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Corso di Telematica A.A. 2003-2004 Prof. Salvatore Marano 1

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Lezione 22 – Sistemi CellulariUMTS



Macro-Cell Micro-CellPico-Cell

Mega-Cell

Pico-celle d<100 mPico-celle d<100 m

Micro-celle d<1 KmMicro-celle d<1 Km

Macro-celle d~20/30 kmMacro-celle d~20/30 km

Megacelle Megacelle



WWWaccesso a reti intranet

Immagini in movimentovideoconferenza

Sms multimedialiSms multimediali

E-mailE-mail

Interference

vocevoce

Perché passare a UMTS?Perché passare a UMTS?



UMTS- caratteristicheUMTS- caratteristiche

f=2 GHzf=2 GHz (International Telecommunications Union) (International Telecommunications Union)

Banda =5 MHzBanda =5 MHz (up-link e down-link) (up-link e down-link)

Chip rate= 3.84 Mchip/sChip rate= 3.84 Mchip/s

TTchipchip=0.26µs=0.26µs



1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150 2200 2250

1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150 2200 2250

NorthAmerica

MSSPCS

Reserve

Europe UMTSGSM 1800 DECT MSS

1880 MHz 1980 MHz

JapanKorea (w/o PHS)

MSSIMT 2000PHS MSSIMT 2000

2160 MHz1895 MHz

1918 MHz1885 MHz

ITU Allocations

1885 MHz 2025 MHz

IMT 2000

2010 MHz

2110 MHz 2170 MHz

China MSSIMT 2000IMT 2000

IMT 2000

MSSUMTS2170 MHz

MSS

1885 MHz 1980 MHz

AA D B E F C AA D B E F C

MDS

GSM 1800

1850 MHz WLL WLL



ff11Up-linkUp-link

ff22Down-linkDown-link

FDDFDD

ff11

Up-linkUp-linkff11

Down-linkDown-link

TDDTDD

TdownTdown TupTup

FrequencyDivisionDuplex / TimeDivisionDuplexFrequencyDivisionDuplex / TimeDivisionDuplex



UTRA / FDD UTRA / TDD

Tecnica d’accesso

W-CDMA TD-CDMA

Canalizzazione 5 [MHz] 5 [MHz]

Chip rate 3.84 [Mchip/s] 3.84 [Mchip/s]

Data rate massimo

384 kb/s 2 Mb/s

Spreading factor

4-256 1,2,4,8,16

Ricevitore Rake Joint Detection

Trama 0.667/10/720 [ms] 0.667/10/720 [ms]

Handover soft hard

Controllo di potenza

Veloce: ogni 0.667 [ms]

lento: ogni 10 [ms]

Modulazione Down-link: QPSKUp-link: Doppio

codice BPSK

QPSK



B node

B node

B node

RNC

B node

B node

B node

RNC

3G MSC/VLR

HLR

PST/ ISDN

PST/ ISDN

Packet data

networks

Packet data

networksGGSN

3G SGSN

GnIu

ps

Iucs

Gs

UTRAN CORE NETWORK



Si utilizza in caso di soft handover



Tutti gli utenti hanno a disposizione simultaneamente l’intera

banda

In ricezione, la separabilità tra i singoli segnali è basata

sull’impiego da parte di ciascun utente di un proprio “codice” per

il quale viene moltiplicata in trasmissione l’informazione d’utente

(operazione di espansione dello spettro o “spreading”)

Se i codici impiegati sono ortogonali tra loro, il ricevitore è in

grado di isolare e ricostruire nuovamente i flussi informativi dei

diversi utenti, con operazioni semplici.

A causa del rumore, delle distorsioni introdotte nel canale di

propagazione e delle proprietà non ideali dei codici, il numero

massimo di segnali che si possono sovrapporre è limitato.

CDMA: concetti di baseCDMA: concetti di base



Nell’operazione di espansione, la sequenza d’informazione con intervallo di ripetizione dei simboli Tb viene modulata sui livelli antipodali +1 e –1 e

moltiplicata per una sequenza binaria con valori {-1,1}, con intervallo di ripetizione Tc tra i simboli elementari detti chip.

Il rapporto

Gs=Tb/Tc

è definito come guadagno del processo, in assenza di codifica, o fattore d’espansione (spreading factor).



OVSFOVSF

1010 1010 ● ● ● ●

1111 0000 1111 0000

1111 1111 0000 0000

Chip rate 3.84 Mchip/s

Multi-SF code

240 kb/s480 kb/s

960 kb/s

Tempo di simbolo

16240 kb/s

8480 kb/s

4960 kb/s

SFData rate



Scrambling codeScrambling codeNon modifica il chip rate, serve per:Non modifica il chip rate, serve per:

•separare gli utenti in up-linkseparare gli utenti in up-link• separare le celle in down-linkseparare le celle in down-link

Numero complessivo

218-1 = 262,143 (numerati da 0 a 262,142)

Impiegabili

512 insiemi composti da

1 codice primario [n=16i (con i=0…511)].

15 codici secondari [n=16 i+k, ( k=1…15)].

A ciascuna cella è allocato uno ed un solo codice

primario.



UMTS: Down LinkUMTS: Down Link• I canali fisici trasmessi contemporaneamente trasportano sia

i canali logici relativi alle informazioni d’utente (dati) sia i canali di per adattare il ricevitore alle caratteristiche del canale (Common Pilot Channel)

Ch1

G1

Ch2

G2

ChM

GM

P-SCH

GP

S-SCH

GS

I canali di sincronizzazione vengono aggiunti al flusso dati in down link senza essere codificati perché essendo i primi canali letti dal terminale, quest’ultimo non può conoscere il codice di codifica prima di sincronizzarsi



Power controlPower control

Tutti gli utenti sono sovrapposti in frequenza e nel tempoTutti gli utenti sono sovrapposti in frequenza e nel tempo

può accadere che per la diversa distanza dalla BS (near-far) opuò accadere che per la diversa distanza dalla BS (near-far) o

per effetto del fading un utente sia ricevuto con una potenza per effetto del fading un utente sia ricevuto con una potenza

molto maggiore degli altri e disturbi tutti gli altri.molto maggiore degli altri e disturbi tutti gli altri.

POWER CONTROLPOWER CONTROL

La BS effettua quindi una misura della potenza ricevuta dal mobile eLa BS effettua quindi una misura della potenza ricevuta dal mobile e

comanda l’incremento o la riduzione di potenza trasmessa comanda l’incremento o la riduzione di potenza trasmessa

per mantenere P1 e P2 ugualiper mantenere P1 e P2 uguali

P1P1

P2P2

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