L'EVOLUZIONE DELL'ACCESSO RADIO LTE - Andrea Buldorini, Maurizio Fodrini, Gianni Romano - Telecom Italia
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18 NOTIZIARIO TECNICO L’EVOLUZIONE DELL’ACCESSO RADIO LTE Andrea Buldorini, Maurizio Fodrini, Gianni Romano
2/2015 19
I
l sistema LTE è stato specificato dal 3GPP nel 2008. Da allora l’innovazione tecnologica non si
è mai fermata ed il 3GPP ha definito tutta una serie di funzionalità che hanno permesso di rag-
giungere prestazioni sempre più elevate, come quelle dell’offerta 4GPLUS di TIM. Questo arti-
colo descrive le innovazioni tecniche che il 3GPP sta sviluppando e che ritroveremo nei nostri
smartphones e nella rete TIM a partire dal 2016/2017.
1 Introduzione hanno lanciato LTE-Advanced in 39
nazioni (aprile 2015)1.
Questi numeri sono solo alcuni de-
gli indicatori del successo di LTE,
Alcuni numeri per iniziare (Figura In particolare, in Figura 1b è ripor- le cui specifiche tecniche sono state
1): 497 milioni di clienti nel mondo tato il numero di reti commerciali completate dal 3GPP nel 2008, ed il
utilizzano LTE (dicembre 2014); suddiviso per banda di frequenza su primo servizio commerciale è stato
393 operatori hanno lanciato LTE cui operano. La rete TIM LTE ope- lanciato da TeliaSonera a fine 2009
in 138 nazioni (marzo 2015); 3000 ra sulle bande 800 MHz (banda 20 a Stoccolma ed Oslo.
modelli di terminale supportano in terminologia 3GPP), 1800 MHz Il lavoro in 3GPP non si è però mai
LTE (aprile 2015); 64 operatori (banda 3) e 2,6 GHz (banda 7). fermato (Figura 2). LTE è stato spe-
Figura 1 - a) Numero di reti commerciali LTE per anno, b) Numero di reti commerciali per banda di operazione. La sigla tra parentesi
rappresenta il numero della banda secondo la terminologia 3GPP. Le bande in cui opera TIM in Italia sono evidenziate in blu - Fonte gsacom.com
Reti commericali 200
Reti commericali per banda
500
460 176
180
400 160
364
140
300 120
264 97
100 84
200 80
146 60 56
100 40 36
46
16 20 1 6 7 7 10 11 11
2
0 0
2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015
450 MHz (b31)
1009 MHz (b25)
1900 MHz (b2)
850 MHz (b5, b18, b19)
700 MHz (b25)
900 MHz (b8)
2100 MHz (b1)
AWS (b4)
700 MHz USA (b12,13,14,17)
800 MHz (b20)
2,5 GHz (b7)
1800 MHz (b3)
Stima
1 Fonte: http://www.gsacom.com
20 NOTIZIARIO TECNICO
cificato a partire della Release 8 (di- Nel seguito di questo articolo sono • incrementare il numero di stazio-
cembre 2008), mentre LTE-Advan- presentate le maggiori innovazio- ni radio base (network densifica-
ced è stato specificato dalla Release ni tecniche sviluppate incluse nel- tion).
10 (marzo 2011) ed ora grazie alla la Release 12 (dicembre 2014) e in La Figura 3 riporta le tre direttrici
CA (Carrier Aggregation) definita fase di specifica nelle Release suc- di evoluzione per raggiungere l’o-
in Release 11 i nostri smartphones cessive. biettivo di una capacità radio mille
sono in grado di fornire nella rete volte maggiore rispetto a quella at-
TIM fino a 225 Mbps, aggregando tuale. È chiaro che per ottenere le
due portanti. Inoltre, appena i ter- prestazioni offerte dalle nuove fun-
minali saranno pronti, con lo spet- 2 L’evoluzione del Mobile Broadband zionalità si rendono necessari nuovi
tro disponibile nella rete TIM si investimenti in rete o l’adozione di
potrà raggiungere la velocità di 300 Dal punto di vista di un operatore nuovi device d’utente. Uno dei prin-
Mbps aggregando tre portanti. mobile, le nuove tecnologie devo- cipi guida del 3GPP è però la possi-
I driver che hanno portato al conti- no permettere il dispiegamento di bilità per i terminali di vecchia ge-
nuo sviluppo della tecnologia radio reti efficienti in grado di gestire nerazione di poter funzionare nella
sono l’esplosione del traffico dati, una capacità elevata ed in conti- nuova rete, anche se con prestazioni
applicazioni web e social network nua crescita, fornendo al cliente un ridotte rispetto ai terminali di nuo-
sempre più fruibili da smartphone insieme di servizi ad elevata qua- va generazione. In questo modo l’in-
e l’ingresso di nuovi attori (come le lità, quanto più possibile uniforme troduzione di una nuova funziona-
organizzazioni di pubblica sicurez- all’interno dell’area di copertura, lità non comporta la cessazione del
za), interessati ad utilizzare LTE garantendo l’accesso ad applicazio- servizio per quei clienti ancora in
per i loro servizi. Il risultato è stata ni sempre più esigenti in termini possesso di vecchi terminali.
la definizione di una serie di funzio- di banda e ridotta latenza, tenendo
nalità che in parte stiamo già ve- conto del suo profilo nonché del de-
dendo nei nostri smartphones. Non vice utilizzato.
tutte le innovazioni si riflettono di-
rettamente in prestazioni vendibili
Per far fronte all’esplosione del traf-
fico dati e alla sempre crescente do-
2.1 Funzionalità per incrementare
l’efficienza spettrale
al cliente, in quanto molte di queste manda di velocità, ci sono tre possi- Le specifiche 3GPP prevedono nu-
sono ottimizzazioni della rete di ac- bili soluzioni: merose tecniche per aumentare
cesso, che hanno l’obiettivo di mi- • incrementare l’efficienza spettrale; l’efficienza spettrale, cioè il numero
gliorare la percezione della qualità • incrementare lo spettro radio a di bit che possono essere trasmessi
del servizio offerto. disposizione; nell’unità di tempo e di frequenza
(bit/s/Hertz).
Figura 2 - 3GPP workplan
Rel 13
Rel 14
(2017?)
By 2020:
5G specification
2.1.1 Modulazione 256 QAM in
downlink
Rel 12 (2015)
(2014) LTE prevede fin dalla sua prima
Studies on 5G
release di standardizzazione l’uti-
Tools for lizzo di sistemi di modulazione ad
data elevata cardinalità, in particola-
explosion
re fino alla 64 QAM (Quadrature
Proximity Radio and Core Amplitude Modulation), in grado
Services Enhancements cioè di portare 6 bit di informa-
zione per ogni simbolo trasmesso.
LTE for Public Safety Nell’ambito della Release 12, in
(Direct Communication, presenza di dispiegamenti micro e
Push To Talk) pico cellulari, il 3GPP ha introdot-
to in specifica l’utilizzo (nella trat-
ta downlink) della modulazione
2/2015 21
2.1.2 Minimizzazione dell’interferenza
A partire dalla Release 10 sono
state introdotte diverse funzionali-
tà per la gestione dell’interferenza,
quali ad esempio le tecniche CoMP
Capacità
richiesta
(Coordinated Multi Point) e ICIC
(Inter Cell Interference Coordina-
Efficienza spettrale
tor). La gestione dell’interferenza
permette di migliorare la qualità
del segnale a bordo cella, al fine di
n
tio
uniformare quanto più possibile il
ca
ifi
throughput all’interno della zona
ns
de
di copertura.
k L’interferenza è un aspetto mag-
Capacità or
w
attuale
giormente critico in presenza di
et
N
coperture “eterogenee”, ottenute
Nuovo spettro radio cioè attraverso il dispiegamento
di micro celle nell’area di copertu-
Figura 3 - Direttrici di evoluzione per far fronte all’aumento di traffico ra di una macro cella. Per questo
la funzionalità ICIC (e sue evolu-
256 QAM, in grado cioè di portare cazione, rendendo questa funzio- zioni) permette di allocare in modo
8 bit di informazione per ogni sim- nalità utilizzabile esclusivamente “intelligente” (Figura 4) le risorse
bolo trasmesso, contribuendo così nelle zone in cui il segnale utile è radio tra macro celle e micro celle
all’incremento del throughput di elevato, come nelle vicinanze del- che operano nella stessa area. In
picco. L’aumento della cardinalità la stazione trasmittente (eNodeB), questo modo gli utenti delle micro
dei sistemi di modulazione rende condizione quanto più soddisfatta celle non sono interferiti dal segna-
la trasmissione sempre più sensi- quanto più il raggio di cella è limi- le trasmesso dalla macro (e vice-
bile al rumore e all’interferenza di tato, ovvero quando si impiegano versa) e quindi sperimentano una
cui è soggetto il canale di comuni- coperture microcellulari. miglior qualità del servizio.
ABS
ABS
Macro-cell downlink
Pico t
Non-protected Protected pico
Macro pico subframes subframes
X2 interface
Pico-cell downlink
t
Figura 4 - Gestione delle risorse trasmissive per minimizzare l’interferenza tra macro e micro celle (ICIC)
22 NOTIZIARIO TECNICO
MHz, al fine di ottenere un canale tralizzata in un unico locale appa-
2.2 Funzionalità per incrementare lo
spettro radio complessivo pari a 100 MHz, in gra-
do di offrire un throughput teorico
rati e collegata in fibra ottica con
le antenne di trasmissione. In caso
Il principale abilitatore al mobile pari alla somma dei throughput di celle co-locate e di frequenze di-
ultra broadband resta comunque offerti dai singoli canali, cioè fino a verse (es. 800 MHz e 1800 MHz),
l’estensione della larghezza di ban- 5 volte superiori a quelli raggiungi- che per le leggi della propagazione
da utilizzata per la trasmissione bili senza aggregazione. Ad esem- radio determinano estensioni di co-
radio, che permette approssimati- pio, considerando una configurazio- pertura differenti, la funzionalità
vamente di incrementare linear- ne LTE base di tipo MIMO 2x2, il di Carrier Aggregation potrà esse-
mente il throughput d’utente. throughput di picco raggiungibile re fruita solo nell’area coperta da
Lo spettro radio però è una risorsa (funzione della relativa categoria entrambe le frequenze. Al di fuori
molto preziosa e scarsa e, quindi, di terminale specificata) passa da di quest’area il terminale continue-
non è possibile aumentare indefi- circa 150 Mbps su 20 MHz a circa rà ad usufruire del servizio, ma in
nitamente la banda a disposizione 750 Mbps su 100 MHz di banda ag- modalità single carrier. In Figura
dei servizi mobili, anche per moti- gregata complessiva. La Figura 5 6 sono rappresentati i possibili sce-
vi di complessità realizzativa. Per schematizza il concetto della Car- nari di abilitazione della Carrier
questo motivo il 3GPP ha indivi- rier Aggregation e le possibili confi- Aggregation:
duato alcune tecniche per sfruttare gurazioni di aggregazione (portanti • banda base distribuita (Figura
porzioni disgiunte o porzioni conti- contigue/non contigue e su stessa 6a): è lo scenario attualmente di-
gue di spettro in modo tale che la banda/in bande differenti). spiegato con banda base co-locata
larghezza complessiva possa supe- Tale funzionalità rende inoltre pos- in ogni sito. L’unico scenario abi-
rare il limite di 20 MHz, definito sibile una gestione flessibile della litato, considerando ad es. i layers
per un singolo canale LTE. banda in scenari eterogenei macro/ 800 MHz e 1800 MHz, è quello
pico che utilizzino layer frequen- Intra-Sito con i due layer co-locati;
ziali diversi. Occorre comunque te- • banda base centralizzata (Figura
ner presente che la tecnica prevede 6b): unico apparato di banda base
2.2.1 Carrier Aggregation un unico scheduler centralizzato,
che scompone la trasmissione del
(cioè in cui la banda base è gesti-
ta in pool) che controlla differenti
La funzionalità di Carrier Aggre- flusso dati in un numero di flussi siti non necessariamente co-locati,
gation, introdotta nell’ambito della pari al numero di canali aggregati. abilitando la funzionalità di Car-
standardizzazione di LTE-Advan- Questo significa che le funzionalità rier Aggregation Inter-sito;
ced (Release 10 del 3GPP), permet- di banda base, dove sono proces- • banda base distribuita con coor-
te di affasciare a livello trasmissivo sati i dati trasmessi nelle diverse dinatore (Figura 6c): la funziona-
fino a 5 differenti canali radio, cia- celle, debbano essere co-locate, lità come la Carrier Aggregation
scuno con larghezza massima di 20 oppure che la banda base sia cen- tra siti non co-locati (cioè di tipo
Figura 5 - Aggregazione di due canali LTE
LTE Terminale LTE CA
Portante 1
10 o 15 MHz LTE
Portate
Aggregata
LTE 20 o 25 MHz
Portante 2
eNodeB 10 MHz2/2015 23
Inter-sito) può anche essere rea-
800+1800 lizzata mantenendo la banda base
800+1800 distribuita nei vari siti, mediante
l’introduzione in centrale di un
apparato di coordinamento. Ciò
BBU renderebbe non più necessario la
BBU centralizzazione con la concentra-
zione della banda base in centrale.
800 Ogni combinazione di bande deve
essere specificata singolarmente,
in modo da definire i requisiti sulle
1800
prestazioni radio richieste ai termi-
BBU nali, che possono variare a seconda
del numero di canali da aggregare
e della banda di frequenza su cui
1800 operano. Le combinazioni sono de-
BBU pool
800 terminate tenendo conto delle al-
locazioni frequenziali che vengono
stabilite dalle amministrazioni dei
vari paesi. Il 3GPP nel corso delle
varie Release ha specificato, tra le
800 altre, tutte le combinazioni di inte-
resse per l’Italia e per il Brasile.
Al momento le combinazioni specifi-
1800 cate prevedono un numero massimo
di canali pari a quattro in downlink
e due in uplink, anche se in linea te-
orica già oggi è possibile aggregare
fino a cinque canali.
La disponibilità di spettro crescerà
BBU pool in futuro, principalmente nelle ban-
de di frequenza elevate e, in pro-
800+1800 spettiva, in bande non licenziate. In
quest’ottica, tra le attività della Re-
800+1800 lease 13 vi è l’estensione dell’attuale
funzionalità di Carrier Aggregation
BBU fino ad un massimo di 32 canali da
aggregare, ovvero 640 MHz, che in
BBU linea teorica permetterebbero, nella
Coordinamento
Centrale configurazione MIMO 2x2, una ve-
locità di picco in downlink pari a 4,8
800
Gbit/s.
1800 L’adozione della Carrier Aggre-
gation potrà essere ulteriormente
BBU BBU estesa per l’aggregazione tra LTE
e le tecnologie su banda non licen-
ziata, oggetto di standardizzazione
proprio a partire dalla Release 13.
800+1800 1800 800 L’introduzione di LTE su banda non
licenziata LTE-U (LTE Unlicen-
Figura 6 - Scenari di abilitazione della Carrier Aggregation sed), da utilizzarsi congiuntamente24 NOTIZIARIO TECNICO
con LTE in banda licenziata, e quin- La Figura 7 descrive lo schema di (ad esempio nel caso di copertura
di definito in standard come LAA funzionamento della soluzione, ba- corporate). In questo scenario, la
(Licensed Assisted Access), e l’ag- sata sulla possibilità da parte di Master è una macro cella che copre
gregazione tra LTE e il WiFi per- un terminale di utilizzare risorse l’area e garantisce la mobilità e la
metteranno di disporre di differenti radio fornite da due scheduler di- raggiungibilità del terminale. La
e potenzialmente estese porzioni di stinti implementati in due diffe- Secondary è una small cell (micro
spettro oggi utilizzato da sistemi renti nodi di rete tra di loro con- o pico cella) che permette di smal-
non cellulari. nessi sfruttando l’interfaccia X2, tire i picchi di traffico. Dato che
che collega le due stazioni radio la segnalazione è garantita dalla
base. Il terminale d’utente riceve il macro cella, è possibile spegnere
segnale LTE contemporaneamente le micro celle quando non c’è traf-
2.2.2 Dual Connectivity da due stazioni radio base (eNodeB
in terminologia 3GPP), indicate
fico, ottenendo anche un risparmio
energetico. Infatti, un terminale
Come precedentemente indicato, la come Master (MeNB) e Secondary che entra nell’area si aggancia alla
funzionalità di Carrier Aggregation (SeNB). Il nodo Master gestisce macro che, se necessario, provvede
richiede che le celle siano co-locate tutta la segnalazione verso il ter- a riattivare la micro cella. È impor-
(o almeno che la banda base sia cen- minale garantendo, ad esempio, tante sottolineare come ogni nodo
tralizzata ed il collegamento con le le procedure di mobilità. Il nodo coinvolto nella funzionalità di Dual
antenne remotizzate sia in fibra ot- Secondary invece agisce come bo- Connectivity debba essere comun-
tica). oster di capacità, permettendo un que in grado di gestire dei termi-
Nel corso della Release-12, il 3GPP aumento di throughput. Ciascun nali in modo indipendente, cioè per
ha sviluppato una soluzione che nodo controlla le proprie risorse taluni terminali comportarsi come
permette di spezzare il flusso di radio utilizzate per la trasmissione cella servente tradizionale e con-
informazione su celle non co-loca- dati verso il terminale ed è pertan- temporaneamente come cella se-
te, attraverso il meccanismo noto to responsabile della relativa allo- condaria per altri utenti.
come Dual Connectivity. Tale fun- cazione all’interno delle rispettive Quanto specificato in Release 12 è li-
zionalità assume particolare rilie- celle. Questa soluzione è partico- mitato alla sola direzione downlink,
vo nell’ambito dei dispiegamenti di larmente utile in caso di micro cel- mentre il terminale può trasmet-
reti eterogenee con mix di copertura le dispiegate in aree dove in certe tere dati in uplink solo verso uno
macro e microcellulare. ore del giorno non ci sono clienti dei due nodi (Master o Secondary).
Figura 7 - Architettura di protocolli radio per la Dual Connectivity
S1 S1 S1
PDCP: Pachet Data Convergence Protocol
RLC: Radio Link Control protocol
X2
PDCP PDCP PDCP MAC: Medium Access Control protocol
PHY: Physical layer
RLC RLC RLC RLC
Layer 2
MAC MAC
PHY PHY
Layer 1
MeNB SeNB2/2015 25
La specifica delle interfacce tra nodi CoMP (Coordinated Multi Point), una
tecnica di trasmissione dove ciascun
di rete di accesso radio punto trasmissivo si coordina con altri
adiacenti, in modo che la trasmissione
Il RAN WG3 è il gruppo che definisce le adiacenti e tutte quelle funzioni che ri- dagli altri punti non sia interferita o possa
architetture delle reti di accesso 3GPP e chiedono un coordinamento delle risorse essere utilizzata come segnale utile Lo
le procedure di segnalazione sia interne radio tra nodi adiacenti. Risulta, dunque, sviluppo dell’Inter-eNB CoMP prosegue
alla rete di accesso sia tra rete di ac- essenziale definire una segnalazione di in Release 13 con l’arricchimento dello
cesso e core. Pertanto, il RAN WG3 ha controllo standard tra eNodeB (protocol- scambio di parametri per uno schedu-
specificato l’architettura, le interfacce e lo X2-AP su interfaccia X2), che permet- ling coordinato più efficace. Sempre in
le procedure delle reti di accesso UMTS ta loro di interagire anche in un ambiente Release 12 sono stati definiti i meccani-
UTRAN, (Universal Terrestrial Radio multivendor. Un esempio è rappresenta- smi a supporto della Dual Connectivity,
Access Network) ed LTE E-UTRAN to dalla procedura di Mobility Load Ba- per la quale un terminale dotato di fun-
(Evolved UTRAN), definendo tanto il lancing, dove eNodeB che controllano zionalità Rx/Tx multiple è in grado di uti-
Piano di Controllo (cioè la segnalazio- celle adiacenti, scambiano i rispettivi li- lizzare risorse radio assegnate da due
ne di controllo dei bearer, della mobilità velli di carico e, se rilevano differenze si- scheduler distinti di due eNB differenti.
e della rete,) quanto il Piano di Utente gnificative, concordano una modifica del- In particolare è stata definita la segna-
(cioè il trasporto del traffico utente). Inol- le soglie di handover in modo da favorire lazione di coordinamento tra i due eNB
tre specifica le funzionalità e le archi- la mobilità dalla cella più congestionata dove un nodo agisce da cella Master e
tetture ad hoc, come l’architettura delle a quella che lo è meno. Analogamente l’altro da cella secondaria. Un’ulteriore
reti femtocellulari 3G e 4G e conduce il RAN WG3 ha definito procedure di attività di rilievo della Release 12 è sta-
attività di studio su tematiche innovative segnalazione tra eNodeB per il control- ta quella di definizione di meccanismi di
(ottimizzazione delle reti eterogenee, ge- lo coordinato delle risorse radio per la gestione della congestione a supporto
stione delle reti multi accesso etc.). Infine gestione dell’interferenza, come avvie- della trasmissione eMBMS. Tali mecca-
definisce le soluzioni di interlavoro tra le ne per la funzionalità eICIC (enhanced nismi risultano rilevanti, poiché i servizi
reti di accesso di sistemi 3GPP differenti, InterCell Interference Coordination), che LTE di Group Communication per Public
come ad esempio il 3G ed il 4G. applicata alle Reti Eterogene (layer Ma- Safety si appoggiano sulla trasmissione
LTE è il primo sistema 3GPP con un’ar- cro e Micro), consente ai nodi micro di broadcast e tali meccanismi si propon-
chitettura di accesso flat. Le funzioni di trasmettere in particolare subframe che gono di garantire un’elevata disponibili-
controllo del canale radio e quelle pura- minimizzano l’interferenza con il layer tà di servizio in scenari mission critical.
mente trasmissive, che nelle precedenti macro. Altre procedure sono state defi- Le attività appena intraprese di Release
generazioni sono implementate in nodi nite per il setup automatico delle interfac- 13, oltre allo sviluppo delle funzionalità
differenti (l’RNC ed il NodeB, rispetti- ce tra nodi, allo scopo di ridurre l’effort definite nelle Release precedenti, intro-
vamente, nel 3G), sono integrate nella operativo di dispiegamento, per l’incre- ducono meccanismi evoluti di gestione
stessa entità funzionale, l’eNodeB (en- mento dell’affidabilità delle procedure di del Network Sharing LTE, in particolare
hanced NodeB), allo scopo di soddisfare mobilità (framework MRO, (Mobility Ro- per quanto riguarda il charging delle ri-
i requisiti di bassa latenza di sistemi ul- bustness Optimization)) e per ottimizzare sorse utilizzate in un ambiente condivi-
tra-broadbad. Il primo abilitatore funzio- i consumi energetici al variare dei livelli di so da molteplici operatori; infine, si evi-
nale di tale trasformazione è lo sviluppo traffico (soluzioni del framework Energy denzia la definizione di soluzioni per la
a livello funzionale e prestazionale dei Saving). L’effetto risultante è la standar- gestione automaticadi sistemi di anten-
nodi di accesso, che consente il trasferi- dizzazione di un sistema di segnalazione na adattativi, allo scopo di minimizzare
mento ai bordi della rete di parti sempre articolato, ma allo stesso tempo efficien- gli impatti sulla mobilità dei terminali de-
più rilevanti dell’intelligenza di sistema. te, a supporto di un controllo distribuito rivanti dallo splitting/recombining delle
L’assenza di un controllore centralizzato, dell’accesso, che permette di soddisfare celle proprio delle antenne adattative ■
tuttavia, impone che gli eNB utilizzino il i requisiti di latenza citati, senza ridurre
canale radio in modo cooperativo, allo il livello di controllo dell’ambiente radio.
scopo di gestire in maniera ottimale la Tra le molteplici attività di Release 12
mobilità dei terminali, i livelli di interferen- del RAN3, si evidenzia l’introduzione dei
za, la distribuzione del traffico tra celle meccanismi a supporto del inter-eNB giuseppe.catalano@telecomitalia.it26 NOTIZIARIO TECNICO
In Release 13 si sta lavorando per best effort (ovvero senza garantire non si può trasmettere. Nelle ban-
permettere la trasmissione dei dati la qualità del servizio). de licenziate questo problema non
simultaneamente nelle due celle, e La banda presa in considerazione si pone, in quanto tutte le risorse
quindi l’incremento di throughput, per questa soluzione è la gamma a sono dedicate ad un solo operatore
anche in uplink. 5 GHz, in quanto prevede la dispo- e lo scheduler della stazione radio
nibilità di larghe porzioni di spettro base decide a chi assegnare le ri-
a livello mondiale: 255 MHz conti- sorse di trasmissione;
gui tra 5470 MHz e 5725 MHz sono • introduzione di interruzioni nel
2.2.3 Definizione dei requisiti tecnici
per operare LTE in nuove bande utilizzabili in Europa, USA e Giap-
pone (Figura 9).
flusso dati, anche in presenza di
dati da trasmettere. Nelle bande
A seguito di lunghe negoziazioni a L’introduzione a standard di LTE licenziate, infatti, il trasmettito-
livello nazionale ed internazionale, in bande non licenziate non è però re occupa le risorse radio fino a
nuove bande sono messe a disposi- indolore, in quanto richiede delle quando ci sono dati da trasmette-
zione dei servizi mobili dalle ammi- modifiche significative alle specifi- re (o fino a quando lo scheduler re-
nistrazioni nazionali. Alcuni esem- che del sistema. Il punto principale voca la disponibilità di risorse). In
pi recenti sono la banda 20 (800 è che gli accessi radio possono ope- bande non licenziate, invece, per
MHz), la banda 28 (700 MHz) e la rare in bande non licenziate sulla poter garantire pari opportunità
banda 31 (450 MHz). Il 3GPP si oc- base di non interferenza e senza di accesso, è necessario interrom-
cupa di specificare i requisiti tecnici diritto di protezione. Ovvero l’acces- pere il flusso dati in modo che un
per poter operare il sistema LTE in so radio LTE deve essere modifica- altro trasmettitore possa accede-
queste nuove bande (ad esempio il to per poter coesistere con segnali re alla risorsa radio. Se così non
livello massimo di segnale che può LTE trasmessi da altri operatori e fosse quest’ultimo rischierebbe di
essere ricevuto fuori dalla banda di con segnali WiFi. Per garantire ciò trovare il canale sempre occupa-
operazione, in modo da non creare si rende necessario specificare due to, non potendo mai trasmettere i
interferenza su altri sistemi). tecniche al momento non previste suoi dati.
dagli standard 3GPP: La tecnica LAA rappresenta una so-
• LBT (Listen Before Talk): prima luzione che ben si integra con la rete
di iniziare la trasmissione dei dati d’accesso radio dell’operatore mobi-
2.2.4 Utilizzo di LTE in bande non
licenziate occorre monitorare l’attività sul
canale radio. Se questo risulta oc-
le, evitando la necessità di specifi-
che soluzioni di gestione, sicurezza
Nell’ambito della Release 13, il cupato da un altro trasmettitore e autenticazione. Inoltre, l’utilizzo
3GPP sta definendo la soluzione
tecnica per poter operare con tec- Figura 8 - LTE-LAA – aggregazione di portanti in banda non licenziata con portanti in
nologia LTE in bande non licenzia- banda licenziata - Fonte: http://www.cablelabs.com/will-wi-fi-have-to-share-the-waves/
te. In letteratura questa tecnica è
nota come LTE-U, ma in 3GPP è Licensed LTE LTE-U
stato adottato un nome diverso, che Licensed Band 1 Unlicensed Bands 2-4
ne spiega la modalità di funziona-
mento: LAA (Licensed Assisted Ac- 10 MHz 20 MHz
cess). Come descritto in Figura 8,
questa tecnica prevede che un ter-
minale possa operare in banda non
licenziata solo se il canale radio è
Primary Secondary
aggregato, mediante la funzionali-
Carrier Carrier(s)
tà di Carrier Aggregation, con uno
Down Link
(detto canale primario) in banda li-
Only
cenziata. In questo modo la qualità
del servizio e la segnalazione sono
gestite sulla banda licenziata, men-
tre la banda non licenziata agisce
da booster di capacità in modalità2/2015 27
Korea 100 MHz 100 MHz 180 MHz 150 MHzS
China 100 MHz 100 MHz 125 MHz
Japan 100 MHz 100 MHz 255 MHz 150 MHzS
US 100 MHz 100 MHz 255 MHz 100 MHz
EU 100 MHz 100 MHz 255 MHz 150 MHzS
f [MHz]
$150 $350 $470 $725 $825 $875
Figura 9 - Allocazione della banda 5 GHz a livello mondiale
di LAA è completamente trasparen- mente l’interlavoro tra gli accessi base dati di sottoscrizione d’utente,
te alla core network LTE, evitando radio 3GPP e quelli WiFi, schemati- con relative regole di validità, dura-
il dispiegamento di elementi ag- camente riassunte in Figura 10. ta, ecc.
giuntivi in rete. LAA richiederà an- Nelle varie Release, il 3GPP ha Nell’ambito della Release 12, si è
che nuove implementazioni lato ter- specificato modalità di interlavo- deciso di analizzare possibili miglio-
minale, in quanto per poter operare ro sempre più complete, al fine di ramenti andando ad agire a livello
in questa modalità dovrà essere in estendere alcuni meccanismi di di accesso radio, con l’obiettivo di
grado di effettuare e riportare al controllo tipici dei sistemi cellulari introdurre uno steering del traffi-
nodo di accesso radio le misure ine- agli accessi WiFi, facendoli di fatto co bidirezionale del terminale tra
renti la banda non licenziata (come diventare delle tecnologie di acces- LTE e WiFi (Figura 10b, Rel-12).
avviene oggi per le bande LTE), for- so radio complementari ai sistemi La soluzione introdotta prevede che
nendo inoltre i feedback della rela- 3GPP. il nodo di accesso (eNodeB) possa
tiva trasmissione downlink. Le prime attività hanno definito fornire al terminale parametri di
l’interlavoro con le reti WiFi a li- controllo per guidare la selezione
vello di core network (Figura 10a, tra LTE e WiFi tenendo conto del
Pre Rel-12), basandosi su funziona- carico della rete (ad esempio soglie
2.3 WiFi WiFi: offload e aggregazione
con LTE e aggregazione con LTE lità a livello di connettività IP per di utilizzo del canale WiFi, potenza
la mobilità della sessione dati e il del segnale WiFi e/o LTE). Il ter-
Tecnologie, quali il WiFi, nate per roaming tra i sistemi, mantenendo minale può quindi procedere alla
operare su banda non licenziata attivi i servizi a pacchetto su rete selezione della tecnologia, nonché
sono da tempo utilizzate dagli ope- 3GPP con minimo impatto sulla allo spostamento del traffico tra le
ratori mobili per fare offloading del qualità percepita dall’utente. due tecnologie, sulla base di condi-
traffico dalle proprie reti cellulari, La funzionalità, tipicamente con- zioni definite in funzione dei valori
al fine di poterne gestire in modo trollata tramite opportuno client assunti da tali parametri, evitando
efficiente la capacità complessiva, sul terminale, può interagire con così una selezione arbitraria.
differenziando i servizi offerti all’u- un’entità di livello IP, introdotta Nell’ambito della Release 13 (Figu-
tente, ad esempio su base sottoscri- dalla Release 8, nota come ANDSF ra 10c, Rel-13), infine, si sta operan-
zione, prestazioni, qualità, … Per (Access Network Discovery and Se- do per una vera e propria integra-
questo motivo, in ambito di stan- lection Function), con il compito di zione attraverso l’aggregazione tra
dardizzazione 3GPP sono state pre- fornire al terminale determinate WiFi e LTE.
viste e sono attualmente allo studio policy di selezione e accesso delle Come per l’aggregazione tra flussi
funzionalità per gestire efficace- reti WiFi, definite ad esempio su LTE descritta in precedenza, è in28 NOTIZIARIO TECNICO
B) Mobile
A) Rel-12
Pre Mobile CN
Rel-12 CN
ADSL
ADSL
OR
OR ANDSF
RAN server
ANDSF assisted ANDSF
server parameters policies
ANDSF
policies
C) Mobile
Dual Connectivity CN
Rel-13
PDCP
OR/AND
RLC RLC
ANDSF
RLC RLC server
RAN ANDSF
command policies
Figura 10 - WiFi offload
corso di definizione una suddivisio- zionalità per il controllo di flusso, delle applicazioni per cui una co-
ne del flusso dati downlink tra ac- così come dovranno essere estese le municazione diretta tra terminali,
cesso radio LTE e WiFi, aggregati metriche delle misure e le relative cioè senza dover passare dalla rete,
lato terminale, sul principio della procedure di reporting. comporta dei vantaggi o rappresen-
Dual Connectivity introdotta in Re- ta un requisito necessario.
lease 12, mentre per l’uplink si uti- Per esempio, nel caso di servizi di
lizza soltanto LTE. In questo caso la PS (Pubblica Sicurezza) può esse-
cella LTE agisce da nodo primario
(Master) e quindi gestisce la segna-
3 Proximity Services: l’introduzione della
comunicazione Device-to-Device
re necessaria la comunicazione tra
agenti fuori copertura cellulare e
lazione e la mobilità, mentre l’access colleghi nelle immediate vicinanze.
point WiFi agisce da nodo seconda- Fino ad oggi, le comunicazioni nei Si pensi ad esempio ad un vigile
rio (Secondary). Per poter applica- sistemi cellulari si sono sempre ba- del fuoco che entra in un edificio in
re il principio dell’architettura di sate sull’assunto che un terminale fiamme alla ricerca di feriti. La ne-
Dual Connectivity, sarà necessario per trasmettere informazioni ad un cessità di poter sempre contattare
specificare un’interfaccia tra il nodo altro terminale, indipendentemen- i colleghi è un requisito indispen-
LTE e un opportuno punto di termi- te dalla distanza fisica tra di essi, sabile per poter utilizzare la tecno-
nazione della tecnologia WiFi, sulla debba trasmettere verso la rete e logia LTE in questi ambiti, anche
quale viaggerà la parte di pacchetti che poi questa ritrasmetta il se- nel caso in cui il pompiere si trovi
inoltrati al terminale attraverso il gnale al terminale di destinazione. in uno scantinato e quindi non rag-
WiFi. Al fine di determinare e con- Questo sistema permette di gestire giungibile dalla rete cellulare.
trollare la quantità dei dati verso in modo efficiente sia comunicazio- La modalità di trasmissione D2D
il WiFi dovranno anche essere in- ni a breve raggio che comunicazio- (Device-to-Device), nota anche
trodotti opportuni feedback e fun- ni intercontinentali. Ci sono però come “LTE Direct”, prevede il tra-2/2015 29
sferimento diretto di dati da un sicurezza. Esiste però un’altra ap-
terminale all’altro, così come già plicazione che è stata estesa anche 3.1 Soluzioni radio per applicazioni
M2M
presente in altri sistemi commer- alla clientela consumer: la modali-
ciali, quali il WiFi Direct ed il TE- tà di “direct discovery”. I terminali Secondo le previsioni, nei prossi-
TRA. In questo caso, il 3GPP ha interessati trasmettono periodica- mi anni si assisterà ad una rapida
specificato i meccanismi necessari mente un messaggio pre-codificato diffusione dei servizi M2M (Machi-
per permettere la comunicazione che pubblicizza la loro presenza. In ne-to-Machine), in particolare per
diretta tra un terminale e gli altri questo modo, altri terminali abili- applicazioni negli ambiti di smart
terminali appartenenti allo stesso tati al servizio che si trovino nel- metering, trasporti, logistica, ecc.
gruppo di utenti (ad es. una squa- le immediate vicinanze possono (Figura 11), con conseguente cre-
dra dei vigili del fuoco impegnata decodificarne il messaggio con il scita in termini di traffico e di pe-
a domare un incendio). Non tutto supporto della rete. Le applicazioni netrazione di device. Se da un lato
il lavoro è stato completato in Re- che possono essere offerte sono di le applicazioni M2M high end (ad
lease 12, ed in Release 13 si sta la- tipo pubblicitario (ad esempio un esempio video sorveglianza, eHe-
vorando su alcune ottimizzazioni, ristorante può annunciare la sua alth) non richiedono particolari otti-
come la possibilità per un termina- presenza e le offerte del giorno), mizzazioni dal punto di vista radio,
le in copertura di fare da “ponte” oppure di tipo social (i miei “bud- alcune applicazioni come lo smart
(relay) tra un terminale fuori co- dies” possono scoprire se mi trovo metering richiedono invece soluzio-
pertura e la rete. In questo modo, nelle loro vicinanze). Tutte queste ni specifiche.
l’agente fuori copertura può scam- applicazioni sono indicate come Nel corso delle Release 10 e della
biare informazioni con la centrale servizi di prossimità, in quanto la Release 11, l’attenzione per LTE è
operativa e ricevere le indicazioni trasmissione diretta tra terminali stata principalmente rivolta verso
del caso. è ridotta a poche centinaia di me- soluzioni in grado di gestire il so-
La modalità di comunicazione di- tri, nelle condizioni tipiche di pro- vraccarico di rete, dovuto all’acces-
retta è limitata agli utenti classi- pagazione del segnale radio tra due so simultaneo di un elevato numero
ficati come operatori di pubblica terminali. di dispositivi M2M.
Figura 11 - Esempi di servizi di smart metering - Fonte: https://coyotegulch.wordpress.com/2015/04/21/cortez-plans-to-install-3000-smart-water-meters-this-summer/
How Automated Meter Reading Works
Your Utilities Bill
Billind system generates
your monthly bill
Billing System
Meter Meter data is colledted to billing system
An eletronic high tech meter Wireless Service Network using wireless network
installed at a location uses accurate
and secure radio frequencies30 NOTIZIARIO TECNICO
In Release 12 ci si è focalizzati sulla zioni a basse prestazioni, dove il fat- ad esempio una sola antenna in ri-
definizione di soluzioni per termi- tore costo è predominate per poter cezione e una capacità di processing
nali “Low Complexity”, cioè dalle essere competitivi con soluzioni 2G di banda base ridotta.
caratteristiche funzionali ridotte ri- o proprietarie. Un altro requisito importante è rap-
spetto ai normali terminali, perché A questo scopo è stata introdotta presentato dalla riduzione del con-
pensati principalmente per applica- una categoria dedicata, che prevede sumo energetico, tale da permettere
Cellular Internet of Things (IoT)
In ambito 3GPP TSG GERAN (GSM/ ne della copertura sino a 20 dB (per I sostenitori del primo approccio sono
EDGE Radio Access Network) è in corso tenere conto della difficoltà intrinseca Ericsson (con la proposta EC-GSM,
uno studio di fattibilità per il supporto di della sostituzione delle batterie in de- Extended Coverage GSM) e Nokia Net-
un sistema cellulare per IoT a bassissima vice dislocati in zone non raggiungibili works (con la proposta N-GSM, Narrow
complessità e bassissimo throughput. agevolmente, per cui la durata delle Band GSM).
Le applicazioni a cui si rivolge lo studio batterie coincide di fatto con il tempo Il fautore principale del secondo approc-
comprendono (pur non limitandosi a di vita degli stessi device); cio è Huawei (con la proposta NB-M2M,
quelle elencate): • un throughput estremamente ridotto, Narrow Band M2M), affiancata da Qual-
• lo smart metering (p.es. contatori del dell’ordine di alcune centinaia di bit/s comm (con la proposta NB-OFDMA), a
gas, dell’acqua e dell’energia elettrica); (per tenere conto del tipo di applica- cui si aggiungono al momento due solu-
• rivelatori di condizioni atmosferiche; zioni precedentemente richiamate, zioni proprietarie: Sigfox (con la proposta
• rivelatori di fumo e di incendio; che comportano un ridottissimo trasfe- C-UNB, Cooperative Ultra Narrow Band)
• rivelatori di interruzione dell’alimenta- rimento di dati, quantificabile in poche e Semtech (con la proposta C-NB CSS,
zione elettrica; centinaia di byte al giorno). Combined Narrow Band and Chirp Spre-
• rivelatori di manomissione ed intrusio- Lo studio prevede due filoni che vengono ad Spectrum). Recentemente Huawei e
ne. portati avanti in parallelo, a seconda del Qualcomm hanno deciso di procedere
Alla luce delle applicazioni suddette, i tipo di approccio seguito: con una soluzione convergente delle loro
principali obiettivi che si prefigge lo stu- • il primo, basato su un’evoluzione della proposte.
dio sono: rete GSM/EDGE, prevede di utilizzare Alla conclusione dello studio di fattibilità
• una complessità (e di conseguenza un la rete legacy con aggiornamenti SW delle proposte esaminate, prevista per
costo) estremamente ridotta dei devi- sui nodi della rete di accesso radio e agosto 2015, seguirà la fase di specifi-
ce rispetto alla complessità dei device con l’impiego della core network esi- ca vera e propria, presumibilmente sia di
GPRS only di Release 97 (per compe- stente, ovvero con l’utilizzo dell’in- una soluzione basata sull’evoluzione del-
tere con le soluzioni proprietarie che terfaccia Gb tra il BSS (Base Station la rete GSM/EDGE, sia di una soluzione
sono già disponibili sul mercato, ma Sub-system) e l’SGSN (Serving GPRS basata sul ‘clean-slate approach’.
che richiedono al contempo il dispie- Support Node); Dal momento che il ‘���������������
clean-slate ap-
gamento di reti dedicate su bande non • il secondo, basato sul cosiddetto proach’ prevede la definizione di una
licenziate); ‘clean-slate approach’, prevede di de- nuova RAT (e come tale non di com-
• un’estensione della copertura radio di finire una nuova RAT (Radio Access petenza del 3GPP TSG GERAN), la
20 dB rispetto a quella ottenibile con Technology), resa anch’essa dispo- fase normativa avverrà in ambito 3GPP
una rete legacy GSM/EDGE (per te- nibile come aggiornamento SW sui TSG RAN, presumibilmente a partire da
nere conto della possibile dislocazione nodi MSR BS (Multi-Standard Radio settembre 2015, al fine di arrivare alla
dei device in zone scarsamente coper- Base Station), con l’impiego di una conclusione del lavoro di specifica au-
te, come sotterranei, cantine di edifici, core network che è ancora oggetto di spicabilmente nell’ambito della Rel-13, e
e della protezione degli stessi device discussione e che prevede di scegliere pertanto entro marzo 2016 ■
all’interno di contenitori metallici); tra quella GSM/EDGE (con interfaccia
• una durata delle batterie di almeno 10 Gb) e quella LTE (con interfaccia S1
anni, anche in presenza di estensio- tra eNB e MME/SGW). davide.sorbara@telecomitalia.it2/2015 31
il funzionamento senza sostituzione Network), in cui cioè differenti sta- Queste motivazioni hanno portato
della batteria per tutto il ciclo di zioni radio base trasmettono lo stes- alla necessità di studiare e specifi-
vita del dispositivo (stimato in più so segnale simultaneamente sulle care, all’interno della Release 13 del
di 10 anni). A questo scopo sono sta- stesse risorse radio, fornendo per- 3GPP, una tecnica più efficiente di
te introdotte in standard delle fun- tanto una migliore qualità della ri- comunicazione multicast indicata
zionalità per controllare l’accensio- cezione grazie alla riduzione del li- con SC-PTM (Single Cell-Point to
ne e lo spegnimento programmato vello complessivo dell’interferenza. Multipoint) transmission. L’obietti-
del terminale, per quelle applicazio- L’architettura generale del sistema vo è quello di migliorare l’efficienza
ni che richiedono una trasmissione eMBMS, le principali caratteristi- nell’utilizzo delle risorse radio e di
di informazioni molto sporadica. che tecniche, così come i possibili poter gestire in modo dinamico la
La terza componente fondamentale campi di applicazioni sono descritti configurazione delle aree di multi-
per LTE M2M, che sarà sviluppa- in [Notiziario Tecnico numero 48]. cast (Figura 12).
ta in Release 13, è l’estensione del Poiché tale tecnica è stata proget- La tecnica SC-PTM ha lo scopo
raggio di copertura radio del siste- tata per fornire contenuti broadcast di fornire un tipo di trasmissione
ma, per garantire il funzionamento all’interno di un’area pre-pianifica- complementare a quella eMBMS
anche in condizioni di alta attenua- ta (la MBSFN area), le trasmissioni (in aggiunta cioè alla trasmissione
zione del segnale (ad esempio per eMBMS richiedono che una parte MBSFN) e, pur adottando l’archi-
permettere la lettura di contatori delle risorse radio siano allocate in tettura di rete definita per eMBMS,
negli scantinati delle abitazioni). modo semi-statico a questo servizio, utilizza la tecnica di trasmissione
L’attività è ancora in fase di speci- ad esempio mediante configurazio- dei canali unicast, introducendo
fica e si stanno analizzando diver- ne via O&M (Operation and Main- però un particolare identificati-
se tecniche per raggiungere questo tenance) e quindi non modificabile vo comune rappresentativo di un
obiettivo. dinamicamente sulla base della gruppo di utenti, in modo che tutti
distribuzione degli utenti. Di conse- i partecipanti del gruppo possano
guenza, se in una cella ci sono pochi accedere tramite tale identificativo
clienti che richiedono il servizio si alle risorse a loro trasmesse. Que-
3.2 Servizi Broadcast ha uno spreco di risorse a discapito sto, inoltre, permette di sfruttare i
di altri servizi che potrebbero esse- feedback tipici delle trasmissioni
Una delle funzionalità sviluppate re offerti. D’altra parte, se non si unicast per adattare in modo dina-
dal 3GPP fin dalla Release 9 di LTE attiva MBMS e molti clienti richie- mico il tipo di codifica e quindi la
(e ulteriormente ottimizzate nelle dono lo stesso contenuto video, la velocità di trasmissione a più uten-
Release successive) è il supporto trasmissione tradizionale in moda- ti. Altro potenziale vantaggio della
dei servizi multicast e broadcast, lità unicast (cioè punto-punto) com- tecnica SC-PTM è quello di poter
realizzata attraverso la tecnolo- porterebbe uno spreco di risorse ed funzionare anche con rete che non
gia eMBMS (evolved Multimedia il rischio di non riuscir a fornire a prevede la trasmissione sincroniz-
Broadcast Multicast Services). Essa tutti il servizio richiesto. zata tra i vari nodi, in quanto lo
permette il trasferimento dello stes-
so contenuto ad un numero elevato Figura 12 - Esempio di trasmissione SC-PTM
di terminali in modalità broadcast
(ovvero a tutti i device presenti
nell’area abilitati al servizio) o mul-
ticast (ovvero ad un gruppo chiuso,
ad es. tramite sottoscrizione).
In particolare, al fine di trasmettere
i flussi dati MBMS, LTE si basa sul
concetto di comunicazione MBSFN
(Multimedia Broadcast Single Fre-
quency Network). I dati multicast
o broadcast sono trasmessi da dif-
ferenti celle su rete sincronizzata
nota come SFN (Single-Frequency32 NOTIZIARIO TECNICO
scheduling delle risorse è eseguito a sione nella direzione in cui si trova canalizzazioni che vanno da qual-
livello di cella e non a livello di area l’utente (Beamforming), ottenen- che centinato di MHz a qualche
MBSFN. do quindi, a parità di potenza, un unità di GHz. A queste frequenze
Gli scenari principali di utilizzo del- qualità più alta o la copertura di l’effetto dell’attenuazione dovuta
la trasmissione SC-PTM riguardano utenti ad una distanza maggiore. alla distanza e alla presenza di
l’ambito della pubblica sicurezza, L’effetto di focalizzazione si ottie- ostacoli è molto più critico. Dispor-
dove la modalità di comunicazione ne attraverso un sistema compo- re di antenne direttive permette
principale si basa sulla trasmissio- sto da più antenne, alimentate in sia di compensare la distanza sia
ne di informazioni verso un gruppo maniera opportuna, che convoglia di focalizzare la trasmissione dove
chiuso di persone (ad esempio agenti la radiazione in una direzione pre- l’utente può essere effettivamente
di polizia, membri della protezione ferenziale. Il numero di antenne raggiunto, evitando di disperdere il
civile). Tuttavia, la tecnica può tro- che compone il sistema radiante segnale altrove.
vare utilizzo anche in servizi com- e la modalità con cui vengono ali- D’altro canto, poiché la dimensione
merciali, quali download di video o mentate permettono di sagoma- dell’antenna si riduce all’aumenta-
apps più popolari, mobile adverti- re il diagramma di radiazione sia re della frequenza del segnale, un
sing, informazioni sul traffico au- nella direzione che nell’ampiezza sistema di 100 antenne (necessario
tomobilistico, in cui gli utenti loca- desiderate. Come regola generale, per realizzare il cosiddetto Massive
lizzati in una certa area geografica maggiore è il numero di antenne MIMO) a 2 GHz occuperebbe alcu-
(tipicamente limitata) abbiano gli costituenti il sistema radiante, ne decine di metri, mentre a fre-
stessi interessi in termini di servizi maggiore è il numero di gradi di li- quenze intorno ai 60 GHz la sua di-
e/o contenuti. bertà ottenibili nella direzionalità mensione sarebbe compatibile con
del fascio e nella sua forma. un dispiegamento su rete cellulare.
Nella Figura 13 è possibile vedere
un esempio di come una tecnica di
4 Verso il 5G beamforming possa essere usata
per trasmettere un segnale a diver- 4.2 Riduzione della latenza
Il 3GPP ha definito un piano lavori si utenti focalizzandosi anche sul
preliminare per la definizione dei piano verticale (3D beamforming). La latenza dei pacchetti radio è
sistemi “5G”, che dovrebbero vedere In Release 13 si sta analizzando una delle metriche più utilizzate
il lancio dei primi servizi commer- anche la tecnica FD-MIMO (Full per verificare la qualità della rete.
ciali attorno al 2020 (Olimpiadi a Dimensional-MIMO), che permet- Esistono infatti diversi siti e appli-
Tokyo). te di sfruttare fino a 64 antenne, cazioni che permettono al cliente
Questo però non significa che alcu- mentre quando si parla di 5G si im- di misurare latenza e velocità di
ni dei requisiti del 5G non possano magina di usare quello che prende trasmissione della propria rete. Il
essere già recepiti dalle evoluzioni il nome di Massive MIMO, ovvero requisito sulla latenza radio per
di LTE. In particolare, nell’ambi- la trasmissione di un segnale da un LTE è pari a 10 ms, tuttavia la-
to della Release 13 sono in fase di centinaio di antenne. tenze minori sono importanti per
studio alcune tecniche che precor- La possibilità di disporre di sistemi abilitare nuove applicazioni o mi-
rono le prestazioni offerte dal nuo- di antenne direttive diventa un fat- gliorare la qualità percepita dal
vo sistema, quali ad esempio l’uso tore sempre più importante via via cliente. Per esempio alcuni studi
di beamforming tridimensionale e che la frequenza di trasmissione hanno dimostrato che le automobi-
tecniche per ridurre la latenza del aumenta, in modo da controbattere li auto-guidanti richiedono una la-
segnale radio. la conseguente riduzione del raggio tenza dell’ordine di un millisecon-
di copertura. Alcune delle bande di do. Latenze maggiori potrebbero
frequenza di cui si sta discutendo comportare instabilità del sistema
in ambito internazionale circa l’u- e, quindi, incidenti stradali.
4.1 Beamforming tilizzabilità per i sistemi 5G hanno
frequenze di decine di GHz (le ban-
Senza però traguardare applicazio-
ni futuristiche, la latenza influenza
Una tecnica utilizzata per aumen- de indicate sono quelle a cavallo anche la percezione di throughput
tare la capacità del sistema radio dei 28-32 GHz oppure 55-70 GHz o da parte del cliente. HTTP/TCP è il
consiste nel focalizzare la trasmis- bande nell’intorno dei 90 GHz), con protocollo oggi dominante su Inter-2/2015 33
Elevation
beamforming
FD-MIMO
eNB
Azimuth
beamforming
Figura 13 - Effetto del Beamforming
net, con pacchetti dati dell’ordine disfare i requisiti sempre più strin- non prima di uno/due anni dopo
di qualche decina di kbytes fino a genti in termini di capacità e di il completamento dei lavori, ossia
circa un mega byte. In queste con- qualità del servizio. Questo è un a partire dal 2017. L’evoluzione
dizioni, una partenza “lenta” del processo continuo, in quanto nuovi dell’accesso radio LTE continuerà
protocollo può influenzare signifi- servizi e nuove esigenze di mercato in parallelo alla specifica dei siste-
cativamente la qualità percepita, richiedono sempre maggiori pre- mi 5G. In particolare, a settembre
in quanto l’inizio della trasmissio- stazioni. Non da ultimo, le appli- 2015 si terrà un workshop in cui
ne vera e proprio è ritardato dalle cazioni “over the top” non tengono le compagnie 3GPP presenteran-
procedure di segnalazione. Anche conto degli investimenti richiesti no la loro visione sull’accesso radio
applicazioni real time, come la voce alla rete per il loro funzionamento a supporto del nuovo sistema. Ad
su LTE (VoLTE) avrebbero una e spesso non permettono alla rete inizio 2016 il TSG RAN definirà i
qualità percepita migliore riducen- di adattarsi in funzione della tipo- requisiti prestazionali dell’accesso
do la latenza. logia di servizio richiesto. Di conse- radio dopo di che il lavoro passerà
Di conseguenza, il 3GPP ha inizia- guenza, la rete deve attrezzarsi al ai gruppi tecnici RAN per lo studio
to un’attività per studiare tecniche meglio per poter far fronte ad una di soluzioni tecniche in grado di
per ridurre la latenza, con obiettivo molteplicità di servizi, spesso con soddisfare i requisiti. La finalizza-
di dimezzarne il valore massimo. requisiti estremi (in termini di nu- zione delle specifiche 5G è prevista
Le tecniche prese in considerazio- merosità di terminali, di velocità di per la fine del 2019. Il 3GPP è quin-
ne comprendono soluzioni di livel- trasmissione e/o di latenza). di in procinto di iniziare una nuova
lo fisico, come il dimezzamento del Per rispondere alle esigenze del avventura che porterà alla specifi-
tempo minimo di trasmissione, e mercato, i gruppi radio del 3GPP ca dei sistemi 5G entro il 2020
soluzioni per ottimizzare la segna- vedono impegnati centinaia di
lazione. esperti nella specifica delle funzio-
nalità che ritroveremo nel giro di
qualche anno nei nostri smartpho-
nes. Il prossimo passo è il comple- Acronimi
Conclusioni tamento della Release 13, previsto
per fine 2015. Tutti noi vedremo 3G terza generazione
La tecnologia radio è in continua sui nostri smartphones le funzio- 4G quarta generazione
evoluzione per permettere di sod- nalità specificate in questa release 5G quinta generazione34 NOTIZIARIO TECNICO
Il 3GPP conformance testing
I terminali mobili moderni sono dispo- ing: sono dei test che si pongono in 5. Absorption of electromagnetic radia-
sitivi complessi che racchiudono in un aggiunta al conformance testing e tion by the human body – SAR (Spe-
unico oggetto numerose funzionalità tra sono basati su test list e su requi- cific Absorption Rate).
le quali stack protocollari, tecnologie di siti definiti dall’operatore stesso che Nel caso 1 (Test RF), anche dopo la
accesso, supporto di molteplici bande, possono essere di diversa natura. I deregolamentazione, alcuni test conti-
sistemi audio e video, sistemi operati- test di Carrier Acceptance possono nuano ad essere di importanza per gli
vi, interfacce utente, supporto di appli- derivare da considerazioni tecniche organi regolatori nazionali, in particolare
cazioni e molto altro. Questi dispositivi di aree non coperte dal conformace per assicurare che vanga fatto un uso
sono introdotti in un mercato che ha un testing, possono essere dei requisiti corretto dello spettro associato alle li-
livello di aspettativa alto in termini di di business o di servizio definiti dal cenze, anche nel caso di EMC e SAR
prestazioni e user experience. In que- marketing oppure possono essere si continua a rimanere sotto il cappello
sto scenario il testing gioca un ruolo finalizzati a evitare problemi e dis- degli enti regolatori. Il punto 2 sulla se-
fondamentale in tutte le fasi del ciclo di servizi in rete e molti altri input a gnalazione nasce sulla base dei principi
vita del terminale, a partire dalla fase totale discrezione dell’operatore ra- del type approval dell’ISDN standar-
di sviluppo sino ad arrivare al supporto diomobile. dizzato dall’ETSI, ma diviene molto più
post vendita. Il testing esaustivo di tutte 5. Interoperability Testing: anche nel complesso, perché a tutte le funzionalità
le funzionalità non è praticabile, il ter- caso di terminali perfettamente con- per i servizi di accesso fisso si vanno ad
minale è infatti composto da così tanti formi si potrebbero verificare casi aggiungere molti più servizi, tra i quali
elementi funzionali che le combinazioni in cui due diverse implementazioni ovviamente la gestione della mobilità. I
risultanti sarebbero quasi infinite e non potrebbero non interlavorare cor- test sulla segnalazione oggi sono total-
potrebbero essere coperte tutte. rettamente. Questo avviene perché mente deregolamentati, ma costituisco-
Nell’attuale panorama dell’industria del gli standard sono molto complessi no i test più numerosi e complessi che
testing si possono identificare le se- e lasciano aperte diverse possibilità l’industria deve oggi affrontare. Il model-
guenti tipologie: di implementazione. L’IoT testing è lo consolidato in ETSI di type approval
1. Development phase Testing: prin- quindi fondamentale per assicurare verrà utilizzato negli anni a seguire per
cipalmente ad opera delle manifat- l’interlavoro sia di apparati di rete che UMTS e ad oggi per LTE. ETSI infatti si
turiere dei chipset per verificare la di terminali di manifatturiere diverse. occupa tuttora con una Task Force ad
corretta implementazione durante le Nell’industria delle telecomunicazioni hoc di sviluppare in un ambiente forma-
fasi di progetto e produzione. sino alla fine degli anni ‘90 un terminale le di test (TTCN) tutti i test standardizzati
2. Integration Testing: questo è uno doveva soddisfare un certificazione re- dal 3GPP RAN5 e che saranno adottati
dei test più importanti, in mancanza golata dalle autorità nazionali chiamata dall’industria per il Signalling Protocol
di questo si possono verificare seri type approval per essere immesso sul Conformance. Per quanto riguarda i
problemi nelle seguenti fasi di con- mercato. A seguito della deregolamen- test RF il RAN5 definisce le procedure
formance testing, Carrier Acceptan- tazione dell’industria delle telecomu- di prova, ma l’implementazione è lascia-
ce testing e Interoperability Testing. nicazioni lo schema di type approval è ta alle manifatturiere di apparati di test e
3. Conformance Testing: il conforman- stato sostituito dall’autocertificazione ai provider dei servizi di test, non esiste
ce testing si basa sulle specifiche di (self-certifcation). Le specifiche di test at- quindi un equivalente linguaggio forma-
test realizzate dagli enti di standar- tuali ereditano i requisiti di type approval le definito dall’ETSI come per i test di
dizzazione (in particolare dal 3GPP) i cui principali filoni sono i seguenti: segnalazione.
e fornisce un insieme di test pre- 1. Radio receiver and transmitter RF In 3GPP, i gruppi coinvolti nel definire
definito e copre una gran parte gli performance characteristics, le specifiche di test sono GERAN WG3
aspetti radio e di protocollo in modo 2. Signalling Protocol Conformance, per il GSM e RAN WG5 per le tecnolo-
da assicurare un livello minimo di 3. EMC (Electromagnetic radiation gie di accesso successive. In aggiunta
accettabilità e di interoperabilità. compliance), anche SA WG4 (Audio Codec) e CT
4. Laboratory Carrier Acceptance Test- 4. Audio Performance, WG6 (USIM) coprono alcuni aspetti diPuoi anche leggere
