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Reti Cellulari
Principi generali
Copertura cellulare
Vari approcci:
- Idealmente, ogni antenna e' omnidirezionale, posta al centro di celle esagonali.
- Caso migliore (sectoring): 3 antenne nello stesso sito, ognuna irradia 120 gradi. Questo permette di installare meno antenne (inteso: meno siti diversi)
Nella realta', le celle non sono disposte geometricamente (dipende dalla conformazione de territorio). Con l'aumento della richiesta di rate, le celle devono diventare piu' piccole (quasi dedicate ai singoli), di modo da garantire QoS.
SDMA (Space Division Multiple Access)
Si basa sul riutilizzo spaziale di frequenze su celle abbastanza distanti tra loro, di modo da non creare interferenza (vedi slides per disegno).
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.
- B = larghezza di banda di un canale.
- S = spettro a disposizione
- N = S/B e' il numero di canali a disposizione
Questo permette di ottenere i cluster:
N canali (suddivisioni di freq)
G gruppi (di k = N/G canali ciascuno)
Quindi un cluster e' l'insieme delle G celle che usano tutti gli N canali. (Vedi slides per spiegazione grafica di disposizione cluster)
La definizione dipende dalla formula di Carnot (lato di un triangolo dati gli altri due e l'angolo compreso).
- le dimensioni della cella sono disegnate in base a quanta capacita' e' richiesta, ma: cella piccola = maggiore capacita' = maggior costo (piu' infrastruttura)
(vedi slides, importante per esame)
Adattabilita' delle celle
- 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.
- 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.
- Nel caso delle vie di comunicazione (autostrade, ferrovia) richiedono celle con copertura piu' allungata e stretta, per favorire il traffico concentrato lungo la via.
Architettura di rete
3 componenti formano la rete operatore:
- MT: terminale mobile (utente)
- BS: base station (stazione radio base)
- MSC: commutatori
Il collegamento MT-BS e' radio, mentre il collegamento BS-MSC e' cablato.
Gestione della mobilita'
4 concetti:
- Roaming
- Locatio Updating
- Handover
- Paging
Roaming
Possibilita' che l'utente ha di spostarsi senza uscire dalla rete. Si tratta della rintracciabilita' dell'utente.
- Il sistema deve memorizzare in una base di dati la posizione degli utenti per poterli rintracciare.
- 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).
Location Updating
Aggiornamento di posizione dell'utente, si basa sull'invio del LAI (location area id). Ogni cella diffonde il proprio LAI su un canale di controllo.
- 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.
- il location update e' effettuato ogni X minuti per aggiornare e garantire la presenza dei dispositivi.
Paging
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.
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.
Handover
E' simile al location update, ma considera il caso in cui l'utente ha una comunicazione / trasferimento dati in corso e cambia cella. Handover puo' essere:
- Intra <-> inter cell (avviene all'interno della cella o tra celle diverse) nota: intra implica il cambio di canale
- soft: canale di destinazione e provenienza sono attivi nello stesso momento
- hard: uno solo dei due canali e' attivo nello stesso tempo
- forward: la segnalazione avviene durante la BS di arrivo
- backward: la segnalazione avviene durante la BS di partenza
Classificazione di Handover
L'handover, al contrario del location update, e' deciso dalla rete. La decisione e' presa sulla base della qualita' (in SIR) trasmessa alla BS dal MT su un canale di controllo.
Registrazione
Il collegamento di un terminale implica una fase di autenticazione, basata sulla SIM del dispositivo.
Architettura GSM
(vedi slides per foto)
- MS = MT
- BTS = ricevente antenna (base tranceiver station)
- BSC = controller antenna (base station controller)
- GMSC = gateway tra nodi (altre reti)
- VLR = visitors location register (attualmente nell'MSC)
- MSC = commutatore
- HLR = hole location register (contiene informazioni statiche degli utenti registrati sull'operatore e un puntatore a un VLR relativo alla posizione dell'utente)
- EIR = Database riguardante le componenti hardware (equipment information/identity register)
- AuC = auth center
- OMC = centro di controllo della rete (monitoraggio di performance, picchi, etc)
Codificatore BSC
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)