Corso cellulari - Prima lezione

ago 2013 mngfnc@yahoo.com
Introduzione alla telefonia cellulare
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mngfnc@yahoo.com

ONDE RADIO - INTRODUZIONE
I telefoni cellulari utilizzano le Onde Radio per connettersi senza fili alle antenne delle
cosiddette Stazioni Radio Base (= SRB), collegate a loro volta sia alla rete telefonica fissa
che ad altre stazioni analoghe per effettuare le chiamate con qualunque altro dispositivo
fisso o mobile.
Le onde o radiazioni elettromagnetiche viaggiano ad una velocità che raggiunge 300.000
Km al secondo (velocità della luce) e sono caratterizzate dall'ampiezza (intensità) e dalla
frequenza espressa in oscillazioni al secondo (Hz = Hertz). A differenti frequenze sono
associate caratteristiche diverse come indicato in figura.
Megametro = 1milione di metri mm = millimetro =millesimo di m
micron = millesimo di mm
nano = millesimo di micron
pico = millesimo di nano
femto = millesimo di pico
103 =1000 = mille = Kilo
106 =1000.000 = milione =Mega
109 =1000.000.000 = miliardo=Giga

Le Onde Radio utilizzate per le trasmissioni senza fili si propagano facilmente nel vuoto e
nei mezzi a bassa densità come l'atmosfera e gli esseri viventi, ma sono diffuse, assorbite,
disperse o si riflettono, nei mezzi a densità crescente come ad esempio, gli edifici, i
metalli, il terreno e le pareti rocciose.
Le frequenze utili per le trasmissioni radio (Spettro delle onde Radio) sono state divise in
intervalli di diverse dimensioni, detti Bande o Gamme, per le varie tipologie di utilizzo
quali ad esempio la televisione, la radio, la difesa, la polizia, i vigili del fuoco, i trasporti
aerei ecc. Ogni banda può essere suddivisa in intervalli minori, detti Canali, il cui numero
è limitato dalla necessità di impedire l’interferenza con i segnali dei canali contigui.
Influiscono vari fattori tra i quali l’ampiezza della banda stessa (cioè dall’intervallo di
frequenze usato) ed i circuiti elettronici usati per le trasmissioni (quelli moderni possono
operare con intervalli più stretti che consentono di dividere le bande in un maggior
numero di canali).
ONDE RADIO - INTRODUZIONE
Spettro delle Onde Radio
Bande Radio
Canali Radio

SISTEMI RADIOMOBILI - EVOLUZIONE
Il primo sistema radiomobile della storia nacque negli USA nel 1964 e funzionava su due
intervalli (gamme) di frequenza a cavallo dei 160 MHz e dei 450 MHz con soli 23 canali
bidirezionali (per parlare e per ascoltare). Nel nostro paese il sistema, detto di prima
generazione (1G), venne introdotto nel 1974 e funzionava sulla gamma dei 160 MHz, ma
era molto limitato nel numero di canali e nelle prestazioni.
Inoltre richiedeva l'intervento degli operatori di centrale per
effettuare le telefonate. L’apparecchio mobile
poteva collegarsi su un solo canale prestabilito alle Stazioni
Radio che spesso erano lontane e nessitava di alte potenze.
Di conseguenza il telefono era pesante ed ingombrante.
Nel 1984 nacque il sistema radiomobile RTMI (Radio Telefono
Mobile Integrato), funzionante sui 450 MHz, detto di seconda
generazione (2G) per via delle prestazioni di gran lunga
migliori del precedente. Era, infatti, direttamente connesso
con la rete telefonica nazionale ed il telefono era più leggero
e meno ingombrante. Questo sistema consentiva la commutazione su diversi canali da
parte degli apparecchi mobili, che così potevano usare le frequenze libere al momento
nelle Stazioni Radio Base circostanti, aumentando la disponibilità di telefonate
contemporanee possibili da parte del sistema.

LE RETI CELLULARI - EVOLUZIONE
La copertura del territorio con le Stazioni Base aumentò rapidamente e
verso la fine degli anni ottanta viene introdotto il TACS. Le comunicazioni avvenivano
sempre nella banda 450 MHz, ma a potenza ridotta limitando l'area di influenza delle
antenne delle Stazioni Radio Base. Inoltre in ogni area contigua, servita da un’antenna, le
trasmissioni avvenivano su canali diversi in modo da impedire l'interferenza e consentire
l'uso delle stesse frequenze in aree più lontane, tipico delle reti cellulari.
I sistemi descritti erano analogici e purtroppo utilizzabili solo sul territorio nazionale perchè
ogni nazione scelse allora un diverso standard; avevano inoltre facilità di clonazione dei
terminali, mediante contraffazione del codice identificativo, e nessuna forma di protezione
della comunicazione in quanto le chiamate (in chiaro) potevano essere intercettate con
semplici modifiche ad alcuni modelli di cellulari.
Il TACS aveva una ridotta ampiezza della banda utilizzabile e quindi un limitato numero di
canali disponibili per le chiamate. Per aumentarne la capacità è stato introdotto il sistema
ETACS (Enhanced TACS = TACS migliorato) che utilizzava anche frequenze nella gamma
890/900 MHz.
antenna
Tx(=trasmissione) sul canale A
antenna
Tx sul canale B
antenna
Tx sul canale A
Schema semplificato
delle trasmissioni
nel sistema TACS

Per superare i problemi dell'analogico, nel 1995 nacque il digitale GSM (Global System for
Mobile communication = Sistema Globale per Comunicazioni Mobili) funzionante nella
gamma dei 900 MHz, ma con caratteristiche concordate con le principali nazioni europee. Le
gamme utilizzate principalmente in Africa ed America sono invece, 450 MHz e 850 MHz
rispettivamente. Attualmente il GSM è lo standard di 2ª generazione più diffuso del mondo.
Le comunicazioni nel sistema GSM sono effettuate previa trasformazione della voce in
segnali digitali, che possono quindi essere trattati con circuiti elettronici tipici dei computer
e, come ogni altro segnale di questo tipo, possono essere elaborati ed inviati con le tecniche
delle comunicazioni utilizzate nel mondo dell’informatica, con i vantaggi che ne derivano.
I principali vantaggi del digitale sono i seguenti:
- La possibilità di correggere gli errori di trasmissione e la quasi immunità ai disturbi.
- La possibilità, oltre alle comunicazioni telefoniche, di trasmettere dati per realizzare
un grandissimo numero di servizi. Ad esempio i messaggini di testo detti SMS o lo
scambio di file multimediali in formato digitale quali ad esempio foto o suoni.
- La riservatezza delle telefonate in quanto i dati digitali vengono codificati.
(segue)

-Possibilità di personalizzare il telefono con la cosiddetta carta SIM (Subscriber Identity
Module = modulo di identità dell’utente) in cui vengono memorizzati i dati del proprietario.
Si tratta di una piccola schedina di plastica con un circuito elettronico miniaturizzato (Chip)
che si acquista al momento della firma del Contratto con l'Operatore telefonico. Essa si
inserisce nel telefono per autenticare l'utente e consentire il collegamento alla Rete.
La SIM può essere utilizzata su un altro cellulare di tipo digitale che assume
automaticamente il numero del possessore della SIM con tutte le prerogative annesse
(contratto, tariffe, abilitazioni a servizi, ecc.).
2 schede SIM
classiche
a confronto

Successivamente al GSM 900 nacque il DCS (Digital Cellular System) funzionante sulla
gamma dei 1800 MHz. E’ particolarmente indicato per le aree urbane. Gli apparecchi
funzionanti su entrambe queste gamme sono detti Dual Band e sono utilizzabili
principalmente in Europa, e molti paesi dell'Asia e dell'Africa.
Il DECT 1900 (Digital Extended Cordless Telephone) era nato come telefono senza fili di uso
limitato all’ambito casalingo (cordless). L’utilizzo è stato esteso all’ambito urbano in
America, mentre è fallito tale uso in Italia (Fido). Gli apparecchi in grado di funzionare
anche su questa banda sono definiti Tri Band. Quelli infine in grado di collegarsi anche alla
banda dei 850 MHz sono definiti Quad Band. Questi cellulari sono utilizzabili anche nei
principali paesi delle Americhe.
Alcuni passi importanti nel miglioramento nella connettività dei sistemi cellulari GSM sono
state le tecnologie GPRS ed l'EDGE che consentono la trasmissione di dati digitali.
Il GPRS è un innovativo sistema che consente, tramite la rete di telefonia cellulare, di
inviare e ricevere informazioni in maniera più efficiente, attraverso la cosiddetta
"trasmissione dati a pacchetto". Il GPRS consente di raggiungere la velocità di 57.6 Kbit/s e
di mantenere una connessione permanente ad Internet. Con l'EDGE questa velocità può
essere triplicata. Analogamente la tecnologia HSPA migliora le prestazioni del sistema di
comunicazioni UMTS citato in seguito.

I sistemi UMTS (Universal Mobile Telecommunication System = Sistema Universale per le
Telecomunicazioni Mobili) sono lo standard di telefonia mobile cellulare di terza
generazione (3G), evoluzione del GSM. Le caratteristiche salienti sono la maggiore velocità
di trasmissione dei dati che arriva a 2 Mbit/sec consentendo, oltre alla connessione alla
rete INTERNET, anche la trasmissione di immagini televisive, la teleripresa degli utenti e la
connessione con tutti i servizi di telefonia numerica della rete fissa. Le frequenze messe a
disposizione per questi sistemi sono da 2000 a 2025 MHz e da 2110 a 2200 MHz.
Possono essere considerati simili
alla rete cellulare, rispettivamente
a piccola e a grande scala, pur con
le rispettive differenze, anche i
sistemi Wi-Fi (Wireless Fidelity =
Fedeltà senza fili) e Wi-Max
(Worldwide Interoperability
ability for Microwave Access =
abilità all'Inter-operabilità mondiale
per l'accesso a microonde). Esse sono
dette connessioni a banda molto alta.

Attualmente è in allestimento l'LTE o 4G (Long Term Evolution = Evoluzione a lungo termine)
utilizzando alcune bande televisive UHF (800MHz liberate con l'avvento del digitale
terrestre), più altre che saranno liberate dal GSM (900 e 1800 MHz) ed anche la banda 2600
Mhz recuperata da sistemi radar e da Ministero della Difesa.
3000 m
RadioAM
Ondemedie
Tipiche
applicazioni
RadioamatoriCB
TVVHS
RadioFM
Modul.frequenza
TVUHS
Micro-onde
300 m 30 m 3 m 30 cm 3 cm Lunghezza d’onda
100 KHz 1 MHz 10 MHz 100 MHz 1 GHz 10 GHz Frequenza
BANDE DI FREQUENZA
DELLE RETI CELLULARI
I VARI SISTEMI CHE
SI SONO SUCCEDUTI Radiomobile
RTMITACS
ETACSGSM
DCSDECT
UTMS
WIFI
WMax
160MHz
450MHz
900MHz
1800-1900MHz
1900-2200MHz
2400MHz
3400-3600MHz
BANDE DI FREQUENZA DELLE COMUNICAZIONI RADIO
** * *
*

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