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# Reti Cellulari
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## Principi generali
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### Copertura cellulare
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Vari approcci:
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* Idealmente, ogni antenna e' omnidirezionale, posta al centro di celle esagonali.
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* Caso migliore (**sectoring**): 3 antenne nello stesso sito, ognuna irradia 120 gradi. Questo permette di installare meno antenne (inteso: meno siti diversi)
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Nella realta', le celle non sono disposte geometricamente (dipende dalla conformazione de territorio).
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Con l'aumento della richiesta di rate, le celle devono diventare piu' piccole (quasi dedicate ai singoli), di modo da garantire QoS.
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### SDMA (Space Division Multiple Access)
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Si basa sul riutilizzo spaziale di frequenze su celle abbastanza distanti tra loro, di modo da non creare interferenza *(vedi slides per disegno)*.
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Ogni gruppo di celle che utilizzano tutte le frequenze (suddivise su ogni cella in *canali*) si chiama **cluster**. Questo schema puo' essere facilmente replicato su un territorio vasto.
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* B = larghezza di banda di un canale.
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* S = spettro a disposizione
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* N = S/B e' il numero di canali a disposizione
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Questo permette di ottenere i cluster:
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N canali (suddivisioni di freq)
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G gruppi (di k = N/G canali ciascuno)
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Quindi un cluster e' l'insieme delle G celle che usano tutti gli N canali.
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(Vedi slides per spiegazione grafica di disposizione cluster)
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La definizione dipende dalla formula di Carnot (lato di un triangolo dati gli altri due e l'angolo compreso).
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* le dimensioni della cella sono disegnate in base a quanta capacita' e' richiesta, ma:
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**cella piccola = maggiore capacita' = maggior costo (piu' infrastruttura)**
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(vedi slides, importante per esame)
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#### Adattabilita' delle celle
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* Spesso le celle sono adattabili alle richieste di traffico: una zona ad **alta densita'** richiedera' celle piu' fitte, mentre una zona a bassa densita' avra' bisogno di celle piu' grandi.
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* Un'altra tecnica e' l'utilizzo di **macrocelle e microcelle**, in cui le macrocelle e le microcelle sono sovrapposte, le microcelle sono utilizzate per alte richieste di traffico.
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* Nel caso delle vie di comunicazione (autostrade, ferrovia) richiedono celle con copertura piu' allungata e stretta, per favorire il traffico concentrato lungo la via.
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## Architettura di rete
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3 componenti formano la **rete operatore**:
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* **MT**: terminale mobile (utente)
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* **BS**: base station (stazione radio base)
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* **MSC**: commutatori
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Il collegamento MT-BS e' radio, mentre il collegamento BS-MSC e' cablato.
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### Gestione della mobilita'
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4 concetti:
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* Roaming
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* Locatio Updating
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* Handover
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* Paging
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#### Roaming
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Possibilita' che l'utente ha di spostarsi senza uscire dalla rete. Si tratta della **rintracciabilita'** dell'utente.
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* Il sistema deve memorizzare in una base di dati la posizione degli utenti per poterli rintracciare.
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* Per localizzare un utente si divide il territorio in aree dette **location areas** (insiemi di celle, meno costoso che inseguire all'utente a livello di cella).
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#### Location Updating
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Aggiornamento di posizione dell'utente, si basa sull'invio del LAI (location area id).
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Ogni cella diffonde il proprio LAI su un canale di controllo.
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* Il terminale mobile riceve un LAI diverso dal precedente e richiede al sistema una procedura di location updating. Questa procedura e' sostanzialmente l'update di un database.
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* il location update e' effettuato ogni X minuti per aggiornare e garantire la presenza dei dispositivi.
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#### Paging
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Il sistema avvisa un terminale mobile di una chiamata in arrivo, inviando un messaggio di paging all'interno della LA in cui e' localizzato l'utente.
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Il paging e' **costoso** per la rete, per questo se un terminale va offline avvisa la rete, cosi' che il paging inutile non venga effettuato. Se un terminale si rompe e non risponde, la rete effettua il paging ma dopo un certo periodo di tempo va in timeout.
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#### Handover
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E' simile al location update, ma considera il caso in cui l'utente ha una comunicazione / trasferimento dati in corso e cambia cella.
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Handover puo' essere:
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* Intra <-> inter cell (avviene all'interno della cella o tra celle diverse) *nota: intra implica il cambio di canale*
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* soft: canale di destinazione e provenienza sono attivi nello stesso momento
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* hard: uno solo dei due canali e' attivo nello stesso tempo
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* forward: la segnalazione avviene durante la BS di arrivo
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* backward: la segnalazione avviene durante la BS di partenza
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##### Classificazione di Handover
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L'handover, al contrario del location update, e' **deciso dalla rete**.
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La decisione e' presa sulla base della qualita' (in SIR) trasmessa alla BS dal MT su un canale di controllo.
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#### Registrazione
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Il collegamento di un terminale implica una fase di autenticazione, basata sulla SIM del dispositivo.
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## Architettura GSM
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*(vedi slides per foto)*
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* MS = MT
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* BTS = ricevente antenna (base tranceiver station)
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* BSC = controller antenna (base station controller)
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* GMSC = gateway tra nodi (altre reti)
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* VLR = visitors location register (attualmente nell'MSC)
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* MSC = commutatore
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* HLR = hole location register (contiene informazioni statiche degli utenti registrati sull'operatore e un puntatore a un VLR relativo alla posizione dell'utente)
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* EIR = Database riguardante le componenti hardware (equipment information/identity register)
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* AuC = auth center
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* OMC = centro di controllo della rete (monitoraggio di performance, picchi, etc)
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### Codificatore BSC
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Un canale PCM da 2 Mb/s viene usato per mandare 4 canali GSM da 13 kb/s. (molto piu' basso dei 64 del pcm originale)
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