Il sistema UMTS - Introduzione

Seminario per l’esame di Reti Mobili

Andrea Lorenzani

Anno accademico

2002-2003

Obiettivi dell’UMTS

Convergenza tra rete fissa e mobile ampia gamma di servizi (per la

comunicazione e multimediali) applicazioni accessibili in modalità

wired o in modalità wireless

Tutto ciò è reso possibile grazie a una

innovativa interfaccia radio e da

una efficiente Core Network

La rete UMTS discendente del GSM

Nelle reti di prima e seconda generazione il

Core Network era ottimizzato per il traffico

vocale (commutazione di circuito)

La rete UMTS necessita invece di

un’ottimizzazione per il traffico dati

(commutazione di pacchetto)

Caratteristiche della vecchia infrastruttura

Ritardi di trasferimento limitati bassa flessibilità dell’architettura di rete difficoltà di sviluppo di nuove

caratteristiche (causata dall’interfaccia radio e dal legame con la comunicazione fissa)

Tariffazione poco flessibile (basata unicamente sul tempo di utilizzo della rete)

Miglioramento ottenuto col GPRS

Commutazione di pacchetto e utilizzo del protocollo IP

trasferimento efficiente dei dati a bit rate variabili

Migliore sfruttamento della rete

Il GPRS è, sotto molti aspetti, una

tecnologia molto simile all’UMTS

Analogie e differenze tra UMTS e GPRSAnalogie: dividono gli elementi radio da quelli che

regolano la trasmissione dati sulle reti La Core Network è basata su ATM/IP

(QoS e Interworking) Tariffazione flessibile basata su tempo

o dati

Differenze:

• Radio SubSystem

• Diversa banda quindi diversi servizi

Funzionalità richieste all’UMTS

Servizi dati a larga banda comunicazioni di tipo simmetrico e

asimmetrico traffico a circuito con garanzia di QoS commutazione di pacchetto con diversi

livelli di QoS Servizi Real Time e Non Real Time Una tariffazione più flessibile

Le Quality of Service di UMTS:

Conversational Class

Streaming Class

Interactive Class

BackGround Class

Le Quality of Service di UMTS

Le prime due classi (Conversational e

Streaming) sono utilizzate per i servizi Real

Time (devono avere basso ritardo di

trasferimento, limitata variazione e

mantenimento delle relazioni temporali

degli elementi dello stream)

Le ultime due servono per i servizi

Internet, quindi necessitano di un

minor error rate e il round trip delay

deve essere accettabile

La storia della telefonia mobile

PRIMA GENERAZIONE (TACS) Duplexing a divisione di Frequenza

Problemi di interferenza con altri utentiTerminali grossi

SECONDA GENERAZIONE (GSM) Uso di tecniche di trasmissione digitale

Accesso a divisione di tempo (TDMA)

TERZA GENERAZIONE (UMTS)

Unica interfaccia radio a livello mondiale Problemi negli USA per PCS, rete nuova in

Europa Compattibilità con 3G, 2G e roaming

internazionale CDMA

ARCHITETTURA GENERALE

Elementi dell’UMTS

UE (User Equipment) comunica con l’UTRAN tramite l’interfaccia Uu

UTRAN (Umts Terrestral Radio Access Network) si interfaccia al Core Network attraverso l’ Iu

CN (Core Network)

Stratificazione AS (Access Stratum): tutti i livelli che dipendono

dalla tecnica di accesso radio NAS (Non Access Stratum): gli altri.

La separazione è utile in caso di riconfigurazione della rete radio

Collegamento AS-NAS

General Control (GC) SAP Notification (Nt) SAP Dedicated Control (DC) SAP

I servizi dell’Access Stratum vengono offerti al Non AS

attraverso i SAP (Service Access Point). Ce ne sono 3:

Si usano protocolli del piano utente e protocolli del piano di controllo

UTRAN

Divisione dell’UTRAN Node B: supporta FDD e TDD RNC (Radio Network Controller): gestisce le celle di

cui è a capo e gli Handover RNS (Radio Network Subsystem)

Connessione tra UE e UTRAN

La connessione tra mobile e UTRAN avviene attraverso il Serving RNS che può essere aiutato da un Drift RNS

Funzioni dell’UTRAN

Cifratura e decifratura dei canali radio Funzionalità relative alla mobilità

•Controllo dell’accesso

•Controllo della congestione

•Trasmissione delle informazioni al sistema

•Handover

•Rimpiazzo del SRNS

Funzioni relative al controllo dell’accesso al sistema

Funzioni dell’UTRAN (2) Funzioni relative alla gestione delle risorse radio

•Configurazione delle risorse radio

•Monitoraggio dei canali radio

•Controllo della divisione e della ricombinazione dei flussi informativi

•Instaurazione e rilascio dei Radio Bearer

•Allocazione e deallocazione dei Radio Bearer

•Funzioni del protocollo radio

•Controllo della potenza sui canali radio

•Codifica e decodifica del canale

•Controllo della codifica del canale

•Gestione dell’accesso random alla rete

Interfaccia radio

Livello Fisico (livello 1) Livello Datalink (livello 2)(MAC, RLC, PDCC) Livello Rete (livello 3) (RRC)

L’interfaccia radio è costituita da 3 livelli protocollari:

LIVELLO FISICO

Permette il controllo della configurazione a RRC (CPHY-primitives)

Trasferisce informazioni al livello MAC(PHY-primitives) Il trasferimento dati da livello fisico a MAC avviene

tramite i canali di trasporto (definiti da un Transport Format o Transport Format Set)

Un UE può avere attivi contemporaneamente più canali di trasporto

Il multiplexing di tali canali è compito del Livello fisico

I Canali di Trasporto

I canali di trasporto possono essere suddivisi in

Comuni (gli UE devono essere identificati)

Dedicati (ogni canale fisico identifica un UE)

I Canali di Trasporto (2) Random Access Channel (RACH) Common Packet Channel (CPCH) Forward Access Channel (FACH) Downlink Shared Channel (DSCH) Broadcast Channel (BCH) Paging Channel (PCH)

Dedicated Channel (DCH)

IL CDMA

Operazione di Spreading

Scrambling

Canalizzazione (Spreading Factor = 4)Consiste in due fasi:

L’effetto di diffusione

Con la decodifica il segnale utile torna a elevata potenza mentre gli altri rimangono diffusi

Maggiore banda ma minore potenza dopo la codifica

Allocazione dei codici

Utilizzazione (rapporto tra banda utilizzata e disponibile)

Complessità (si usa sempre il minor numero di codici)

LA VELOCITA’ DI CIFRA IN ARIA E’ FISSACi sono due criteri di allocazione dei codici OVSF:

TABELLA DI ESEMPIO

Il controllo di potenza: un paragone

Il CDMA può essere

paragonato a un ambiente

con molta gente

La rete si propone come “traduttore universale”

Il controllo di potenza

Controllo di potenza ad anello aperto Controllo di potenza ad anello chiuso o interno Controllo di potenza ad anello esterno

PROBLEMA: l’utente più distante sarà mascherato da quello più vicino (near-far effect)

SOLUZIONE: i livelli dei segnali trasmessi dai vari UE devono giungere al Node-B con la stessa potenza

CLASSI DI SISTEMI DI CONTROLLO DI POTENZA:

Parametri per il livello di potenza

Received Signal Code Power (RSCP)

Interference Signal Code Power (ISCP)

Signal to Interference Ratio (SIR)

Effetto “Cell Breathing”

L’effetto è legato al controllo di potenza e alle variazioni di potenza del livello di energia