PRB in LTE: Blocchi di Risorse Fisiche e Funzionamento
In questo articolo analizziamo cosa sono i PRB (Physical Resource Block) e qual è il loro ruolo all’interno del sistema LTE. Comprendere il funzionamento di questi blocchi è essenziale per chiunque lavori nell’ambito delle reti mobili o voglia approfondire il meccanismo di allocazione delle risorse radio. Vedremo come vengono definiti, come operano e in che modo influenzano la capacità e l’efficienza dello spettro disponibile.
Definizione di PRB e struttura base
Un Physical Resource Block rappresenta l’unità minima di risorsa assegnabile su un canale LTE. È definito in dominio tempo-frequenza, ovvero rappresenta una porzione di spettro in frequenza e una durata specifica in tempo. Nello specifico, un PRB copre 180 kHz in frequenza e dura un subframe (1 millisecondo), suddiviso in due slot da 0,5 ms.
Ogni PRB contiene 12 sottoportanti da 15 kHz ciascuna. In termini temporali, ogni slot contiene 7 simboli OFDM (o 6 in configurazioni con cicli più lunghi). Quindi, in ogni subframe (ovvero in un PRB), troviamo 14 simboli OFDM in configurazione normale.
Assegnazione dei PRB in downlink e uplink
In LTE, la gestione delle risorse avviene in modo dinamico. Ogni terminale (UE) riceve un numero variabile di PRB in funzione delle condizioni radio, della qualità del segnale (CQI), del tipo di servizio richiesto e della congestione di rete. L’assegnazione dei PRB è gestita dal programmatore (scheduler) e può variare ogni millisecondo.
Nel downlink (da rete a utente), i PRB sono assegnati nel dominio della frequenza e del tempo. Nell’uplink (da utente a rete), invece, la struttura è simile ma utilizza SC-FDMA per ridurre il picco di potenza richiesto ai terminali. Anche qui, l’unità di base è sempre il PRB, ma con vincoli di contiguità in frequenza per mantenere le caratteristiche SC-FDMA.
Numero di PRB disponibili e ampiezza di banda
Il numero di PRB varia in funzione della larghezza di banda configurata nella cella. LTE supporta diverse larghezze di banda: 1.4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz e 20 MHz. A ogni larghezza di banda corrisponde un numero massimo di PRB assegnabili. I bordi dello spettro vengono riservati come margine di guardia, quindi non tutta la banda è disponibile per il traffico utente.
| Larghezza di banda LTE | Numero di PRB disponibili |
|---|---|
| 1.4 MHz | 6 |
| 3 MHz | 15 |
| 5 MHz | 25 |
| 10 MHz | 50 |
| 15 MHz | 75 |
| 20 MHz | 100 |
Utilizzo e ottimizzazione dei PRB
L’ottimizzazione dei PRB è cruciale per massimizzare l’efficienza spettrale. Lo scheduler può utilizzare strategie come Round Robin, Proportional Fair o Maximum Throughput per decidere a chi assegnare i PRB in ogni subframe. Ogni strategia ha impatti diversi su throughput, equità e qualità del servizio (QoS).
I PRB possono anche essere aggregati in caso di portanti multiple (Carrier Aggregation), per aumentare la banda complessiva disponibile all’utente. In questi casi, la rete combina più portanti LTE per formare una banda logica più ampia, suddivisa internamente in PRB per ciascuna portante.
Rapporto tra PRB e capacità della cella
La capacità complessiva di una cella LTE dipende, tra le altre cose, dal numero totale di PRB disponibili. Tuttavia, la capacità reale dipende anche da altri fattori come:
- Lo schema di modulazione adottato (QPSK, 16QAM, 64QAM)
- La qualità del canale radio (misurata tramite SINR)
- Il livello di interferenze con celle adiacenti
- La presenza di meccanismi MIMO (Multiple Input Multiple Output)
Un PRB assegnato con modulazione 64QAM e codifica efficiente può trasportare molti più bit rispetto allo stesso PRB assegnato con QPSK. Quindi, il numero di PRB è solo una parte dell’equazione. È la combinazione di modulazione, codifica e condizioni radio che determina il throughput finale.
PRB e Quality of Service (QoS)
La rete LTE deve garantire qualità del servizio differenziata per supportare diverse applicazioni (es. voce su LTE, video streaming, dati generici). I PRB vengono quindi assegnati in modo da rispettare le priorità dei flussi dati. Per esempio, un servizio voce in tempo reale riceverà risorse più regolari e stabili, mentre applicazioni non in tempo reale possono accettare variazioni maggiori nei PRB assegnati.
Esempio pratico di assegnazione PRB
Supponiamo che un utente riceva 10 PRB per un subframe. Se ogni PRB può trasportare, in condizioni ottimali, circa 336 bit per simbolo (12 sottoportanti × 14 simboli × 2 bit per simbolo con 16QAM), allora per 10 PRB si possono raggiungere circa 33.600 bit in 1 ms, ossia 33.6 Mbps teorici. Nella realtà, tra codifica e overhead, il throughput effettivo sarà inferiore, ma l’esempio mostra come il numero di PRB impatta direttamente sul rate dati disponibile.
Considerazioni finali
I PRB sono il cuore della gestione delle risorse in LTE. Attraverso una pianificazione accurata e una strategia di assegnazione intelligente, la rete riesce a bilanciare efficienza, throughput e qualità del servizio. Per chi sviluppa o gestisce reti LTE, comprendere a fondo il ruolo dei PRB è essenziale per migliorare la performance generale del sistema e garantire una migliore esperienza utente.
Se ti interessa approfondire come lo scheduler LTE decide l’allocazione dinamica dei PRB, puoi proseguire con l’analisi del funzionamento dell’algoritmo Proportional Fair nelle reti mobili.