Indice
Introduzione
alla rete radiomobile GSM............................................................................................................... 2
Fondamenti di propagazione elettromagnetica
nelle bande VHF/UHF per servizi radiomobili 2
Proprietà delle onde
elettromagnetiche.................................................................................................................................. 2
Fenomeni che influenzano la propagazione e.m.................................................................................................. 4
Rifrazione troposferica...................................................................................................................................................... 4
Riflessione sul suolo.............................................................................................................................................................. 5
Il principio di Huygens-Fresnel.......................................................................................................................................... 5
L’interfaccia radio nel GSM.............................................................................................................................................. 6
Definizione di canale
radio........................................................................................................................................................ 6
Rumori ed interferenze................................................................................................................................................................. 6
Cammini multipli.......................................................................................................................................................................... 6
GSM...................................................................................................................................................................................................... 7
Il codificatore vocale................................................................................................................................................................... 7
Modulazione.................................................................................................................................................................................. 7
Equalizzazione.............................................................................................................................................................................. 7
Multiplazione FDMA e riutilizzo delle frequenze............................................................................................. 8
Multiplazione TDMA............................................................................................................................................................... 8
Caratteristiche
dell’interfaccia radio...................................................................................................................................... 9
Frequency Hopping (diversità in frequenza).......................................................................................................... 11
Funzione di hand over.......................................................................................................................................................... 11
I canali logici............................................................................................................................................................................ 13
Canali di traffico........................................................................................................................................................................ 13
Canali di controllo.................................................................................................................................................................... 13
System information nel sistema GSM 900 MHz...................................................................................................... 16
System information type 1................................................................................................................................................ 16
Cell Channel
Descripition....................................................................................................................................................... 16
System information type 2................................................................................................................................................ 16
Descrizioni per celle
adiacenti................................................................................................................................................ 16
PLMN permesse.......................................................................................................................................................................... 16
Parametri di RACH.................................................................................................................................................................... 17
System information type 3................................................................................................................................................ 17
Identità della cella..................................................................................................................................................................... 17
Location Area Identity
(LAI).................................................................................................................................................... 17
Control Channel
Description.................................................................................................................................................. 18
Opzioni di cella.......................................................................................................................................................................... 18
Parametri per la
selezione di cella......................................................................................................................................... 18
System information type 4................................................................................................................................................ 18
Descrizione del CBCH............................................................................................................................................................... 19
System information type 5................................................................................................................................................ 19
Descrizioni per celle
adiacenti................................................................................................................................................ 19
System information type 6................................................................................................................................................ 19
System information type 7/type 8 (opzionali)....................................................................................................... 19
Dati di BSC.................................................................................................................................................................................... 21
Architettura della rete GSM
……………………………………………………………………………….22
Il sottosistema BSS................................................................................................................................................................ 22
MS Mobile Station..................................................................................................................................................................... 22
Classi di potenza delle
MS....................................................................................................................................................... 22
Base Transceiver
Station (BTS).............................................................................................................................................. 22
MANAGED OBJECTS (MO)..................................................................................................................................................... 23
Un caso di hardware
reale: BTS Ericsson............................................................................................................................. 23
STRUTTURA DI UNA BTS
MODELLO G01 (RBS 200)....................................................................................................... 24
Base Station Controller
(BSC)................................................................................................................................................ 25
Il sottosistema NSS............................................................................................................................................................... 25
MSC/VLR (Mobile
services Switching Centre/Visitor Location Register)..................................................................... 25
HLR (Home Location
Register)............................................................................................................................................... 26
AUC (Authentication
Centre).................................................................................................................................................. 26
EIR (Equipment Identity
Register).......................................................................................................................................... 26
Il sottosistema di
gestione (OSS)............................................................................................................................................ 26
La struttura della rete
GSM..................................................................................................................................................... 27
Note sulla rete di
trasporto SDH................................................................................................................................ 28
Generalità................................................................................................................................................................................... 28
Architettura di rete............................................................................................................................................................ 28
Evoluzione della rete.......................................................................................................................................................... 28
Rete inter – nodale..................................................................................................................................................................... 28
Rete di accesso............................................................................................................................................................................ 29
Tipologie di apparati SDH................................................................................................................................................... 30
ADM (Add Drop
Multiplexer).................................................................................................................................................. 30
DXC (Digital Cross –
Connect) o RED (Ripartitore Elettronico Digitale)................................................................... 30
Allarmistica degli apparati SDH................................................................................................................................. 30
Appendice 1 - Gerarchia di multiplazione
sincrona SDH................................................................................ 31
Generalità.................................................................................................................................................................................... 31
Definizioni................................................................................................................................................................................... 31
Appendice 2 - Struttura della trama di
multiplazione............................................................................... 33
Schema di multiplazione........................................................................................................................................................... 33
Bibliografia................................................................................................................................................................................ 34
Introduzione alla rete radiomobile GSM
Fondamenti di propagazione elettromagnetica nelle bande VHF/UHF per servizi radiomobili
Proprietà delle onde elettromagnetiche
Le perturbazioni spaziali variabili, note normalmente con il nome di onde elettromagnetiche, consentono di realizzare le comunicazioni radio in generale e sono essenzialmente individuate dalla coesistenza di un campo magnetico H e di un campo elettrico E, aventi delle linee di forza disposte a 90° l’una dall’altra e che si spostano alla velocità di 300.000 km/s.
Ipotizzando l’assenza di perturbazioni, l’onda si propaga alla velocità v che per un percorso rettilineo è data dall’equazione:
1
V = ————
√є •√μ
· Є riguarda solo i fenomeni elettrici e vale 8,842 * 10^-12 Farad/m
· µ riguarda solo i fenomeni magnetici e vale 1,257 * 10^-6 Henry/m
Nell’ambito dei sistemi di telecomunicazione radiomobile gli aspetti rilevanti da considerare sono:
1. affidabilità dei collegamenti;
2. qualità dei collegamenti;
3. interferenze tra i collegamenti.
Per poter analizzare queste problematiche è necessario prima introdurre i concetti fondamentali di propagazione elettromagnetica, indispensabili per la comprensione dei fattori prima detti. E’ bene osservare che l’applicazione di queste note teoriche è da considerarsi valida solo nei pochi casi in cui il cammino di propagazione sia ben definito. Negli altri casi può essere utile solo a fornire degli ordini di grandezza dei livelli di campo attesi.
Polarizzazione di onde elettromagnetiche
In fisica per polarizzazione s’intende quel fenomeno che trasforma una vibrazione elettromagnetica ordinaria in una vibrazione ordinata in certo modo, cioè polarizzata.
In generale possiamo dire che per polarizzazione di un’onda e.m. s’intende la direzione delle linee di forza componenti il campo e.m.
Abbiamo detto che il campo elettrico e quello magnetico sono ortogonali fra loro, il piano che comprende la direzione dei due campi è chiamato fronte d’onda.
Quando il piano che contiene la componente elettrica è parallelo alla superficie terrestre si ha una polarizzazione orizzontale, quando detto piano è normale alla superficie terrestre si ha una polarizzazione verticale.
Trasmissione nello spazio libero
Per trasmissione nello spazio libero s’intende una trasmissione nel vuoto tra terminali così lontani da tutti gli altri oggetti che questi ultimi non esercitano alcuna influenza misurabile sulla trasmissione.
Consideriamo un’antenna trasmittente A che in un certo istante irradia una potenza Pt, ed un’antenna ricevente B che capta una certa potenza in ricezione Pr, si definisce attenuazione di trasmissione del collegamento tra A e B il rapporto
Pt
———
Pr
Possiamo inoltre definire il reciproco di questo rapporto come equivalente di trasmissione fra A e B, rapporto che è sempre minore di 1.
Pr
———
Pt
Le prestazioni di un’antenna possono essere definite attraverso la conoscenza dei due parametri principali:
1. il guadagno, che esprime l’attitudine di un’antenna ad irradiare potenza in una certa direzione;
2. l’area efficace, che esprime l’attitudine di un’antenna a captare la potenza incidente.
2
4πd
dove Pt è la potenza fornita dal trasmettitore e da esso irradiata.
La potenza ricevuta Pr, cioè quella presente sul carico di un’antenna ricevente è funzione della lunghezza d’onda, del suo guadagno Gr, della distanza d e del guadagno dell’antenna in trasmissione Gt, definiamo allora quella che viene detta formula di trasmissione nello spazio libero come:
Fenomeni che influenzano la propagazione e.m.
Le espressioni dell’attenuazione ricavate nel caso della propagazione nello spazio libero pur conservando una certa importanza devono essere completate da considerazioni che tengano conto del comportamento delle onde e.m. in un mezzo di trasmissione che risulta essere dielettrico, eterogeneo, morfologicamente accidentato visto che l’atmosfera si suddivide in troposfera, ionosfera e superficie terrestre, ciascuna con le sue caratteristiche.
Utilizzando onde ultracorte e microonde è possibile applicare alle onde e.m. concetti di ottica geometrica che ci consentono così di estendere le leggi della rifrazione, riflessione, diffrazione, ecc. alle onde e.m. Questa approssimazione, accettabile nel nostro caso, ci consente di analizzare i fenomeni che intervengono nella propagazione, e che sono i responsabili di una diminuzione del campo e.m. e conseguentemente della potenza ricevuta.
Cenni di ottica geometrica
In ottica geometrica si definisce raggio elettromagnetico la curva tangente in ogni suo punto ai vettori di Poynting.
A sua volta i vettori di Poynting si possono pensare come il flusso di energia che si propaga nel mezzo.
I raggi elettromagnetici in un mezzo isotropo costituiscono una famiglia di curve ortogonali alle superfici d’onda e quindi ricavabili una volta note queste ultime. Ammettendo l’omogeneità del mezzo i raggi risultano essere rettilinei.
S’ r’
S
R
P
R” Fig. 1
Raggi e.m. in un mezzo isotropo (fam.
curve ortog.)
Applicando le leggi dell’ottica geometrica possiamo applicare ai raggi e.m. le nozioni di riflessione, in presenza di larghe superfici, e di rifrazione in presenza di un mezzo omogeneo.
In maniera grossolana la legge di riflessione si può enunciare dicendo che l’angolo di incidenza del raggio, e l’angolo di rifrazione sono uguali rispetto alla normale alla superficie riflettente.
Analogamente si può affermare che la legge di rifrazione dice che il seno dell’angolo incidente è uguale in valore assoluto al seno dell’angolo di rifrazione.
La teoria dell’ottica geometrica, è accettabile solo a distanze dalla sorgente trasmittente molto maggiori della lunghezza d’onda, ed in punti dove siano assenti rapide variazioni del campo sulla superficie d’onda.
Si può quindi affermare che per le onde e.m. di frequenza sufficientemente elevata ed a distanza dalla sorgente trasmittente, l’energia si propaga in modo rettilineo in direzione normale ai piani d’onda fino ad arrivare sulla superficie di separazione con un mezzo diverso, dove si riflettono e si rifrangono secondo le note leggi strettamente valide per le onde piane infinitamente estese.
Rifrazione troposferica
Nella pratica le onde e.m. non si propagano nel vuoto, quindi bisogna tenere conto che l’aria non è un mezzo di propagazione uniforme. Di questo si tiene conto introducendo l’indice di rifrazione dell’aria che è funzione della temperatura, della pressione atmosferica e dell’umidità, grandezze che variano con la quota e con le condizioni atmosferiche.
In condizioni meteorologiche mediane l’atmosfera si definisce standard, ed in questo caso i raggi e.m. subiscono una incurvatura verso il basso. In condizioni mediane si può ricevere un raggio diretto anche in punti situati oltre l’orizzonte; quindi non è da escludere che due stazioni corrispondenti in visibilità elettromagnetica non risultino in visibilità topografica.
In condizione di atmosfera sub-standard la curvatura dei raggi e.m. si rivolge verso l’alto provocando una diminuzione della massima distanza raggiungibile dalle onde.
In condizioni di atmosfera super-standard si ha un incurvamento verso il basso fino a che il raggio di curvatura risulta uguale a quello terrestre. In questa condizione il raggio e.m. è parallelo alla superficie terrestre.
L’effetto di eventuali ostacoli sul collegamento SRB con la MS, che è funzione della curvatura del cammino multiplo di propagazione, può risultare molto critico, in particolare nella situazione di tipo sub-standard.
Riflessione sul suolo
Altro fenomeno che interviene in un collegamento radio è quello della riflessione, detto anche reirradiazione. Usando come ipotesi di partenza un suolo pianeggiante, un’antenna trasmittente T ed una ricevente R, si generano due cammini di propagazione per il raggio, uno diretto ed uno riflesso.
La presenza del suolo riflettente fa sì che nel punto ricevente il campo risultante sia dato dalla somma vettoriale del campo del segnale diretto e di quello riflesso.
La presenza di due campi interferenti spesso dello stesso ordine di grandezza è fastidiosa, perché al variare delle condizioni atmosferiche dà luogo a variazioni notevoli del campo risultante, ed inoltre provoca distorsioni di fase, dovute alla variazione del tempo di transito.
Il principio di Huygens-Fresnel
Si può dimostrare che il campo in un punto R, può essere determinato se si conosce l’intensità del campo sull’intera superficie equifase.
Questo significa che bisogna conoscere la caratteristiche del mezzo in tutta la regione interessata dai raggi che partono da un’intera superficie equifase e giungono nel punto R.
Di solito vengono usati dei metodi di calcolo che presuppongono un modello dell’ostacolo: o uno spigolo vivo o un ostacolo arrotondato con opportuno raggio di curvatura.
L’interfaccia radio nel GSM
Introduciamo adesso qualche concetto fondamentale per poter poi entrare nel dettaglio sull’interfaccia radio e le sue problematiche.
Definizione di canale radio
La portante modulata occupa una ristretta regione dello spettro intorno alla frequenza della portante nominale. L’ampiezza di banda occupata, misurata in kHz è definita canale radio.
Rumori ed interferenze
Un canale radio di un sistema radiomobile può essere degradato da due cause:
· il rumore;
· l’interferenza;
Il rumore risulta essere costituito da fenomeni ambientali come i fulmini ad esempio, e da cause come i motori elettrici.
Il rapporto segnale/rumore S/N è un parametro importante per la misura della qualità di un segnale RF.
Per ciò che concerne l’interferenza possiamo dire che ne esistono di due tipi:
1. Interferenza da canale adiacente;
2. Interferenza co-canale.
L’interferenza da canale adiacente si verifica quando due canali operanti su frequenze ravvicinate finiscono con il sovrapporsi, anche se solo parzialmente.
L’interferenza co-canale si presenta invece quando due SRB in visibilità elettromagnetica operano contemporaneamente sulla stessa frequenza. In tal caso la MS sintonizzata su quella frequenza, potrebbe arrivare a sentire entrambe le portanti con la stessa potenza e quindi ricevere messaggi errati.
Cammini multipli
Un fascio di onde elettromagnetiche può essere riflesso da ostacoli interposti sul suo cammino. Nel caso di un ambiente radiomobile tale fenomeno viene definito cammino multiplo.
La propagazione per cammini multipli, crea i seguenti svantaggi:
· Diffusione ritardata del segnale ricevuto;
· Cambiamenti di fase casuali, che generano veloci evanescenze del livello del segnale (fading di Rayleigh);
· Modulazione di frequenza casuale, dovuta a differenti spostamenti, (effetto Doppler) su diversi cammini.
Diffusione ritardata (delay spread)
A causa dei diversi cammini, i segnali multipli arrivano l’uno rispetto all’altro con dei ritardi differenti.
Tale fenomeno provoca un effetto di frantumazione del segnale.
La diffusione ritardata, ha dei valori fissi che dipendono dalla frequenza. Delle prove hanno mostrato che operando a 900 MHz un tipico valore misurato in ambienti chiusi risulta essere di 1 ms.
Rayleigh fading
Supponiamo che ad una MS arrivino solo due segnali e.m. trasmessi dalla BTS con cui sta dialogando. Uno arriva in maniera diretta e l’altro arriva da una riflessione. Se la fase del segnale riflesso è opposta a quella del segnale diretto l’informazione ne sarà fortemente degradata, o nella peggiore delle ipotesi sarà nulla. Quello appena descritto è un tipico esempio di fade del tipo di Rayleigh. Questo tipo di fade è detto anche veloce.
Fade lento
Se una MS spostandosi si avvicina a degli ostacoli di grosse dimensioni, questi possono riflettere il segnale creando così una zona d’ombra. In questa condizione l’inviluppo del segnale ricevuto varia relativamente lentamente, da cui il nome del tipo di Fade.
Effetto Doppler
Il continuo spostarsi delle MS rispetto alle BTS provoca, in sede di ricezione, un vero e proprio spostamento della frequenza di ricezione, questo effetto è detto comunemente Doppler.
Se una MS che si trovi in conversazione si sposta alla velocità di 50 km/h, la compensazione Doppler media è di circa 30 Hz.
GSM
La standardizzazione del GSM ha fatto sì che in qualunque paese esso sia implementato lavori con la banda 890-915 MHz per la comunicazione tra MS e BTS (Uplink) e 935-960 MHz per la comunicazione tra BTS e MS (Downlink). Il sistema GSM è ad accesso ibrido, nel senso che utilizza una combinazione delle tecniche di multiplazione a divisione di frequenza (FDMA) e di tempo (TDMA) per la gestione della risorsa radio.
Il codificatore vocale
Dato che il GSM è un sistema digitale, la voce, che è interamente analogica, deve essere digitalizzata. Poiché il sistema veniva a inserirsi in una struttura di rete fissa in parte preesistente come PSTN e in parte in espansione come ISDN il metodo scelto doveva essere compatibile con la modulazione PCM da essi utilizzata. I canali PCM generano una sequenza in uscita a 64 Kbit/s. Mantenere una tale velocità usando canali radio come mezzo trasmissivo implica un notevole sforzo in termini di risorse hardware e di allargamento della banda occupata dal canale.
Dato che il segnale vocale contiene una grande ridondanza, si sono studiati diversi algoritmi di codifica per raggiungere un compromesso tra qualità del servizio e difficoltà di realizzazione.
Alla fine le specifiche richieste sono:
· Suono di alta qualità con bit rate al di sotto dei 16 Kbit/s con campionamento a 8 kHz (frequenza di Nyquist);
· protezione contro gli errori fino anche in presenza di un tasso di errore dell'1%;
· ritardo di codifica e decodifica complessivo al di sotto dei 65 ms (per non introdurre eccessivi echi nella rete);
Dopo accurati studi, la struttura scelta è stata quella di un codificatore a tre stadi LPC-LTP-RPE (Regular Pulse Excited - Linear Predictive Coder - Long Term Predictor loop) in grado di fornire una qualità di poco inferiore a quella dello standard PCM.
Tale codificatore è in grado di sfruttare sia le correlazioni di breve periodo tra campioni successivi del segnale vocale (filtro LPC), sia quelle tra segmenti di parlato adiacenti (filtro LTP).
Il principio di funzionamento si basa sulla predizione dei campioni attuali dalle informazioni contenute nei campioni precedenti.
La differenza tra il campione predetto e quello vero rappresenta il segnale da trasmettere. La voce è divisa in campioni di 20 ms, ognuno dei quali è codificato in blocchi di 260 bit, per una velocità di 13 Kbps.
Modulazione
Il segnale digitale viene modulato sulla frequenza portante utilizzando il metodo Gaussian Minimum Shift
Keying (GMSK).
Questo metodo consiste nell’associare ad ogni simbolo binario (0 e 1) una frequenza. Ad esempio, associamo la f(0) al simbolo 0 e la f(1) al simbolo 1. Quando in ingresso al modulatore si presenta uno 0 verrà inviata la f(0), mentre se si presenta un 1 viene trasmessa la frequenza f(1). Per diminuire l’ampiezza dello spettro di frequenza si sceglie di utilizzare due frequenze con uno sfasamento pari a 180°. Così si garantisce la continuità di fase nelle transizioni da un simbolo al successivo. Per ridurre ulteriormente i lobi laterali del segnale modulato s’introduce un filtro passa bassa prima del modulatore.
Equalizzazione
La lunghezza d’onda del GSM è di circa 17 cm. Per simili onde gli ostacoli non vengono attraversati ma fanno rimbalzare le onde. Questo implica che in ricezione una antenna può captare molti segnali riflessi, ognuno con una fase differente. L'equalizzazione è usata per separare il segnale desiderato dalle riflessioni spurie.
Il segnale codificato viene sempre trasmesso nei 26 bit riservati appositamente in ogni burst period. Così l'equalizzatore può cercare di scoprire come il segnale è stato modificato dal percorso, e quindi “costruire” un filtro inverso per estrarre la parte del segnale in massima verosimiglianza al segnale originario.
Multiplazione FDMA e riutilizzo delle frequenze
La tecnica FDMA divide l'ampiezza di banda di 25 MHz in 124 frequenze portanti spaziate di 200 KHz ciascuna di cui
è definita come:
FUplink(n) = 890.2 + (n - 1) * 0.2 [MHz]
FDownlink(n) = FUplink(n) + 45 [MHz]
Nei paesi in cui sono presenti più gestori di rete, es. TIM e OMNITEL, le frequenze portanti sono divise tra i vari operatori. In Italia la frequenza 77 (905.4 MHz, 950.4 MHz) è volutamente non assegnata, perché usata come una barriera tra le bande dei due operatori (guard channel).
In Italia, inoltre, la situazione è complicata dalla compresenza del sistema analogico E-TACS, che usa la banda dei 900 Mhz così:
uplink 880.0125 - 896.7875 MHz
downlink 925.0125 - 941.7875 MHz
Multiplazione TDMA
577µs e l'insieme di 8 time slot, della durata di 4,616 ms, viene definito trama o frame. Il time slot k-esimo di ogni
trama della i-esima portante costituisce un canale, in tutto sono 992.
I canali di traffico propriamente detti sono organizzati in base a gruppi di 26 trame, quelli di controllo in base a gruppi di 51 trame. Questi gruppi costituiscono una multitrama (multiframe). Le due multitrame di durata rispettivamente 120 ms e 235,4 ms sono inserite in una supertrama (superframe) di 6.12 s che contiene rispettivamente 26 e 51 multitrame (per un totale di 1326 trame) unificando la struttura delle trame gerarchicamente inferiori. A loro volta 2048 superframe formano una ipertrana (hyperframe) composta di 2715648 trame numerate progressivamente (frame number, FN) e in modo ciclico su una periodicità di 3 ore, 28 minuti, 53 s e 760 ms.
In definitiva un canale fisico è identificato da tre coordinate: dal proprio numero di time slot (TS), di trama (FN) e di frequenza portante. Nel caso che il frequency hopping sia attivo il canale sarà definito più esattamente da una traiettoria temporale in cui il time slot scorre da una frequenza all’altra.
Per semplificare l'hardware delle MS in modo da non avere simultaneamente trasmissione e ricezione, i canali di uplink e downlink sono separati nel tempo da 3 time slot. Così una MS che riceva nel time slot Tk della portante Fi MHz, ritrasmetterà nel time slot T(k+3) sulla frequenza Fi - 45 MHz, nei restanti 6 time slot può così ascoltare gli altri canali che riesce a ricevere, così se c’è un interferenza co-canale si sente e nel frattempo ascolta e mette in lista le frequenze delle BTS adiacenti per un eventuale handover.
Fig. 2 Gerarchia di
multiplazione trame nel GSM
Il numero totale dei canali fisici disponibili risulta essere di 992 da distribuire all'interno del cluster di celle. Ad essere esatti attualmente i canali della banda GSM 900 sono 992, ma quando dalla codifica full rate si passera alla codifica half rate tale numero raddoppierà (1984).
I canali logici devono essere inseriti "fisicamente" nella struttura TDMA. Un canale logico viene associato ad un time slot di una frequenza su cui si alterna con gli altri canali nella successione delle trame, possiamo allora dire che il canale fisico è definito come un intervallo di tempo i-esimo in cui si sta utilizzando la portante k-esima, a seconda dell’utilizzo di questo intervallo di tempo avremo dei canali voce o dei canali di segnalazione.
Al canale di segnalazione BCCH è di norma riservato il time slot 0 di una sola delle frequenze assegnate ad una cella in entrambe le direzioni. Tale frequenza prende il nome di portante fondamentale o portante BCCH, e spesso la si trova indicata con C0.
E’ interessante notare che i canali di segnalazione che consentono “l’aggancio” alla rete ad una MS sono tre:
FCCH, dove si trasmette la portante; SCH dove è inviato il numero di trama che si usa poi negli algoritmi di frequency hopping; BCCH dove si trasmettono i System Information relativi alla BTS dove si trova la MS. Questi canali esistono solo nella direzione downlink e ovviamente non sono soggetti al frequency hopping.
Caratteristiche dell’interfaccia radio
Un aspetto centrale di una rete che utilizzi l’accesso a divisione di tempo (TDMA) è quello della sincronizzazione.
Poiché una MS può trovarsi ad una distanza dalla BTS che varia da circa 0 (sotto le antenne) al confine (35 km teoricamente) di cella il tempo che impiega il segnale modulato a percorre questo spazio è variabile. Questo aspetto dovuto alla propagazione del segnale potrebbe creare dei problemi se due time slot venissero a sovrapporsi temporalmente a causa del ritardo.
Nel GSM per superare questo problema si adotta la tecnica dell’avanzamento temporale (timing advance), in base al quale la BTS ordina alla MS di anticipare l’inizio della sua trasmissione di un intervallo di tempo quantificato in modo tale da sopperire al ritardo di propagazione.
Per far ciò, all’interno di ogni time slot una parte è lasciata libera. La parte non utilizzata vi è un cosiddetto periodo di guardia (gard period) che ha una durata corrispondente a 8.25 bit.
I burst nelle trame
L’informazione contenuta in 1 TS di una trama TDMA viene definita burst.
Ci sono 5 differenti tipi di burst:
· Normal burst: trasporta le informazioni utente (TCH) o di segnalazione (BCCH, SACCH, FACCH, SDCCH);
· Frequency correction burst: utilizzato dal canale FCCH;
· Synchronization burst: utilizzato dal canale SCH;
· Access burst: usato dal canale RACH;
· Dummy burst: usato quando nessun altro canale richiede un burst da inviare. Non trasporta informazioni.
I 156.25 bit sono trasmessi in 0,577 ms, quindi con una velocità media di 270.833 Kbps. L'informazione è inserita il due blocchi da 57 bit a cui si aggiunge uno stealing flag per indicare se è il blocco contiene dati TCH oppure segnalazioni SACCH o FACCH. Le sequenze start e stop sono fissate a zero e servono a reinizializzare la memoria dell'equalizzatore di Viterbi. I 26 bit della sequenza di training rappresentano la sequenza utilizzata dall'equalizzatore per determinare i parametri dell'algoritmo di decodifica. Gli 8,25 bit finali non vengono effettivamente trasmessi, ma rappresentano un guard period durante il quale l'assenza di segnale consente un margine di sicurezza al fine di evitare sovrapposizioni tra burst appartenenti a time slot adiacenti.
Fig. 3 Struttura dei burst nel GSM
Power Control
La funzione di Power Control o controllo della potenza è obbligatorio per le MS perché così facendo oltre a diminuire le interferenze realizzano una maggior durata della batteria, mentre per le BTS è stata implementata solo nel 1998.
L’utilizzo di questa funzione si basa sul principio che, MS vicine alla BTS, non hanno la necessità di trasmettere al massimo della potenza.
Tale funzione si effettua in maniera indipendente, nelle direzioni uplink e downlink, per ogni canale logico e per ogni MS.
Ovviamente il Power Control non si applica al BCCH per poter effettuare i confronti fra le varie portanti.
Gli step di incremento e di decremento sono di 2 dB.
Discontinuos Trasmission (DTX)
La funzione DTX serve, nella rete GSM, a ridurre il valore medio delle interferenze.
Mentre la MS è in conversazione, la portante radio viene inviata solo se il microfono del terminale percepisce un suono.
Nei casi di silenzio la portante radio non viene inviata.
Questa funzione si attiva sia per le MS che per le BTS mediante dei comandi di rete. E’ però necessario che nei terminali sia presente un VAD (Voice Activity Detector), capace di riconoscere la presenza del parlato.
Nella MS, la soppressione della portante radio determina un effetto sgradevole, sembra che non esista un interlocutore.
Per ovviare a questo inconveniente si è introdotta la funzione di confort noise. In pratica la MS riconosce la condizione e genera verso il proprio auricolare un suono che simula localmente il rumore ambientale dall’altra parte del collegamento.
Per minimizzare le interferenze tra canali attigui e risparmiare potenza, sia il terminale mobile sia la stazione base operano al valore minimo di potenza che assicura ancora una accettabile qualità del segnale (RxLev). La potenza di emissione del segnale sul canale radio può essere variata in modo dinamico su 16 livelli dal valore massimo per la classe di appartenenza al minimo di 13 dBm (circa 20 mWatt) a step di 2 dB.
La MS misura l'intensità e la qualità del segnale, e trasferisce queste informazioni alla stazione base (attraverso il canale SACCH) che decide se e quando cambiare il livello di potenza. In particolare la BTS, tramite il parametro MSTxPrw, informa la MS della massima potenza che può utilizzare nella comunicazione.
Discontinuos Reception (DRX)
Con questa funzione le MS risparmiano molta dell’energia delle loro batterie. Si realizza in quanto la rete raggruppa le MS registrate in una data location area gestita da un BSC in paging group e prestabilisce l’invio di eventuali paging ai terminali di ciascun gruppo in determinati intervalli di tempo.
In pratica poi ogni MS è in grado di determinare gli istanti di tempo nei quali potrebbe arrivare un messaggio destinato a lei. In questo modo, quando la MS è nello stato di riposo, il ricevitore si alimenta solo negli intervalli di tempo in cui potrebbe ricevere messaggi dalla rete.
Il valore di DRX della rete è inviato in modo broadcast sul canale BCCH, ed è talvolta indicato con la sigla BS-PA-MFRM (Base Station-PAging-MultiFRaMe). E' un numero di 4 bit che esprime la distanza tra due messaggi di paging successivi sul canale PCH in multipli di 51 trame (Multiframe). Ogni Multiframe ha una durata di 235.4 ms, quindi un valore di DRX pari a 4 indica che i messaggi di paging verso una MS si susseguono ogni 235.4x4=941,6 ms.
Frequency Hopping (diversità in frequenza)
Consiste nel trasmettere messaggi successivi di una stessa comunicazione su frequenze portanti diverse, mantenendo però sempre lo stesso time slot assegnato inizialmente.
Questa tecnica presenta due vantaggi:
1. Riduzione del fade di Rayleigh, infatti se una frequenza è soggetta a questo tipo di fade “saltando” in maniera pseudo-casuale su varie frequenze è difficile che tutte siano soggette a fade. Così facendo si riducono le interferenze dovute a questo fenomeno.
2. Riduzione delle interferenze co-canale, infatti se due MS in due celle vicine che utilizzano lo stesso TS e viaggiano su frequenze identiche se implementiamo il FH vedremo ridursi le interferenze fra le due MS.
Il parametro HSN indica il modo con cui le MS della cella devono “saltare”. Esistono 64 differenti valori che può assumere HSN. Quando HSN vale 0 il FH è di tipo ciclico, tutti gli altri valori implementano salti pseudo-casuali.
La lunghezza di un FH ciclico è funzione del numero di frequenze nella cella. Nella pratica si cerca di non usare questo valore. Con salti pseudo-casuali la sequenza è ripetuta circa ogni 6 minuti.
Funzione di hand over
A causa del riuso delle frequenze il raggio di estensione delle celle diminuisce, creando la necessità alla MS che si trova in movimento durante una conversazione di cambiare cella sempre più spesso.
La possibilità di cambiare cella
senza che la conversazione cada viene detta hand
over.
Nel sistema GSM questa procedura è realizzata mediante un interlavoro molto stretto tra MS, BTS, BSC ed MSC secondo il principio della logica distribuita, per distribuire il carico elaborativo richiesto dall’handover.
L’hand over viene effettuato in base ai risultati di alcune misure effettuate da MS e BTS.
Poiché la MS impegnata in una conversazione rimane collegata con la BTS solo nei time slot ad essa dedicati nell’ambito della trama TDMA nei rimanenti time slot può effettuare le misure.
Mentre la MS è in conversazione effettua la misura sul livello di potenza ricevuto (RXLEVEL radiomobile) e sulla qualità delle connessione (RXQUAL) effettuando una stima del BER (bit error ratio).
Quando la MS si trova nei time slot che non le competono per dialogare con la BTS, poiché mediante i system information trasmessi sul canale BCCH è a conoscenza delle frequenze di BCCH delle sei BTS adiacenti, effettua misure sul livello di campo di queste celle (RXLEVNCELL).
Dal canto suo, la BTS esegue le corrispondenti misure (RXLEV fisso, RXQUAL fisso) nel verso da MS a BTS. Inoltre valuta il timing advance (distanza tra MS e BTS) ed i livelli d’interferenza sui canali liberi.
Ogni 480 ms la MS invia alla BTS sul canale SACCH i risultati delle sue misure. La BTS a sua volta li invia al BSC che li elabora e crea una lista di preferenza (rank list) delle celle che potrebbero essere in grado di servire la MS.
Se la qualità della conversazione sul canale di traffico scende al di sotto della soglia prefissata, il BSC decide un handover scegliendo la BTS ed il canale di traffico secondo quanto visto nella rank list. La BTS che viene lasciata per handover subisce una “penalità” che ostacola il ritorno immediato ad essa.
Le motivazioni principali che possono portare ad una richiesta di handover sono quattro:
· I parametri RXLEV e/o RXQUAL sono sotto la soglia prefissata;
· La distanza tra MS e BTS, misurata con il timing advance ha superato i limiti imposti per quella cella;
· Traffico eccessivo;
· Esigenze di esercizio e manutenzione del gestore di rete;
In funzione delle celle interessate, l’operazione di handover può essere suddivisa in quattro tipi:
1. Handover intra - cella:
è un handover particolare in quanto consiste nel comandare ad una MS il cambio di del canale di traffico ma non di cella. Può accadere quando vi sia una bassa qualità del segnale (RXQUAL) mentre il segnale di ricezione (RXLEV) è accettabile, ma non viè alcun altra BTS che possa servire meglio la MS.
2. Handover intra – BSC:
in questo caso l’handover è gestito totalmente dal BSC che pilota la MS da una cella ad un’altra cella, e ne dà solo comunicazione al MSC/VLR da cui è gestito.
3. Handover inter – BSC:
in questo caso l’handover è pilotato dall’MSC/VLR che gestisce il BSC.
4. Handover inter – MSC:
è il caso più complesso, in quanto nel cambiare cella la MS cambia anche MSC/VLR e quindi deve variare l’istradamento della chiamata. L'MSC originale, detto anchor MSC, continua a rimanere responsabile della maggior
parte delle funzioni relative alla chiamata in corso mentre gli handover interni (inter-BSC) che dovessero eventualmente verificarsi saranno gestiti dal nuovo MSC, detto MSC target.
Dopo un handover può essere necessario aggiornare la localizzazione della MS (location updating). Distinguimo tre casi:
· La nuova BTS appartiene alla stessa location area della cella precedente: l’eventuale messaggio di paging verrà sentito anche in questa cella per cui non è richiesto location updating;
· La nuova BTS appartiene ad un’altra location area; in questo caso si effettua un location updating e il VLR aggiorna la localizzazione della MS ma non viene informato l’HLR;
· La nuova BTS appartiene ad un’altra location area gestita da un altro MSC; la MS informerà la BTS che a sua volta informerà il nuovo MSC che informerà, in ultima istanza, l’HLR. L’HLR registrato l’indirizzo del nuovo MSC comanderà la cancellazione della registrazione nel vecchio MSC.
I canali logici
Nel GSM sono stati definiti 12 canali logici.
Una prima suddivisione da fare è distinguere quelli di controllo da quelli di fonia, e dal canale di distribuzione messaggi.
Canali di traffico
Sono previsti due tipi di canali di traffico o TCH (traffic channel)
1. TCH/F o full rate, tali canali trasportano fonia ( o dati nel caso l’utente stia effettuando una chiamata dati come in una connessione Internet) alla velocità netta di 13 kbit/s o 9600 bit/s nel caso di dati.
2. TCH/H o half rate, che si differenziano dai precedenti solo per la velocità. Si va a 6.5 kbit/s per la voce e 4800 bit/s per i dati.
Attualmente è in corso il progetto per impiegare la codifica half rate.
Canali di controllo
In questa tipologia di canali troviamo tre gruppi di canali di controllo i quali, a sua volta, contengono tre tipologie differenti di canali. Il CBCH lo trattiamo a parte.
Canali di distribuzione
Sono canali che trasportano informazioni di interesse generale.
Sono trasmessi in modo monodirezionale downlink (da BTS a MS) in modalità punto-multipunto.
· BCCH (Broadcast control channel).
Ne troviamo uno in ogni BTS (ovvero in ogni cella), su di esso vengono inviati i “system information”.
L'algoritmo di frequency-hopping è trasmesso su questo canale. Proprio per questo motivo il timeslot 0 (che
trasporta il canale BCCH) non è soggetto a frequency-hopping.
· SCH (Synchronization channel).
Trasporta l’informazione del numero di trama TDMA e del BSIC della BTS.
Troviamo questo canale ad ogni intervallo di tempo 0 nella trama successiva a cui è stato presente il FCCH.
· FCCH (Frequency correction channel).
Utilizzato per la correzione in frequenza delle MS. In parole povere, su questo canale logico viene trasmessa una sinusoide pura, ovvero la portante.
E’ interessante notare che la portante non occupa per tutto l’intervallo di tempo il canale, ma solo per un tempo pari a 148 bit.
Un intervallo completo vale 156,25 bit. Gli 8,25 bit, intesi come tempo che occuperebbero sul canale, in cui non viene inviata la portante sono considerati un tempo di guardia. Servono a proteggere da eventuali sovrapposizioni di bit dovute al tempo di propagazione dei segnali.
Canali di controllo comuni
· PCH (Paging channel). (Solo downlink).
Viene utilizzato per inviare alle MS l’avviso che il sistema vuole effettuare una connessione. Se la MS cercata risponde, allora il sistema inizierà il set-up vero è proprio della chiamata. Questo messaggio viene irradiato in una intera location area.
· RACH (Random access channel). (Solo uplink).
Viene utilizzato dalle MS per richiedere l’assegnazione di un SDCCH per poter effettuare la segnalazione necessaria ad instaurare una chiamata, oppure per rispondere ad un page del sistema, oppure ancora per effettuare una registrazione in accesso al sistema.
· AGCH (Access grant channel). (Solo downlink.)
Utilizzato per assegnare un SDCCH o un TCH ad una MS che ne abbia fatto richiesta.
I canali di controllo dedicati
· SDCCH (Stand alone dedicated control channel). (Bidirezionale).
Viene utilizzato in fase di setup di una chiamata o durante una registrazione per scambiare la segnalazione fra MS e BTS. E’ anche usato per il trasporto di brevi messaggi di testo (short message) quando la MS è nello stato di “idle”, cioè non è in conversazione.
· SACCH (Slow associated control channel). (Bidirezionale).
Questo canale logico è sempre associato ad un altro canale logico, che può essere un TCH o un SDCCH.
Nella modalità downlink, grazie a questo canale, la MS riceve dalla BTS informazioni sul timing advance e sul power control e tutte le informazioni del BCCH che altrimenti andrebbero perse dalla MS che si è assestata sul proprio canale di traffico.
Nella modalità uplink questo canale trasporta i risultati delle misure effettuate dalla MS alla BTS e i parametri relativi alle celle confinanti.
E’ interessante osservare che questo canale trasporta gli short message verso una MS quando questa si trova nello stato di “busy”, cioè è impegnata in una conversazione.
· FACCH (Fast associated control channel). (Bidirezionale).
E’ associato ad un TCH.
Utilizzato per trasmettere le segnalazione che non possono attendere di essere inserite nel canale SACCH. Ad
esempio una richiesta di handover. Viene realizzato in modo asincrono "sopprimendo" l'informazione che avrebbe
dovuto essere trasmessa; cioè viene soppressa l’informazione relativa a 20 ms di parlato.
Canale di cell broadcast
Questo canale viene usato solo in downlink per trasportare il cosiddetto SMSCB (Short message service cell broadcast).
Viene implementato utilizzando lo stesso canale fisico degli SDCCH.
Canali ibridi
E’ possibile trovare delle combinazioni di diversi canali di segnalazione:
· SDCCH/4: SDCCH combinato con CCCH;
· SACCH/C8: SACCH combinato con SDCCH;
· SACCH/C4: SACCH combinato con SDCCH/4.
Tabella 1. Mappatura dei canali logici sulla portante C0 direzione downlink.
SDCCH[8]-2 attualmente usato come CBCH in TIM.
System information nel sistema GSM 900 MHz
I messaggi di “system information” sono continuamente trasmessi dalle BTS alle MS che si trovano nelle celle sul canale BCCH, nel caso di MS in riposo (stato di “idle”); sul canale SACCH nel caso di conversazione in corso (stato di “busy”).
I parametri che vengono inviati con i “system information” si possono dividere, in prima approssimazione in due categorie:
· Parametri interni del BSC;
· Parametri esterni configurabili da operatore mediante comandi.
Nel sistema GSM sono stati definiti, a sua volta, otto tipi di “system information”.
System information type 1
Questo tipo di messaggio è usato quando la funzione di frequency hopping è attiva. Infatti, la MS che si trova all’interno della cella con tale funzione attiva deve conoscere quale banda di frequenza e che frequenze della banda sono utilizzate nell’algoritmo di frequency hopping.
Questa informazione è nel Cell Channel Descripition nel system information type 1.
Cell Channel Descripition
CANO= Cell Allocation Number. Esprime la banda di frequenza in cui lavora la cella. La banda 0 individua il GSM
900.
CA ARFCN= Absolute Radio Frequency. Indica con un numero le frequenze usate nella cella.
System information type 2
Questo tipo di messaggio consiste in due liste che riguardano i canali di BCCH. Qui si indicano le frequenze di BCCH utilizzate nelle celle confinanti. Le MS necessitano di questa informazione per “sentire” i “system information” delle celle adiacenti. Questa lista di frequenze è utilizzata anche per le misure di potenza del segnale delle celle vicine, ovviamente.
Si utilizzano due liste perché le MS compiono operazioni differenti a seconda che siano nello stato di riposo o in conversazione.
Se una MS si trova in conversazione misurerà un numero ridotto di frequenze.
Una MS nello stato di “idle” misurerà un numero esteso di frequenze di modo che il tempo di accesso alla rete si possa ridurre al minimo.
In questo tipo di messaggio viene specificato anche quante PLMN possono essere “ascoltate”.
Descrizioni per celle adiacenti
BAIND= Numero di sequenza di allocazione del canale BCCH. Indica anche se questa informazione è inviata sul
BCCH o sul SACCH.
BANO= Numero di allocazione del BCCH. La banda 0 individua il GSM.
MBCCHNO= Canali espressi in valore assoluto su cui le MS possono effettuare ed inviare le misure di potenza del
segnale.
PLMN permesse
NCCPERM = NCC (PLMN) permitted. (configurabile da operatore)
Definisce il numero di PLMN, utilizzando il NCC, di cui le MS possono effettuare le misure sulle
portanti cosiddette di BCCH. Il valore tipico è 2.
Parametri di RACH
ACC = Access Control Class (configurabile da operatore).
Classi d’accesso che sono sbarrate. E’ possibile definirne fino ad un massimo di 16.
Attualmente non usato.
CB = Cell Bar Access (configurabile da operatore).
Indica se la cella è sbarrata agli accessi. In genere le celle non sono sbarrate.
RE= Ristabilimento della chiamata permesso.
MAXRET= Max retransmissions (configurabile da operatore).
Indica il numero massimo di ritrasmissioni che una MS deve fare quando accede al sistema. Valore tipico
è 4.
TX= TX-integer. (configurabile da operatore).
Definisce il numero di time slots oltre il quale la MS può tentare di accedere al sistema in up-link.
Il valore tipico è 50. Significa che se i CCCH sono configurati in maniera standard, la MS che tenta un secondo
accesso al sistema, aspetterà per 1 secondo più un tempo calcolato in maniera casuale compreso tra 1 e 50 trame
TDMA.
System information type 3
Il system information type 3 contiene informazioni sull’identità della location area e sull’identità della cella. Queste informazioni sono necessarie perché quando una MS cambia cella o addirittura location area la rete ne deve essere informata.
Per poter calcolare il paging group di appartenenza, inoltre, le MS necessitano delle informazioni contenute in Control Channel Description. In queste informazioni viene anche detto alle MS quando effettuare gli aggiornamenti periodici di localizzazione (location updating).
Inoltre, in questo system information sono contenute informazioni raggruppate nella sezione Opziono di cella. Queste informazioni messe sotto forma di parametri di rete sono necessarie alle MS per riuscire a dialogare con la BTS.
Sempre in questo gruppo di system information vengono date alle MS le informazioni necessarie per decidere a quale BTS agganciarsi e come farlo.
Identità della cella
CI= Cell Identity. Identità della cella all’interno della location area. Questo parametro viene definito all’atto della
dichiarazione della cella nel BSC.
Location Area Identity (LAI)
Una location area viene definita come l’area geografica in cui una MS si può muovere a piacimento senza che sia necessario variare la localizzazione presso il VLR che la sta servendo in quel momento.
La struttura della LAI è la seguente:
LAI = MCC + MNC + LAC
Dove:
· MCC = Mobile Country Code, identifica univocamente la nazione entro cui è situata la PLMN GSM.
Nel caso dell’Italia è 222.
· MNC = Mobile Network Code, identifica la PLMN in ambito nazionale. Per TIM vale 01.
· LAC = Location Area Code, identifica univocamente una location area entro una PLMN.
Control Channel Description
ATT = Attach - detach allowed. (configurabile da operatore).
Indica se le MS in questa cella devono effettuare l’IMSI detach. In genere è una funzione richiesta.
CCCHCONF = Numero del canale fisico utillizzato come supporto.
AGBLK = Numero di blocchi di CCCH riservati per i canali logici AGCH.
MFRMS = Periodi di multitrama per la trasmissione del messaggio di paging request a MS appartenenti allo stesso
paging group.
T3212 = t3212 timeout value. (configurabile da operatore).
Definisce il valore di time out che controlla la procedura di location updating. Normalmente è impostato
in mode che le MS si registrino ogni 2 ore.
Opzioni di cella
DTXU = Uplink DTX indicator. (configurabile da operatore).
Indica se la MS effettua la trasmissione discontinua in Uplink. In genere viene effettuato. Un flag indica se
si effettua o meno. Se fosse impostato a 0 le MS presenti nella cella non effettuerebbero la DTX.
PWRC = Power control indicator. (configurabile da operatore).
Indica se la funzione di power control è attiva o meno. Attualmente è attiva.
RLINKT = Radio link timeout. (configurabile da operatore).
Tempo necessario affinchè una MS disconnetta una chiamata a causa di errori nella decodifica di messaggi
SACCH. Il parametro è espresso in periodi di SACCH (480 ms). L’esperienza indica come 16 un valore
ragionevole, quindi il tempo è di 7,68 s.
Parametri per la selezione di cella
Configurabili da operatore
ACCMIN = Livello minimo di segnale che una MS deve ricevere per poter accedere alla rete. E’ espresso in dBm .
Un valore medio è di 109 dBm.
CCHPWR = Livello massimo di potenza in trasmissione (TXPWR) espresso in dBm che una MS deve utilizzare
quando accede ad un canale di controllo (CCH). Normalmente 39 dBm.
CRH = Cell Reselect Hysteresis.
E’ espresso in dB. Indica l’isteresi da applicare all’intensità del segnale ricevuto per poter effettuare una
riselezione per una cella di un’altra location area.
System information type 4
Al gestore di rete può essere utili spedire dei messaggi di testo alle MS in modalità punto-a-multipunto. Nel sistema GSM mediante la funzione di broadcasting si possono inviare dei messaggi alle MS nello stato di “idle”. Queste informazioni viene trasportata dal canale logico CBCH, quindi per poterla andare a recuperare la MS deve conoscere qual è la frequenza portante di questo canale.
Questa informazione, insieme alla LAI, ai parametri per la selezione di cella ed ai parametri per il controllo dei RACH è trasportata da questo system information.
Descrizione del CBCH
CHN = Numero del canale per il CBCH.
TSC = Training sequence code.
La TSC è utilizzata per inviare all’equalizzatore di Viterbi una stringa di bit nota, in modo che si possa
effettuare una stima del canale radio e minimizzare le interferenze, ricostruendo il segnale ricevuto nel
miglior modo possibile.
Simulazioni al computer hanno portato a scegliere 8 possibili sequenze di 16 bit. Queste sequenze sono state
Associate a 8 diversi tipi di cella identificati in base al loro “colore”.
Ad ogni BTS è associato un BSIC (base station identity code) definito come:
BSIC = NCC + BCC
Dove:
· NCC = PLMN colour code
· BCC = base station colour code
Per default la TSC coincide con il BCC.
CBCHNO = Absolute Radio Frequency per CBCH. Indica con un numero la frequenza di CBCH usata nella cella.
MAC = Tabella che descrive le frequenze utilizzate nella cella per effettuare il frequency hopping sul CBCH.
System information type 5
Quando una MS è in conversazione le viene assegnato un SACCH per scambiare messaggi con la BTS che la sta servendo. Questi messaggi sono i report delle misure che la MS effettua sulle portanti, nella direzione uplink (circa ogni 500 ms); e le informazioni di timing advance e power control nella direzione downlink.
Sul canale SACCH vengono inviate alla MS anche le informazioni relative alle portanti di BCCH delle celle adiacenti.
Le frequenze relative alle celle adiacenti possono differire da quelle trasmesse con il sistem information 2.
Descrizioni per celle adiacenti
CANO= Cell Allocation Number. Esprime la banda di frequenza in cui lavora la cella. La banda 0 individua il GSM
900.
ARFCN= Absolute Radio Frequency. Indica con un numero le frequenze usate nella cella.
System information type 6
Quando una MS si trova in conversazione abbiamo visto che dialoga sul canale SACCH. Se durante la conversazione, a causa dello spostarsi della MS si effettua un cambio di LAI la MS deve saperlo, in tal caso non appena lascerà la vecchia cella (LAI di partenza) per agganciarsi alla nuova (LAI target) effettuerà un “location updating”.
La MS potrebbe anche effettuare un handover tra celle con RLINKT o DTX diversi. Ecco che nasce la necessità di comunicare alla MS le opzioni di cella. Anche le PLMN permesse sono comunicate con questo “system information”.
System information type 7/type 8 (opzionali)
Questi due “system information” sono relativi ai parametri per la riselezione di cella (Cell Reselect). Questa funzione è un supplemento al “system information type 4”.
CRO = Cell Reselect Offset (configurabile da operatore).
Inserisce un offset per incoraggiare o scoraggiare le MS a riselezionare la cella. Valore minimo 0 dB.
ECSC= Early Classmark Sendin Control (configurabile da operatore).
Indica se le MS devono trasmettere l’informazione sulla loro classe immediatamente. Attualmente è no.
PT = Penalty Time (configurabile da operatore).
Definisce il tempo in cui l’offset temporale è applicato. Valore tipico è un tempo di 20 s.
TO= Temporary offset (configurabile da operatore).
Definisce un offset negativo da applicare al Cell Reselect Offset. Valore minimo 0 dB.
CBQ = Cell Bar Qualify (configurabile da operatore).
Indica la priorità della cella. La cella può avere una priorità alta o bassa.
Questo parametro serve a discriminare le MS di fase 1 da quelle di fase 2. E’ legato al parametro CB.
La seguente tabella sintetizza quanto detto:
Tabella 2. Relazione fra CBQ e MS di fase 1 e fase 2.
Dati di BSC
Nei BSC Ericsson il formato con cui il sistema dice all’operatore il contenuto dei “system information” è riportato
immediatamente sotto.
CELL SYSTEM INFORMATION BCCH DATA
CELL
NO32D2
CB
MAXRET TX ATT
T3212 CBQ CRO
TO PT ECSC
NO
4 50 YES
20 HIGH 0
0 0 NO
ACC
CLEAR
Spiegazione delle sigle e traduzione dei messaggi.
CELL = Cell designation
Nome simbolico della BTS. In TIM si compone utilizzando la sigla automobilistica della provincia + 2 cifre
che servono come numero progressivo + la lettera D che sta per digital + 1 cifra che indica il numero della BTS
nel sito.
Il report successivo indica che nella BTS in questione viene distribuito solo il messaggio di system information 1, mentre il system information 7 ed 8 non vengono inviati.
CELL SYSTEM INFORMATION BCCH MESSAGE
DISTRIBUTION
CELL SIMSG MSGDIST
NO32D2 1 ON
7 OFF
8
OFF
Il prossimo report
indica che messaggi vengono inviati con i canali logici SACCH e BCCH.
CELL SYSTEM INFORMATION SACCH AND BCCH
DATA
CELL
NO32D2
ACCMIN CCHPWR CRH DTXU
RLINKT NECI MBCR
109 39 4 1
16 0 0
NCCPERM
2
Spiegazione delle sigle e traduzione dei messaggi.
CELL = Cell designation
Nome simbolico della BTS. In TIM si compone utilizzando la sigla automobilistica della provincia + 2 cifre
che servono come numero progressivo + la lettera D che sta per digital + 1 cifra che indica il numero della BTS
nel sito.
MBCR = Multi band cells reported.
Parametro significativo solo se il BSC opera in dual mode (900/1800).
Indica il numero di celle adiacenti che possono essere selezionate per effettuare un handover in quella banda
di frequenza.
Architettura della rete GSM
La struttura di base del GSM è stata razionalizzata in 3 entità di rete:
· Il Basa Station Sub – System (BSS), il sottosistema radio che rende possibile l’accesso al servizio
·
Il Network and Switching Sub – System (NSS), il
sottosistema che costituisce lo scheletro (backbone)
dell’infrastruttura di rete
·
L’Operation and Support Sub – System (OSS), il
sottosistema che realizza il centro gestionale di rete; e di cui fa parte il
sistema di gestione di Rete OMC (oggi noto come Centro di Regia);
Per completare il quadro bisogna
considerare inoltre la Mobile Station (MS), vista come l’unione del terminale
(MT) e della SIM (Subscriber Identity Mobile).
Il sottosistema BSS
Il sottosistema BSS (Base Station Subsystem) si occupa della parte radio del sistema e di conseguenza comprende le unità funzionali che consentono di fornire la copertura radio di un'area. Come vedremo poi un’area è costituita da una o più celle.
Nel BSS trovano posto due unità: Base Transceiver Station (BTS) e Base Station Controller (BSC). L'interfaccia di comunicazione tra le due entità, detta A-bis, è standardizzata.
MS Mobile Station
Una mobile station, comunemente detto “cellulare” è composto dai seguenti elementi: Mobile Termination (MT), Terminal Equipment (TE), Terminal Adapter (TA).
· L’MT supporta le funzioni relative alla codifica e decodifica della voce, alla gestione della segnalazione, ecc.
· Il TE è un terminale d’utente. Ad esempio un terminale dati.
· Il TA serve per usare MT con interfaccia ISDN e TE con interfaccia non ISDN.
Classi di potenza delle MS
Le MS sono classificate in base alla loro potenza di picco (nominale). Esistono 5 classi di potenza:
· Classe 1: 20 W di potenza
· Classe 2: 8 W di potenza
· Classe 3: 5 W di potenza
· Classe 4: 2 W di potenza
· Classe 5: 0.8 W di potenza.
E’ importante sottolineare che le MS devono essere in grado di variare la loro potenza di emissione su comando della BTS. Un esempio di passo per questo Power Control è di 2 dB.
Base Transceiver Station (BTS)
Con il termine BTS si indica l'unità funzionale costituita dall'insieme dei transceiver (ricetrasmettitori) e degli apparati
che consentono di fornire la copertura radio ad una cella. Le BTS gestiscono la comunicazione radio con le MS esplicando diverse funzioni, quali:
· Irradiare nella cella i messaggi di System Information sui canali BCCH e SACCH.
· Irradiare i messaggi di paging e ricevere le richieste di accesso sui canali RACH.
· Effettuare la codifica di canale (interleaving, codici convoluzionali, ecc.)
· Multiplare le informazioni sulle portanti radio secondo la tecnica TDMA/FDMA.
· Rice/trasmissione dei segnali radio da/verso le MS.
· Frequency Hopping.
· Eseguire le misure di qualità sui canali di segnalazione e traffico nella direzione up-link.
· Ricevere le misure di qualità sui canali di segnalazione e traffico nella direzione down-link.
· Inoltrare queste misure al BSC che le elabora e decide le operazioni da svolgere (handover, ecc.)
· Discontinuous Transmission (DTX).
· Dynamic Power Control (DPC).
· Antenna Diversity.
· Gestione degli algoritmi di cifratura.
Da un punto di vista funzionale una BTS può essere vista come l’insieme di più transceiver (ricetrasmettitori), e di una parte comune detta BCF (Base Common Function). I transceiver o TRX possono essere fino ad un massimo di 16.
A sua volta un transceiver si articola nelle seguenti parti:
1. TRXC (transceiver control), si occupa dello scambio di informazioni con il BSC secondo il protocollo LAPD su un canale di controllo a 64 kbit/s e controlla un TRX.
2. TX, (trasmettitore) si occupa dell’irraggiamento della portante nella direzione down-link, quindi funzioni quali la modulazione (GMSK).
3. RX, (ricevitore) si occupa della ricezione dei segnali delle MS nella cella e demodulazione.
4. TF, (timing function) esegue l’elaborazione del segnale digitale in banda base, che si effettua separatamente sugli otto time slots che si dividono una portante. Si occupa anche della funzione di commutazione necessaria per implementare il frequency hopping.
MSC/VLR
BSC
BTS MS
Canali PCM Canali GSM (16 kbit/s)
(64 kbit/s)
Trama PCM
(32 X 64 kbit/s= 2.048 Mbit/s)
31 0 1 2 3
4 5 6 7 31 0
TS0:
dedicato per allineamento
Per ogni portante servono
3
time slot.
0 1 2 3 4
5 6 7
Segnalazione
8
canali di traffico
(LAP-D)
su una portante
Fig.4 Corrispondenza
tra PCM e canali GSM per TRAU situato nel BSC.
MANAGED OBJECTS (MO)
Un caso di hardware reale: BTS Ericsson
Un MO è una rappresentazione logica di un’unità hardware e software presente nella BTS. Le unità hardware possono essere suddivise tra MO di classi differenti. Queste classi includono i Transceiver Group (TG), Central Function (CF) ·, Digital Path (DP) ·, Concetrator (CON), Transceiver Controller (TRXC), Transmitter (TX), Receiver (RX), Interface Switch (IS) ·, Timing Function (TF), e Timeslots (TS).
Un TG fa parte di un Transceiver Subsystem (TAS). Un TG normalmente è sinonimo di BTS, anche se in certe applicazioni più di una cella può essere connessa allo stesso TG che applica una funzione di sharing. La TF è sempre comune a tutte le BTS nello stesso TG.
Per ogni portante presente in una cella deve esserci un Transceiver (TRX). Il TRX contiene tutto l’equipaggiamento richiesto per trasmettere e ricevere sulla portante relativa.
Un BSC Ericsson può controllare al massimo:
· 512 celle interne ed esterne
· 2 subcelle per cella
· 16 gruppi di canali per cella
· 512 TG
· 4096 canali di traffico
· 32 frequenze per cella
· 256 TRH
· 1020 transceiver
Un TG consiste al massimo di 16 transceiver e può essere connesso ad un massimo di 16 celle. Un “channel group” può controllare 16 frequenze.
CONNESSIONE DI UN TRI (Transmission Radio Interface)
Il TRI è logicamente connesso al BSC ma fisicamente si trova nella RBS. Svolge la funzione di “cross-connect” digitale che serve a commutare i canali PCM a 64 kbit/s su di un TRXC.
Il TRI consiste nelle parti seguenti:
· Exchange Terminal Board (ETB) – che è l’interfaccia tra un link PCM e il selettore radio Radio Transceiver Terminal (RTT)
· RTT – che è l’interfaccia tra il selettore radio ed un certo numero di radio transceiver. L’RTT può supportare 4 transceiver con 3 time slots ciascuno.
· Il Time Switch (TSW) – che provvede alle funzioni di di commutazione, sincronizzazione e generazione del clock.
STRUTTURA DI UNA BTS MODELLO G01 (RBS 200)
RBS
ETB= Exchange Terminal Board
EMRP= Extension Module
Regional Processor
RILT= Radio Interface Line Terminal
STR= Signalling Terminal Remot
Fig. 5
Base Station Controller (BSC)
Nel sistema E-TACS tutto il lavoro di gestione delle RBS e di commutazione è svolto dall’MSC. Poiché nel sistema GSM le varie procedure e i vari protocolli implementati renderebbero troppo oneroso il carico elaborativo di un solo calcolatore, o troppo costosa la sua realizzazione, si è deciso di scorporare la gestione della parte nel BSC.
Il controllore delle stazioni radio base (BSC) governa il funzionamento di uno o più BTS, gestisce i parametri dei canali radio, le varie procedure (instaurazione e rilascio delle connessioni), il frequency-hopping, gli handover interni e altro ancora. Fornisce la connessione tra una unità mobile (MS) e il centro di commutazione (MSC).
La connessione BTS-BSC, quando non sono co-locati, è assicurata da una linea dedicata PCM a 2,048 Mbit/s che mette a disposizione 32 canali a 64 Kbit/s. Dato che la codifica vocale utilizzata dal GSM è diversa da quella PCM occorre un particolare dispositivo, detto TRAU (Transcoder Rate Adapter Unit), che realizzi un adattamento o transcodifica dalla codifica GSM (13 Kbit/s netti; 16 Kbit/s compresa la ridondanza per la codifica di linea) alla codifica PCM (64 Kbit/s).
La transcodifica può avvenire nel BSC (TRAU installato nel BSC) in modo da multiplare quattro canali di traffico GSM in un canale PCM e quindi fruttare in modo migliore la connessione BTS-BSC (transcodifica remota); oppure direttamente nella BTS (TRAU installato nella BTS), conveniente solo nel caso di co-locazione BTS-BSC (transcodifica locale). In futuro è previsto lo spostamento del TRAU in MSC/VLR in modo da ottimizzare lo sfruttamento dei flussi a 2.048 Mbit/s.
E' necessario un canale di segnalazione per ogni portante radio (TRXC), cioè 8 canali TCH.
Nel caso della transcodifica remota il canale PCM trasporta fino a 10 portanti radio (TRXC), cioè ben 80 canali TCH, usando (2+1)x10=30 TS (in questo caso per una portante TRXC occorrono 2 TS per i canali TCH e 1 per le segnalazioni).
Il sottosistema NSS
L’insieme dell’MSC, VLR, HLR, AUC ed EIR costituisce l’NSS.
MSC/VLR (Mobile services Switching Centre/Visitor Location Register)
In MSC vengono realizzate le funzioni di commutazione telefonica, l’attuazione dei servizi supplementari, la generazione dei record di tassazione (TTFILE00), la segnalazione verso il BSS.
Entrando un po’ più nel dettaglio si può affermare che le funzioni fondamentali di un MSC/VLR (le due entità nella pratica sono integrate in un unico nodo hardware) sono:
· La gestione delle connessioni
· La gestione della mobilità
· La gestione del protocollo BSSMAP che consente di coordinare il paging, l’handover tra BTS facenti capo a BSC diversi, la cifratura delle informazioni sulla tratta radio, l’autenticazione degli accessi
· Le procedure di segnalazione in CCSS n° 7 per lo scambio d’informazioni tra MSC ed HLR
· Le linee PCM sia verso i BSC, sia verso altri MSC, sia verso nodi gateway di altre reti come la PSTN/ISDN, la rete Wind, OPI ecc.
Un MSC ha in carico una certa area del territorio e deve servire tutte le MS che transitano in quell’area. Le MS in questione sono semplicemente “in visita” nell’area servita dal VLR. Per questo motivo il database è denominato Visitor Location Register (VLR).
E’ evidente che quando una MS entra nell’area servita da un VLR, quest’ultimo deve richiedere le informazioni necessarie per servire l’utente ad un altro database, denominato HLR, nel quale sono memorizzati permanentemente i dati degli utenti. Quando la MS lascia l’area servita dal VLR, le relative informazioni di utente possono essere cancellate dal VLR stesso. Un VLR Ericsson può servire fino a 200.000 utenti contemporaneamente.
HLR (Home Location Register)
Il sistema GSM consente di avere più gestori, è perciò necessario distinguere tra gli utenti che hanno sottoscritto un abbonamento presso un gestore piuttosto che un altro.
Ciascun gestore memorizza i dati degli utenti in un database che i vari VLR possono interrogare in tempo reale. Questo database è l’HLR che contiene, tra l’altro, le informazioni necessarie per risalire alla localizzazione degli utenti di un certo gestore.
L’HLR di un gestore deve quindi conoscere, per ogni suo utente, qual è l’identificativo del VLR presso cui la MS è registrata come “visitor”. Questa informazione serve per instradare una chiamata e deve sempre essere aggiornata.
Per via della mobilità degli utenti, il numero di telefono (MSISDN) non consente di determinare direttamente la posizione di una MS. Per questo motivo nel sistema GSM viene associato ad ogni utente mobile un identificativo, denominato IMSI, il quale costituisce una specie di puntatore per la ricerca dei dati di utente all’interno dei database HLR e VLR.
L’HLR memorizza sia l’MSISDN che l’IMSI.
AUC (Authentication Centre)
L’HLR deve memorizzare non solo i dati di abbonamento e di localizzazione, ma anche i parametri di sicurezza, che consentono di autenticare un utente e di cifrarne le informazioni da inviare sulla tratta radio.
Il compito di calcolare, tramite degli appositi algoritmi, i parametri in questione è demandato ad una unità funzionale denominata AUC. In genere l’AUC, dal punto di vista hardware, è integrato nell’HLR.
I parametri di sicurezza sono dati da un insieme di tre elementi che viene indicata come tripletta. Ogni tripletta è associata ad un ben preciso IMSI e costituisce così un dato dinamico di utente.
EIR (Equipment Identity Register)
L’EIR è la banca dati che contiene informazioni relative ai terminali radiomobili (MT), identificati con una matricola, univoca a livello mondiale, detta IMEI (international mobile equipment identity).
Questa banca dati è interrogata dalle MSC per verificare il corretto uso dei terminali; in particolare, con una black list può essere inibita la possibilità di operare a terminali di provenienza fraudolenta, anche se il cliente è in possesso di una SIM card del tutto regolare.
Il sottosistema di gestione (OSS)
Il sistema di gestione concentra tutte le funzioni di esercizio e manutenzione tipiche degli impianti di commutazione.
Normalmente ogni nodo della rete (MSC, BSC, ecc.) ha la capacità di effettuare, tramite terminali di gestione dedicati, tutte le operazioni locali utili ad assicurare una corretta manutenzione degli impianti. Nella rete GSM è previsto comunque un livello di esercizio gerarchicamente superiore a quello locale. Per tale motivo l’OSS (o Centro di Regia in ambito regionale, mentre NMC in ambito nazionale) si collega, tramite circuiti specializzati, (rete DCN/IP e rete X.25) con tutte le entità presenti nella rete, esclusi i terminali radiomobili; concentra i dati di supervisione, gli allarmi, il traffico, le statistiche ed anche la documentazione addebiti da trasmettere successivamente i CED per la tassazione.
L’OSS genera statistiche, report e visualizza al personale preposto lo stato degli impianti per una supervisione continua del servizio. Esso consente, infine, di collegarsi con i diversi nodi, al fine di operare come terminale remotizzato dei singoli impianti.
La struttura della rete GSM
N
Note sulla rete di trasporto SDH
Generalità
La rete di trasporto TIM è il complesso di tecnologie, apparati, impianti e sistemi necessari per fornire il servizio di trasporto di flussi alle seguenti reti utilizzatrici: reti radiomobili (TACS, GSM 900 e 1800); rete intelligente; rete di gestione; reti di radioavviso; rete di customer care; ed eventualmente, ove ciò risultasse economicamente vantaggioso, rete fonia/dati aziendale e rete dealer.
Architettura di rete
Sia la rete TACS che la rete GSM, che saranno le componenti di maggior peso della rete di trasporto nella funzione di utilizzatori, sono strutturate su due livelli:
· Rete inter – MSC
in estensione locale e nazionale, avente struttura gerarchica articolata sul livello delle MSC/VLR, connesse localmente fra loro ma anche a centrali di PSTN e di altri gestori.
· Rete di accesso
formata da sottoreti con estensione locale ed aventi struttura topologica a stella, semplice o doppia (SRB/BTS convergenti verso il centro stella costituito da MSC/BSC; BSC convergenti verso il centro stella costituito da MSC).
Pertanto anche l’architettura della rete di trasporto sarà articolata su due livelli:
· Rete di accesso, costituita da sottoreti con estensione pressochè regionale, dedicate alla raccolta ed all’affasciamento di esigenze trasmissive locali distribuite sul territorio;
· Rete inter – nodale, costituente l’infrastruttura per la gestione integrata e flessibile delle risorse trasmissive richieste a livello nazionale tra punti della rete TIM.
Evoluzione della rete
Anche prescindendo da modifiche strutturali delle reti TACS e GSM, la rete di trasporto TIM è comunque destinata ad assumere una struttura propria.
Tale struttura sarà realizzata in due parti:
1. Rete inter – nodale;
2. Rete di accesso.
Rete inter – nodale
I principali requisiti per la rete inter – nodale sono:
Costituire ciascuna relazione trasmissiva mediante l’impiego di soli mezzi sincroni ad alta capacità;
Compensare la diminuzione dell’affidabilità dei collegamenti trasmissivi conseguente dall’affasciamento dei flussi (es. mettendo le doppie vie).
Rete di accesso
Il livello di accesso sarà costituito da sottoreti locali (mediamente una per PTR), ciascuna costituita da un certo numero di nodi trasmissivi di accesso e da uno o più nodi principali, tipicamente colocati con le entità centralizzate (MSC e BSC). Su ognuno dei nodi di accesso convergeranno le esigenze trasmissive di tutte le entità di reti TIM dislocate in ambito territoriale corrispondenti all’incirca ad una provincia amministrativa; da ciascun nodo, attraverso collegamenti ad alta velocità (VC – 4 o TUG – 3), tali esigenze saranno trasportate fino al nodo principale.
Con l’adozione dei nodi di accesso, diminuisce sensibilmente la lunghezza dei collegamenti a 2 Mbit/s di SRB e BTS, sicché risulta tecnicamente praticabile l’impiego di ponti radio a frequenze superiori a 10 GHz.
I nodi di accesso saranno baricentrici rispetto ad aree di aggregazione di BTS/SRB, quindi coincideranno, verosimilmente con le principali città italiane che, in linea di massima equivale a posizionare un nodo in ogni capoluogo di provincia; grossomodo sono previsti 80 o 90 nodi.
Prendendo in considerazione tali nodi sotto l’aspetto della rete di raccolta GSM (ipotizzando circa 6 ÷ 10 portanti per flusso 2 Mbit/s), il dimensionamento che ne risulta è pari ad una concentrazione sul nodo di portanti GSM in numero variabile fra 48 e 200.
Ciò porta a considerare i nodi così identificati come potenziale punto di installazione di BSC di dimensioni medio – piccole.
2 Mbit/s
( A
)
155 Mbit/s
( B )
( C ) 155 Mbit/s
155 Mbit/s ( E )
Sito remoto
( F_1 )
2 Mbit/s
BTS_ 1
BTS_ 2
( F_ 2 )
Resto rete
TIM
Fig. 6 Una possibile architettura della rete GSM (nessuna protezione di linea è indicata)
Tipologie di apparati SDH
Gli apparati SDH forniscono le funzionalità per la multiplazione, la permutazione e la trasmissione elettrica e ottica dei segnali.
Ogni apparato SDH, indipendentemente dalla sua realizzazione fisica, può essere schematizzato come la combinazione di un insieme di funzioni base.
ADM (Add Drop Multiplexer)
Questi apparati vengono usati quando è consentita l’inserzione e/o l’estrazione dei flussi tributari in/da un flusso aggregato STM – N in transito. Sono cioè processati e terminati solo alcuni VC (Virtual Container) lasciando passare inalterato il resto del traffico.
Sono anche presenti funzioni di permutazione in modo da poter riconfigurare dinamicamente l’organizzazione della trama per inserire i nuovi tributari o semplicemente per permutare i VC in transito.
La principale applicazione degli ADM è nella rete di accesso dove, tipicamente collegati nella conveniente struttura ad anello, svolgono funzioni di raccolta del traffico.
DXC (Digital Cross – Connect) o RED (Ripartitore Elettronico Digitale)
Le funzioni dei RED sono analoghe aquelle degli ADM da cui si differiscono per la loro capacità in termini di STM – 1 equivalenti, che si traduce nella possibilità di gestire un maggior numero di direttrici (struttura a maglia piuttosto che ad anello).
Esistono svariate versioni di RED 4/3/1, caratterizzate dal particolare numero di porte STM – 1 equivalenti equipaggiabili sull’apparato. Gli apparati utilizzati per la rete trasmissiva TIM sono nella versione a 32 e 64 porte STM – 1 equivalenti.
Allarmistica degli apparati SDH
Gli allarmi che possiamo trovare su apparati SDH sono del seguente tipo:
· AIS, alarm indicator signal
· RDI, remote defect indication
· REI, remote error indication
· LOS, loss of signal
· LOF, loss of frame
· LOM, loss of multiframe
· LOP, loss of pointer
· TIM, trace identifier mismatch
· SLM, signal label mismatch
Il segnale RDI indica un guasto in ricezione sul terminale remoto.
Gli errori sul codice di controllo della trama vengono indicati con REI.
I segnali più gravi: mancanza segnale (LOS), perdita di allineamento (LOF), perdita del puntatore (LOP), incompatibilità del Signal Label o del Trace identifier, provocano AIS a valle e verso i livelli inferiori, ed RDI a ritroso verso il trasmettitore.
Appendice 1 - Gerarchia di multiplazione sincrona SDH
Generalità
La gerarchia digitale sincrona (Synchronous Digital Hierarchy, SDH) ha come obiettivo principale quello di poter disporre, sia livello trasmissivo sia a livello gestionale, di interfacce compatibili tra apparati di costruttori diversi e nel contempo di semplificare le tecniche di multi – demultiplazione al fine di individuare nel modulo di trama un generico flusso (a qualsiasi velocità) senza dover demultiplare completamente il segnale.
Definizioni
Le strutture numeriche della gerarchia di multiplazione sincrona sono definite nelle raccomandazioni G.708 e G.709 dell’ITU – T.
Nei contenitori virtuali, nelle unità tributarie, nelle unità amministrative e nel modulo di trasporto sincrono si possono individuare due aree: una costituisce la capacità utile trasportata; l’altra, invece, è la capacità di servizio (overhead), che svolge funzioni diverse a secondo della struttura numerica in cui è inserita.
Riportiamo di seguito la definizione delle strutture numeriche:
· Contenitori (Container, C): sono le strutture numeriche elementari che contengono il payload informativo del livello circuito (tributario) da trasportare fra i punti terminali di un percorso (path).
C
Fig. 6 Rappresentazione di un container
· Contenitori virtuali (Virtual Container, VC): sono le strutture numeriche utilizzate come supporto per le connessioni a livello di percorso; in pratica è costituito da un Container con l’aggiunta di un byte POH, cioè una etichetta che serve per funzioni di controllo (allarmistica, identificazione del tipo di carico, ecc.)
POH
C VC
Fig. 7 Rappresentazione di Virtual Container
· Unità tributarie (Tributary Unit, TU): sono strutture numeriche costituite da una capacità utile trasportata pari ad un Virtual Container e da una capacità di servizio costituita dal puntatore di TU.
POH
Puntatore del TU
C TU
Fig. 8 Rappresentazione dell’unità
tributaria
·
Gruppi di unità
tributarie (Tributary Unit Group, TUG): dalla multiplazione di più TU,
realizzata interlacciandole byte a
byte, si ottengono queste strutture numeriche.
TU
TUG TU
TU Fig. 9
Rappresentazione di un TUG
·
Unità
amministrativa (Administrative Unit, AU): sono le strutture numeriche
impiegate per l’adattamento del livello di percorso (VC) al livello di sezione
di multiplazione. Sono costituite da un VC e dal puntatore di AU.
Pointer V C Fig.10
Rappresentazione di una AU
· Gruppi di unità amministrative (Administrative Unit Group, AUG): sono strutture numeriche con funzioni analoghe a quelle dei TUG.
· Modulo di trasporto sincrono (Synchronous Transport Module, STM): sono le strutture numeriche che costituiscono il supporto per il livello di sezione della rete SDH; sono in effetti le trame dei diversi ordini gerarchici della gerarchia sincrona. L’STM – N contiene N AUG multiplate byte a byte.
RSOH
AUG
STM í
MSOH
Fig. 11 Rappresentazione di un STM
a blocchi.
Appendice 2 - Struttura della trama di multiplazione
L’SDH è organizzato su livelli gerarchici e la struttura di trama di ordine N (N=1, 4, 16 e 64 sono quelli ad oggi standardizzati) è detta modulo di trasporto sincrono di livello N (Synchronous Transport Module level N, STM – N).
Alla trama del modulo STM – N, il cui periodo è di 125 μs, si può far corrispondere per comodità di rappresentazione, una matrice di 9 righe e 270 * N colonne i cui elementi sono byte.
L’ordine di trasmissione dei byte di tale matrice è per righe, da sinistra verso destra e dall’alto verso il basso.
La trama del modulo STM – 1 ha pertanto una frequenza di cifra pari a:
9 * 270 * 8 bit
= 155,52 Mbit/s
125 μs
I livelli gerarchici superiori sono definiti come multipli interi dello stesso STM – 1, STM – N avrà una frequenza di cifra pari a:
155,520 * N
dove se poniamo N uguale a 4 si ha:
155,520 * 4 = 622,08 Mbit/s
che altri non è che la frequenza di cifra del flusso SDH gerarchicamente superiore.
Schema di multiplazione
Lo schema generale di multiplazione dell’SDH mostra le relazioni fra le varie strutture numeriche introdotte in precedenza.
Nella figura successiva è riportato solo quello relativo al 2.048 Mbit/s per facilità di lettura.
AUG x N STM - N
x 3
VC – 3 AU - 3
x 7
TUG
- 2
multiplazione
x
3
C –12 VC –
12 TU – 12
allineamento
mappatura
2.048 Mbit/s PDH
fig.12[i]
Multiplazione di un flusso PDH a 2.048 Mbit/s in un flusso SDH di ordine N
Bibliografia
L.
Tommasini, Sistemi Radiomobili Terrestri,
Sarin, Torino, 1990
Cellular Mobile Telephone
System CME20, Ericsson
System Description
O.
Bertazioli, L. Favalli, GSM, Hoepli,
Milano, 1996
Attilio
Achler, Easy GSM, Scuola Superiore
G.Reiss Romoli, L’Aquila, 1997
Note
tecniche varie, TIM.