Proposta di tesi di laurea

Impatto della sincronizzazione di rete sulla qualità di servizio in reti cellulari GSM, GPRS e UMTS

Generalità

La sincronizzazione di rete consiste nella distribuzione del tempo e della frequenza ai nodi di una rete di orologi, dispersi su un'area geografica anche ampia. L'obiettivo è allineare (cioè sincronizzare) le scale di tempo e frequenza di tutti gli orologi, usando la capacità di comunicazione dei collegamenti disponibili tra loro (cioè cavi in rame, fibre ottiche e collegamenti radio).
Analogamente alle reti di telefonia fissa, anche le reti di telefonia radiomobile traggono vantaggio dalla sincronizzazione di rete, pur con qualche differenza di requisiti. Innanzitutto, i nodi BTS, BCS e MSC devono essere sincronizzati tra loro per evitare slip sui circuiti numerici che li collegano. Inoltre, la singola BTS deve essere sincronizzata da un buon orologio, per assicurare stabilità di frequenza sui segnali radio trasmessi. In aggiunta a questi requisiti di sincronizzazione in frequenza, i sistemi CDMA richiedono anche una precisa sincronizzazione di tempo.
Per questi motivi, i sistemi CDMA utilizzano per lo più ricevitori GPS in ogni nodo per la sincronizzazione sia di tempo che di frequenza. Una precisa sincronizzazione di tempo tra le varie celle permette inoltre hand-off senza interruzioni quando l’utente transita da una cella all’altra. I nodi di rete GSM sono invece solitamente sincronizzati da orologi di edificio SASE, collegati ad una rete di sincronizzazione ad architettura Master-Slave, in modo del tutto analogo alle reti telefoniche fisse.
Qualunque sia la tecnica scelta, tramite GPS o SASE, i requisiti di sincronizzazione dei nodi nelle reti cellulari possono essere così riassunti:
la stabilità di frequenza è richiesta dai sistemi CDMA, GSM e TDMA per evitare derive dei canali radio e quindi interferenze co-canale e problemi all’hand-off di un utente da una cella all’altra;
la stabilità di tempo è richiesta dalle specifiche CDMA (sistema nordamericano IS-95) per mantenere le sequenze pilota allineate all’interno delle singole celle e da una cella all’altra;
in particolare se i circuiti numerici tra le BTS, BCS e MSC sono realizzati con tecnologie di trasporto che non garantiscono una buona trasparenza del sincronismo (per esempio PVC ATM o circuiti 2.048 Mb/s via rete SDH), diventa necessaria la disponibilità di una rete di sincronizzazione esterna.

Obiettivi

L'anno scorso, una tesi sullo stesso argomento è stata svolta nel corso di uno stage aziendale presso OMNITEL. L'attività è stata prevalentemente sperimentale e ha dimostrato un miglioramento nella qualità del servizio (miglioramento della qualità della comunicazione vocale durante la chiamata e diminuzione della probabilità di caduta delle chiamate durante gli handover) sincronizzando le BTS al medesimo riferimento di frequenza.
Gli obiettivi di questa seconda tesi possono essere così riassunti:
1. studio preliminare di:
- funzionamento dei sistemi cellulari GSM e GPRS, con particolare riferimento al meccanismo di handover,
- modelli di orologi asserviti e di reti di sincronizzazione,
- modelli di disturbi di sincronizzazione (jtter, wander, derive di frequenza, ecc.),
2. identificazione dei requisiti di sincronizzazione di una rete GSM e GPRS;
3. analisi e simulazione di un modello dell’impatto dei disturbi di sincronizzazione sulla qualità di servizio in una rete GSM e GPRS;
4. confronto dei risultati ottenuti tramite simulazione e tramite misure sperimentali (le misure condotte nell'ambito della tesi precedente potranno essere completate da nuove misure da eseguire ancora su sistemi OMNITEL).

Requisiti

Il candidato dovrebbe possedere conoscenze generali di reti e sistemi di telecomunicazioni numeriche. Sono naturalmente considerati titoli preferenziali la conoscenza del sistema GSM e dei fondamenti di sincronizzazione.

Per ulteriori informazioni contattare:

Stefano Bregni
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Tel.: 02-2399.3503 E-mail: bregni@elet.polimi.it