Tutti i sistemi che consentono la comunicazione mobile devono necessariamente impiegare frequenze radio per consentire ai propri utenti di comunicare. Un sistema radiomobile cellulare consente di instaurare una comunicazione bidirezionale tra coppie di utenti, dei quali uno o entrambi possono compiere spostamenti qualsiasi entro l'area di copertura radioelettrica garantita dal sistema (pari almeno al territorio nazionale).
Un sistema radiomobile cellulare deve affrontare le problematiche relative alla gestione della mobilità dei propri utenti, che si possono così sintetizzare:
Localizzazione automatica dei terminali mobili accesi ma non in conversazione purché essi siano all'interno dell'area di copertura radio del sistema.
Accertamento dell'identità degli utenti e protezione contro le intercettazioni radio. Prima di concedere l'accesso ad un utente che ne fa richiesta (per esempio per effettuare una chiamata) il sistema deve provvedere alla sua autenticazione cioè deve mettere in atto una procedura tesa ad accertare che l'utente sia regolarmente abbonato e che quindi abbia diritto a effettuare o ricevere una chiamata. Dopo aver instaurato una connessione tra due utenti il sistema deve proteggere le informazioni di utente che sono trasmesse via radio contro possibili intercettazioni.
Nel caso in cui il sistema offra più servizi di comunicazione (fonia, dati, fax ecc.) il sistema deve poter distinguere tra essi per offrire il servizio richiesto di volta in volta.
Nel corso di una chiamata si deve garantire la continuità della comunicazione anche durante degli spostamenti che possono avvenire alle velocità consentite dai mezzi di trasporto terrestri (auto, treno ecc.).
Sono stati coniati dei termini ad hoc, qui di seguito illustrati, per indicare le procedure che un sistema radiomobile deve supportare per gestire la mobilità dei propri utenti. Oltre all'autenticazione, tali procedure sono essenzialmente quattro.
Con questo termine (che letteralmente significa "vagabondare") si indica la possibilità che un sistema (o rete) radiomobile offre ai propri utenti che non sono in conversazione ma hanno la propria stazione mobile ad esempio il telefonino (Mobile Station, MS) accesa, di spostarsi a piacimento entro il territorio servito dal sistema, restando sempre rintracciabili e quindi in grado di effettuare o ricevere chiamate. Per consentire il roaming entro l'area geografica servita dal sistema è indispensabile che la rete sia sempre in grado di localizzare, memorizzandone la posizione in un database, i propri utenti all'interno di aree sufficientemente ristrette in cui viene suddiviso il territorio dal sistema. L'area geografica entro cui un utente si può spostare, senza che aggiornarne la localizzazione, viene denominata Location Area (area di localizzazione). Ogni Location Area è univocamente identificata da una Location Area Identity (LAI), che viene irradiata entro la Location Area stessa. In altri termini il sistema considera localizzata una stazione mobile (MS) quando ha memorizzato in un database l'identificativo della Location Area in cui la MS si trova. Nel caso in cui la mobile debba essere chiamata, il messaggio di chiamata viene irradiato solo quella Location Area.
Il roaming implica una procedura nota come Location Updating (aggiornamento della localizzazione), che è la procedura con la quale si aggiorna la localizzazione di stazione mobile ogni qual volta essa si sposta. La procedura evolve essenzialmente nel seguente modo (fig.1):
Una stazione mobile (MS) accesa mantiene in memoria la LAI (Location Area Identity) che riceve via radio.
Quando la stazione mobile non ha una LAI memorizzata (tipicamente perché viene accesa in quel momento), oppure riceve una LAI diversa da quella in memoria, essa invia alla rete un messaggio che richiede l'aggiornamento della localizzazione (Location Updating) nel database di rete preposto a ciò.
A seguito della richiesta, la rete aggiorna la localizzazione nel database.
La rete invia una conferma di avvenuto aggiornamento della localizzazione alla stazione mobile.
Fig. 1 Roaming e Location updating
Così facendo, la rete conosce sempre qual è la Location Area in cui si trova ogni stazione mobile accesa (situata entro l'area di copertura radio dell'intero sistema), grazie al fatto che la stazione mobile comunica i propri spostamenti alla rete. La rete memorizza in un database le informazioni sugli spostamenti e le utilizza nel momento in cui la stazione mobile deve essere rintracciata.
Il paging (chiamata) è la procedura con la quale la rete radiomobile effettua una chiamata verso una stazione mobile, irradiando un opportuno messaggio di paging nella Location Area in cui essa si trova. Alla ricezione del messaggio di paging la stazione mobile genera un avviso acustico (il "telefonino" squilla) per comunicare l'utente che vi è una chiamata (fig. 2).
La stazione mobile di un utente impegnato in una conversazione telefonica viene servita da una stazione ricetrasmittente di rete, denominata BTS (Base Transceiver Station, stazione radio base), che garantisce la copertura radio di un'area ristretta detta cella (cell). Con il termine handover (o handoff) si indica l'insieme delle procedure messe in atto dalla rete per evitare che una conversazione in corso cada, in seguito a spostamenti che portano un utente a uscire dalla cella della stazione radio base che lo sta servendo in un certo momento. Normalmente un handover implica un cambio di stazione radio base (BTS) e un cambio del canale radio utilizzato dalla stazione mobile, senza che un utente in conversazione si accorga di ciò, come si vede in figura 3.
Fig. 3 Handover
Utilizzo delle risorse radio in un sistema radiomobile cellulare
Un sistema radiomobile opera instaurando dei collegamenti radio con i propri utenti tramite un insieme di frequenze (carrier portanti radio) sulle quali sono realizzati canali di comunicazione a sua disposizione. Tali frequenze sono comprese entro una ben precisa banda, assegnata da enti di standardizzazione internazionali. Poiché il numero delle frequenze a disposizione del sistema è relativamente piccolo, i canali di comunicazione realizzati sono anch'essi in numero limitato.
Il riutilizzo delle frequenze: concetto di sistema cellulare
Un moderno sistema radiomobile deve soddisfare due esigenze:
Non porre limiti stringenti sul numero di utenti che possono usufruire dei suoi servizi;
Garantire una copertura radio del territorio che consenta ai propri utenti di effettuare o ricevere chiamate (quasi) dappertutto.
Essendo le frequenze radio una risorsa limitata, gli organismi di standardizzazione internazionali assegnano ai sistemi radiomobili una ben precisa porzione dello spettro radio. Di conseguenza, poiché la banda totale a disposizione di un sistema è limitata, il numero di frequenze radio e di canali di comunicazione che si riescono ad ottenere è relativamente piccolo. Va inoltre ricordato che, sulla tratta radio, per un conversazione si impiegano due frequenze, sulle quali sono realizzati due canali comunicazione: uno per l'uplink e uno per il downlink.
Una volta fissata la banda totale a disposizione del sistema, il numero di canali radio che si riescono e realizzare dipende dalla larghezza di banda che si assegna a di ciascun canale. Quest'ultima varia a seconda che il sistema sia analogico o digitale e dipende dal tipo di modulazione che si adotta. In generale la larghezza di banda di un canale radio viene determinata facendo un compromesso tra qualità del segnale modulato trasmesso (che richiede una adeguata larghezza di banda) e numero di canali radio realizzabili (che aumenta al diminuire della banda).
