Definizione di un protocollo MAC per il sistema radiomobile UMTS con trasmissione duplex a divisione di tempo
Autore
Marco Belleudi - Università degli Studi di Roma La Sapienza - [1998-99]
Documenti
Abstract
L’utilizzo dei sistemi radiomobili ha raggiunto in questi ultimi anni un incremento che forse nessun altro prodotto della tecnologia ha mai avuto prima, soprattutto in relazione al tempo in cui il così detto “cellulare” si è tramutato da bene pregiato a prodotto di massa .
Il successo avuto in tal senso dal sistema TACS prima, e da quello GSM poi, risulta essere in questo fine secolo un ottimo trampolino di lancio per i progetti di sviluppo di nuovi sistemi di sfruttamento dell’etere per le comunicazioni tra utenti mobili; il principale obiettivo di questi nuovi progetti è quello di consentire all’utente di avere accesso a una gamma di servizi che risulti essere la più variegata e completa possibile, cercando sia di coprire le esigenze relative a comunicazioni di tipo telefonico, che di mettere a disposizione dell’utente un mezzo di lavoro con cui poter scambiare informazioni nelle forme più disparate; si arriva quindi a individuare l’esigenza di una integrazione dei servizi che da sempre viene ricercata come una chimera da tutto il mondo delle telecomunicazioni.
Nasce in tale prospettiva il progetto del sistema denominato UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Alla progettazione di tale sistema stanno contribuendo vari Enti di diverse nazionalità: l’ETSI (europeo), ARIB e TTC (giapponesi), TTA (coreana), CWTS (cinese) e ANSI-T1 (americana); la cooperazione di tali enti avviene all’interno di quello che potremmo definire un gruppo di inter-lavoro che va sotto il nome di 3GPP (3rd Generation Partnership Project).
Il progetto del sistema UMTS coinvolge tutte le sezioni di rete che sono utilizzate da una generica trasmissione, a partire dall'utente mobile sino ad arrivare ai nodi di scambio tra la rete UMTS e una generica rete esterna; in tal senso l’architettura del sistema UMTS rispecchia quasi fedelmente l’organizzazione della rete GSM: ciò vuol dire che possiamo considerare la presenza dei medesimi organi di controllo della trasmissione, nonchè degli stessi sistemi di gestione della copertura cellulare e della localizzazione delle Mobile Station. Il punto di partenza per la definizione del sistema UMTS è stato quindi quello di prelevare lo “scheletro” dell’architettura del sistema GSM, ridiscutendo principalmente i protocolli utilizzati e le funzionalità dei vari sistemi componenti.
Il sistema UMTS ha un impatto critico sul progetto dell’interfaccia radio in quanto richiede la possibilità di smaltire elevati ritmi di trasmissione dati; il desiderio è quello di consentire trasmissioni sino a 2 Mbit/s per utenti con copertura da interni e un ritmo pari a 144 e 384 kbit/s per utenti mobili con velocità rispettivamente veicolare e pedonale: è chiara la sostanziale differenza che esiste tra questi valori, atti a consentire trasmissione di immagini e di dati ad alto ritmo, e quelli attualmente consentiti dal sistema GSM (12 , 6 o 3.6 kbit/s).
E’ ovvio, quindi, che deve essere quasi completamente ripensata la modalità di gestione dell’interfaccia radio; risulta essere quindi un punto di particolare interesse l’analisi delle problematiche che riguardano la parte più esterna della rete, quella che gestisce appunto l’accesso radio: nasce così l'utilizzo simultaneo delle tecniche di multiplazione CDMA e TDMA.
Il progetto del sistema UMTS ha come fine ultimo quello di creare una rete di comunicazione radiomobile che risulti essere parte integrante della rete di tutte le reti (Internet ): il problema fondamentale è che l’accesso radio può in genere risultare il “collo di bottiglia” di un generico percorso di rete, in quanto non riesce a garantire alte prestazioni in termini di ritmo di smaltimento del traffico e in termini di probabilità d’errore. E’ per tale motivo che il progetto dell’interfaccia radio ha subito sostanziali modifiche rispetto al GSM ,ed ha richiesto di conseguenza la costruzione ex-novo dei protocolli di comunicazione tra i vari strati.
Nel mio lavoro ho cercato di trovare le soluzioni più opportune per realizzare il protocollo MAC utilizzato nel UMTS, risolvendo quindi tutte le questioni riguardanti le modalità con cui un utente cerca di accedere al sistema e, soprattutto, come il sistema cerca di gestire la banda che ha a disposizione per consentire lo svolgimento efficiente dei trasferimenti dati richiesti.
Il successo avuto in tal senso dal sistema TACS prima, e da quello GSM poi, risulta essere in questo fine secolo un ottimo trampolino di lancio per i progetti di sviluppo di nuovi sistemi di sfruttamento dell’etere per le comunicazioni tra utenti mobili; il principale obiettivo di questi nuovi progetti è quello di consentire all’utente di avere accesso a una gamma di servizi che risulti essere la più variegata e completa possibile, cercando sia di coprire le esigenze relative a comunicazioni di tipo telefonico, che di mettere a disposizione dell’utente un mezzo di lavoro con cui poter scambiare informazioni nelle forme più disparate; si arriva quindi a individuare l’esigenza di una integrazione dei servizi che da sempre viene ricercata come una chimera da tutto il mondo delle telecomunicazioni.
Nasce in tale prospettiva il progetto del sistema denominato UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Alla progettazione di tale sistema stanno contribuendo vari Enti di diverse nazionalità: l’ETSI (europeo), ARIB e TTC (giapponesi), TTA (coreana), CWTS (cinese) e ANSI-T1 (americana); la cooperazione di tali enti avviene all’interno di quello che potremmo definire un gruppo di inter-lavoro che va sotto il nome di 3GPP (3rd Generation Partnership Project).
Il progetto del sistema UMTS coinvolge tutte le sezioni di rete che sono utilizzate da una generica trasmissione, a partire dall'utente mobile sino ad arrivare ai nodi di scambio tra la rete UMTS e una generica rete esterna; in tal senso l’architettura del sistema UMTS rispecchia quasi fedelmente l’organizzazione della rete GSM: ciò vuol dire che possiamo considerare la presenza dei medesimi organi di controllo della trasmissione, nonchè degli stessi sistemi di gestione della copertura cellulare e della localizzazione delle Mobile Station. Il punto di partenza per la definizione del sistema UMTS è stato quindi quello di prelevare lo “scheletro” dell’architettura del sistema GSM, ridiscutendo principalmente i protocolli utilizzati e le funzionalità dei vari sistemi componenti.
Il sistema UMTS ha un impatto critico sul progetto dell’interfaccia radio in quanto richiede la possibilità di smaltire elevati ritmi di trasmissione dati; il desiderio è quello di consentire trasmissioni sino a 2 Mbit/s per utenti con copertura da interni e un ritmo pari a 144 e 384 kbit/s per utenti mobili con velocità rispettivamente veicolare e pedonale: è chiara la sostanziale differenza che esiste tra questi valori, atti a consentire trasmissione di immagini e di dati ad alto ritmo, e quelli attualmente consentiti dal sistema GSM (12 , 6 o 3.6 kbit/s).
E’ ovvio, quindi, che deve essere quasi completamente ripensata la modalità di gestione dell’interfaccia radio; risulta essere quindi un punto di particolare interesse l’analisi delle problematiche che riguardano la parte più esterna della rete, quella che gestisce appunto l’accesso radio: nasce così l'utilizzo simultaneo delle tecniche di multiplazione CDMA e TDMA.
Il progetto del sistema UMTS ha come fine ultimo quello di creare una rete di comunicazione radiomobile che risulti essere parte integrante della rete di tutte le reti (Internet ): il problema fondamentale è che l’accesso radio può in genere risultare il “collo di bottiglia” di un generico percorso di rete, in quanto non riesce a garantire alte prestazioni in termini di ritmo di smaltimento del traffico e in termini di probabilità d’errore. E’ per tale motivo che il progetto dell’interfaccia radio ha subito sostanziali modifiche rispetto al GSM ,ed ha richiesto di conseguenza la costruzione ex-novo dei protocolli di comunicazione tra i vari strati.
Nel mio lavoro ho cercato di trovare le soluzioni più opportune per realizzare il protocollo MAC utilizzato nel UMTS, risolvendo quindi tutte le questioni riguardanti le modalità con cui un utente cerca di accedere al sistema e, soprattutto, come il sistema cerca di gestire la banda che ha a disposizione per consentire lo svolgimento efficiente dei trasferimenti dati richiesti.
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