Cos'è la comunicazione cellulare, senza la quale una persona moderna non può immaginare la vita? Questo è il tipo di connessione in cui l'ultimo canale è wireless. La rete è distribuita su aree terrestri chiamate celle, ciascuna delle quali è servita da almeno un ricetrasmettitore a postazione fissa, ma più comunemente da tre stazioni ricetrasmittenti cellulari o di base. Forniscono alla cella una copertura di rete che può essere utilizzata per trasportare voce, dati e altri tipi di contenuti.
Come funziona?
Cos'è il cellulare in azione? Una cella utilizza solitamente un insieme di frequenze diverso da quelle vicine per evitare interferenze e garantire una qualità del servizio garantita in ciascuna cella (principio della cella). Quando combinate, queste celle forniscono copertura radio su un'ampia regione geografica. Ciò consente un numero significativo di ricetrasmettitori portatili (ad esempio, mobiletelefoni, tablet e laptop dotati di modem mobili a banda larga, cercapersone, ecc.) comunicano tra loro e con ricetrasmettitori fissi e telefoni in qualsiasi punto della rete tramite stazioni base, anche se alcuni ricetrasmettitori passano attraverso più celle durante la trasmissione.
La comunicazione cellulare ha una serie di utili funzioni:
- Capacità superiore rispetto a un trasmettitore di grandi dimensioni, poiché la stessa frequenza può essere applicata a più canali se si trovano in celle diverse.
- I dispositivi mobili consumano meno energia rispetto a quando sono collegati a un singolo trasmettitore o satellite perché le torri cellulari sono più vicine.
- Copertura maggiore rispetto a un singolo trasmettitore terrestre poiché è possibile aggiungere ulteriori ripetitori cellulari a tempo indeterminato e la visibilità non è limitata.
Quanto è avanzato oggi?
I principali fornitori di servizi di telecomunicazioni hanno implementato reti cellulari per la trasmissione di voce e contenuti sulla maggior parte del territorio abitato della Terra. Ciò consente a telefoni cellulari e dispositivi informatici di connettersi alla rete telefonica standard e all'Internet pubblica.
Le regioni degli operatori mobili possono essere diverse: dal territorio del paese a un piccolo oggetto. Le reti cellulari private possono essere utilizzate per la ricerca o per grandi organizzazioni e parchi, come l'invio di chiamate alle agenzie di pubblica sicurezza locali o a una compagnia di taxi.
Quale operatore di telefonia mobile è il leader oggi? Oggi ogni paese ha i suoi fornitori. In Russia, MTS e Megafon occupano il primo posto in termini di prevalenza.
Concetto
Cos'è la comunicazione cellulare e come funziona? In un sistema di radiocomunicazione cellulare, l'area terrestre da fornire con questo servizio è suddivisa in celle secondo uno schema che dipende dal terreno e dalle caratteristiche di ricezione. Può essere approssimativamente esagonale, quadrato, rotondo o di qualche altra forma regolare, sebbene i favi esagonali siano standard. A ciascuna di queste celle è assegnato un insieme di frequenze (f1 - f6) che hanno le rispettive stazioni radio base. Un gruppo di frequenze può essere riapplicato in altre celle, a condizione che frequenze simili non vengano riutilizzate nelle celle vicine, poiché ciò potrebbe causare interferenze co-canale.
L'aumento del throughput su una rete cellulare rispetto a una singola rete di trasmissione era dovuto al sistema di commutazione mobile sviluppato da Amos Joel di Bell Labs, che consentiva a più abbonati nella stessa area di utilizzare la stessa frequenza durante il passaggio delle chiamate. Se è presente un trasmettitore semplice, è possibile utilizzare una sola chiamata su una determinata frequenza. Sfortunatamente, c'è inevitabilmente un certo livello di interferenza da parte di altre cellule che utilizzano la stessa frequenza. Ciò significa che in un sistema FDMA standard, deve esserci almeno uno spazio vuoto tra le celle che riutilizzano la stessa frequenza.
Come è nata questa tecnologia?
La prima rete cellulare commerciale 1G è stata lanciata in Giappone da Nippon Telegraph and Telephone (NTT) nel 1979, inizialmente nell'area metropolitana di Tokyo. In cinque anni, è stata ampliata per coprire l'intera popolazione del Giappone, diventando la prima rete 1G a livello nazionale.
Codifica cellulare
Per capire cos'è la comunicazione cellulare, devi capirne gli standard. Per distinguere i segnali da diversi trasmettitori, sono state sviluppate le seguenti varietà di accesso multiplo:
- divisione a divisione di tempo (TDMA);
- divisione di frequenza (FDMA);
- Divisione divisione codice (CDMA);
- Divisione di frequenza ortogonale (OFDMA).
In TDMA, gli slot temporali di trasmissione e ricezione utilizzati da utenti diversi in ciascuna cella sono diversi.
In FDMA, le frequenze di trasmissione e ricezione utilizzate da utenti diversi in ciascuna cella sono diverse.
Il principio CDMA è più complesso ma ottiene lo stesso risultato: i ricetrasmettitori distribuiti possono selezionare una cella e ascoltarla.
TDMA viene utilizzato in combinazione con FDMA o CDMA in alcuni sistemi per fornire più canali in una singola area di copertura cellulare.
Trend moderno
Che cos'è il cellulare LTE in un tablet? Recentemente, i sistemi basati sulla divisione di frequenza ortogonale ad accesso multiplo, comeLTE, riutilizzo della frequenza 1.
Poiché tali sistemi non diffondono il segnale sulla banda di frequenza, la gestione delle risorse radio tra le celle è importante per coordinare l'allocazione delle risorse tra le diverse celle e per limitare l'interferenza tra le celle. Esistono vari metodi di coordinamento dell'interferenza tra cellule (ICIC) già definiti nello standard.
La programmazione coordinata, il MIMO multisito o il beamforming multisito sono altri esempi di gestione delle risorse radio intercellulari che potrebbero essere standardizzate in futuro.
Trasmetti messaggi e segnali
Cos'è un telefono cellulare? La definizione è data sopra. Quasi tutti questi sistemi hanno una sorta di meccanismo di trasmissione. Questo può essere utilizzato direttamente per distribuire informazioni a più telefoni cellulari. A tale scopo vengono utilizzati anche amplificatori cellulari.
In genere, ad esempio, nei sistemi di telefonia mobile, l'uso più importante delle informazioni di trasmissione è impostare canali per la comunicazione uno-a-uno tra un ricetrasmettitore mobile e una stazione base. Questo è chiamato segnale cellulare. Vengono comunemente utilizzate tre diverse procedure di segnalazione: seriale, parallela e selettiva.
I dettagli del processo di paging variano leggermente da rete a rete, ma di solito c'è un numero limitato di celle in cui risiede un telefono (questo gruppo è chiamato area di copertura in un sistema GSM o UMTS, o instradamento area se è coinvolta una sessione).pacchetto dati; in LTE, le celle sono raggruppate in un'area di tracciamento).
La segnalazione avviene inviando un messaggio broadcast a tutte queste celle. I messaggi di segnalazione possono essere utilizzati per trasmettere informazioni. Ciò si verifica nei cercapersone, nei sistemi CDMA per l'invio di messaggi SMS e in un sistema UMTS in cui consente un basso ritardo di downlink nelle connessioni a pacchetto.
Movimento tra le celle e trasmissione dati
Che cos'è un moderno tipo di comunicazione cellulare? In un sistema di comunicazione cellulare, quando i ricetrasmettitori mobili distribuiti si spostano da una cella all' altra durante la comunicazione continua, il passaggio da una frequenza cellulare all' altra avviene elettronicamente senza interruzioni e senza l'operatore della stazione base o la commutazione manuale. Questo si chiama dati mobili. In genere, un nuovo canale viene selezionato automaticamente per il dispositivo mobile sulla nuova stazione base che lo servirà. Il dispositivo passa quindi automaticamente dal canale corrente a quello nuovo e la connessione continua.
I dettagli esatti dello spostamento delle comunicazioni cellulari da una stazione base all' altra variano notevolmente da sistema a sistema.
Architettura di rete GSM
L'esempio più comune di rete cellulare è una rete telefonica mobile (cellulare). Questo è un telefono portatile che riceve o effettua chiamate tramite un sito cellulare (base) o una torre di trasmissione. Le onde radio vengono utilizzate per trasmettere segnali da o verso un telefono cellulare.
ModernoLe reti cellulari utilizzano le cellule perché le radiofrequenze sono una risorsa comune limitata. Stazioni cellulari e telefoni cambiano frequenza sotto il controllo del computer e utilizzano trasmettitori a bassa potenza in modo che un numero normalmente limitato di frequenze radio possa essere utilizzato da molti abbonati contemporaneamente con meno interferenze.
Come funziona la connessione
La rete cellulare viene utilizzata dall'operatore di telefonia mobile per ottenere copertura e capacità per i suoi abbonati. Grandi aree geografiche sono suddivise in celle più piccole per evitare la perdita del segnale in linea di vista e per supportare un gran numero di telefoni attivi in quell'area. Tutte le aree di copertura sono collegate a centrali telefoniche (o interruttori), che, a loro volta, sono collegate alla rete telefonica pubblica.
Cos'è il cellulare come modem? In effetti, questa è una connessione simile che trasmette pacchetti di informazioni tramite Internet.
Nelle città, ogni sito cellulare può avere una portata fino a circa 0,80 km, mentre nelle aree rurali questa portata può arrivare fino a 8 km. È possibile che in aree aperte l'utente possa ricevere segnali da un sito cellulare a una distanza fino a 40 km.
Poiché quasi tutti i telefoni cellulari utilizzano comunicazioni cellulari GSM, CDMA e AMPS, il termine "telefono cellulare" è usato in modo intercambiabile con "cellulare". Ma vale la pena considerare alcune differenze tra questi dispositivi.
Cos'è la comunicazione cellularesu un iPhone? Questa è la capacità di connettersi alla rete utilizzando due standard contemporaneamente: GSM e CDMA. Tuttavia, i telefoni satellitari sono dispositivi mobili che non comunicano direttamente con una torre cellulare terrestre, ma possono farlo indirettamente tramite satellite.
Quali formati di comunicazione possono essere utilizzati?
Esistono diverse tecnologie cellulari digitali, tra cui:
- Sistema globale per le comunicazioni mobili (GSM).
- Servizio radio a pacchetto generale (GPRS).
- CDMAOne.
- Dati CDMA2000 ottimizzati (EV-DO).
- Velocità dati migliorate per GSM (EDGE).
- Sistema di telecomunicazioni mobili universali (UMTS).
- Comunicazioni wireless avanzate digitali (DECT).
- AMPS digitali (IS-136 / TDMA).
- Rete digitale avanzata integrata (iDEN).
La transizione dallo standard analogico esistente a quello digitale è stata molto diversa in Europa e negli Stati Uniti. Di conseguenza, negli Stati Uniti sono comparsi molti standard digitali e l'Europa e molti paesi si sono avvicinati al GSM. Questo spiega la particolarità del lavoro degli iPhone sulla rete.
Struttura della rete cellulare
Una semplice rappresentazione di una rete cellulare in termini di comunicazione radio è composta da elementi come:
- Una rete di stazioni radio base che formano un sottosistema di stazioni base.
- La rete principale a commutazione di circuito esistente per gestire le chiamate vocali e di testo.
- Rete a commutazione di pacchetto progettata per gestire i dati mobili.
- Rete telefonica pubblica commutata per collegare gli abbonati a una rete telefonica più ampia.
Questa rete è la spina dorsale del sistema GSM. Svolge molte funzioni per garantire che i clienti ricevano il servizio desiderato, inclusa la gestione della mobilità, la registrazione, l'impostazione delle chiamate e il passaggio di consegne.
Ogni telefono si connette alla rete utilizzando una RBS (stazione radio base) nel settore del cellulare corrispondente, che a sua volta si collega al Mobile Switching Center (MSC). L'MSC si collega alla rete telefonica pubblica commutata (PSTN). Il collegamento dal telefono all'RBS è definito come uplink e il percorso di ritorno è definito come downlink.
Come vengono trasmessi i dati?
I canali radiofonici utilizzano il mezzo di trasmissione in modo efficiente attraverso l'uso dei seguenti schemi di accesso multiplo e multiplexing:
- divisione di frequenza (FDMA);
- divisione a divisione di tempo (TDMA);
- Divisione divisione codice (CDMA);
- Spazio Divisionale (SDMA).
Le celle piccole, che hanno un'area di copertura inferiore rispetto alle stazioni base, sono classificate come segue:
- Microcell - meno di 2 chilometri.
- Picocell - meno di 200 metri.
- Femtocell - circa 10 metri.
Cos'è la comunicazione cellulare per i bambini? Questo termine è generalmente inteso come tariffe speciali "bambini" con pacchetti di servizi speciali.
Trasmissione cellulare nelle reticomunicazioni mobili
Quando l'utente del telefono si sposta da un'area cellulare all' altra durante una chiamata, la stazione mobile cercherà un nuovo canale a cui connettersi in modo da non interrompere la chiamata. Una volta trovato, la rete indica al dispositivo mobile di passare al nuovo canale e contemporaneamente di trasferirvi la chiamata.
Con il formato CDMA, più telefoni condividono uno specifico canale radio. I segnali sono separati utilizzando uno pseudo codice di rumore (codice PN) specifico per ciascun dispositivo. Quando un utente si sposta da una cella all' altra, il telefono stabilisce un collegamento radio con più posizioni (o settori della stessa posizione) contemporaneamente. Questo è noto come "soft handover" perché, a differenza delle tradizionali tecnologie cellulari, non esiste un unico punto definito in cui il telefono passa a un nuovo cellulare. Pertanto, quando si applica questo standard, vengono utilizzati amplificatori cellulari e Internet.
Nei trasferimenti inter-frequenza IS-95 e nei vecchi sistemi analogici come NMT, di solito non è possibile controllare direttamente il canale di destinazione durante la comunicazione. In questo caso, è necessario utilizzare altri metodi, come i fari di controllo in IS-95. Questo significa che quando si cerca un nuovo canale, c'è quasi sempre una breve interruzione nella comunicazione, con il rischio di un inaspettato ritorno a quello vecchio.
Se non c'è una connessione permanente, o potrebbe essere interrotta, il dispositivo mobile potrebbe spostarsi spontaneamente da una cella all' altra e quindi notificare alla stazione base il segnale più forte.
Sceltafrequenze cellulari nelle reti mobili
L'effetto della frequenza sulla copertura cellulare significa che frequenze diverse sono più adatte a scopi diversi. Le basse frequenze come 450 MHz NMT servono molto bene per la copertura rurale. GSM 900 (900 MHz) è una soluzione adatta per piccole coperture urbane.
GSM 1800 (1,8 GHz) inizia a essere limitato alle pareti strutturali. L'UMTS a 2,1 GHz ha una copertura molto simile al GSM 1800. A seconda delle caratteristiche della regione, gli operatori mobili impostano aree e frequenze di copertura diverse.
Le frequenze più alte sono uno svantaggio in termini di copertura, ma un vantaggio decisivo in termini di larghezza di banda. Diventano possibili piccole celle che coprono, ad esempio, un piano di un edificio e la stessa frequenza può essere utilizzata per celle praticamente vicine.
Aree di copertura e di servizio
L'area di servizio di una cella può anche cambiare a causa dell'interferenza dei sistemi trasmittenti sia all'interno che intorno ad essa. Ciò è particolarmente vero nei sistemi basati su CDMA. Il ricevitore necessita di un certo rapporto segnale/rumore e il trasmettitore non deve trasmettere a una potenza troppo elevata per non interferire con altri trasmettitori.
Quando l'interferenza (rumore) aumenta a causa dell'aumento della potenza ricevuta dal trasmettitore, il segnale viene danneggiato e alla fine diventa inutilizzabile. Nei sistemi basati su CDMA, l'impatto dell'interferenza di altri trasmettitori mobili nella stessa cella sull'area di copertura è molto evidente.
Esempi di rivestimentola copertura cellulare può essere vista esaminando alcune delle mappe di copertura fornite dai fornitori reali sui loro siti Web o guardando mappe indipendenti di crowdsourcing come OpenSignal. Mostrano quale operatore di telefonia mobile opera in un determinato territorio. In alcuni casi possono contrassegnare la posizione del trasmettitore, in altri può essere calcolata determinando il punto di maggiore copertura.
Il ripetitore cellulare viene utilizzato per espandere l'area di copertura di una cella su una vasta area. Si va da ripetitori a banda larga per uso residenziale e d'ufficio a ripetitori intelligenti o digitali per uso industriale.
Ogni provider di telefonia mobile ha il proprio intervallo di numeri, di solito diverso per codice. Può essere utilizzato per determinare quale regione e operatore di telefonia mobile ha il chiamante.
