Parafrasi
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PARAFRASI
Questa tesi vuole essere uno strumento utile, per tutti coloro che intendo approfondire
la loro conoscenza sulla recente tecnologia WiBro, la tecnologia per reti ad accesso
wireless mobile broadband realizzata in Corea del Sud. Scopo di questa tesi non è quello
di effettuare un’analisi esclusivamente tecnica dello standard, ma il tentativo di offrire
una visione più completa ed estesa della tecnologia WiBro. La tesi inizia con
un’introduzione ai servizi wireless a larga banda fornendo una panoramica generale dei
più importanti progetti realizzati, o in via di realizzazione. Ci si concentrerà quindi sullo
sviluppo delle tecnologie di comunicazione avvenuta in Corea del Sud per comprendere
meglio l’ambiente dal quale è nata la tecnologia WiBro e soprattutto i motivi, anche
economici, che hanno spinto alla realizzazione di questo servizio.
Nel secondo capitolo, verrà dunque analizzata tale tecnologia, partendo della nascita
del progetto, dalla descrizione del suo processo di standardizzazione ed esaminando la
possibile compatibilità dello standard WiBro con lo standard IEEE 802.16e (WiMAX
mobile). Si passerà in seguito all’analisi più tecnica del WiBro partendo dalla definizione
del modello di riferimento e dell’architettura di base della rete, per poi passare ad una
descrizione generale delle qualità specifiche della tecnologia. Tra le specifiche si
Parafrasi
VII
analizzerà la copertura del servizio, la mobilità sostenuta, il processo di handover, le
classi di servizio, l’efficienza spettrale, il data rate di trasmissione ecc. In un secondo
momento si effettuerà un’analisi più dettagliata su alcune delle caratteristiche
fondamentali del WiBro, descrivendo la multiplazione OFDMA, il TDD, la struttura del
frame, l’H-ARQ, il Ranging, la codifica di canale e le modulazioni utilizzate.
Nell’ultimo capitolo della tesi si effettuerà poi un confronto sia qualitativo che
quantitativo tra il WiBro e le altre evolute tecnologie wireless, evidenziando in
particolare il confronto tra WiBro e l’ HSDPA. Per concludere, si farà un analisi sulle
aspettative e sul potenziale sviluppo della tecnologia WiBro nel prossimo futuro.
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CAPITOLO 1
In questo capitolo introduttivo sarà esposto come nel panorama delle
telecomunicazioni di questi ultimi anni, stia emergendo sempre più rapidamente
l’interesse per la realizzazione di servizi con rete di accesso wireless per la trasmissione
di dati a larga banda. Esamineremo quindi quello che è il quadro internazionale degli
standard e delle tecnologie atte a sviluppare tali servizi, e come tra queste emerga la
tecnologia WiBro. Analizzeremo pertanto la situazione del mercato delle
telecomunicazioni in questi ultimi anni nella Corea del Sud, al fine di comprendere le
motivazioni che hanno indotto alla realizzazione della tecnologia WiBro.
1.1 SERVIZI WIRELESS A LARGA BANDA
Lo sviluppo di nuove tecnologie e la crescente domanda da parte del mercato
tecnologico hanno fatto sì che negli ultimi anni, nell’ambito delle telecomunicazioni si
sia verificata una rapida evoluzione dei servizi e delle strutture di rete. In particolare il
bisogno di connettività diffusa e l’unione tra le trasmissioni di voce, video e dati hanno
portato all’esigenza di realizzare reti di comunicazione con caratteristiche di mobilità,
Capitolo 1 – Standard per sistemi Broadband Wireless
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flessibilità ed alta velocità di trasmissione. Tale evoluzione è stata stimolata da una
crescente competitività del mercato e dalla notevole pressione d’alcune società
multinazionali pronte ad investire ingenti capitali.
Uno degli obiettivi è quello di individuare nuove soluzioni efficienti e a basso costo
per poter diffondere maggiormente i sistemi Broadband1. Per questo scopo le tecnologie
wireless d’ultima generazione rappresentano un’importante soluzione per fornire
l’accesso all’infrastruttura Broadband in modo complementare o in alcuni casi in modo
alternativo ai sistemi cablati ed in fibra (sistemi wired). In effetti, soprattutto i sistemi
radio WMAN (Wireless in Metropolitan Area Network) godono di alcuni interessanti
vantaggi rispetto ai sistemi wired, come la possibilità di fornire servizi a larga banda
anche in zone rurali o suburbane scarsamente popolate dove, per motivi di tipo
economico, le reti wired non vengono posate. La posa di nuove fibre e reti cablate,
infatti, necessità di tempi e costi piuttosto elevati e quindi risultano poco convenienti in
zone scarsamente popolate. Il discorso è differente per i sistemi wireless, dove si ha un
minor costo di realizzazione e di mantenimento dell’infrastruttura, consentendo inoltre
all’operatore di attivare rapidamente un accesso ogni nuovo cliente e di avere quindi un
altrettanto rapido ritorno dei costi sostenuti per realizzare l’infrastruttura stessa. Tali
sistemi WMAN rappresentano un’interessante soluzione non soltanto per l’accesso a
larga banda ma anche come reti di collegamento (backhaul) per sistemi cellulari e sistemi
WLAN.
1.2 STANDARD PER SISTEMI BROADBAND WIRELESS
Negli ultimi anni sono nati diversi progetti orientati alla realizzazione di standard di
riferimento per i sistemi broadband wireless. In questa prospettiva, l’ente più autorevole
a livello internazionale è l’IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)
l’organizzazione che emana standard per l’interoperabilità e la comunicazione tra
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Sistema Broadband : Sistema a larga banda
Capitolo 1 – Standard per sistemi Broadband Wireless
apparati. Tra i progetti realizzati da tale istituto, l’IEEE 802™ è quello dedicato agli
standard per reti locali e metropolitane (LAN/MAN), relativamente ai due strati più bassi
del modello di riferimento ISO-OSI, che sono lo Strato Fisico e lo Strato di
Collegamento Dati.
Figura 1.1 – Architettura Famiglia 802, modello ISO-OSI
Il gruppo 802 è a sua volta suddiviso in diversi comitati ognuno dei quali si occupa e
definisce un particolare tipo d’accesso al mezzo adatto per particolari applicazioni e
obiettivi. In figura 1.1 è mostrata la struttura di alcuni comitati che compongono il
gruppo IEEE 802™, allo stato attuale altri nuovi comitati si sono aggiunti.
1.2.1 IEEE 802.16 ™
Tra questi comitati vi è l’IEEE 802.16™ incaricato di realizzare uno standard di rete
broadband con accesso di tipo wireless su scala metropolitana (WMAN). Gli standard
realizzati da questo comitato,a partire dal’IEEE Std 802.16-2001™ specificano
l’interfaccia in aria, includendo il livello di controllo di accesso al mezzo (MAC) e il
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Capitolo 1 – Standard per sistemi Broadband Wireless
livello fisico (PHY), per sistemi fissi punto-multipunto a larga banda con accesso
wireless (BWA).
Il MAC è strutturato per specifiche di PHY multiple, ognuna adatta per un
particolare ambiente operativo. Il fatto che lo strato MAC supporti specifiche di strato
fisico multiplo è di cruciale importanza perché i produttori di apparecchiature per l’utente
finale possono differenziare le loro offerte. Questo standard prevedeva inizialmente
l’utilizzo di frequenze che appartengono alla banda che va dai 10 ai 66 GHz. L’utilizzo di
queste bande richiede una licenza, inoltre è necessario un collegamento in visibilità
(LOS) tra il terminale utente e la stazione base perché alle frequenze in gioco il
fenomeno di cammini multipli non è sfruttabile. Queste caratteristiche però imponevano
dei limiti sull’ubicazione di tale tecnologia, essa infatti non era utilizzabile in un scenario
urbano dove spesso non si ha la condizione di diretta visibilità tra la stazione trasmittente
e quella ricevente.
Per far fronte a tale problema il comitato ha realizzato un primo emendamento allo
standard: l’IEEE Std 802.16a-2003™. Tale aggiornamento prevedeva l’utilizzo della
banda che va dai 2 agli 11 GHz, in questa spettro la gamma di frequenze tra i 5 e 6 GHz
non necessita di licenza. Con tali frequenze si ha diffrazione e quindi multipath, perciò
non è più necessaria una diretta visibilità tra le stazioni radio (NLOS). Nello standard
sono descritte le funzionalità dello strato fisico (PHY) supplementari necessarie per
supportare scenari di tipo NLOS. Inoltre un altro sottocomitato, l’802.16c ha realizzato
l’IEEE Std 802.16c-2002™ che sviluppa i profili di sistema e specifiche di
interoperabilità per frequenze da 10 a 66 GHz.
Infine il 1 ottobre del 2004 è stato pubblicato lo standard IEEE Std 802.16-2004™,
che ha raggruppato e migliorato alcuni aspetti dei tre standard presentati, rendendoli di
fatto obsoleti. Ma come detto questo standard specifica l’interfaccia in aria, punto-
multipunto di tipo BWA per sistemi di tipo fisso.
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Capitolo 1 – Standard per sistemi Broadband Wireless
Il grande interesse per servizi BWA1 di tipo mobile a portato ad istituire a metà del
2003 il sottocomitato,IEEE 802.16e™ che ha da poco concluso, approvato (7 Dicembre
2005) e pubblicato (30 Dicembre 2005) il nuovo emendamento IEEE Std 802.16e-
2005™ che si occupa dei livelli logici MAC e PHY per accessi mobili di tipo wireless.
Con questa estensione allo standard precedente, sarà possibile realizzare reti a larga
banda con accesso wireless in grado di funzionare in mobilità, ovvero di permettere la
copertura di ampie aree territoriali ed in grado di mantenere una trasmissione di dati
anche quando la stazione trasmittente, la stazione ricevente, o entrambe si muovono a
velocità sostenuta (fino a 120 km/h, limite dettato dalle caratteristiche del protocollo di
handover). Le principali caratteristiche, specifiche per la mobilità, approvate dall’IEEE
802.16e™ in questo ultimo standard sono le seguenti:
• Accesso multiplo in OFDM (OFDMA), che suddivide lo spazio di frequenze
disponibili in diversi gruppi di portanti con sottocanali e riduce le interferenze
per i terminali con antenna omnidirezionale (tipica dei terminali mobili).
• Scalabilità dell’occupazione dei canali sulla base della disponibilità di banda,
che permette di concentrare la potenza di trasmissione nei collegamenti dove è
più necessaria.
• Supporto di antenne adattative realizzate “formando” il fascio radio con mezzi
elettronici e non meccanici.
• Miglioramento nella gestione dell’handover e del roaming.
La tecnologia basata sugli standard del comitato IEEE 802.16™, è comunemente
chiamata WiMAX, allo stesso modo con cui si parla di Wi-Fi per tecnologie wireless
LAN, che si basano sugli standard promossi dal comitato IEEE 802.11™. Come sempre
accade con gli standard, il fatto che esistano non implica automaticamente che tutti i
prodotti realizzati sulla loro base siano interoperabili. Di questo si occupano solitamente i
consorzi industriali che definiscono dei “profili” scegliendo tra i parametri ammissibili
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BWA: broadband wireless access
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Capitolo 1 – Standard per sistemi Broadband Wireless
sulla base dello standard e costruiscono delle procedure di test per verificare l’aderenza
dei singoli prodotti a quei profili. Se il test viene superato, il prodotto è certificato, il che
si traduce nella garanzia che esso funzioni con tutti gli altri prodotti certificati.
Il consorzio industriale che si occupa dell’IEEE 802.16™ è il WiMAX Forum™ e in
questo momento sta anche definendo i profili per l’IEEE 802.16e™ (WiMAX mobile).
Si tratta di un passaggio cruciale perché, aldilà di quanto dettato dagli standard, ciò che
conta per il mercato sono le caratteristiche che avranno i prodotti certificati e
interoperabili. WiMAX Forum™ non ha ancora annunciato ufficialmente quali saranno
le bande di frequenza utilizzate per i profili 802.16e, ma ufficiosamente sembra che i
primi profili saranno nelle bande da 2.3 GHz a 2.5 GHz [1]. La certificazione dovrebbe
iniziare a partire da metà del 2006 e i primi prodotti certificati dovrebbero comparire a
inizio 2007.
1.2.2 Evoluzione dell’IEEE 802.11 ™ e l’IEEE 802.20 ™
L’IEEE 802.16e™ e la relativa tecnologia WiMAX mobile, non è l’unico sistema
wireless mobile che si svilupperà nei prossimi anni. Sempre all’interno del gruppo IEEE
802™ anche il comitato IEEE 802.11™, atto a realizzare standard per reti WLAN, ha
gemmato due nuovi sottocomitati che mirano a standardizzare tecnologie per rendere
mobile il Wi-Fi. Sono nati così l’IEEE 802.11r™ che normalizza la modalità di handover
veloce tra gli access point, e l’IEEE 802.11™p specificamente mirato alla comunicazione
veicolare.
Quest’ultimo era inizialmente nato per standardizzare nel Nordamerica i sistemi di
pagamento dei pedaggi a breve distanza (DSRC). Ma la tecnologia di cui si parla oggi
non è né dedicata a trasportare semplici messaggi di pagamento dei pedaggi, ne funziona
solo a brevi distanze, ma arriva fino a 6 Mbit/sec per una copertura di 300 metri
estendibile fino a 1 km a capacità più basse. E’ rimasto in ogni modo indirizzato ai
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Capitolo 1 – Introduzione allo standard WiBro
veicoli e alla mobilità poiché può funzionare anche a 200 km/h. La banda di
frequenza è stata scelta a 5.9 GHz, la versione preliminare del protocollo è andata in
votazione questo gennaio, e si prevede che lo standard sarà approvato ad inizio 2007.
Arriverà quindi sul palcoscenico internazionale con qualche anno di ritardo rispetto al
WiMAX mobile.
Ma non è finita qui, infatti l’IEEE 802™ ha in progetto un altro standard wireless per
le applicazioni mobili, gestito dal comitato IEEE 802.20™ e chiamato anche Mo-Fi
(Mobile-Fidelity). Anche se i lavori su di esso sono indietro rispetto all’IEEE 802.16e™
di almeno due anni, poiché rimasti in stallo per parecchio tempo, ora sembra che tutto si
muova più velocemente. Inoltre è una tecnologia che dovrebbe funzionare piuttosto bene,
si parla di almeno 1 Mbit/sec per utente garantiti per una velocità massima di 250 Km/h.
Questo standard però è concepito per lavorare solo su bande radio sotto ai 3.5 GHz che
sono tutte sottoposte a licenza. Inoltre usa due canali, uno in trasmissione e l’altro in
ricezione al contrario di quanto previsto nello standard IEEE Std 802.16e-2005™ che
prevede un unico canale in duplex.
1.3 INTRODUZIONE ALLO STANDARD WIBRO
In alternativa a questo complicato panorama di standard e tecnologie proposto
dall’istituto americano IEEE™, emerge altresì un importante progetto realizzato in Corea
del Sud. Pochi sanno che la Corea del Sud è la nazione che, in proporzione al numero
degli abitanti, ha il maggior numero di connessioni a larga banda nel mondo. Ma il
mercato delle reti fisse a larga banda è ormai vicino alla saturazione delle opportunità
con ritorni economici interessanti, e per questo ora ci si sta concentrando sulle reti a larga
banda di tipo wireless.
Grazie alla spinta politica ed economica della Samsung Electronics, con la
collaborazione dell’ETRI e d’altri fornitori di servizi di telecomunicazioni del paese, è
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