Il mondo dei cellulari
Le comunicazioni senza fili sono al giorno d’oggi una cosa comune, l’avvento del telefono cellulare ha portato questo fenomeno fino a volumi impensabili. Ora la comunicazione cellulare è divenuta una necessità … ovunque ci giriamo troviamo un cellulare!
Esistono vari tipi di Comunicazioni Cellulari che sfruttano lo stesso principio:
•ETACS : Sistema analogico utilizzato in Europa
•CDMA : Sistema digitale utilizzato in USA, Korea e Giappone
•GSM : Sistema digitale utilizzato in Europa
La differenza fondamentale fra i sistemi ANALOGICI e quelli DIGITALI risiede nella quantità di conversazioni sostenibili in un certo intervallo di tempo :
nel sistema Analogico : una conversazione occupa una frequenza per tutta la sua durata ;
nel sistema Digitale : si possono gestire più conversazioni sulla stessa frequenza
Come tutti i sistemi di comunicazione senza fili, il segnale inviato/ricevuto deve essere modulato. La modulazione di un segnale è necessaria per consentire la trasmissione di segnali a lunghe distanze con una potenza minima.
Il sistema GSM è un sistema DIGITALE che sfrutta un tipo particolare di modulazione radio per inviare e ricevere segnali detta GMSK.
La
modulazione GMSK (Gaussian-filtered Minimum
Shift Keying) nasce dall'evoluzione della
modulazione a spostamento di frequenza
(FSK), con la quale è possibile che
trasmette i simboli digitali "0" e "1" variando la frequenza
della portante: al simbolo 0 corrisponde una
precisa frequenza f0, al simbolo 1
una precisa frequenza f1.
Nel passaggio da f0 a f1
o viceversa si possono generare dei salti di
fase che provocano una discontinuità del
segnale con conseguente allargamento dello
spettro in frequenza utilizzato. Proprio
questo allargamento della banda rende la
modulazione FSK non adatta alle trasmissioni
radiomobili.
La tecnica GMSK rispetto quella FSK offre i
seguenti vantaggi :
- La fase è continua . Ciò che cambia da un
intervallo all’altro è la frequenza.
- Spettro abbastanza contenuto.
Le comunicazioni senza fili sono di vario tipo e ormai diffuse da svariati anni. Radio e TV sono gli esempi più comuni di trasmissioni radio, ma a differenza delle comunicazioni cellulari non consentono la trasmissione e contemporaneamente la ricezione. In entrambi i casi però sono presenti dei ripetitori per ovviare a problemi di attenuazione del segnale.
Le informazioni viaggiano nell’etere utilizzando onde radio, cioè segnali a frequenze elevate. Il ministero delle comunicazioni ha predisposto delle BANDE di FREQUENZE per ogni tipo di comunicazione, in modo tale che non ci siano conflitti fra vari tipi di trasmissioni.
Il più grande problema delle
radiotrasmissioni
è rappresentato dalla limitata quantità di
frequenze disponibili. Infatti servirebbero
milioni di frequenze per garantire a ciascuno la
propria conversazione privata.
Per poter realizzare un sistema di comunicazione mobile in grado di soddisfare le richieste di collegamento radiotelefonico si è fatto ricorso alla tecnica della struttura a CELLE. Con tale tecnica il territorio viene suddiviso in aree adiacenti (celle) che ricordano la struttura di un alveare. Le celle sono indipendenti l’una dall’altra, ma sono coordinate da unità superiori, consentendo la libertà di movimento al telefono.
I vantaggi della struttura a celle sono :
•- Maggiore disponibilità di frequenze libere, grazie alla possibilità di ripetere le stesse frequenze all’interno di celle differenti ;
•- Riduzione dei problemi di interferenze ;
•- Possibilità di coprire superfici virtualmente infinite.
Ogni cella utilizza un numero definito di frequenze per le comunicazioni ed è dimensionata in base alla mole di traffico telefonico previsto in quella zona : più è alto, più la cella sarà di piccole dimensioni.
Le BASE STATIONS (o stazioni radio base) sono gli interlocutori fra i vari utenti di telefoni cellulari. Ogni comunicazione passa attraverso di loro. In una rappresentazione ideale, in ogni cella è presente una base station che gestisce autonomamente tutti i collegamenti dell’area di sua competenza.
La rete cellulare non si compone solo di Base stations, ma anche da altre strutture : tutte le Base stations sono infatti coordinate da una struttura detta MSC (Mobile Switching Center) che tiene sotto controllo tutti gli utenti.
L’utente di un telefono cellulare, per registrarsi in rete, invia due identificativi ben precisi :
•- IMEI : è un codice identificativo specifico di un solo terminale telefonico . Nel caso in cui ci siano degli IMEI “dubbi” (doppi, o di telefoni rubati), questi vengono inseriti in una lista detta Black List dalla quale i vari gestori possono bloccare tutti i terminali telefonici presenti.
•- IMSI : è un codice l’identificativo della SIM Card. In esso è compreso il numero di telefono criptato, il Paese, ed il gestore di appartenenza.
La trasmissione GSM consente ad 8 utenti differenti di condividere la stessa frequenza grazie al sistema TDMA (accesso multiplo a divisione di tempo). Ogni utente trasmette solo per il tempo assegnatogli (Timeslot), dopodichè lascia spazio agli altri utenti attendendo il proprio turno.
Per trasmettere correttamente occorre che ciascun segnale venga convertito in impulsi, ciascuno dei quali è detto Burst. Inoltre occorre che ogni impulso, deve essere trasmesso in un intervallo di tempo assegnato che abbia una durata pari a quella di un timeslot.
•- La nostra voce;
•- Le informazioni di sincronizzazione;
•- Le informazioni di servizio.
Se alcuni Burst, a causa di disturbi, vengono persi, la comunicazione risulta instabile, dando origine a buchi di comunicazione, voce metallica o, nel peggiore dei casi, caduta della conversazione.
La nostra voce viene digitalizzata all’interno del telefono, cioè l'onda analogica generata quando parliamo viene convertita in dati digitali (tramite il sistema ADC) . Per questa conversione si possono utilizzare tre metodi:
•Full Rate (FR) : La velocità di campionamento è 13kbps.
•Enhanced Full Rate (EFR) : Utilizza lo stesso numero di bit usati per il FR, ma l'audio è migliore.
•Half Rate (HR) : La frequenza di campionamento è dimezzata rispetto al FR, consentendo alla rete di gestire fino al doppio delle conversazioni sullo stesso canale, ma viene penalizzata la qualità audio.
I telefoni cellulari emettono onde radio a frequenze :
• ~900 MHz per i telefoni Single Band (GSM)
• ~1800 MHz per i telefoni Dual Band (DCS)
•TCH (Canali di traffico) : i canali sui quali avviene la conversazione.
•BCCH (Canale di controllo o canale guida) : attraverso questo la Base station emette costantemente un segnale per permettere ai telefoni di eseguire la registrazione.
La potenza trasmessa è strettamente correlata al livello di ricezione del telefono. Il livello di ricezione è rappresentato sul display del terminale sotto forma di “tacche di campo”.
La SIM CARD (Subscriber Identify Module) è l’elemento che consente al telefono di operare in rete, conferendogli un'IDENTITÀ. Ogni SIM CARD è legata ad un gestore e può essere utilizzata su qualsiasi telefono GSM.
Una SIM CARD è legata al proprio operatore, quindi cerca di lavorare sempre sulla propria rete. Quando non c'è rete o siamo fuori dall'Italia, la nostra scheda lavora in ROAMING, cioè un operatore mette a disposizione la propria rete per gli abbonati di un altro.
Esistono diversi tipi di batterie, le cui caratteristiche sono L’EFFETTO MEMORIA e la CAPACITA’ DI MANTENERE LE PRESTAZIONI anche dopo molti cicli di carica.
- Ni-Cd (Nichel Cadmio): batterie con effetto memoria elevato e con prestazioni che diminuiscono sensibilmente dopo molti cicli di carica.
- Ni-MH (Nichel MH) : effetto memoria inferiore e prestazioni migliori della Ni-Cd.
- Li-ion o Polymer (Litio) : miglior compromesso prestazioni / effetto memoria, con un peso simile a quello della sim card !
Per navigare in WAP è necessario che la SIM Card utilizzata sia abilitata alla trasmissione Dati. Con le carte prepagate bisogna verificare che si disponga di credito, perché questo è un servizio a pagamento.
Wap NON è Internet, ma nel linguaggio comune, quando si parla di Internet sui telefoni cellulari, si intende in realtà Wap.
Normalmente i siti WML iniziano con “wap.” invece che con “www.”
Architettura di rete
L’utente che vuole collegarsi con WAP deve eseguire una semplice configurazione sul proprio telefono, in maniera tale da consentire una Registrazione nel PORTALE WAP.
Il GPRS ha una velocità massima teorica di 171,2 Kbps usando tutti e otto i timeslots contemporaneamente. Questa velocità è all'incirca venti volte maggiore di quella raggiungibile con una connessione WAP.
Il bello del GPRS è l'immediatezza, come per l'sms che arriva subito. Non si deve attendere per inviare e ricevere informazioni. L'utente può considerarsi on-line fin da quando accende il telefono.
Il GPRS sarà pienamente capace di ottenere da un terminale mobile ciò che adesso abbiamo con un grande computer, si potranno usare completamente i servizi internet. Le nuove applicazioni del GPRS comprendono il download di grossi files ed il controllo di attrezzature e macchinari casalinghi.
Con il GPRS i dati in ricezione e trasmissione viaggiano come spezzettati in pacchetti e vengono ricostruiti una volta giunti a destinazione. In questo modo possiamo navigare e ricevere chiamate con un solo telefono contemporaneamente.
L'avvento dei sistemi digitali di terza generazione, sarà un passo avanti da scrivere nella storia delle nuove tecnologie. La rivoluzione sarà la videotelefonata!
Un'enorme importanza avrà il roaming satellitare che il sistema UMTS sarà in grado di supportare. L'UMTS integrerà tutti i presenti e i futuri servizi in un unico sistema di telecomunicazione. Le celle classiche verranno divise in macro-celle, micro-celle, micro pico-celle e pico celle. Più la cella è piccola maggiore sarà la sua trasportabilità. Si passerà quindi da un minimo di 144 Kbit/s nelle macro-celle, ad una velocità stratosferica di 2,048 Mbit/s nelle pico-celle. Quest'ultima velocità sarà disponibile anche in celle di maggiore grandezza per applicazioni a corto e medio raggio. Già all'inizio del servizio sarà attivo il collegamento satellitare che sarà implementato usando l'allocazione di frequenza MSS (S-Band Mobile Satellite Service).
Una delle maggiori innovazioni dell'UMTS sarà la USIM (UMTS Subscriber Identity Module) card, che sarà in grado di memorizzare tutti quei dati che l'utente vorrà scaricare usando la rete UMTS. Questa card sarà come una specie di hard disk nella quale l'utente potrà scegliere i diversi tipi di programmi da installare, a seconda dell'utilizzo della carta stessa.
Ma il vero punto di forza della tecnologia UMTS sarà la compatibilità IP (Internet Protocol). La connessione con la rete sarà assicurata da collegamenti iperveloci.
Capacità delle celle e dei terminali UMTS :
Il sistema che si trova alla base del nuovo sistema mobile di terza generazione è lo stesso sviluppato dai precedenti sistemi radiomobili, basato quindi sulla divisione del territorio in celle. La differenza principale fra GSM e UMTS è il diverso grado di uso delle frequenze. La capacità di transfer è enormemente più ampia, e dove prima parlavano 8 utenti, adesso ne parlano ben 54.