Capitolo 4 Il sistema UMTS Architettura e livello fisico

Capitolo 4 Il sistema UMTS Architettura e livello fisico In questo capitolo viene descritta l architettura di rete del sistema di comunicazione mobile cellulare UMTS e ne viene analizzata la struttura protocollare, approfondendo in modo particolare il livello fisico. 4.1 Evoluzione dalle reti GSM a quelle UMTS La futura introduzione del sistema di comunicazione mobile UMTS è considerata un evento rivoluzionario, in grado di raggiungere importanti obiettivi come la convergenza tra reti fisse e reti mobili, l offerta di un ampia gamma di servizi, comprendendo tra essi tutto ciò che attualmente viene definito con il termine comunicazione multimediale, e una vasta disponibilità di applicazioni accessibili sia in modo wired che wireless. Il raggiungimento di tali obiettivi è possibile principalmente tramite lo sviluppo di un interfaccia radio innovativa, senza tuttavia trascurare la core network che supporta il sistema di accesso alla rete. Le attuali core network dei sistemi di telecomunicazione mobile sono principalmente ottimizzate per il trasporto vocale tramite connessioni a circuito mentre, al contrario, per UMTS vi è la necessità di supportare anche il trasferimento di dati nella modalità a pacchetto. L integrazione tra reti mobili e fisse ha come conseguenza la realizzazione di un sistema in grado di fornire una singola piattaforma di servizi di telecomunicazione. Le principali funzionalità richieste ad UMTS sono, quindi, 81

la capacità di supportare servizi dati a larga banda, comunicazioni di tipo simmetrico e asimmetrico, traffico a commutazione di circuito con garanzia di QoS, traffico a commutazione di pacchetto con diversi livelli di QoS, servizi real time e non real time e l introduzione di nuovi servizi basati su tariffazioni flessibili. La nascita delle nuove reti UMTS è un evoluzione delle attuali reti di telefonia mobile numeriche (di seconda generazione), le quali presentano il grande vantaggio di essersi diffuse ampiamente e velocemente in tutto il mondo, divenendo uno standard de facto. Il passaggio da GSM a UMTS risulta quindi un percorso costituito da un insieme di passi successivi strettamente correlati tra di loro. L infrastruttura delle attuali reti mobili si è evoluta a partire da quella delle reti di telecomunicazione pubbliche fisse, caratterizzate da ritardi di trasferimento limitati, ereditando però da esse la bassa flessibilità dell architettura di rete e la difficoltà di sviluppare nuove caratteristiche. Infatti l infrastruttura delle reti mobili è strettamente legata alla scelta delle tecniche di comunicazione sull interfaccia radio, rendendo difficoltose le modifiche su di essa senza ripercussioni sulla parte di rete fissa. Inoltre, l interfaccia radio, essendo ottimizzata per il traffico vocale, può dare luogo ad alcuni problemi quando si intendono aggiungere nuovi servizi dati; infine la tariffazione, basata sulla durata della connessione e sulla distanza, risulta essere scarsamente flessibile. Molte di queste limitazioni sono state affrontate dai comitati di standardizzazione internazionali e hanno portato a soluzioni che attualmente stanno per essere introdotte. Una di queste soluzioni è l evoluzione dalle reti GSM verso il sistema General Packet Radio Service (GPRS) che fornisce agli operatori la possibilità di offrire servizi dati notevolmente migliorati rispetto a quelli supportati dal GSM, le cui velocità sono limitate a 9.6 kbit/s. Tali miglioramenti sono dovuti all utilizzo della commutazione di pacchetto che permette di supportare le comunicazioni IP direttamente sull interfaccia radio, senza il bisogno di instaurare una connessione a circuito. Quindi, il sistema GPRS rappresenta il primo passo verso l introduzione della tecnica a commutazione di pacchetto sull'interfaccia radio. La tecnica di trasporto a commutazione di pacchetto, rispetto a quella a commutazione di circuito, permette di trasferire contemporaneamente in modo efficiente dati che richiedono bit rate variabili, ma anche informazioni di segnalazione; questa tecnica è stata scelta per essere utilizzata all interno dei sistemi che rappresentano l evoluzione delle reti GSM proprio perché permette un migliore sfruttamento delle risorse della rete. 82

R reference point Um or Uu Gi reference point TE MT GPRS / UMTS packet domain network 1 PDNs or other networks MS Gp GPRS / UMTS packet domain network 2 Figura 4.1: Interfacce di accesso al dominio a pacchetto e punti di riferimento Entrambi i sistemi GPRS e UMTS sono accomunati da un evidente separazione tra gli elementi della rete che si occupano delle gestione delle risorse radio e che rendono possibile la comunicazione con i terminali mobili, da quelli che invece regolano il flusso dei dati all interno della rete fissa e che realizzano l interconnessione con altre reti. Ciò che rende diversi questi due sistemi è principalmente il tipo di accesso radio utilizzato (radio subsystem); il core network, invece, è mantenuto senza grandi variazioni. Il passaggio da GPRS a UMTS è quindi un esempio di come la separazione tra i diversi elementi della rete permetta di riutilizzare il network subsystem con diverse tecnologie di accesso sull interfaccia radio (fig. 4.1 e 4.2). Infatti è proprio quest ultima che influisce maggiormente sulla qualità dei servizi offerti delle reti radiomobili, poiché la trasmissione sul canale radio è molto critica e necessita di particolari accorgimenti per poter soddisfare, con adeguati livelli qualitativi, la crescente richiesta di servizi ad alto bit rate. La parte della rete denominata core network è basata su un sistema di trasporto di tipo ATM/IP. Si è scelto di adottare una soluzione mista in quanto ATM è in grado di fornire un elevata velocità di commutazione e diversi parametri di QoS, mentre IP, a causa della sua grande diffusione, permette un facile interworking con una moltitudine di altri sistemi. In questo modo, i diversi livelli di qualità di servizio permettono un efficiente trasferimento sia di traffico real-time (trasferimento voce o video) che di quello non real-time (trasferimento di dati intermittenti e a burst, occasionali trasmissioni di grandi quantità di dati), ma anche di applicazioni basate su protocolli standard e di servizi di messaggistica come gli SMS (short messages). 83

SMS-GMSC SMS-IWMSC SM-SC E Gd C MSC/VLR HLR D Gs A Iu Gc Gr R Uu Iu Gi TE MT UTRAN SGSN GGSN PDN TE Gn Ga Gb Ga TE MT BSS Gp Gn Billing R Um CGF System SGSN GGSN Other PLMN Signalling Interface Signalling and Data Transfer Interface Gf EIR Figura 4.2: Architettura logica del dominio a pacchetto GPRS - UMTS Un'altra caratteristica importante è determinata dall introduzione di una tariffazione flessibile che può dipendere dalla durata della connessione, ma anche dalla quantità di dati trasferiti o dalla qualità di servizio richiesta. Dal punto di vista dell utente, ciò che rende diverso il sistema UMTS da GPRS è una maggiore disponibilità di servizi ed una maggiore velocità di trasferimento dati; essa è resa possibile da un allocazione delle risorse radio molto flessibile ed efficiente, in quanto per la trasmissione di dati a pacchetto, a seconda del livello di attività di un terminale mobile, possono essere allocati dalla rete canali comuni a contesa o canali dedicati. 4.2 I servizi e le classi di Quality of Service Dovendo ospitare un ampia gamma di servizi con caratteristiche molto diverse, è indispensabile che la rete UMTS associ ad ognuno di essi una certa qualità di servizio (QoS) che permetta di identificare in modo univoco i requisiti del servizio di trasporto (Radio Bearer) da utilizzare. Nel definire le diverse classi 84

di QoS in UMTS, è necessario tenere in considerazione le limitazioni e le restrizioni proprie dell interfaccia radio, le quali richiedono l introduzione di meccanismi appropriati per garantire la QoS necessaria. Sono definite quattro diverse classi di qualità di servizio in base alla sensibilità ai ritardi di trasferimento: Conversational class: è la classe più sensibile ai tempi di trasferimento e viene utilizzata per il trasporto di traffico real time. Uno degli utilizzi più conosciuto di questa classe è la telefonia, ma con gli sviluppi di Internet e dei servizi multimediali, un ampia gamma di nuove applicazioni rientrerà in questa categoria, come il trasporto della voce tramite il protocollo IP e il trasferimento di immagini e audio (videoconferenza). I servizi principali della Conversational class, quindi, sono costituiti dalle comunicazioni tra due o più persone; proprio per il fatto che i requisiti qualitativi sono strettamente determinati dalle percezioni umane, essi devono sottostare a vincoli più severi rispetto a tutte le altre classi di qualità del servizio. Infatti, le caratteristiche principali della Conversational class sono il basso ritardo di trasferimento, la limitata variazione di esso ed il mantenimento delle relazioni temporali tra le varie entità che compongono il flusso dati. Streaming class: viene utilizzata per il trasporto di un flusso dati real time e unidirezionale sia di tipo video che audio. Questa classe, come la Conversational class, è caratterizzata dal mantenimento delle relazioni temporali tra le varie entità che compongono il flusso dati e da una limitata variazione dei ritardi del flusso end-to-end. La variazione ammessa per i ritardi di trasferimento, però, risulta essere molto più grande di quella data dai limiti della percezione umana e quindi da quella richiesta al punto precedente. Interactive class: viene applicata al caso in cui l utente finale richieda dati ad un apparato remoto. Alcuni esempi possono essere il Web Browsing, la ricerca su data base e l accesso ad un determinato server. Questa classe è caratterizzata dal fatto che l utente finale attende un messaggio in risposta all interrogazione effettuata all apparato remoto. Risulta quindi di primaria importanza il round trip delay che deve essere contenuto in tempi ragionevoli; inoltre è necessario che il trasferimento dei dati avvenga in modo trasparente, con basso tasso d errore. Background class: viene utilizzata nel caso in cui l utente finale, in genere un computer, stia effettuando un trasferimento di file in background. Alcuni esempi possono essere l utilizzo della E-mail, oppure la spedizione di SMS 85

Traffic class Conversational class Conversational RT Streaming class streaming RT Interactive class Interactive best effort Background Background best effort Fundam - Preserve time ental relation (variation) characte between information ristics entities of the stream Exampl e of the applicati on - Conversational pattern (stringent and low delay ) -voice -Preserve time relation (variation) between information entities of the stream -streaming video - Request response pattern - Preserve payload content Tabella 4.1: Classi di QoS - Destination is not expecting the data within a certain time - Preserve payload content - Web browsing - background download of emails Traffic class Maximum bit rate (kbps) Conversation al class Streaming class Interactive class < 2048 < 2048 < 2048 overhead Background class < 2048 overhead Delivery order Yes/No Yes/No Yes/No Yes/No Maximum SDU size (octets) <=1500 or 1502 <=1500 or 1502 <=1500 or 1502 <=1500 or 1502 Delivery of Yes/No/- Yes/No/- Yes/No/- Yes/No/- erroneous SDUs Residual BER 5*10-2, 10-2, 5*10-3, 10-3, 5*10-2, 10-2, 5*10-3, 10-3, 4*10-3, 10-5, 6*10-8 4*10-3, 10-5, 6*10-8 10-4, 10-6 10-4, 10-5, 10-6 SDU error ratio 10-2, 7*10-3, 10-3, 10-4, 10-5 10-1, 10-2, 7*10-3, 10-3, 10-4, 10-5 10-3, 10-4, 10-6 10-3, 10-4, 10-6 Transfer delay (ms) Guaranteed bit rate (kbps) Traffic handling priority Allocation/Retention priority Source statistic descriptor 80 maximum value 250 maximum value < 2048 < 2048 1,2,3 1,2,3 1,2,3 1,2,3 1,2,3 Speech/ unknown Speech/ unknown Tabella 4.2: Parametri dei radio access bearer ed il download di file da data base. Per questa classe è importante sottolineare il fatto che l utente non ha la necessità di ricevere i dati in tempo reale, e quindi è quella meno sensibile ai tempi di consegna. 86

CN Iu UTRAN UE Uu UTRAN CN UE UMTS Terrestrial Radio Access Network Core Network User Equipment Figura 4.3: Architettura generale del sistema UMTS Al contrario, la Background class richiede la massima affidabilità e integrità sulla trasmissione dei dati e necessita quindi di un basso tasso d errore. Mentre le prime due classi sono adatte al trasporto dei flussi di traffico real time, le ultime due sono quelle più adatte per le tradizionali applicazioni Internet come WWW, E-mail, FTP, Telnet, ecc. A causa dei bassi requisiti di ritardo rispetto alla classe conversazionale e quella streaming, la background class e la interactive class offrono un minor error rate tramite opportuni schemi di codifica e di ritrasmissione. Il traffico della interactive class ha una priorità più alta rispetto al traffico background e quindi quest ultimo può utilizzare soltanto le risorse lasciate libere dal traffico interactive. Tale caratteristica è importante nelle reti wireless, poiché la larghezza di banda a disposizione è di gran lunga inferiore a quella utilizzata nelle reti fisse. La tabella 4.1 mostra le caratteristiche delle classi di QoS, mentre la tabella 4.2 mette in evidenza per ogni classe i parametri del radio access bearer. 4.3 Architettura generale Se si osserva la figura 4.3, si può notare come la struttura della rete UMTS possa essere essenzialmente suddivisa in 3 elementi principali: 87

Non-Access Stratum GC Nt DC GC Nt DC Access Stratum UE Radio (Uu) UTRAN Iu Core Network Figura 4.4: Suddivisione in Access Stratum e Non Access Stratum UE (User Equipment): è il terminale mobile di cui si serve l utente per usufruire di tutti i servizi offerti dalla rete. Come per GPRS, sono previsti diversi tipi di user equipment, in base alla modalità operativa supportata. E infatti prevista la possibilità di utilizzare solo i servizi a commutazione di circuito, solo quelli a commutazione di pacchetto o entrambi. Un UE comunica con l UTRAN tramite l interfaccia radio U u. UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network): è l entità dedicata al controllo dell accesso alla rete tramite la gestione delle risorse radio disponibili. L UTRAN è l unità che maggiormente differenzia il sistema UMTS rispetto a GPRS, principalmente a causa dell introduzione della tecnica di multiplazione a divisione di codice al posto di quella a divisione di tempo utilizzata nei sistemi cellulari GSM/GPRS. La connessione con la core network avviene tramite l interfaccia I u. CN (Core Network): è l entità che si occupa di fornire agli utenti i vari servizi richiesti: può essere connessa con reti di tipo diverso che supportano svariati protocolli di comunicazione. Sarà compito dei diversi operatori di rete definire e negoziare le interconnessioni con quelle esterne (PDN o altro). La figura 4.4 mette in evidenza le stratificazioni all interno dell architettura di UMTS, ovvero la suddivisione della rete in Access Stratum (AS) e Non Access Stratum (NAS). L Access Stratum comprende un insieme di elementi funzionali di cui fanno parte tutti i livelli appartenenti all URAN (UMTS Radio Access Network) e parte dei livelli all interno dello User Equipment. 88

GC Nt DC GC Nt DC Relay GC Nt DC GC Nt DC GC Nt DC GC Nt DC Uu Stratum Iu Stratum UE Radio (Uu) UTRAN Iu Core Network Figura 4.5: Rappresentazione del modello dell UTRAN GC Nt DC GC Nt DC RRC RRC bearers RLC/MAC/PHY RLC/MAC/PHY UE Radio (Uu) UTRAN Figura 4.6: Modello dell Uu Stratum 89

Il confine tra AS e NAS è determinato dalla separazione tra livelli dipendenti dalla particolare tecnica di accesso radio utilizzata e quelli totalmente indipendenti da essa. Questo confine si trova all interno dell UE (mobile boundary) e in particolari nodi della rete (fixed boundary). Questa suddivisione è necessaria affinché la riconfigurazione della rete di accesso o le modifiche apportate ad essa abbiano il minimo impatto sulle funzionalità della core network (e viceversa). Inoltre una particolare Access Network, attraverso l interfaccia I u, può offrire l accesso a diversi tipi di core network e deve risultare trasparente ai diversi servizi supportati. L Access Stratum offre i servizi attraverso i seguenti Services Access Points (SAP), che saranno meglio descritti nel paragrafo 4.5.1, al Non Access Stratum: General Control (GC) SAP Notification (Nt) SAP Dedicated Control (DC) SAP Questa stratificazione può essere ridefinita per distinguere le entità finali dell Access Stratum, che forniscono i servizi ai livelli superiori, dalle entità locali, che forniscono servizi rispettivamente sull interfaccia U u e I u. La figura 4.5 mostra tali caratteristiche. Il blocco Uu Stratum comprende le entità descritte in figura 4.6, in cui si nota come il livello RRC svolga un ruolo di supervisione sui livelli protocollari RLC/MAC e fisico dell interfaccia radio. I protocolli di comunicazione riguardanti le interfacce di rete U u e I u, a cui si è fatto riferimento precedentemente, possono essere divisi in due gruppi: Protocolli del piano utente: sono i protocolli che supportano i servizi RAB, ovvero Radio Access Bearer, trasportando i dati d utente attraverso l Access Stratum Protocolli del piano di controllo: sono i protocolli utilizzati per il controllo dei vari RAB e delle connessioni tra il terminale mobile UE e la rete. Tra i vari compiti vi sono anche la richiesta dei vari servizi, la gestione delle risorse per le trasmissioni e l organizzazione degli handover. E anche presente un particolare meccanismo per il trasferimento in modalità trasparente dei messaggi riguardanti il Non Access Stratum. 90

Core Network Iu Iu RNS RNS RNC Iur RNC Iub Iub Iub Iub Node B Node B Node B Node B Figura 4.7: Architettura dell UTRAN Core Network Iu DRNS Iur SRNS Cells UE Figura 4.8: Serving RNS e Drift RNS 4.4 UTRAN 4.4.1 Architettura dell UTRAN L UTRAN è costituito da un insieme di Radio Network Subsystem connessi alla core network attraverso l interfaccia I u. Un Radio Network Subsystem, come mostrato in figura 4.7, comprende due elementi fondamentali: un Radio Network Controller ed uno o più Node B. Un Node B è connesso al RNC attraverso l interfaccia I ub e può supportare entrambe le modalità di trasmissione FDD (Frequency Division Duplex) e TDD (Time Division Duplex). Un RNC è l entità responsabile della gestione delle risorse all interno delle celle di cui esso è a capo, ma anche degli handover che richiedono lo 91

scambio di messaggi di segnalazione verso l UE; all interno dell UTRAN i diversi RNC del Radio Network Subsystem possono essere connessi tra di loro attraverso l interfaccia I ur. Quest ultima può essere realizzata tramite una connessione diretta tra i diversi RNC oppure tramite reti virtuali utilizzando opportuni sistemi di trasporto. Se esiste una connessione tra UE e UTRAN, allora esiste un particolare RNS definito Serving RNS, il cui compito è quello di instaurare e gestire la connessione tra il mobile e la rete; inoltre, come mostra la figura 4.8, se viene richiesto è anche possibile che il Serving RNS sia supportato da un altro RNS, il quale prende il nome di Drift RNS. Quest ultimo può ad esempio fornire un certo numero di risorse radio al primo, permettendogli di sopperire alla temporanea carenza di risorse. 4.4.2 Funzioni dell UTRAN In questo paragrafo vengono elencate e descritte le principali funzioni svolte dall UTRAN. Funzioni relative al controllo dell accesso al sistema: permettono all utente di connettersi alla rete UMTS per poter usufruire dei servizi offerti. L accesso al sistema può essere effettuato sia dal terminale mobile (in seguito ad una chiamata originata dal mobile) che dalla rete (chiamata verso il mobile): Controllo dell accesso: svolge il compito di accettare o rifiutare nuovi utenti, cercando di evitare situazioni di sovraccarico sulla base di misurazioni di interferenza e valutazione delle risorse utilizzate. Questa funzione è svolta dal Serving RNC attraverso l interfaccia I u e viene utilizzata ogni volta che un utente effettua un accesso alla rete, oppure durante gli handover e durante l assegnazione o riconfigurazione dei Radio Bearer. Controllo della congestione: svolge il compito di monitorare, rilevare e gestire situazioni in cui il sistema è prossimo alla congestione. Per questo motivo dovranno essere decise in breve tempo contromisure in grado di riportare il sistema ad uno stato di stabilità. Trasmissione delle informazioni di sistema: questa funzione fornisce ai vari terminali mobili tutte le informazioni riguardanti l Access Stratum ed il Non Access Stratum di cui ogni UE si serve per svolgere le operazioni all interno della rete. 92

Core Network Core Network Iu Iu DRNS Iur SRNS SRNS RNS Cells UE UE Before SRNS Relocation After SRNS Relocation Figura 4.9: Rimpiazzo del SRNS Cifratura e decifratura dei canali radio: svolge il compito di proteggere i dati trasmessi sull interfaccia radio da intercettazioni non autorizzate. Funzioni relative alla mobilità: Handover: è la funzione che gestisce la mobilità degli utenti sull interfaccia radio: si basa sulle misurazioni dei livelli di potenza ricevuti e serve a garantire il mantenimento della qualità di servizio richiesta dalla core network. L handover può essere controllato dalla rete ma anche dal mobile. Rimpiazzo del SRNS: coordina le attività della rete quando il ruolo di un SRNS sta per essere preso da un altro RNS e gestisce la connessione sull interfaccia I u nel passaggio da un RNS ad un altro (fig. 4.9). Funzioni relative alla gestione e al controllo delle risorse radio: Configurazione delle risorse radio: gestisce le risorse radio della rete all interno delle singole celle. Monitoraggio dei canali radio: questa funzione effettua misurazioni sui canali radio della cella di interesse e su quelle adiacenti (livelli di potenza ricevuti, stima del BER, livelli di interferenza, spostamento Doppler, ecc.) e le traduce in stime della qualità del canale. Controllo della divisione e della ricombinazione dei flussi informativi: permette la trasmissione e la ricezione dello stesso flusso di informazioni attraverso più canali fisici da o verso un determinato terminale mobile, introducendo quindi nel sistema la macrodiversità e la possibilità di effettuare soft-handover. La macrodiversità è supportata soltanto per il trasferimento voce, mentre non è prevista per il 93

Radio Network Layer Control Plane Application Protocol User Plane Data Stream(s) Transport Network Layer Transport User Network Plane Transport Network Control Plane ALCAP(s) Transport User Network Plane Signalling Bearer(s) Signalling Bearer(s) Data Bearer(s) Physical Layer Figura 4.10: Modello protocollare generale per le interfacce UTRAN trasferimento dati. A seconda del contesto, questa funzione può essere svolta da diverse entità come i SRNS, i DRNS e i Node B. Instaurazione e rilascio dei Radio Bearer: lo scopo di questa funzione è contribuire all instaurazione ed al rilascio delle connessioni end-to-end. Allocazione e deallocazione dei Radio Bearer: permette di gestire i canali fisici in base alla QoS del Radio Access Bearer. Funzioni dei protocolli radio: forniscono la possibilità di trasferire dati d utente e segnalazione attraverso l interfaccia radio della rete UMTS adattando il servizio alla trasmissione radio. Questa funzione include la multiplazione dei diversi servizi e dei diversi utenti sui Radio Bearer, la segmentazione ed il riassemblaggio dei dati e la trasmissione in modalità acknowledged o unacknowledged a seconda della QoS richiesta. Controllo della potenza sui canali radio: realizza il controllo dei livelli di potenza sul canale per minimizzare i segnali interferenti e garantire un adeguata qualità della trasmissione. Codifica e decodifica di canale: la codifica introduce informazione ridondante nel flusso dei dati che devono essere trasmessi sul canale radio, in modo da permettere il rilevamento in ricezione degli errori 94

introdotti dal mezzo di trasmissione non ideale. La decodifica utilizza le informazioni ridondanti per rilevare e correggere gli eventuali errori. Controllo della codifica di canale: questa funzione genera informazioni di controllo (schema di codifica, rate del codice, ecc.) richieste dalle funzioni di codifica e decodifica. Gestione dell accesso random alla rete: si occupa di rilevare i vari tentativi di accesso alla rete di un particolare mobile e di rispondere a tali richieste in modo adeguato risolvendo eventuali contese verificatesi sul canale radio. Nel caso in cui l accesso vada a buon fine, a tale risposta seguirà, a seconda delle necessità di trasmissione del mobile, la richiesta di allocazione delle risorse. 4.4.3 Modello protocollare generale per le interfacce UTRAN La rappresentazione grafica del modello protocollare è mostrata in figura 4.10. La struttura ha come obiettivo l indipendenza, dal punto di vista logico, dei diversi livelli dai vari piani, cercando quindi di rendere semplice la modifica delle pile protocollari per soddisfare le eventuali future necessità di sviluppo e miglioramento. E possibile individuare due livelli orizzontali principali, il Radio Network Layer ed il Transport Network Layer. Quest ultimo rappresenta la tecnologia di trasporto che è stata scelta per essere utilizzata dall UTRAN. Vi è anche una suddivisione in piani verticali, quello di controllo e quello d utente. Il piano di controllo include i protocolli applicativi come RANAP (Radio Access Network Application Part) sull interfaccia I u, RNSAP (Radio Network System Application Part) sull interfaccia I ur, NBAP (Node B Application Part) sull interfaccia I ub ed i signalling bearer, ovvero canali di trasporto utilizzati per i messaggi di controllo di tali protocolli, i quali vengono anche utilizzati per l instaurazione dei bearer all interno del Radio Network Layer. Il piano d utente include i Data Stream (flussi di dati) e Data Bearer (canali di trasporto per le informazioni d utente). E visibile inoltre il modulo denominato ALCAP (Access Link Control Application Protocol) che si occupa della gestione delle procedure di segnalazione. Le figure 4.11 e 4.12 mostrano, invece, in modo più dettagliato l intera struttura protocollare di UMTS tra lo User Equipment e la Core Network nel piano d utente e nel piano di controllo, in cui si nota la presenza del protocollo ATM. 95

Application E.g., IP, PPP, OSP Relay Relay E.g., IP, PPP, OSP PDCP PDCP GTP-U GTP-U GTP-U GTP-U RLC RLC UDP/IP UDP/IP UDP/IP UDP/IP MAC MAC AAL5 AAL5 L2 L2 L1 MS L1 ATM ATM L1 L1 Uu Iu-PS Gn Gi UTRAN 3G-SGSN 3G-GGSN Figura 4.11: Architettura protocollare di UMTS nel piano utente GMM / SM / SMS GMM / SM / SMS Relay RRC RRC RANAP RANAP RLC RLC SCCP SCCP MAC L1 MS Uu MAC Signalling Bearer AAL5 L1 ATM RNS Iu-Ps Signalling Bearer AAL5 ATM 3G SGSN Figura 4.12: Architettura protocollare di UMTS nel piano di controllo 4.5 Architettura protocollare dell interfaccia radio L interfaccia radio è costituita principalmente da tre livelli protocollari: Livello fisico (L1) Livello Data Link (L2) Livello rete (L3) 96

C-plane signalling U-plane information GC Nt DC Duplication avoidance RRC GC Nt DC control L3 UuS boundary PDCP PDCP L2/PDCP control control control control BMC L2/BMC RLC RLC RLC RLC RLC RLC RLC RLC L2/RLC Logical Channels MAC PHY Transport Channels L2/MAC L1 Figura 4.13: Stratificazione protocollare dell interfaccia radio U u Il livello 2 è diviso nei seguenti sottolivelli: Medium Access Control (MAC), Radio Link Control (RLC), Packet Data Convergence Protocol (PDCP) e Broadcast/Multicast Control (BMC). Il livello 3 ed il RLC sono suddivisi nei piani di utente (U) e di controllo (C). I livelli PDCP e BMC esistono soltanto nel piano d utente. Nel piano di controllo, il livello 3 è diviso in sottolivelli di cui fa parte anche il Radio Resource Control (RRC) che si interfaccia con il livello 2 e termina nell UTRAN. Il livello 3 termina all interno della Core Network, ma fa ancora parte dell Access Stratum: esso fornisce i servizi dell Access Stratum ai livelli superiori. I livelli superiori come il Mobility Management (MM) e il Call Control (CC) non dipendono dall Access Stratum e non saranno qui descritti. La figura 4.13 mostra l architettura dei protocolli dell interfaccia radio. Ogni blocco nella figura rappresenta un istanza del rispettivo protocollo. 97

Layer 3 Radio Resource Control (RRC) Layer 2 Medium Access Control (MAC) Layer 1 CPHY primitives PHY primitives Physical Layer Figura 4.14: Interfacce con il livello fisico I SAP tra il livello fisico e il MAC forniscono i canali di trasporto, mentre quelli tra MAC e RLC forniscono i canali logici. Nel piano di controllo, l interfaccia tra il livello che funge da Duplicate Avoidance ed i sottolivelli più alti del livello 3 (CC, MM) è costituita dai SAP GC, Nt e DC. Sono inoltre visibili le connessioni tra i livelli RRC e MAC, tra RRC e fisico, tra RRC e RLC, tra RRC e PDCP, tra RRC e BMC. Queste interfacce permettono al RRC di controllare la configurazione dei livelli sottostanti attraverso Control Service Access Point (C-SAP) separati. Il sottolivello RLC fornisce funzionalità di ARQ strettamente accoppiate con la tecnica di trasmissione radio utilizzata. Non esistono differenze tra le istanze di RLC all interno del piano di controllo o all interno del piano d utente. Ogni livello fornisce servizi, intesi come insieme di primitive, al livello superiore. I servizi di controllo (C-SAP), permettono al RRC di esercitare un azione di controllo su tutti i livelli sottostanti. Le primitive dei servizi di controllo possono superare uno o più livelli senza attraversarli. 4.6 Livello fisico 4.6.1 Servizi Il livello fisico è il più basso livello all interno del modello di riferimento ISO OSI e supporta tutte le funzionalità necessarie alla trasmissione del flusso di bit sul mezzo fisico. Come si può vedere dalla figura 4.14, esso si interfaccia con il Medium Access Control (MAC) e con il Radio Resource Control (RRC) 98

e offre servizi di trasferimento delle informazioni al MAC ed ai livelli superiori. Le primitive di comunicazione con il MAC (PHY-primitives) forniscono il trasferimento di transport block sull interfaccia radio e l indicazione dello stato del livello fisico al MAC, mentre le primitive di comunicazione con il RRC (CPHY-primitives) forniscono il controllo della configurazione del livello 1. I servizi di trasporto di questo livello sono definiti da quante risorse e con quali caratteristiche i dati sono trasferiti sull interfaccia radio. Il trasferimento dati dal livello fisico al MAC e viceversa avviene tramite i canali di trasporto (Transport Channels). Le caratteristiche di un determinato canale di trasporto sono definite da un formato di trasporto o da un insieme di formati di trasporto. Ad ogni canale di trasporto con rate fisso o lentamente variabile può essere associato un Transport Format mentre ad ogni canale con rate fortemente variabile può essere associato un Transport Format Set. Un formato di trasporto è definito come una combinazione di codifica, interleaving e bit rate da applicare alle informazioni da trasmettere. Un Transport Format Set è un gruppo di formati di trasporto. L unità temporale di riferimento per il livello fisico è pari alla durata di una trama radio (frame) che corrisponde a 10 ms. Il Transmission Time Interval (TTI), invece, può durare quanto una trama radio, ma può anche essere un multiplo del tempo di trama e rappresenta l intervallo temporale in cui un transport block o, più in generale, un transport block set (inteso come un insieme di transport block da trasmettere contemporaneamente sfruttando lo stesso transport channel) viene passato dal livello 2 al livello 1 per la trasmissione sul canale radio. Tipicamente un transport block corrisponde ad una PDU di livello RLC. Un UE può avere contemporaneamente attivi uno o più canali di trasporto, ognuno con le proprie caratteristiche di trasporto; il multiplexing di tali canali su di uno o più canali fisici è compito del livello fisico. Il flusso dati ottenuto in seguito alle operazioni di multiplexing e codifica è definito Coded Composite Transport Channel (CCTrCH) e viene trasferito su uno o più canali fisici. In downlink per ogni UE possono essere utilizzati contemporaneamente più CCTrCH e per la modalità FDD i diversi CCTrCH possono sottostare a diversi requisiti di C/I in modo da fornire diverse QoS. In uplink, invece, può essere utilizzato un solo CCTrCH nella modalità FDD. Ad ogni CCTrCH viene associato un Transport Format Combination Indication (TFCI) che serve per 99

identificare in modo univoco il Transport Format Combination (TFC), definito come la combinazione dei transport format utilizzati dai canali di trasporto del Coded Composite Transport Channel all interno della durata dell attuale trama radio. Il TFC può essere scelto dal MAC tra una serie di combinazioni di formati di trasporto fornita dal livello RRC, definita come Transport Format Combination Set (TFCS). Per meglio mettere in evidenza l importanza dei parametri che permettono ai dati provenienti dai canali di trasporto di essere trasmessi sull interfaccia radio, è necessario sintetizzare nel seguente elenco le loro caratteristiche. Transport Block: è l unità base di informazione trasferita tra il livello MAC ed il livello 1. Un transport block corrisponde in genere ad una PDU di livello RLC al quale il livello fisico aggiunge il campo CRC per l eventuale indicazione della presenza di errori al MAC in ricezione. Transport Block Set: è definito come l insieme di un certo numero di transport block che sono trasferiti nello stesso TTI tra MAC e livello 1 (e viceversa) utilizzando lo stesso canale di trasporto. Transport Block Size: è il numero di bit contenuti in un transport block. Il transport block size è sempre costante all interno di ogni transport block set, quindi tutti i transport block di un determinato transport block set hanno la stessa dimensione. Transport Block Set Size: è il numero di bit contenuto in un transport block set. Transmission Time Interval (TTI): è definito come il tempo di interarrivo dei transport block set ed è uguale al periodo con cui un transport block set è trasferito dal livello fisico sull interfaccia radio. La sua durata è sempre multipla del minimo periodo di interleaving (10 ms) e corrisponde all intervallo di tempo con cui un transport block set viene trasferito tra MAC e livello 1. Transport Format: è il formato offerto dal livello fisico al MAC (e viceversa) per la consegna di un transport block set durante un TTI su di un transport channel. Il transport format è costituito da due parti, una dinamica e una semi statica. Per la modalità FDD, la prima comprende il transport block size e il transport block set size, mentre la seconda comprende il TTI, il tipo di codice da applicare, il rate del codice, i parametri di rate matching e le dimensioni del campo CRC. 100

Transport Format Set (TFS): è l insieme dei transport format associati ad un canale di trasporto. Le parti semi statiche dei transport format sono le stesse per tutti i TF all interno di un transport format set. Gli attributi della parte dinamica di un transport format determinano il bit rate istantaneo di un canale di trasporto, quindi è possibile soddisfare la necessità di un bit rate variabile cambiando semplicemente tali parametri da un TTI a quello successivo: ad esempio può essere variato solo il transport block set size oppure anche il transport block size. Transport Format Combination (TFC): il livello fisico multipla uno o più canali di trasporto; ad ognuno di essi è associata una lista di formati di trasporto che possono essere applicati. Tuttavia, in un certo TTI non tutte le combinazioni di transport format possono essere utilizzate, ma soltanto alcune di esse, che vengono definite transport format combination. Ognuna di queste rappresenta una combinazione autorizzata di formati di trasporto scelta tra tutte quelle che possono essere utilizzate dal livello fisico per la trasmissione su di un CCTrCH. Transport Format Combination Set (TFCS): è definito come l insieme di un certo numero di transport format combination su di un CCTrCH ed è ciò che viene dato al livello MAC dal livello 3 per il controllo. Il MAC infatti sceglie una tra le differenti combinazioni di formati di trasporto contenute nel TFCS e la utilizza per la trasmissione. Il livello fisico, in base alla parte semi statica dei transport format ed al valore obiettivo di potenza che deve raggiungere il controllo ad anello chiuso, ha il compito di soddisfare i requisiti per la trasmissione in termini di qualità (Bit Error Rate) e ritardo di trasferimento. E compito del livello 3 controllare che il livello fisico soddisfi tali richieste. Un TFCS non contiene tutte le possibili combinazioni dei formati di trasporto e inoltre sono ammesse soltanto quelle specificate. La possibilità di scegliere una diversa combinazione all interno di un TFCS per ogni TTI permette quindi di ottenere una veloce variazione del bit rate senza la necessità di un esplicita segnalazione da parte del livello 3. Transport Format Indicator (TFI): è l identificativo di un determinato formato di trasporto. Esso viene utilizzato per le comunicazioni tra il livello fisico ed il MAC ogni volta che un transport block viene trasferito tra i due livelli su di un canale di trasporto. Transport Format Combination Indicator (TFCI): è l identificativo di una determinata combinazione di formati di trasporto. Il TFCI viene 101

utilizzato per comunicare al ricevitore quale TFC si sta utilizzando e quindi come decodificare, demultiplare e consegnare i dati ricevuti sull appropriato canale di trasporto. Il MAC indica al livello 1 il TFI per ogni transport block set su tutti i canali di trasporto ed il livello fisico costruisce il TFCI in base a tutti i TFI, processa in modo appropriato tutti i transport block ed inserisce il TFCI nella parte del messaggio di controllo di livello fisico. Gli esatti schemi di multiplexing e adattamento del rate seguono regole predefinite e possono quindi essere dedotti dal trasmettitore e dal ricevitore senza la necessità di segnalazione sull interfaccia radio. 4.6.1.1 I canali di trasporto I canali di trasporto possono essere suddivisi in due gruppi: Canali di trasporto comuni (Common Transport Channels): su di essi è necessaria l identificazione di ogni UE. Canali di trasporto dedicati (Dedicated Transport Channels): ogni UE è identificato dal particolare canale fisico (codice e frequenza per la modalità FDD e codice, timeslot e frequenza per la modalità TDD). Vi sono diversi tipi di canali di trasporto comuni: Random Access Channel (RACH): è un canale a contesa presente solo in uplink ed è utilizzato per la trasmissione di una quantità di dati relativamente ridotta come nel caso di accesso iniziale alla rete e per il trasferimento di informazioni di controllo dedicate non real time o dati d utente. Questo canale è caratterizzato dal rischio di collisione con la trasmissione di altri UE e da un controllo di potenza ad anello aperto. Common Packet Channel (CPCH): è un canale a contesa utilizzato per la trasmissione di dati intermittenti. Il CPCH esiste soltanto per la modalità FDD in uplink ed, essendo una risorsa comune, è condiviso da tutti gli utenti di una cella. E caratterizzato dal rilevamento delle collisioni e dalla possibilità di cambiare rapidamente la velocità di trasmissione. Forward Access Channel (FACH): è un canale comune utilizzato in downlink senza controllo di potenza ad anello chiuso per la trasmissione di una quantità di dati relativamente ridotta con la possibilità di cambiare rapidamente la velocità di trasmissione (ogni 10 ms) e di utilizzare antenne a fascio sagomato. 102

Downlink Shared Channel (DSCH): è un canale utilizzato in downlink ed è condiviso da più UE per il trasporto di dati utente o di segnalazione dedicata. Questo canale, nella modalità FDD è sempre associato ad un DCH. Broadcast Channel (BCH): è un canale in downlink utilizzato per trasmettere le informazioni di sistema a bit rate fisso non elevato all interno dell intera cella. Paging Channel (PCH): è un canale in downlink utilizzato per trasmettere le informazioni di controllo all interno della cella come i messaggi di paging o la notifica di una variazione delle informazioni diffuse sul BCH. Il canale di trasporto dedicato è: Dedicated Channel (DCH): è un canale presente sia in uplink che in downlink dedicato ad un particolare utente e caratterizzato dalla possibilità di cambiare la velocità di trasmissione ogni 10 ms. 4.6.2 Funzioni Il livello fisico realizza le seguenti funzioni: Gestione della macrodiversità ed esecuzione degli handover (softhandover). Rilevamento degli errori sui canali di trasporto e indicazione ai livelli superiori. Codifica e decodifica FEC (Forward Error Correction), interleaving e deinterleaving dei canali di trasporto. Multiplexing dei canali di trasporto e demultiplexing dei Coded Composite Transport CHannel (CCTrCH). Adattamento della velocità di trasmissione. Mappatura dei CCTrCH sui canali fisici. Modulazione e demodulazione, spreading e despreading dei canali fisici. Sincronizzazione di tempo e frequenza (chip, bit, slot, frame). Misurazioni ed indicazione ai livelli superiori. Controllo di potenza ad anello chiuso. Processamento a radio frequenza. 103

4.6.2.1 Canali fisici I canali fisici sono organizzati in una particolare struttura di trame e timeslot. Per il sistema UMTS una trama corrisponde a 10 ms ed è costituita da 15 time slot. Il timeslot è l unità temporale che contiene una serie di bit suddivisi in diversi campi. Il numero di bit per timeslot non è fisso e dipende dal particolare tipo di canale fisico. L insieme di 72 trame viene denominato multitrama e ha una durata di 720 ms. Nella modalità FDD la trasmissione avviene per tutti i time slot di una trama e i canali fisici sono individuati da un codice e da una frequenza; inoltre, per l uplink, diversi flussi di informazioni possono essere trasmessi sui due rami I e Q del segnale e quindi differiscono soltanto per la fase relativa (0 o /2). Nella modalità TDD, invece, un canale fisico sarà caratterizzato anche da un particolare timeslot. Come accade per i canali di trasporto, anche per i canali fisici è possibile distinguere tra canali dedicati e canali comuni. I canali comuni sono: Physical Random Access Channel (PRACH): è un canale comune in uplink utilizzato per trasportare il RACH. La trasmissione ad accesso casuale è di tipo slotted ALOHA con rapida indicazione di acquisizione. Physical Common Packet Channel (PCPCH): è un canale in uplink utilizzato per trasportare il CPCH. La trasmissione è di tipo DSMA-CD con rapida indicazione di acquisizione. Common Pilot Channel (CPICH): è un canale fisico in downlink che trasporta una sequenza di bit predefinita ad una velocità di bit e di simbolo fissa (30kbps, SF = 256). Primary Common Control Physical Channel (P-CCPICH): è un canale in downlink a velocità fissa (30 kbps, SF = 256) utilizzato per trasportare il BCH. Secondary Common Control Physical Channel (S-CCPICH): è un canale in downlink utilizzato per trasportare il FACH e il PCH. Physical Downlink Shared Channel (PDSCH): è un canale presente solo in downlink utilizzato per trasportare il DSCH ed è condiviso da più utenti in base alla multiplazione di codice. Questo canale è sempre associato ad un DPCH. Synchronisation Channel (SCH): è un canale presente in downlink utilizzato per la ricerca della cella. 104

Transport Channels Physical Channels DCH RACH CPCH BCH FACH PCH DSCH Dedicated Physical Data Channel (DPDCH) Dedicated Physical Control Channel (DPCCH) Physical Random Access Channel (PRACH) Physical Common Packet Channel (PCPCH) Common Pilot Channel (CPICH) Primary Common Control Physical Channel (P-CCPCH) Secondary Common Control Physical Channel (S-CCPCH) Synchronisation Channel (SCH) Physical Downlink Shared Channel (PDSCH) Acquisition Indicator Channel (AICH) Access Preamble Acquisition Indicator Channel (AP-AICH) Paging Indicator Channel (PICH) CPCH Status Indicator Channel (CSICH) Collision-Detection/Channel-Assignment Indicator Channel (CD/CA-ICH) Figura 4.15: Corrispondenza tra canali di trasporto e canali fisici Acquisition Indicator Channel (AICH): è un canale in downlink che trasporta gli indicatori di acquisizione (AI) come risposta ai tentativi di accesso effettuati dagli UE. Page Indicator Channel (PICH): è un canale a rate fisso (SF = 256) utilizzato per trasportare gli indicatori di page (PI). Il PICH è sempre associato ad un S-CCPCH sul quale viene mappato il canale di trasporto PCH. I canali fisici dedicati sono i seguenti: Dedicated Physical Data Channel (DPDCH): è un canale utilizzato per trasportare i dati trasferiti dai livelli superiori attraverso il DCH. Possono esistere uno, nessuno o più DPDCH per ogni connessione di livello 1. 105

DCH model FAUSCH model RACH model DCH DCH DCH FAUSCH RACH Coding and multiplexing Coding Demultiplexing/ splitting Physical Channel Data Streams Coded Composite Transport Channel ( CCTrCH) Phy CH Phy CH Transport Format Combination Indicator (TFCI) TPC Phy CH Phy CH Phy CH CPCH model USCH model CPCH USCH USCH Coding Coding and multiplexing Physical Channel Data Streams Demultiplexing/ splitting Phy CH Phy CH (note 1) TFCI Phy CH Coded Composite Transport Channel ( CCTrCH) Demultiplexing/ splitting Phy CH Physical Channel Data Streams Figura 4.16: Modello di livello fisico lato UE uplink Dedicated Physical Control Channel (DPCCH): viene utilizzato per il trasporto delle informazioni di controllo generate dal livello 1; tali informazioni consistono principalmente in sequenze di bit pilota (Pilot) per la stima del canale e in comandi per il controllo di potenza (TPC). In uplink il DPDCH e il DPCCH sono multiplati in codice sui due rami I/Q del segnale in ogni radio frame, mentre in downlink risultano multiplati nel tempo in un Dedicated Physical Channel (DPCH). La figura 4.15 mostra graficamente la corrispondenza tra canali di trasporto e canali fisici. Le figure 4.16 e 4.17 mostrano invece alcuni esempi di modelli di livello fisico, evidenziando le operazioni che permettono di associare i canali di trasporto a quelli fisici. 106

FACH & PCH model BCH model DCH model PCH FACH FACH Decoding and demultiplexing BCH Decoding DCH DCH DCH Decoding and demultiplexing Coded Composite Transport Channel CCTrCH) Physical Channel Data Streams Coded Composite Transport Channel (CCTrCH) MUX PI Phy CH TFCI Phy CH Phy CH Cell 1 Phy CH Phy CH Cell 2 Phy CH Phy CH Cell 3 Phy CH Phy CH TPC stream 1, TFCI TPC stream 2, TFCI TPC stream 3, TFCI DCH model DCH DCH DCH Decoding and demultiplexing DSCH DSCH model DSCH Decoding and demultiplexing Physical Channel Data Streams Coded Composite Transport Channel (CCTrCH) MUX Cell 1 Phy CH Phy CH TPC stream 1, TFCI1 Cell 2 Phy CH Phy CH TPC stream 2, TFCI1 Cell 3 Phy CH Phy CH TPC stream 3, TFCI1 DCH associated with DSCH Physical Channel Data Streams Cell 1 Phy CH Coded Composite Transport Channel (CCTrCH) MUX Phy CH Note (1) TFCI1 indicates the DCH specific TFC and TFCI2 indicates the DSCH specific TFC and also the PDSCH channelisation code(s) TPC stream 1, TFCI2 Figura 4.17: Modello di livello fisico lato UE downlink (FDD) 4.6.3 Spreading e scrambling La caratteristica distintiva che il sistema UMTS introduce rispetto al sistema GSM è la multiplazione a divisione di codice e quindi risulta importante analizzare quali sono le operazioni che permettono ai dati di utilizzare le sequenze di spreading e di scrambling. L operazione di spreading è costituita essenzialmente da due fasi. La prima è la canalizzazione che trasforma ogni simbolo in un certo numero di chip, espandendo così la larghezza di banda del segnale. Il numero di chip per simbolo viene chiamato Spreading Factor (SF). 107

c 2,1 = (1,1) c 4,1 = (1,1,1,1) C 8,1 C 8,2 c 1,1 = (1) c 4,2 = (1,1,-1,-1) c 4,3 = (1,-1,1,-1) C 8,3 C 8,4 c 2,2 = (1,-1) c 4,4 = (1,-1,-1,1) SF = 1 SF = 2 SF = 4 Figura 4.18: Albero dei codici OVSF La seconda fase è l operazione di scrambling, tramite la quale alla sequenza di chip precedentemente ottenuta viene ancora applicato un codice di scrambling. Questo tipo di codice può essere usato per distinguere celle diverse, permettendo l utilizzo multiplo dello stesso codice di spreading. In uplink i codici di scrambling sono assegnati dai livelli superiori all interno dell UE. Con la prima fase (la canalizzazione) i simboli sui rami I e Q (rispettivamente parte reale e parte immaginaria del segnale) vengono moltiplicati in modo indipendente per un codice OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor), mentre con la seconda, i segnali risultanti vengono ulteriormente moltiplicati per un codice di scrambling complesso. I codici OVSF hanno la caratteristica di essere non correlati e preservano quindi l ortogonalità tra i diversi canali fisici degli utenti anche a velocità e spreading factor differenti. Tali codici possono essere definiti tramite l albero presente in figura 4.18. Ogni codice C ch,sf,k è caratterizzato dallo spreading factor e dal numero di codice k con quel determinato SF, dove 0 k SF-1. Ogni livello dell albero dei codici definisce i codici di lunghezza SF. I codici di canalizzazione per tutti i canali fisici vengono assegnati dall UTRAN. Essendo la velocità di chip in aria fissata a 3.84 Mcps, è possibile trasmettere dati di sorgenti a rate variabile semplicemente variando il valore di SF e di conseguenza la lunghezza del codice. Tuttavia la scelta dei codici risulta essere critica in quanto essi risultano non correlati soltanto se derivanti da radici diverse dell albero; inoltre il numero delle sequenze che possono essere utilizzate non è illimitato. Se si 108

utilizzasse un assegnazione di tipo casuale dei codici con SF elevato per canali con basso bit rate, si potrebbe precludere l utilizzo di un gran numero di codici con SF ridotto, limitando in modo inefficiente il numero dei codici rimanenti per gli altri utenti. Al contrario, sarebbe vantaggioso assegnare i codici a flussi dati con basso bit rate in modo da minimizzare il numero di quelli non disponibili con SF ridotto. Inoltre è vantaggioso assegnare agli utenti, operativi con un certo data rate, codici strettamente correlati (vicini nell albero dei codici) in modo da minimizzare il numero di quelli con basso SF non disponibili. Per questi motivi è necessario utilizzare opportuni algoritmi di allocazione dei codici che siano in grado di sfruttare le risorse di sistema in modo efficiente. La scelta del codice opportuno deve dipendere così dalla particolare strategia di allocazione, ma anche dalle caratteristiche dell UE. I vari utenti possono generalmente richiedere differenti tipi di servizio con diversi rate di trasmissione e ogni mobile ha la possibilità di usare più di un codice per supportare tali bit rate. L allocazione dei codici può seguire i seguenti criteri: Utilizzazione: l utilizzazione è definita come il rapporto tra la banda utilizzata e quella disponibile. Uno schema di allocazione che preservi un maggior numero di codici con basso SF ha più possibilità di fornire una maggiore utilizzazione. Ad esempio, con riferimento alla figura 4.18, i codici C 4,1 e (C 8,1, C 8,3 ) siano quelli disponibili utilizzando due diversi schemi di allocazione. Il primo (equivalente alla coppia (C 8,1, C 8,2 )) può supportare un symbol rate fino a 960 kbps. Anche gli altri due codici C 8,1 e C 8,3 possono supportare congiuntamente lo stesso symbol rate, ma il C 4,1 può supportare la velocità di 960 kbps usando solo una sequenza. Quindi, lasciando libero questo codice, si lasciando liberi un maggior numero di sequenze a basso SF e si garantisce un utilizzazione maggiore. Complessità: la complessità del sistema cresce all aumentare del numero dei codici. In alcuni casi vi è più di un modo per soddisfare i requisiti esposti al punto precedente. Per esempio, nel caso in cui il mobile possa utilizzare sia uno che due codici, viene scelto lo schema che richiede il minor numero di sequenze. 4.6.4 Il controllo di potenza Il controllo di potenza è una delle procedure più importanti nel sistema UMTS, in quanto utilizzando la tecnica CDMA è necessario tenere sotto stretta 109