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Corso di Telematica A.A. 2003-2004 Prof. Salvatore Marano 1
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Lezione 22 – Sistemi CellulariUMTS
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Macro-Cell Micro-CellPico-Cell
Mega-Cell
Pico-celle d<100 mPico-celle d<100 m
Micro-celle d<1 KmMicro-celle d<1 Km
Macro-celle d~20/30 kmMacro-celle d~20/30 km
Megacelle Megacelle
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WWWaccesso a reti intranet
Immagini in movimentovideoconferenza
Sms multimedialiSms multimediali
E-mailE-mail
Interference
vocevoce
Perché passare a UMTS?Perché passare a UMTS?
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UMTS- caratteristicheUMTS- caratteristiche
f=2 GHzf=2 GHz (International Telecommunications Union) (International Telecommunications Union)
Banda =5 MHzBanda =5 MHz (up-link e down-link) (up-link e down-link)
Chip rate= 3.84 Mchip/sChip rate= 3.84 Mchip/s
TTchipchip=0.26µs=0.26µs
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1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150 2200 2250
1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150 2200 2250
NorthAmerica
MSSPCS
Reserve
Europe UMTSGSM 1800 DECT MSS
1880 MHz 1980 MHz
JapanKorea (w/o PHS)
MSSIMT 2000PHS MSSIMT 2000
2160 MHz1895 MHz
1918 MHz1885 MHz
ITU Allocations
1885 MHz 2025 MHz
IMT 2000
2010 MHz
2110 MHz 2170 MHz
China MSSIMT 2000IMT 2000
IMT 2000
MSSUMTS2170 MHz
MSS
1885 MHz 1980 MHz
AA D B E F C AA D B E F C
MDS
GSM 1800
1850 MHz WLL WLL
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ff11Up-linkUp-link
ff22Down-linkDown-link
FDDFDD
ff11
Up-linkUp-linkff11
Down-linkDown-link
TDDTDD
TdownTdown TupTup
FrequencyDivisionDuplex / TimeDivisionDuplexFrequencyDivisionDuplex / TimeDivisionDuplex
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UTRA / FDD UTRA / TDD
Tecnica d’accesso
W-CDMA TD-CDMA
Canalizzazione 5 [MHz] 5 [MHz]
Chip rate 3.84 [Mchip/s] 3.84 [Mchip/s]
Data rate massimo
384 kb/s 2 Mb/s
Spreading factor
4-256 1,2,4,8,16
Ricevitore Rake Joint Detection
Trama 0.667/10/720 [ms] 0.667/10/720 [ms]
Handover soft hard
Controllo di potenza
Veloce: ogni 0.667 [ms]
lento: ogni 10 [ms]
Modulazione Down-link: QPSKUp-link: Doppio
codice BPSK
QPSK
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B node
B node
B node
RNC
B node
B node
B node
RNC
3G MSC/VLR
HLR
PST/ ISDN
PST/ ISDN
Packet data
networks
Packet data
networksGGSN
3G SGSN
GnIu
ps
Iucs
Gs
UTRAN CORE NETWORK
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Si utilizza in caso di soft handover
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Tutti gli utenti hanno a disposizione simultaneamente l’intera
banda
In ricezione, la separabilità tra i singoli segnali è basata
sull’impiego da parte di ciascun utente di un proprio “codice” per
il quale viene moltiplicata in trasmissione l’informazione d’utente
(operazione di espansione dello spettro o “spreading”)
Se i codici impiegati sono ortogonali tra loro, il ricevitore è in
grado di isolare e ricostruire nuovamente i flussi informativi dei
diversi utenti, con operazioni semplici.
A causa del rumore, delle distorsioni introdotte nel canale di
propagazione e delle proprietà non ideali dei codici, il numero
massimo di segnali che si possono sovrapporre è limitato.
CDMA: concetti di baseCDMA: concetti di base
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Nell’operazione di espansione, la sequenza d’informazione con intervallo di ripetizione dei simboli Tb viene modulata sui livelli antipodali +1 e –1 e
moltiplicata per una sequenza binaria con valori {-1,1}, con intervallo di ripetizione Tc tra i simboli elementari detti chip.
Il rapporto
Gs=Tb/Tc
è definito come guadagno del processo, in assenza di codifica, o fattore d’espansione (spreading factor).
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OVSFOVSF
1010 1010 ● ● ● ●
1111 0000 1111 0000
1111 1111 0000 0000
Chip rate 3.84 Mchip/s
Multi-SF code
240 kb/s480 kb/s
960 kb/s
Tempo di simbolo
16240 kb/s
8480 kb/s
4960 kb/s
SFData rate
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Scrambling codeScrambling codeNon modifica il chip rate, serve per:Non modifica il chip rate, serve per:
•separare gli utenti in up-linkseparare gli utenti in up-link• separare le celle in down-linkseparare le celle in down-link
Numero complessivo
218-1 = 262,143 (numerati da 0 a 262,142)
Impiegabili
512 insiemi composti da
1 codice primario [n=16i (con i=0…511)].
15 codici secondari [n=16 i+k, ( k=1…15)].
A ciascuna cella è allocato uno ed un solo codice
primario.
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UMTS: Down LinkUMTS: Down Link• I canali fisici trasmessi contemporaneamente trasportano sia
i canali logici relativi alle informazioni d’utente (dati) sia i canali di per adattare il ricevitore alle caratteristiche del canale (Common Pilot Channel)
Ch1
G1
Ch2
G2
ChM
GM
P-SCH
GP
S-SCH
GS
I canali di sincronizzazione vengono aggiunti al flusso dati in down link senza essere codificati perché essendo i primi canali letti dal terminale, quest’ultimo non può conoscere il codice di codifica prima di sincronizzarsi
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Power controlPower control
Tutti gli utenti sono sovrapposti in frequenza e nel tempoTutti gli utenti sono sovrapposti in frequenza e nel tempo
può accadere che per la diversa distanza dalla BS (near-far) opuò accadere che per la diversa distanza dalla BS (near-far) o
per effetto del fading un utente sia ricevuto con una potenza per effetto del fading un utente sia ricevuto con una potenza
molto maggiore degli altri e disturbi tutti gli altri.molto maggiore degli altri e disturbi tutti gli altri.
POWER CONTROLPOWER CONTROL
La BS effettua quindi una misura della potenza ricevuta dal mobile eLa BS effettua quindi una misura della potenza ricevuta dal mobile e
comanda l’incremento o la riduzione di potenza trasmessa comanda l’incremento o la riduzione di potenza trasmessa
per mantenere P1 e P2 ugualiper mantenere P1 e P2 uguali
P1P1
P2P2