Rete di accesso UMTS Ing. Luca FOSSATI - UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI PAVIA FACOLTA' DI INGEGNERIA
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Rete di accesso UMTS
Ing. Luca FOSSATI
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PAVIA
FACOLTA’ DI INGEGNERIA
DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA
Pavia, 28 Gennaio 2004
Sommario • Overview sulla tecnologia UMTS • Pianificazione della rete UMTS • Case Study di pianificazione • Overview su i-mode
UMTS: introduzione • L’UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) è il nuovo sistema di telecomunicazione per i servizi mobili di terza generazione, e rappresenta l’evoluzione degli attuali sistemi radiomobili di seconda generazione • La terza generazione di telefonia mobile consentirà, grazie alla disponibilità di banda fino a 2 Mbit/s, di offrire l’accesso in mobilità a nuovi servizi a banda larga come video on-demand, giochi interattivi, musica, telemedicina, teleapprendimento...
UMTS: requirements • Trasmissione a commutazione di pacchetto e circuito • Velocità di trasmissione • Servizi multimediali • Servizi a velocità e qualità differenti • Compatibilità con reti esterne • Sicurezza nelle comunicazioni • Roaming a livello mondiale
Allocazione dello spettro
ITU
Europa
FDD DL MSS DL
2110 2170 2200
TDD FDD UL MSS UL TDD
FDD: Frequency Division Duplex
1900 1920 1980 2010 2025 TDD: Time Division Duplex
WCDMA: Wideband Code Division Multiple Access
TD-SCDMA: Time Division Synchronous CDMA
Licenze UMTS in Italia TDD FDD UL TDD FDD DL 1900 1920 1980 2010 2025 2110 2170 MHz
Servizi nella terza generazione
Max Vel: 120 Km/h
Bit rate fino a 384 Kbit/s
Voice - Email - Localisation - High quality
video telephony - Streaming - www Browsing
- Video conferencing - Video games
Zona 4: Globale
te
atelli Zona 3: Suburbana/Urbana
S
Zona 2: Urbana High density
Zona 1: Edifici
Cella globale Macro cella Pico cella
Micro cella
fs
Max Vel: 500 Km/h
Bit rate fino a 128 Kbit/s
Max Vel: 10Km/h
Voice - Email - Localisation - Bit rate fino a 2 Mbit/s
Low quality video telephony -
Streaming - www Browsing Voice - Email - Localisation - Very HQ video
telephony - Streaming - www Browsing - Video
conferencing - High speed Internet - Video Games
Servizi UMTS (1)
Composizione del proprio giornale personalizzato, con
Info/New ricezione, ovunque e in ogni momento, di informazioni e
video su notizie finanziare, di cronaca, spettacolo, sport.
Ricezione/consultazione di informazioni utili in viaggio: i percorsi
ottimali, informazioni/immagini sui luoghi che si stanno visitando.
In viaggio
Selezione di videogame interattivi e possibilità di giocare
Giochi/scommesse anche in rete.
Scommesse on-line e partecipazione ad aste con
visualizzazione dei cataloghi prodotti
Accesso ad uno sportello pubblico in cui ricevere e Servizi al
visualizzare informazioni di pubblica utilità. cittadino
Controllo Controllo a distanza di impianti ed elettrodomestici.
a distanza Ricezione allarmi, visualizzazione ambienti.
Servizi UMTS (2)
Servizi
Gestione delle operazioni bancarie, assicurative e finanziare
Finanziari
Prenotazione Prenotazione/acquisto di prodotti o servizi per i i dipendenti
/ acquisti mobili dell’azienda
Funzioni di pagamento o ricezione di pagamenti su terminali mobile
• Pedaggio autostradale elettronico per dipendenti mobili Pagamenti
• Pos remoto per esercizi commerciali senza linea fissa
Mobile
Ricerca e acquisto di prodotti/servizi tra aziende
Commerce B2B
Accesso ad internet da terminale mobile per uso Accesso
business Internet
Broadcast Informazioni broadcast: invio messaggi di avviso, segnalazione
Informazioni eventi particolari, news in formato testo, audio e video
Architettura di rete UMTS
UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Access Network
RNC: Radio Network ControllerArchitettura di rete UMTS (2)
UTRAN
Node B
• Gestisce l’interfaccia radio
• Implementa l’accesso WCDMA
RNC
• Controlla l’utilizzo e l’integrità delle risorse radio
• Controlla l’handover
• Controlla l’accesso e la congestione delle connessioni
• Controlla la potenza
Core Network
Dominio CS (MGW, MSC Server, HLR)
• Gestisce trasporta il traffico a circuito
Dominio PS (SGSN, GGSN)
• Gestisce trasporta il traffico a pacchettoAccesso Radio CDMA • Il CDMA è il sistema di accesso radio utilizzato nei sistemi di terza generazione • Il sistema CDMA, inizialmente implementato per scopi di tipo militare, ha già avuto una prima applicazione civile nel sistema di seconda generazione americano IS-95
Accesso Radio WCDMA (1) • I segnali d’utente sono trasmessi nello stesso istante di tempo sulla stessa banda • Un codice assegnato a ciascun utente permette di distinguere i segnali in ricezione • La capacità del sistema è limitata dall’interferenza generata dagli altri utenti Spread Spectrum: il segnale è trasmesso su una banda molto più grande del minimo valore necessario per una corretta ricezione dell’informazione. • Bassa probabilità di intercettazione • Immunità ai disturbi (bassa sensibilità ad interferenze)
Accesso Radio WCDMA (2)
Sequenza di Informazione
+1 t
-1
Sequenza Sequenza
Codice Trasmessa
+1
di Informazione
-1 t
Codice
+1 t
-1
Sequenza TrasmessaAccesso Radio WCDMA (3)
Sequenza Trasmessa
+1 t
-1
Codice Sequenza Sequenza
+1
-1 Trasmessa di Informazione
t
+1 t
-1
Codice
Sequenza di Informazione
Moltiplicando la Sequenza trasmessa per il codice, si ottiene nuovamente
la Sequenza di Informazione.
Al contrario, se venisse moltiplicata per un codice diverso, otterrei una
sequenza pseudocasuale con lo stesso chip rate e stessa banda occupataAccesso Radio WCDMA (4)
Potenza
Segnale1
Frequenza Code 1
I due segnali si
combinano
Potenza
nell’interfaccia radio
Segnale 2
Frequenza
Code 2
AL RICEVITORE…..
I due segnali sono
Potenza
ricevuti insieme
Frequenza Code 1
Il Segnale 1 è ricostruito
Il segnale 2 è rumore di fondoCaratteristiche dell’UMTS • Power control • Soft handover • Cell Breathing
Power Control • Minimizzare la potenza media trasmessa al fine di ridurre il livello interferenziale presente nel sistema • Migliora la capacità e la qualità complessiva del sistema • Mitiga l’effetto near far prevedendo il minimo livello di potenza necessaria per ogni connessione Near-far problem Solution
Soft Handover Durante il soft handover il mobile è connesso a più celle contemporaneamente •Consente un guadagno in termini di potenza ai bordi delle celle • Macrodiversità • Non si hanno micro-interruzioni delle connessioni
Cell breathing
L’area di copertura di una cella varia in funzione del traffico
1 2
Cella B
Cella A Cella B
Cella A
3
Cella B 4
Cella A Cella B
Cella AProcesso di Pianificazione
Pianificazione della rete UMTS
PREVISIONI DI CARATTERIZZAZIONE DEI
MERCATO SERVIZI E DEI PARAMETRI DI
QUALITA’
Banda media e di picco
Modalità di trasporto (CS/PS)
Grado di perdita, Ritardo, BER
DENSITA’ DI
TRAFFICO PER Parametri di
SERVIZIO traffico
Distribuzione geografica
dell’utenza e del traffico
VALUTAZIONE
DELL’INTENSITA’ DI
Distribuzione del TRAFFICO
traffico
DB
Strumenti di
pianificazione
PREVISIONI DEL CAMPO PIANIFICAZIONE
ELETTROMAGNETICO CELLULAREProblematiche
Copertura Capacità
WCDMA Traffico multiservizio
Interferenza Bit-rate
Carico di cella Modalità di trasporto
Aree di Soft Handover Simmetria servizi
Effetti del cell breathing QoS
Trade-off Copertura CapacitàProcesso di Radio Network Planning
Input Output
Numero di siti
Dimensionamento Traffico
Tipo di area
Requisiti di
copertura
Requisiti di
capacità Selezione del Sito
Pianificazione Configurazione BTS
Requisiti di qualità
di capacità e Analisi di capacità
Analisi di copertura
copertura Analisi della QoSCase Study di pianificazione
Copertura cellulare (1)
Cella di grandi dimensioni Più celle di minori dimensioni
• Maggiore potenza emessa dalla • Minore potenza emessa dalla BTS
BTS
• Minore potenza emessa dall’apparato
• Maggiore potenza emessa utente
dall’apparato utente
• Maggiore capacità
• Minore capacitàCopertura cellulare (2)
Cella 2
f1
Cella
1 Cella
f1 f1 f1
3
f1 f1 f1
f1 f1 f1
f1 f1Area di studio
Brescia
estensione: 89 Kmq
pop: 195.000 abitanti
Copertura: 23 siti
Area urbana
Area del comuneServizi e traffico Servizi Voce: CS 12,2 Kbps Videotelefonia: CS 64 Kbps e-mail, SMS, MMS: PS 64 Kbps Web-browsing: PS 64/128 Kbps Traffico Utenti: circa 20.000 Voce: 360 min/mese (12 min/giorno) Videotelefonia: 240 min/mese (8 min/giorno) e-mail: 40 e-mail/mese (1,3 e-mail/giorno) da 1MB SMS: 250sms/mese (8 sms/giorno) MMS: 95mms/mese (3 mms/giorno) da 180KB Web-browsing: 40 sessioni/mese (1,3 ses./giorno) da 1MB
Utenti Stato utenti Not dropped Dropped (max Load UL) Dropped (max Load DL) Utenti serviti: 91% Utenti dropped: 9%
Utenti Stato utenti Not dropped Dropped (max Load UL) Dropped (max Load DL) Utenti serviti: 98% Utenti dropped: 2%
Pilota CPICH Ec/Io -2 --- -4 dB -4 --- -7 dB -7 --- -10 dB -10 --- -13 dB -13 --- -16 dB
Pilota CPICH Ec/Io -2 --- -4 dB -4 --- -7 dB -7 --- -10 dB -10 --- -13 dB -13 --- -16 dB
Copertura Voce
95% - 100%
90% - 95%
85% - 90%
80% - 85%
75% - 80%
Copertura Indoor DL
Obiettivo copertura: 95%
Nota: per ottenere la copertura
dell’area del 95% è necessario
avere a bordo cella una
copertura del 85%Copertura Videochiamata
95% - 100%
90% - 95%
85% - 90%
80% - 85%
75% - 80%
Copertura Indoor DL
Obiettivo copertura: 95%Copertura 64/128PS
95% - 100%
90% - 95%
85% - 90%
80% - 85%
75% - 80%
Copertura Indoor DL
Obiettivo copertura: 95%UMTS: conclusioni • Sistema a larga banda che utilizza accesso a divisione di codice • Utilizza commutazione di pacchetto e circuito • Nuovi servizi multimediali • Introduzione del concetto di Qualità del Servizio • Sistema limitato in interferenza • Nuovi processi di dimensionamento e pianificazione radio
Terminali UMTS
Samsung SGH Z100
autunno 2003
Nokia 7600
NEC e616 fine 2003
marzo 2004
LG U8150
fine 2003
Siemens U15 Motorola A835
novembre 2003 novembre 2003i-mode
i-mode overview (1) • i-mode, (cioè information mode) è un servizio multimediale innovativo che nasce in Giappone nel 1999 dalla società NTT DoCoMo. • Dopo il grande successo nel paese di origine i- mode sbarca in Europa dove è attualmente disponibile in cinque paesi (Germania, Olanda, Belgio, Francia e Spagna). • In Italia Wind ha l'esclusiva del servizio.
i-mode overview (2) • Tecnologicamente i-mode si basa sull’utilizzo di un protocollo HTML compatto e leggero, ottimizzato per l’uso sui terminali mobili e sulla rete radio. • L’utilizzo di questo protocollo compatto e proprietario implica che i siti devono essere realizzati ad-hoc ed i terminali devono avere una piattaforma specifica per leggere i contenuti i-mode. • I contenuti dei siti internet possono essere tradotti con opportuni server da HTML a cHTML oppure essere creati ex-novo.
i-mode: architettura di rete
Content
Provider
Server i-mode
Internet
Content Rete Wind
Provider
Content
ProviderTelefonini i-mode
NEC N341i
Display Main LCD: 162x216 pixels, 65k colori
Suonerie: Polifoniche 40 toni
Extendend Email: 50Kbyte attached
Java (DoJa): ver. 1.5, memoria 1.600 KB
Camera: 100K CMOS Camera
NEC N223i
Display Main LCD: 120x160 pixels, 4k colori
Suonerie: Polifoniche 40 toni
Extendend Email: 30Kbyte/99 attachedluca.fossati@mail.wind.it
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