Sistemi di Comunicazione Soggetti a Pianificazione

Il gruppo EML2 orienta la sua attività di pianificazione di reti wireless su differenti sistemi, dal momento che differenti ed eterogenei sono i sistemi di comunicazione di tipo wireless diffusi e quotidianamente utilizzati al giorno d’oggi. Vi è pertanto la necessità di pianificare accuratamente ciascuna tipologia di rete riferendosi alle caratteristiche specifiche di ciascuno standard.
La pianificazione della copertura di una rete wireless, così come la pianificazione del posizionamento ottimo delle BS, della configurazione elettrica delle antenne e della loro orientazione nonché della Qualità di Servizio (QoS) offerta agli utenti sono solo alcune delle nostre attività di pianificazione.
Per chiarire meglio l’area scientifica di nostro interesse, proponiamo una breve review dei differenti sistemi wireless da noi solitamente esaminati in ambito di pianificazione. La figura sotto riportata rappresenta appunto una ideale linea evolutiva delle più note tecnologie wireless.

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Sistemi Wireless 2G

Le reti cellulari di seconda generazione (2G) usano i formati di modulazione digitale e le tecniche di accesso multiplo TDMA-CDMA/FDD. Fra queste tipologie di sistemi, vi sono tre standard TDMA e uno standard CDMA:
1.    GSM (Global System Mobile) che supporta otto utenti suddivisi in time slot per ciascuno dei canali radio a 200kHz e che è stato largamente dislocato su scala mondiale.
2.    IS-136 (Interim Standard 136) anche conosciuto come D-AMPS o NADS  (North American Digital Cellular Standard) per via del suo uso nell’area nord americana.
3.    PDC (Pacific Digital Cellular), un sistema TDMA giapponese simile all’IS-136.
4.    IS-95 (Interim Standard 95) che è il popolare standard CDMA di tipo 2G, anche noto come CDMA-One, che supporta fino a 64 utenti (con codifica ortogonale e trasmissione simultanea su ciascuno dei canali da 1.25MHz).
Questi sistemi si basano su modulazioni digitali e sulle prime tecniche sofisticate (se comparate a quelle dei sistemi di prima generazione) di digital signal processing sia nei ricevitori mobili (MS) che nelle stazioni radio base (BS o SRB).
Solitamente, le reti 2G sono impostate e successivamente dislocate per servizi di telefonia mobile convenzionali. Tutte queste reti richiedono una specifica pianificazione in termini di copertura del segnale per l’area geografica che deve essere servita mediante il servizio da essi offerto.

Sistemi Wireless 2.5G

I sistemi 2G presentano alcune limitazioni: le trasmissioni dati sono solitamente limitate dal massimo data throughput rate di un singolo utente (poiché le tecnologie 2G usano la commutazione a circuito che limita il flusso dati verso ciascun utente) e si possono raggiungere data rate non superiori a 10kbps (troppo lenti per applicazioni di navigazione Internet rapida e per lo scambio di e-mail). Come conseguenza di ciò, sono stati sviluppati nuovi standard incentrati sui dati (definiti appunto di generazione 2.5, o 2.5G per brevità) per fornire supporto a moderne applicazioni Internet-based e trasmissioni con data-rate in generale maggiori. Il Web browsing (e un nuovo protocollo che lo favorisce, denominato Wireless Applications Protocol, WAP), il traffico e-mail, il mobile-commerce, i servizi mobili di tipo location-based sono solo alcune delle più comuni applicazioni ora attuabili e sfruttabili grazie ai sistemi 2.5G. Sono stati sviluppati 3 differenti “percorsi” di aggiornamento per passare dai sistemi 2G a quelli 2.5G.
1.    HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) per il GSM 2.5G è una tecnologia a commutazione di circuito che permette ai singoli utenti mobili di usare time slot consecutivi nello standard GSM.
2.    GPRS (General Packet Radio Service) per il GSM 2.5G e per l’IS-136 2.5G è una rete a commutazione di pacchetto adatta per l’uso non real-time di Internet (recupero di e-mail, fax, navigazione web asimmetrica, ossia dove il download è predominante rispetto all’upload, …).
3.    EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution) per il GSM 2.5G e per l’IS-136 2.5G (spesso visto già come un vero e proprio sistema di generazione successiva, ossia di tipo 3G) è un ulteriore avanzamento dello standard GSM e richiede l’installazione di componenti hardware e software aggiuntive alle BS esistenti. L’EDGE è stato sviluppato per avere una tecnologia di sviluppo da usare come piattaforma comune verso nuove reti 3G di accesso con data rate molto elevati.

Sistemi Wireless 3G

I sistemi 3G offrono nuovi tipi di accesso wireless: accesso Internet multi-megabit, comunicazioni VoIP, aumento della capacità di rete, audio e video streaming… Fra gli altri, citiamo il 3G W-CDMA Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) che è una interfaccia standard che assicura retrocompatibilità verso gli standard 2G e 2.5G. L’UMTS è stato sviluppato per servizi packet-based continui (e non asimmetrici come l’EDGE) in modo da consentire a dispositivi eterogenei di utilizzare la medesima rete in maniera continuativa. Ovviamente esistono anche altre tipologie di sistemi 3G ma in questo contesto illustrativo preferiamo esaminare più in dettaglio gli aspetti relativi alla pianificazione di rete: in aggiunta alla pianificazione della copertura (aspetto tipico della pianificazione per sistemi 2G), ci sono nuovi e più complessi scenari da considerare: Qualità del Servizio (QoS) da garantire in una data area (dovuta alle richieste di traffico ad alto data rate provenienti dagli utenti); procedure di handover (o handoff) avanzato per trasferire chiamate o sessioni di trasferimento dati già in corso da un canale ad un altro fra quelli connessi alla rete (solitamente nella fase di passaggio fra celle di copertura diverse); differenti comportamenti della rete nelle tratte downlink e uplink (dovute al diverso tipo di utilizzo da parte degli utenti dei servizi messi a loro disposizione dai vari provider nelle fasi di web surfing). Tutti questi aspetti necessitano di accorta pianificazione e richiedono formulazioni analitiche ad hoc.

Sistemi Broadband Wireless Access

La necessità di disporre di connettività a banda larga in maniera economica, rapida e facilmente dislocabile in una qualunque area geografica (ma specialmente in quelle nazioni emergenti contraddistinte da un pesante digital divide) o l’esigenza di avere connettività wireless a banda larga in zone dove i tradizionali servizi di connettività broadband cablati non possono essere dislocati causa raggiunta saturazione, causa costi elevati o causa presenza di vincoli edilizi di vario tipo conducono all’adozione e diffusione dei sistemi di tipo Broadband Wireless Access (BWA).
Questi sistemi – anche noti come Fixed (Broadband) Wireless Access (FWA) o Mobile (Broadband) Wireless Access  (MWA) a seconda che essi abbiano anche alcune ulteriori caratteristiche tipiche dei sistemi mobili come la mobilità la nomadicità… – sono adatti per la dislocazione rapida di servizi di connettività wireless a banda larga in molteplici contesti e questo approccio sta diventando sempre più usato in collegamenti di tipo “ultimo miglio” come quelli normalmente serviti dalle reti cablate di tipo xDSL. Il maggior vantaggio di questi sistemi è rappresentato dalla natura tempo-invariante e ben definita del canale di propagazione fra il trasmettitore fisso (BS) e i ricevitori (solitamente anch’essi fissi, definiti Subscriber Station, SS).
Questo è il caso dello standard IEEE 802.16 anche noto come WiMAX, che è un sistema (fisso o mobile) di connettività a banda larga di tipo wireless con aree di copertura nell’ordine di alcuni km su settori sia licenziati che non licenziati dello spettro delle frequenze. Solitamente le reti WiMAX forniscono  connettività a utenze domestiche e sono complementari al Wi-Fi (le SS di tipo WiMAX abilitano la connessione alla rete principale; tale connessione viene poi sfruttata da una serie di hot spot Wi-Fi). Anche le reti WiMAX richiedono un’accurata pianificazione della copertura.

Altri sistemi

L’attività di pianificazione del gruppo EML2 copre anche altre tipologie di sistemi di comunicazione wireless come ad esempio lo standard IEEE 802.11 (Wi-Fi) e i sistemi RFId (di Identificazione a Radio Frequenza).