiviso: TX - trasmettitore - genera la portante, effettua la modulazione GMSK, gestisce la potenza d uscita a RF RX - ricevitore - amplifica e seleziona il segnale RF ricevuto, lo demodula SP - signal processing - per ciascuno degli otto segnali che formeranno la trama, effettua l elaborazione numerica in banda base (codifca di canale, equalizzazione, ecc.) TC - controller - collegato al BSC attraverso un canale a 64 Kb/s, controlla le funzioni del TRX. A.A Sistemi di Telecomunicazione 34/51

35 Le procedure per l instaurazione ed il mantenimento della chiamata: Procedura di hand-over - I Appare immediatamente che la mobilita dell utenza pone il problema dello sconfinamento dalla cella, cioe del comportamento del sistema quando un utente in conversazione passa da una cella ad una adiacente. L ipotesi che cio avvenga aumenta in funzione della durata della conversazione e (in ragione inversa) della dimensione della cella. La mobilita in ambito urbano e la tendenza a ridurre il diametro delle celle, fanno si che un utente cambi cella piu volte nell arco di un minuto. E evidente pertanto la necessita di dotare il sistema radiomobile di una procedura che consenta di discriminare in modo rapido ed affidabile il suddetto sconfinamento, attuando tutte le azioni necessarie per non fare cadere la conversazione in corso. Cio viene attuato dalla procedura di Hand-Over. Mobilita dell utenza = sconfinamento dalla cella La procedura di Hand-Over si incarica di attuare tutte le azioni necessarie affinche la conversazione in corso venga mantenuta nel passaggio da una cella ad un altra. A.A Sistemi di Telecomunicazione 35/51

36 Le procedure per l instaurazione ed il mantenimento della chiamata: Procedura di hand-over - II La procedura di handover permette di riallocare dinamicamente le risorse associate ad un utente. Viene decisa dalla rete sulla base delle misure effettuate dal terminale mobile. Esistono differenti tipi di handover: Intra Cell e Intra BSC: Cambiamento del canale di traffico e della frequenza all interno della stessa cella. Dovuto a problemi di qualita sul canale. Inter Cell e Intra BSC: controllata totalmente dal BSC che si occupa di instaurare la nuova connessione, ordina al terminale di passare al nuovo canale, termina la connessione vecchia e aggiorna il VLR. Inter Cell e Inter BSC: Il BSC originario interroga l MSC per identificare la BTS destinataria che non e di sua competenza. L MSC instaura una nuova connessione con il BSC target e gestisce tramite il nuovo BSC il passaggio di canale del terminale e l aggiornamento del VLR. Inter MSC: E la procedura di handover piu onerosa i termini di segnalazione poiche implica la comunicazione tra due MSC, che tramite i rispettivi BSC delle BTS coinvolte gestiscono il passaggio di canale del terminale e l aggiornamento del VLR. A.A Sistemi di Telecomunicazione 36/51

37 Le procedure per l instaurazione ed il mantenimento della chiamata: Procedura di location-updating e paging Location updating: il territorio da servire e suddiviso in aree nelle quali il mobile viene localizzato. Quando il mobile cambia area di localizzazione (anche se non e in conversazione) si avvia una procedura di aggiornamento della localizzazione (essa puú avvenire in automatico oppure mediante controlli periodici). Paging: quando una chiamata e diretta verso un mobile, esso viene cercato sul canale di paging in tutta l area di localizzazione. Come e intuitivo, aree di localizzazione molto grandi comportano un risparmio in termini di location updating, ma contemporaneamente implicano un maggiore tempo/impiego di risorse per effettuare il paging. Il sistema deve indirizzare agli utenti mobili le chiamate provenienti dalla rete fissa. Deve quindi conoscere in tempo reale la posizione di ogni mobile attivo sul territorio. La funzione di LOCATION UPDATING viene eseguita negli MSC attraverso registri di localizzazione nei quali la posizione di ogni utente viene continuamente aggiornata. A.A Sistemi di Telecomunicazione 37/51

38 Le procedure per l instaurazione ed il mantenimento della chiamata: Procedura di roaming Una sistema radiomobile super-nazionale fondato su uno standard concordato, si basa sull insieme di numerosi Gestori ciascuno dei quali realizza una rete nazionale offrendo prestazioni e servizi che, pur all interno dello standard, possono differire da Gestore a Gestore. Il ROAMING e la possibilita offerta ad un utente di essere sempre rintracciabile in qualunque punto del territorio coperto da quel determinato sistema radiomobile, anche se il servizio viene offerto da un Gestore diverso da quello presso cui l utente si e sottoscritto. Si ha Roaming nazionale, quando avviene tra operatori della stessa Nazione, oppure Roaming internazionale quando avviene tra operatori di Stati diversi. Per poter realizzare le procedure di roaming, sono necessari: accordi di roaming fra i Gestori di quel particolare standard, in modo che ciascuno metta a disposizione tutte le prestazioni che consentiranno all utente di un altro Gestore di poter disporre dei servizi sottoscritti una rete di interconnessione che consenta agli elementi di rete dei distinti Gestori di scambiare informazioni, segnalazioni e servizi A.A Sistemi di Telecomunicazione 38/51

39 Le procedure per l instaurazione ed il mantenimento della chiamata: Procedura di autenticazione Le procedure di Hand-Over e di Roaming richiedono che tutti gli apparati siano preventivamente riconosciuti dalla rete, che quindi cataloga in una banca dati gli utenti autorizzati. Cio e particolarmente importante nel caso di coperture territoriali offerte da piu Gestori. E necessario che le diverse reti coesistenti abbiano accessi differenziati e controllati, effettuando ad ogni accesso da parte dell utenza una specifica procedura di autenticazione. E opportuno ricordare, poi, che nell ottica della deregulation ormai attiva in tutti gli stati moderni, e ammessa l esistenza di piu Gestori le cui reti sono per lo piu sovrapposte in larga misura, utilizzano canali all interno delle stesse bande di frequenza e sono accessibili da qualsiasi apparato venduto per quel determinato servizio. Poiche pero un determinato mobile sara necessariamente utente dell uno o dell altro Gestore, e ovvio che le due reti devono avere accessi differenziati e controllati. A tale fine, i canali esistenti in una determinata area vengono marcati con codici particolari da parte della rete che ne e proprietaria, in modo che i terminali portatili possano riconoscere automaticamente la rete a cui sono autorizzati ad accedere. A.A Sistemi di Telecomunicazione 39/51

40 Procedure radio Discontinuous transmission: la Discontinuos Transmission (DTX) e una procedura che, sfruttando la caratteristica per cui una persona mediamente parla per meno del 40% in una normale conversazione, disattiva il trasmettitore durante i periodi di silenzio. Il vantaggio del DTX e quello di permettere al terminale di risparmiare potenza (e quindi di prolungare la durata delle batterie). Questa tecnica presenta l ulteriore vantaggio di ridurre l interferenza co-canale. Discontinuous reception: Il canale di paging e strutturato in sotto-canali. Ogni terminale mobile deve ascoltare solamente il proprio sotto-canale. Nei rimanenti time slots il terminale puo andare in sleep mode, dove la potenza utilizzata e minima. Power control: Sia il mobile che la BTS operano al minor livello di potenza che consenta di mantenere una qualita di segnale accettabile. I livelli di potenza possono essere aumentanti o diminuiti con un passo di 2dB nell intervallo di potenze che parte da 13dBm (20mW) fino alla potenza di picco relativa alla classe di appartenenza del terminale. A.A Sistemi di Telecomunicazione 40/51

41 Gestione dinamica della potenza TX Gli apparati MS sono suddivisi in 5 classi, in funzione della potenza che erogano a pieno regime. Inoltre sono assoggettati alla funzione di controllo dinamico della potenza trasmessa (PC=Power Control) che prevede la regolazione della potenza entro 30 db (a passi di 2 db) al di sotto della potenza massima consentita dalla classe. La funzione di PC viene eseguita in modo indipendente per ogni time-slot (canali di traffico TCH e di segnalazione SDCCH, e comprende quindi i relativi canali di segnalazione SACCH e FCCH) e per ogni MS, sotto il governo del BSS; la BTS rileva nelle multitrame SACCH, nei due sensi e su ogni canale attivo, le grandezze significative del segnale ricevuto; sullo stesso canale, la MS (sempre sul canale SACCH) riceve il comando di variazione della potenza. Per quanto riguarda il senso downlink (Fisso-Mobile) sono previste 8 classi di potenza. Il Gestore puo pianificare l impianto secondo la dimensione della cella, e lo standard GSM prevede la riduzione ulteriore della potenza massima in 6 step da 2 db, per eventuali adeguamenti della rete. Inoltre il trasmettitore della BTS puo venire assoggettato al controllo dinamico della potenza trasmessa su 15 livelli, come nel caso della MS. Solo il canale BCCH viene trasmesso sempre a livello costante). L ampiezza in ogni time-slot soggetto a PC raggiunge i valori di regime con variazioni opportune, che si esauriscono nei guard period dei relativi burst. A.A Sistemi di Telecomunicazione 41/51

42 Potenza emessa da MS: energia effettivamente irradiata Nel caso del radiomobile, ha maggiore influenza sul SAR la piccola emissione del terminale portatile, molto vicino all utilizzatore, che non gli impianti fissi BTS, la cui intensita di campo decresce molto rapidamente con la distanza. Possono invece avere peso significativo gli impianti di radio e tele diffusione, per l elevata potenza che spesso emettono nell ambiente circostante. Nelle reti cellulari moderne la potenza emessa dal trasmettitore radiomobile puo variare entro ampi limiti in funzione della attenuazione di propagazione. Quando l intensita di segnale indicata sul display e piccola, l apparato emettera una potenza sensibilmente maggiore che non nel caso opposto. Cio significa che cercare per la propria telefonata una zona coperta da un segnale robusto realizza una condizione doppiamente vantaggiosa: migliore qualita nella conversazione e maggiore sicurezza contro effetti fisiologici. A.A Sistemi di Telecomunicazione 42/51

43 DTX - TX discontinuo La funzione Trasmissione Discontinua consente di emettere la portante solo se modulata, ovvero quando c Ë attivita vocale su un canale TCH fonico. Cio consente di risparmiare batteria e ridurre l interferenza media in tutta l area PLMN. Questa funzione viene svolta sia nella MS che nella BTS dal dispositivo Voice Activity Detector (VAD), che riconosce i periodi di attivita della voce. La DTX richiede che la rete sia debitamente informata degli eventi di soppressione della portante, sia per evitare l abbattimento della connessione, sia perche le misure di livello ricevuto ai fini del PC e dell HO siano eseguite solo nelle trame effettivamente e sicuramente presenti. La soppressione della portante comporta tuttavia un effetto altamente sgradevole alĺıorecchio ricevente, per cui GSM ricostituisce il rumore di fondo soppresso in trasmissione. Analizzando lo spettro del segnale vocale, riconosce le pause del parlato e invia una opportuna informazione (Silence Indicator - SID frames). Sul ricevitore, nel corso delle pause di silenzio, viene generato un rumore di cortesia (il cosiddetto comfort noise). A.A Sistemi di Telecomunicazione 43/51

44 Sistemi radianti Tre antenne costituiscono una cella. La trasmissione avviene sull antenna centrale, a cui accedono tutti i trasmettitori tramite un combiner, dispositivo passivo ma selettivo in frequenza. Le due antenne laterali alimentano i ricevitori. Ognuna di queste accede ad uno splitter, o divisore attivo; si tratta di un dispositivo che ripartisce ĺıunico ingresso su un numero rilevante di uscite. La potenza che viene persa in questa divisione, viene recuperata da un circuito amplificatore a larga banda, dimensionato in modo che tra ingresso e le uscite il guadagno sia nullo. Ognune delle due antenne riceventi, seguita dal proprio splitter, alimenta uno dei due ingressi a RF di ciascun ricevitore: tale configurazione e richiesta, come noto, per le esigenze della diversita di spazio. I risultati migliori ai fini della decorrelazione dei segnali ricevuti, si ottengono spaziando le due antenne riceventi di un numero dispari di mezze lunghezze d onda. Nel caso di copertura a clover, il sito radio alimentera sullo stesso impianto radiante tre sistemi di antenna, ciascuno realizzato con antenne direzionali aventi un apertura orizzontale del diagramma di radiazione pari a 120. A.A Sistemi di Telecomunicazione 44/51

45 Schema a blocchi MS L apparato portatile deve rispondere a caratteristiche di grande compattezza, leggerezza, minimizzazione dei consumi. Tali caratteristiche si ottengono grazie all ampio utilizzo dell integrazione a larga scala, per cui le funzionalita dell apparato sono racchiuse in pochi chip VLSI, a cui sono devolute funzioni molto complesse: il sottosistema di banda base: comprende l interfaccia acustica (microfono, auricolare, altoparlante) e l elaborazione digitale del segnale vocale (codifica della fonia, codec vocale, codifica di canale, ecc.) il sottosistema radio: in trasmissione genera, modula e amplifica il segnale da trasmettere; in ricezione filtra, amplifica e demodula il segnale ricevuto. Si tratta di processi numerici utilizzanti tecniche di mo-demodulazione discreta. il sottosistema sintetizzatore: e il circuito che provvede a eseguire la sintonia dell apparato sui 124 canali radio disponibili nella banda dei 900 MHz. Possiede caratteristiche di grande rapidita nel cambio di frequenza, come necessario per realizzare processi quali il Frequency Hopping e la misura delle celle adiacenti; inoltre e in grado di allinearsi in maniera fine alla frequenza del trasmettitore, grazie ai criteri ricevuti sul Frequency Correction Burst. il sottosistema di controllo: controlla i sottosistemi sopra descritti e il sintetizzatore, la sincronizzazione del terminale con la rete e la temporizzazione delle varie fasi della connessione; inoltre gestisce le interfacce esterne verso l utente e la SIM CARD. A.A Sistemi di Telecomunicazione 45/51

46 I numeri della MS Ad ogni MS e prevista l assegnazione di 3 numeri identificativi, che vengono verificati dal sistema radiomobile prima di consentire l accesso in rete dell abbonato: IMEI (identifica l apparato), IMSI (utilizzato per funzioni interne alla rete, e pertanto noto solo a questa e non all utente, ne leggibile dai terminali commerciali), MSISDN (il numero telefonico dell utente). A.A Sistemi di Telecomunicazione 46/51

47 Identita della MS: la SIM Card La SIM CARD fa parte della famiglia delle Smart Card (Carte Intelligenti); al suo interno, contiene un microprocessore in tecnologia CMOS, dotato di proprio sistema operativo (ROM, RAM, EEPROM) in grado di interfacciarsi con il mondo esterno attraverso una serie di connettori dorati da cui trae alimentazione, clock e link dati asincrono. La SIM puo avere un supporto fisico a formato standard IC-CARD (standard ISO 7816), delle dimensioni di una carta di credito; su alcuni modelli di terminali portatili si utilizza per lo piu un modulo plug-in di dimensioni ridotte (25x15 mm). Per entrambi i supporti, ETSI-GSM ha standardizzato le caratteristiche elettriche e meccaniche. La tensione di alimentazione di una SIM di phasei e di 5 V; l assorbimento di corrente e inferiore a 10 ma. Le SIM di phaseii richiedono una minore tensione (3 V) ed assorbono meno di 6 ma. La SIM Card contiene i dati permanenti di utente, tipicamente la IMSI o Identita Internazionale dell Abbonato Mobile, la chiave di autenticazione e gli algoritmi usati per la procedura di autenticazione. Questi dati, una volta scritti in aree di memoria protette (ROM), non sono piu accessibili ne modificabili: cio garantisce un elevato grado di sicurezza contro l utilizzo indebito o doloso degli apparati. A.A Sistemi di Telecomunicazione 47/51

48 Identita hardware della MS: IMEI IMEI (International Mobile Equipment Identity) identifica in modo univoco un Mobile Equipment (ME). E quindi cablato nel ME direttamente dal Costruttore, ed e assolutamente indipendente dal IMSI. L IMEI ha una lunghezza di 15 cifre, cosi strutturate: IMEI = TAC / FAC / SNR / sp, dove: TAC (Type Approval Code, 6 cifre) identifica il corpo base del terminale; FAC (Final Assembly Code, 2 cifre) identifica il luogo di costruzione; SNR (Serial number, 6 cifre) un numero seriale progressivo; sp (spare) cifra supplementare di riserva. Per consentire un controllo del parco apparati in circolazione, l IMEI viene confrontato con i dati registrati nell EIR, dove esistono tre liste: la WHITE LIST: contiene gli IMEI di tutti i ME omologati, e quindi autorizzati a connettersi alla rete; la GREY LIST: contiene gli IMEI faulty oppure non omologati. Questi apparati vengono segnalati quando richiedonol accesso; la BLACK LIST: contiene gli IMEI da considerarsi bloccati (ad es, perche rubati) e quindi non autorizzati a connettersi con la rete. Il controllo dell IMEI di una MS che chiede accesso alla rete viene effettuato ogni n tentativi di accesso, mediante la procedura IMEI CHECK. A.A Sistemi di Telecomunicazione 48/51

49 Procedura di autenticazione La richiesta di servizio e la procedura di affiliazione sono precedute da una procedura di autenticazione del tipo challenge/signed response, tale da evitare che acceda alla rete una MS che si serve di un identificativo IMSI appartenente ad altra MS. Finalita della procedura di autenticazione sono quindi: verificare l identita della MS, assegnare di volta in volta una TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity), ossia un indicativo temporaneo di identita, ed una nuova chipering key Kc, che e la chiave per la procedura di encryption. La TMSI e normalmente utilizzata in tutte le fasi di accesso alla rete e solo all interfaccia radio in luogo della IMSI, per tutelare la segretezza dell identita dell utente. Tale numero infatti viene generato dal VLR e comunicato alla MS, che lo memorizza nella SIM Card; tuttavia la sua validita cessa quando l apparato viene spento, e un nuovo TMSI viene assegnato ad ogni nuova registrazione. La validita dei dati di autenticazione trasmessi alla rete dal terminale d utente e verificata dal VLR tramite una procedura di risposta alla sfida illustrata in figura. A.A Sistemi di Telecomunicazione 49/51

50 I numeri dell identita MS IMEI e come visto il numero dell apparato ME, cablato direttamente dal Costruttore al suo interno. IMSI e il numero attraverso il quale la rete identifica la MS. E noto a tutte le entita di rete (MS, HLR, VLR, MSC), ma non all utente. Contiene il codice del Paese (Italia = 222), il codice della PLMN, il numero della MS; le prime cifre servono per individuare l HLR d iscrizione. Viene usato da MS quando si presenta all autenticazione: viene usato dalla rete per identificare univocamente la MS durante la sua attivita. IMSI viene inviata solo una volta, in fase di autenticazione; poi viene sostituito con un Temporary Mobile Subscriber Identity (TMSI), per rendere impossibile l indebito appropriarsi della chiave di accesso dell utente. TMSI puo essere cambiato ad ogni accesso alla rete. MSRN e il Roaming Number che viene assegnato temporaneamente ad una MS: contiene il codice dello Stato (39 per l Italia), l indicativo distrettuale e il numero temporaneo. MSRN viene assegnato dal MSC visitato ed iscritto nel relativo VLR; da questo viene comunicato al HLR che lo associa agli altri numeri d utente MSIISDN e IMSI. A.A Sistemi di Telecomunicazione 50/51

51 Procedura di roaming internazionale La chiamata generata da un utente straniero in una Visited-PLMN e trattata in modo sostanzialmente analogo a quella originata da un proprio utente, dato che la procedura per la chiamata si basa sulle informazioni acquisite nel VLR nella fase di autenticazione. Per quanto riguarda la chiamata terminata sull utente, occorre ricordare che esso, pur essendo individuato univocamente dall IMSI, viene caratterizzato dal numero MSISDN che comprende il codice CC del Paese, l indicativo distrettuale NDC e le cifre d abbonato SN. Pertanto una chiamata, indipendentemente da dove sia stata generata e dalla posizione dell utente chiamato, viene in ogni caso instradata verso la Nazione e il Distretto contenuti nel MSISDN. L HLR a cui giunge la chiamata, in base all identificativo IMSI e alla localizzazione, entrambi associati all MSISDN, interroga il VLR estero che risponde consegnando all HLR il Roaming Number (MSRN) temporaneamente associato all IMSI dell utente, che contiene il codice della Nazione e l identificativo distrettuale della rete visistata. A.A Sistemi di Telecomunicazione 51/51