Corso di RETI E SISTEMI DISTRIBUITI Prof : Stefano Bistarelli Seminario : RETI CELLULARI (2 / 3 / 4...

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Corso diCorso di RETI E SISTEMI RETI E SISTEMI

DISTRIBUITIDISTRIBUITIProf : Stefano BistarelliProf : Stefano Bistarelli

Seminario :Seminario :

RETI CELLULARI (2 / 3 / 4 G)RETI CELLULARI (2 / 3 / 4 G)THANKS TO Sara Di MatteoTHANKS TO Sara Di Matteo

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SOMMARIO:SOMMARIO:● Introduzione ● Architettura della rete

cellulare● Tecniche di Accesso

➢ TDMA➢ FDMA➢ CDMA

● Standard e Tecnologie cellulari

● 1G (TACS)● 2G (GSM)

➢ 2.5G (GPRS/EDGE) ● 3G (UMTS)

➢ 3,5G (HSDPA)● 4G● Bibbliografia

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Un po' di storia ...Un po' di storia ...● Il primo sistema radiomobile fu impiegato dalle forze

armate degli USA intorno al 1920

● A partire dal 1935 con la MODULAZIONE DI FREQUENZA questo primo sistema radiomobile si diffuse

● Nel 1945 nacque l'idea di “CELLA”

● Anni 80-90: Cellulari Analogici di prima generazione

● Anni 90-2000: Cellulari Digitali di seconda generazione

● Ora: Cellulari Digitali di terza generazione con voice + data

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Architettura della rete Architettura della rete cellularecellulare

Il territorio viene suddiviso in celle (da qui il termine cellulare). Ogni cella è dotata di una stazione base, la cui frequenza radio è diversa da quella di un'altra stazione base posta nella cella adiacente.

configurazione esagonale, quindi 7 frequenze diverse

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Riuso delle FrequenzeRiuso delle Frequenze

Ciascuna stazione base è connessa a un centralino MTSO (Mobile Telecommunications Switching Office) il quale servirà più stazioni base

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Architettura della rete Architettura della rete cellulare (2)cellulare (2)

utenti connessi con celle non contigue sono non interferenti dal punto di vista elettromagnetico per la loro diversa collocazione spaziale anche se condividono parametri operativi comuni.

utenti della stessa cella (o celle contigue parzialmente sovrapposte) necessitano di una diversa logica di separazione dei collegamenti in quanto condividono realmente la medesima risorsa

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Tecniche di AccessoTecniche di Accesso

I sistemi cellulari utilizzano tre diverse tecniche di accesso multiplo:

● accesso multiplo a divisione di tempo (TDMA)

● accesso multiplo a divisione di frequenza (FDMA)

● accesso multiplo a divisione di codice (CDMA).

I servizi richiedono tipicamente comunicazioni bidirezionali:

● Uplink (reverse channel)

● Downlink (forward channel)

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Riassumendo ...Riassumendo ...

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Un ulteriore esempio ...Un ulteriore esempio ...

Analogia con le persone

● TDMA : Ognuno parla a turno● FDMA : Si parla a gruppi ● CDMA : Tutti parlano in lingue diverse e

ognuno filtra solo quello che viene detto nella propria lingua

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Standard e Tecnologie Standard e Tecnologie CellulariCellulari

● Cellulari di prima generazione (TACS)

● Cellulari di seconda generazione (GPRS/EDGE)

● Cellulari di terza generazione (UMTS/HSDPA)

● Cellulari di quarta generazione

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Prima Generazione ( TACS )Prima Generazione ( TACS )Total Access Comunications SystemsTotal Access Comunications Systems

● Tecnologia di tipo analogico, introdotta in Italia verso la fine degli anni 80 in cui le trasmissioni in ogni cella avvenivano a frequenze diverse. (MODULAZIONE DI FREQUENZA)

● Nel nord Europa e negli USA venivano usati altri standard (NMT, Nordic Mobile Telephone System e AMPS, Advanced Mobile Phone System).

LIMITAZIONI:

● numero di chiamate contemporanee veicolabili da ciascuna stazione base LIMITATE

No servizi SMS, fax ed E-mail.

Poteva essere usato solo in Italia.

SICUREZZA: No crittografia.Comunicazione intercettabile

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Seconda Generazione (GSM)Seconda Generazione (GSM)Global System for Mobile Communications Global System for Mobile Communications

● standard di telefonia mobile più diffuso del mondo con una quota di mercato del 70%

● canale di identificazione e canale di conversazione digitali

– Voce codificata in sequenze di bit● Comunicazioni sicure : trasmissione criptata

● possibilità di scambiare dati, oltre che conversazioni

Esempio : lo scambio di messaggi testuali (SMS) è stato sviluppato per la prima volta in assoluto in ambito GSM.

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– Le frequenze usate dalla rete GSM sono 850, 900, 1800, 1900 MHz e variano a seconda degli Stati in cui la rete stessa è installata. In Europa si utilizza le frequenze 900/1800 MHz, in USA le frequenze 850/1900 MHz

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Altri servizi offerti dal GSMAltri servizi offerti dal GSM

● WAP (Wireless Application Protocol)– Tecnologia per l'accesso ad Internet– Velocità di conessione 9.6 kbit/s– Ribattezzato come “Wait and Pay”

● Roaming internazionale

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Dalla Seconda alla Terza Dalla Seconda alla Terza Generazione (GPRS) Generazione (GPRS)

● È stato progettato per realizzare il trasferimento di dati a media velocità, usando i canali della rete GSM

● Trasferimento di dati a Pacchetto

● La velocità dipende dal modello di cellulare/terminale usato e dal numero di utenti collegati per cella fra cui è frazionata la banda

SERVIZI:● Servizio PTP (Point-to-Point): interconnessione fra reti internet (protocollo IP)

● Servizio PTM (Point-to-multipoint): chiamate di gruppo e chiamate multicast

● Messaggistica MMS (Multimedia Messagging Service)

General Packet Radio ServiceGeneral Packet Radio Service

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Dalla Seconda alla Terza Dalla Seconda alla Terza Generazione (EDGE) Generazione (EDGE)

● evoluzione dello standard GPRS

● maggiori velocità di trasferimento dei dati

● connessione stabile a una velocità fra i 150 e i 200 Kbit/sec

Enhanced Data rates for GSM Evolution o EGPRS Enhanced Data rates for GSM Evolution o EGPRS (Enhanced GPRS)(Enhanced GPRS)

SERVIZI :

● Accesso ad Internet

● Upload tramite protocollo FTP

● P2P

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Terza Generazione (UMTS)Terza Generazione (UMTS)Universal Mobile Telecommunications SystemUniversal Mobile Telecommunications System

● successore del GSM● impiega lo standard base CDMA come interfaccia di

trasmissione

● Supporta fino a 1920 kbps (non 2 Mbps)

● applicazioni tipiche attualmente implementate :

– Voce 12,2 Kbit/s

– Videoconferenza 64 Kbit/s

– Trasmissione dati a pacchetto (scarico suonerie, accesso al portale,...) 384 Kbit/s

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Terza Generazione (UMTS)Terza Generazione (UMTS)Universal Mobile Telecommunications SystemUniversal Mobile Telecommunications System

SERVIZI 3G :

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Dalla Terza alla Quarta Dalla Terza alla Quarta Generazione (HSDPA)Generazione (HSDPA)

High-Speed Packet AccessHigh-Speed Packet Access

● Estende e migliora le prestazioni degli standard UMTS esistenti

● Prestazioni in downlink fino ad un massimo teorico di 14 Mbits/s

● I telefoni attuali arrivano a 3,6 Mbits/s in downlink e 384 Kbits/s in uplink

SERVIZI :● Tutti i servizi implementati dalle precedenti tecnologie

● Velocità di collegamento pari a quella oggi disponibile solo con ADSL

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Quarta GenerazioneQuarta Generazione

● lo stato dell'arte al 2006 è a livello di prototipi

● la NTT DoCoMo è riuscita a testare, nel settembre del 2005, lo steaming video di ben 32 filmati ad alta definizione

● Prestazioni :

– Downlink 100 Megabit/s in movimento e 1 Gigabit/s in posizione statica

Cosa significa questo ???

si può scaricare un DVD/Video in quasi un minuto

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Bibbliografia :Bibbliografia :

“RETI DI CALCOLATORI E INTERNET Un approccio top-down” 3 edizione

http://it.wikipedia.org

Dispensa del corso di “Reti Cellulari” del prof. Andrea Baiocchi, Università di Roma “La Sapienza”

Dispensa a cura del prof Gaetano Giunta “Elementi sull'accesso radio nelle reti cellulari 3G – UMTS”

Dispensa corso di “Reti di Telecomunicazioni” dell'ing. Francesco Chiti e dell'ing Giada Mennuti, Università di Firenze

http://www.4-g.it