Confronto tra sistemi cellulari di seconda e terza generazione

 Introduzione 
 
 
 
 
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Tab. 0.1 Capacità minime supportate da UMTS 
Sia i casi Real Time che non Real Time possono includere connessioni di tipo 
circuitale o a pacchetti. 
Portanti per la voce dovranno essere supportate in tutti gli ambienti operativi. 
NOTE 1: Il valore di 500 km/h come massima velocità supportata da UTRA in 
ambiente rurale aperto fu selezionato nell’ottica di fornire un servizio su veicoli 
ad alta velocità (p.es. treni). Questo non significa che sia il valore tipico per 
questo ambiente. 
NOTE 2: Il massimo ritardo di trasferimento dovrebbe essere un valore soddisfatto 
per almeno il 95% dei dati. 
NOTE 3: Una prima stima della granularità attesa è proposta per ogni ambiente 
radio. 
 Introduzione 
 
 
 
 
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NOTE 4: C’è dunque un compromesso tra BER e attesa. 
NOTE 5: Valutazione delle prestazioni radio come specificato in UMTS 30.03 può 
indicare una più tipica velocità per l’ambiente rurale aperto.  
 
In Europa è l’ETSI (European Telecommunications Standards 
Institute) che si è occupata del sistema UMTS (Universal Mobile 
Telecommunications System). Questo standard si propone di 
ampliare le possibilità dei sistemi mobili delle due generazioni 
precedenti verso il sistema globale IMT-2000 (International 
Mobile Telecommunications) (fig 0.1). Gli obiettivi che l’ETSI si 
è posta per quanto riguardo lo standard UMTS si possono 
sintetizzare in questi punti: 
• Supportare una bit rate per gli utenti da 144 Kbit/s fino  a 
2Mbit/s, come specificato nella tabella 0.1;  
• Provvedere ai diversi servizi portatili, montati su veicoli, 
terminali, mobili e fissi , in tutto l’ambiente radio, basati su di 
una singola tecnologia (fig.0.2); Aumentare l’efficienza 
spettrale dei sistemi esistenti;  
• Qualità della voce e dei servizi almeno comparabile con le 
attuali reti fisse pubbliche;  
 
Fig. 0.2 Ambienti per sistemi della terza generazione 
 
 Introduzione 
 
 
 
 
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• Introduzione flessibile di nuovi servizi e capacità 
tecnologiche, come alta bit rate per i pacchetti dati, per la 
multimedialità e altri servizi; 
• Flessibilità nell’utilizzo delle risorsa radio per gestire reti 
multiple e diversi tipi di traffico entro una banda di frequenza 
prefissata; 
• Compatibilità, se possibile, con la seconda generazione di reti 
mobili, come GSM, DCS-1800, DCS-1900.(fig.0.3) 
 
Fig. 0.3 Legame tra UMTS ed altri standard. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
La definizione dello standard UTRA (UMTS Terrestrial Radio 
Access) è avvenuta tra la fine del 1997 e l’inizio del 1998. Questa 
soluzione è derivata dalla “fusione” di due proposte: il W-CDMA 
UMTS CORE 
STANDARD 
GSM DCS-1800 
DECT 
TETRA 
HIPERLAN 
SATELLITE 
EARTH SYSTEM TESTING METHODOLOGY 
UP
CODECS 
DATA 
PROTO-
COL 
ATM 
ISDN 
B-ISDN 
GSM IN 
Testability 
Evolution 
Capability 
UPT 
Services 
Speech 
Audio 
Video 
Data 
Services 
Trasmission 
Satellite 
Access 
Services 
Function 
Abities 
 Introduzione 
 
 
 
 
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e il TD-CDMA; il compromesso è stato raggiunto nel congresso 
SMG (Special Mobile Group) 25 bis avvenuto a fine Gennaio 
1998 a Parigi. In questa tesi viene confrontato proprio lo standard 
W-CDMA, che costituisce la parte più corposa di UTRA, e lo 
standard DCS-1800, di seconda generazione, ma operante nella 
stessa banda. La differenza fondamentale tra i due sistemi sta 
nelle tecniche utilizzate per l’accesso al mezzo radio: il W-
CDMA (e UTRA) è un sistema basato su di uno schema ad  
accesso multiplo a divisione di codice (CDMA), mentre DCS-
1800 si basa su di uno schema a divisione di tempo e frequenza 
(F-TDMA) (fig 0.4).  
 
Fig. 0.4 Confronto tra diverse tecniche di accesso radio. 
 
L’esame delle due tecniche avviene su di uno scenario reale , 
quale è la provincia di Bologna. Per realizzare questo è stato 
utilizzato il software per la stima della copertura “EDX 
SignalPro” attraverso il quale è stato possibile valutare la 
copertura dei due sistemi in ambito reale; a questo punto si sono 
coniugate le informazioni riguardanti le informazioni sulla 
morfologia del territorio e i dati sul traffico. 
 Introduzione 
 
 
 
 
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La valutazione dell’impatto sul dimensionamento delle celle e dei 
cluster (quest’ultimo solo nel caso DCS-1800) è stato 
preventivamente studiato sotto diverse ipotesi di lavoro 
Si è arrivati, quindi, ad un modello che ha portato ad integrare la 
realizzazione pratica della copertura con i dati sul traffico, per 
garantire le specifiche per i 2 sistemi. Da questi risultati si giunge 
alla valutazione dell’aspetto economico. 
In particolare, i risultati sono riportati nei diversi casi e riassunti 
in grafici. Ciò mostra i due parametri obiettivi per valutare le 
prestazioni dei 2 sistemi, che sono l’efficienza spettrale e la 
copertura nelle diverse situazioni. 
L’organizzazione dell’elaborato prevede il capitolo iniziale, in cui 
si specificano le linee guida e l’obiettivo finale del lavoro; 
seguono poi due capitoli introduttivi sui 2 sistemi presi in esame 
(soffermandosi maggiormente nel nuovo sistema W-CDMA) e sul 
programma di simulazione utilizzato; nel capitolo 5 viene dato un 
impianto teorico per quanto riguarda la copertura dei due sistemi 
in assenza di traffico; nei capitoli 6 e 7 si sviluppa l’analisi per i 2 
sistemi in presenza di traffico uniforme nelle zone di interesse; i 
risultati, le immagini e i grafici per il confronto tra i due sistemi 
vengono riportati nel capitolo 8; le conclusioni, con il confronto 
economico, sono mostrate nel nono e ultimo capitolo. Infine la 
bibliografia e una appendice in cui sono raccolti i listati dei 
programmi utilizzati in MathCad. 
 
 
 
 Impostazioni dell’Elaborato 
 
 
 
 
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Capitolo 1 
 
Impostazioni dell’Elaborato 
 
 
 
1.1 Perché un confronto 
  La definizione dello standard per la terza generazione è passata 
attraverso scelte tra diverse tecniche di accesso radio. In 
particolare il confronto tra TDMA e CDMA è alla base di 
numerosi studi. Per quest'ultima tecnica, si sono approfonditi 
aspetti legati alla limitazione dell'interferenza; infatti i sistemi di 
questo tipo sono limitati, per supportare capacità significative, 
dall'interferenza prodotta dagli utenti della propria cella oltre che 
di quelle limitrofe. 
Di qui lo studio, sviluppato anche all'interno del dipartimento 
CSITE-CNR, per i ricevitori capaci di contenere il problema. 
Questi lavori sono stati da me consultati: segnalo, quindi, le tesi 
di laurea di A.Saligari e F.Guerrini, insieme agli studi sviluppati da 
Ing. G.Mazzini e Ing. V.Tralli. In questo elaborato si ipotizzerà 
 Impostazioni dell’Elaborato 
 
 
 
 
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l'uso di ricevitori convenzionali, riservandosi nel seguito di citare 
e considerare alcune migliorie per il sistema CDMA. 
In questo elaborato si vuole allargare la visione del confronto e 
portarlo innanzi tutto su di uno scenario reale. Ciò è possibile 
grazie al programma di simulazione EDX SignalPro, con il quale 
si possono stimare le coperture della zona d'interesse. Il 
passaggio ulteriore è quello di porsi nell'ottica del gestore e 
quindi valutare anche l'aspetto economico legato all'impianto dei 
sistemi. Il lavoro svolto è uno spunto per la scelta operativa di un 
impianto di un sistema cellulare nella banda intorno ai 1800 MHz 
sulla provincia di Bologna. L'idea di porsi nell'ottica del gestore è 
già sviluppata in [6], dove Qualcomm presenta un confronto tra i 
sistemi IS-95 (della Qualcomm) e DCS-1900, in cui lo scenario è 
la zona urbana di Chicago. Nell'elaborato si fa l'assunzione di 
considerare i costi associati al W-CDMA come coincidenti con 
quelli di IS-95. I dati sono tratti da [6] e fanno riferimento all'anno 
1995. 
 
1.2 Analisi Economica 
      I dati economici qui presentati vengono supposti costanti per 
tutta la durata dell'impianto: in realtà questi valori diminuiscono 
con il passare degli anni per entrambi i sistemi, anche se con un 
calo maggiore per il sistema CDMA. 
L'analisi si divide in due parti: 
• La valutazione del costo di impianto del sistema; 
• La valutazione dei costi operativi per la gestione del sistema 
stesso. 
In [6] si sviluppa una analisi nel tempo per l’impianto e la gestione 
della rete: in questo caso, invece ci si limita a valutazioni statiche 
per entrambi gli aspetti in quanto il calo dei costi per entrambi i 
sistemi è equivalente. 
 Impostazioni dell’Elaborato 
 
 
 
 
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L’unità di conto scelta è l’Euro, per la quale si rende necessario un 
rapporto di cambio con il dollaro. Con riferimento alle ultime 
quotazioni sul mercato dei cambi (Giugno 1998), si è posto 1 
Euro = 1950 lire e 1 dollaro = 1800 lire. 
 
 Impostazioni dell’Elaborato 
 
 
 
 
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I valori, tratti da [6], sono riassunti nelle tabelle 1.1 e 1.2. 
 
Tabella 1.1 Costi d’impianto 
 
 
DCS-1800 W-CDMA
Cella 3-settoriale
Costo Fisso
Eu 37000 Eu 37000
Costo variabile 
per portante N/A Eu 75000
Costo per un set 
di 8 canali Eu 14000 Eu 2600
Costo addizionale
per 32 canali Eu 37000 N/A
Costo dell'attrezzatura
Eu 92000 Eu 194000
Costo dell'antenna
Eu 44000 Eu 44000
Trasporto e 
Installazione Eu 37000 Eu 37000
Infrastrutture
Eu 32000 Eu 32000
Base Station Controller
(BSC) e commutazione
Numero di BTS servite
da un BSC 40 40
Costo fisso BSC
Eu 277000 Eu 295000
Costo per portante 
per BTS N/A Eu 6500
Costo fisso per elemen-
to di commutazione N/A Eu 443000
Costo minimo per un ele-
mento di commutazione Eu 1846000 N/A
 Impostazioni dell’Elaborato 
 
 
 
 
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Questi dati saranno poi utilizzati nel capitolo conclusivo per il 
confronto economico. Questo sarà visualizzato con grafici per i 
valori ottenuti.Ricordo che per costi operativi, si intende il costo 
annuale dei diversi contributi. 
 
Tabella 1.2 Costi di esercizio 
 
 
1.3 Obiettivi finali 
        L'elaborato mostrerà la valutazione teorica per i due sistemi 
della copertura: da questa si imposteranno i parametri d'ingresso 
per il programma per la stima della copertura; con le informazioni 
DCS-1800 W-CDMA
Cella 3-settoriale
Licenza per il software
Eu 3300 Eu 3300
Costo di permesso di 
impianto di una cella Eu 2200 Eu 2200
Affitto di una cella  
 Eu 11000 Eu 11000
Manutenzione della cella
 Eu 6600 Eu 6600
Profitto per cella
Eu 4400 Eu 4400
Costo operativo tipico
annuale della cella Eu 28000 Eu 28000
Manutenzione BSC  
 Eu 39000 Eu 111000
Manutenzione degli ele-   
menti di commutazione Eu 133000
 
 Impostazioni dell’Elaborato 
 
 
 
 
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tratte è quindi possibile confrontare i due parametri oggettivi per i 
due sistemi cioè l'efficienza spettrale e la copertura. 
Successivamente, nel capitolo finale, si procederà all’analisi dei 
costi per i due sistemi 
Esistono, inoltre, una serie di costi fissi che sono comunque 
presenti per entrambi i sistemi: ad esempio, il costo decennale 
della licenza governativa per l'uso dello spettro; negli USA è di 
circa 1 dollaro per MHz per numero di abitanti. Per esempio, 
nella zona di Chicago (8.4 milioni di abitanti) per 15 MHz di 
banda il costo è di 126 milioni di dollari (116 milioni di Euro). 
Nel caso della provincia di Bologna (950000 abitanti) per 15 
MHz di banda, il costo è 14.25 milioni di dollari (13 milioni di 
Euro). 
In una analisi di impianto complessiva, anche questi valori devono 
essere computati.