RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Università degli Studi di Roma La Sapienza Dipartimento INFOCOM Aldo Roveri Lezioni dell a.a. 2009-2010 Aldo Roveri Lezioni

RETI MOBILI E MULTIMEDIALIRETI MOBILI E MULTIMEDIALI

Università degli Studi di Roma “La Sapienza” Dipartimento INFOCOM

Aldo Roveri Lezioni dell’ a.a. 2009-2010

Aldo Roveri Lezioni dell’ a.a. 2009-2010

III. L’accesso wireless in UMTSIII. L’accesso wireless in UMTS

Aldo Roveri, “RETI MOBILI E MULTIMEDIALI” Univ. di Roma “La Sapienza” - a.a. 2009-2010


3

CONTENUTICONTENUTI

• III.1 Caratterizzazione del processo di espansione• III.2 Condizioni per i codici di espansione• III.3 Gestione delle risorse radio• III.4 Gestione della mobilità• III.5 Caratteristiche generali di UMTS• III.6 Requisiti e servizi di UMTS• III.7 Struttura della rete di accesso di UMTS• III.8 Evoluzione dell’ UTRA

• III.1 Caratterizzazione del processo di espansione• III.2 Condizioni per i codici di espansione• III.3 Gestione delle risorse radio• III.4 Gestione della mobilità• III.5 Caratteristiche generali di UMTS• III.6 Requisiti e servizi di UMTS• III.7 Struttura della rete di accesso di UMTS• III.8 Evoluzione dell’ UTRA


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• III.1 Caratterizzazione del processo di espansione• III.1 Caratterizzazione del processo di espansione


5

Fattore di EspansioneFattore di Espansione

• Con riferimento al processo di espansione attuato in un trasmettitore di un collegamento CDMA, si chiama Fattore di Espansione (Spreading Factor) il numero di chip con cui si rappresenta ogni bit all’ingresso del dispositivo che effettua l’operazione di espansione.

• Dato che Rc è il ritmo di chip all’uscita di questo dispositivo, se indichiamo con Rs il ritmo binario all’ingresso dello stesso dispositivo, il fattore di espansione SF è uguale a

• Con riferimento al processo di espansione attuato in un trasmettitore di un collegamento CDMA, si chiama Fattore di Espansione (Spreading Factor) il numero di chip con cui si rappresenta ogni bit all’ingresso del dispositivo che effettua l’operazione di espansione.

• Dato che Rc è il ritmo di chip all’uscita di questo dispositivo, se indichiamo con Rs il ritmo binario all’ingresso dello stesso dispositivo, il fattore di espansione SF è uguale a

5c

s

RSF .

R (1)


6

Guadagno di Processo (1/6)Guadagno di Processo (1/6)

• Si parla invece di Guadagno di Processo (Processing Gain) con riferimento al rapporto fra il ritmo Rc risultante dell’operazione di espansione e il ritmo Rb del segnale di utente.

• Quindi il guadagno di processo GP è definito da

• Si parla invece di Guadagno di Processo (Processing Gain) con riferimento al rapporto fra il ritmo Rc risultante dell’operazione di espansione e il ritmo Rb del segnale di utente.

• Quindi il guadagno di processo GP è definito da

6cP

b

RG .

R (2)


7


• Si noti la differenza tra i due ritmi binari Rs e Rb (cfr. Fig. III.1), che compaiono a denominatore delle (1) e (2): il ritmo Rs include, rispetto a Rb, tutte le elaborazioni che, inserite fra la sorgente di informa-zione e il dispositivo di espansione, contribuiscono ad allargare la banda del segnale emesso dalla sorgente; tra queste elaborazioni il contributo maggiore è dato dalle codifiche per la correzione degli errori.

• Si noti la differenza tra i due ritmi binari Rs e Rb (cfr. Fig. III.1), che compaiono a denominatore delle (1) e (2): il ritmo Rs include, rispetto a Rb, tutte le elaborazioni che, inserite fra la sorgente di informa-zione e il dispositivo di espansione, contribuiscono ad allargare la banda del segnale emesso dalla sorgente; tra queste elaborazioni il contributo maggiore è dato dalle codifiche per la correzione degli errori.


8


c cP

s b

R RSF G

R R

Sorgente Codificatore EspansoreRb Rs Rc

Fig. III.1


9


• Come è facile convincersi tramite un bilancio energetico tra trasmettitore e ricevitore su un’intera catena trasmissiva (in uplink o in downlink), il guadagno di processo svolge un ruolo importante circa la possibilità di recuperare il segnale di utente in un accesso CDMA.

• Infatti assumiamo, come riferimento del collegamen-to (comprensivo del tipo di propagazione), il rapporto Eb/N0 fra le densità spettrali di potenza del segnale di utente e del disturbo all’ingresso del ricevitore; tale rapporto è infatti assumibile come indice della qualità trasmissiva.

• Come è facile convincersi tramite un bilancio energetico tra trasmettitore e ricevitore su un’intera catena trasmissiva (in uplink o in downlink), il guadagno di processo svolge un ruolo importante circa la possibilità di recuperare il segnale di utente in un accesso CDMA.

• Infatti assumiamo, come riferimento del collegamen-to (comprensivo del tipo di propagazione), il rapporto Eb/N0 fra le densità spettrali di potenza del segnale di utente e del disturbo all’ingresso del ricevitore; tale rapporto è infatti assumibile come indice della qualità trasmissiva.


10


• D’altra parte tale rapporto può essere espresso in funzione del guadagno di processo GP e del rapporto segnale/disturbo SNR sempre all’ingresso del ricevitore; si ha infatti, come è immediato giustificare

ove GP è definito dalla (2), mentre SNR è dato da

in cui Ps è la potenza del segnale di utente e Pn è la potenza totale del disturbo; commentiamo la (3).

• D’altra parte tale rapporto può essere espresso in funzione del guadagno di processo GP e del rapporto segnale/disturbo SNR sempre all’ingresso del ricevitore; si ha infatti, come è immediato giustificare

ove GP è definito dalla (2), mentre SNR è dato da

in cui Ps è la potenza del segnale di utente e Pn è la potenza totale del disturbo; commentiamo la (3).

(3)SNRGP

R

R

P

N

Ep

n

c

b

sb

0

n

s

P

PSNR (4)


11


• Per il collegamento e per la sorgente considerati, e quindi a parità del rapporto Eb/N0, un valore più elevato di Gp ha un effetto equivalente a un aumento del rapporto segnale/disturbo.

• Quindi il rapporto Gp può, a buon titolo, essere con-siderato un guadagno nel bilancio tra trasmissione e ricezione: cioè, a parità di potenza di disturbo, più elevato è il valore di Gp minore può essere il livello di potenza trasmessa per il segnale di utente.

• Per il collegamento e per la sorgente considerati, e quindi a parità del rapporto Eb/N0, un valore più elevato di Gp ha un effetto equivalente a un aumento del rapporto segnale/disturbo.

• Quindi il rapporto Gp può, a buon titolo, essere con-siderato un guadagno nel bilancio tra trasmissione e ricezione: cioè, a parità di potenza di disturbo, più elevato è il valore di Gp minore può essere il livello di potenza trasmessa per il segnale di utente.


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• III.2 Condizioni per i codici di espansione• III.2 Condizioni per i codici di espansione


13

Condizioni per i codici di espansione (1/7)Condizioni per i codici di espansione (1/7)

• Indichiamo con {ci(n)}, (n = 0,1,…,N−1) una sequenza ciclica di N elementi, che appartiene a un insieme di altre sequenze aventi uguale lunghezza e generate con lo stesso algoritmo.

• Cerchiamo un criterio per stabilire se questo insieme comprende sequenze utilizzabili come codici di espansione in un accesso CDMA.

• Lo scopo è consentire, nel ricevitore della comunicazione i-esima, la inversione dell’operazione di espansione effettuata in trasmissione e ottenere questo risultato con una correlazione tra il segnale ricevuto dopo la demo-dulazione e il pertinente segnale di espansione ci(t).

• Indichiamo con {ci(n)}, (n = 0,1,…,N−1) una sequenza ciclica di N elementi, che appartiene a un insieme di altre sequenze aventi uguale lunghezza e generate con lo stesso algoritmo.

• Cerchiamo un criterio per stabilire se questo insieme comprende sequenze utilizzabili come codici di espansione in un accesso CDMA.

• Lo scopo è consentire, nel ricevitore della comunicazione i-esima, la inversione dell’operazione di espansione effettuata in trasmissione e ottenere questo risultato con una correlazione tra il segnale ricevuto dopo la demo-dulazione e il pertinente segnale di espansione ci(t).


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• Affinché il risultato della correlazione sia quello corri-spondente a una buona qualità trasmissiva, è necessario che

– la convoluzione del segnale di utente bi(t) con la ca-scata delle operazioni di espansione e di compres-sione relative alla comunicazione i-esima restituisca i simboli del segnale di utente quando il punto di decisione sia allineato con quello dell’operazione di espansione;

– la potenza interferente vista dal ricevitore i-esimo in un istante di decisione comunque collocato sull’asse dei tempi sia di valore minimo o, idealmente, di valore nullo.

• Affinché il risultato della correlazione sia quello corri-spondente a una buona qualità trasmissiva, è necessario che

– la convoluzione del segnale di utente bi(t) con la ca-scata delle operazioni di espansione e di compres-sione relative alla comunicazione i-esima restituisca i simboli del segnale di utente quando il punto di decisione sia allineato con quello dell’operazione di espansione;

– la potenza interferente vista dal ricevitore i-esimo in un istante di decisione comunque collocato sull’asse dei tempi sia di valore minimo o, idealmente, di valore nullo.


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• La prima di queste condizioni è rispettata quando la funzione di auto-correlazione del segnale di espansione

è diversa da zero solo per = 0 ed è nulla altrove; cioè deve essere

• La prima di queste condizioni è rispettata quando la funzione di auto-correlazione del segnale di espansione

è diversa da zero solo per = 0 ed è nulla altrove; cioè deve essere

9ii i i d*R c t c t t .

ii0 0

100 0

R.

(5)

(6)


16


• Esiste un legame tra la (5) e la sequenza di auto-correlazione ii(m) della sequenza {ci(n)},(n=0,1,…,N-1); tale sequenza è definita da

ed è periodica di periodo N, data la ciclicità di {ci(n)}, (n=0,1,…,N-1); nella (7) la deviazione da n a n + m va valutata come un numero modN.

• È immediato mostrare che la funzione di auto-correlazione Rii(), calcolata per valori di uguali a multi-pli interi rTc di Tc coincide con la sequenza di auto-corre-lazione calcolata per m = r; cioè Rii( rTc ) = ii(r ).

• Esiste un legame tra la (5) e la sequenza di auto-correlazione ii(m) della sequenza {ci(n)},(n=0,1,…,N-1); tale sequenza è definita da

ed è periodica di periodo N, data la ciclicità di {ci(n)}, (n=0,1,…,N-1); nella (7) la deviazione da n a n + m va valutata come un numero modN.

• È immediato mostrare che la funzione di auto-correlazione Rii(), calcolata per valori di uguali a multi-pli interi rTc di Tc coincide con la sequenza di auto-corre-lazione calcolata per m = r; cioè Rii( rTc ) = ii(r ).

1

0

10 1 1 11ii i i

N

n

m c n c n m , m , , ...,NN

(7)


17


• La seconda condizione fa riferimento alla funzione di correlazione incrociata Rji() di due segnali di espansione cj(t) e ci(t) associati a due codici {cj(n)} e {ci(n)} comunque scelti nell’insieme sotto esame:

• Se associamo cj(t) alla comunicazione interferente e ci(t) alla comunicazione di riferimento, la funzione Rji() è uguale alla potenza interferente vista dal ricevitore i-esimo in un istante di decisione che è sfasato del tempo rispetto all’istante di espansione della comunicazione interferente.

• La seconda condizione fa riferimento alla funzione di correlazione incrociata Rji() di due segnali di espansione cj(t) e ci(t) associati a due codici {cj(n)} e {ci(n)} comunque scelti nell’insieme sotto esame:

• Se associamo cj(t) alla comunicazione interferente e ci(t) alla comunicazione di riferimento, la funzione Rji() è uguale alla potenza interferente vista dal ricevitore i-esimo in un istante di decisione che è sfasato del tempo rispetto all’istante di espansione della comunicazione interferente.

12ji j i d .*R c t c t t

(8)


18


• Poiché tale istante può assumere un valore qualunque, se l’obiettivo è annullare la potenza interferente, dovrebbe risultare

• Idealmente quindi le sequenze dell’insieme dovrebbero essere tra loro ortogonali per qualunque deviazione ; in pratica la (9) può essere soddisfatta solo in modo approssimato.

• Poiché tale istante può assumere un valore qualunque, se l’obiettivo è annullare la potenza interferente, dovrebbe risultare

• Idealmente quindi le sequenze dell’insieme dovrebbero essere tra loro ortogonali per qualunque deviazione ; in pratica la (9) può essere soddisfatta solo in modo approssimato.

0 13jiR i j ; . (9)


19


• Così come alla (5) si è associata la (7), se la (8) viene calcolata per valori di che sono multipli interi rTc dell’intervallo di chip Tc, si ottiene Rji (rTc) = ji(r ), ove

è la sequenza di correlazione incrociata che, come la (7), è periodica di periodo N.

• Così come alla (5) si è associata la (7), se la (8) viene calcolata per valori di che sono multipli interi rTc dell’intervallo di chip Tc, si ottiene Rji (rTc) = ji(r ), ove

è la sequenza di correlazione incrociata che, come la (7), è periodica di periodo N.

11 0 1 1 140

Nm c n c n m m , ,...Nij j iN n

(10)


20

Auto-correlazioni e correlazioni incrociate richieste (1/7)


• In conclusione, i segnali di espansione, che rappresen-tano codici per un accesso CDMA, devono avere:

– una funzione di auto-correlazione che, rispetto all’asse delle deviazioni , si comporta come un impulso di Dirac centrato sull’ascissa = 0;

– una funzione di correlazione incrociata che, al variare dell’ascissa , assume valori i più limitati possibile.

• In conclusione, i segnali di espansione, che rappresen-tano codici per un accesso CDMA, devono avere:

– una funzione di auto-correlazione che, rispetto all’asse delle deviazioni , si comporta come un impulso di Dirac centrato sull’ascissa = 0;

– una funzione di correlazione incrociata che, al variare dell’ascissa , assume valori i più limitati possibile.


21



• Ciò equivale ad affermare chesecondo la (6), ogni codice dell’insieme deve essere

ortogonale a se stesso (o almeno approssimativamen-te ortogonale) per ogni positivo;

secondo la (9), i codici dell’insieme devono essere almeno approssimativamente ortogonali a due a due per ogni non negativo;

cioè per le auto-correlazioni e le correlazioni incrociate deve essere

• Ciò equivale ad affermare chesecondo la (6), ogni codice dell’insieme deve essere

ortogonale a se stesso (o almeno approssimativamen-te ortogonale) per ogni positivo;

secondo la (9), i codici dell’insieme devono essere almeno approssimativamente ortogonali a due a due per ogni non negativo;

cioè per le auto-correlazioni e le correlazioni incrociate deve essere

ji

0 = ; = 0

= 0 = ; > 0

= 0 ; .

i j τ

R i j τ

i j τ

∀


22



• A commento delle condizioni espresse dalle (6) e (9) si osserva che:

– dette condizioni di ortogonalità, se soddisfatte, assicurano che differenti messaggi di utente possono essere separati nel ricevitore anche se occupano la stessa banda di frequenza e lo stesso intervallo di tempo;

– questo risultato continua a valere se gli utenti che condividono il mezzo sono tra loro asincroni;

• A commento delle condizioni espresse dalle (6) e (9) si osserva che:

– dette condizioni di ortogonalità, se soddisfatte, assicurano che differenti messaggi di utente possono essere separati nel ricevitore anche se occupano la stessa banda di frequenza e lo stesso intervallo di tempo;

– questo risultato continua a valere se gli utenti che condividono il mezzo sono tra loro asincroni;


23



• se, in luogo delle (6) e (9) aventi validità per qualunque deviazione , i codici dell’insieme fossero ortogonali solo per una deviazione nulla, e cioè se fosse

la possibilità di separare messaggi diversi è condizionata al fatto che i segnali ricevuti e sottoposti a correlazioni fossero tra loro sincroni; infatti sequenze che rispettano in modo esatto la (11) (come accade per quelle di Walsh-Hadamard) presentano valori non nulli della funzione Rij() per deviazioni maggiori di zero;

• se, in luogo delle (6) e (9) aventi validità per qualunque deviazione , i codici dell’insieme fossero ortogonali solo per una deviazione nulla, e cioè se fosse

la possibilità di separare messaggi diversi è condizionata al fatto che i segnali ricevuti e sottoposti a correlazioni fossero tra loro sincroni; infatti sequenze che rispettano in modo esatto la (11) (come accade per quelle di Walsh-Hadamard) presentano valori non nulli della funzione Rij() per deviazioni maggiori di zero;

10 15

0jii j

Ri j ,

(11)


24



• il rispetto delle (6) e (9) è mediamente assicurato per sequenze i cui elementi presentano valori binari scelti completamente a caso, tra loro indipendenti e con media nulla; ma sequenze di questo tipo, una volta impiegate in trasmissione per espandere il segnale di utente, devono essere trasmesse al ricevitore per consentire a quest’ultimo di effettuare l’operazione di compressione complementare a quella di espansione; un vincolo di questo tipo non può ovviamente essere accettato;

• il rispetto delle (6) e (9) è mediamente assicurato per sequenze i cui elementi presentano valori binari scelti completamente a caso, tra loro indipendenti e con media nulla; ma sequenze di questo tipo, una volta impiegate in trasmissione per espandere il segnale di utente, devono essere trasmesse al ricevitore per consentire a quest’ultimo di effettuare l’operazione di compressione complementare a quella di espansione; un vincolo di questo tipo non può ovviamente essere accettato;


25



• un ulteriore condizione da affiancare al rispetto delle (6) e (9) è nello scegliere, come codici di espansione, sequenze che siano praticamente e facilmente generabili in trasmissione e in ricezione;

• una agevole generazione e un buon comportamento della funzione di auto-correlazione in coerenza con la condizione (6) sono offerte dalle sequenze di massima lunghezza (sequenze m), che appartengono alla famiglia delle sequenze pseudo-casuali (pseudo-noise).

• un ulteriore condizione da affiancare al rispetto delle (6) e (9) è nello scegliere, come codici di espansione, sequenze che siano praticamente e facilmente generabili in trasmissione e in ricezione;

• una agevole generazione e un buon comportamento della funzione di auto-correlazione in coerenza con la condizione (6) sono offerte dalle sequenze di massima lunghezza (sequenze m), che appartengono alla famiglia delle sequenze pseudo-casuali (pseudo-noise).


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• le sequenze m, quando sono differenti (e cioè con differenti generatori) presentano però scarse proprietà di correlazione incrociata; queste proprietà sono decisa-mente migliorate con le sequenze di Gold e con quelle di Kasami: entrambe

– sono ottenibili sommando coppie di sequenze m scel-te con opportuno criterio;

– presentano un buon soddisfacimento, oltre che della (6), anche della (9).

• le sequenze m, quando sono differenti (e cioè con differenti generatori) presentano però scarse proprietà di correlazione incrociata; queste proprietà sono decisa-mente migliorate con le sequenze di Gold e con quelle di Kasami: entrambe

– sono ottenibili sommando coppie di sequenze m scel-te con opportuno criterio;

– presentano un buon soddisfacimento, oltre che della (6), anche della (9).


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• III.3 Gestione delle risorse radio• III.3 Gestione delle risorse radio


28

Gestione delle risorse radio (1/2)Gestione delle risorse radio (1/2)

• Questa funzione, indicata usualmente con la sigla RRM (Radio Resource Management), è sotto la responsabilità dell’interfaccia radio di ogni sistema radio-mobile ed è quindi svolta con la cooperazione dell’apparato mobile e della stazione radio-base, incluso in questa l’apparato che controlla l’operati-vità di quest’ultima.

• Questa funzione, indicata usualmente con la sigla RRM (Radio Resource Management), è sotto la responsabilità dell’interfaccia radio di ogni sistema radio-mobile ed è quindi svolta con la cooperazione dell’apparato mobile e della stazione radio-base, incluso in questa l’apparato che controlla l’operati-vità di quest’ultima.


29

Gestione delle risorse radio (2/2)Gestione delle risorse radio (2/2)

• La funzione RRM fa uso di vari algoritmi, che hanno la finalità di definire un percorso radio in grado di soddisfare i criteri di Qualità del Servizio (QoS) utilizzante detto percorso.

• Gli algoritmi RRM riguardano in generale– il controllo dell’handover;– il controllo di potenza;– il controllo di ammissione;– lo scadenzamento dei pacchetti.

• La funzione RRM fa uso di vari algoritmi, che hanno la finalità di definire un percorso radio in grado di soddisfare i criteri di Qualità del Servizio (QoS) utilizzante detto percorso.

• Gli algoritmi RRM riguardano in generale– il controllo dell’handover;– il controllo di potenza;– il controllo di ammissione;– lo scadenzamento dei pacchetti.


30

Controllo dell’handoverControllo dell’handover

• È una funzione essenziale in qualunque sistema radio-mobile per assicurare che un utente in movimento conservi continuità della propria comuni-cazione con il mantenimento di una QoS adeguata alla fruizione del servizio utilizzato.

• È una funzione essenziale in qualunque sistema radio-mobile per assicurare che un utente in movimento conservi continuità della propria comuni-cazione con il mantenimento di una QoS adeguata alla fruizione del servizio utilizzato.


31

Strategie di handover nei sistemi TDMA/FDMA (1/3)


• Nel sistema GSM l’handover è sempre di tipo “hard”, dove con questo termine si intende la necessità di cambiare la frequenza portante, utilizzata dal mobile (UE) durante il passaggio da una cella all’altra;

• Nel sistema GSM l’handover è sempre di tipo “hard”, dove con questo termine si intende la necessità di cambiare la frequenza portante, utilizzata dal mobile (UE) durante il passaggio da una cella all’altra;


32



• il UE non può collegarsi contempora-neamente con due diverse stazioni radio-base (SRB), trasmettendo su due portanti distinte;

• quindi la procedura di handover prevede sempre un breve intervallo di tempo (circa 100 ms) durante il quale la connessione SRB-UE viene interrotta;

• tale interruzione è minimizzata grazie alla presenza, lato rete, di una doppia connessione (bridge) controllata dal Mobile Switching Center (MSC), il quale svolge una funzione di commutazione per tutta la durata della procedura di handover.

• il UE non può collegarsi contempora-neamente con due diverse stazioni radio-base (SRB), trasmettendo su due portanti distinte;

• quindi la procedura di handover prevede sempre un breve intervallo di tempo (circa 100 ms) durante il quale la connessione SRB-UE viene interrotta;

• tale interruzione è minimizzata grazie alla presenza, lato rete, di una doppia connessione (bridge) controllata dal Mobile Switching Center (MSC), il quale svolge una funzione di commutazione per tutta la durata della procedura di handover.


33



• Nel sistema DECT l’handover è ancora di tipo “hard” ma viene realizzato in maniera “seamlessseamless”, cioè senza alcuna interruzione;

• il UE è infatti in grado di stabilire due connessioni simultanee verso due diverse SRB, realizzando così un bridge anche sull’interfaccia radio (oltre a quello presente, anche in questo caso, sul lato rete) e gestito dal controllore di SRB.

• Nel sistema DECT l’handover è ancora di tipo “hard” ma viene realizzato in maniera “seamlessseamless”, cioè senza alcuna interruzione;

• il UE è infatti in grado di stabilire due connessioni simultanee verso due diverse SRB, realizzando così un bridge anche sull’interfaccia radio (oltre a quello presente, anche in questo caso, sul lato rete) e gestito dal controllore di SRB.


34

Strategie di handover nei sistemi CDMA (1/4)Strategie di handover nei sistemi CDMA (1/4)

• In un sistema CDMA, a causa dell’utilizzo da parte di tutte le SRB della stessa banda di frequenza, ogni UE ha la possibilità di stabilire, in modo semplice e natu-rale, connessioni in parallelo con più SRB contempo-raneamente;

• è sufficiente che le diverse SRB coinvolte utilizzino lo stesso codice, su una stessa comunicazione in corso, per consentire

– la ricezione del segnale inviato dal mobile;– la trasmissione simultanea verso il mobile stesso.

• In un sistema CDMA, a causa dell’utilizzo da parte di tutte le SRB della stessa banda di frequenza, ogni UE ha la possibilità di stabilire, in modo semplice e natu-rale, connessioni in parallelo con più SRB contempo-raneamente;

• è sufficiente che le diverse SRB coinvolte utilizzino lo stesso codice, su una stessa comunicazione in corso, per consentire

– la ricezione del segnale inviato dal mobile;– la trasmissione simultanea verso il mobile stesso.


35


• Naturalmente, il UE da un lato e il controllore di SRB dall’altro dovranno farsi carico del controllo di tali connessioni, assicurandosi, innanzitutto, che su tut-te le connessioni simultanee vengano sempre scam-biate esattamente le stesse informazioni.

• Ogni UE sarà quindi connesso, in un certo istante, ad un insieme di SRB, detto “active set”.

• Naturalmente, il UE da un lato e il controllore di SRB dall’altro dovranno farsi carico del controllo di tali connessioni, assicurandosi, innanzitutto, che su tut-te le connessioni simultanee vengano sempre scam-biate esattamente le stesse informazioni.

• Ogni UE sarà quindi connesso, in un certo istante, ad un insieme di SRB, detto “active set”.


36


• Al variare delle condizioni di propagazione, a causa, ad esempio, della mobilità del UE, entreranno a far parte di questo insieme le SRB, il cui segnale venga ricevuto sopra una soglia detta “ADD”.

• Al contrario, nel caso in cui il segnale ricevuto scenda per un certo margine di tempo ( in modo da evitare false transizioni , a causa di piccole oscillazioni del segnale) sotto una soglia detta di “DROP”, la SRB relativa verrà eliminata dall’ “active set”.

• Il numero massimo di SRB, che possono entrare a far parte dell’ “active set” dipende dal tipo di ricevitore utilizzato nel UE.

• Al variare delle condizioni di propagazione, a causa, ad esempio, della mobilità del UE, entreranno a far parte di questo insieme le SRB, il cui segnale venga ricevuto sopra una soglia detta “ADD”.

• Al contrario, nel caso in cui il segnale ricevuto scenda per un certo margine di tempo ( in modo da evitare false transizioni , a causa di piccole oscillazioni del segnale) sotto una soglia detta di “DROP”, la SRB relativa verrà eliminata dall’ “active set”.

• Il numero massimo di SRB, che possono entrare a far parte dell’ “active set” dipende dal tipo di ricevitore utilizzato nel UE.


37


• Questa caratteristica (peculiare dei sistemi CDMA), permette la realizzazione

– della funzione di macro diversità, in cui vengono, di volta in volta, scelti i migliori blocchi di informazione ricevuti dal UE e dal controllore della SRB, attraverso tutte le SRB coinvolte,

– di una particolare e molto efficace procedura di handover, detta di “soft handover”.

• Infatti l’handover avviene in modo automatico, attraverso la sequenza di SRB che vengono via via inserite e poi rimosse dall’”active set”, senza la necessità di alcun cambiamento nella ricezione o nella trasmissione da parte del UE o delle SRB.

• Questa caratteristica (peculiare dei sistemi CDMA), permette la realizzazione

– della funzione di macro diversità, in cui vengono, di volta in volta, scelti i migliori blocchi di informazione ricevuti dal UE e dal controllore della SRB, attraverso tutte le SRB coinvolte,

– di una particolare e molto efficace procedura di handover, detta di “soft handover”.

• Infatti l’handover avviene in modo automatico, attraverso la sequenza di SRB che vengono via via inserite e poi rimosse dall’”active set”, senza la necessità di alcun cambiamento nella ricezione o nella trasmissione da parte del UE o delle SRB.


38

Controllo della potenza (1/2)Controllo della potenza (1/2)

• È una funzione importante in ogni sistema radio-mobile, ma diventa essenziale nei sistemi cellulari con accesso CDMA.

• In generale lo scopo è assicurare che la potenza ricevuta in uplink (ma anche in downlink) su tutte le connessioni contemporaneamente attive sia mante-nuta allo stesso livello indipendentemente dalla di-stanza del UE dalla SRB e nonostante le fluttuazioni di attenuazione prodotte da fading a breve termine.

• È una funzione importante in ogni sistema radio-mobile, ma diventa essenziale nei sistemi cellulari con accesso CDMA.

• In generale lo scopo è assicurare che la potenza ricevuta in uplink (ma anche in downlink) su tutte le connessioni contemporaneamente attive sia mante-nuta allo stesso livello indipendentemente dalla di-stanza del UE dalla SRB e nonostante le fluttuazioni di attenuazione prodotte da fading a breve termine.


39

Controllo della potenza (2/2)Controllo della potenza (2/2)

• Nel caso dei sistemi cellulari con accesso CDMA il controllo di potenza deve fronteggiare i problemi posti

– dall’effetto vicino-lontano (near-far effect);– dalla capacità dell’interfaccia radio che è tipica-

mente dipendente dall’interferenza;– dai limiti di potenza emissibile da parte di un UE.

• In UMTS il controllo di potenza è attuato con la frequenza di 1500 Hz.

• Nel caso dei sistemi cellulari con accesso CDMA il controllo di potenza deve fronteggiare i problemi posti

– dall’effetto vicino-lontano (near-far effect);– dalla capacità dell’interfaccia radio che è tipica-

mente dipendente dall’interferenza;– dai limiti di potenza emissibile da parte di un UE.

• In UMTS il controllo di potenza è attuato con la frequenza di 1500 Hz.


40

Controllo di AmmissioneControllo di Ammissione

• Il Controllo di Ammissione (AC- Admission Control) è una funzione che acquista rilievo basilare nei sistemi cellulari con accesso CDMA: questi sono tipicamente limitati dall’interferenza prodotta su ogni comunica-zione dalle altre comunicazioni contemporaneamente attive.

• Il compito principale della funzione AC è stimare se una nuova chiamata (o sessione) può ottenere accesso al sistema senza sacrificare le prestazioni di QoS delle chiamate (sessioni) pre-esistenti.

• In relazione all’algoritmo AC, il controllo della SRB può accettare o rifiutare l’accesso richiesto.

• Il Controllo di Ammissione (AC- Admission Control) è una funzione che acquista rilievo basilare nei sistemi cellulari con accesso CDMA: questi sono tipicamente limitati dall’interferenza prodotta su ogni comunica-zione dalle altre comunicazioni contemporaneamente attive.

• Il compito principale della funzione AC è stimare se una nuova chiamata (o sessione) può ottenere accesso al sistema senza sacrificare le prestazioni di QoS delle chiamate (sessioni) pre-esistenti.

• In relazione all’algoritmo AC, il controllo della SRB può accettare o rifiutare l’accesso richiesto.


41

Scadenzamento dei pacchetti (1/2)Scadenzamento dei pacchetti (1/2)

• Sempre con riferimento a un sistema cellulare con accesso CDMA, occorre considerare il caso in cui la connessione di accesso deve essere supporto di un modo di trasferimento a pacchetto.

• In questo caso occorre infatti tenere conto che la sorgente facente capo alla connessione può emettere in modo intermittente e con ritmo binario variabile; queste caratteristiche di emissione si riflettono sul carico dell’interfaccia.

• Sempre con riferimento a un sistema cellulare con accesso CDMA, occorre considerare il caso in cui la connessione di accesso deve essere supporto di un modo di trasferimento a pacchetto.

• In questo caso occorre infatti tenere conto che la sorgente facente capo alla connessione può emettere in modo intermittente e con ritmo binario variabile; queste caratteristiche di emissione si riflettono sul carico dell’interfaccia.


42

Scadenzamento dei pacchetti (2/2)Scadenzamento dei pacchetti (2/2)

• Sulla base degli attributi di QoS richiesti e di misure sul carico che interessa l’interfaccia radio, compito di una funzione di Scadenzamento dei Pacchetti (PS-Packet Scheduling) è regolarizzare, anche in termini di rispetto di priorità, i flussi dei pacchetti che provengono da una pluralità di sorgenti e che devono condividere la risorsa radio.

• Ciò può essere ottenuto con l’utilizzazione di opportuni modelli di traffico e con un accodamento dei pacchetti da trasferire in modo da introdurre ritardi controllati su ogni flusso.

• Sulla base degli attributi di QoS richiesti e di misure sul carico che interessa l’interfaccia radio, compito di una funzione di Scadenzamento dei Pacchetti (PS-Packet Scheduling) è regolarizzare, anche in termini di rispetto di priorità, i flussi dei pacchetti che provengono da una pluralità di sorgenti e che devono condividere la risorsa radio.

• Ciò può essere ottenuto con l’utilizzazione di opportuni modelli di traffico e con un accodamento dei pacchetti da trasferire in modo da introdurre ritardi controllati su ogni flusso.


43


• III.4 Gestione della mobilità• III.4 Gestione della mobilità


44

La gestione della mobilitàLa gestione della mobilità

• Le funzioni di gestione della mobilità sono svolte dagli apparati della sezione interna della rete mobile in cooperazione con quelli della rete di accesso.

• A queste funzioni appartengono– l’identificazione dell’utente che richiede servizio;– la sua autenticazione;– l’aggiornamento della sua localizzazione;– l’avviso all’utente nel caso di una comunicazione

entrante (paging).

• Le funzioni di gestione della mobilità sono svolte dagli apparati della sezione interna della rete mobile in cooperazione con quelli della rete di accesso.

• A queste funzioni appartengono– l’identificazione dell’utente che richiede servizio;– la sua autenticazione;– l’aggiornamento della sua localizzazione;– l’avviso all’utente nel caso di una comunicazione

entrante (paging).


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Procedure di localizzazione e di paging (1/2)Procedure di localizzazione e di paging (1/2)

• Si descrivono brevemente le principali caratteristiche funzionali delle procedure di localizzazione e di paging del sistema GSM che possono essere considerate rappresentative degli attuali meccanismi per

– individuare in modo continuo la posizione dell’utente mobile;

– reperire quest’ultimo in caso di chiamata rivolta al mobile stesso.

• Si descrivono brevemente le principali caratteristiche funzionali delle procedure di localizzazione e di paging del sistema GSM che possono essere considerate rappresentative degli attuali meccanismi per

– individuare in modo continuo la posizione dell’utente mobile;

– reperire quest’ultimo in caso di chiamata rivolta al mobile stesso.


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Procedure di localizzazione e di paging(2/2)Procedure di localizzazione e di paging(2/2)

• La localizzazione consente alla rete di conoscere istante per istante l’area di chiamata in cui si trova il UE.

• Tale informazione è aggiornata ogni qualvolta si verifica un passaggio di confine tra aree di localiz-zazione diverse, definite da insiemi fissi e disgiunti di celle.

• La localizzazione consente alla rete di conoscere istante per istante l’area di chiamata in cui si trova il UE.

• Tale informazione è aggiornata ogni qualvolta si verifica un passaggio di confine tra aree di localiz-zazione diverse, definite da insiemi fissi e disgiunti di celle.


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Aggiornamento della localizzazione (1/5)


• La procedura di aggiornamento della localizzazione è originata dal UE in tutti i casi nei quali il UE, attestato al canale diffusivo di una data cella, si sposta sul canale equivalente di una cella appartenente ad un’area di localizzazione diversa da quella a cui apparteneva la cella precedente.

• La procedura di aggiornamento della localizzazione è originata dal UE in tutti i casi nei quali il UE, attestato al canale diffusivo di una data cella, si sposta sul canale equivalente di una cella appartenente ad un’area di localizzazione diversa da quella a cui apparteneva la cella precedente.


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• L’indicativo dell’area di localizzazione è rilevato dal UE attraverso la lettura di un messaggio di sistema presente sul canale diffusivo della nuova cella.

• Il UE confronta tale indicativo con quello memo-rizzato precedentemente e, se lo trova diverso, inizia la procedura di aggiornamento.

• L’indicativo dell’area di localizzazione è rilevato dal UE attraverso la lettura di un messaggio di sistema presente sul canale diffusivo della nuova cella.

• Il UE confronta tale indicativo con quello memo-rizzato precedentemente e, se lo trova diverso, inizia la procedura di aggiornamento.


49



• Non appena il UE registra un cambiamento di localizzazione, esso effettua un accesso alla nuova SRB:

– se l’accesso va a buon fine, la SRB assegna al UE un canale di segnalazione;

– su tale canale il UE invia una richiesta di aggiornamento della localizzazione;

– in base a questa richiesta, il centro di commu-tazione è in grado di compiere le opportune ope-razioni verso i registri di localizzazione.

• Non appena il UE registra un cambiamento di localizzazione, esso effettua un accesso alla nuova SRB:

– se l’accesso va a buon fine, la SRB assegna al UE un canale di segnalazione;

– su tale canale il UE invia una richiesta di aggiornamento della localizzazione;

– in base a questa richiesta, il centro di commu-tazione è in grado di compiere le opportune ope-razioni verso i registri di localizzazione.


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• In genere si richiede l’autenticazione del UE soltanto quando il cambio di localizzazione coincide con il passaggio tra aree controllate da centri di commutazione diversi.

• In genere si richiede l’autenticazione del UE soltanto quando il cambio di localizzazione coincide con il passaggio tra aree controllate da centri di commutazione diversi.


51



• Normalmente, nei sistemi cellulari di concezione avanzata, è presente una procedura di registrazione periodica, innescata dallo scadere di una temporiz-zazione.

• Essa ha la funzione di confermare l’informazione relativa alla posizione del mobile (area di chiamata) ed in particolare modo di ripristinarla nel caso in cui si sia verificata una perdita di informazione nei registri di localizzazione.

• Normalmente, nei sistemi cellulari di concezione avanzata, è presente una procedura di registrazione periodica, innescata dallo scadere di una temporiz-zazione.

• Essa ha la funzione di confermare l’informazione relativa alla posizione del mobile (area di chiamata) ed in particolare modo di ripristinarla nel caso in cui si sia verificata una perdita di informazione nei registri di localizzazione.


52

Evento di pagingEvento di paging

• Alle aree di localizzazione in genere corrispondono quelle di “paging” all’interno delle quali l’utente viene chiamato nel caso di chiamata entrante nel sistema cellulare.

• In questa eventualità, la centrale, che controlla l’area di localizzazione in cui il UE è registrato, comanda a tutte le SRB dell’area stessa (celle) di irradiare il numero dell’utente chiamato.

• L’evento di “paging” innesca la procedura attraverso cui il UE si connette con la rete.

• Alle aree di localizzazione in genere corrispondono quelle di “paging” all’interno delle quali l’utente viene chiamato nel caso di chiamata entrante nel sistema cellulare.

• In questa eventualità, la centrale, che controlla l’area di localizzazione in cui il UE è registrato, comanda a tutte le SRB dell’area stessa (celle) di irradiare il numero dell’utente chiamato.

• L’evento di “paging” innesca la procedura attraverso cui il UE si connette con la rete.


53

III. L’accesso wireless in UMTS III. L’accesso wireless in UMTS

• III.5 Caratteristiche generali di UMTS• III.5 Caratteristiche generali di UMTS


54

Verso il 3G (1/5)Verso il 3G (1/5)

• La terza generazione radiomobile è stata concepita all’origine con l’intento di –unificare gli standard esistenti per dare roaming

mondiale;–offrire nuove forme di comunicazione realizzan-

do una convergenza tra mobile e fisso nei servizi multimediali e dati.

• Sebbene l’obiettivo originario fosse quello di realizzare un unico sistema, i differenti interessi degli enti coinvolti non l’ hanno reso possibile.

• La terza generazione radiomobile è stata concepita all’origine con l’intento di –unificare gli standard esistenti per dare roaming

mondiale;–offrire nuove forme di comunicazione realizzan-

do una convergenza tra mobile e fisso nei servizi multimediali e dati.

• Sebbene l’obiettivo originario fosse quello di realizzare un unico sistema, i differenti interessi degli enti coinvolti non l’ hanno reso possibile.


55


• In questo quadro di interessi contrapposti, l’ITU ha definito una famiglia di sistemi a cui fu attribuito il nome di IMT-2000 (International Mobile Telecommunications - 2000) e che includeva soluzioni TDMA e CDMA, oltre che FDD e TDD.

• L’UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) include due delle proposte di interfaccia radio sottoposte all’ITU per rispondere ai requisiti definiti per IMT-2000: entrambe utilizzano un accesso DS-WCDMA (Direct Sequence-WideBand CDMA), ma una prevede una duplicazione FDD, mentre l’altra adotta una duplicazione TDD.

• In questo quadro di interessi contrapposti, l’ITU ha definito una famiglia di sistemi a cui fu attribuito il nome di IMT-2000 (International Mobile Telecommunications - 2000) e che includeva soluzioni TDMA e CDMA, oltre che FDD e TDD.

• L’UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) include due delle proposte di interfaccia radio sottoposte all’ITU per rispondere ai requisiti definiti per IMT-2000: entrambe utilizzano un accesso DS-WCDMA (Direct Sequence-WideBand CDMA), ma una prevede una duplicazione FDD, mentre l’altra adotta una duplicazione TDD.


56


• La soluzione FDD (adottata da ETSI) è quella che attualmente viene utilizzata in Europa e in altri paesi del mondo; la soluzione TDD verrà principalmente utilizzata in Asia.

• Per lo sviluppo dell’UMTS è stato creato il gruppo di standardizzazione 3GPP (Third Generation Partnership Project).

• Il 3GPP ha provveduto a definire release successive dello standard: si è partiti dalla Release 99; si è poi passati alle Release 4, 5 e 6; la Release più recente è la 7.

• La soluzione FDD (adottata da ETSI) è quella che attualmente viene utilizzata in Europa e in altri paesi del mondo; la soluzione TDD verrà principalmente utilizzata in Asia.

• Per lo sviluppo dell’UMTS è stato creato il gruppo di standardizzazione 3GPP (Third Generation Partnership Project).

• Il 3GPP ha provveduto a definire release successive dello standard: si è partiti dalla Release 99; si è poi passati alle Release 4, 5 e 6; la Release più recente è la 7.


57


• Un altro sistema rispondente alle specifiche IMT-2000 è il CDMA-2000, con diffusione in Nord America dato che è parzialmente basato sui principi dell’IS-95, e cioè del sistema di 2a generazione sviluppato nella stessa area.

• Di questo sistema è in corso di sviluppo la soluzione multiportante.

• Il gruppo di lavoro preposto alla standardizzazione del CDMA-2000 è il 3GPP 2.

• Un altro sistema rispondente alle specifiche IMT-2000 è il CDMA-2000, con diffusione in Nord America dato che è parzialmente basato sui principi dell’IS-95, e cioè del sistema di 2a generazione sviluppato nella stessa area.

• Di questo sistema è in corso di sviluppo la soluzione multiportante.

• Il gruppo di lavoro preposto alla standardizzazione del CDMA-2000 è il 3GPP 2.


58


• Nella Release 99, l’UMTS impiega – un Core Network IMT-2000 UMTS, che deriva dal

GSM/GPRS;– due tecnologie di accesso radio, entrambe del tipo

WCDMA (cioè con accesso multiplo CDMA a larga banda) e entrambe indicate con la sigla UTRA (Universal Terrestrial Radio Access) e distinte per la modalità di duplicazione, una chiamata UTRA FDD e l’altra riferita come UTRA TDD, quest’ultima con due varianti: la TDCDMA e la TDSCDMA.

• Vengono qui di seguito presentate in modo sintetico le principali caratteristiche dell’accesso WCDMA.

• Nella Release 99, l’UMTS impiega – un Core Network IMT-2000 UMTS, che deriva dal

GSM/GPRS;– due tecnologie di accesso radio, entrambe del tipo

WCDMA (cioè con accesso multiplo CDMA a larga banda) e entrambe indicate con la sigla UTRA (Universal Terrestrial Radio Access) e distinte per la modalità di duplicazione, una chiamata UTRA FDD e l’altra riferita come UTRA TDD, quest’ultima con due varianti: la TDCDMA e la TDSCDMA.

• Vengono qui di seguito presentate in modo sintetico le principali caratteristiche dell’accesso WCDMA.


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Caratteristiche del WCDMA (1/8)Caratteristiche del WCDMA (1/8)

• È un sistema a larga banda a divisione di codice a sequenza diretta (DS-CDMA), in cui i bit di informazione relativi agli utenti del sistema sono trasmessi su tutta la banda disponibile moltiplicando i dati di utente per una sequenza derivata dai codici di espansione CDMA.

• Per poter supportare elevati ritmi binari (fino a 2 Mbit/s) è utilizzato un fattore di espansione (SF) variabile e sono realizzate connessioni multicodice.

• È un sistema a larga banda a divisione di codice a sequenza diretta (DS-CDMA), in cui i bit di informazione relativi agli utenti del sistema sono trasmessi su tutta la banda disponibile moltiplicando i dati di utente per una sequenza derivata dai codici di espansione CDMA.

• Per poter supportare elevati ritmi binari (fino a 2 Mbit/s) è utilizzato un fattore di espansione (SF) variabile e sono realizzate connessioni multicodice.


60


• Il ritmo di chip utilizzato è di 3,84 Mcp/s, con una larghezza di banda della portante di circa 5 MHz.

• La maggiore larghezza di banda (rispetto a sistemi CDMA a banda stretta) consente di supportare ritmi binari più elevati, con indubbi vantaggi prestazionali, grazie alla possibilità offerta di sfruttare la diversità prodotta dai cammini multipli.

• A seconda della banda operativa disponibile, l’operatore di rete può utilizzare porzioni multiple della banda a 5 MHz per aumentare la capacità facendo anche ricorso a strutture di celle gerarchiche.

• Il ritmo di chip utilizzato è di 3,84 Mcp/s, con una larghezza di banda della portante di circa 5 MHz.

• La maggiore larghezza di banda (rispetto a sistemi CDMA a banda stretta) consente di supportare ritmi binari più elevati, con indubbi vantaggi prestazionali, grazie alla possibilità offerta di sfruttare la diversità prodotta dai cammini multipli.

• A seconda della banda operativa disponibile, l’operatore di rete può utilizzare porzioni multiple della banda a 5 MHz per aumentare la capacità facendo anche ricorso a strutture di celle gerarchiche.


61


• Supporta una vasta gamma di ritmi binari di utente realizzando, di fatto, l’opportunità di banda su richiesta (bandwidth on demand).

• Nella Release 99, ad ogni utente è allocata una trama della durata di 10 ms, durante la quale il ritmo binario di utente è mantenuto costante; nelle Release 5 e 6, la durata di questa trama è ridotta a 2 ms.

• La distribuzione della capacità tra gli utenti, tuttavia, può variare da trama a trama.

• La trama di 10 ms è suddivisa in 15 intervalli temporali (IT); questa suddivisione ha lo scopo di sincronizzare funzioni periodiche in luogo di quello di separare flussi informativi come in TDM.

• Supporta una vasta gamma di ritmi binari di utente realizzando, di fatto, l’opportunità di banda su richiesta (bandwidth on demand).

• Nella Release 99, ad ogni utente è allocata una trama della durata di 10 ms, durante la quale il ritmo binario di utente è mantenuto costante; nelle Release 5 e 6, la durata di questa trama è ridotta a 2 ms.

• La distribuzione della capacità tra gli utenti, tuttavia, può variare da trama a trama.

• La trama di 10 ms è suddivisa in 15 intervalli temporali (IT); questa suddivisione ha lo scopo di sincronizzare funzioni periodiche in luogo di quello di separare flussi informativi come in TDM.


62


• Supporta due modalità operative di base– FDD (Frequency Division Duplex);– TDD (Time Division Duplex).

• Nella modalità FDD sono utilizzate due portanti con larghezza di banda di 5 MHz per le tratte up-link (dal mobile alla stazione radio-base) e down-link (dalla stazione radio-base al mobile), mentre in TDD un’unica banda da 5 MHz è condivisa, a divisione di tempo, tra le due tratte.

• La modalità TDD è pesantemente basata sui concetti FDD ed è stata aggiunta per sfruttare più efficientemente la tecnologia base WCDMA anche nel caso di allocazione asimmetrica della banda.

• Supporta due modalità operative di base– FDD (Frequency Division Duplex);– TDD (Time Division Duplex).

• Nella modalità FDD sono utilizzate due portanti con larghezza di banda di 5 MHz per le tratte up-link (dal mobile alla stazione radio-base) e down-link (dalla stazione radio-base al mobile), mentre in TDD un’unica banda da 5 MHz è condivisa, a divisione di tempo, tra le due tratte.

• La modalità TDD è pesantemente basata sui concetti FDD ed è stata aggiunta per sfruttare più efficientemente la tecnologia base WCDMA anche nel caso di allocazione asimmetrica della banda.


63


• Permette il funzionamento asincrono delle stazioni radio-base: in questo modo, a differenza di quanto avviene per sistemi sincroni (ad es. l’IS-95), non è necessario un riferimento temporale unico di sincronismo (come il GPS) e il dispiegamento di coperture di interni e di microcelle è più semplice.

• Permette il funzionamento asincrono delle stazioni radio-base: in questo modo, a differenza di quanto avviene per sistemi sincroni (ad es. l’IS-95), non è necessario un riferimento temporale unico di sincronismo (come il GPS) e il dispiegamento di coperture di interni e di microcelle è più semplice.


64


• Adotta la ricezione coerente per le tratte di up-link e down-link basata sull’uso di simboli pilota dedicati o segnali pilota comuni.

• L’utilizzo di questa tecnica nella tratta up-link è una novità (nell’ambito di sistemi pubblici CDMA) e comporta un aumento della copertura e della capacità complessiva nella tratta in questione.

• Adotta la ricezione coerente per le tratte di up-link e down-link basata sull’uso di simboli pilota dedicati o segnali pilota comuni.

• L’utilizzo di questa tecnica nella tratta up-link è una novità (nell’ambito di sistemi pubblici CDMA) e comporta un aumento della copertura e della capacità complessiva nella tratta in questione.


65


• L’interfaccia radio è stata progettata in modo che gli operatori di rete possono anche far ricorso a ricevitori CDMA ad alte prestazioni (come la cancellazione dell’interferenza e le antenne intelligenti adattative) per aumentare la capacità e/o la copertura della rete.

• L’interfaccia radio è stata progettata in modo che gli operatori di rete possono anche far ricorso a ricevitori CDMA ad alte prestazioni (come la cancellazione dell’interferenza e le antenne intelligenti adattative) per aumentare la capacità e/o la copertura della rete.


66


• Questa tecnologia è stata progettata per essere messa in campo insieme al GSM.

• Di conseguenza, per poter sfruttare la copertura GSM come leva abilitante all’introduzione del WCDMA, sono supportati gli handover tra le due tecnologie.

• Questa tecnologia è stata progettata per essere messa in campo insieme al GSM.

• Di conseguenza, per poter sfruttare la copertura GSM come leva abilitante all’introduzione del WCDMA, sono supportati gli handover tra le due tecnologie.


67

Principali parametri del WCDMAPrincipali parametri del WCDMA

Metodo di accesso multiplo DS-CDMA

Metodo di duplexing A divisione di frequenza/a divisione di tempo

Sincronizzazione delle stazioni radiobase

Funzionamento asincrono

Ritmo di chip 3,84 Mcp/s

Lunghezza delle trame 10 ms

Multiplazione dei servizi Servizi multipli con diversi requisiti di QoS multiplati su una

stessa connessione

Multiritmo Fattore di espansione variabile e multicodice

Ricezione Coerente, utilizzando simboli pilota o pilota comuni

Ricezione multi utente, antenne intelligenti

Supportata dallo standard, implementazione opzionale


68

Banda disponibileBanda disponibile

• Come già detto, l’UMTS utilizza un sistema di trasmissione che occupa una banda radio di circa 5 MHz.

• Lo spettro radio disponibile per la soluzione FDD (che è di 60 MHz per ogni verso trasmissivo) viene suddiviso in porzioni che sono assegnate ai varii operatori.

• Un operatore ottiene un certo numero di bande di frequenza, tipicamente 3 o 4 in fase di lancio del servizio, che può impiegare per lo standard.

• In linea di principio il servizio potrebbe essere offerto con una sola banda (per ogni verso trasmissivo) su tutto il territorio nazionale.

• Come già detto, l’UMTS utilizza un sistema di trasmissione che occupa una banda radio di circa 5 MHz.

• Lo spettro radio disponibile per la soluzione FDD (che è di 60 MHz per ogni verso trasmissivo) viene suddiviso in porzioni che sono assegnate ai varii operatori.

• Un operatore ottiene un certo numero di bande di frequenza, tipicamente 3 o 4 in fase di lancio del servizio, che può impiegare per lo standard.

• In linea di principio il servizio potrebbe essere offerto con una sola banda (per ogni verso trasmissivo) su tutto il territorio nazionale.


69

Copertura cellulare (1/2)Copertura cellulare (1/2)

• La dimensione delle celle dipende da– la potenza emessa dalla stazione radio base;– l’altezza a cui è posta l’antenna;– la morfologia del territorio;– la presenza di ostacoli.

• La scelta della grandezza dell’area della cella è legata anche a questioni relative alla capacità di smaltimento del traffico.

• La dimensione delle celle dipende da– la potenza emessa dalla stazione radio base;– l’altezza a cui è posta l’antenna;– la morfologia del territorio;– la presenza di ostacoli.

• La scelta della grandezza dell’area della cella è legata anche a questioni relative alla capacità di smaltimento del traffico.


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Copertura cellulare (2/2)Copertura cellulare (2/2)

• Le dimensioni delle celle per tipologia di ambiente corrispondono a coperture:–micro/pico: edifici (raggio 75 m);–macro/micro: urbano (raggio 600 m);–macro: suburbano (raggio 2 km);–macro: rurale (raggio 8 km)

• Le dimensioni delle celle per tipologia di ambiente corrispondono a coperture:–micro/pico: edifici (raggio 75 m);–macro/micro: urbano (raggio 600 m);–macro: suburbano (raggio 2 km);–macro: rurale (raggio 8 km)


71

III. L’accesso wireless in UMTS III. L’accesso wireless in UMTS

• III.6 Requisiti e servizi di UMTS• III.6 Requisiti e servizi di UMTS


72

Requisiti dell’UMTS (1/4)Requisiti dell’UMTS (1/4)

• Massimo ritmo binario raggiungibile: dipende dalla zona di copertura

– Rurale OutDoor: almeno 144 kbit/s (obiettivo: 384 kbit/s) a 500 km/h

– Suburbano/urbano OutDoor: almeno 384 kbit/s (obiettivo 512 kbit/s) a 120 km/h

– InDoor/OutDoor vicino: 2 Mbit/s a 10 km/h.• La capacità massima con la Release 99 è risultata uguale a

384 kbit/s; • Assegnando l’intera banda disponibile (5 MHz) a

trasferimenti a pacchetto, la portata media per un intera cella è risultata uguale a 2 Mbit/s da suddividere tra i vari utenti attivi nella cella.

• Massimo ritmo binario raggiungibile: dipende dalla zona di copertura

– Rurale OutDoor: almeno 144 kbit/s (obiettivo: 384 kbit/s) a 500 km/h

– Suburbano/urbano OutDoor: almeno 384 kbit/s (obiettivo 512 kbit/s) a 120 km/h

– InDoor/OutDoor vicino: 2 Mbit/s a 10 km/h.• La capacità massima con la Release 99 è risultata uguale a

384 kbit/s; • Assegnando l’intera banda disponibile (5 MHz) a

trasferimenti a pacchetto, la portata media per un intera cella è risultata uguale a 2 Mbit/s da suddividere tra i vari utenti attivi nella cella.


73


• Offerta di servizi di natura differente e con requisiti anche molto diversi: –Negoziazione degli attributi del canale che

trasporta il servizio (Ritmo Binario, ritardo, BER, protezione);

–Qualità di servizio–Più servizi in parallelo, di tipo real time/non real

time;–Modalità di trasferimento a circuito e a

pacchetto.–Adattività del collegamento radio alle condizioni

di propagazione e di carico della rete.

• Offerta di servizi di natura differente e con requisiti anche molto diversi: –Negoziazione degli attributi del canale che

trasporta il servizio (Ritmo Binario, ritardo, BER, protezione);

–Qualità di servizio–Più servizi in parallelo, di tipo real time/non real

time;–Modalità di trasferimento a circuito e a

pacchetto.–Adattività del collegamento radio alle condizioni

di propagazione e di carico della rete.


74


• Per quanto riguarda l’Handover, il sistema deve consentire –Handover senza interruzioni tra celle –Handover efficiente tra UMTS e GSM/GPRS

• Per quanto riguarda i servizi, l’UMTS deve essere compatibile con quelli forniti dalle reti fisse e mobili e già esistenti e cioè –Servizi GSM–Servizi basati sul protocollo IP–Servizi ISDN.

• Per quanto riguarda l’Handover, il sistema deve consentire –Handover senza interruzioni tra celle –Handover efficiente tra UMTS e GSM/GPRS

• Per quanto riguarda i servizi, l’UMTS deve essere compatibile con quelli forniti dalle reti fisse e mobili e già esistenti e cioè –Servizi GSM–Servizi basati sul protocollo IP–Servizi ISDN.


75


• Da un punto di vista radio si richiede – Alta efficienza spettrale (almeno uguale a quella del

GSM)– Supporto di celle di varie dimensioni – Supporto dei servizi di localizzazione

• Dal punto di vista degli apparati terminali, i requisiti minimi sono

– Possibilità di realizzare terminali Dual–mode UMTS/GSM/GPRS;

– Possibilità di realizzare terminali portatili e schede PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association) di varie dimensioni, peso, capacità, potenze di emissione e costi.

• Da un punto di vista radio si richiede – Alta efficienza spettrale (almeno uguale a quella del

GSM)– Supporto di celle di varie dimensioni – Supporto dei servizi di localizzazione

• Dal punto di vista degli apparati terminali, i requisiti minimi sono

– Possibilità di realizzare terminali Dual–mode UMTS/GSM/GPRS;

– Possibilità di realizzare terminali portatili e schede PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association) di varie dimensioni, peso, capacità, potenze di emissione e costi.


76

I servizi dell’UMTSI servizi dell’UMTS

• Lo standard 3G supporta sia il modo di trasferimento a circuito, sia quello a pacchetto.

• In una prima fase l’UMTS implementa i servizi real time (voce e video telefonia) con connessioni a circuito, mentre quelli non real time (messaggistica e applicazioni on line su internet) sono con connessione a pacchetto.

• Attualmente l’orientamento prevalente è verso un trattamento a pacchetto di tutti i servizi sia real time che non real time.

• Lo standard 3G supporta sia il modo di trasferimento a circuito, sia quello a pacchetto.

• In una prima fase l’UMTS implementa i servizi real time (voce e video telefonia) con connessioni a circuito, mentre quelli non real time (messaggistica e applicazioni on line su internet) sono con connessione a pacchetto.

• Attualmente l’orientamento prevalente è verso un trattamento a pacchetto di tutti i servizi sia real time che non real time.


77

Accesso a Internet/IntranetAccesso a Internet/Intranet

• Questo servizio consente l’accesso ad Internet ovvero ad una Intranet mediante una connessione virtuale a pacchetto che collega il terminale alla rete IP.

• Durante la fase di instaurazione del circuito virtuale, il mobile riceve un indirizzo IP che gli consente l’accesso alla rete.

• Sono esempi di servizi di questo tipo: l’accesso al web, il trasferimento di file, lo streaming audio/ video e i servizi on line.

• Questo servizio consente l’accesso ad Internet ovvero ad una Intranet mediante una connessione virtuale a pacchetto che collega il terminale alla rete IP.

• Durante la fase di instaurazione del circuito virtuale, il mobile riceve un indirizzo IP che gli consente l’accesso alla rete.

• Sono esempi di servizi di questo tipo: l’accesso al web, il trasferimento di file, lo streaming audio/ video e i servizi on line.


78

Informazioni ed intrattenimentoInformazioni ed intrattenimento

• È una famiglia di servizi che consente l’accesso ad informazioni da terminale, con eventuali personalizzazioni dei contenuti e sotto forma di testo, immagini, suoni e video.

• In tale famiglia, in parte già disponibile con i sistemi 2G, sono inclusi ad esempio – Servizi informativi (News, oroscopo, previsioni del tempo,

informazioni sportive)– Servizi di intrattenimento (giochi, ascolto di musica,

video clip)– Commercio elettronico (acquisti on line)– Servizi di chat (simili a quelli disponibili su Internet)– Elenco abbonati– Servizi viaggi (informazioni su voli e treni).

• È una famiglia di servizi che consente l’accesso ad informazioni da terminale, con eventuali personalizzazioni dei contenuti e sotto forma di testo, immagini, suoni e video.

• In tale famiglia, in parte già disponibile con i sistemi 2G, sono inclusi ad esempio – Servizi informativi (News, oroscopo, previsioni del tempo,

informazioni sportive)– Servizi di intrattenimento (giochi, ascolto di musica,

video clip)– Commercio elettronico (acquisti on line)– Servizi di chat (simili a quelli disponibili su Internet)– Elenco abbonati– Servizi viaggi (informazioni su voli e treni).


79

Multimedia Messaging ServiceMultimedia Messaging Service

• È un servizio che arricchisce quello offerto dagli SMS consentendo di inviare messaggi con testo, grafica, immagini, suoni e video.

• La disponibilità da parte dei terminali di inglobare telecamere consente di inviare anche fotografie e video nei messaggi.

• Tale servizio è anche disponibile sulla rete GSM.

• È un servizio che arricchisce quello offerto dagli SMS consentendo di inviare messaggi con testo, grafica, immagini, suoni e video.

• La disponibilità da parte dei terminali di inglobare telecamere consente di inviare anche fotografie e video nei messaggi.

• Tale servizio è anche disponibile sulla rete GSM.


80

Servizi di localizzazioneServizi di localizzazione

• La conoscenza della posizione dell’utente da parte della rete consente la creazione dei servizi di localizzazione.

• Applicazioni di interesse potrebbero essere il controllo di una flotta di veicoli (ad es. taxi) oppure il rapido accesso ai servizi e alle informazioni disponibili nella zona in cui si trova l’utente (ristoranti, cinema, farmacie, ecc.).

• La conoscenza della posizione dell’utente da parte della rete consente la creazione dei servizi di localizzazione.

• Applicazioni di interesse potrebbero essere il controllo di una flotta di veicoli (ad es. taxi) oppure il rapido accesso ai servizi e alle informazioni disponibili nella zona in cui si trova l’utente (ristoranti, cinema, farmacie, ecc.).


81

Voce e video chiamataVoce e video chiamata

• Il servizio voce è disponibile tra i servizi 3G con tutte le varianti già presenti in quelli 2G come–Conferenza di più utenti;–Avviso di chiamata;–Visualizzazione del chiamante

• Nell’UMTS questi servizi sono arricchiti con la video chiamata anche sul mobile.

• Il servizio voce è disponibile tra i servizi 3G con tutte le varianti già presenti in quelli 2G come–Conferenza di più utenti;–Avviso di chiamata;–Visualizzazione del chiamante

• Nell’UMTS questi servizi sono arricchiti con la video chiamata anche sul mobile.


82

Codec AMR Tratta da Columpsi, Leonardi, Ricci: UMTS, ed. Hoepli

Codec AMR Tratta da Columpsi, Leonardi, Ricci: UMTS, ed. Hoepli

Codec Ritmo binario (kbit/s)

AMR_12.20 12.20 (GSM- EFR)

AMR_10.20 10.20

AMR_7.95 7.95

AMR_7.40 7.40 (IS-641)

AMR_6.70 6.70 (PDC-EFR)

AMR_5.90 5.90

AMR_5.15 5.15

AMR_4.75 4.75

AMR_SID 1.80


83

Servizi oggi resi disponibili da UMTS (1/2)Servizi oggi resi disponibili da UMTS (1/2)

I servizi oggi resi disponibili da UMTS, in accordo alle release più recenti, sono i seguenti:

• Servizi commutati a circuito da persona a persona–servizi voce a banda stretta o larga;–video-telefonia;

• Servizi commutati a pacchetto da persona a perso-na–messaggistica mono e multimediale (MMS);–push to talk over cellular;–voce su IP;–giochi con partecipazione multipla (multiplayer);

I servizi oggi resi disponibili da UMTS, in accordo alle release più recenti, sono i seguenti:

• Servizi commutati a circuito da persona a persona–servizi voce a banda stretta o larga;–video-telefonia;

• Servizi commutati a pacchetto da persona a perso-na–messaggistica mono e multimediale (MMS);–push to talk over cellular;–voce su IP;–giochi con partecipazione multipla (multiplayer);


84

Servizi oggi resi disponibili da UMTS (2/2)Servizi oggi resi disponibili da UMTS (2/2)

• Servizi di contenuti alla persona–browsing;–audio e video streaming;–scaricamento di contenuti

• Servizi di localizzazione.

• Servizi di contenuti alla persona–browsing;–audio e video streaming;–scaricamento di contenuti

• Servizi di localizzazione.


85

La qualità del servizioLa qualità del servizio

• Per fornire una certa qualità di servizio (QoS) è necessario stabilire un servizio di trasporto (bearer service) con caratteristiche e funzionalità ben definite, dalla sorgente alla destinazione del servizio.

• Per fornire una certa qualità di servizio (QoS) è necessario stabilire un servizio di trasporto (bearer service) con caratteristiche e funzionalità ben definite, dalla sorgente alla destinazione del servizio.


86

Parametri di QoSParametri di QoS

• I parametri utilizzati per caratterizzare la qualità di servizio sono :– la classe di servizio;– il ritmo binario massimo;– il ritmo binario garantito (il minimo ritmo binario

che la rete si deve impegnare a garantire);– il tasso di errore binario residuo;– il ritardo di trasferimento (il massimo ritardo

accettabile espresso come 95-esimo percentile).

• I parametri utilizzati per caratterizzare la qualità di servizio sono :– la classe di servizio;– il ritmo binario massimo;– il ritmo binario garantito (il minimo ritmo binario

che la rete si deve impegnare a garantire);– il tasso di errore binario residuo;– il ritardo di trasferimento (il massimo ritardo

accettabile espresso come 95-esimo percentile).


87

Ritmi binari in funzione del servizio Tratta da Columpsi, Leonardi, Ricci: UMTS, ed. Hoepli

Ritmi binari in funzione del servizio Tratta da Columpsi, Leonardi, Ricci: UMTS, ed. Hoepli

Servizio Ritmo

binario kbit/s

Ritardo ms

Tolleranza errori

Voce 4-25 < 150 < 3% FER

Video telefonia 32-384 < 150 < 1% FER

Streaming Audio/Video 32-384 < 10000 < 1% FER

Giochi interattivi < 1 kbyte < 250 0

Fast Internet fino a 2000 4000 0

E-mail, MMS 64 4000 0

SMS, Messaggi broad 16 4000 0

News, Entertainment 64-128 4000 0


88

Valore del ritmo binario in funzione della velocità

Valore del ritmo binario in funzione della velocità

Scenario Ritmo binario kbit/s

Velocitàkm/h

Rurale Outdoor 144 500

Suburbano/Urbano Outdoor 384 120

Indoor/Outdoor vicino 2000 10 km


89

Classi di servizioClassi di servizio

• UMTS prevede quattro classi di servizio:–Conversazionale;–Streaming;– Interattiva;–Background.

• UMTS prevede quattro classi di servizio:–Conversazionale;–Streaming;– Interattiva;–Background.


90

Classe ConversazionaleClasse Conversazionale

• Viene utilizzata per conversazioni real time fra utenti, come ad esempio nei servizi voce, voce su IP e video-conferenza.

• In questa classe, – il ritardo di trasferimento deve essere di valore

contenuto; – la relazione temporale fra le varie componenti del

flusso informativo deve essere mantenuta costante.• Le caratteristiche di questi parametri sono determinate

dalla percezione umana.

• Viene utilizzata per conversazioni real time fra utenti, come ad esempio nei servizi voce, voce su IP e video-conferenza.

• In questa classe, – il ritardo di trasferimento deve essere di valore

contenuto; – la relazione temporale fra le varie componenti del

flusso informativo deve essere mantenuta costante.• Le caratteristiche di questi parametri sono determinate

dalla percezione umana.


91

Classe StreamingClasse Streaming

• Viene utilizzata quando l’utente desidera visionare o ascoltare flussi video o audio real time.

• Il servizio è sempre unidirezionale, da un server in rete verso l’utente.

• I relativi servizi sono caratterizzati dal fatto che la relazione temporale fra le varie componenti del flusso informativo deve essere mantenuta costante.

• Non sono invece necessarie particolari requisiti di un basso ritardo di trasferimento: infatti il flusso viene riallineato dall’applicazione ricevente.

• Viene utilizzata quando l’utente desidera visionare o ascoltare flussi video o audio real time.

• Il servizio è sempre unidirezionale, da un server in rete verso l’utente.

• I relativi servizi sono caratterizzati dal fatto che la relazione temporale fra le varie componenti del flusso informativo deve essere mantenuta costante.

• Non sono invece necessarie particolari requisiti di un basso ritardo di trasferimento: infatti il flusso viene riallineato dall’applicazione ricevente.


92

Classe InterattivaClasse Interattiva

• Viene utilizzata nel caso in cui l’utente richieda dati a un apparato remoto: esempi tipici sono il web browsing, l’interrogazione di basi di dati, l’accesso a server di rete, la raccolta di dati di misura.

• I requisiti principali riguardano il ritardo di andata e ritorno (round-trip) e l’integrità dei dati stessi.

• Viene utilizzata nel caso in cui l’utente richieda dati a un apparato remoto: esempi tipici sono il web browsing, l’interrogazione di basi di dati, l’accesso a server di rete, la raccolta di dati di misura.

• I requisiti principali riguardano il ritardo di andata e ritorno (round-trip) e l’integrità dei dati stessi.


93

Classe BackgroundClasse Background

• Si riferisce al caso in cui l’utente richieda l’invio o attenda la ricezione di file di dati come processo di background, quindi secondario rispetto ad altri processi a più alta priorità.

• Esempi di questo tipo sono: il trasferimento di e-mail e sms, il trasferimento di basi di dati e la ricezione di dati di misura in modalità background.

• In questo caso l’applicazione ricevente non ha limiti di tempo per l’arrivo dei dati richiesti e, quindi, non è praticamente sensibile al ritardo; risulta invece importante l’integrità dei dati stessi.

• Si riferisce al caso in cui l’utente richieda l’invio o attenda la ricezione di file di dati come processo di background, quindi secondario rispetto ad altri processi a più alta priorità.

• Esempi di questo tipo sono: il trasferimento di e-mail e sms, il trasferimento di basi di dati e la ricezione di dati di misura in modalità background.

• In questo caso l’applicazione ricevente non ha limiti di tempo per l’arrivo dei dati richiesti e, quindi, non è praticamente sensibile al ritardo; risulta invece importante l’integrità dei dati stessi.


94

Classi di servizio e QoSClassi di servizio e QoS

Conversazionale(Δ << 1s)

Interattiva(Δ ~ 1s)

Streaming(Δ < 10s)

Background(Δ > 10s)

Tolleranzaagli errori

Intolleranzaagli errori

E-commerceweb browsing

Streamingaudio e video

Messaggivocali Fax

Telnet,giochi

interattiviFTP

VoceVideo-com.c

Messaggi inBackground

Δ : ritardo di trasferimento


95

Classi di servizio e parametri di QoS Tratta da Columpsi, Leonardi, Ricci: UMTS, ed. Hoepli

Classi di servizio e parametri di QoS Tratta da Columpsi, Leonardi, Ricci: UMTS, ed. Hoepli

Classe di servizio Conversazionale Streaming Interattiva Background

Ritmo binario massimo X X X X

Tasso di errore binario residuo X X X X

Ritardo di trasferimento X X

Ritmo binario garantito X X

Priorità nel trattamento del

trafficoX


96

III. L’accesso wireless in UMTS

III. L’accesso wireless in UMTS

• III.7 Struttura della rete d’accesso di UMTS• III.7 Struttura della rete d’accesso di UMTS


97

Nodi della Rete di Accesso (1/4) Nodi della Rete di Accesso (1/4)

• Sono nodi della rete di accesso (Fig. III.2)–Nodo B–Radio Network Controller (RNC)

• Le tecnologie di accesso nella Release 99 sono due–quella GSM/GPRS gestita dalla BSS (Base

Station System) (insieme dei BSC e delle BTS controllate);

–quella dell’UMTS gestita dalla RNS (Radio Network System).

• Sono nodi della rete di accesso (Fig. III.2)–Nodo B–Radio Network Controller (RNC)

• Le tecnologie di accesso nella Release 99 sono due–quella GSM/GPRS gestita dalla BSS (Base

Station System) (insieme dei BSC e delle BTS controllate);

–quella dell’UMTS gestita dalla RNS (Radio Network System).


98

Nodi della Rete di Accesso (2/4) tratto da J. Schiller: “Mobile Communications”


BTS

Node B

BSC

Abis

BTS

BSS

MSC

Node B

Node B

RNC

Iub

Node BRNS

Node BSGSN GGSN

GMSC

HLR

VLR

IuPS

IuCS

Iu

CN

EIR

GnGi

PSTN

AuC

Fig. III.2


99

Nodi della Rete di Accesso (3/4) Nodi della Rete di Accesso (3/4)

• Nella Fig. III.3, in cui vengono dettagliate le parti componenti della rete di accesso, vengono sottolineate, oltre all’interfaccia Iu tra rete di accesso e rete dorsale, altre interfacce standardiz-zate, che rivestono un ruolo importante nell’operati-vità del sistema.

• Tali interfacce sono:Iub : tra nodo B e RNC;Iur : tra due RNC.

• Nella Fig. III.3, in cui vengono dettagliate le parti componenti della rete di accesso, vengono sottolineate, oltre all’interfaccia Iu tra rete di accesso e rete dorsale, altre interfacce standardiz-zate, che rivestono un ruolo importante nell’operati-vità del sistema.

• Tali interfacce sono:Iub : tra nodo B e RNC;Iur : tra due RNC.


100



RNC

Iub

RNS

CN

RNC

Iub

RNS

Iur

Iu

Nodo B

Node BNodo B

Node BNodo B

Nodo B

Nodo B

UE

Fig. III.3


101

Nodo BNodo B

• È l’elemento che dialoga con il terminale mobile sfruttando l’interfaccia radio.

• È collegato al RNC attraverso l’interfaccia Iub.• Esegue le seguenti operazioni

–modulazione/demodulazione;–utilizzazione dei codici;–misure di qualità del canale radio;–controllo di potenza;–diversità di ricezione e di trasmissione (due

antenne).

• È l’elemento che dialoga con il terminale mobile sfruttando l’interfaccia radio.

• È collegato al RNC attraverso l’interfaccia Iub.• Esegue le seguenti operazioni

–modulazione/demodulazione;–utilizzazione dei codici;–misure di qualità del canale radio;–controllo di potenza;–diversità di ricezione e di trasmissione (due

antenne).


102

Radio Network ControllerRadio Network Controller

• È l’elemento intelligente del RNS che governa una o più stazioni radio base.

• È addetto a– la gestione della chiamata;– il controllo del carico;– l’accettazione di nuove chiamate;– la gestione dei codici;– le procedure di handover (ad es. con l’impiego di

soft handover in cui un mobile si può collegare simultaneamente anche a due nodi B gestiti da due RNC).

• È l’elemento intelligente del RNS che governa una o più stazioni radio base.

• È addetto a– la gestione della chiamata;– il controllo del carico;– l’accettazione di nuove chiamate;– la gestione dei codici;– le procedure di handover (ad es. con l’impiego di

soft handover in cui un mobile si può collegare simultaneamente anche a due nodi B gestiti da due RNC).


103


• III.8 Evoluzione dell’UTRA• III.8 Evoluzione dell’UTRA


104

L’evoluzione dell’accesso 3G (1/4)L’evoluzione dell’accesso 3G (1/4)

• L’accesso WCDMA definito nella Release 99 dell’UMTS e confermato nella Release 4 è stato solo la prima tappa dell’evoluzione 3G.

• Le tappe successive sono state rivolte al conseguimento di– una più efficiente utilizzazione delle risorse;– un aumento anche molto sensibile della capacità di

trasferimento sull’interfaccia radio (in entrambi i versi downlink e uplink);

entrambi gli obiettivi sono stati rivolti all’impiego di un modo di trasferimento a pacchetto.

• L’accesso WCDMA definito nella Release 99 dell’UMTS e confermato nella Release 4 è stato solo la prima tappa dell’evoluzione 3G.

• Le tappe successive sono state rivolte al conseguimento di– una più efficiente utilizzazione delle risorse;– un aumento anche molto sensibile della capacità di

trasferimento sull’interfaccia radio (in entrambi i versi downlink e uplink);

entrambi gli obiettivi sono stati rivolti all’impiego di un modo di trasferimento a pacchetto.


105


• Un primo passo è stato compiuto nella Release 5 con l’incremento del ritmo binario sulla tratta downlink: la relativa tecnica è stata chiamata High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) e prevede una velocità massima teorica uguale a 14,4 Mbit/s sempre nella banda di 5 MHz.

• Nella Release 6, conservando lo stesso impegno di banda, si è intervenuti anche sulla tratta uplink con una tecnica che, per analogia con la precedente, ma con un approccio solo parzialmente comune, è stata denominata High Speed Uplink Packet Access (HSUPA); in questo caso l’obiettivo è stato il conseguimento di una velocità massima teorica uguale a 5,8 Mbit/s.

• Un primo passo è stato compiuto nella Release 5 con l’incremento del ritmo binario sulla tratta downlink: la relativa tecnica è stata chiamata High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) e prevede una velocità massima teorica uguale a 14,4 Mbit/s sempre nella banda di 5 MHz.

• Nella Release 6, conservando lo stesso impegno di banda, si è intervenuti anche sulla tratta uplink con una tecnica che, per analogia con la precedente, ma con un approccio solo parzialmente comune, è stata denominata High Speed Uplink Packet Access (HSUPA); in questo caso l’obiettivo è stato il conseguimento di una velocità massima teorica uguale a 5,8 Mbit/s.


106


• Entrambi i limiti superiori di 14,4 Mbit/s (per il HSDPA) e di 5,8 Mbit/s (per il HSUPA) sono stati definiti senza che per il singolo utente vi siano, almeno in linea di principio, limitazioni rispetto all’impiego pieno dell’intera capacità della cella qualora egli fosse l’unico utilizzatore.

• Le due tecniche, a cui è stato attribuito il nome HSPA (High Speed Packet Access), adottano entrambe la tecnica di accesso multiplo WCDMA e, pur seguendo una via concettualmente analoga per massimizzare la portata su entrambi i versi dell’interfaccia UTRA, seguono per il resto strade diverse circa l’utilizzazione di un canale radio condiviso nel caso HSDPA e di un canale radio dedicato nel caso HSUPA.

• Entrambi i limiti superiori di 14,4 Mbit/s (per il HSDPA) e di 5,8 Mbit/s (per il HSUPA) sono stati definiti senza che per il singolo utente vi siano, almeno in linea di principio, limitazioni rispetto all’impiego pieno dell’intera capacità della cella qualora egli fosse l’unico utilizzatore.

• Le due tecniche, a cui è stato attribuito il nome HSPA (High Speed Packet Access), adottano entrambe la tecnica di accesso multiplo WCDMA e, pur seguendo una via concettualmente analoga per massimizzare la portata su entrambi i versi dell’interfaccia UTRA, seguono per il resto strade diverse circa l’utilizzazione di un canale radio condiviso nel caso HSDPA e di un canale radio dedicato nel caso HSUPA.


107


• Una tappa ulteriore dell’evoluzione 3G è stata, nella Release 7, il cosiddetto HSPA evoluto o HSPA+, che, a parità di impegno di banda a 5 MHz, porta la capacità del sistema sulla tratta downlink a 21,6 Mbit/s e quella sulla tratta uplink a 12 Mbit/s.

• L’ulteriore traguardo dell’attività del gruppo di standardizza-zione 3GPP viene attualmente indicata con l’acronimo LTE (Long Term Evolution); assicurando la coesistenza con gli standard GSM/GPRS e UMTS e adottando nuove tecniche di accesso multiplo, l’obiettivo ultimo è fornire un ritmo binario di picco che raggiunge, su una banda di 20 MHz, un valore di 100 Mbit/s in downlink e di 50 Mbit/s in uplink.

• Una tappa ulteriore dell’evoluzione 3G è stata, nella Release 7, il cosiddetto HSPA evoluto o HSPA+, che, a parità di impegno di banda a 5 MHz, porta la capacità del sistema sulla tratta downlink a 21,6 Mbit/s e quella sulla tratta uplink a 12 Mbit/s.

• L’ulteriore traguardo dell’attività del gruppo di standardizza-zione 3GPP viene attualmente indicata con l’acronimo LTE (Long Term Evolution); assicurando la coesistenza con gli standard GSM/GPRS e UMTS e adottando nuove tecniche di accesso multiplo, l’obiettivo ultimo è fornire un ritmo binario di picco che raggiunge, su una banda di 20 MHz, un valore di 100 Mbit/s in downlink e di 50 Mbit/s in uplink.


108

Motivazioni dell’HSPA (1/2)Motivazioni dell’HSPA (1/2)

• L’uso di canali dedicati per applicazioni di dati a pacchetto può dare luogo a inefficienze nell’utiliz-zazione delle risorse disponibili sull’interfaccia quando sia necessario assegnare elevati ritmi di dati a utenti individuali.

• D’altra parte, sempre nelle applicazioni di dati a pacchetto, più elevati ritmi di dati di picco dispo-nibili conducono a un miglioramento delle presta-zioni dell’UTRA.

• L’uso di canali dedicati per applicazioni di dati a pacchetto può dare luogo a inefficienze nell’utiliz-zazione delle risorse disponibili sull’interfaccia quando sia necessario assegnare elevati ritmi di dati a utenti individuali.

• D’altra parte, sempre nelle applicazioni di dati a pacchetto, più elevati ritmi di dati di picco dispo-nibili conducono a un miglioramento delle presta-zioni dell’UTRA.


109

• Come già si è detto, queste due motivazioni hanno condotto, nelle Release 5 e 6, a una modalità di accesso aggiuntiva e migliorativa rispetto a quella inizialmente prevista nella Release 99, e cioè all’HSPA.

• L’HSPA include due componenti, con l’obiettivo di migliorare le prestazioni dell’interfaccia nel trasferi-mento di dati a pacchetto in downlink e in uplink.

• Come già si è detto, queste due motivazioni hanno condotto, nelle Release 5 e 6, a una modalità di accesso aggiuntiva e migliorativa rispetto a quella inizialmente prevista nella Release 99, e cioè all’HSPA.

• L’HSPA include due componenti, con l’obiettivo di migliorare le prestazioni dell’interfaccia nel trasferi-mento di dati a pacchetto in downlink e in uplink.

Motivazioni dell’HSPA (2/2)Motivazioni dell’HSPA (2/2)


110

Componenti dell’HSPAComponenti dell’HSPA

• In downlink si aggiunge (ai canali di trasporto dedicati) un nuovo canale di trasporto che è condiviso tra gli utenti che sono attivi sull’interfaccia.

• Questo nuovo canale è il High Speed Downlink Shared Channel (HS-DSCH) che consente di assegnare tutte le risorse disponibili a uno o più utenti in modo molto efficiente.

• In uplink, i canali di trasporto dedicati sono migliorati nei Enhanced Dedicated Channels (E-DCH).

• Anche se questi canali sono dedicati, le risorse in uplink possono essere condivise, in modo più efficien-te,dagli utenti interessati.

• In downlink si aggiunge (ai canali di trasporto dedicati) un nuovo canale di trasporto che è condiviso tra gli utenti che sono attivi sull’interfaccia.

• Questo nuovo canale è il High Speed Downlink Shared Channel (HS-DSCH) che consente di assegnare tutte le risorse disponibili a uno o più utenti in modo molto efficiente.

• In uplink, i canali di trasporto dedicati sono migliorati nei Enhanced Dedicated Channels (E-DCH).

• Anche se questi canali sono dedicati, le risorse in uplink possono essere condivise, in modo più efficien-te,dagli utenti interessati.


111

HSDPAHSDPA

• L’intervento dell’HSPA sul downlink, denominato HSDPA, migliora le prestazioni del trasferimento di dati a pacchetto in downlink attraverso i seguenti provvedimenti:

– impiego condiviso del nuovo canale di trasporto HS-DSCH con: » adattamento veloce del collegamento tramite adegua-mento

dei relativi parametri trasmissivi alle condizioni assunte dal canale radio istante per istante (Fast Link Adaptation);

» scadenzamento veloce nell’assegnazione del canale secondo una strategia dipendente dalle condizioni istantanee del canale radio (Fast Channel Dependent Scheduling);

– utilizzazione di un più efficace meccanismo di ritrasmissione dei dati rivelati errati con utilizzazione anche di questi ultimi (Fast Hybrid-ARQ with soft combining);

• L’intervento dell’HSPA sul downlink, denominato HSDPA, migliora le prestazioni del trasferimento di dati a pacchetto in downlink attraverso i seguenti provvedimenti:

– impiego condiviso del nuovo canale di trasporto HS-DSCH con: » adattamento veloce del collegamento tramite adegua-mento

dei relativi parametri trasmissivi alle condizioni assunte dal canale radio istante per istante (Fast Link Adaptation);

» scadenzamento veloce nell’assegnazione del canale secondo una strategia dipendente dalle condizioni istantanee del canale radio (Fast Channel Dependent Scheduling);

– utilizzazione di un più efficace meccanismo di ritrasmissione dei dati rivelati errati con utilizzazione anche di questi ultimi (Fast Hybrid-ARQ with soft combining);


112

Impiego condiviso dell’HS-DSCHImpiego condiviso dell’HS-DSCH

• Con l’HS-DSCH un certo ammontare dei codici di canalizzazione e la potenza trasmessa in una cella sono trattati come una risorsa comune, che è condivisa dina-micamente tra gli utenti primariamente nel dominio del tempo, ma anche in quello dei codici.

• Con l’HS-DSCH un certo ammontare dei codici di canalizzazione e la potenza trasmessa in una cella sono trattati come una risorsa comune, che è condivisa dina-micamente tra gli utenti primariamente nel dominio del tempo, ma anche in quello dei codici.


113

Adattamento veloce del collegamento (1/3)Adattamento veloce del collegamento (1/3)

• L’adattamento veloce del collegamento ha lo scopo di fronteggiare fenomeni, come quelli legati al fading da cammini multipli, che possono presentarsi in modo anche molto diversificato in differenti collegamenti downlink con variazioni veloci nel tempo e nello spazio.

• In luogo della soluzione adottata per i canali dedicati dell’UTRA (controllo veloce di potenza per compensare le differenze e le variazioni delle condizioni istantanee del canale radio) l’adattamen-to veloce utilizzato nell’HSDPA modifica i parametri trasmissivi.

• L’adattamento veloce del collegamento ha lo scopo di fronteggiare fenomeni, come quelli legati al fading da cammini multipli, che possono presentarsi in modo anche molto diversificato in differenti collegamenti downlink con variazioni veloci nel tempo e nello spazio.

• In luogo della soluzione adottata per i canali dedicati dell’UTRA (controllo veloce di potenza per compensare le differenze e le variazioni delle condizioni istantanee del canale radio) l’adattamen-to veloce utilizzato nell’HSDPA modifica i parametri trasmissivi.


114

• Tale modifica riguarda– il tasso di codifica di canale, passando da valori mi-nori

ad altri più elevati; – lo schema di modulazione, scegliendo un ordine mi-nore

o maggiore, in relazione alle condizioni presentate istante per istante dal canale radio.

• Quando queste condizioni sono buone, si utilizza una modulazione di ordine più elevato e un minore tasso di codifica; quando invece dette condizioni sono cattive si adottano un ordine di modulazione e un tasso di codifica che siano più robusti nei confronti degli eventi di errore.

• Tale modifica riguarda– il tasso di codifica di canale, passando da valori mi-nori

ad altri più elevati; – lo schema di modulazione, scegliendo un ordine mi-nore

o maggiore, in relazione alle condizioni presentate istante per istante dal canale radio.

• Quando queste condizioni sono buone, si utilizza una modulazione di ordine più elevato e un minore tasso di codifica; quando invece dette condizioni sono cattive si adottano un ordine di modulazione e un tasso di codifica che siano più robusti nei confronti degli eventi di errore.



115

• Questo tipo di adattamento del canale, che agisce sul ritmo di trasferimento dei dati nel’HS-DSCH lasciando invariata la potenza di trasmissione, è più efficiente, in termini di impegno di risorse, rispetto all’impiego del controllo di potenza utilizzato sui canali di trasporto dedicati: ciò è sicuramente vero per servizi (come quelli per dati a pacchetto) che tollerano variazioni del ritmo di trasferimento a breve termine.

• La velocità di adattamento è stata fissata in 500 volte al secondo: ciò consente di adattare il ritmo dei trasferimenti di dati su una base temporale di 2 ms.

• Questo tipo di adattamento del canale, che agisce sul ritmo di trasferimento dei dati nel’HS-DSCH lasciando invariata la potenza di trasmissione, è più efficiente, in termini di impegno di risorse, rispetto all’impiego del controllo di potenza utilizzato sui canali di trasporto dedicati: ciò è sicuramente vero per servizi (come quelli per dati a pacchetto) che tollerano variazioni del ritmo di trasferimento a breve termine.

• La velocità di adattamento è stata fissata in 500 volte al secondo: ciò consente di adattare il ritmo dei trasferimenti di dati su una base temporale di 2 ms.



116

Adattamento dello schema di modulazione (1/3)


• In funzione delle condizioni del canale radio, lo schema di modulazione può passare da quello QPSK al 16QAM, che è spettralmente più efficiente e che, a parità della massima ampiezza del segnale trasmesso, è più sensibile del QPSK ai vari feno-meni di degradazione subiti dal segnale ricevuto ri-spetto a quello trasmesso.

• In funzione delle condizioni del canale radio, lo schema di modulazione può passare da quello QPSK al 16QAM, che è spettralmente più efficiente e che, a parità della massima ampiezza del segnale trasmesso, è più sensibile del QPSK ai vari feno-meni di degradazione subiti dal segnale ricevuto ri-spetto a quello trasmesso.


117

• Ciò è evidente dal confronto delle relative costellazioni, qui rappresentate a parità di massima ampiezza trasmessa:

• Ciò è evidente dal confronto delle relative costellazioni, qui rappresentate a parità di massima ampiezza trasmessa:




118

• Quindi lo schema 16QAM viene utilizzato in presenza di condizioni radio favorevoli, dato che consente di ottenere un maggior ritmo di picco.

• Invece quando le condizioni di propagazione peggiorano e quindi aumentano gli errori trasmissivi, si passa allo schema QPSK.

• Il canale di trasporto HS-DSCH è supportato dal canale fisico HS-PDSCH (High Speed Physical Downlink Shared Channel); quest’ultimo utilizza uno o più codici di canalizzazione con SF fisso e uguale a 16.

• Quindi lo schema 16QAM viene utilizzato in presenza di condizioni radio favorevoli, dato che consente di ottenere un maggior ritmo di picco.

• Invece quando le condizioni di propagazione peggiorano e quindi aumentano gli errori trasmissivi, si passa allo schema QPSK.

• Il canale di trasporto HS-DSCH è supportato dal canale fisico HS-PDSCH (High Speed Physical Downlink Shared Channel); quest’ultimo utilizza uno o più codici di canalizzazione con SF fisso e uguale a 16.




119

Il canale fisico HS-PDSCH (1/4)Il canale fisico HS-PDSCH (1/4)

• Pertanto, in entrambi gli schemi di modulazione, il ritmo di simbolo è uguale a 240 kbaud (3840/16); ma il QPSK trasporta 2 bit/simbolo, mentre il 16QAM ne trasporta il doppio, e cioè 4 bit/simbolo.

• Conseguentemente il ritmo binario Rb di ogni canale HS-PDSCH è dato da

– nel caso QPSK Rb = 2 x 240 = 480 kbit/s– nel caso 16QAM Rb = 4 x 240 = 960 kbit/s .

• Pertanto, in entrambi gli schemi di modulazione, il ritmo di simbolo è uguale a 240 kbaud (3840/16); ma il QPSK trasporta 2 bit/simbolo, mentre il 16QAM ne trasporta il doppio, e cioè 4 bit/simbolo.

• Conseguentemente il ritmo binario Rb di ogni canale HS-PDSCH è dato da

– nel caso QPSK Rb = 2 x 240 = 480 kbit/s– nel caso 16QAM Rb = 4 x 240 = 960 kbit/s .


120

• L’asse temporale dell’HS-PDSCH è strutturato in sotto-trame; ognuna di queste ha la durata di 2 ms ed è costituita da 3 TS, come mostrato in Fig.III.4.

• L’asse temporale dell’HS-PDSCH è strutturato in sotto-trame; ognuna di queste ha la durata di 2 ms ed è costituita da 3 TS, come mostrato in Fig.III.4.



121


2 ms – 3 TS

HS-PDSCH

TS0 TS1 TS2

Fig .III.4


122

• La durata di 2 ms è quindi l’Intervallo del Tempo di Trasmissione (Transmission Time Interval - TTI).

• La riduzione della durata della trama, e quindi del TTI, da 10 ms a 2 ms –consente di rendere più reattivi i meccanismi di

adattamento al canale radio; – riduce i ritardi di trasferimento e quelli di

andata/ritorno (Round Trip Time-RTT).

• La durata di 2 ms è quindi l’Intervallo del Tempo di Trasmissione (Transmission Time Interval - TTI).

• La riduzione della durata della trama, e quindi del TTI, da 10 ms a 2 ms –consente di rendere più reattivi i meccanismi di

adattamento al canale radio; – riduce i ritardi di trasferimento e quelli di

andata/ritorno (Round Trip Time-RTT).



123

Scadenzamento velocedipendente dal canale (1/5)


• La assegnazione del canale condiviso effettuata in base alle condizioni del canale radio determina, per ogni TTI, a quale UE deve essere indirizzata la trasmissione sul HS-DSCH.

• Per questo scopo, in stretta cooperazione con l’adattamento veloce alle condizioni del collega-mento e per ogni UE destinatario, uno scadenzatore (scheduler) decide quanti codici di canalizzazione debbono essere usati per ogni TTI, e, per ogni codice, quale schema di modulazione.

• La assegnazione del canale condiviso effettuata in base alle condizioni del canale radio determina, per ogni TTI, a quale UE deve essere indirizzata la trasmissione sul HS-DSCH.

• Per questo scopo, in stretta cooperazione con l’adattamento veloce alle condizioni del collega-mento e per ogni UE destinatario, uno scadenzatore (scheduler) decide quanti codici di canalizzazione debbono essere usati per ogni TTI, e, per ogni codice, quale schema di modulazione.


124

• L’idea alla base di questo tipo di assegnazione adattativa in luogo di una statica (come ad es. di una ciclica) mira a fronteggiare, in modo fortemente reattivo, le variazioni a breve termine della potenza del segnale ricevuto, trasmettendo prioritariamente a UE con condizioni di canale più favorevoli.

• L’uso di questa modalità di assegnazione ha il vantaggio di aumentare la capacità del collega-mento e consente un miglior uso delle risorse.

• Il guadagno ottenuto trasmettendo a utenti con condizioni più favorevoli è chiamato “diversità multi-utente”.

• L’idea alla base di questo tipo di assegnazione adattativa in luogo di una statica (come ad es. di una ciclica) mira a fronteggiare, in modo fortemente reattivo, le variazioni a breve termine della potenza del segnale ricevuto, trasmettendo prioritariamente a UE con condizioni di canale più favorevoli.

• L’uso di questa modalità di assegnazione ha il vantaggio di aumentare la capacità del collega-mento e consente un miglior uso delle risorse.

• Il guadagno ottenuto trasmettendo a utenti con condizioni più favorevoli è chiamato “diversità multi-utente”.




125



• In Fig.III.5 è mostrato un esempio della tabella di lavoro dello scadenzatore nell’ipotesi di impiego di 8 codici di canalizzazione per l’HS-DSCH.

• Circa il numero di codici di canalizzazione impiegabili per ogni destinatario e la conseguente capacità di trasferimento conseguibile, se

» CR è il tasso di codifica (CR > 1);» M è il numero di codici di canalizzazione impiegati;

il ritmo binario di picco maxRb trasferibile verso un singolo UE è uguale a

con possibilità di variazione ogni 2 ms.

• In Fig.III.5 è mostrato un esempio della tabella di lavoro dello scadenzatore nell’ipotesi di impiego di 8 codici di canalizzazione per l’HS-DSCH.

• Circa il numero di codici di canalizzazione impiegabili per ogni destinatario e la conseguente capacità di trasferimento conseguibile, se

» CR è il tasso di codifica (CR > 1);» M è il numero di codici di canalizzazione impiegati;

il ritmo binario di picco maxRb trasferibile verso un singolo UE è uguale a


M / CR kbit/s se la modulazione è QPSKmax R

M / CR kbit/s se la modulazione è 16QAM ,

480

960b


126



Tempo

Co

dic

i d

i ca

nal

izza

zio

ne

TTI HS-DSCH

2 ms

Fig.III.5


127



• Lo standard prevede che il numero M non superi il valore di 15 unità.

• Con questo valore massimo, se CR = 1 (e cioè in assenza di codifica di canale) e se si adotta una modulazione 16QAM, si può raggiungere il ritmo binario di picco trasferibile che è uguale a 14,4 Mbit/s e che, come già detto, è il massimo conseguibile con la tecnica HSDPA secondo la Release 5.

• Invece, sempre a titolo d’esempio, se la modulazione è QPSK e se CR = 4/3, tale ritmo di picco si riduce a 5,4 Mbit/s.

• Lo standard prevede che il numero M non superi il valore di 15 unità.

• Con questo valore massimo, se CR = 1 (e cioè in assenza di codifica di canale) e se si adotta una modulazione 16QAM, si può raggiungere il ritmo binario di picco trasferibile che è uguale a 14,4 Mbit/s e che, come già detto, è il massimo conseguibile con la tecnica HSDPA secondo la Release 5.

• Invece, sempre a titolo d’esempio, se la modulazione è QPSK e se CR = 4/3, tale ritmo di picco si riduce a 5,4 Mbit/s.


128

Hybrid-ARQ with soft combining (1/3)Hybrid-ARQ with soft combining (1/3)

• Lo UE può richiedere rapidamente la ritrasmissione di dati ricevuti errati: ciò consente di ridurre il ritardo di trasferimento e di aumentare la capacità del collegamento.

• Inoltre, prima di decodificare l’informazione ricevuta, lo UE combina l’informazione ottenuta dalla prima trasmissione con quelle delle ritrasmis-sioni successive: questa modalità, chiamata “soft combining”, aumenta la capacità dal collegamento e la sua robustezza nei confronti degli errori.

• Lo UE può richiedere rapidamente la ritrasmissione di dati ricevuti errati: ciò consente di ridurre il ritardo di trasferimento e di aumentare la capacità del collegamento.

• Inoltre, prima di decodificare l’informazione ricevuta, lo UE combina l’informazione ottenuta dalla prima trasmissione con quelle delle ritrasmis-sioni successive: questa modalità, chiamata “soft combining”, aumenta la capacità dal collegamento e la sua robustezza nei confronti degli errori.


129

• La riduzione del tempo di ritrasmissione (round-trip-time-RTT) è ottenuta implementando il meccanismo Hybrid-ARQ nel Node B.

• In uplink l’UE informa il Node B della corretta o errata ricezione dei blocchi informativi ricevuti; in base ai riscontri, il Node B trasmette nuove informazioni o ritrasmette quelle ricevute corrotte dall’UE (Fig.III.6).

• La riduzione del tempo di ritrasmissione (round-trip-time-RTT) è ottenuta implementando il meccanismo Hybrid-ARQ nel Node B.

• In uplink l’UE informa il Node B della corretta o errata ricezione dei blocchi informativi ricevuti; in base ai riscontri, il Node B trasmette nuove informazioni o ritrasmette quelle ricevute corrotte dall’UE (Fig.III.6).



130


Release 99 UE Node B RNC

Dati

Riscontri

Ritrasmissioni

UE Node B RNC

Dati

Riscontri

Ritrasmissioni

Release 5/6 HSDPA

Fig.III.6


131

• L’HSDPS utilizza la potenza non utilizzata per i canali dedicati: dopo aver servito i canali comuni e dedicati, è possibile assegnare la potenza rimanente (rispetto a quella totale di cella) all’HS-DSCH (Fig.III.7), con il risultato di un uso più efficiente della potenza disponibile.

• Infatti ai canali dedicati è richiesto, tramite il controllo di potenza veloce, di mantenere un ritmo di dati costante; pertanto, con soli canali controllati in potenza, è difficile un impiego totale della potenza trasmissiva disponibile.

• L’HSDPS utilizza la potenza non utilizzata per i canali dedicati: dopo aver servito i canali comuni e dedicati, è possibile assegnare la potenza rimanente (rispetto a quella totale di cella) all’HS-DSCH (Fig.III.7), con il risultato di un uso più efficiente della potenza disponibile.

• Infatti ai canali dedicati è richiesto, tramite il controllo di potenza veloce, di mantenere un ritmo di dati costante; pertanto, con soli canali controllati in potenza, è difficile un impiego totale della potenza trasmissiva disponibile.

Utilizzazione della potenza di cella (1/2)Utilizzazione della potenza di cella (1/2)


132

Utilizzazione della potenza di cella (2/2)Utilizzazione della potenza di cella (2/2)

Tempo

Po

ten

za

Canali dedicati(controllati in potenza)

Canali comuni

Canali dedicati(controllati in potenza)

Tempo

Po

ten

za

Canali comuni

HS-DSCH

Uso della potenzasenza HSDPA

Uso della potenzacon HSDPA

Po

ten

za t

ota

le d

i cel

la

Fig.III.7


133

• Sono consentiti vantaggi per gli utenti e per gli operatori:

– per gli utenti, sono possibili ritmi binari più ele-vati, ridotti tempi di trasferimento e ridotti RTT;

– per gli operatori, è conseguibile una maggiore capacità del sistema con un incremento valu-tabile da due a tre volte quella dell’UTRA Release 99.

• Sono consentiti vantaggi per gli utenti e per gli operatori:

– per gli utenti, sono possibili ritmi binari più ele-vati, ridotti tempi di trasferimento e ridotti RTT;

– per gli operatori, è conseguibile una maggiore capacità del sistema con un incremento valu-tabile da due a tre volte quella dell’UTRA Release 99.

Vantaggi dell’HSDPA (1/4)Vantaggi dell’HSDPA (1/4)


134

• Ad esempio, per il download di file sono stimabili i seguenti tempi di trasferimento :

– immagine JPEG (30 kbyte - VGA)

– presentazione a slide (200 kbyte – power point)

– MP3 (1000 kbyte – 1 min di audio)

• Ad esempio, per il download di file sono stimabili i seguenti tempi di trasferimento :

– immagine JPEG (30 kbyte - VGA)

– presentazione a slide (200 kbyte – power point)

– MP3 (1000 kbyte – 1 min di audio)


64kbit s 4 3s

384kbit s 1 4s

1 0s

/ : ,UMTS

/ : ,

HSDPA : ,

64kbit s 26 7s

384kbit s 5 1s

1 9s

/ : ,UMTS

/ : ,

HSDPA : ,

64kbit s 132 0s

384kbit s 22 4s

4 1s

/ : ,UMTS

/ : ,

HSDPA : ,


135


• La trasmissione su un canale condiviso dà luogo a un uso più efficiente dei codici disponibili e delle risorse di potenza.

• L’uso di un più breve TTI (2 ms) riduce il RTT e migliora l’inseguimento delle variazioni veloci del canale.

• L’adattamento alle caratteristiche trasmissive del canale radio massimizza l’uso del collegamento e consente alla SRB di lavorare in prossimità della massima potenza di cella.

• La trasmissione su un canale condiviso dà luogo a un uso più efficiente dei codici disponibili e delle risorse di potenza.

• L’uso di un più breve TTI (2 ms) riduce il RTT e migliora l’inseguimento delle variazioni veloci del canale.

• L’adattamento alle caratteristiche trasmissive del canale radio massimizza l’uso del collegamento e consente alla SRB di lavorare in prossimità della massima potenza di cella.


136

• L’assegnazione adattativa veloce prioritizza gli utenti con le condizioni di canale più favorevoli.

• La ritrasmissione veloce e il soft combining aumentano ulteriormente la capacità.

• Lo schema 16QAM fornisce più elevati ritmi binari di trasfermento.

• L’assegnazione adattativa veloce prioritizza gli utenti con le condizioni di canale più favorevoli.

• La ritrasmissione veloce e il soft combining aumentano ulteriormente la capacità.

• Lo schema 16QAM fornisce più elevati ritmi binari di trasfermento.



137

Intervento in uplink: l’HSUPA (1/2)Intervento in uplink: l’HSUPA (1/2)

• L’informazione di utente nel E-DCH (Enhanced Dedicated Channel) è trasportata dal canale fisico E-DPDCH, mentre la relativa informazione di controllo è affidata all’E-DPCCH.

• L’asse temporale degli E-DCH è strutturato, oltre che in trame della durata 10 ms, anche in 5 sotto-trame, ciascuna delle quali è suddivisa in 3 IT e ha durata di 2 ms.

• L’informazione di utente nel E-DCH (Enhanced Dedicated Channel) è trasportata dal canale fisico E-DPDCH, mentre la relativa informazione di controllo è affidata all’E-DPCCH.

• L’asse temporale degli E-DCH è strutturato, oltre che in trame della durata 10 ms, anche in 5 sotto-trame, ciascuna delle quali è suddivisa in 3 IT e ha durata di 2 ms.


138

Intervento in uplink: l’HSUPA (2/2)Intervento in uplink: l’HSUPA (2/2)

• Il ritmo binario dell’informazione affidata all’E-DCH si può conseguire utilizzando uno o più E-DPDCH; il massimo ritmo binario si consegue, secondo la Releasse 6, con il parallelo di 4 codici di canalizzazione.

• In questo caso due codici possono avere SF = 2, mentre per gli altri due si pone SF = 4: in queste condizioni, con un ritmo di codifica unitario, si può ottenere un ritmo binario di picco uguale a


• Il ritmo binario dell’informazione affidata all’E-DCH si può conseguire utilizzando uno o più E-DPDCH; il massimo ritmo binario si consegue, secondo la Releasse 6, con il parallelo di 4 codici di canalizzazione.

• In questo caso due codici possono avere SF = 2, mentre per gli altri due si pone SF = 4: in queste condizioni, con un ritmo di codifica unitario, si può ottenere un ritmo binario di picco uguale a


, Mbit/s 76524

8432

2

843,

,,


139

Miglioramenti ottenibili con l’HSUPAMiglioramenti ottenibili con l’HSUPA

• I miglioramenti ottenibili sono i seguenti:– una veloce assegnazione adattativa che consente al

Node B di individuare quando e a quale ritmo i singoli UE possono trasmettere;

– un veloce Hybrid-ARQ con soft-combining, con conseguente riduzione del tempo di ritrasmissione;

– un breve TTI di 2 ms, che può essere usato in aggiunta a quello di base uguale a 10 ms, con il risultato di ridurre i ritardi di trasferimento.

• I miglioramenti ottenibili sono i seguenti:– una veloce assegnazione adattativa che consente al

Node B di individuare quando e a quale ritmo i singoli UE possono trasmettere;

– un veloce Hybrid-ARQ con soft-combining, con conseguente riduzione del tempo di ritrasmissione;

– un breve TTI di 2 ms, che può essere usato in aggiunta a quello di base uguale a 10 ms, con il risultato di ridurre i ritardi di trasferimento.

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RETI MOBILI E MULTIMEDIALI Università degli Studi di Roma La Sapienza Dipartimento INFOCOM Aldo Roveri Lezioni dell a.a. 2009-2010 Aldo Roveri Lezioni