Corso diCorso diRETI E SISTEMI DISTRIBUITIRETI E SISTEMI DISTRIBUITI

Prof : 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

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

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

Architettura della rete cellulareArchitettura della rete cellulare

Il territorio viene suddiviso in celle (da qui  il  termine cellulare).   Ogni cella èdotata  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

Riuso delle FrequenzeRiuso delle Frequenze

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

Architettura della rete cellulare (2)Architettura della rete 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

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)

Riassumendo ...Riassumendo ...

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

Standard e Tecnologie CellulariStandard e Tecnologie Cellulari

● Cellulari di prima generazione (TACS) 

● Cellulari di seconda generazione (GPRS/EDGE) 

● Cellulari di terza generazione (UMTS/HSDPA) 

● Cellulari di quarta generazione 

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 

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.

– 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

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

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

General Packet Radio ServiceGeneral Packet Radio Service

● 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) 

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

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

● evoluzione dello standard GPRS

● maggiori velocità di trasferimento dei dati

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

SERVIZI :

● Accesso ad Internet

● Upload tramite protocollo FTP

● P2P

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

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

SERVIZI  3G :

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

HighHigh‐‐Speed Packet AccessSpeed 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

Quarta GenerazioneQuarta Generazione

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

● la TT 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

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