Come condizione per lo sviluppo della società del telefonino è necessaria una infrastruttura tecnologica estremamente complessa e ramificata; tale struttura, fino ad ora finalizzata alla sola gestione dei dati audio, si sta ora evolvendo verso la gestione delle comunicazioni “internet based” e “video based”. Attualmente la stragrande maggioranza delle comunicazioni avvengono sotto il protocollo GSM. GSM è un acronimo di Global System for Mobile telephony. Lo schema tipico di una rete GSM è il seguente: ogni rete GSM è composta da una parte “Radio” e da un “Nucleo”. La parte “radio” è composta da un’antenna di ricezione/trasmissione collegata ad una stazione ricetrasmittente (BTS: base transceiver system) gestita da un controllore (BSC: base station controller). La BSC ha la responsabilità di mantenere ottimale il livello di trasmissione/ricezione delle BTS di sua competenza. Generalmente ogni BSC ha la responsabilità di circa 100-200 BTS. La copertura di ogni BTS è dipendente dalla morfologia del territorio (da pochi Km fino a 30-40 Km). Tramite un collegamento con cavi telefonici a 2MBit/sec di velocità (chiamato 2MB trunk) si effettua il collegamento al nucleo della rete GSM. La parte “fissa” della rete è composta da un centro di indirizzamento (MSC: mobile switching center). MSC controlla il credito dell’utente chiamante e inoltra la telefonata. Per fare questo, MSC si appoggia ad un database (HLR: Home location register) dove è tracciata la posizione di ogni terminale GSM acceso. Dal nucleo la chiamata transita ad altre reti radio GSM; e il cerchio della chiamata si chiude dall’utente A all’utente B.
Quali sono le prestazioni del GSM ?
8 time slots (TS) per frequenza assegnata al GSM; ogni time slot è un pacchetto dati digitale. Di questi 1 è assegnato per le chiamate di “signaling”. La chiamata di Signaling ( nel disegno in viola) contiene i cosiddetti segnali di servizio (per esempio lo “squillo” del cellulare per aprire la chiamata). 125 frequenze per il GSM900, 375 per il GSM1800 (ogni BTS può usare però solo poche frequenze,per evitare interferenze con le altre BTS) 3 settori di 120° coperti da ogni BTS. Con i dati di cui sopra, considerando delle BTS in grado di accettare 6 diverse frequenze ciascuna il numero di utenti per BTS risulta il seguente.
N° utenti = 3 settori di BTS * 7 TS * 6 freq. = 126
La migrazione verso il 3GPP
La nostra è l’era delle informazioni; sempre di più, sempre più veloci e sempre più ricche. Che cosa è necessario per potere garantire l’affermazione di cui sopra ? Semplicemente più velocità e più informazioni nello stesso tempo. 2GPP (2nd generation portable phone) è lo standard attuale mentre 3GPP(third generation portable phone) è il nuovo protocollo UMTS.
Come vediamo il transfer rate di ogni standard è superiore a quello precedente permettendo sempre maggiori prestazioni in termini di informazioni trasportate. La transizione tra GSM e UMTS non sarà netta ma sfumata da standard intermedi (qualcuno già disponibile) compatibili che garantiranno un sempre maggior livello di servizio all’utenza. L’arricchimento delle funzioni del GSM: GPRS (General Packet Radio Service) GPRS è il primo stadio di evoluzione del GSM: è un servizio di fonia in grado di permettere però anche scambi di informazioni “Internet”. L’utente può accedere alla rete dal telefonino visualizzando pagine WEB e pagando per il servizio aggiuntivo. La rete di connessione comincia a fondersi con hardware tipico delle reti “tradizionali” del mondo dell’informatica.
Quali sono i moduli aggiunti ? che funzione hanno ?
La BSC ha ora la funzione di trasmettere/ricevere pacchetti dati da Internet; tale funzione è delegata alla PCU (Packet Control Unit).Nella parte fissa della rete, precisamente nella MSC è stato aggiunto un modulo aggiuntivo VLR (Visitors Locator Register) per la registrazione degli utenti. Gli altri nodi aggiunti SGSN (Serving GPRS Support Node) e GCSN (Gateway GPRS Support Node) hanno la responsabilità di gestire le chiamate dal portatile alle rete Internet o LAN. Dato che l’accesso a internet viene addebitato in base ai dati trasferiti è stato inserito il modulo BGw per la gestione dell’operazione (Billing Gateway). Nella modifica della rete, oltre ad un nuovo hw deve essere implementato un nuovo sw per la gestione dei collegamenti alla rete.
L’evoluzione del GSM: EDGE
Come è possibile aumentare il numero di informazioni trasmesse nell’unità di tempo? Come si può aumentare l’efficienza di un sistema di trasmissione?
Una prima risposta potrebbe essere semplicemente l’incremento della frequenza con cui le informazioni vengono trasmesse; ma e poi proprio l’unica soluzione?
Vediamo il GSM attuale come trasmette. Nello standard GSM viene usata una modulazione del segnale chiamata GMSK (fig.4 gaussian minimum shift keying); la codifica 0 e la codifica 1 sono trasmesse come forme d’onda di data frequenza con uno sfasamento fisso e diverso a seconda sia trasmesso 0 o 1. Ovviamente in questo caso solo 2 informazioni possono essere trasmesse. Cosa succederebbe però se invece di mandare solo 2 informazioni, 0 e 1, venisse mandato un treno di informazioni più completo comprendente parole di 3 bit nel numero di 8? Si avrebbe una maggiore efficienza di trasmissione perché sarebbe possibile trasmettere più informazioni nello stesso tempo; al posto di un bit ne vengono trasmessi 3. Questo è la modulazione chiamata 8PSK tipica dello standard EDGE. Ogni codifica di 3 bit corrisponde ad un certa frequenza con un certo sfasamento: Nell’EDGE si hanno 8 sfasamenti corrispondenti alle 8 combinazioni trasmettibili (nel GMSK ne abbiano solo 2). Con queste caratteristiche EDGE può garantire transfer rates fino a 384 KBps permettendo realmente la gestione di trasmissioni multimediali, audio, testo e video, tramite il telefonino portatile.
3GPP: Wideband – Code Division Multiple Access (W-CDMA)
W-CDMA rompe nettamente i legami con i precedenti protocolli di comunicazione 2GPP. Per capire il nocciolo del nuovo standard di comunicazione è bene soffermarsi su come le informazioni sono state trasmesse fino ad ora.
– Per ogni comunicazione veniva assegnata una frequenza riservata fino al termine della comunicazione.
Tale tipologia di comunicazione è chiamata FDMA (frequency division multiple access) ed è stata tipica dello standard Etacs.
– Una singola frequenza è divisa tra più utenti; ogni utente trasmette, quando è il suo turno (time slot), le informazioni come pacchetti digitali. Questa tipologia di comunicazione è la TDMA (time division multiple access) ed è tipica dell’attuale GSM. Da quanto detto sopra si intuisce che sia in un caso che nell’altro si hanno colli di bottiglia che limitano sia il numero di utenti che la quantità dei pacchetti dati trasmessi.