Tratto dal Testo Ettore Panella - Giuseppe Spalierno Corso di Telecomunicazioni 2 Edizioni Cupido TELEFONIA CELLULARE

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1 Telefonia cellulare 1 Tratto dal Testo Ettore Panella - Giuseppe Spalierno Corso di Telecomunicazioni 2 Edizioni Cupido TELEFONIA CELLULARE 1. Generalità Si indicano con il nome di telefonia cellulare i sistemi radiomobili terrestri, in grado di consentire telefonia, segnalazioni e trasmissione dati utilizzando apparecchiature portatili ed autoalimentate che ricevono e trasmettono segnali elettrici mediante onde elettromagnetiche. Chi utilizza tale apparecchiatura è libero di muoversi ovunque e può collegarsi con un utente della rete telefonica generale o con un altro utente dotato di portatile. Tipico esempio di apparecchio radiomobile terrestre divenuto un autentico fenomeno di massa è il telefono cellulare, noto soprattutto col nomignolo telefonino. L affermarsi di queste apparecchiature ha determinato profondi cambiamenti nella gestione di numerose attività: un vantaggio evidentissimo è l immediata reperibilità dell utente gestore del portatile. Si pensi ad un medico, ai titolari di imprese, a uomini d affari o viaggiatori con cui si desidera urgentemente comunicare. Anche per persone senza particolari responsabilità professionali il portatile può rappresentare uno strumento importante e decisivo: si pensi alle telefonate di emergenza in caso di necessità (auto in panne, segnalazioni tempestive di incidenti, incendi, calamità, ecc.). L enorme successo di massa ottenuto dalla telefonia cellulare in questi ultimi anni è dovuto alle solite due cause concomitanti: progresso tecnologico e basso costo. In fig.1 si mostra lo schema a blocchi semplificato di un apparecchio radiomobile. antenna trasmettitore microfono alimentazione altoparlante ricevitore Fig.1 - Schema a blocchi di un apparecchio radiomobile.

2 Telefonia cellulare 2 2. Tipi di apparati Gli apparati radiotelefonici si possono classificare nelle seguenti categorie: portatili; veicolari; Gli apparecchi portatili sono di piccole dimensioni per cui l autonomia e la portata sono limitati. L apparecchio incorpora, in un unico contenitore, batteria, antenna, microfono, altoparlante ed i relativi stadi ricevitore e trasmettitore. Gli apparecchi veicolari vengono installati su mezzi mobili. Le dimensioni sono relativamente modeste. L alimentazione è prelevata dalla batteria di bordo per cui la potenza di trasmissione può essere relativamente elevata; è senz altro superiore a quella degli apparecchi portatili. Il microfono e l altoparlante, spesso, sono separati dall apparecchio. L antenna, leggera e flessibile, è installata sulla carrozzeria del veicolo. Nella seguente tabella 1 si riportano i valori della potenza massima consentita per gli apparecchi GSM. Tabella 1 Potenza massima degli apparecchi GSM Classe Potenza Tipo 1 20W 43 dbm Veicolare 2 8 W 39 dbm Portatile 3 5W 37 dbm Portatile 4 2W 33dBm Portatile 5 0.8W 29dBm Portatile 3. Sistemi cellulari I primi sistemi radiomobili furono introdotti negli anni 60 e operavano con tecniche analogiche a modulazione di frequenza. Ricordiamo il sistema di prima generazione RTMI (Radio Telefono Mobile Integrato) operante in banda VHF a 160 MHz e quelli di seconda generazione RTMS450 funzionante a 450 MHz e RTMS900 secondo lo standard E-TACS (Extend Total Acces Communication System) funzionante a 900 MHz. I limiti dei sistemi radiomobili analogici sono: impiego di trasmettitori ad elevata potenza limitato numero di canali radio disponibili limitati servizi accessori Nel 1982 la Conferenza Europea delle Poste e Telecomunicazioni (CEPT) istituì un gruppo di lavoro denominato GSM (Global System for Mobile Communications) col compito di studiare un sistema di radiotelefonia cellulare basato su tecniche digitali in grado di adattarsi facilmente alla rete telefonica numerica. Nel mondo, sono numerosi i gestori di telefonia cellulare che adottano lo standard GSM e il loro numero è in continua crescita. Gli impianti di un dato gestore possono essere utilizzati dagli altri gestori (Roaming) permettendo, così, la trasparenza delle comunicazioni per quanto riguarda l utente. Il Roaming permette di poter utilizzare il telefonino sia nelle aree servite dal proprio gestore che in quelli di altri gestori dei diversi paesi che impiegano il sistema GSM. Tra i vantaggi del sistema digitale GSM annoveriamo:

3 Telefonia cellulare 3 la trasmissione numerica consente l utilizzo di tecniche per la rivelazione e la correzione di errori. Il rapporto S/N, dovuto principalmente alla distorsione cocanale nella telefonia cellulare, può essere più alto rispetto ai sistemi analogici. Ciò permette di ridurre la distanza tra le celle aventi la stessa frequenza con conseguente aumento del numero di canali disponibili per l utenza; la trasmissione numerica consente, oltre alla fonia, la trasmissione dati con utenti di reti telefoniche fisse (POTS Plain Old Telephone Service), reti ISDN (Integrated Service Digital Network), reti pubbliche a commutazione di pacchetto e di circuito basate su vari protocolli come X.25 e X.32. In particolare si può accedere ad internet e si può trasmettere e ricevere fax, come descritto nella raccomandazione T.30 dell ITU-T. Per far ciò occorre un apparecchio mobile (telefonino) idoneo alla trasmissione dati, una scheda di interfaccia PCMCIA per il collegamento al personal computer, un cavo di collegamento e, ovviamente, il software di comunicazione; elevato grado di sicurezza sulla privacy grazie all implementazione di tecniche di crittografia sul canale radio; possibilità di ampliare e integrare molteplici servizi avanzati di telecomunicazioni; possibilità di personalizzare l apparecchio radiomobile con la carta SIM (Subscriber Identity Module). È una scheda, dotata di un particolare circuito integrato, che contiene i dati identificativi ed i codici di accesso noti solo al titolare. Tale scheda può essere utilizzata su un qualsiasi apparecchio GSM, di modello e marca diversi, e garantisce le stesse prestazioni e tariffazioni stipulate tra l utente e il gestore GSM. La carta SIM può immagazzinare i numeri telefonici più frequentemente utilizzati. La SIM è protetta, dall uso non autorizzato, digitando un numero di identificazione personale PIN (Personal Identity Number). Viene fornito, dal gestore di rete, anche un PIN2 che controlla la sicurezza delle selezioni fisse memorizzate, la tariffazione delle chiamate e il blocco delle tastiera. Se i PIN/PIN2 sono inseriti per tre volte in modo errato la carta SIM si blocca. Per sbloccarla è necessario digitare il codice PUK/PUK2 (PIN Unblocking Key). Se si tenta di inserire per dieci volte un PUK/PUK2 errato il telefonino si blocca definitivamente; possibilità di trasmettere e ricevere SMS (Short Message Service). L idea di base della telefonia cellulare consiste nel suddividere il territorio in piccole aree denominate celle gestite da una Stazioni Radio Base BTS (Base Transcevier Station) a bassa potenza. Ciò consente di applicare la tecnica del riutilizzo delle frequenze. Ogni BTS gestisce un numero limitato di frequenze per la comunicazione con gli utenti che vengono riutilizzate da altri BTS in modo da poter gestire un numero elevato di utenti con il limitato spettro di frequenza concesso alle reti radiomobili. La sensibilità tipica di una BTS è di circa -100dBm. Si definisce cluster l insieme delle celle adiacenti che utilizzano le stesse portanti radio La rete GSM occupa due bande di frequenza ognuna di larghezza 25 MHz, come mostrato in fig.2. UPLINK 25MHz DOWNLINK 25MHz 890 MHz 915 MHz 935 MHz 960 MHz Le bande si classificano: Fig.2 - Bande di frequenza in una rete GSM.

4 Telefonia cellulare 4 Up-link compresa tra 890 e 915 MHz per le comunicazioni tra apparecchio mobile e BTS e contiene 124 canali radio da 200KHz. Down-Link compresa tra 935 e 960 MHz per le comunicazioni tra BTS e apparecchio mobile e contiene 124 canali radio da 200KHz. Normalmente la banda di frequenza assegnata per l uplink è quella inferiore poiché è noto che le frequenze più basse subiscono un attenzione minore e quindi l apparecchio mobile può operare a potenze d irradiazione più basse. In questo modo si ottengono 124 canali bidirezionali poiché si utilizzano per la trasmissione e per la ricezione due portanti diverse. La distanza tra le portanti di uplink e downlink è detta passo di duplice vale 45MHz ( = = 45 MHz). Le 124 portanti radio si possono determinare applicando le formule: f uplink (n) = [ n] MHz; f downlink (n) = [f uplink (n) + 45] MHz dove n è un numero intero compreso tra 1 e 124. Per aumentare il numero di canali è stata resa operativa anche la Extend GSM in grado di gestire 174 canali radio da 200 KHz nelle bande MHz per l up-link e MHz per il down-link. Per sviluppare un esempio pratico si faccia riferimento alla fig.3 che mostra un area urbana coperta da 49 celle. Supponiamo che la banda complessiva sia suddivisa in 7 sottobande. Pertanto, ci sono 7 celle che utilizzano il canale 1, 7 che utilizzano il canale 2 e così via. In ciascuna sottobanda sono disponibili 124/7 = 17 canali ( parte intera della divisione). Nell area urbana considerata vi sono un totale di 49 celle per cui il numero complessivo di canali è pari a 833 (49 17 = 833). Si comprende come la tecnica cellulare unita al metodo del riuso delle frequenza aumenta notevolmente il numero di canali disponibili all utenza. Il gruppo costituito dalle 7 celle numerate da 1 a 7 viene denominato cluster Fig.3. - Suddivisione del territorio in celle per il riuso delle frequenze. I calcoli sviluppati sono indicativi in quanto si deve tener conto che la banda disponibile deve essere suddivisa tra i diversi operatori di telefonia mobile.

5 Telefonia cellulare 5 Inoltre, si deve tener conto del fatto che il sistema GSM impiega oltre che il metodo della divisione in frequenza della banda in 124 canali radio (FDMA-Frequency Division Multiple Access) anche il metodo a divisione di tempo (TDMA- Time Division Multiple Access). Ogni canale radio da 200KHz è suddiviso in 8 time slot (Full Rate) o in 16 time slot (Half Rate). Pertanto il numero di canali disponibili diventa 992 (124 8) per il Full Rate e 1984 (124 16) per l Half Rate. La copertura radio è realizzata mediante antenne omnidirezionali o antenne direttive poste nella stazione radio base. Nel primo caso la BTS è collocata al centro della cella e l antenna irradia in tutte le direzioni. Tale soluzione è impiegata nelle celle di grandi dimensioni come quelle rurali extraurbane. Nel secondo caso la BTS è posta ai vertici delle celle esagonali di fig. 3 e contiene tre antenne direttive che irradiano a 120 ciascuna in modo da coprire tutta l area circostante. Tale soluzione è impiegata nelle celle di piccole dimensioni come quelle dei centri urbani. 4. La rete radiomobile GSM La rete GSM si può ritenere costituita da un insieme di componenti hardware e software secondo lo schema a blocchi di fig.4. NMC OSS OMC ALTRE RETI MS BSS NSS BTS BSC VLR EIR HLR AUC XCDR MSC Fig.4 - Schema a blocchi di un sistema GSM. Il sistema è normalmente suddiviso in quattro sottosistemi: MS Mobil Station BSS Base Station Subsystem NSS Network Switching Subsystem OSS Operation and Support Subsystem 4.1. Mobile Station La stazione mobile rappresenta il telefonino con cui l utente si interfaccia alla rete GSM. È costituita dall apparecchio telefonico (ME Mobil Equipment) e da una scheda denominata SIM card (Subscriber Identity Module). La SIM è distinta dall apparecchio e viene fornita dal gestore della rete. Si inserisce nell apparecchio e consente di memorizzare e gestire tutte le informazioni relative all abbonato. La SIM è costituita da un microprocessore, tipicamente a 8 bit, e da una memoria da 8 o da 16 Kbyte di tipo ROM ed EEPROM per il funzionamento del software fornito dal gestore.

6 Telefonia cellulare 6 Ciascuna SIM card è identificata da un numero detto International Mobil Subscriber Identity IMSI, mentre ciascun apparecchio mobile è identificato da un numero detto International Mobile Equipement Identity IMEI cablato dal costruttore. I numeri di identificazione IMSI e IMEI sono indipendenti tra loro. Con la sola stazione mobile, senza SIM, si possono effettuare solo le chiamate di emergenza BSS Base Station Subsystem È l unità che presiede le funzioni radio come la valutazione della copertura radio entro la cella e il sistema di antenna per la comunicazione con MS. La BSS si interfaccia con l MSC del sottosistema NSS, tramite canali PCM a 2Mbps. Si compone di tre blocchi: BTS Base Transcevier Station: consente il collegamento aereo tramite antenna con MS e gestisce numerose funzioni di controllo come la ricezione di una chiamata, la crittografia del codice binario, la misura del campo elettromagnetico, ecc; BSC Base Site Controller: gestisce le funzioni di controllo e di commutazione di una o più BTS. Effettua misure sulla qualità del collegamento per decidere l handover a celle adiacenti. Per handover si intende la procedura automatica attuata dal sistema GSM per trasferire una comunicazione da una cella a quella adiacente durante i normali spostamenti dell abbonato. In tal modo si garantisce sempre la migliore qualità della comunicazione. XCDR Transcoder: gestisce la conversione dei segnali vocali numerici e dati da trasmettere sull interfaccia aerea nel formato stabilito dallo standard GSM. In particolare effettua la compressione dei dati da un formato a 64Kbps a quello a 13 Kbps NSS Network Switching Subsystem È l unità che gestisce la commutazione tra il terminale mobile e le altre reti fisse e mobili, il controllo delle chiamate e i database per la localizzazione delle chiamate. Si compone di cinque blocchi: MSC Mobile Switching Center: rappresenta la centrale di commutazione e pertanto gestisce la localizzazione degli utenti e l instradamento delle comunicazioni sia verso altri cellulari che verso apparecchi di rete fissa. Si avvale dei database VLR e HLR per la memorizzazione delle informazioni. Inoltre, è compito dell MSC la gestione della tariffazione; VLR Visitor Location Register: è il database che contiene i dati relativi agli utente che si trovano momentaneamente nell area gestita dall MSC. Individua lo stato operativo del telefonino (occupato, libero, ecc), il numero d identità dell abbonato (TMSI - Temporary Mobile Subscriber Identità), il numero associato all abbonato per il roaming con altro gestore (MSRN - Mobile Subscriber Roaming Number), ecc.; HLR Home Location Register: è il database che contiene tutte le informazioni relative agli abbonati di un dato gestore e quelle per il collegamento al VLR. Contiene diversi numeri per l identificazione e

7 Telefonia cellulare 7 l autenticazione dell utente come il codice IMSI e i servizi supplementari forniti; EIR Equipment Identy Register: è il database dei codici hardware IMEI di identificazione del telefonino. È utile per impedire l utilizzo di telefonini rubati o non omologati. I codici IMEI si classificano in tre liste: White, Black e Grey. L MSC controlla a quale lista appartiene il codice IMEI. La lista White contiene i codici autorizzati, la Black quella relativa a telefonini rubati, mentre nella lista Grey sono inseriti i codici dei telefonini non autorizzati alla connessione (credito esaurito, ecc) AUC Autentication Center: gestisce l autenticazione degli utenti mediante la verifica dei parametri della SIM card per evitare, ad esempio, che un telefonino clonato passa accedere alla rete OSS Operation and Support Subsystem È l unità che governa la gestione, l esercizio e la manutenzione della rete GSM. Si compone di due blocchi: OMC Operation and Maintenance Center: è utilizzato dall operatore del servizio GSM per controllare e monitore il sistema. Gestisce le configurazione dei diversi componenti (BSC, MSC, ecc), i sistemi di sicurezza, gli allarmi, i guasti e le informazioni per la fatturazione del traffico utente; NMC Network Management Center: gestisce tutte le attività di controllo del traffico dell intera rete. Il personale dell NMC è così in grado di avere una visione complessiva dell intero sistema GSM e fornire le necessarie direttive per l ottimizzazione del traffico. 5. Effetti dell ambiente sulla trasmissione Il problema più grosso che affligge la radiotelefonia è legato alla variabilità del campo elettromagnetico generato dai trasmettitori fissi. Infatti le cause che influenzano la propagazione delle onde elettromagnetiche (o.e.m.) sono da ricercarsi nell altezza ridotta dell antenna del mezzo mobile, nei percorsi multipli delle onde per riflessione contro edifici, colline, ecc. Il rapporto Segnale/Rumore S/N della rete telefonica su cavo raggiunge valori di 46dB. Quando tale rapporto subisce variazioni superiori a ±4dB a causa di evanescenza 1 (fading), il sistema telefonico genera dei segnali di allarme. Per le o.e.m. un fading di 40dB è del tutto normale ed il sistema radiomobile ne deve tenere in conto; ciò per non vanificare le buone caratteristiche di soglia e cattura, tipiche della modulazione di frequenza. L ambiente ideale per una ottima propagazione delle o.e.m. è l aperta campagna, pianeggiante e senza alberi. Le variabile di cui tenere conto per la pianificazione di un sistema radiomobile sono: topografia del territorio caratteristiche della vegetazione 1 Improvvisa riduzione dell ampiezza del segnale utile.

8 condizioni atmosferiche edifici costruiti dall uomo disturbi elettromagnetici indotti Telefonia cellulare Canale radio La portante modulata in frequenza occupa una banda di frequenza definita canale radio. Un canale radio può essere degradato per due cause: rumore; interferenza. Il rumore è la somma di cause ambientali che generano o.e.m.: accensioni di motori, fulmini, ecc. L interferenza è generata da altre trasmissioni radio e si dividono in: interferenza di un canale adiacente; interferenza co-canale. L interferenza col canale adiacente si ha quando una parte dello spettro relativo al canale principale si sovrappone a quello del canale adiacente. L interferenza co-canale si ha quando due canali radio operano sulla stessa frequenza. Si mostrano, in fig.5, le due interferenze citate. P(W) Canale 1 Canale 2 P(W) Canale 1 Canale 2 f1 f2 f(hz) f1 f(hz) Interferenza di canale adiacente Interferenza co-canale Fig.5 - Spettri di interferenza Condizioni ambientali e fisiche del territorio La presenza di costruzioni nei centri urbani e di ostacoli come monti e colline rappresentano delle zone d ombra per la stazione mobile. In alcuni casi si ottiene un fading di -20dB semplicemente transitando da una strada a quella adiacente. Gli ostacoli presenti sul percorso delle o.e.m. provocano riflessioni. Il segnale riflesso è notevolmente attenuato rispetto a quello diretto. L effetto complessivo è la ricezione di numerosi segnali con ampiezze tra loro differenti. Il fenomeno, noto come propagazione multipath, è uno dei maggiori problemi della propagazione nei sistemi radiomobili.

9 Telefonia cellulare 9 La riflessione, però, non è un fenomeno fisico sempre negativo: esso viene utilizzato per superare ostacoli collinari. Le alte frequenze meglio si adattano alla riflessione. Le onde a 900MHz, ad esempio, riescono a seguire il percorso di un tunnel, che si comporta come guida d onda, decisamente meglio rispetto alle onde a 160MHz utilizzate nei sistemi radiomobili di prima generazione Diffusione ritardata I cammini multipli portano a destinazione messaggi ritardati tra di loro a causa del diverso percorso effettuato dai vari fasci. Nei sistemi che utilizzano le tecniche numeriche il fenomeno provoca la sovrapposizione di un bit col successivo producendo, così, errori di trasmissione Fading di Rayleigh Un fascio riflesso può subire una rotazione di fase oltre che attenuazione. Nel caso di due o.e.m. di stessa frequenza, uguali in ampiezza ma che arrivano in opposizione di fase, il segnale ricevuto è zero. In genere la situazione reale non è così drastica ma è sicuramente molto più complessa per la presenza di numerosi fasci riflessi. Alcune zone del territorio, quindi, presentano zone di fader molto elevato rispetto ad altre, distanti di soli pochi centimetri, esenti da fader. I fader rientrano nella distribuzione di Rayleigh, di tipo statistico. In fig.6 si mostra la rappresentazione tridimensionale della distribuzione di Rayleigh. I vari buchi sono i fader. Fig.6 - Distribuzione di Rayleigh.

10 Telefonia cellulare 10 La conformazione di questa distribuzione si genera tenendo presente che la stazione radio base BTS è fissa e l apparecchio mobile può spostarsi nel territorio e gli ostacoli sul cammino delle o.e.m. generano dei fasci riflessi. La distribuzione può modificarsi in funzione della frequenza utilizzata, dalla dinamicità degli ostacoli (aerei, camion ed auto in movimento), ecc. Nei sistemi cellulari si ha un ulteriore problema. Passando da una cella all altra, cambia la BTS collegata all apparecchio mobile. La nuova BTS è ubicata diversamente rispetto alla precedente per cui la distribuzione di Rayleigh del territorio è diversa. Infatti cambia la prospettiva degli ostacoli visti dalle o.e.m. generate dalla nuova BTS. In generale, per ridurre gli effetti del fading si utilizza la tecnica della diversità spaziale. Essa consiste nell'impiegare due antenne riceventi poste ad una distanza di circa 5m. I segnali ricevuti dalle due antenne hanno, statisticamente, fading diverso che può differire anche di 10dB. Il ricevitore elabora i due segnali ricevuti generando un segnale complessivo con un migliore rapporto S/N Effetto Doppler Si manifesta soprattutto se la stazione mobile si muove ad una certa velocità. Se la stazione mobile si avvicina alla stazione radio base BTS il segnale ricevuto ha una frequenza leggermente superiore a quella trasmessa. Viceversa se si allontana. Variando la velocità si ottiene una leggera modulazione di frequenza. Nel caso di una stazione mobile viaggiante a 50Km/h, operante nel campo delle UHF a 900MHz, la variazione di frequenza si aggira su 30Hz. Se l apparato mobile subisce repentine variazioni di velocità, si possono indurre, per effetto Doppler, segnali udibili indesiderati. 6. Struttura dei canali GSM Si è detto che la rete GSM occupa 2 bande di frequenza ognuna di larghezza 25MHz. La prima è compresa tra 890 e 915 MHz e contiene 124 canali da 200KHz ciascuno; la seconda è compresa tra 935 e 960 MHz e contiene anch essa 124 canali da 200KHz ciascuno. La prima banda consente la comunicazione tra l apparecchio mobile e la stazione radio base; la seconda, invece, consente la comunicazione opposta. In questo modo si ottengono 124 canali bidirezionali. La distanza tra le due portanti (passo di duplice) è di 45MHz. In questo modo è possibile il full-duplex utilizzando, per la ricezione e trasmissione, due frequenze portanti diverse. La modulazione impiegata è nota come GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying); essa è una modulazione digitale del tipo FSK a spostamento minimo di frequenza con indice di modulazione m = 0.5. Si utilizzano due frequenze diverse per distinguere il bit 1 dal bit 0 facendo in modo che la fase del segnale portante non vari nella commutazione dei bit. E detta gaussiana perché il segnale binario con codifica NRZ, prima di subire la modulazione, viene elaborato da un filtro di tipo gaussiano che consente di addolcire le transizioni. La caratteristica fondamentale è il prodotto tra la banda passante del filtro e la durata di un bit. Tale quantità, nella pratica, assume il valore costante pari a 0.3. In questo modo si riesce a ridurre lo spettro del segnale di uscita dal filtro.

11 Telefonia cellulare 11 Su ogni canale radio da 200KHz si allocano 8 canali telefonici con la tecnica dell accesso multiplo a divisione di tempo (TDMA= Time Division Multiple Access). Il segnale elettrico analogico generato dalla capsula microfonica subisce la conversione analogico-digitale. Ogni dato digitale è costituito da 13 bit ed è generato ad una frequenza di campionamento di 8KHz. In questo modo in ogni secondo si ottengono =104Kbit. Questo flusso di dati viene ridotto a 13Kbit/sec. da un particolare circuito codificatore-compressore in grado di non alterare le caratteristiche del suono. Il flusso di dati a 13 Kbps è detto bit rate di sorgente e nel tempo di 20 msec. genera una sequenza di = 260 bit denominata blocco. I 260 bit sono divisi in 3 classi di importanza decrescente: classe 1a (50 bit) dal bit 1 al bit 50 molto importanti classe 1b (132 bit) dal bit 51 al bit 182 importanti classe 2 (78 bit) dal bit 183 al bit 260 poco importanti I bit delle classi 1a e 1b sono elaborati, dal microprocessore interno al telefonino, in modo da generare, complessivamente, ben 378 bit necessari per la gestione della qualità e del controllo degli errori di trasmissione. Ai 378 bit vengono aggiunti i 78 della classe 2 ottenendo un flusso di 456 bit in 20 ms. La velocità di trasmissione dell informazione, nota come bit rate di canale vale: v = = 22.8 Kbps L efficienza della codifica è di circa il 57% (260/456). Questo flusso numerico è suddiviso in 8 sottoblocchi di 57 bit ciascuno (456/8=57) ed elaborati da particolari circuiti rimescolatori (scrambler). Ad ogni 2 sottoblocchi si aggiungono dei bit per la gestione degli errori e delle segnalazioni ottenendo un burst (raffica di bit) della durata di 577µsec, denominato time slot. In fig.7 si mostra la struttura del burst del sistema GSM. 3bit 57 bit 1 bit 26 bit 1 bit 57 bit 3 bit 8.25 bit Intestazione Informativi Selezione Sincronismo Selezione Informativi Intestazione Guardia 577 µs Fig. 7 - Struttura del burst di trama del sistema GSM. I 3 bit di intestazione, detti tail bit (bit di coda) indicano l inizio e la fine di ciascun burst di trama. I bit informativi, 57 nel secondo campo e 57 nel sesto, possono essere o di fonia o di segnalazione. La selezione è indicata dallo stato logico del bit S. In particolare per S=0 i campi informativi sono di fonia, per S=1 di segnalazione. I 26 bit di sincronismo garantiscono la formazione del collegamento e sono noti come bit di training. I rimanenti bit sono detti bit di guardia e generano un tempo di guardia necessario per gestire la commutazione tra lo stato di riposo e lo stato di funzionamento. Il tempo

12 Telefonia cellulare 12 di guardia corrisponde a 8.25 bit. Pertanto, ciascun time slot di 577 µsec è costituito da bit. Si definisce trama l insieme di 8 time slot. La durata della trama e di: T trama = = msec La sequenza delle trame viene divisa tra più canali associando una o più trame ad un singolo canale. Si definisce supertrama l insieme di 51 multitrame di traffico (1326 trame della durata di 6.2 s) e di 26 di controllo (1326 trame della durata di 6.2 s). In tal modo viene unificata l organizzazione dei canali di traffico e controllo. Si definisce ipertrama l insieme di 2048 supertrame per un totale di trame. Tutte le trame vengono numerate associando a ciascuna un Frame Number FN. La numerazione riparte da zero dopo un tempo pari a 3 ore, 28 min, 53 s e 773 ms poiché si ritiene che una conversazione al telefonino sia minore di tale tempo tenendo anche conto della durata della batteria di alimentazione. Da quanto detto si deduce che un canale fisico GSM è completamente determinato se sono note le numerazioni associate al numero di trama, al numero del time slot e a quello relativo alla portante radio. Le informazioni scambiate tra stazione mobile e stazione radio base sono fondamentalmente di due tipi: fonia e segnalazioni. Si definiscono canali di traffico quelli relativi alla fonia e canali di controllo quelli relativi alle segnalazioni. Canali di traffico I canali dedicati alle conversazioni sono denominati canali di traffico TCH (Traffic Channels), e sono organizzati a gruppi di 26 trame della durata di: T T = = 120 msec Tale gruppo è denominato multitrama di traffico. In fig.8 si riporta la struttura della multitrama di traffico SACCH NU Fig.8 Multitrama di traffico Delle 26 trame, 24 sono utilizzate per la trasmissione del traffico telefonico, la trama 12, detta Slow Associated Control Channel SACCH, è utilizzata per la valutazione della qualità del collegamento mentre la trama 25 non è utilizzata ed è riservata al gestore per applicazioni future. Canali di controllo I canali dedicati alla gestione della comunicazione sono detti canali di controllo CCH (Control Channels) e sono organizzati a gruppi di 51 trame della durata di: T C = = msec Tale gruppo è denominato multitrama di controllo.

13 Telefonia cellulare 13 I canali di controllo sono utilizzati per le segnalazioni e si dividono in: BCCH (Broadcast Control Channel); CCCH (Common Control Channel); DCCH (Dedicated Control Channel). Il canale BCCH porta informazioni in modo unidirezionale dalla BTS alla stazione mobile. In particolare consente: 1. l identificazione della BTS; 2. la regolazione della frequenza del canale (FCCH-Frequency Correction Channel); 3. la sincronizzazione della struttura della trama TDMA e la temporizzazione del singolo time slot; 4. le procedure per le fasi di roaming ; 5. il Frame Number FN. Il canale CCCH consente di rintracciare la stazione mobile chiamata da un altro utente e di inoltrare una chiamata alla stazione radio base. Il canale CCCH è costituto da: 1. Paging Channel (PCH). Utilizzato dalla BTS per trasferire una chiamata ad un cellulare; 2. Random Access Channel (RACH). Utilizzato dalla MS per accedere alla rete; 3. Access Grant Channel (AGCH). Utilizzato come canale di segnalazione della MS; 4. Cell Broadcast Channel (CBCH). Utilizzato per trasmettere messaggi SMS dall operatore a tutti gli utenti. Il canale DCCH viene utilizzato per inviare le segnalazioni di connessioni specifiche che si realizzano sui canali di traffico TCH. Il DCCH è costituito da: 1. Stand Alone Dedicated Control Channel (SDCCH). Utilizzato per l autenticazione dell abbonato. Una volta autenticato si assegna un canale per il traffico. Viene utilizzato anche per l invio di messaggi SMS; 2. Slow Associated Control Channel (SACCH). Utilizzato in associazione a SDCCH o TCH per il trasporto di informazioni aggiuntive tra stazione mobile e BTS. Viene utilizzato anche per la ricezione di messaggi SMS; 3. Fast Associated Control Channel (FACCH). Sostituisce il canale SACCH per la trasmissione veloce di informazioni tra stazione mobile e BTS come, ad esempio, nell handover tra celle adiacenti Frequency Hopping Per diminuire la probabilità che eventuali bit errati si concentrino tutti nel medesimo time slot il sistema di trasmissione provvede a cambiare continuamente la frequenza della portante radio (cioè il canale radio utilizzato) nel passare da un burst al successivo. Tale metodo di trasmissione è noto come frequency hopping (saltellamento

14 Telefonia cellulare 14 di frequenza). Il salto di frequenza non è casuale ma deve seguire determinate regole per garantire il sincronismo nella trasmissione Distanza tra stazione radio base e terminale mobile Affinché il sistema TDMA e il metodo del frequency hopping possano funzionare correttamente è necessario che la distanza tra la stazione radio base e la stazione mobile sia inferiore ad un determinato valore atto a garantire il perfetto sincronismo nelle comunicazioni. È stato calcolato che il sistema funziona correttamente se il tempo t che impiega il segnale radio per propagarsi dalla BTS a MS risulta minore di circa 115 µs. Assumendo come velocità di propagazione quella della luce, c = m/s, si ricava che la distanza massima D max tra BTS e MS vale: D max = c t = Km 6.3. Servizi del sistema GSM Per concludere la trattazione sul sistema GSM si ritiene utili riportare alcune delle funzioni fornite dai gestori che hanno reso così popolare la telefonia cellulare. Compatibilità tra tutte le reti e tutti i gestori che hanno aderito nel mondo al sistema GSM. Roaming nazionale e internazionale. Basso tasso di errore di trasmissione grazie alle tecniche di codifica numerica; Elevato grado di sicurezza e riservatezza nella trasmissione grazie ad un efficiente sistema di crittografia e di autenticazione dell abbonato; SMS. Possibilità di inviare e ricevere brevi messaggi di testo fino a 160 caratteri. L'operatore GSM può inviare contemporaneamente a tutti o ad alcuni gruppi di abbonati degli SMS. Tale procedura è detta Short Message Broadcast; Chiamate di emergenza. Un utente GSM può chiamare i numeri di emergenza ( polizia, carabinieri, vigili del fuoco,ecc.) senza addebito. Avviso di chiamata e tenuta della conversazione. Avverte l utente impegnato in una telefonata dell arrivo di un altra telefonata; Sbarramento delle chiamate. Esclude alcuni tipi di chiamata; Chiamata in attesa. Mette in attesa una telefonata per effettuarne un altra o per rispondere ad una chiamata che sopraggiunge; Visualizzazione del numero chiamante Visualizza sul display nome e numero dell utente chiamante; Ripetizione automatica del numero occupato; Credito residuo. Componendo un particolare numero sul telefonino è possibile conoscere il credito residuo disponibile. Ad esempio, il numero 4916 per TIM e *123# per WIND; Codice IMEI. Componendo la sequenza *#06# appare sul telefonino il codice IMEI di identificazione dell apparecchio; Si elencano altri servizi disponibili a richiesta:

15 Telefonia cellulare 15 Dettaglio delle chiamate. Elenco dettagliato del traffico telefonico mensile per gli abbonati che non utilizzano le schede prepagate; Trasmissione dati e fax. Trasmissione di file di testo, immagini e fax ad un telefono collegato ad un PC. Ci si può collegare anche ad Internet; Numero chiamato più frequentemente. Con un canone supplementare relativamente basso è possibile telefonare ad un numero di rete fissa e ad cellulare con tariffa ridotta; Servizio informazioni. Visualizza sul display informazioni relative al servizio meteorologico, oroscopo, borsa, voli, ecc; Assistenza tecnica. Contratto di manutenzione dell apparecchio mobile; Trasferimento di chiamata. Consente di trasferire le chiamate in arrivo ad un altro numero telefonico o alla segreteria telefonica; Segreteria telefonica centralizzata. Consente la registrazione delle telefonate in arrivo quando il telefono è spento, occupato, non raggiungibile o non si desidera rispondere; Addebito chiamata. All'abbonato viene assegnato un numero telefonico di un altro utente su cui caricare l addebito del traffico telefonico. 7. DCS 1800 Digital Cellular System Il sistema DCS 1800 è del tutto simile al GSM. L unica differenza consiste nella diversa gamma di frequenza utilizzata che è di 1800MHz anziché 900MHz come nel GSM. Il DCS rappresenta un evoluzione del GSM per cui gli apparecchi mobili sono di tipo dual band cioè funzionano secondo i due standard. La frequenza più elevata consente di ottenere due fondamentali miglioramenti rispetto al GSM: si superano meglio gli ostacoli per cui il DCS è particolarmente indicato nelle aree urbane e metropolitane; maggior disponibilità di canali telefonici particolarmente utile nei centri urbani; maggior numero di servizi offerti all utenza. Le celle del sistema DCS sono più piccole e quindi occorrono più stazioni radio base per coprire la zona da servire. Anche per questo motivo il sistema si sviluppa pressoché in ambito urbano. In fig. 9 si mostrano le bande di frequenza assegnate al DCS1800. UPLINK 75MHz DOWNLINK 75MHz 1785 MHz 1710 MHz 1805 MHz 1880 MHz Fig. 9. Bande di frequenza del DCS Il passo di duplice è di 95 MHz. Ciascuna banda contiene 374 canali radio da 200KHz (FDMA) e ciascun canale radio è suddiviso in 8 time slot (TDMA) per un totale di 2992 ( = 2992) canali fisici per l utenza. Alcuni telefonini possono operare in un sistema a tre bande (900, 1800, 1900MHz) e in tal caso sono denominati tri bande. Il DCS 1900 è prevalentemente utilizzato negli

16 Telefonia cellulare 16 Stati Uniti con bande tra MHz per l uplink e MHz per il downlink. I terminali dual band o tri band sono in grado di selezionare la rete migliore: normalmente la GSM 1800/1900 nei grandi centri urbani e la GSM 900 nelle zone periferiche. La commutazione è trasparente all utente. Tecnologia WAP Oltre ad i normali servizi tipici del GSM i telefonini DCS1800 spesso dispongono di un browser WAP (Wireless Application Protocol) ovvero di un software di navigazione che consente di accedere a particolari siti internet supportati dalla rete telefonica a cui si appartiene e con restrizioni dovute alle ridotte capacità grafiche e di memoria dei terminali. Tipici servizi WAP sono i notiziari, le previsioni del tempo, le notizie sportive, ecc. È possibile anche inviare o ricevere di posta elettronica tramite un server che supporti il protocollo standard POP3/SMTP. Per poter accedere ai servizi WAP è necessario che la scheda SIM sia abilitata e che il telefonino sia opportunamente configurato secondo le specifiche fornite dal costruttore. Il sistema WAP è stato sviluppato da Ericsson e Nokia basandosi su protocolli IP ed XML. 8. Sistemi di terza generazione Il sistema GSM descritto nei precedenti paragrafi è classificato come di seconda generazione. È ampiamente utilizzato ma soffre di alcuni limiti soprattutto per quanto concerne la velocità della trasmissione dati a 9.6 Kbps, e il numero di servizi aggiuntivi disponibili multimediali alquanto ridotti. I servizi vocali sono a commutazione di circuito per cui un canale è occupato per tutta la durata della connessione anche se non c è nessuno scambio di informazioni. I servizi di messaggistica SMS utilizzano, invece, la più efficiente commutazione di pacchetto anche se a bassa velocità. La crescente richiesta di servizi multimediali sempre più spinti ha portato alla nascita di sistemi cellulari ad alta velocità detti di terza generazione. A tale categoria appartengono i sistemi: HSCSD High Speed Circuit Switched Data GPRS General Packed Radio Service EDGE Enhanced Data Rate for GSM Evolution UMTS Universal Mobile Telecomunication System I primi tre sistemi sono alcune volte detti di generazione 2.5G lasciando al sistema UMTS il nome di sistema di terza generazione ad indicare una transizione tra il GSM di seconda generazione e l UMTS HSCSD - High Speed Circuit Switched Data Tale sistema si può considerare una variante del GSM. Utilizza la tecnica della commutazione di circuito e le stesse portanti radio del GSM ma un diverso metodo per la gestione dei time slot. La velocità per la trasmissione dati può raggiungere i 56 Kbps. Questa tecnologia è stata abbandonata dagli operatori appena sono apparsi i sistemi GPRS e UMTS.

17 Telefonia cellulare GPRS - General Packed Radio Service Il GPRS è una evoluzione del sistema GSM con un forte potenziamento dei servizi dedicati alla trasmissione dati. Il sistema di comunicazione, che si avvale della rete GSM esistente, è a commutazione di pacchetto per cui i dati, divisi in pacchetti, possono seguire, sulla rete, percorsi diversi in modo da ottimizzare la trasmissione. A differenza della commutazione di circuito il canale di comunicazione viene assegnato all utente solo quando c è trasmissione pur rimanendo attiva la connessione. Ciò consente una ottimizzazione delle risorse e la possibilità di gestire un maggior numero di utenti. Il GPRS impiega una particolare codifica di canale in modo da poter utilizzare anche tutti e 8 i time slot della trama. La velocità di trasmissione dati massima è di Kbps. Il GPRS integra completamente i servizi Internet con i telefoni cellulari e supporta i protocolli di comunicazione IP e X25. Pertanto, Browser Web, FTP, , Telnet, ecc, sono disponibile sui telefoni cellulari grazie al GPRS. Alcune possibili applicazioni del GPRS sono: Home automation: telesorveglianza e comando a distanza di apparecchiature elettriche; Applicazioni GPS (Global Position System): posizionamento e localizzazione di mezzi tramite satellite; Telemedicina; Telemarketing. Per supportare i servizi del GPRS la rete GSM deve integrare nuovi componenti per la gestione della trasmissione dati a commutazione di pacchetto. Il GPRS si è sviluppato sulla rete GSM esistente aggiungendo nuovi componenti denominati nodi GSN (GPRS Support Node) che svolgono la funzione di router IP per l instradamento dei pacchetti e la gestione dei protocolli di comunicazione. Il GSN si occupa delle connessioni ad un server RADIUS (Remote Access Dial-In User Service) per l accesso a internet, della tariffazione e dell autenticazione degli abbonati. Il GSN è costituito dai seguenti nodi: SGSN Service GPRS Support Node: gestisce le risorse radio, la crittografia dei dati, la mobilità e l autenticazione degli abbonati. Si avvale dei database HLR e VLR per la memorizzazione di tutte le informazioni relative all utente; GGSN Gateway GPRS Support Node: gestisce la commutazione e il trasferimento dati verso le reti fisse, il protocollo TCP/IP, la definizione degli indirizzi IP del terminale mobile, la qualità del servizio QoS (Quality of Service), la funzione di protezione firewall della rete., ecc. All unità BSC (Base Site Controller) della rete GSM viene aggiunto un modulo denominato PCU (Packed Control Unit) per la gestione della commutazione di pacchetto. La PCU si interfaccia alla stazione radio base BTS per rilevare la qualità e il livello di potenza del segnale. Inoltre, gestisce l allocazione dei canali fisici assegnati all utente, la rivelazione degli errori di trasmissione, ecc. Il collegamento tra le diverse unità SGSN e GGSN è realizzato con una rete fisica ad alta velocità denominata rete IP o Backbone IP. Si tratta di una rete a commutazione di pacchetto che supporta la Qualità di Servizio QoS. Cioè la rete è in grado di gestire diversi livelli di qualità del servizio in funzione delle richieste dell utenza.

18 Telefonia cellulare 18 L ITU-T ha definito diverse classi di qualità QoS legate a vari parametri come la velocità di trasmissione dati, i ritardi di propagazione, la capacità di rilevare e correggere gli errori di trasmissione, ecc. In generale l utente stipula un contratto con il gestore e può, in tale sede, definire i livelli di prestazioni desiderati SLA (Service Level Agreement), i servizi aggiuntivi, le tariffe, ecc. Il terminale GPRS si connette alla rete GSM attraverso il nodo SGSN che ha il compito di ricevere e inviare dati. Il nodo SGSN comunica con il nodo GGSN per assicurare i collegamenti con le altre reti come ad esempio la rete internet. Il nodo GGSN ha il compito di convertire i pacchetti dati nel formato richiesto dalla rete di destinazione. Viceversa i pacchetti dati che da internet devono raggiungere il terminale mobile sono prima ricevuti dal nodo GGSN poi inviati a nodo SGSN e quindi al telefonino. In fig. 10 si mostra l architettura della rete GPRS. Fig Architettura della rete GPRS I diversi nodi della rete sono collegati tra loro mediante interfacce standard Ga: connette SGSN e GGSN tramite il CGF (Charging Gateway Function) Gb: connette i BSC al SGSN con protocollo Frame Relay Gd: connette SGSN a Centro SMS per l inoltro degli SMS sul GPRS Gi: connette GGSN ad altre reti IP Gn:connette i nodi SGSN con GGSN appartenenti alla stessa PLMN (Pubblic Land Mobile Network) Gp: connette i nodi SGSN di differenti PLMN per consentire il roaming Gr: connette SGSN a HLR per l autenticazione e la registrazione degli utenti Gs: connette SGSN con MSC per realizzare il Mobily Management Lo scambio delle informazioni sia di controllo che dati PDP-PDU (Packet Data Protocol Protocol Data Unit) tra il terminale mobile e le diverse componenti del sistema GPRS avviene attraverso particolari protocolli di comunicazione a livelli.

19 Telefonia cellulare 19 In fig.11 si riporta una schematizzazione dei protocolli GPRS. I protocolli per l interfaccia tra MS e BSS sono denominati protocolli Um, quelli tra BSS e SGSN protocolli Gb e quelli tra SGSN e GGSN protocolli Gn. MS BSS SGSN GGSN Livello Applicaz Relay SNDCP SNDCP GTP GTP LLC LLC TCP - UDP Relay TCP - UDP Layer 2 RLC RLC BSSGP BSSGP IP IP MAC MAC Network Service Network Service Layer 2 Layer 2 Layer 1 GSM RF GSM RF Layer 1 bis Layer 1 bis Layer 1 Layer 1 Um Gb Gn Fig.11 - Struttura del protocollo GPRS. Si descrivono brevemente le caratteristiche funzionali dei diversi protocolli. GSM RF. È il protocollo del livello fisico. Gestisce la modulazione e la demodulazione del segnale radio, le congestioni sui canali fisici, le prestazioni del trasmettitore e del ricevitore, il rilevamento e la correzione degli errori ( FEC Forward Error Correction). MAC (Medium Access Control). Gestisce la condivisione del canale fisico, rivela le contese per l accesso alla rete, implementa un meccanismo per la ritrasmissione dei frame errati. RLC (Radio Link Control). Gestisce l arbitraggio per l accesso al canale fisico in modo da garantire un collegamento sicuro ed affidabile. LLC (Logical Link Control). È un protocollo analogo a quello di secondo livello del modello ISO/OSI (HDLC High Data Link Control). Si occupa della ricetrasmissione dei pacchetti relativi ai dati e alle segnalazioni tra MS e SGSN. SNDCP (SubNetwork Dependent Convergence Protocol). Gestisce il colloquio tra i dati provenienti dal livello superiore delle applicazione con il livello LLC. Organizza la segmentazione, il riassemblaggio e la compressione delle trame del livello LLC. BSSGP (BSS GPRS Protocol). Opera il trasferimento delle informazioni relative al QoS richiesto. GTP (GPRS Tunneling Protocol). Incapsula e trasferisce i pacchetti IP tra le diverse GSN della rete. TCP UDP. Sono i protocolli che gestiscono il trasporto dei pacchetti IP o X25 dell utente all interno della rete. Il protocollo UDP è usato per trasferimento dati ad alta velocità ma con scarso controllo degli errori. Il TCP consente trasferimenti affidabili e possibilità di rilevazione e correzione degli errori.

20 Telefonia cellulare 20 LAYER. Sono i livelli che si occupano della connessione Backbone IP tra i nodi GSN e della rivelazione e correzione degli errori che avvengono sulla linea di collegamento. Tutte le operazioni sono trasparenti all utente che appare sempre collegato anche se si muove sul territorio. In realtà quando l utente chiede servizio deve innanzitutto inviare una richiesta di accesso denominata GPRS attach. Il sistema riconosce l identificativo del telefonino IMSI, aggiorna i database VLR e HLR e verifica se è possibile associare le risorse in base al QoS richiesto. I pacchetti IP vengono incapsulati in un frame LLC e trasferiti ai livelli inferiori RLC e MAC che producono dei pacchetti di dati che vengono codificati e inseriti nei time slot delle trame TDM. Si definiscono funzioni di relay l insieme delle operazioni necessarie a trasferire i pacchetti dati tra i diversi nodi operando le conversioni di protocollo necessarie. Gli SGSN aggiornano continuamente i database per gestire anche la mobilità dell utente sul territorio (Mobility Management) aggiornando le cosiddette tabelle di routing. Il GPRS dispone di due topologie di servizio: PTM (Point To Multipoint) PTP (Point to Point) Nel primo caso i pacchetti raggiungono più di un destinatario. La trasmissione si dice di Broadcast se i dati sono inviati a tutti gli utenti di una certa area geografica e di Multicast se inviati ad un particolare gruppo di utenti di una certa area. Nel PTP l utente invia i pacchetti dati ad un unico destinatario. In questo caso i servizi si distinguono in CLNS (ConnectionLess) e CONS (Connection Oriented). Il CLNS è un servizio noto come datagramma; due pacchetti successivi sono indipendenti fra loro ossia ogni pacchetto è come se fosse oggetto di una trasmissione a sè stante. Nel CONS s instaura una relazione logica tra chi invia e chi riceve i pacchetti, che resta attiva fin tanto che permane attiva la connessione (circuito virtuale). Ciò significa che nella fase di set-up della connessione viene stabilito un percorso per il routing dei pacchetti. La differenza con la commutazione di circuito risiede nel fatto che le risorse fisiche vengono rilasciate quando un singolo pacchetto è stato spedito, mentre la connessione logica cessa solo dopo il trasferimento dell'ultimo pacchetto di dati. Un servizio di questo tipo si rivela utile in applicazioni interative con frequente scambio di dati. Durante una comunicazione PTP il terminale mobile può assumere uno dei seguenti stati. Idle. La stazione mobile non ha attivato richiesta di servizio è solo sintonizzata sui canali di controllo. Non può trasmettere o ricevere dati. Standby. Il terminale richiede accesso alla rete GPRS per essere autenticato e localizzato nel SGSN; Ready. In questo stato vengono raccolte le informazioni relative alla tariffazione e si possono attivare le procedure per il trasferimento dati.

21 Telefonia cellulare 21 In fig. 12 si mostra il relativo diagramma degli stati. Log On Inizio Invio/Ricezione Invio/Ricezione IDLE STANDBY ACTIVE Log Off Fine Invio/Ricezione Fig Diagramma degli stati per una comunicazione PTP Tecnologia i-mode Molti dei comuni telefonini GPRS integrano la tecnologia i-mode. Si tratta di una sistema che consente di navigare in particolari siti internet mediante il cellulare con una velocità di trasferimento dati tipica di 36Kbps. Il sistema i-mode è compatibile anche con la tecnologia UMTS. L i-mode è stato inventato da Mari Matsunaga della Nippon Telecom e sviluppato ed applicato per la prima volta in Giappone con marchio DoCoMo. Successivamente è stato adottato da numerosi gestori in tutto il mondo. Il sistema i- mode riconosce il protocollo http ed è in grado di interpretare una particolare versione del linguaggio HTML nota come chtml. Chi dispone di un telefonino con tecnologia i-mode otre ad effettuare le classiche telefonate può navigare in un web ristretto con possibilità di visualizzare testo, immagini, scaricare file mp3, filmati ecc. Aspetto non trascurabile è la possibilità di disporre di una propria casella di posta elettronica e quindi inviare e ricevere direttamente dal telefonino. I telefonini che supportano la tecnologia i.mode sono, a tutti gli effetti, dei normali cellulari GPRS che dispongono sulla tastiera di un tasto con la lettera i che consente di accedere ad un menu per la navigazione internet. Per fare un paragone con la tecnologia WAP si deve tener presente che WAP è un protocollo separato dal web e dal linguaggio HTML per cui è possibile accedere ad internet solo attraverso particolari pagine fornite dal gestore. Inoltre, non è possibile implementare un proprio un sito WAP compatibile. La tecnologia i-mode sfrutta il linguaggio HTML per cui qualunque webmaster può realizzare un proprio sito in tecnologia i-mode. Per maggiori dettagli si può visitare il sito: Il sistema GPRS soffre di alcuni limiti. Le risorse radio sono limitate e la richiesta contemporanea di più servizi da più utenti simultaneamente può ridurre la velocità di trasferimento dati. Inoltre, la tecnica della commutazione di pacchetto impiegata può provocare la perdita di qualche pacchetto con la conseguente necessità di ritrasmissione.