Diesamina di base sul funzionamento della tecnologia LTE alla base del cosiddetto 4G, tratta da un libro realizzato da Telecom Italia.

1. Funzionamento delle reti LTE
1. CRONOLOGIA DELLE RETI RADIOMOBILI CELLULARI
Dopo gli anni pionieristici di SMRC nella gamma 160 MHz (Servizio Radio Mobile di
Comunicazione) e RTMS a 450 MHz (Radio Telefono Mobile di Seconda
generazione), il primo sistema radiomobile di massa è stato il TACS (Total Access
Communications System), sistema analogico di prima generazione operante a 900 MHz,
nella sua versione E-TACS (Evolved TACS), lanciato nel 1990 in occasione dei mondiali di
calcio. Col TACS la tecnologia inizia a offrire alla clientela anche terminali hand-held, in
aggiunta a i veicolare e trasportabili.
Ma è con il primo sistema digitale a standard europeo GSM (Global System for Mobile
communication), sistema di seconda generazione, che le comunicazioni radiomobili entrano
nella maturità. In Italia il GSM è stato sperimentato dal 1992 e lanciato nel 1995 da TIM,
con il servizio voce, al quale si aggiunge un anno dopo il servizio di messaggistica testuale
SMS. La crescita del traffico radiomobile inizia a rapidamente a saturare le risorse di
frequenza a disposizione di TIM nella gamma dei 900 MHz, così ne 1998 comincia
il dispiegamento nella gamma dei 1800 MHz, aggiornando la rete GSM dual-band, che
permette un incremento della capacità di rete, assegnando automaticamente risorse
radio dell’una o dell’altra gamma.
Nel 2001 viene introdotto nel sistema GSM il GPRS (General Packet Radio Service),
servizio che abilita la trasmissione dati a pacchetto su canale condiviso tra clienti,
permettendo una velocità di trasmissione in DL di alcune decine di kbit/s.
La richiesta di servizi dati in mobilità cresce, così come le aspettative di maggiori velocità
di trasmissione. Poiché la prossima tecnologia UMTS (Universal Mobile
Telecommunications System) non è ancora matura, TIM nel 2003 decide di aggiornare
tutta la rete GS/GPRS alla tecnologia EDGE (Enhanced Data for GSM Evolution), che
permette velocità in DL superiori ai 200 kbit/s, prossime quindi a 384 kbit/s della prima
release commerciale UMTS.

2. L’evoluzione continua, con il sistema di terza generazione UMTS nella gamma di 2100 MH,
sperimentato nel 2002, lanciato nelle principali città italiane già nel 2003 e
successivamente esteso sia a tutti i capoluoghi di provincia, sia a gran parte del
territorio italiano, con velocità in trasmissione massima in DL di 384 kbit/s.
L’UMTS evolve nel 2006 con l’introduzione di HSDPA (High Speed Downlink Packet
Access) che impiega un canale a pacchetto ad alta velocità condiviso tra più utenti
e tecniche trasmissive avanzate, incrementando la velocità e riproducendo la latenza.
L’HDSPA in questa fase (fase 1) consente velocità di trasmissione di picco in DL fino
a 3.6 Mbit/s. L’HDSPA è stato ulteriormente aggiornato nel corso del 2006 con la fase 2
con velocità in DL fino a 7.2 Mbit/s a poi a inizio 2009 a 14.4 Mbit/s.
Parallela e con le stesse tempistiche è stata anche introdotta la modalità HSUPA (High
Speed Uplink Packed Access) per UL con incremento della velocità fino a 1.4/2 Mbit/s
su tutta la rete e fino a 5.7 Mbit/s in aree di interesse. Nuove funzionalità previste dallo
standard sono HSUPA Evolution o HSDPA+, per velocità fino a 21 Mbit/s con
modulazione 64 QAM e fino a 28 Mbit/s con trasmissione multi-antenna MIMO 2x2.
Un ulteriore salto tecnologico è rappresentato da LTE (Long Term Evolution), che consente
con 20MHz d banda e terminali di categoria 3, velocità fino a 100 Mbit/s in DL e 50
Mbit/s in UL; la latenza migliora e ciò consente servizi ad ampia interattività; con
terminali cat4, si ha un ulteriore incremento di 50Mbit/s in DL.

3. 2. FUNZIONAMENTO DELLE RETI CELLULARI
Una rete radiomobile cellulare realizza il collegamento con un utente mobile avvalendosi
della risorsa radio. Le risorse di comunicazione sono: nodi di accesso radio che tramite le
antenne collegano i terminali, nodi di core network, che svolgono la funzione di
commutazione e collegamenti trasmissivi (backhauling), che connettono i nodi radio
ai nodi core.
Il collegamento radio dell’utente alla rete si ottiene attraverso un ricetrasmettitore collegato
a un’antenna che fornisce copertura radio ai terminali radiomobili presenti in una
zona di territorio detto cella. In un sito radio ci sono tipicamente tre antenne che
realizzano tre celle sfalsate tra loro; l’insieme dei ricetrasmettitori del sito viene detto
Stazione Base.
Il traffico massimo smaltibile T in una cella è funzione del numero massimo di risorse
trasmissive allocabili nella cella stessa; T è dato dal prodotto della densità superficiale di
traffico t per la superficie della cella S: quindi una cella che copre un territorio ad alta
densità di traffico (es. urbana) avrà una superficie minore di quella che ne copre uno
a bassa densità (es. rurale). Le celle si distinguono per dimensione in macrocella,
microcella, picocella, femtocella.
Quando l’utente è in mobilità, nel passaggio da una cella all’altra, in assenza di contromisure
la connessione cadrebbe, evento che viene escluso attraverso la funzionalità di handover,
che trasferisce automaticamente la connessione su risorse radio della cella di
destinazione.
Figura 1: Schema di funzionamento di una rete radiomobile

4. La funzionalità di Controllo della Rete Radio gestisce l’assegnazione iniziale delle risorse
radio, la nuova assegnazione per handover e il rilascio finale.
La realizzazione della connessione può essere svolta direttamente o attraverso la
funzionalità di Transito all’interno della stessa rete dell’operatore e verso altre reti fisse
e mobili. La funzionalità di localizzazione dell’utente radiomobile chiamato consente di
determinare verso quale cella instradare la connessione.
La comunicazione può avvenire secondo due tecniche: la commutazione di circuito
(Circuit Switching), dove le risorse impiegate nel percorso da sorgente a destinazione sono
assegnate alla connessione per tutta la durata; la commutazione di pacchetto (Packet
Switching), dove i singoli blocchi di dati impegnano le risorse per il solo tempo
d’attraversamento.
Figura 2: Architettura generale di una rete radiomobile cellulare

5. 2.1 RETI GSM E UMTS NELLE COMPONENTI A CIRCUITO
I terminali mobili, denominati MS (Mobile Station) in 2G e UE (User Equipment) nel
3G, sono composti da un ricetrasmettitore radio e da una SIM. La rete di accesso radio è
costituita da ricetrasmettitori denominati BTS (Base Transceiver Station) in 2G e NB
(Node B) in 3G, controllati da nodi BSC (Base Station Controller) in 2G e RNC (Radio
Network Controller) in 3G, che interconnettono le stazioni radio base alla Core Network e
amministrano le risorse radio, garantendo anche l’handover.
2G 3G
Terminale Mobile Station User Equipment
Accesso radio Base Transceiver Station Node B
Nodi di controllo Base Station Controller Radio Network Controller
I nodi di commutazione a circuito MSC (Mobile Switching Center) realizzano le funzioni
tradizionali di commutazione telefonica:
• supervisione della connessione (Call Control)
• instradamento (Switching)
• documentazione del traffico (Accounting)
• intercettazione su richiesta della Magistratura (Lawful Interception)
Analoghe funzioni sono implementate nel dominio a pacchetto.
Si realizzano, inoltre, le funzioni specifiche di gestione della mobilità attraverso le
funzioni:
• HLR (Home Location Register): database centralizzato residente nella Home
Mobile Network (la rete a cui l’utente è sottoscritto), che contiene i dati di
sottoscrizione, autenticazione e posizione dell’utente
• VLR (Visitor Location Register): associato a ciascun MSC e residente nella Visited
Network, contiene le informazioni relative agli utenti in visita, sia dalla propria
rete che da altre reti (roaming)
Per una chiamata verso un utente mobile, si interroga prima l’HLR, che fornisce la posizione
del VLR in cui l’utente è in visita, poi viene diramata una chiamata radio su tutte le celle

6. del VLR/MSC in oggetto, con l’identità dell’utente chiamato, che risponderà dalla cella in
cui si trova e verso la quale sarà instradata la chiamata.
Le funzioni di un MSC sono tipicamente implementate in un MSC-S (Mobile Switching
Center Server), MSC-MG (Mobile Switching Center Media Gateway), secondo una
separazione logico-funzionale tra le procedure relative al controllo della mobilità e dei
servizi (MSC-S) e quelle relative al trasporto/elaborazione del piano utente (MSC-
MG).
Figura 3: Architettura radiomobile a circuito GMS/UMTS

7. 2.2 RETI GSM E UMTS NELLE COMPONENTI A CIRCUITO
La rete di accesso radio (Node B e RNC) coopera con i nodi di commutazione di pacchetto
GSN (GPRS Support Node) che a loro volta si interfacciano con il database delle utenze
(HLR), per la fornitura dei servizi dati in mobilità.
I nodi GSN si compongono di:
• SGSN (Serving GPRS Support Node): gestisce l’autenticazione e la mobilità
d’utente, sia in rete di appartenenza, sia in rete visitata nel caso di roaming
• GGSN (Gateway GPRS Support Node): consente la connessione IP per
l’accesso ai servizi erogati dall’operatore di appartenenza dell’utente, dalle
Corporate e da Internet
All’atto della richiesta di servizio dell’utente, SGSN e GGSN instaurano tra loro una
connessione cifrata, denominata tunnel GTP (GPRS Tunnel Protocol), per il trasporto
confidenziale del traffico IP. Sono previste delle ottimizzazioni attraverso la funzionalità
opzionale denominata Direct Tunnel, che consiste nell’instaurazione di un tunnel GTP
direttamente tra RNC e GGSN, per semplificare l’architettura di trasporto,
riducendo la latenza all’interno della rete mobile.
Figura 4: Architettura radiomobile a pacchetto GPRS (2G/3G)

8. Per l’accesso ai servizi è necessario che l’utente specifici sul proprio terminale l’identificativo
del servizio attraverso l’APN (Access Point Name). Gli APN sono classificabili in tre
categorie in funzione dell’accesso ai servizi: dell’operatore, Corporate e Internet.
La rete assegna il GGSN fra quelli disponibili in funzione dell’APN e in questo nodo sarà
mantenuto per tutta la sessione; il SGSN può invece variare a seconda degli
spostamenti del terminale. Il GGSN, previa verifica dell’ammissibilità della richiesta di
servizio dati, assegna un indirizzo IP che il terminale di utente manterrà per tutta la sessione.

9. 3. STANDARD RADIOMOBILI
La standardizzazione internazionale rappresenta un fattore di successo dell’industria
radiomobile, consentendo l’interoperabilità, il roaming internazionale e garantendo
significative economie di scala e ampia scelta di modelli di terminali.
Nel 1998 è nato l’ente di standardizzazione mondiale 3GPP (Third Generation
Partnership Project) che si occupa delle specifiche tecniche di GSM/GPRS/EDGE e sue
evoluzioni, UMTS e sue evoluzioni e LTE e sue evoluzioni. Il 3GPP è organizzato in
quattro Technical Specification Group:
• GERAN (GSM EDGE Radio Access Network)
• RAN (Radio Access Network)
• SA (System Access)
• CT (Core network & Terminals)
Figura 5: Organizzazione del 3GPP

10. 4. ECOSISTEMA LTE
Con il termine Ecosistema LTE si intendono elementi quali la rete mobile, i terminali, le
piattaforme di servizio. La tecnologia LTE rappresenta un ulteriore abilitatore per l’accesso
di mobile application su smartphone e tablet e per lo sviluppo i nuovi scenari di business.
Ultravelocità mobile non è solo innovazione tecnologica, ma soprattutto garanzia di una
Quality of Experience di alto livello attraverso una rete capace di offrire servizi di qualità e
sicuri nell’accesso al mondo delle applicazioni mobili. LTE abilita sia il traffico UBB (Ultra
Borad Band) sia applicazioni M2M (Machine to Machine).
La GSA (Global mobile Suppliers Association) ha confermato che LTE è la tecnologia
con lo sviluppo più rapido a livello mondiale. Per differenziarsi dalle altre offerte 3G, molti
operatori hanno decido di creare delle offerte premium o sub-brand dedicato a LTE e di
pubblicizzare quindi le offerte con un logo nuovo in cui compare quasi sempre
la dicitura 4G.
Per quanto riguarda il posizionamento dell’offerta LTE da parte dei vari operatori, ci sono
differenti strategie.
Alcuni hanno investito nel lancio su larga scala del servizio LTE puntano sulla
copertura capillare della popolazione e su un’offerta aggressiva in termini i pricing:
questo modello è adottato da operatori che vogliono favorire il passaggio veloce al 4G
cercando di guadagnare dall’offerta del traffico broadband 4G e facendo economie di scala
sui dispositivi LTE.
Molti operatori hanno invece lanciato l’LTE come offerta premium, in cui hanno abbinato
la connettività dati LTE a smartphone/tablet oppure in bundle a servizi: il prezzo
è di norma più alto rispetto alla connettività 3G, ma l’offerta è più ricca.
Ci sono, poi, operatori che hanno puntato sulla sostituzione fisso-mobile e cioè,
valorizzando le prestazioni di LTE, offrono al cliente un servizio ADSL-like, ma
su rete LTE in aree digital divide (cioè non coperte dal broadband fisso): gli operatori
che sostengono questo modello di business si rivolgono quindi a clienti in aree digital divide,
o a clienti broadband fissi con profili di consumo medio/basso che vogliono eliminare la linea
fissa e adottare unicamente il mobile.

11. 5. REALIZZAZIONE RETE CELLULARE
5.1 FREQUENZE
Una caratteristica essenziale delle frequenze impiegate per la trasmissione radio è che la loro
pervasività diminuisce all’aumentare della frequenza nella gamma, per cui una cella
che utilizza gamme alte può coprire un’area più piccola rispetto a una operante
in gamme basse.
Si ricorda che nella modalità di trasmissione FDM (Frequency Division Multiplexing) il
collegamento nella direzione dall’antenna al terminale DL è realizzato su una banda
diversa da quella utilizzata per la direzione opposta UL; invece in TDM (Time
Division Multiplexing), la banda è la stessa sia per DL che per UL, ma le due direzioni
si alternano nel tempo.
Con la Gara Frequenza di settembre del 2011:
• Tim e Vodafone hanno acquisito la stessa quantità di banda LTE FDM (2 blocchi
da 5+5 MHz a 800 MHz; 1 blocco a 1800 MHz e 3 a 2600 MHz)
Wind si è aggiudicata due blocchi a 800 FDM (di cui uno specifico, cioè adiacente
al canale 60 del servizio televisivo) e a 4 blocchi FDM nella banda 2600 MHz (1
è specifico)
• 3 ha acquisito un blocco a 1800 MHz e quattro a 2600 MHz (2 FDM e 2 TDM)
Figura 6: Copertura qualitativa al variare della gamma di frequenza

12. Le principali caratteristiche delle bande LTE sono:
• Banda 800 MHz: garantisce le migliori prestazioni in termini di copertura e
penetrazione indoor
• Banda 1800 MHz: offre prestazioni intermedie in termini di copertura e
penetrazione indoor; in tale banda è possibile utilizzare anche le frequenze prima
utilizzate per il GSM a 1800 MHz
• Banda 2600 MHz: è la gamma con caratteristiche meno favorevoli in termini
di propagazione e penetrazione indoor e può quindi essere impiegata
efficientemente in hotspot
La funzionalità di Carrier Aggregation consentirà di aggregare bande appartenenti a
gamme diverse, ottenendo una banda equivalente di larghezza pari alla somma delle
bande elementari, con cospicui miglioramenti della velocità trasmissiva.
Dal punto di vista della progettazione radiomobile, ogni banda di frequenza corrisponde ad
un diverso insieme di layer di copertura sovrapposti, distinti, ad esempio, in base alla
topologia di celle dispiegate. La presenza di più layer sovrapposti porta a una maggiore
complessità nella gestione della rete ma anche a una maggiore flessibilità.
Figura 7: Assegnazione frequenze LTE a seguito della gara di settembre 2011

13. 5.2 PROGETTAZIONE RADIO
A partire da un database geografico, posizionati i siti e fissati i parametri radioelettrici
(puntamento, direttività dell’antenna…), si analizza la propagazione
elettromagnetica, alla base della previsione di copertura. Tale fase procede in modo
analogo per tutte le tipologie di RAT (Radio Access Technology), tenendo conto dei
parametri che influenzano la copertura radioelettrica. Sulla base delle previsioni si
considerano le peculiarità di ogni RAT per una pianificazione e ottimizzazione multi-RAT
GMS/UMTS/HSPA/LTE. Una maggiore qualità trasmissiva, espressa dal rapporto fra
potenza del segnale utile e potenza del disturbo (rumore termico e interferenza),
consente una migliore qualità della comunicazione, espressa fondamentalmente dalla
velocità di trasporto dell’informazione binaria (throughput).
5.3 OTTIMIZZAZIONE RADIO
Per poter ottimizzare al meglio la rete di accesso radio nella sua complessità, occorre
utilizzare i parametri derivanti dalle funzionalità di ottimizzazione, caricati negli Element
Manager degli apparati di rete attraverso i sistemi di gestione a disposizione dell’operatore
(Operator’s Management Systems). Inoltre le funzionalità di ottimizzazione sono
alimentate da indicatori prestazionali KPI (Key Performance Indicators), provenienti
dagli stessi sistemi di gestione.
Figura 8: Pianificazione e ottimizzazione multi-RAT

14. 5.4 SELF ORGANIZING NETWORK (SON)
Il Paradigma SON (Self Organizing Network), secondo la definizione del 3GPP, prevede
tre ambiti:
• Self-Configuration: supporto a installazione e preconfigurazione del nodo per
semplificare il dispiegamento di rete.
• Self-Optimization: supporto alla supervisione dei KPI e adattamento dei
parametri della configurazione per raggiungere gli obiettivi di prestazione
assegnati
• Self-Healing: supporto al riconoscimento di guasti e ripristino automatico
del nodo
Come esempio di Self-Optimization può essere citato l’algoritmo di ANR (Automatic
Neighbouring Relations). Le Neighbouring Relations sono legami tra coppie di celle,
configurati in rete e necessari a garantire la continuità del servizio in mobilità nel
passaggio dalla cella X alla cella Y e viceversa. In caso di aggiunta di nuovi siti o di
modifica dei siti esistenti, le relazioni di adiacenza tra le celle devono essere aggiornate: la
funzionalità di ANR consente di effettuare tali aggiornamenti in modo automatico o
semiautomatico.
Figura 9: Processo di ottimizzazione radio

15. 6. COESTISTENZA E COLOCAZIONE
L’immissione in rete di ogni nuovo sistema radio deve tener conto sia delle tematiche di
coesistenza sia di quelle di colocazione con i sistemi preesistenti.
La coestistenza riguarda, in particolare, sia l’interazione tra LTE e DVB-T (Digital Video
Broadcasting-Terrestrial), sia quella tra LTE e i radar per la navigazione aerea. La
colocazione riguarda l’attivazione di LTE in un sito in cui sono già in uso altri sistemi
radio.
6.1 COESISTENZA LTE-DVBT
Nella gamma degli 800 MHz, le bande di frequenza assegnate per il servizio LTE derivano
dalla riassegnazione di parte delle frequenze precedentemente in uso per la TV
analogica. La vicinanza tra le bande LTE e DBVT può dare seguito a varie forme di
interazione.
La prima è l’interferenza da canale adiacente che si può manifestare a causa della
modesta separazione in frequenza fra i due servizi, e che risulta tanto più significativa
quanto maggiore è il rapporto in ricezione tra la potenza del segnale LTE e quello DVBT.
La seconda interazione fa seguito alla distorsione di un segnale di livello elevato che
attraversi un amplificatore di ricezione a larga banda, presente ad esempio nelle
centraline di distribuzione condominiali. Gli attuali amplificatori televisivi amplificano oltre
ai segnali della TV digitale anche i segnali LTE allocati in bande ex TV analogica: nel caso
di un basso livello del segnale DVBT, l’amplificatore deve fornire un alto guadagno
di amplificazione, il che lo porta a lavorare vicino alla distorsione; se l’amplificatore
riceve anche un segnale LTE di livello elevato, evento probabile vista la numerosità dei
siti LTE, su può verificare una distorsione tale da inibire, nel caso estremo, la ricezione TV.
In entrambi i casi di interazione, è risolutivo un filtro che selezioni la sola banda DVBT,
da inserirsi dopo l’antenna di ricezione televisiva e prima dell’amplificatore a banda larga.
6.2 COESISTENZA LTE-RADAR
Nella gamma dei 2600 MHz, le bande assegnate agli operatori mobili per il servizio
LTE risultano adiacenti a quella impiegate per i radar. Analogamente a quanto
esposto per la gamma a 800 MHz, anche in questo caso si può manifestare un fenomeno
interferenziale.

16. La normativa esistente stabilisce i livelli massimi per i segnali di altri sistemi radio, quali
quello LTE, ricevuti in concomitanza con quelli radar. Tali livelli possono essere resi
compatibili con quelli accettati dal radar, già in sede progettuale.
La principale tecnica di mitigazione è aumentare la selettività del ricevutore Radar
tramite opportuni filtraggi; in aggiunta, si può limitare la potenza in trasmissione
del segnale LTE e/o cambiare il puntamento dell’antenna LTE; in ultima istanza, si può
ricorrere alla delocalizzazione del sito LTE.
6.3 COLOCAZIONE LTE
L’attivazione di LTE in siti in cui sono presenti altre tecnologie radio dello stesso operatore
o di altri, consente di contenere i costi e di ridurre, in generale, l’impatto
architettonico. La normativa relativa alle verifiche di conformità dei livelli di esposizione
ai campi elettromagnetici è stata rivista a fine 2012, promuovendo tecniche di misure ed
analisi previsionali più coerenti con i requisiti di esposizione a lungo o a breve termine previsti
dalla legge.
Con queste nuove modalità di verifica, è prevedibile che la colocazione di LTE non
generi criticità nell’ottemperare i limiti sui campi elettromagnetici anche
considerando l’effetto cumulativo del campo elettromagnetico del nuovo impianto LTE
a quello degli impianti preesistenti.
Figura 10: Impinto DVBT, con filtro anti-interferenza LTE inserito

17. 7. CORE NETWORK LTE
7.1 ARCHITETTURA LTE
In LTE l’architettura CS e PS, presente in GSM e UMTS, viene superata; la Core Network
è completamente a pacchetto IP. LTE comprende il nuovo accesso radio, l’E-UTRAN
(Evolved UMTS Radio Access Network), e una nuova Core Network, l’EPC (Evolved
Packet Core). Si noti che l’EPS è sesso identificata dal termine SAE (System Architecture
Evolution), mentre l’E-UTRAN viene indicato col termine LTE.
Tra le caratteristiche di rilievo dell’EPS vi è l’interlavoro tra accessi 3GPP (GERAN,
UTRANe E-UTRAN) e non 3GPP (WiFi, WiMAX), con continuità del servizio tra le
tecnologie radio.
Figura 11: Rete LTE (EPS)

18. L’accesso radio è costituito da un unico componente, l’eNB (evolved NodeB), con ruolo
assimilabile a NodeB e RNC congiunti; questo, interlavorando con la CN e gli eNB adiacenti,
è responsabile delle procedure radio verso il termine per attiazione, handover e
rilascio della connessione. In particolare, nella procedura di handover, gestita in
autonomia dagli eNB, i nodi gerarchici superiori sono coinvolti solo al termine della
procedura. L’eliminazione del nodo di controllo consente un’architettura più snella (Flat)
per conseguire l’obiettivo di minore latenza e maggior throughput. L’eNB acquisisce inoltre
la funzione di security, che ha reso necessario il dispiegamento di un ulteriore elemento di
rete (Secure Gateway), per consentire la comunicazione con protocollo sicuro IPSEC nella
tratta fra eNB e Core Network.
La Core Network EPC presenta una completa separazione tra le funzioni di controllo e quelle
di trasporto: lo split rende più agevole il dimensionamento e l’adeguamento di rete. L’EPC
è costituita dagli elementi funzionali di seguito descritti:
• MME (Mobility Management Entity) è un nodo di controllo, con funzioni simili
alla compomenti di controllo del SGSN: è responsabile delle procedure di rete per
l’autenticazione del terminale verso il DB di rete HSS (Home Subscriver
Server), per l’instaurazione della connessione (Connection Management),
per il mantenimento e il rilascio delle connessioni stesse e per gli aspetti di
mobilità. L’eliminazione dell’RNC ha richiesto che l’MME gestisca anche l’invio del
segnale di chiamata (paging) verso l’accesso radio, prima demandato all’RNC
• SGW (Serving Gateway) è un nodo di trasporto con funzionalità simili alla
componente di trasporto dell’SGSN: interlavora con il PGW (PDN Gateway) per il
trasporto dei dati dell’utente gestendo la mobilità dell’utente tra accessi 3GPP
e può cambiare in funzione dell’eNB di destinazione nella procedura di handover
• PGW è un nodo di trasporto con funzionalità simili alla componente di trasporto del
GGS: è il nodo assegnato dalla rete in dipendenza dal servizio richiesto e,
anche in presenza di mobilità, rimane lo stesso per l’interconnessione alle reti PDN
(Packet Data Network), sia interne al dominio dell’operatore sia esterne. La rete
seleziona il PGW in funzione dell’APN, memorizzato nel terminale, che identifica il
servizio richiesto dall’utente.
Il PGW assegna un indirizzo IP al terminale durante la fase di attivazione
del contesto dati, conseguente alla richiesta di registrazione in rete dell’utente;
poiché in LTE la fruizione dei servizi è prevista in un contesto a pacchetto,

19. l’assegnazione degli IP è di tipo always on e quindi l’IP è assegnato all’utente
fintanto che il terminale non venga spento. Il PGW, inoltre, interlavora con il
PCRF per la gestione dell’utente in funzione del suo profilo
• PCRF (Policy and Charging Rules Function) è il responsabile per le policy su
base utente e servizio; per attuare tali politiche, il PCRF si avvale della funzione
di PCEF (Policy and Charging Enforcement Function) nel PGW
• HSS contiene le informazioni del profilo utente e di posizione e opzionalmente
può cooperare con l’HLR
7.2 VOCE SU LTE
Per l’erogazione dei servizi voce nella rete LTE esistono opportune modalità per la
migrazione graduale dalle soluzioni legacy nel dominio a circuito (CS) verso le piattaforme
più innovative, quali IMS (IP Multimedia Subsystem).
CSFB
CSFB (Circuit Switched Fall-Back) è una soluzione che permette, prima di instaurare la
chiamata entrante/uscente, di forzare in modo trasparente lo spostamento del
terminale d’utante dall’accesso radio LTE a quello 2G/3G dove fruire del
servizio voce
Figura 12: Migrazione delle funzionalità da UMTS a LTE

20. VOLTE
VoLTE (Voice over LTE) è considerata la soluzione a regime per un Voice over IP a qualità
garantita con funzionalità multimediali. La chiamata voce viene fornita su EPS (che
offre risorse di trasporto) mediante segnalazione basata su protocollo SIP (Session
Initiation Protocol) gestita dalle funzioni del dominio IMS e dalle piattaforme di
servizio.
SRVCC
La prestazione SRVCC (Single Radio Voice Call Continuity) garantisce la continuità
della voce quando il terminale passa da una copertura a pacchetto LTE, dove sta
operando VoLTE, a una copertura a circuito 2G/3G; la procedura è stata denominata
Single-Radio per evidenziare che ne passaggio da LTE a 2G/3G i terminali, equipaggiati con
un solo ricetrasmettitore, non possono operare simultaneamente sul precedente e
sul successivo accesso radio.
IMS
Per la fruizione su IP dei nuovi servizi e del porting degli attuali, occorre l’introduzione del
dominio IMS (IP Multimedia Subsystem) che consente il controllo della chiamata, del
profilo d’utente e della qualità del servizio sottoscritta.
7.3 TRAFFIC MANAGEMENT
La trasmissione a pacchetto utilizza strutture elementare costituite da due entità, l’header
che serve per funzioni di segnalazione, e l’informazione da trasportare (payload). Si
costruiscono strutture stratificate dove ogni livello superiore fornisce servizi al livello
inferiore. L’insieme delle regole di servizio è detto protocollo.
La Packet Insepction analizza i pacchetti che transitano attraverso la core network per
determinarne gli aspetti rilevanti e stabilire quale politica di servizio adottare.
Il Traffic Volume Capping è una modalità per evitare l’uso della rete in modo oligarchico
da parte di utenti che generano moltissimo traffico. Si definisce un volume dati VMAX (Mbit)
che se non superato consente un throughput senza limitazioni; quando si supera questa
soglia, l’utente subisce una limitazione a TputMAX per la durata di un tempo T
assegnato, trascorso il quale il contatore di volume si azzera.

21. Figura 13: Traffic Volume Capping

22. 8. ACCESSO RADIO
Nella rete di accesso radio del sistema LTE, denominata E-UTRAN, sono impiegate tecniche
che consentono elevate prestazioni in termini di velocità e di efficienza spettrale (rapporto
fra velocità informativa e banda occupata).
8.1 ACCESSO MULTIPLO
La tecnica di accesso multiplo OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple
Access) costituisce un’evoluzione dell’FDMA (Frequency Division Multiple Access)
dove la banda viene suddivisa in canali separati da una banda di guardia all’interno
dei quali vengono trasmessi gli spettri dei segnali relativi ai vari flussi
informativi. La minimizzazione dell’interferenza reciproca fra gli spettri è garantita dalla
banda di guardia e per analogia geometrica si dice che i vari segnali associati agli spettri
sono tra loro ortogonali cioè non si “vedono” fra loro.
Fissata la banda totale B e detta b la banda di un canale, al centro del quale si trova ciascuna
sottoportante, si disporrà di un numero di canali pari a
𝑁𝑁𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹 =
𝐵𝐵
𝑏𝑏
Con l’OFDMA si può tollerare una sovrapposizione tra gli spettri, grazie al mantenimento
della proprietà di ortogonalità provvisto da una scelta opportuna della
spaziatura delle sottoportanti e della durata dei simboli informativi che le modulano,
ottenendo così nella stessa banda B un numero di canali equivalenti 𝑁𝑁𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂 > 𝑁𝑁𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹.
Figura 14: Schematizzazione qualitativa degli accessi FDMA e OFDMA

23. I vantaggi principali di OFDMA sono qui riassunti:
• Attivazione adattiva delle sottoportanti: si possono attivare o disattivare le
sottoportanti in funzione della qualità del canale radio in loro corrispondenza,
e quindi della possibilità di veicolare l’informazione
• Equalizzazione adattiva: il segnale ricevuto può presentare distorsioni
dell’andamento in frequenza (spettro); occorre quindi compensare (equalizzare)
periodicamente queste eventuali degradazioni dopo averle stimate. L’equalizzazione è
agevole perché la variazione di forma introdotta dal canale radio è approssimabile
con un tratto rettilineo (in frequenza) di valore opportuno e quindi di
facile compensazione
• Banda scalabile: le bande sono 1.4, 3.5, 10, 15, 20 MHz, rendendo così flessibile
l’impiego di LTE in varie canalizzazioni a livello mondiale
• Aggregazione di banda: nel sistema LTE Advanced, è prevista l’aggregazione di
banda con un aumento del throughput e della capacità
• Modulazione adattiva: l’obiettivo è quello di massimizzare il troughput; in
condizioni di canale radio ad alta qualità, si utilizzando modulazioni molto
efficienti ma più vulnerabili. Le modulazioni impiegate sono 4QAM, 16QAM e
64QAM (Quadrature Amplitude Modulation), con efficienza spettrale crescente
pari a 2, 4, 6 [bit/s/Hz] e vulnerabilità crescente in quanto i segnali modulati sono
più vicini e quindi i disturbi tendono più facilmente a farli equivocare. In
UL, LTE usa SC-FMDA (Single Carrier FDMA), di minore efficienza spettrale, ma
più adatta all’amplificazione da parte dei terminali
Figura 15: Costellazione delle modulazioni LTE 4QAM, 16 QAM, 64 QAM

24. 8.2 SCHEDULING
La banda è suddivisa in sottobande (SB) assegnate alle connessioni gestite dallo Scheduler;
la SB è assegnata per multipli TTI (Transmission Time Interval) (1ms). Si utilizzano
trame di 10ms, suddivise in 10 sub-frame, ciascuno dei quali composto da due time
slot da 0.5ms e composto di 7 simboli OFDM.
Il RE (Resource Element) è costituito da una sottoportante e un simbolo di informazione
4QAM/16QAM/64QAM (2, 4 o 6 bit per simbolo). Un set di 12 sottoportanti (12x15 kHz
= 180 kHz) e 7 simboli è detto PRB (Physical Rescource Block) e costituisce l’entità di
riferimento per molte procedure.
Figura 16: Scheduling OFDMA
Figura 17: Struttura OFDMA LTE

25. 8.3 MIMO: MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT
Si utilizzano sistemi di antenne multiple, N connesse all’eNB e M al terminale, che
consentono significativi miglioramenti di capacità e/o copertura. Per contenere gli
ingombri in orizzontale, nello stesso involucro si realizzano più antenne radioelettriche.
Il MIMO consente due scenari applicativi di riferimento con casi intermedi:
• Spatial Multiplexing: in bassa interferenza si inviano su percorsi spaziali
scorrelati N flussi informativi indipendenti
• Space Frequency Coding: in alta interferenza si inviano in “parallelo”, con
opportuna precodifica, N flusso con miglioramento del C/I al ricevitore, sfruttando
la disponibilità in ricezione della “somma” dei segnali trasmessi (guadagno
di diversità)
Figura 18: Terminologia dei sistemi di antenna
Figura 19: Spatial Multiplexing e Space Frequency Coding

26. 8.4 PRESTAZIONI
L’equazione di Shannon stabilisce un legame fra la capacità informatica massima
C (bit(s), trasportabile da un canale singolo di banda B (Hz) e con un rapporto SNR fra
la potenza del segnale e quella del rumore.
L’equazione è conforme al caso di canale singolo costituito da un’antenna in trasmissione e
una in ricezione, ovvero il canale SISO di tabella, dove si indicano anche le generalizzazioni
dell’equazione di Shannon ad altri tipi di canale.
Figura 20: Capacità asintotica dei sistemi MIMO

27. 9. RETE ETEROGENEA
L’esistenza di una rete eterogenea consistente di più standard tecnologici operante in gamme
diverse, se da un lato introduce una complessità, dall’altro, se ben gestita, permette anche
un’elevata flessibilità.
La rete eterogenea consiste, per ogni area, in una pluralità di RRP (Radio Resource Pool)
costituiti da una varietà di RAT (Radio Access Technology), layer frequenziali, tipologie
di stazioni base: Macro, Micro, Pico e Femto da impiegare sinergicamente tramite una
gesitone congiuta delle risorse radio detta CRRM (Common Radio Resource
Management).
Alcuni esempi di criteri di controllo in ottica CRRM sono il Traffic Steering, che smista
le diverse tipologie di traffico verso specifici RRP, secondo determinati obiettivi di
servizio, e il Load Balancing, che bilancia il carico tra RRP per un guadagno
complessivo delle prestazioni.
Le azioni possono essere espletate in diversi momenti: in Idle, ossia in assenza di
comunicazione, si può fare “accampare” il terminale su un RAT prefissato; al Call Setup,
secondo il servizio richiesto, si instrada la chiamata verso l’RRP opportuno. In connessione
si può, eventualmente, eseguire un handover per gestione del traffico.
Figura 21: Esempio di rete eterogenea

28. 9.1 PROCEDURE A SUPPORTO DEL CRRM
Le procedure radio che abilitano le diverse strategie di controllo sono:
• Camping: operazione di attestazione alla rete quando il terminale è in stato
Idle. Il terminale riceve le informazioni di controllo previste nello stato Ilde dalla
cella in cui è accampato e, al momento di instaurare una chiamata, la instaurerà
verso la suddetta; la cella su cui fare camping viene scelta in base alle procedure
di selezione e riselezione. La cella del RAT per il camping successiva alla prima
selezione segue principalmente le priorità indicate dalla rete.
Con l’introduzione di LTE, le priorità dei diversi RAT possono essere configurate in
modo specifico per i singoli utenti
• Call Set Up: è l’operazione di attivazione della chiamata
• Directed Retry: è la procedura che permette di reindirizzare la chiamata verso
un’altra cella senza rilasciare il collegamento di segnalazione
• Redirection: è la procedura che, non appena instaurata la connessione di
segnalazione, permette il reindirizzamento verso un’altra cella rilasciando la
connessione di segnalazione già attiva
• PS Handover: assicura la continuità del servizio
Figura 22: Esempi di Traffic Steering in Idle e Connected mode

29. • CSFB (CS Fallback): è la funzionalità che permette alla rete di instaurare su
GSM o UMTS le chiamate vocale richieste in LTE che coinvolgono terminali
multimodo LTE-2G-3G, quando il servizio voce è supportato solo nel dominio a
circuito
In base alle caratteristiche del terminale e al profilo d’utente, alla tipologia di copertura
disponibile, allo stato di carico/interferenza della rete, è possibile in linea di principio definire
la scelta ottimale del RR su quale far accampare il terminale e successivamente, anche in
funzione della tipologia di servizio richiesto, determinare le risorse radio sulle quali trasferire
la connessione.
Figura 23: Fattori che influenzano la scelta di cella/tecnologia su cui attivare il servizio

30. 10. LTE ADVANCED
LTE Advanced rappresenta l’evoluzione di LTE che permette di migliorare le
prestazioni in termini di throughput e latenza.
10.1 SISTEMI DI TRASMISSIONE MULTI ANTENNA MIMO
Gli schemi MIMO, LTE Advanced, sono stati migliorati per aumentare il throughput:
• massimo: attraverso il MIMO fino a 8 antenne in Tx e Rx in DL e 4 antenne in Tx
e Rx in UL
• medio: tramite il Beamforming, che focalizza il segnale da terminale a eNB
e viceversa, aumentando così il livello del segnale utile e riducendo l’interferenza.
L’efficienza spettrale è stata ulteriormente
incrementata con il MU-MIMO (Multi User
MIMO), dove grazie allo SDMA (Space
Division Multiple Access), le informazioni
dirette a utente diversi sono trasmesse
simultaneamente sulle stesse risorse fisiche.
I sistemi radianti evolvono verso un
avvicinamento dei moduli a radio frequenza
all’antenna.
Figura 24: Beamforming
Figura 25: Evoluzione delle tecnologie di antenna

31. I tipi di architettura sono essenzialmente tre:
• Architettura Passiva Canonica: con l’eNB connesso tramite un cavo coassiale
in rame (feeder) a un’antenna passiva, il cui angolo di inclinazione (Tilt) può
essere variato elettricamente da remoto attraverso il RET (Remote Electrical Tilt)
• Architettura Split: in cui in segnali generati da un modulo digitale di banda
base (main) sono trasmessi in fibra a un’unità attiva (remote), posta in prossimità
dell’antenna, che genera e amplifica il segnale a RF da inviare in antenna.
Rispetto alla precedente, si eliminano perdite di segnale dovute all’attenuazione del
feeder in rame
• AAS (Active Antenna System): costituita da un modulo remoto (main) connesso
in fibra a un’antenna in cui la generazione della radio frequenza,
l’amplificazione e l’emissione sono integrate. In tal caso, oltre a evitare la
perdita dei feeder, si possono creare (Digital Beam Forming) varie celle in verticale
e orizzontale (cell-splitting), aumentando la capacità
10.2 RELAY NODES
Le prime tecniche di relaying risalgono agli anni ’70 e consistevano in un sistema di
comunicazione con tre nodi, dal nodo S (Source), al nodo D (Destination), attraverso il
nodo R (Relay). Il ripetitore R, compensando l’attenuazione di propagazione,
consente di aumentare la copertura; le sue prestazioni dipendono sia dal tipo di
ritrasmissione prevista (Amplify and Forward, Decode and Forward…), sia
dall’intelligenza a bordo (PHY, MAC, packet scheduling…). Per il backhauling di R si
utilizza la stessa banda e interfaccia radio dell’eNB (donor).
Figura 26: Impiego di Relay Nodes

32. Inoltre, i relay sono impiegabili per il backhauling radio di sisti macro in aree Digital Divide,
nonché come terminali d’utente per fornire connettività broadband.
10.3 COMP, ECIC, CA
COMP (COORDINATED MULTI POINT)
Nel CoMP il segnale viene trasmesso e ricevuto da punti che agiscono in modo
coordinato, aumentando il livello del segnale utile e diminuendo quello
dell’interferenza, specialmente a bordo cella in scenari eterogenei. Le tecniche CoMP
previste dal 3GPP sono:
• CS (Coordinated Scheduling) o CB (Coordinated Beamforming): i punti
trasmissivi si coordinano per massimizzare il segnale utile ricevuto dall’utente
• DPS (Dynamic Point Selection): per ogni utente viene istantaneamente
selezionato il punto trasmissivo più adatto
• JP (Joint Processing): in DL il terminale riceve da più punti trasmissivi, in UL
il segnale trasmesso dal terminale è ricevuto a più punti ricevente
EICIC (ENHANCED INTER-CELL INTERFERECE
COORDINATION
L’eICIC permette di aumentare le prestazioni in scenari eterogenei, con coesistenza di siti
micro/pico con siti macro. Si instaura un coordinamento tra il nodo macro (aggressor) e
alcuni nodi pico (victim).
Per far questo si devono introdurre:
Figura 27: Tecniche di trasmissione coordinata (CoMP)

33. • ABS (Almost Blank Subframes), particolari trame radio all’interno delle quali il
nodo macro non trasmette, fornendo ai nodi pico l’opportunità di servire
gli utenti più interferiti
• CRE (Cell Range Expansion), fattore di sbilanciamento che permette di favorire
il collegamento con i nodi pico, anche se non caratterizzati da segnale realmente
favorevole
CARRIER AGGREGATION (CA)
In LTE-A, la modalità di CA consente di concatenare bande di larghezza diversa e
allocate in gamme diverse. La CA permette sia di aumentare il throughput di picco sia
di avere una gestione flessibile della banda in scenari eterogenei, nel cado di layer frequenziali
diversi.
10.4 EFFICIENZA ENERGETICA
L’attenzione agli aspetti ambientali e il contenimento dei costi di esercizio, spinge verso
l’aumento dell’EE (Efficienza Energetica), rapporto tra l’energia associata
all’informazione e l’energia impiegata per trasmetterla. Orientativamente, un sito
radio a media capacità preleva dalla rete in alternata qualche kW per generare all’uscita
dell’antenna circa un centinaio di W. La minore dissipazione di calore delle apparecchiature
più recenti consente, virtuosamente, una minore richiesta di climatizzazione e questo
Figura 28: Carrier Aggregation

34. permette un maggiore utilizzo della ventilazione (free cooling) nei siti radiomobili rispetti
al più energivoro condizionamento (air conditioning). Le architetture main-remote, che
richiedono la climatizzazione solo per la parte indoor, riducono ulteriormente la richiesta di
energia elettrica necessaria.
Figura 29: Evoluzione del throughput di picco LTE e LTE-A
Figura 30: Schema dei flussi di potenza in un sito radio architettura canonica indoor

35. 11. TERMINALI LTE
Per consentire il traffico anche fuori copertura LTE la maggioranza dei terminali LTE, oltre
a quelle 2G, supporta almeno una di queste tecnologie: HSPA, HSPA+, DC-HSPA (DC
Dual Carrier). A differenza dei terminali LTE per uso dati (dongle, router, tablet), gli
smartphone devono offrire anche il servizio voce. LTE è standardizzato per un ampio
insieme di bande di frequenza e ciò risulta sfidante per la progettazione e realizzazione del
sistema di antenna.
Non potendosi tecnologicamente realizzare un terminale LTE multi banda mondiale, si opta
per terminali LTE continentali; in assenza di conformità di banda LTE fra terminale e
rete, il roaming avverrà attraverso le reti legacy come adesso.
Un punto di forza degli smartphone è la disponibilità del RAT WiFi, che supporta un uso
intenso di applicazioni e servizi che richiedono un alto throughput, come ad esempio il video
streaming. Altre applicazioni a minor throughput come localizzazione, email, browsing,
vengono fruite, invece, con la stessa intensità sia quando la connettività disponibile è WiFi,
sia quando è cellulare.
Un aspetto fondamentale per il successo di un terminale è la durata della batteria. La
tecnologia LTE, con la necessità di dover operare contemporaneamente in gamme
diverse, crea esigenze di filtraggio in frequenza maggiori, rispetto alle tecnologie
legacy; aumenta, pertanto, l’esigenza elaborativa dovuta in termini di MIPS (Million
Figura 31: Sistema di antenna (concettuale) terminale multi RAT, multi Band, MIMO 2X2

36. Instructions Per Second), del processore del terminale che porta inevitabilmente a un
aumento di consumo della batteria.
11.1 CATEGORIE DI TERMINALI
La prima versione di LTE prevede cinque categorie di terminali (1-5), le cui potenzialità
sono elencate nella tabella seguente, insieme a quelle delle tre ulteriori categorie di terminali
specificati per LTE-A.
Nella tabella seguente, si indicano le potenzialità della rete attraverso il throughput single
user di cella per le bande 10MH, 15MHz, 20MHz. Il throughput effettivo erogabile al singolo
utente è dato dal minimo tra il massimo throughput gestibile dal terminale e quello
erogabile dalla cella. Da notare che tale throughput massimo teorico è relativo ad un
solo utente presente nella cella che sperimenti ottime condizioni di canale radio.
Nella pratica, il throughput del singolo utente dipende da diversi fattori, fra i quali condizioni
radio sperimentate in termini di potenza del segnale ricevuto e di interferenza
percepita, la presenza di altri utenti nella cella, tipo di servizio usufruito.
Figura 32: Caratteristiche e single user throughput del terminale LTE

37. Figura 33: Caratteristiche e single user throughput della cella LTE

38. 12. PIATTAFORME DI SERVIZIO
12.1 ENRICHED COMMUNICATION
La rete LTE si caratterizza rispetto alla rete 2G/3G per la presenza di un’unica core
network a commutazione di pacchetto con cui interagisce l’architettura IMS (IP
Multimedia Subsystem). IMS permette la realizzazione di servizi di:
• Multimedialità: uso di protocolli IP based per fornitura dei media
• Multiaccessibilità: garanzia di gestione degli accessi eterogenei, mobili, fissi, WiFi
• Multiservizio: integrazione di vari tipi di applicazioni attraverso l’introduzione di
Application Server
Gli AS (Application Server), qui di seguito descritti, connesso a IMS-CN (IMS Core
Network), forniscono le funzionalità per i servizi di Enriched Communication:
• AS-MMTel (Multimedia Telephony): supporta i servizi supplementare per una
chiamata multimediale
• IP-SM-GW (IP Short Message Gateway): eroga il servizio SMS
• AS-RCS (Rich Communication Suite): supporta l’arricchimento della
comunicazione con chat, file transfer, media sharing
• AS-SCC (Service Centralization and Continuity): gestisce l’handover voce tra
LTE e 2G/3G
• AS-HDVC (High Definition Video Communication): eroga le logiche del servizio
di videocomunicazione HD
Figura 34: Enriched Communication

39. 12.2 HIGH DEFINITION VIDEO CONFERENCE
Il servizio di videoconferenza vede, da un lato soluzioni high-end incentrate sulla qualità,
sull’alta definizione e su meeting room dedicate con accesso fisso ultrabroadband, dall’altra
soluzioni low-end, incentrate più sulla collaboration che sulla qualità della
videocomunicazione.
Nel 2010, Operatori e Fornitori di piattaforme e terminali hanno dato luogo al gruppo di
lavoro HDVC (High Definition Video Conference), per definire una soluzione di
videocomunicazione ad alta definizione di facile impiego, basata su IMS e caratterizzata da
interoperabilità tra i vari operatori. Il risultato è stata la profilatura dell’interfaccia
UNI (User to Network Interface), tra il device e la rete, e la profilatura NNI (Network to
Network Interface), per l’interconnessione tra gli operatori. Questi lavori sono stati poi ripresi
dalla GSMA per formulare le specifiche di HDVC su LTE, la cui architettura si basa su:
• HDVC AS: Application Server per la programmazione e la gestione delle
multiconferenze
• MRF (Multimedia Resource Function): unità di multiconferenza
• Video GW: funzionalità di interlavoro con i sistemi di videoconferenza legacy
12.3 LOCALIZZAZIONE
L’introduzione di LTE avviene tramite la realizzazione di una nuova rete core e di una nuova
rete d’accesso. In rete core vengono introdotti l’HSS e l’MME. La parte di Controller della
rete d’accesso viene in parte spostata verso la rete core e integrata con l’MME. All’eNB, per
quanto riguarda la localizzazione (Positioning), vengono lasciate solo le funzionalità di
reperimento delle misure utili per la localizzazione stessa, mentre le funzionalità
di interfacciamento verso i sistemi di positioning sono spostate in rete core.
Figura 34: HDVC

40. Le funzioni di localizzazione sono fondamentalmente svolte da tre nodi:
• Location Enabler: è il GW di localizzazione verso i service provider, regola l’accesso
al servizio e implementa le funzioni di esposizione del servizio quali il controllo di
policy, il controllo dell’autorizzazione alla localizzazione, l’interfacciamento
con i sistemi di billing
• GMLC (Gateway Mobile Location Center): elabora la richiesta di localizzazione e
individua l’impianto di core network verso cui instradarla
• SMLC (Service Mobile Location Center): calcola la posizione interagendo con
i nodi di rete
Figura 34: Architettura di Positioning

41. 13. BACKHAULING
Nella rete reale, i nodi radio, in genere, si trovano in siti remoti tra loro e rispetto agli altri
elementi di rete; ogni interfaccia logica richiede un collegamento fisico, realizzato attraverso
porzioni di rete fissa che trasportano i flussi di informazione della rete radiomobile. I
collegamenti fra i nodi radio e i nodi di controllo costituiscono il BH (Backhauling).
13.1 IMPATTI DI LTE SUL BH
È presente un ulteriore nodo, il SEG (Secure Gateway), che ha lo scopo di garantire la
sicurezza delle comunicazioni fra eNB e Core Network. In questo modo, l’interfaccia
X2, che logicamente collega fra loro eNB vicini, si trasforma in una coppia di interfacce
fra gli eNB e il SEG. La tratta di backhauling diventa, quindi, quella fra eNB e SEG, con
un unico collegamento fisico per tutte le interfacce logiche di un singolo eNB.
Le prestazioni elevate della rete LTE si traducono in requisiti sfidanti per il backhauling in
termini di banda elevata, bassa latenza, bassa perdita di pacchetti, elevata
disponibilità.
Figura 35: Architettura di riferimenti della rete Radiomobile LTE

42. La banda di picco generata da una stazione radio tri-settoriale con canalizzazione di 20 MHz,
utilizzando un MIMO 2x2, raggiunge i 450 Mbit/s e raddoppia se si introduce il MIMO 4x4.
La latenza e il packet loss fra eNB e CN hanno un impatto sulle prestazioni complessive:
alla tratta di BH sono assegnati una latenza massima di 20ms e un packet loss
massimo di 10-6
.
13.2 ARCHITETTURA Low RAN e High RAN
I siti radio degli eNB hanno una distribuzione molto capillare, mentre i primi
apparati di core network (SEG e MME) si trovano in un numero ridotto di sedi
che coincidono con i PoP del backbone IP (OPB) o con un loro sottoinsieme. Quindi, il BH
si estende dalla periferia della rete fino ai nodi del backbone ed è divisa in Low RAN,
corrispondente alla rete di Accesso fissa, e High RAN, corrispondente alla rete
Metro-Regionale.
13.3 SOLUZIONI PER LA Low RAN
Gli eNB sono dotati di un’interfaccia ottica GE (Gigabit Ethernet) per la connessione verso
la Core Network. Quindi, nelle aree con fibra ottica disponibile in accesso, la soluzione più
semplice per realizzare la Low RAN consiste nel collegare l’eNB direttamente a
una coppia di fibre. Le distanze tra eNB e SL sono sufficientemente brevi da garantire
una trasmissione esente da errori anche con le interfacce ottiche, relativamente a basso costo,
disponibili sugli eNB.
Figura 36: Corrispondenza fra rete mobile LTE e segmenti della rete fissa sul
backhauling

43. Nelle zone in cui il dispiegamento della rete LTE precede lo sviluppo della rete ottica in
accesso, le due alternative disponibili sono la rete di acceso in rame e il ponte radio. Le
soluzioni di accesso in rame, pur potendo utilizzare più doppini per aumentare la velocità
trasmissiva, hanno prestazioni che non sono adeguati ai requisiti del backhauling
LTE.
I ponti radio consentono velocità trasmissive superiori a quelle ottenibili con la rete in
rame; i ponti di tipo full-packet oppure hybrid, dispongono di tecniche di modulazione
adattiva che variano la capacità disponibile per il traffico a pacchetto, in funzione delle
condizioni di propagazione dei segnali radio. Il ponte radio viene, quindi, progettato per
fornire una capacità minima garantita, corrispondente al tipo di modulazione più
robusto, con una indisponibilità non superiore ad un valore limite, tipicamente
20min/anno. Quando le condizioni sono buone, vengono utilizzate modulazione più
efficienti che fanno aumentare la capacità, fino alla capacità di picco, che
solitamente è disponibile per il 99% del tempo.
13.4 SOLUZIONI PER LA High RAN
In questo segmento di utilizza la rete Metro-Regionale per raccogliere i flussi GE
provenienti dai diversi eNB di una data area geografica e multiplarli insieme in
flussi a più elevato bitrate da trasportare al SEG. Questa parte di rete deve quindi
disporre di due diverse funzionalità:
• trasporto ottico di grandi moli di informazioni su distanze medio/lunghe, attraverso
il multiplexing WDM (Wavelength Division Multiplexing)
• multiplexing statistico e aggregazione del traffico degli eNB attraverso la OPM
(Optical Packet Metro) oppure la PTN (Packet Transport Network)
La rete OPM è nata nel 2005 per il servizio IPTV ed è costituita da apparati multilayer
switch con un’architettura di tipo hub-and-spoke (con un punto di convergenza
interno e tante radiali che si dipartono da questo). La rete PTN è invece una tecnologia di
trasporto basa su una tipologia ad anelli interconnessi per avere la possibilità di
proteggere il traffico contro i guasti.
La OPM e la PTN presentano differenze nel trattamento del traffico a circuito oltre che dal
punto di vista operativo e gestionale; entrambe le tecnologie sono comunque idonee per il
BH LTE.

44. Nel segmento Metro Core si utilizza sempre la rete OPM che si appoggia ad uno strato
WDM per interconnettere fra loro i suoi nodi. Nel segmento di Metro Aggregation si
utilizzano invece le seguenti soluzioni:
• collegamento diretto in fibra tra eNB e OPM
• collegamento eNB – OLT (Optical Line Termination) ove è presente la rete di accesso
ottica
• uso di una rete WDM o PTN in altre aree
Figura 36: Opzioni architetturali per il backhauling LTE

45. 14. SICUREZZA LTE
Per LTE la sicurezza costituisce un fattore imprescindibile e ancor più con la sua rete all-IP
che lo renderebbe relativamente vulnerabile agli attacchi caratteristici del mondo IP. La
sicurezza richiede:
• l’autenticazione che consente di identificare in modo certo la provenienza
dei dati
• l’integrità che assicura che i dati non siano stati modificati durante la loro
trasmissione
• la cifratura che garantisce la riservatezza delle informazioni
14.1 SICUREZZA DELL’INTERFACCIA RADIO
Gli aspetti rilevanti da tenere in considerazione sono:
• mutua autenticazione rete/utente: l’autenticazione dell’utente impedisce
accessi non autorizzati e l’autenticazione della rete evita le connessioni da false
stazioni radio base. L’autenticazione con HSS estende la EPS-AKA (Evolved
Packet System – Authentication Key Agreement) di UMTS
• confidenzialità di utente e terminale: per l’utente limita la trasmissione in
chiaro dell’IMSI (International Mobile Subscriber Identity) memorizzato nella
SIM usando lo pseudonimo TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity),
quando richiesto dalla rete
• cifratura della segnalazione e dei dati utente: per impedirne
l’intercettazione. A tal fine si cifrano con chiavi diverse sia i dati utente sia la
segnalazione radio e core
• integrità della segnalazione: si genera una chiave diversa per segnalazione
radio e core
• ambiente sicuro su eNB: il fine è impedire la compromissione di un eNB.
Questo richiede che sull’eNB sia definita un’entità logica che realizzi un ambiente
sicuro dove conservare le chiavi crittografiche e altri dati sensibili

46. 14.2 SICUREZZA DEL BACKHAULING
In 3G i dati sono trasferiti crittografati su una rete non-IP fino al RNC, che è fisicamente
protetto e all’interno di un edificio affidabile (trusted). In LTE a causa dell’assenza dell’RNC,
la cifratura e il controllo di integrità devono essere svolte dall’eNB, altrimenti il
traffico sul backhauling risulterebbe non autenticato e trasmesso in chiaro.
Attraverso l’impiego di MME o eNB falsi, si può realizzare un disservizio (DoS) agli utenti
connessi sulla S1 o ai nodi della rete core. Questi rischi interessano anche la X2 attraverso
cui eNB vicini possono scambiarsi informazioni sensibili. L’impiego della suite IPSec
garantisce la sicurezza richiesta, creando un tunnel nel quale il traffico è trasmesso
verso un SEG.
La sicurezza è garantita dal protocollo ESP (Encapsulation Security Payload) della suite
IPSec; in particolare, gli aspetti di sicurezza sono così gestiti:
• confidenzialità del traffico: nell’instaurazione del tunnel IPSec, l’eNB negozia con
il SEG una chiave segreta
• integrità delle trasmissioni: si utilizzano per l’autenticazione i codici Hash. Un
HMAC (Hash Message Authentication Codes) utilizza una chiave segreta
simmetrica che viene combinata con il messaggio originale per la
generazione del codice hash. L’HMAC inserito nell’header ESP permette al SEG
Figura 37: Sicurezza sull’interfaccia radio LTE

47. di verificare l’integrità del pacchetto ricevuto, in quanto esso ha accesso alla chiave
segreta di chi lo ha spedito e quindi, può implicitamente verificare anche
l’identità della sorgente
È fondamentale, quindi, che ciascun eNB stabilisca in modo sicuro con il SEG una chiave
segreta. Il protocollo IKEvs2 (Internet Key Exchange version 2) viene utilizzato per la
negoziazione tra le parti nonché per la loro autenticazione. Prima si crea un canale
all’interno del quale l’eNB e SEG si autenticano tra loro; poi si stabilisce
un’associazione di sicurezza per IPSec (protocolli, algoritmi, come creare il tunnel) e
al termine sono in grado di generare la suddetta chiave.
L’autenticazione avviene sulla base dello scambio di certificati digitali e questo richiede di
disporre in rete core della rete di Security Management costituita da un SEG e da una PKI
(Public Key Infrastructure). La PKI si compone di CA (Certification Authority), di RA
(Registration Authority), di CRL (Certificate Revocation List), nonché dei protocolli
per la gestione automatica dei certificati. Tale PKI deve interoperare con i nodi di
accesso eNB e con il SEG che, per mutuamente autenticarsi, dispongono di un certificato
firmato dalla CA.
Il CMPv2 (Certificate Management Protocol) gestisce i certificati sull’eNB, il rilascio
avviene autenticando l’eNB sulla base di un certificato di device, rilasciato dal fornitore
e preinstallato sullo stesso nodo.
Il SCEP (Simple Certificate Enrolment Protocol) è usato per la gestione dei certificati
lato SEG.
Easy LTE, Paolo Semenzato