studente - Teca ELIS

Transcript

P R O J E C T
W O R K
S vilu ppo e I mp le me n t azion e de lle n u ove fe at u re s UMTS
STUDENTE :
Giuseppe Rizzo
TELECOMUNICATION MANAGER
2005 - 2007
ASSOCIAZIONE CENTRO ELIS
30 Giugno 2007
Indice
Esperienza del corso
4
Competenze Tecniche
4
Competenze Trasversali
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Stage a Dublino
8
Project-Work
10
Preparazione allo stage aziendale
12
Presentazione dei progetti e Carrier-Day
12
Scelta dello stage
14
Contatto con il Responsabile e formazione
15
Azienda e integrazione con il gruppo di lavoro
16
Ericsson Italia
16
Settore RAN
18
Gruppo di lavoro e obiettivo del mio stage
19
Architettura UMTS
20
Introduzione UMTS
20
Architettura di rete Release 99
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28
A s s o c i a z i o n e C e n t r o E l i s
Giuseppe Rizzo
1
L’accesso radio WCDMA
30
Architettura dei protocolli Radio
33
I canali nel WCDMA
35
Capacità e carico del WCDMA
37
Power Controll
38
Handover
40
Sicurezza
41
HSDPA
43
Principi generali dell’HSDPA
43
Channel Structure
45
High Order Modulation
46
Short TTI
47
Link Adaptation
47
Fast Scheduling
48
Fast Hybrid ARQ
49
HSUPA
50
Principi generali dell’HSUPA
50
Impatto Architetturale
53
Channel Structure
54
Fast Hybrid ARQ
56
Fast Scheduling
57
Mobility
61
Giuseppe Rizzo
2
Power Control
63
Conclusioni
64
Conclusioni
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Giuseppe Rizzo
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Esperienza del corso
Competenze Tecniche
Alla fine della scuola superiore , quando è stato il momento di scegliere se intraprendere un percorso universitario o iniziare l’avventura all’elis, la mia mente
viaggiava pensando a quello che entrambe le due strade potavano darmi per quello che nel futuro sarebbe stato il mio primo lavoro.
L’università era un percorso lungo che mi entusiasmava, che comunque mi avrebbe formato ancora di più, però non mi dava la concezione di cosa significasse
un’azienda, un lavoro,un ruolo di responsabilità nel mio immediato futuro, cosa
che invece ero sicuro di trovare all’elis.
Sapevo che il corso era finanziato dalle grosse aziende italiane e non solo , che
aveva come obiettivo quello di formare dei giovani ragazzi in grado di entrare in
azienda dopo due anni e far valere le loro conoscenze,la loro professionalità e tutte le competenze, anche non tecniche, acquisite dopo un duro percorso di studio e
crescita personale.
Le conoscenze tecniche acquisite durante i due anni sono state tantissime ma naturalmente alcune, almeno per adesso, sembrano servire di più. Il percorso Cisco è
stato quello più complesso ma che mi ha entusiasmato di più, mi ha permesso di
prendere le varie certificazioni CNAP e mi ha formato in maniera ottima per la
certificazione CCNA industriale. I vari argomenti come il WI-fi e il Voip ,essendo
attualmente dei temi abbastanza caldi, mi hanno dato quel passo in più in azienda
e nei colloqui di lavoro fatti fino ad adesso svolti.
Giuseppe Rizzo
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La programmazione ed i vari linguaggi di programmazione sono l’altra parte di
nozioni che sono indispensabili nel nostro lavoro quotidiano e che durante i due
anni ho avuto modo di approfondire dopo l’infarinatura delle scuole superiori.
Il punto di forza comunque di questi due anni è il fatto che tutto quello che ho
studiato, che ho letto sulle varie dispense o libri è stato messo in pratica in laboratorio, affrontando così le varie problematiche che nel teorico non avvengono mai ,
ma che in realtà sono quelli che ti forniscono quella piccola dose di esperienza che
pian piano diventa il punto di forza principale nella vita di tutti i giorni.
Tutte le attività svolte in laboratorio mi hanno permesso di entrare in quello che
stavo studiando , di capire come affrontare determinate situazioni e come lavorare
in gruppo.
Giuseppe Rizzo
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Competenze Trasversali
Una delle cose che inizialmente mi erano completamente sconosciute e a cui non
davo un gran peso erano le famose competenze trasversali che erano sulla bocca
di tutte le persone che col procedere del corso incontravamo nella nostra formazione quotidiana.
Per me questa è stata la parte più difficile del corso perché per imparare una lezione teorica basta un po’ di studio ed un minimo di impegno, ma per migliorare il
proprio modo di essere e di vedere le cose bisogna procedere passo passo, giorno
dopo giorno con enorme sforzo mentale e con grande perseveranza sapendo che
inizialmente i passi in avanti sono invisibili ma che poi diventeranno parte di noi
stessi.
Ho subito capito che dovevo avere fiducia nelle persone che mi circondavano accettando qualsiasi consiglio senza prendermela se magari mi veniva fatta qualche
critica, perché quella era di sicuro costruttiva.
Così unendo i consigli del Tutor del corso, del Tutor della residenza e dei docenti
che ci facevano lezione sono riuscito ad imparare tantissime cose che tento di mettere in atto giornalmente anche se molte volte non ci riesco perché mi risulta abbastanza difficile.
Le competenza trasversale che mi ha colpito maggiormente e a cui mi sono dedicato di più è stata quella della capacità di ascolto.
Io sono state sempre una persone che ha voluto far valere la propria idea in qualsiasi situazione. L’ascolto per me era soltanto passivo, cioè ascoltavo gli altri solo
perché anche loro dovevano avere l’opportunità di parlare ma senza mai fare attenzione a quello che volevano dire.
Giuseppe Rizzo
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Trasformare questo ascolto da passivo ad attivo è stato molto difficile, ho cominciato cercando di prendere la parole per ultimo nelle vari riunioni in cui c’era da
decidere qualcosa, questo per essere sicuro che durante tutta la situazione dovevo
stare attento a quello che dicevano gli altri considerando le loro soluzione e vedendo come si evolveva il discorso se io inizialmente me ne stavo un po’ in disparte.
Dopo questo e i primi esercizi consigliati dal mio Tutor, ho capito che da quello
che le persone dicono si può imparare tanto e che molte volte in una gruppo di lavoro si dicono le stesse cose ma questo non si riesce a capire creando un enorme
scompiglio.
Adesso mi rendo conto che quando mi ritrovo in gruppo che deve prendere delle
decisioni rimango sempre molto attivo nella discussione ma sono molto più propenso ad ascoltare i pareri degli altri con attenzione e senza pensare subito alla risposta che devo dare, ho capito che si deve avere la capacità di cambiare opinione
quando si sbaglia e che unendo le conoscenze e le esperienze in un gruppo tutto si
risolve in maniera più veloce.
Giuseppe Rizzo
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Stage a Dublino
Il perfezionamento della lingua inglese era uno degli obiettivi principali durante
la fine primo anno e l’inizio del secondo perché il percorso Cisco doveva riprendere in maniera molto intensa e non potevano esserci più ritardi altrimenti si rischiava di perdere parte del corso.
Il lungo stage a Dublino doveva essere la nostra ancora di salvezza, doveva permetterci di imparare tanto , di stare a contatto con altre persone che di sicuro non
parlavano italiano e soprattutto di fare esperienza riguardante un’altra cultura, un
altro modo di vivere e di affrontare la vita di tutti i giorni.
Ci avevano raccomandati di prendere il tutto anche come un’avventura dove serviva tanto spirito di adattamento e proattività, e così e stato.
L’adattamento e la proattività sono state il pane quotidiano perché sia a casa che a
lavoro l’importante era farsi capire e cercare di far capire le proprie esigenze perché era fondamentale per riuscire a vivere a pieno l’intero stage.
Dopo la prima settimana di adattamento e dove la mattina si partecipava alle lezioni di lingua inglese, abbiamo cominciato a lavorare e naturalmente alcuni sono
stati più fortunati rispetto ad altri.
Il primo giorno di lavoro non lo potrò mai dimenticare, h lavato il pavimento di
un enorme magazzino che non veniva pulito non si da quando tempo , ma il secondo giorno con un pò di faccia tosta e di proattività sono riuscito a d accaparrarmi la simpatia del capo che mi ha promosso dopo appena un giorno e mi ha affiancato ad un donna che si occupava di sistemare gli scaffali del supermercato che
riguardavano biscotti e marmellate.
Giuseppe Rizzo
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Non dico che ero interessantissimo il mio lavoro ma il fatto di poter parlare con
qualcuno a cui avevo chiesto anche di correggermi quando sbagliavo è stato molto
utile.
A casa non avevo una gran compagnia ma dopo il lavoro non ci passavo molto
tempo visto che la sera una bella birra era d’obbligo in Irlanda.
Di questa esperienza che sinceramente non mi ha colpito più di tanto avrei preferito fare più lezioni di inglese perché per molti di noi era fondamentale prima capire
qualcosa in più di grammatica inglese che ci sarebbe servita anche in Italia quando
avremmo studiato nelle varie documentazioni scritte perentoriamente in inglese.
Giuseppe Rizzo
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Project-Work
L’esperienza formativa più interessante dei due anni e che mi ha permesso di avere un’idea del mondo aziendale sono stati i vari project work assegnati durante il
corso.
Sono state delle attività che mi hanno permesso di valorizzare molte delle mie capacità, mi hanno fatto imparare tanto e mi hanno permesso di entrare nell’ottica
aziendale dove ormai tutto è un obiettivo da raggiungere.
Inizialmente sembravano dei piccoli progetti senza valore ma piano piano diventavano sempre più importanti e questo ci era da stimolo per fare sempre di meglio.
Era la prima volta che quello che facevo non era solo per una valutazione da parte
di un docente, ma doveva servire all’interno di una struttura che ne aveva l’esigenza, era qualcosa che gli altri avrebbero sfruttato ed utilizzato nell’immediato
futuro.
Era una cosa molto stimolante e forse anche per questo concentravo molte delle
mio forza in questo lavoro, per carattere molte volte ero quello che cercava di coordinare il lavoro con gli altri ragazzi del gruppo e prendevo tutto con molta serietà.
Questo è stato il mio primo assaggio di azienda e naturalmente mi ha permesso di
non arrivare spreparato nel mondo del lavoro.
In realtà ci avevo detto che il primo giorno di corso per noi corrispondeva al primo giorno di lavoro, ma a me sembrava tutta una presa in giro. Solo adesso mi
rendo conto che era proprio vero. Adesso sono consapevole che in due anni ho acquisito quella esperienza di base che mi permette di avere un vantaggio in più rispetto a qualsiasi altro studente diplomato o laureato che si immerge nel mondo
del lavoro. Non dico di essere già affermato ma di avere la percezione di cosa nel
Giuseppe Rizzo
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lavoro è importante e di cosa deve essere preso con le pinse e di cosa si deve tralasciare.
Naturalmente ogni project work era la prova del nove per ogni competenza trasversale che volevo migliorare, era il momento in cui esercitarmi e mettere in atto i
piccoli consigli che mi venivano dati come quello dell’ascolto attivo che come
avrete capito era quello che mi interessava maggiormente.
Giuseppe Rizzo
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Preparazione allo stage aziendale
Presentazione dei progetti e Carrier-Day
Durante il secondo anno il momento più atteso era quello degli stage che ognuno
di noi avrebbe dovuto svolgere per cinque mesi in una delle aziende del consorzio.
L’avvicinamento a questa esperienza è stato un periodo lungo dove naturalmente
crescevano le attese per ognuno di noi.
Il primo momento è stato quello della presentazione dei vari progetti che ogni
azienda metteva a disposizione. Erano i più disparati ma già a prima occhiata si
capiva che non cera qualcosa di specifico , erano tutti molto vaghi e da quello che
si leggeva non si riusciva a capire molto.
Quelli che riscuotevano più successo erano quelli dove c’era la parola networking
anche se magari alla fine non si capiva bene quello che si doveva andare a fare.
A quel punto nella scelta ricadeva anche l’azienda che avevo proposto un determinato stage. Non erano molte e naturalmente la maggior parte degli stage era
proposto da Telecom seguita da Poste Italiane, Ericsson e Rai.
Alla fine della presentazione l’incertezza era ancora maggiore perché tutti erano
stati molto vaghi, dai titoli degli stage alle informazioni che il nostro tutor ci dava.
A quel punto la mia scelta è ricaduto su tre stage, quello di Rai ,quello di Ericsson
riguardante però la parte networking e Security ed uno riguardante l’ISMS di Telecom. Non nascondo che quello di Ericsson era quello che mi interessava di più
però anche gli altri per quello che potevo capire non mi dispiacevano.
Il giorno del Carrier Day arrivò velocemente e la nostra curiosità aumentava sia
per l’attesa di capire dove avremmo fatto la nostra prima esperienza lavorativa sia
per capirne di più sui vari progetti che ci erano stati presentati.
Giuseppe Rizzo
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Il mio primo colloquio fu quello di Telecom seguito poi da quello di Rai e Ericsson
per ultimo. Mi resi subito conto che quello che mi era andato meglio era stato
quello di ericsson perché addirittura durante il colloquio mi avevano proposto di
dare la preferenza per un altro dei loro stage per fare in modo di avere due preferenze presso la loro azienda.
E’ stato un’esperienza particolare , vissuta come se quello era il punto di partenza
per la mia esperienza individuale , perché se fino in quel momento avevo vissuto
tutte le vicessitudini come un problema di classe, adesso cominciava il mio percorso individuale dove potevo mettere in pratica ciò che aveva imparato e dove i
problemi dovevo cominciare a risolverli da solo assumendomi le responsabilità se
qualcosa andava male.
Giuseppe Rizzo
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Scelta dello stage
La terza fase del periodo di preparazione agli stage è stato l’accoppiamento ragazzo-stage che il nostro tutor doveva realizzare in base alle preferenze delle aziende.
Nel momento in cui lesse questi accoppiamenti mi resi conto che ero stato inserito
nel progetto che riguardava lo sviluppo e l’implementazione delle nuove features
UMTS proposto da Ericsson Italia. Un progetto che avevo scartato fin da quando
lo avevo letto, non perché non mi piaceva ma perché sull’UMTS non mi sentivo
molto ferrato e preferivo quindi qualcosa che riguardasse il networking.
I dubbi in quel momento mi sovrastavano tanto da pensare che nessuno dei colloqui era andato bene e che quindi era uno stage d’accomodo, pensiero che comunque passò subito visto che il tutor disse queste testuali parole: “A gran richiesta
Giuseppe è stato inserito nello stage che riguarda l’UMTS”. Queste parole mi confortarono molto prima di sentire bene la versione dei fatti.
In realtà la storia era stato molto semplice, il selezionatore di Ericsson per la parte
tecnica era il referente del progetto che riguardava l’UMTS e quindi aveva espresso la preferenza verso i miei confronti dicendo che, anche se io non ero molto convinto, era molto contento se fossi andato a fare lo stage nel suo settore. A quel punto per me accettare è diventato facile anche se ero consapevole che avrei dovuto
studiare molto prima di riuscire ad entrare nell’argomento che mia avrebbe accompagnato per cinque mesi, diciamo che questa era una nuova sfida.
Giuseppe Rizzo
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Contatto con il Responsabile e formazione
La fase del contatto con il responsabile in azienda per capire chi era e che cosa dovevamo studiare per prepararci allo stage per me fu molto più semplice rispetto
agli altri ragazzi perché io il mio referente, anche se inconsapevolmente lo avevo
conosciuto, quindi mi bastò una telefonata per chiarire bene quando dovevo cominciare e che cosa dovevo studiare maggiormente per il progetto.
Sembrava che tutto filasse liscio ma quando mi feci risentire per alcune informazioni burocratiche mi diede la notizia che in Ericsson erano avvenuti molti cambiamenti e che lui non era più il mio referente, perché aveva cambiato settore, ma
che il progetto comunque rimaneva solo che era gestito da un’altra persona.
La notizia non fu accolta molto bene da parte mia però la scommessa che mi ero
fatto con me stesso rimaneva e il fatto che il mio referente era cambiato non era
poi un avvenimento così raro viste le varie dinamiche aziendali che stavano coinvolgendo in quel periodo quasi tutte le aziende.
Continuai quindi a studiare da tutto il materiale che avevo a disposizione riguardante la rete mobile sia GSM che UMTS dando un’occhiata alle nuove tecnologia,
ero però consapevole che molto materiale lo avrei ottenuto quando sarei arrivato
in azienda visto che molti documenti non posso uscire dall’azienda stessa, ma a
quel punto l’1 febbraio era vicino.
Giuseppe Rizzo
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Azienda e integrazione con il gruppo di lavoro
Ericsson Italia
Ericsson, azienda leader delle telecomunicazioni mondiale, fornisce soluzioni innovative in più di 140 paesi contribuendo allo sviluppo di alcune delle maggiori
società di comunicazione nel mondo. Il Gruppo Ericsson è legato all’Italia da una
storia ricca di successi lunga 88 anni, da quando nel 1918 vi investì i primi capitali
e reclutò il primo personale. Ericsson, che si occupa della realizzazione di reti e
della fornitura di servizi, ha consolidato il suo ruolo di leadership ribadendo il
grande impulso dato allo sviluppo dei sistemi di comunicazione in ogni settore,
dalla rete telefonica fissa tradizionale, alle reti di nuova generazione, alle reti IP e
larga banda, a quella radiomobile GSM e GPRS fino all’evoluzione verso le reti
UMTS. In Italia è il fornitore di riferimento dei principali operatori di telecomunicazioni fisse e mobili, come Telecom Italia, TIM, Wind e 3, e offre i propri servizi
anche a Vodafone, Albacom, Tiscali e ad altri operatori regionali.
Ericsson è da tempo impegnata anche nell’offerta di prodotti e servizi al mercato
delle aziende, della pubblica amministrazione e delle forze di sicurezza, a cui offre
tecnologie e soluzioni di comunicazione specifiche. In particolare Ericsson vanta
nel mercato italiano una base installata di PBX di oltre 2,5 milioni di utenze distribuite tra più di 1.000 clienti presenti in tutti settori.
L’offerta di Ericsson per il mercato Enterprise è costituita da infrastrutture convergenti basate su IP, soluzioni IP-PBX e Contact Center multicanali, soluzioni di mobilità aziendale, proposte specifiche per alcuni mercati verticali quali la sanità, la
pubblica amministrazione centrale e locale, le utilities, i trasporti e un vasto portafoglio di servizi gestiti in outsourcing. Ericsson inoltre possiede una vasta e qualificata rete di partner distribuita su tutto il territorio nazionale per soddisfare al
meglio le esigenze di tutti i segmenti di mercato.
Giuseppe Rizzo
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Obiettivo di Ericsson in Italia è il consolidamento della propria leadership nella
fornitura di tecnologie di comunicazione e l’espansione del proprio ruolo nella
fornitura di servizi per gli operatori di telecomunicazioni e alle imprese. E proprio
i servizi sono diventati l’elemento fondamentale del business nelle telecomunicazioni. La convergenza delle tecnologie li ha resi sempre più complessi richiedendo
competenze molto specializzate per far funzionare efficientemente tutte le componenti. Ericsson si conferma, quindi, come il miglior partner per i propri clienti anche nella gestione dei servizi, posizionandosi come il numero uno in questo settore.
Uno dei punti di forza di Ericsson in Italia è rappresentato anche dalla rilevante
presenza della ricerca. Ericsson Lab Italy S.p.A., la società creata appositamente
per la ricerca, ha responsabilità globali ed è considerata uno dei punti di eccellenza di tutto il sistema Ericsson. Ne fanno parte circa 700 ricercatori italiani distribuiti nei centri di Roma, Milano e Pagani, in provincia di Salerno. Inoltre, come risultato del focus sui servizi di rete, Ericsson Telecomunicazioni ha
creato Ericsson Network Services Italia S.p.A., la società che si occupa di progettazione, realizzazione, gestione, esercizio e manutenzione, ottimizzazione delle reti
Ict e tlc di operatori di telecomunicazioni, tv, imprese e pubbliche amministrazioni.
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Settore RAN
Il settore Radio Access Network (RAN),si occupa della parte di accesso della rete
radiomobile per i diversi clienti Ericsson. Studia e configura le nuove features soprattutto sugli RBS e RNC analizzando eventuali bachi ed evidenziando i problemi relativi alla sicurezza.
Le nuove Release e features vengono mandati da Ericsson Svezia a Ericsson Italia
circa ogni anno per essere prima testate e successivamente implementate nei clienti. Quindi le fasi di test sono due, la prima viene realizzata da ericsson nelle proprie macchine per analizzare eventuali problematiche, una volta finita questa prima fase i test verranno realizzati direttamente nell’azienda cliente , prima solo in
alcune macchine per poi allargare l’implementazione a tutta la rete.
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Gruppo di lavoro e obiettivo del mio stage
Durante il primo periodo in azienda, successivamente ad una fase di studio intenso riguardante tutta la parte tecnica dell’accesso radio, sono stato affiancato ad un
team che si occupava proprio di implementare la nuove features UMTS e soprattutto il servizio l’HSUPA nei nodi che erano presenti in Ericsson per poi implementarli nella rete di Telecom Italia.
Erano tutti ragazzi giovani che capivano le mie esigenze, che erano quelle di vedere con i miei occhi tutto quello che nel teorico avevo imparato ma che praticamente non avevo la più pallida idea di cosa si trattasse, e che quindi rispondevo a tutte le mie domande.
Il mio inserimento in questo gruppo è stato immediato e mi ha permesso di capire
praticamente come fare ad implementare i nuovi servizi che avevo appena studiato.
In fondo questo era l’obiettivo del mio stage che per quanto rigiuarda la parte pratica vera e propria è durato per un paio di mesi perché una volta terminati l’implementazione delle nuove features il lavoro spostava il suo centro a Torino dove
doveva essere effettuato los tesso lavoro nei nodi di Telecom Italia.
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Architettura UMTS
Introduzione UMTS
In questo capitolo voglio approfondire la base delle conoscenze da cui sono partito
per cominciare bene il mio stage, naturalmente non voglio fare un manuale tecnico
ma dare soltanto i concetti principale che poi saranno necessari per analizzare le
nuove features che insieme ai colleghi in azienda abbiamo studiato e implementato.
L’ Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) naturalmente è un nuovo
standard di telefonia radiomobile che migliora e modifica gli standard già esistenti. per questo viene data la denominazione di “terza generazione” visto che comunque viene considerata una evoluzione dei precedenti standard come
GSM,PCS o CDMA detti di seconda generazione.
proprio la molteplicità degli standard già presenti non ha consentito la determinazione di un unico standard globale, ma hanno portato alla realizzazione di una
famiglia di sistemi, con requisiti comuni e opportunamente armonizzati.
L’esigenza di un nuovo standard radiamobile si è avuto quando lo sviluppo tecnologico e la rapida crescita degli accessi ad internet a larga banda, con i quali è possibile avere servizi multimediali evoluti, hanno messo in evidenza i limiti e le inadeguatezze dei sistemi di seconda generazione.
Il processo di standardizazione cominciò nel 1992 da parte dell’ITU e continuò per
degli anni fino a quando quest’ultimo ente non riuscì a fare un solo standard ma
una famiglia di standard chiamata IMT-2000. Naturalmente una famiglia di standard perchè ogni operatore aveva le proprie esigenze a causa delle diverse tecnologie di seconda generazione utilizzate. Infatti il passaggio dalla seconda alla terza
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generazione doveva essere graduale soprattutto perché inizialmente la parte di core della rete poteva essere utilizzate senza dover fare delle modifiche sostanziali.
L’UMTS utilizzato in Europa e in altre parti del mondo impiega una Core Network IMT-2000 UMTS, che deriva appunto dal GSM/GPRS, con due tecnologia di
Trasmissione radio utilizzate, il WCDMA (UTRA FDD) e l’UTRA TDD.
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Come ben sappiamo la reti si dividono per la maggior parte tutte in due parti, la
parte di Accesso e quella di Core. La prima è quella che si mette direttamente in
relazione con gli utenti mentre la seconda è la parte superiore dove le informazioni già filtrate viaggeranno ad un elevata velocità. L’evoluzione portata dall’UMTS
è avvenuta inizialmente soprattutto nella parte di Accesso dove è completamente
cambiata l’architettura per permettere maggiori prestazioni, nella parte di Core
invece inizialmente non sono state fatte molte modifiche anche se la prospettiva
futura è quella di una rete completamente a commutazione di pacchetto molto più
veloce di quella a commutazione di circuito.
Inizialmente quindi si partì dalla rete GSM composta nella seguente maniera:
Other
MSC's
VLR
AUC
VLR
HLR
OMC
MSC
CORE NETWORK
Other MSC
Other
Network
EIR
BTS
ACCESS NETWORK
BSC
Mobile
Station
La parte di Access Network era formata dai seguenti componenti:
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Mobile Station : Corrisponde al terminale dell’utente quindi al telefonino che uten-
te usa per chiamare;
BTS : E’ formata da apparati che permettono la copertura radio di una cella e quindi sostanzialmente rice-trasmettitori;
BSC: E’ un’unità che svolge funzioni di basso livello per il controllo e la gestioni di
una o più BTS;
Mentre la parte di Core era, ed è anche adesso nella rete UMTS, formata da:
MSC: E’ una centrale di commutazione per servizi radiomobili che si occupa di tutti gli aspetti inerenti il controllo delle chiamate, il supporto dei servizi of-
ferti dalla rete, la gestione della mobilità e le funzioni di alto livello relative alla gestione delle risorse radio;
VLR: E’ un database, di solito integrato nell’MSC, che custodisce temporaneamen
te le informazioni di localizzazione ed una copia dei dati di utente di ogni MS che si trova nell’area servita da quel MSC;
HLR: E’ un database che memorizza permanentemente sia i dati di abbonamento di ogni utente sia le informazioni necessarie per poter individuare il VLR che, in un certo momento, ha in carico la MS e quindi permetterne la localiz-
zazione. Questa informazione deve essere aggiornata in tempo reale qualora un utente, in seguito ad uno spostamento, passi da una zona servita da un VLR alla zona servita da un altro VLR;
AuC: E’ un’unità funzionale, di norma associata all’HLR,che ha il compito di cal-
colare i parametri utilizzati per l’autenticazione e la cifratura;
EIR: E’ un database che memorizza l’identificativo della parte hardware di una MS. E’ stato introdotto per prevenire l’utilizzo di MS non autorizzate (rubate, difettose, non omologate);
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OMC: E’ un centro di Esercizio e Manutenzione. Si compone di un server che si interfaccia con l’elemento di rete da monitorare e di più Work Station ad es-
so collegate che consentono all’operatore di eseguire operazioni come con
trollo degli allarmi, modifica parametri di rete, integrazioni di nuovi ele-
menti etc.
Come detto prima si capì subito che per migliorare le prestazioni principalmente
si doveva lavorare sulla parte di Access network migliorando il sistema d’accesso
radio e la copertura. Il passo avanti fu quindi l’architettura UMTS chiamata Release 99 che prevedeva una rete di accesso completamente stravolta, che faceva l’utilizzo di un nuovo sistema di accesso chiamato CDMA, e una parte di Core non
molto diversa da quella del GSM. Era una soluzione ibrida che prevedeva due
domini diversi ai quali corrispondono due piani diversi sia per il trasporto sia per
il controllo. Infatti il dominio CS (Circuit Switched) offre similmente alla rete fissa
servizi ISDN con il piano di controllo basato sul protocollo SS7, mentre il dominio
PS (Packet Switvhed) offre fondamentalmente connettività IP tra il terminale ed
un HOST in Internet.
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La Release 99 prevedeva quindi: CORE NETWORK
PSTN/
ISDN/
PLMN
CS
PS
GMSC
GGSN
Rete IP
HLR/
AuC
MSC/VLR
SGSN
UTRAN
ACCESS NETWORK
Mobile
Station
Rispetto quindi all’architettura precedente troviamo nella parte di Core come elementi nuovi:
GMSC: E’ a tutti gli effetti un MSC con funzionalità aggiuntive di Gateway, è infatti GMSC che interroga l’opportuno HLR e dirige la chiamata verso l’’MSC dove il
mobile è localizzato. E’ una vera e propria interfaccia con la rete PSTN o PLMN;
SGSN: Ha funzionalità praticamente paragonabili a quelle del MSC/VLR nella rete a commutazione di circuito. Coordina le attività di instaurazione, mantenimento,abbattimento dei canali virtuali, gestisce il traffico degli utenti, la loro mobilità
ed esegue le funzioni relative alla sicurezza.
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GGSN: E’ il nodo che ssi interfaccia con le reti a pacchetto esterne, principalmente
Internet e Intranet aziendali. Quando un mobile desidera fare un trasferimento di
dati a pacchetto, richiede all’SGSN l’instaurazione di un canale virtuale (PDP Context), l’SGSN ,assieme al GGSN, provvederà a creare questo canale virtuale che
colleghi UE con la rete desiderata.
La parte di acceso, che nell’UMTS vediamo che si chiama UTRAN, è completamente cambiata essa è infatti costituita nel seguente modo:
Core Network
UTRAN
Iu
RNS
RNS
Iur
RNC
RNC
Iub
NODE B
NODE B
Site
Controller
BTS
BTS
BTS
Site
Controller
BTS
BTS
NODE B
NODE B
Site
Controller
BTS
BTS
BTS
BTS
Site
Controller
BTS
BTS
BTS
Node B: sebbene inizialmente Node B fosse il nome utilizzato provvisoriamente in
fase di standardizzazione, successivamente si è affermato come termine definitivo. Questo nodo risulta essere l’elemento che dialoga con il termi-
nale mobile sfruttando l’interfaccia radio. E’ collegato all’RNC grazie al-
l’interfaccia Iub ed esegue le operazioni di Modulazione/Demodula- zione, utilizzo dei codici, misure di qualità del canale radio, controllo di potenza, diversità di ricezione, diversità di trasmissione;
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RNC: Rappresenta l’elemento intelligente dell’RNS che governa una o più stazioni
radio base; si connette al Node B attraverso la Iub, ad un altro RNC attraver-
so la Iur, ed alla Core Network con collegamenti ATM tramite l’interfaccia Iu, che nel caso di connessione alla rete a commutazione di circuito si chia
merà IuCS, mentre se si collega alla rete a commutazioni di pacchetto si
chiamerà IuPS ;
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L’utilizzo della modalità di trasferimento a circuito,come anticipato prima, comporta maggior dispendio di risorse trasmissive rispetto alla modalità mi trasferimento a pacchetto; se infatti si fa riferimento ad una normale conversazione telefonica, il tempo effettivo di utilizzo delle risorse di rete e di circa il 50% del tempo
di impegno delle risorse.
Per poter sfruttare i vantaggi del trasferimento a pacchetto si deve pensare ad una
struttura di rete dove anche i servizi real-time convergono verso il mondo a pacchetto.
La release 4 infatti impiega ATM per il trasporto dei servizi a circuito dividendo
l’MSC in due elementi fisici: l’MSC server e il MGW (Media Gateway). Al server
MSC viene demandata tutta la gestione della mobilità ed il controllo della chiamata mentre le funzionalità di trasporto e connettività vengono eseguite dal MGW.
Questa separazione funzionale consente di dimensionare in maniera separata ed
indipendente gli elementi del piano di connettività da quelli del piano di controllo.
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HLR/
Auc
CS
PS
GMSC
MSC
MGW
MGW
PSTN/
ISDN/
PLMN
GGSN
Rete IP
SGSN
UTRAN
Mobile
Station
Più avanti parleremo della nuova release 5 dove è stato aggiunto il servizio
HSDPA.
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L’accesso radio WCDMA
Nella telefonia mobile europea l’UMTS ha introdotto una nuova tecnica di accesso
radio, il Code Division Multiple Access o CDMA. Questa tecnica è nata negli Stati
Uniti dove è stata utilizzata nello standard cellulare IS-95. A differenza dello standard CDMA IS-95, che utilizzava una banda di circa 1,25 MHz, l’UMTS ha previsto l’uso di una banda di spreading di circa 5 MHz, questo giustifica la denominazione di Wideband CDMA (WCDMA).
Il WCDMA contrariamente alle precedenti tecnologie utilizza una tecnica di accesso a divisione di codice, i segnali utente possono viaggiare contemporaneamente
sulla stessa portante radio, ossia sulla stessa frequenza, e l’accesso multiplo è realizzando moltiplicando i diversi flussi informativi per delle sequenze di bit (chip),
detti codici, tipiche di ciascun flusso. In ricezione la separazione delle varie comunicazioni avviene tramite i diversi codici utilizzate, infatti viene sfruttata una loro
caratteristica: l’ortogonalità.
Il concetto di ortogonalità è molto semplice, quando per esempio abbiamo due
grandezze fisiche, fra di loro è riconducibile una correlazione in base al grado di
rassomiglianza tra le grandezze ossia alla possibilità di poter individuare proprietà comuni , stabilire relazioni fisse tra loro o poter esprimere l’una in funzione dell’altra e viceversa. Se tra le grandezze in questione non è possibile fissare alcuna
relazione deterministica allora le due grandezze sono ortogonali.
Le sequenze di codice utilizzate nello standard WCDMA sono sequenze ortogonali appartenenti alla famiglia Walsh-Hadamard. La rappresentazione più comoda
dei codici è espressa con una struttura ad albero dove la lunghezza o la dimensione di ogni codice identifica il grado di profondità dell’albero partendo dalla radice.
Giuseppe Rizzo
30
128,0
64,0
128,1
32,0
8,0
4,0
8,1
2,0
8,2
4,1
8,3
1,0
8,4
4,2
8,5
2,1
8,6
4,3
8,7
16,0
16,1
16,2
16,3
16,4
16,5
16,6
16,7
16,8
16,9
16,10
16,11
16,12
16,13
16,14
16,15
128,2
64,1
128,3
128,4
64,2
128,5
32,1
128,6
64,3
32,30
:
:
128,7
128,124
64,62
128,125
32,31
128,126
64,63
128,127
SF=
1
SF=
2
SF=
4
SF=
8
SF=
16
SF=
32
SF=
64
SF=
128
256,0
256,1
256,2
256,3
256,4
256,5
256,6
256,7
256,8
256,9
256,10
256,11
256,12
256,13
256,14
256,15
256,248
256,249
256,250
256,251
256,252
256,253
256,254
256,255
SF=
256
Lo Spreading Factor (SF) o fattore di espansione corrisponde appunto alla lunghezza del codice, esso indica anche il massimo numero di codici disponibili di
quella lunghezza.
La moltiplicazione dell’informazione per il codice di Spreading non fa altro che
spalmare l’informazione su una banda normalmente maggiore, questa operazione
quindi sicuramente alzerà il bit rate, e più precisamente il chip rate, del segnale
sorgente e quindi la banda ad esso associata.
Per quanto riguarda la separazione sulle tratte uplink e downlink,lo standard 3G
prevede due modalità di trasmissione, FDD (Frequency Division Duplexing) e
TDD (Time Divisio Duplexing), la prima divide i due flussi nel dominio delle frequenze ed è attualmente quella utilizzata, mentre la seconda utilizza una separazione dei flussi nel dominio del tempo.
Successivamente all’operazione di spreading il segnale viene assoggettato ad una
operazione di scarmbling ossia ad una moltiplicazione chip a chip per opportune
Giuseppe Rizzo
31
sequenze chiamate codici di scrambling. Questo viene fatto per aumentare le capacità del sistema, perché in questo modo possiamo utilizzare uno stesso codice di
spreading in celle adiacenti, e per irrobustire le sequenze informativa rispetto ai
ritardi temporali.
Naturalmente il segnale informativo una volte che è stato correttamente moltiplicato per il codice si spreading e per qullo di scrambling viene adeguatamente modulato con una opportuna frequenza per essere trasmesso.
Giuseppe Rizzo
32
Architettura dei protocolli Radio
Voglio spendere due parole in più per l’architettura dei protocolli radio visto che
serviranno successivamente per capire bene i nuovi servizi.
L’architettura protocollare radio è composta nel seguente modo:
Piano di Controllo
Piano d’Utente
RRC
Livello 3
RLC
RLC
Livello 2
RLC
RLC
RLC
RLC
Livello 2
MAC
Livello Fisico
Livello 1
Livello 1 (livello fisico)
Svolge le funzioni di modulazione,correzione d’errore, macrodiversità, multiplazione, sincronizzazione, controllo di potenza. Adatta anche la velocità del canale
di trasporto a quello fisico.
Livello 2 (sottolivello MAC)
E’ il livello che gestisce accessi simultanei di più utenti alla stessa risorsa radio
condivisa, il suo compito principale è quello di offrire un’interfaccia radio per la
Giuseppe Rizzo
33
trasmissione utilizzando la multiplazione statistica di più utenti su un insieme di
canali comuni.
Livello 2 (sottolivello RLC, Radio Link Control)
Gestisce il servizio di ritrasmissione che il livello 1 non ha trasportato correttamente. Svolge la funzione di cifratura in alternativa al MAC.
Livello 3
E’ fondamentalmente responsabile della gestione della segnalazione all’interno
dell’UTRAN. Contiene il RRC (Radio Resurce Control) che gestisce i livelli inferiori, le procedure di RRM (Radio Resource Management), alloca un Radio Bearer in
funzione del servizio (qualità e velocità).
Giuseppe Rizzo
34
I canali nel WCDMA
Abbiamo visto che il mobile e la rete comunicano tra loro grazie all’utilizzo di canali; il canale è il supporto fisico o logico che consente la trasmissione e lo scambio
delle informazioni. Dalla molteplicità di informazioni che l’UMTS deve essere in
grado di trasportare, l’architettura protocollare dell’UTRA FDD prevede più livelli
a cui corrispondono canali differenti, salendo lungo la pila dei protocolli si hanno
infatti canali fisici, canali di trasporto e canali logici. Nell’immagine sottostante
vediamo una panoramica di questi canali, sia comuni che dedicati, e per quelli più
importanti vedremo a cosa servono.
BCCH
PCCH
CCCH
CTCH
DTCH
DCCH
Canali Logici
MAC
BCH
PCH
FACH
RACH
CPCH
DSCH
DCH
DCH
Canali di Trasporto
Livello Fisico
P-CCPCH
S-CCPCH
PCPCH
PRACH
PDSCH
DPDCH
DPCCH
Canali comuni
SCH
AICH
CPICH
PICH
Canali dedicati
Canali Fisici
I canali fisici come vediamo si dividono in dedicati e comuni, quello dedicati come
il DPDCH e DPCCh sono molto importanti perché da loro transitano le chiamate a
circuito e la maggior parte del traffico a pacchetto. Il primo canale infatti trasporta
i dati utente, mentre il secondo trasporta le informazioni di controllo fisico per
consentire il mantenimento di una buona qualità di comunicazione sul canale dati.
I canali comuni, contrariamente a quelli dedicata che sono usati per una comunicazione alla volta , possono essere usati dai vari terminali in maniera comune.
Giuseppe Rizzo
35
I canali di diverso livello sono messi naturalmente in relazione fra di loro ed in
particolare i canali fisici servono per mettere in comunicazione UE e NodeB mentre quelli di trasporto trasferiscono le informazioni dall’RNC all’UE e viceversa.
Giuseppe Rizzo
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Capacità e carico del WCDMA
Naturalmente il sistema WCDMA ha dei limiti che subordinano a due requisiti
fondamentali:
1) La intellegibilità dei segnali in ricezione, all’aumentare del numero delle sorgenti simultaneamente attive e/o delle capacità (bit rate) richiesta da ciascuna sorgente;
2) Il numero di codici disponibili che, per il downlink, potrebbe costituire, in taluni casi, un limite più stringente rispetto a quello imposto dai problemi di natura
interferenziale;
Per quanto riguarda il primo punto, si è visto come i segnali emessi da varie sorgenti tendono a generare interferenza mutua che, causata dalla non perfetta ortogonalità dei codici, può rendere irriconoscibili alcuni segnali.
Alcuni di questi problemi vengono fronteggiati attraverso dei meccanismi di controllo e Power Control. Alcuni controlli sono ad esempio quelli dell’Admission
Control e del Load Control.
Nel primo l’RNC effettua dei cotrolli sullo
stato corrente di carico di ogni cella e delle stime sulla sua maggioranza nel caso di
richieste di una nuova connessione. L’aumento eccessivo del carico di una cella
tende a ridurre la zona di copertura pianificata per cella stessa nonché la qualità
dei servizi delle connessioni preesistenti a causa dell’aumento eccessivo delle interferenze. Naturalmente se già la cella è abbastanza carica la richiesta di connessione potrebbe essere rifiutata.
Il secondo viene utilizzato dall’Admission
Control perché appunto misura istante per istante il carico del traffico di una cella
in una certa frequenza.
Giuseppe Rizzo
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Power Controll
Il controllo di potenza nel WCDMA ha un’importanza fondamentale dal momento
che i mobili in una cella operano alla stessa frequenza, allo stesso tempo e sono distinti solo dai codici. E’ necessario che le comunicazioni non interferiscano fra di
loro, questo indica quindi che sia in download che in upload la potenza debba essere sempre la minima a garantire il servizio. Un cattivo controllo della potenza di
trasmissione comporterebbe un incremento del rumore con conseguente decadimento della qualità del collegamento radio e della capacità della cella. Anche lo
spostamento del mobile all’interno della cella richiederà una regolazione della potenza tale da non accecare gli altri utenti presenti.
La funzionalità di controllo di potenza si suddivide in :
1. Open Loop Power Control;
2. Inner Loop Power Control;
3. Outer Loop Power Control;
Open Loop Power Control
All’instaurare di una qualsiasi procedura che implichi per la prima volta una comunicazione tra il mobile e l’UTRAN, è necessario che l’UE utilizzi un’adeguata
potenza di trasmissione. Non essendoci tuttavia nessun dialogo attivo il mobile
deve richiedere i collegameneto trasmettendo un valore di potenza iniziale che lo
renda il meno possibile interferente sulle altre comunicazioni in corso. Pertanto è
impensabile trasmettere inizialmente ad elevate potenze per poi diminuairle, come nel GSM, ma trasmettere inizialmente a potenza minore per poi in tal caso
aumentare. Il mobile comunque viene inizialmente informato sullo stato della cella (distanza,carico, tipologia del traffico ) grazie alle infromazioni che transito sul
Giuseppe Rizzo
38
canale BCH (Broadcast Channel) che tutti i terminali della cella ascoltano periodicamente. Se dopo un opportuno e il primo segnale mandato dal terminale quest’ultimo non dovesse ricevere nessuna risposta di Ack allora esso rimanderà il segnale aumentandolo di potenza.
Inner Loop Power Control
Terminata la fase di accesso, l’UE tipicamente avrà allocati dei canali fisici dedicati, sui quali l’Inner Loop Power Control, localizzato nel Node B e nell’UE, ha il
compito di controllare la potenza. Il Node B e il terminale si scambiano 1500 comandi al secondo per far sì che la potenza emessa dall’altra entità sia la minima
che garantisca la richiesta qualità del collegamento.
Outer Loop Power Control
Viene utilizzato per mantenere la qualità a livello di Bearer e di qualità del servizio
richiesta.
Giuseppe Rizzo
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Handover
La procedura di handover è una funzionalità radio che dà la continuità di servizio
in mobilità. Quando l’UE, con una connessione radio attiva, si sposta verso un’altra cella e raggiunge la zona di confine di quella servente, l’UTRAN deve attivare
un collegamento radio nel nuovo settore per non creare interruzioni di servizio.
La decisione, presa dall’RNC, scaturisce da diverse ragioni: il mobile si trova a
bordo cella e si sposta verso un’altra, adiacente, ricevuta meglio oppure l’Handover può essere comandato verso celle di diversa frequenza che coprono la stessa
zona ed infine la rete può decidere di effettuare l’Handover per distribuire opportunamente il traffico tra celle dello stesso o di differenti sistemi. Handover si può
dividere in Hard e Soft/Softer Handover: nel primo caso, nel passaggio da una
cella all’altra l’UE lascia la connessione radio con il primo settore utilizzando immediatamente dopo il collegamento nella nuova cella: trattandosi di cambio brusco, si parla di Hard Handover. Nel secondo caso, passando dalla prima alla seconda cella, il terminale mantiene, nella zona di transizione, due collegamenti contemporaneamente attivi: trattandosi di un cambio graduale, si parla di Soft/Softer
Handover; quando il mobile è connesso a celle appartenenti allo stesso Node B,
l’handover è Softer; quando i settori sono di diversi Node B, l’Handover è Soft.
Per quanto rigurda il Soft/Softer Handover bisogna dire pure che ogni mobile
contiene una lista di celle, comunicateli dall’UTRAN, su cui effettuare le misure
dette Monitoring Set, Inoltre vi è una seconda lista chiamata Active Set contenente
i settori verso i quali l’UE ha una connessione attiva. L’Active Set è estremamente
dinamico giacché è soggetto a continui aggiornamenti in base alle misure effettuate dal mobile sulle celle monitorate. Questa procedura è chiamata Active set
Update e determina la gestione di tale lista che corrisponde appunto ai collegamenti attivi in quel momento.
Giuseppe Rizzo
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Sicurezza
Fin dall’inizio delle Telecomunicazioni Mobile la sicurezza ha rivestito una funzione molto importante visto che inizialmente era molto facile riuscire ad origliare
le comunicazione con delle radio o a chiamare addebitando il costo ad un altro
utente.
Con l’arrivo dell’UMTS la richiesta di sicurezza è sicuramente aumentata visto che
non si tratta di far viaggiare in aria solo voce ma anche dati molto importanti come Email, messaggi o per operazioni finanziarie come home banking e portafoglio
finanziario.
I requisiti principali attorno ai quali è stata realizzata l’architettura e gli algoritmi
di sicurezza sono:
• Confidenzialità dell’identità e della localizzazione dell’utente: l’identità permanente
dell’utente , l’IMSI, deve essere protetta da intercettazioni sull’interfaccia radio;
inoltre non deve essere possibile determinare l’arrivo e la posizione dell’utente in
una certa area. Tale requisito viene soddisfatto mediante l’uso di identità temporanee chiamate TMSI o P-TMSI, in base al dominio in cui ci troviamo, che hanno
soltanto validità locale (location Area o Routing Area).
• Mutua autenticazione tra utente e rete: nell’UMTS la gestione della sicurezza prevede sia l’autenticazione dell’utente nei confronti della rete, per evitare intrusioni o accessi non autorizzati, sia l’autenticazione della rete nei confronti dell’utente, per evitare che l’utente acceda a false reti nelle quali venga tenuta sotto controllo la comunicazione. L’autenticazione della rete è stata introdotta nell’UMTS
come contromisura ai così detti “attacchi attivi di false stazioni radiobase”. Il sistema è stato inoltre realizzato mantenendo la compatibilità con il GSM per facilitarne la migrazione verso l’UMTS.
Giuseppe Rizzo
41
• Confidenzialità della segnalazione e dei dati d’utente: non deve essere possibile riuscire ad estrarre il flusso informativo dei servizi d’utente, né la segnalazione da e
verso la rete (con la quale per esempio si possono determinare quali chiamate
sono state effettuate, la durata, verso chi, ecc.). Tale risultato viene raggiunto cifrando sia i dati di utente sia la segnalazione.
• Integrità dei dati ed autenticazione della sorgente di emissione: l’entità ricevente (mobile o rete) deve essere in grado di verificare che la segnalazione non sia stata alterata da un intruso e provenga dall’entità da cui ci si aspetta di riceverla. Questo
requisito viene soddisfatto utilizzando un integrity checksum che viene aggiunto
alle unità informative della segnalazione.
Giuseppe Rizzo
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HSDPA
Principi generali dell’HSDPA
Naturalmente tutto è destinato ad evolversi e questo è valso anche per l’UMTS e
soprattutto per il WCDMA. La sempre maggiore richiesta sia da parte del cliente
che dell’operatore di maggiore velocità e capacità ha portato al miglioramento di
questa tecnologia che nella Release 5 si comincia a sviluppare dividendo il percorso di sviluppo però in due fasi.
La prima prevedeva il miglioramento delle prestazioni soprattutto in downlink
con l’introduzione dell’HSDPA per poi in una seconda fase procedere, sempre con
il miglioramento della tratta in downlink ma, anche di quella in uplink grazie all’HSUPA.
HSDPA (Hight Speed Downlink Packet Access) è il primo step di evoluzione del
WCDMA 3GPP Release 5. Esso ha come obbiettivi quello di:
• Incrementare il data rate fino ad un picco di 14 Mbps in downlink;
• Ridurre i ritardi e quindi il delay;
• Incrementare di 2-3 volte la capacità del sistema;
Grazie a queste evoluzione tecnologica gli operatori sono in grado di offrire servizi migliori ai clienti soprattutto per quello che riguarda il web access, il download
di file e lo streaming.
Attualmente queste prestazioni non sono state rag-
giunte ma naturalmente queste saranno frutto di evoluzioni graduali che anno
dopo anno permetteranno il raggiungimento di questo obiettivo.
Il 3GPP release 5 ha quindi esteso le specifiche del WCDMA con un nuovo canale
di trasporto per le comunicazioni a pacchetto, il High-Speed Downlink Shared
Giuseppe Rizzo
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Channel (HS-DSCH). Questo canale utilizza la potenza che non è utilizzata né dai
canali comuni né da quelli dedicati. Naturalmete essendo esso un canale condiviso
ci saranno un certo numero di codici e di frequenza che saranno considerate risorse comuni e che dinamicamente condivideranno gli utenti della cella.
HSDPA include le seguenti funzioni chiave:
• Fast Link Adaptation - Permette di adattare velocemente i parametri della comunicazione in base alle condizioni del canale modificando velocemente il data
rate ogni TTI (2 ms) al posto di modificare la potenza tramite il processo di
power control. Durante il TTI infatti la potenza di trasmissione rimane costante.
• Fast Hybrid ARQ con Soft Combining - Permette al terminale dell’utente di ritrasmettere i dati ricevuti in maniera erronea, questo implica la riduzione del delay
e un incremento della capacità rispetto alla release 99.
• Fast Scheduling - Permette di determinare a quale UE il canale condicviso deve
essere assegnato.L’obiettivo è quello di assegnarlo a quello che le condizioni radio migliori. Per TTI infatti lo scheduler decide a chi assegnare la risorsa grazie a
una collaborazione con il link adaptation, quale modulazione e quanti codici devo essere utilizzati.
Per abilitare queste nuove funzionalità un nuovo MAC sublayer (MAC-hs) è strato
introdotto nell’RBS.
Giuseppe Rizzo
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Channel Structure
RBS
RBS
DPCCH,
DPDCH
DPCH
HS-PDSCH
DPCH
HS-SCCH
DPCCH,
DPDCH
HS-DPCCH
UE
Il nuovo canale di trasporto HS-DSCH che viene inserito con HSDPA viene mappato a livello fisico da diversi canali High-Speed Physical Downlink Shared Channel (HS-PDSCH) i quali sono ricevuti simultaneamente dll’UE. Lo standard prevede che ci siamo 15 canali HS-PDSCH per cella con Spreading Factor 16, però
questo valore è modificabile in base alle licenze. I codici condivisi sono allocati
daqll’RBS ogni 2 ms migliorando in questo modo il delay e la capacità del sistema.
Il canalein downlink High-Speed Shared Control Channel trasporta informazioni
di controllo dal mac-hs dell’RSB al terminale dell’utente.Informazioni come l’identificati dell’UE, informazioni relative all’Hybri-ARQ ecc.
l’High-Speed Dedicate Physical Control Channel (HS-DPCCH) è un canale di
uplink che è utillizato da ogni UE che usa high-speed per inviare le richieste di ritrasmissione delle informazioni arrivate in maniera errata e per comunicare la
qualità della comunicazione all’RBS.
Giuseppe Rizzo
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High Order Modulation
QPSK
16QAM
2 bits/symbol
4 bits/symbol
Nel WCDMA 3GPP Release 99 veniva utilizzata la modulazione QPSK in qualsiasi
circostanza, questo come vediamo sopra permette di indicare due bit con un simbolo.
Con la nuova Release 5, in condizioni radio ottime, è possibile utilizzare la modulazione 16QAM che naturalmente raddoppia le capacità visto che con un simbolo
possiamo indicare quattro bit. Quando invece le condizioni radio non sono ottimali viene sempre usata la QPSK.
Giuseppe Rizzo
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Short TTI
Abbiamo visto come i codici del canale HS-DSCH vengono allocate dinamicamente ogni TTI quindi ogni 2 ms (500 volte al secondo). Questo permette naturalmente di considerare maggiormente le condizioni del canale per i diversi utenti in
modo da decidere ogni 2 ms come utilizzare nel miglior modo il canale e quindi a
quali terminali assegnare i codici.
Link Adaptation
Le condizioni del canale in downlink cambiano spesso in base al tempo o alla posizione che il terminale occupa nella cella. il Fast Link Adpatation permette di aggiustare rapidamente i parametri della comunicazione in maniera quasi istantanea, e quando il canale radio lo permette abilità l’uso della modulazione 16QAM.
Inizialmente nel WCDMA veniva utilizzato il controllo di potenza per cercre di risolvere i problemi derivanti dalle condizioni del canale radio. Questo non risultava come il sisstema ottimaale infatti l’HS-DSCH utilizza l’aggiustamento del rate
di comunicazione e non della potenza. Questo sistema risulta molto più efficente
rispetto al controllo di potenza soprattutto per i servizi tollerano le variazioni di
data rate veloci.
Giuseppe Rizzo
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Fast Scheduling
Questa feature determina a quale UE il canale di connessione condiviso deve essere assegnato in ogni momento. Il suo obbiettivo è quello di far trasmettere l’utente
che ha una migliore condizione radio.
Per ogni TTI lo scheduler decide a quale utente assegnare l’HS-DSCH e in collaborazione con il link adptation quale modulazione e quanti codici devono essere usati.
Per fare la scelta dell’UE lo scheduler può utilizzare diverse politiche di scelta :
Una è quella del round robin (assegnamento sequenziale) unica soluzione utilizzata precedentemente. L’altra politiche invece viene fatta in base alle condizioni
del canale radio per i diversi utenti che ne fanno richiesta. In questo modo può
succedere però che un utente non riceva mai la disponibilità del canale a causa
della sua continua condizione radio negativa.
Per questo Ericsson ha deciso di utilizzare una soluzione ibrida che permette di
considerare entrambi i fattori in modo da garantire a tutti gli utenti un minimo
troughtput.
Giuseppe Rizzo
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Fast Hybrid ARQ
Questo meccanismo permette all’UE di richiedere rapidamente la ritrasmissione
dei dati che gli sono arrivati in maniera errata. L’UE non fa altro che decodificare
ogni pacchetto di dati che arriva, se esso è errato manda la richiesta di ritrasmissione all’RBS 5 ms dopo. Il meccanismo di Hybrid ARQ permette all’RBS di rispondere velocemente alla richiesta di ritrasmissione.
Durante la ristrasmissione l’UE effettua un’operazione chiamata Soft-Combining.
Con questo l’UE non fa altro che combinare le informazioni ricevute nella precedente trasmissione con quella nuova in modo da aumentare la probabilità di una
corretta codifica.
P 1.1
P 1.2
TX
ACK
NACK
P 1.2
P 1.1
P 1.1
RX
Giuseppe Rizzo
49
HSUPA
Principi generali dell’HSUPA
Nella seconda parte dell’evoluzione abbiamo visto come l’obiettivo era quello di
migliorare, oltre alle prestazioni in downlink, anche le prestazioni in uplink da
parte dell’utente introducendo appunto le nuove features che avrebbero permesso
la realizzazione dell’Enhanced Uplink.
Quest’ultimo è praticamente considerato il complementare dell’HSDPA introdotto
nella release 5 che avrebbe permesso all’utente di avere ottime prestazioni in entrambi i versi: downlinki ed uplink. Per questo esso può essere utilizzato solo in
combinazione con HSDPA.
Giuseppe Rizzo
50
Questo grafico rappresenta un po’ un riassunto dell’evoluzione programmata per
queste nuove funzionalità anche se in realtà le prestazioni ottenute sono ben inferiori a quelle sopra indicate.
Il 3GPP release 6 estende quindi il WCDMA con un nuovo canale di trasporto ,
l’Enhanced Dedicate Channel (E-DCH). Comparato con il canale DCH esso permette di migliorare le prestazioni in uplink grazie soprattutto a :
• Riduzione del delay;
• Incremento del data rate;
• Incremento della capacità;
Le proprietà che condividono E-DCH e DCH sono molte ma le caratteristiche precedenti sono soprattutto realizzate dalle nuove features seguenti:
• Fast Hybrid ARQ - Non fa altro che ridurre il tempo per la ritrasmissione dei
pacchetti arrivati in maniera erronea utilizzando Hybrid ARQ;
• Fast Scheduling and Link Adaptation - Permette una rapida ri-allocazione delle
risorse tra i vari utenti ed inoltre permette un ampio numero di connessioni ad
alto data-rate per gli utentiu adattando velocemente le variazioni di interferenze, il che significa aumentare la capacità del sistema.
Per sviluppare queste nuove features è stato aggiunto una nuova entità MAC nell’UE, nell’RSB e nell’S-RNC. Le funzioni di viste prima (Fast Hybrid ARQ, Fast
Scheduling, Link Adaptation) sono tutte gestite dall’RBS per diminuire il delay.
sembra che tutto sia uguale a quello fatto per migliorare la tratta di downlink con
l’HSDPA, ma in realtà ci sono delle differenze fondamentali:
• In downlink la potenza di trasmissione ed i codici sono la risorsa condivisa,
mentre in uplink la risorsa condivisa è l’interferenza che non deve superare un
determinato valore di soglia.
Giuseppe Rizzo
51
• Uplink non è ortogonale, questo significa che il controllo di potenza è fondamentale per gestire i problemi di interferenza o per assicurare la coesistenza fra le
comunicazioni dei terminali che non stanno utilizzando il canale E-DCH e quindi stanno usando altri servizi. Quindi in contrasto con HSDPA , dove la potenza
di trasmissione era costante ma veniva fatto un aggiustamento del data rate in
base al link, qua diventa importante l’aggiustamento della potenza.
• Soft Handover è supportato per limitare l’ammontare di interferenza generato
nelle celle vicine, esso infatti permette il controllo di potenza in uplink da più
celle contemporaneamente.
Giuseppe Rizzo
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Impatto Architetturale
UE
RBS
S-RNC
Architetturalmete abbiamo delle modifiche per permettere le varie features, viene
infatti aggiunto una nuova entita MAC chiamata MAC-e all’interno dell’RBS che
gli permette di gestire lo scheduling e l’hybrid ARQ mentre nell’RNC viene inserita una nuova entità MAC chiamata MAC-es che permette il duplicate detection e
la macrodiversità per EUL. Il livello tre invece, che corrisponde ai vari protocolli
di controllo (RRC,RNSAP e NBAP), sono stati aggiornati con procedure di controllo per E-DCH.
Giuseppe Rizzo
53
Channel Structure
Il nuovo canale di trasporto che EUL ha portato a livello fisico come il canale
DCH corrisponde ad una serie di channelization code, chiamati E-DPDCH, dove
lo Spreaading Factor dipende da data rate e andrà da SF=256 a SF=4, ed utilizza
modulazione BPSK.
Il canale E-DPCCH invece utilizza uno Spreading Factor di 256 e trasporta le informazioni di segnalazione in maniera out-of-band. Questo consistono in due bit
che indicano il sequence number, un bit chiamato “happy bit” e altri sette bit che
indicato il formato delle informazioni trasportate.
Oltre ai canali in uplink abbiamo tre nuovi canali di controllo in downlink che sono :
• E-AGCH - che trasporta l’absolute scheduling grant per uno specifico Ue per
TTI;
Giuseppe Rizzo
54
• E-RGCH - che trasporta il realative grant nella cella non servente;
• E-HICH - che trasporta le informazioni di ACK/NACK per i diversi utenti contemporaneamente;
Successivamente quando si parlerà dello scheduling si capirà bene a cosa servono
queste informazioni a cosa servono.
Giuseppe Rizzo
55
Fast Hybrid ARQ
Il protocollo di HARQ usato è molto simile a quello che viene utilizzato nell’HSDSCH è permette la trasmissione continua.
Per ogni bolcco di informazioni ricevuto dall’RBS esso manderà un bit di ACK, e
quindi di giusta ricezione, o di NACK che sta a significare che l’informazione deve
essere ritrasmessa.
Le informazioni di controllo per ogni processo di Hybrid ARQ consiste anche nella
trasmissione del sequence number, che comincerà da 0 e che sarà incrementato per
ogni blocco inviato, per riuscire a capire quale blocco di informazioni deve essere
ritrasmesso.
Giuseppe Rizzo
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Fast Scheduling
Prima di capire bene come funziona lo scheduler dobbiamo soffermarci su alcuni
argomenti che precedentemente non abbiamo analizzato approfonditamente.
Downlink EUL channel
• Absolute Grant Channel, E-AGCH - Trasporta l’Absolute Grant che EUL scheduler comunica all’UE. Ogni cella contiene un canale E-AGCH, ed ogni 10 ms lo
scheduler manda il grant ai terminali nella cella. l’absolute grant contiene un
identificativo del terminale e la massima amplitudine radio che all’utente è permesso di utilizzare.
• Relative Grant Channel, E-RGCH - Trasporta il Relative Grant ad uno o un
gruppo di terminali. Se lo l’EUL scheduler determina un overload può mandare
un segnale chiamato DOWN che indica agli E_DCH user di diminuire il loro rate
con degli step ben definiti. Il comando sarà mandato ad uno o un gruppo di terminali che hanno un non-serving link, cioè che non vengono serviti da quella cella ma che hanno quella cella nel loro Active Set.
• Hybrid Information Channel, E-HICH - che viene utilizzato per le procedure di
HARQ.
Grants
Lo scheduled grant è il massimo scheduled data rate che EUL scheduler si può
aspettare da un EUL user. Esso corrisponde all’absolute grant nella cella servente.
Invece Il serving grant è il massimo scheduled data rate che il terminale può utilizzare. Esso infatti tiene conto dell’absolute grant e del relative grant ottenuto dalle celle vicine.
Giuseppe Rizzo
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Rescheduling
Il rescheduling consiste nella ridistribuzione delle risorse, e quindi del bandwidth,
agli utenti E-DCH quando alcuni di loro chiedono per esempio un data rate più
alto o alcuni per esempio non utilizzano più la risorsa e sono in una fase di inattività. Questa operazione viene effettuata naturalmente per migliorare le prestazioni
del sistema e per evitare che la risorsa sia mal utilizzata.
Lo scheduler
Dopo queste premesse possiamo analizzare maggiormente di cosa si occupa lo
scheduler e come svolge la sua funzione.
le risorse controlla te dalla scheduler sono tre:
• Il carico dell’interferenza nell’interfaccia radio;
• Le risorse hardware occupate nell’RBS;
• Il bandwidth dell’interfaccia Iub (interfaccia che si trova tra RBS e l’RNC);
Si capisce subito che il ruolo dello scheduler è praticamente fondamentale visto
soprattutto il primo punto dell’elenco precedente.
Giuseppe Rizzo
58
Esso gestisce due aspetti fondamentali dell’uplink che sono la copertura e la stabilità. Infatti si occupa di fare tutte le misure necessario per analizzare il carico dell’interferenza all’interno della sua celle per essere in grado di decidere se allocare
delle risorse ad un determinato utente che richiede un maggior bit rate e che nello
stesso tempo senza peggiorare le condizione delle altre comunicazioni.
Naturalmente tutto questo non viene fatto esclusivamente dallo scheduler, che si
trova in ogni RBS, ma esso collabora con altri elementi del sistema anche per
prendere le sue decisioni.
Ogni volta che un nuovo utente E-DCh chiede di entrare nel sistema lo scheduler
farà in modo di assegnare ad esso un minimo di risorsa hardware all’interno dell’RBS e un scheduler grant di zero kbps. In questo modo il terminale sarà in grado
di mandare informazioni non schedulate che corrispondono alle informazioni di
richiesta e segnalazione.
L’utente E-DCH sarà abilitato a mandare informazioni in uplink utilizzando il canale E-DCH solo quando riceverà dallo scheduler uno scheduler grant di non-zero
kbps. Questo arriverà pero’ solo dopo che l’utente ha mandato all’RBS la richiesta
di aumentare il proprio data rate. Per le richiesta da parte dell’utente viene utilizzato il famoso Happy bit che permette all’RBS di capire se il terminale è contento
della comunicazione o no.
Se l’Ue chiede di aumentare il proprio data rate tramite unhappy-bit e lo scheduler
si accorge che le risorse sono disponibili e che la stabilità del sistema rimane comunque assicurata, allora verrà aumentata la velocità di trasmissione all’utente di
uno step prestabilito, questo per fare in modo che un esagerato aumento del data
rate crei problemi di interferenza inaspettati.
Giuseppe Rizzo
59
Il valore EulTargetRate è il valore minimo di data rate che si cerca di assegnare a
tutti gli utenti in modo da assicurare una determinata continuità e persistenza del
servizio.
Naturalmete ci sarà anche una misura dell’inattività di un utente in modo da rimuovergli le risorse per assegnarle ad un altro che la ha richieste.
Giuseppe Rizzo
60
Mobility
La mobility è una features che permette un servizio di setup e di continuità durante una comunicazione EUL. Per mobilità naturalmente si intende sia quella che si
effettua quando si passa da una connessione in Uplink classica con canale DCH a
quella con canale E-DCH sia quella che si effettua nel dominio EUL.
I casi quindi che si possono verificare sono:
Connection setup
Se un utente, che è normalmente connesso utilizzando il canale DCH, vuole stabilire una connessione in uplink dovrà aspettare prima che l’UTRAN controlli che
tutte le celle dell’Active Set del terminale supportano HSDPA+EUL.
Se non tutte le celle supportano Enhanced UL l’UTRAN verificherà se la best cell
nell’Active Set ha configurato una relazione con una cella che invece suppoorta
EUL in moodo da realizzare la connessione con la nuova cella.
Intra-frequency mobility
Questa mobilità è supportata tramite il soft/softer handover in uplink. La dimensione dell’Active Set è la stessa di quella della release 99. Tutte le celle dell’Active
Set devono supportare EUL e se una nuova cella chiede di entrare nell’Active Set
se questo non supporte Eul non verrà inserita.
L’Enhanced Uplink non è supportato nell’interfaccia Iur e quindi una cella di un
altro RNC non viene aggiunta nell’Active Set.
Up-Switch from cell_FACH
Quando un utente ha una comunicazione cell_FACH (utilizza un canale comune)
e chiede di miglirare il proprio data rate , L’UTRAN gli permetterà la connessione
solo se la cella che serve il terminale supporta HSDPA+EUL.
Giuseppe Rizzo
61
Se quest’ultima non supporta EUl essa verranno valutate eventuali relazioni che la
cella ha con le altre celle che magari supportano EUL in moddo da permettere un
Up-Switch.
Up-Switch from Cell_DCH
Quando invece l’utente ha invece una comunicazione Cell_DCH (utilizza il canale
dedicato DCH) Up-Switch sarà realizzato anche qua solo se tutte le celle dell’Active Set supportano EUL o se abbiamo una relazione con una cella vicina.
Down-switch to Cell_DCH
Una connessione EUL è down-switched a DCH in tre casi :
• Una cella esterna diventa la migliore nell’Active Set e non supporta EUL;
• L’utente è connesso grazie all’Enhanced Uplink e un richiesta di servizio voce è
ricevuta dall’UTRAN;
• Quando il downlink è traformato da HSDPA a R99. Infatti l’Enhanced Uplink è
possibile solo in combinazione con HSDPA in downlink.
Giuseppe Rizzo
62
Power Control
La novità riguardante il power control è quella che è stato inserito un nuovo outer
loop power control nell’RNC che è utilizzato per supportare gli utenti che utilizzano l’Enhaced uplink. L’algoritmo precedente viene comunque utilizzato per gli
utenti che utilizzano in Uplink il canale standard DCH.
L’Uplink inner loop power control non ha invece subito nessuna modifica.
I canali E-AGCH, E-RGCH e E-HICH sono configurato con un valore di potenza
fisso che quindi non ha bisogno di nessun controllo.
Giuseppe Rizzo
63
Conclusioni
Conclusioni
L’esperienza dello stage è stata proprio la ciliegina sulla torta di due anni di studio
e formazione passati in maniera molto veloce.
Sono riuscito ad intravedere una parte di quel mondo aziendale che sicuramente
non tutti hanno l’opportunità di assaporare a venti anni, e sono molto contento di
tutto quello che ho fatto di giusto e di sbagliato, perché anche da lì ho imparato
molto.
Di sicuro devo ringraziare tutte le persone che ho incontrato in questi due anni sia
in residenza che allo stage. Mi hanno permesso di sviluppare anche il mio pensiero, il mio modo di vedere il mondo e di affrontare le situazioni, adesso il mio
obiettivo sarà quello di metterlo in atto nella mia vita lavorativa ma non solo anche in quella privata.
Giuseppe Rizzo
64

studente - Teca ELIS

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