I.P.S.I.A. Di BOCCHIGLIERO a.s. 2011/2012 -classe V- Materia: Elettronica, Telecomunicazioni ed applicazioni ---- Telefonia cellulare ---- alunna prof. Ing. Zumpano Luigi De Filippis Felicia
Telefonia cellulare: Generalità sul servizio radiomobile. Il servizio radiomobile pubblico consente ad ogni utente dotato di opportuno apparato installato su un veicolo, o portatile,di originare e ricevere chiamate sia nei confronti della rete telefonica pubblica che gli altri apparati mobili, attraverso l'utilizzazione della risorsa radio. L'evoluzione dei servizi radiomobili parte da quelli di prima generazione operanti nella banda VHF, introdotti in Europa negli anni 70 e rappresentati in Italia dal sistema RTMI arrivato nel 1974, con caratteristiche adatte solo ad apparati mobili installati a bordo di veicoli. Il passaggio ai sistemi operanti nella banda UHF si è avuto in Italia dieci anni dopo, con il sistema RTMS 450 operante sulla gamma di frequenze comprese fra 450 e 465 MHz. Anche tale sistema era adatto solo ad apparati mobili veicolari. L'estensione dell'impiego ad apparati portatili si è attuata in italia con il sistema RTM 900, arrivato nel 1990 e operante fra 877 e 900 MHz. Rispetto al sistema RTMI, i sistemi RTMS 450 e RTM 900 presentano i seguenti vantaggi: maggior numero di canali radio disponibili possibilità di trasferire automaticamente un utente mobile che impegna un canale in progressivo degradamento ad un altro canale con migliore qualità di conversione. Possibilità di inoltrare le chiamate verso utenti mobili senza conoscere la loro dislocazione. Con le prestazioni suddette, è possibile servire un territorio comunque vasto suddividendolo in celle contigue di piccole dimensioni, e sfruttando pertanto i canali radio nel modo più efficiente. Per tale ragione i sistemi radiomobili di seconda generazione vengono detti sistemi cellulari. STRUTTURE E CARATTERISTICHE DEL SISTEMA RTMS 450. Questo servizio prevede una suddivisione del territorio nazionale in zone denominate aree di chiamata, servite da altrettanti centri di controllo di chiamata installati nelle maggiori città. Ogni area di chiamata può comprendere una o più aree di conversazione,ed in questo caso sono presenti i centri di controllo satelliti (CCS), connessi al CCC di competenza con giunzioni telefoniche e collegamenti a 4800 /s. La copertura radio delle varie aree di chiamata è assicurata da un certo numero di stazioni radio base realizzando il canale di chiamata e i canali di conversazione ad esse assegnati. Una stazione radio comprende precisamente: due trasmettitori di chiamata (TC) che utilizzano le stesse frequenze in tutte le SRB appartenenti alla medesima area di chiamata; alcuni ricetrasmettitori di conversazione (RT) il cui numero dipende dall'entità del traffico; collegamenti fonici a 4 fili con CCC e CCS per la connessione dei TC e RT, ed un collegamento dati a 1200 /s per la procedura handover. SISTEMA RTMS 900: STRUTTURA DEL SISTEMA. Il sistema radiomobile analogico RTMS 900, operante nella banda UHF dei 900 MHz è realizzato secondo lo standard E-TACS è fondamentalmente costituito da centri di commutazione servizio radiomobile e da stazioni radio base che assicurano la copertura radio del territorio con la tecnica cellulare. Defilippis Felicia anno scolastico 2011/2012 pag 2di8
RTP MSC RTP BTS2 BTS7 BTS6 BTS1 MSC BTS5 BTS3 BTS4 MSC RTP La necessitá di realizzare nuove funzioni e servizi tra cui l'hand-off tra centrali, ha portato alla realizzazione del sistema RTMS 900 operante nelle UHF (900 Mhz).Vantaggi: Maggiori disponibilitá di banda e Miniaturizzazione componenti elettronici (piccoli telefonini). APPARATI MOBILI Le MS sono contraddistinte da un SN non modificabile, che identifica la ditta costruttrice, il tipo di apparato e la nazione nella quale è destinato ad essere utilizzato. Poichè il SN è rigidamente associato al numero telefonico, l'msc effettua il controllo di questa associazione e, nel caso non esista coincidenza, la richiesta da parte della MS viene respinta,evitando cosi collegamenti indei. Defilippis Felicia anno scolastico 2011/2012 pag 3di8
E' possibile inoltre definire in amo MSC un elenco di SN non autorizzati all'accesso in rete, come per esempio apparati smarriti o rubati. ALI RADIO UTILIZZATI Il sistema RTMS 900 Italiano utilizza 504 canali radio, in luogo dei 1380 previsti dallo standard E-TACS,in quanto sulla stessa gamma è presente anche il nuovo sistema GSM pan-europeo. Ogni canale utilizza due frequenze distanti 45MHz, la separazione tra due canali adiacenti è di 25 khz. SENSO AM-SRB SENSO SRB-AM 1 2 504 1 2 504 25kHz 25kHz 45MHz Dei 504 canali, 462 possono essere utilizzati per realizzare canali radio vocali e 42 per canali radio di controllo. I canali radio vocali realizzano il collegamento fonico e vengono selezionati dall MCS ogni qualvolta deve essere costituita una connessione, al termine della quale il CV viene liberato, rendendosi cosi disponibile per una nuova conversazione. Defilippis Felicia anno scolastico 2011/2012 pag 4di8
COPERTURA CELLULARE E QUALITA DEI COLLEGAMENTI RADIO In telecomunicazioni nell'amo delle reti cellulari, il termine stazione radio base, in sigla BTS (del corrispondente termine inglese "base transceiver station"), indica il sottosistema di ricetrasmissione di un ssegnale radio dotato di antenna ricetrasmittente che serve i terminali mobili di utente coprendo una determinata area geografica detta appunto cella radio Essa rappresenta dunque l'infrastruttura base della telefonia cellulare usata nei radiocollegamenti delle reti mobili cellulari nell'interfaccia radio del sistema cellulare. In genere chiamato ripetitore in realtà non "ripete" alcun segnale, ma lo genera e lo trasmette in aria oppure lo riceve.la copertura cellulare consente la riutilizzazione delle frequenze, poiché con opportuni accorgimenti è possibile evitare, o quanto meno ridurre entro limiti accettabili, le reciproche interferenze dette interferenze di cocanale. La tecnica impiegata prevede la realizzazione di gruppi di celle adiacenti, denominati cluster,nelle quali le frequenze sono tutte diverse. Per quanto riguarda l interferenza co-canale, la sua riduzione si ottiene adottando per i cluster un numero di celle K sufficientemente elevato, in modo che la distanza minima D fra due celle che usano le stesse frequenze risulti abbastanza elevata. Al crescere di K, infatti, cresce il valore di D. DATI TRASMESSI SUL ALE DI CONTROLLO I dati inviati sul CC sono assemblati in pacchetti e codificati con un codice a protezione di errore atto a correggere gli errori a livello di singoli ed a rivelare gli errori doppi o di grado superiore. I messaggi trasmessi nei due sensi, BTS MS e MS BTS sono: - Messaggi di controllo MS - Messaggi di overhead - Risposta al paging - Accesso da MS SISTEMA GSM Il sistema radiomobile GSM è di tipo numerico e costituisce una notevole evoluzione rispetto ai sistemi analogici precedentemente realizzati. Oltre a consentire connessioni tra apparati mobili situati in nazioni diverse, presenta i seguenti vantaggi: A parità di banda disponibile, la trasmissione numerica consente l'uso di codici a rivelazione e correzione degli errori,tollerando pertanto valori più bassi del rapporto S/N, ciò consente una minore distanza tra celle che usano le stesse frequenze, con conseguente incremento globale dei canali. Oltre alla fonia, l'utenza può usufruire di servizi dati classificabili in servizi portanti,nei quali avviene soltanto il trasporto dell'informazione e in teleservizi, nei quali la rete sopporta anche protocolli ad alto livello consentendo la disponibilità di servizi quali il facsimile e il videotex. L'informazione trasmessa può essere decodificata con una chiave nota soltanto alla rete e all'apparato mobile, e ciò da una grande garanzia di sicurezza. L'utente può personalizzare qualsiasi apparato mobile con una propria scheda(sim card), realizzando cosi una distinzione logica tra titolare dell'abbonamento al servizio ed apparato. La scheda sim è dotata infatti di un chip su cui sono registrati tutti dati dell'utente e,insieme al codice personale PIN consente all'utente di effettuare chiamate,o di riceverle, mediante un Defilippis Felicia anno scolastico 2011/2012 pag 5di8
qualunque terminale GSM in cui la scheda è stata inserita. L'uso della SIM card consente inoltre nuove prestazioni, quali l'abbonamento al servizio senza canone con scatti prepagati e la possibilità di ricerca. ALE FONICO Il segnale fonico è codificato utilizzando una tecnica a riduzione di ridondanza denominata RPE-LTP che consente di rappresentarlo con blocchi di 260 ogni 20 ms, corrispondenti ad una velocità di trasmissione dell'informazione di 13 k/s. ( rate di sorgente). I 260 di ciascun blocco sono ordinati in funzione della loro importanza e suddivisi in due classi: la classe1 che comprende i 182 più significativi e la classe 2 comprendente i 78 rimanenti. La classe 1 è poi suddivisa in due sottoclassi,. Comprendenti rispettivamente i suoi 50 più significativi e i 132 rimanenti. 260 50 132 78 Cl.1a Cl.1b Classe 2 Classe 1 I della classe 1 a sono sottoposti a codifica ciclica che produce 3 di parità e ciò consente in ricezione di rivelare la presenza di eventuali errori sui più significativi. Tutti i della classe 1 sono poi opportunamente riordinati, per minimizzare la probabilità di errore su quelli di maggiore importanza; vengono inoltre inseriti i 3 di parità prodotti dalla codifica ciclica, in coda da 4 di valore logico 0 che verranno utilizzati nella decodifica: il blocco di 189 cosi formato è codificato mediante uno speciale codificatore, detto codificatore convoluzionale, che aggiunge un ridondante per ogni elaborato. I 378 cosi ottenuti vengono infine sommati a quelli della classe 2, ottenendo un blocco di 456 ai quali corrisponde una velocità di trasmissione dell'informazione pari a 22,8 k/s ( rate di canale). I di ciascun blocco di 456 vengono sottoposti a scrambling, cioè rimescolati fra loto secondo una certa legge, e suddivisi in 8 sottoblocchi di 57 ciascuno, mediante i quali vengono formati dei burst della durata di circa 577 ms. Ogni burst comprende di norma 2 sottoblocchi, più di 26 di training ed un tempo complessivo di guardia corrispondente a 16,25, per un totale di 156,25. Defilippis Felicia anno scolastico 2011/2012 pag 6di8
CONTROLLO CONTROLLO CODA CODA DATI SEQUENZA DI TRAINING DATI PERIODO DI GUARDIA 3 57 1 26 1 57 3 8,25 156,25 Il mescolamento, effettuato prima della suddivisone in sottoblocchi, ha lo scopo di sparpagliare gli errori di trasmissione che, a causa della natura impulsiva dei disturbi radio e delle irregolarità di propagazione, potrebbero concentrarsi in un sottoblocco impedendone la correzione, il quanto il codice di protezione diventa inefficiente quando il numero di errori di un blocco supera un certo limite. La probabilità di evitare concentrazioni di errori viene ulteriormente accresciuta applicando la tecnica della frequency hopping, con la quale la frequenza della portante viene cambiata da un burst all'altro. L'uso della frequency hopping è utile anche ai fini del miglioramento del fattore di riuso delle frequenze. Al riguardo va tenuto presente che anche nei sistemi GSM, per ridurre l'interferenza co-canale, la potenza dei segnali trasmessi dalle stazioni terminali e dalla stazione base viene continuamente regolata, in modo da garantire la qualità del collegamento e nel contempo minimizzare le interferenze fra le celle che usano lo stesso canale radio. 1 2 3 CODIFICAT. FONICO CODIFICAT. DI ALE TRASMETTIT. FREQUENCY HOPPING T/R DECODIFICAT. FONICO DECODIFICAT. DI ALE EQUALIZZAT. RICEVITORE Defilippis Felicia anno scolastico 2011/2012 pag 7di8
Nel GSM, inoltre, un rivelatore di conversazione sfrutta la natura discontinua dei segnali fonici in una normale conversazione per azzerare la potenza del segnale trasmesso per più di metà della durata della comunicazione. Questa capacità delle MS di trasmettere la potenza soltanto in presenza di fonia è indicata con la sigla DTX. Operazionalmente è prevista anche la DRX, cioè la capacità delle MS di porsi in ascolto, in condizioni di risposo, soltanto per brevi periodi predeterminati, mantenendo spento l'apparato nel tempo rimanente. EVOLUZIONE DEL GSM: il sistema GPRS Il limite del sistema radiomobile GSM ai fini della trasmissione dati è rappresentato dal basso valore del -rate consentito, pari a 9600 /s. Per superare questa limitazione è stato sviluppato un nuovo standard per il servizio mobile, denominato GPRS. In tale sistema, che si appoggia sulla rete GSM, la trasmissione dei dati avviene utilizzando la commutazione di pacchetto,invece della commutazione di circuito, con conseguente possibilità di un notevole aumento della massima velocità di trasmissione consentita. Il GPRS, infatti, permette di ottenere, con una opportuna codifica di canale,una velocità massima di 21,4 k/s su un singolo time-slot. Lo standard GPRS viene considerato un sistema radiomobile di seconda e mezza generazione perchè rappresenta una soluzione ponte tra il sistema di seconda generazione GSM ed il sistema di terza generazione UMTS, con il quale si può raggiungere, insieme ad un roaming a livello mondiale, una velocità di trasmissione massima di circa 2 m/s. ATTENUAZIONE DOMINANTE Un problema che riguarda in generale i collegamenti di telecomunicazione via radio, e quindi anche i sistemi radiomobili, è quello relativo all'attenuazione che subisce il segnale all'aumentare della distanza dall'antenna trasmittente. Considerando un percorso diretto trasmettitore-ricevitore, sappiamo che nello spazio libero la densità di potenza associata al segnale, e quindi la potenza che può essere captata dall'antenna ricevente, varia in ragione inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra trasmettitore e ricevitore. Defilippis Felicia anno scolastico 2011/2012 pag 8di8