CAPITOLO 2 TECNOLOGIA DEI SISTEMI RADIOMOBILI

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1 CAPITOLO 2 TECNOLOGIA DEI SISTEMI RADIOMOBILI L uomo del XX secolo trova perfettamente logico e naturale avere a disposizione un telefono nella maggior parte dei luoghi in cui si svolgono le sue attività quotidiane. Grazie all introduzione dei sistemi radiomobili l utente ha avuto la possibilità di svincolarsi dall immobilità del telefono fisso mantenendo servizi analoghi, pur spostandosi liberamente sul territorio. Il destinatario della comunicazione non è più il luogo in cui è localizzato il telefono, bensì, ovunque si trovi, la persona che lo porta con sé. Per raggiungere un utente in movimento si utilizzano onde radioelettriche che permettono un affrancamento dal filo di rame della terminazione telefonica fissa: si parla di telefonia wireless. 2.1 LA TRASMISSIONE DELLE INFORMAZIONI I passi fondamentali del processo di radiotrasmissione sono generare onde radio e sovrapporre ad esse l informazione da trasmettere. Al trasmettitore è richiesto di generare un oscillazione radioelettrica detta portante che ha una determinata frequenza e un energia sufficiente a propagarsi fino al terminale opposto del collegamento. La portante, generata da circuiti elettronici, alimenta un antenna, che costituisce l interfaccia dell apparato con lo spazio circostante: su di essa l energia assume la configurazione fisica del campo elettromagnetico. Sulla portante viene applicato poi un processo di modulazione, per cui la modulante, ossia il segnale da trasmettere, è sovrapposto alla portante che provvede a trasferirla a destinazione. Il processo di modulazione necessita della disponibilità di una banda minima di frequenza ad uso esclusivo di quel determinato sistema trasmittente: infatti la modulante per la 29

2 quasi totalità dei casi è rappresentata da un segnale elettrico descritto da uno spettro complesso. Lo spettro del segnale radio emesso mostra insieme con la riga di portante un gruppo complesso di righe costituenti l informazione: le cosiddette bande laterali, situate ai lati della portante con simmetria speculare rispetto ad essa. Il ricevitore radio deve captare il segnale elettromagnetico proveniente dal trasmettitore ed estrarne il contenuto informativo che è messo a disposizione dell utente. Il ricevitore deve possedere la capacità di raccogliere ed elaborare un segnale di piccolissima intensità, sensibilità, ed inoltre deve selezionare il canale radio su cui è trasmessa l informazione, selettività. Esso apre una finestra di ascolto virtuale solo sul canale che porta l informazione desiderata: infatti l antenna del ricevitore capta una moltitudine di segnali radio, differenti in frequenza del canale ed in informazione trasportata. Con l operazione di filtraggio si richiede di lasciare transitare unicamente e completamente l intero spettro dell onda modulata, con il minimo contributo di distorsione in ampiezza e fase. 2.2 LOGICA E STRUTTURA DEL SERVIZIO RADIOMOBILE La copertura cellulare è realizzata attraverso la disposizione sul territorio di un elevato numero di stazioni ricetrasmittenti di piccola potenza, ciascuna ha a disposizione un determinato numero di canali fisici che rappresentano il mezzo di collegamento con l utente. Ogni Stazione Radio Base (SRB) origina attorno a sé un area di copertura, ossia una zona di territorio in cui può verificarsi con sufficiente qualità ed affidabilità il collegamento radio tra i ricetrasmettitori appartenenti alla SRB e la stazione radiomobile. L estensione dell area di copertura detta cella è legata alla potenza ed alla sensibilità degli apparati radio, al dimensionamento dei loro sistemi radianti e agli eventuali ostacoli che possono frapporsi nel collegamento radio. Il servizio radiomobile viene offerto all interno di un area di copertura 30

3 globale realizzato semplicemente facendo sì che più celle si trovino contigue in tutte le direzioni. I Centri di Commutazione radiomobile o MSC (Mobile Service Switching Centre) eseguono la supervisione ed il controllo di un gruppo di celle: comunicano pertanto su linee fisiche dedicate con tutte le loro celle. Ogni MSC gestisce le connessioni tra l utenza mobile e le reti fisse, ponendosi in tal modo come elemento di interfaccia tra PLMN (Public Land Mobile Network) e la PSTN (Public Switching Telephone Network). All interno della rete radiomobile, gli MSC sono in rete interconnessi tra loro in modo che da qualunque cella sia possibile accedere a qualunque altra. Altre importanti funzioni svolte dagli MSC riguardano il controllo della mobilità dell utente e sono le procedure di Location Updating, di Roaming e di Handover. L utente grazie alla sua mobilità può trovarsi in ogni punto del territorio coperto dalla PLMN: la rete, per poter indirizzare le chiamate a lui dirette con precisione, deve conoscerne la posizione in tempo reale. Il territorio coperto dalla PLMN, a tal fine, viene suddiviso in Location Areas (LA), ovvero Aree di Localizzazione, ed un apposita procedura provvede ad individuare per ogni utente l identificativo della sua attuale LA. Tale dato viene inserito in un registro, VLR, accessibile da tutta la rete cosicché è sempre possibile indirizzare la chiamata verso l utente. La procedura di Location Updating consente l aggiornamento automatico ed in tempo reale dell identificativo della Location Area associato all utente. La rete possiede anche HLR (Home location register), banche dati in cui sono stabilmente registrati sia l identità che il profilo di servizio dell utente; fra questi anche l identificativo del MSC/VLR che ha temporaneamente in carico l utente. Il Roaming riguarda la mobilità tra Gestori diversi di telefonia radiomobile. La procedura di Roaming consente ad un utente di affiliarsi automaticamente, nel caso di GSM, ad una rete GSM diversa da quella con cui ha sottoscritto il contratto di servizio, 31

4 conservando il proprio profilo di utente (servizi ricevuti dalla rete). La procedura di HandOver si occupa di risolvere il problema legato al passaggio dell utente da una cella ad una adiacente durante una conversazione; per non fare cadere la conversazione in corso viene assegnato al mobile un canale appartenente al gruppo della nuova cella in cui è entrato. 2.3 UTILIZZO DELLA RISORSA A RADIOFREQUENZA Figura 11 Principi di canalizzazione radio per sistemi full duplex Ad ogni sistema radiomobile è assegnata una banda di frequenze per concessione, nel caso italiano, del Ministero delle poste e Telecomunicazioni (TLC). Nella figura 11 si notano gli elementi che contraddistinguono una banda assegnata ad un determinato sistema di TLC. Sull asse delle frequenze sono rappresentate le portanti dei vari canali radio tramite righe di spettro, i cui numeri identificano il canale radio. I canali sono distanziati attraverso il passo di canalizzazione, che tiene conto della larghezza spettrale richiesta dalla modulazione. Esiste una relazione di proporzionalità diretta tra larghezza di banda di un singolo canale e l intera banda assegnata, in funzione 32

5 del numero di canali N c. Per consentire la funzionalità full-duplex del sistema, la banda totale dovrà considerarsi suddivisa in due semibande, tali da consentire la bidirezionalità della connessione e destinate al senso up-link (trasmissione da mobile verso il fisso) e down-link (trasmissione da fisso verso mobile). Il passo di duplice, costante e uguale per tutti i canali è tale per cui ad ogni canale individuato in una semibanda corrisponderà un analogo canale nell altra. La banda di guardia tra le due semibande up-link e downlink serve per separare i due sensi di trasmissione. La capacità di un sistema radiomobile è il massimo numero di utenti che il sistema stesso è in grado di gestire. L efficienza spettrale è il rapporto tra quantità di informazione e banda di frequenza occupata per unità di superficie: si esprime in canali/mhz kmq. 2.4 COPERTURA CELLULARE E SUA EVOLUZIONE La copertura cellulare è realizzata suddividendo il territorio in un numero elevato di aree elementari dette celle, schematizzate mediante forme esagonali, fra loro adiacenti che realizzano una sorta di tassellatura continua; in realtà le dimensioni delle celle non sono uniformi e regolari dato che dipendono da numerosi fattori (ad esempio presenza di ostacoli e caratteristiche radioelettriche degli apparati). Ogni cella è generata da un apparato radio che dispone di un antenna dimensionata per offrire la copertura desiderata. Nel caso più semplice l antenna ha un diagramma di radiazione omnidirezionale per cui la SRB si pone al centro geometrico della cella esagonale. La banda a radiofrequenza assegnata al servizio radiomobile di un determinato Gestore è per definizione suddivisa in canali radio, il cui passo di canalizzazione dipende dalla prevista larghezza dello spettro conseguente al processo di modulazione. 33

6 Agli M c canali di cui dispone il gestore corrispondono M c frequenze portanti, che vengono suddivise in N c gruppi. Ogni gruppo dispone perciò di S c canali radio: S c = M c /N c. Ad ogni cella è assegnato un determinato gruppo N c(x) di canali, per cui la SRB disporrà di S c trasmettitori radio ognuno operante su una delle frequenze portanti appartenente al gruppo di canali assegnato: N c celle esauriscono gli M c canali disponibili per il sistema. L insieme delle N c celle adiacenti in cui si utilizzano tutti gli M c canali costituisce il raggruppamento elementare o cluster, che si ripete con regolarità geometrica. Un cluster è riutilizzato molteplici volte sul territorio: si applica il principio del riuso delle frequenze tramite cui uno stesso canale può essere utilizzato contemporaneamente da un numero elevato di utenti che si trovano in cluster diversi. Si evidenzia però il problema delle reciproche interferenze cocanale: i terminali radio operanti in una cella vengono potenzialmente interferiti da più portanti isofrequenziali. Figura 12 Tecnica di copertura cellulare con cluster a 7 celle realizzate da altrettante SRB con irradiazione omnidirezionale. Si supponga che la stazione mobile a sia in collegamento sul canale x con la SRB A, posta al centro della cella il cui colore 34

7 è 1. Nel GSM il color code, associato ad ogni n-esima cella, ne identifica in modo univoco il gruppo di canali su cui opera. Per ogni cluster è ripetuto lo stesso gruppo di canali radio, dunque la geometria dei cluster colora altre celle ancora come 1. Se in ciascuna cella colorata come 1 una stazione mobile è in collegamento con la sua rispettiva SRB, sul canale x, il meccanismo di interferenza è tale per cui la stazione A potrebbe essere ricevuta da tutti gli apparati mobili nelle 6 altre celle periferiche colorate 1 (interferenza downlink), e viceversa le emissioni delle 6 stazioni mobili potrebbero essere ricevute dall antenna della SRB A (interferenza uplink). In realtà il progetto della rete mirerà fondamentalmente a definire la configurazione dei cluster, il dimensionamento della cella ed i parametri della SRB allo scopo di non superare un prefissato valore minimo del rapporto tra il segnale utile (C = carrier) ed il segnale interferente complessivo (I = interference) sopportato dal sistema. I parametri fondamentali su cui si basa l ottimizzazione delle tecniche di copertura cellulare a fronte del numero complessivo dei canali radio a disposizione del sistema sono: il numero dei canali, la configurazione del cluster, la dimensione della cella, la direttività delle antenne. La tecnica di sectoring presenta l interessante risultato di incrementare il riuso dei canali: si realizza attraverso una copertura settoriale del territorio realizzata con antenne direttive. Queste ultime sono poste al centro della cella; si ottengono 3 settori utilizzando antenne con apertura del lobo orizzontale pari a 120, oppure 6 settori servendosi di antenne con apertura di 60. Si possono porre le SRB in corrispondenza dei vertici delle celle del cluster anziché al centro: si tratta della struttura Corner Excited, che impiega nelle SRB antenne direttive con lobo di radiazione di 120, poste sul vertice comune a tre esagoni. In tal modo con un unica struttura sono realizzate tre celle adiacenti, quindi si minimizza il numero delle SRB necessarie 35

8 per ottenere la copertura del territorio e le interferenze: questa configurazione è detta clover. Le antenne direttive impiegate per la generazione delle celle settoriali hanno un elevato guadagno, che si manifesta in specifici diagrammi di radiazione sui piani zenitale ed azimutale e che consente di ridurre la potenza emessa dai radiotrasmettitori. Figura 13 A sinistra esempi di coperture ottenute con a) antenne omnidirezionali al centro delle celle, b) antenne settoriali a 60, al centro della cella; c) antenne settoriali a 120, al centro della cella; d) antenne direttive (120 ) poste alla confluenza di tre celle contigue. A destra tipica antenna a pannello per copertura settoriale. a) Aspetto esterno: i dipoli sono coperti da un radome in fiberglass a protezione dagli agenti atmosferici. b) Diagramma di radiazione sul piano zenitale. c) Diagramma di radiazione sul piano azimutale. d) Aspetto spaziale a tre dimensioni del diagramma di radiazione. Nella figura 13 è mostrato l aspetto di una tipica antenna a pannello per copertura settoriale ed i rispettivi diagrammi di radiazione. Il diagramma di radiazione sul piano azimutale è adeguato alla copertura prevista: nel caso in esame l ampiezza angolare del lobo a metà potenza (-3dB) è pari ad un angolo di 120. L elevato guadagno dell antenna ( db) si manifesta però prevalentemente sul piano zenitale il cui lobo risulta molto più stretto (6-10 ) e ciò privilegia una forte emissione di energia elettromagnetica entro una ristretta zona spaziale adiacente ad un 36

9 piano ortogonale all asse verticale del pannello. Il diagramma di radiazione complessivo dell antenna lascia intuire che l energia viene prevalentemente emessa verso l orizzonte, lungo una direttrice parallela al terreno, quindi può facilmente portare un segnale interferente anche a distanze rilevanti ed inoltre si può creare una carenza di irradiazione nella zona sottostante l antenna. Il doppio problema viene risolto con un semplice intervento di tilting: il pannello viene inclinato verso il basso di (6-10 ) in modo che il diagramma di radiazione punti verso il terreno, consentendo di definire con più precisione il limite della cella. La tecnica di cell splitting consiste nel suddividere ogni cella originale in un numero maggiore di nuove celle: ciò aumenta il riuso delle frequenze e di conseguenza il traffico smaltibile. In caso di aumento di traffico è possibile suddividere ulteriormente la dimensione delle celle individuando nuovi siti per altrettante SRB da equipaggiare con antenne direttive: si tratta quindi di fasi ulteriori di cell splitting. Le diverse esigenze di copertura riguardanti l intera casistica dei territori da servire possono essere risolte con celle di dimensioni anche molto differenziate, coesistenti nella stessa rete. Esiste una classificazione largamente accettata riguardante la dimensione delle celle: Macrocelle: hanno raggio compreso tra 1 km e qualche decina di km. Vengono realizzate con trasmettitori aventi potenze relativamente elevate, dell ordine delle decine di Watt, e con antenne installate su tralicci elevati e comunque in posizione dominante sugli ostacoli circostanti. La sagomatura delle celle che ne risultano presenta confini abbastanza regolari, e l attenuazione di tratta, soprattutto in aree rurali, è sensibilmente dovuta alla distanza del mobile dal trasmettitore. Celle piccole (small cells): presentano un raggio che va da 0.3 km a 3 km e la potenza richiesta al trasmettitore è dell ordine 37

10 di alcuni Watt. Le antenne che generano queste celle sono tipicamente installate sul tetto di edifici, ad un altezza che non sempre consente di superare ostacoli artificiali. La propagazione dei segnali radio risente pertanto di zone d ombra che rendono irregolare l area di copertura. Microcelle: hanno raggio compreso tra 100 m e 500 m e irradiano potenza compresa tra 0.25 W e 1 W. Le antenne sono per lo più installate a pochi metri di altezza sui muri degli edifici o su semplici pali. La microcella non presenta più forma geometrica, in quanto offre copertura nella zona corrispondente agli spazi aperti adiacenti alla Stazione Radio Base, seguendo quindi la geometria di strade, piazze e strutture urbane, penetrando in buona misura all interno degli edifici. Picocelle: sono realizzate direttamente all interno di strutture edili, dove l utenza è più numerosa che all esterno. La Stazione Radio Base in questo caso si riduce ad un piccolo box applicato su una parete, con potenza dell ordine delle centinaia di mw ed antenne per lo più interne al box, praticamente invisibili. 2.5 TECNICHE DI ACCESSO MULTIPLO Le tecniche di accesso multiplo governano le modalità con cui un numero elevato di utenti può accedere via radio alla parte fissa della rete radiomobile. Il termine accesso multiplo si riferisce alle modalità con cui gli utenti accedono alla risorsa radio (per esempio frequenze portanti associate al sistema radiomobile) e la condividono. La caratteristica fondamentale di una qualunque tecnica di accesso multiplo è la disponibilità di ogni singola risorsa per un qualunque utente della rete. Le tecniche di accesso multiplo necessitano di alcune esigenze: La rete deve conoscere lo stato di occupazione di tutte le sue risorse in tempo reale; 38

11 La richiesta di accesso non deve in alcun modo disturbare i canali già assegnati al traffico di utente; La rete deve gestire eventuali conflitti che possono nascere da richieste contemporanee di accesso da parte di più utenti (in tale fase infatti il comportamento dell utenza è del tutto random); La rete deve offrire infine il miglior accesso possibile compatibilmente con le risorse disponibili in quella determinata porzione di territorio. Tabella 3 TECNICA RISORSA DATA AD USO ESCLUSIVO DELL UTENTE FDMA Un canale radio scelto entro un insieme di canali a banda stretta. TDMA Un intervallo temporale, entro una trama capace di comprendere N t intervalli, su portante RF a larga banda. CDMA Una sequenza di codice scelta tra N s sequenze tra loro ortogonali, su portante a RF a larga banda. Nell ambito dei sistemi radiomobili analogici (per esempio TACS) è adottata prevalentemente la tecnica di accesso multiplo detta SCPC - FDMA, acronimo di Single Channel Per Carrier Frequency Division Multiple Access. Essa indica il metodo per cui ogni utente utilizza in modo esclusivo un canale radio tra quelli S c messi a disposizione dalla SRB per l intera durata della conversazione. Figura 14 tecnica di accesso SCPC-FDMA 39

12 Se i segnali modulanti sono di tipo numerico, è utile sfruttare la possibilità di segmentazione temporale della trama numerica, per ottenere una condivisione delle risorse radio nel dominio del tempo. Si tratta della tecnica ad accesso multiplo TDMA (Time Division Multiple Access) in cui i diversi utenti accedenti contemporaneamente al sistema utilizzano uno stesso canale radio, ma si diversificano per mezzo della diversità di tempo in cui parti della loro emissione sono attive all interno di uno stesso canale (per esempio GSM). In altre parole il segnale numerico che modula l interfaccia radio, suddiviso in regolari intervalli temporali consecutivi, chiamati time-slot, che si ripetono ciclicamente. Un ciclo completo di time slot esaurisce la cosiddetta trama TDMA, che si ripete con regolarità costituendo la base per la formazione di supertrame o ipertrame secondo le necessità di organizzazione dei dati da trasmettere. Data la struttura interamente numerica dei dati da trasmettere, la fonia numerizzata di un determinato utente verrà suddivisa in blocchi di bit detti burst, aventi dimensione idonea per occupare un time-slot. Il time-slot va dunque interpretato come blocco elementare capace di trasportare l informazione. Nella tecnica TDMA una stessa portante radio servirà un certo numero di utenti, in particolare il sistema GSM mette a disposizione 8 timeslot per trama. Figura 15 Principio della multiplazione TDMA 40

13 Dalla figura 15 si nota che l utente, cui è stato assegnato un time slot (Ts1) trasmette la sua informazione sottoforma di pacchetto di bit o burst e rimane in silenzio fino a che il suo turno si ripete nella trama successiva. La tecnica TDMA fa sì inoltre che il terminale mobile scambi dati con la rete solo nel tempo assegnato. La MS trasmetterà o riceverà ciclicamente un burst per la durata del time-slot assegnato, una volta per trama, sulla portante del canale radio con cui è connessa alla rete. Il terminale rimane potenzialmente inattivo per il resto del tempo: in realtà è in grado di sfruttare gli intervalli di inattività per compiere altre funzioni. Le caratteristiche più importanti della tecnica TDMA sono quindi: Ciascun canale radio serve un certo numero N t di utenti, che corrisponde ai time-slot realizzati sulla trama numerica del ricetrasmettitore; N t canali fisici sono realizzati per altrettanti utenti con un solo ricetrasmettitore radio, consentendo un notevole vantaggio economico; Si può equipaggiare una SRB con più ricetrasmettitori, ottenendo un incremento dei canali fisici disponibili; nel caso del GSM, la quantità di risorse offerte da una SRB è calcolabile in 8 canali per il numero di ricetrasmettitori. Si realizza così una tecnica di accesso mista FDMA/TDMA in cui un certo numero di frequenze portanti (FDMA) dà il servizio nel dominio del tempo (TDMA) ad un determinato gruppo di utenti; Il canale fisico messo a disposizione dell utente è identificato, in questo caso, nella cella, dalla coppia portante radio/time-slot; Dato che la velocità a cui opera è elevata, la frequenza portante esibisce uno spettro che richiede una canalizzazione con passo largo (ad esempio 200 khz nel caso GSM); 41

14 La tecnica TDMA richiede un accurata sincronizzazione dei tempi di trama nell intera rete, per evitare che eventuali disallineamenti possano creare sovrapposizione dei burst con conseguente interferenza fra utenti del sistema. Figura 16 N utenti occuperanno N time-slot nella trama TDMA Un altra possibile tecnica ad accesso multiplo per segnali numerici è la CDMA (Code Division Multiple Access) che permette agli utenti di trasmettere sia sulla stessa frequenza che nello stesso tempo. La separazione tra gli utenti si ottiene assegnando a ciascuno un codice diverso che codifica in modo univoco l informazione di quell utente specifico, in modo da poterla distinguere da quella degli altri utenti. CDMA trae origine da tecniche a diffusione di spettro (spectrum spreading). Lo spreading consiste nell espansione artificiosa, ma controllata, dell energia spettrale su una banda molto più estesa di quella che sarebbe prodotta dallo spettro del segnale di Banda Base. Per ottenere ciò si applica alla portante già modulata dal segnale d utente una ulteriore interazione con un codice-chiave, 42

15 rappresentato da una sequenza pseudocasuale. Il segnale d utente è quindi trasmesso sotto l effetto di questa particolare mascheratura che verrà poi annullata in ricezione: in questo modo la connessione radio presenta grande resistenza ai disturbi e interessanti caratteristiche di criptazione. Il codice che provvede a realizzare l effetto primario dell espansione dello spettro (spreading) costituisce anche una chiave di segretezza dato che solo la conoscenza della sequenza codificata permette di ricostruire l informazione in ricezione. Nel caso di accesso multiplo CDMA la distinzione tra N s canali è affidata all ortogonalità tra N s funzioni accedenti allo stesso trasmettitore: sulla stessa portante possono coesistere N s modulazioni contemporanee trasmesse su spettro espanso, che ogni ricevitore decodificherà in base alla conoscenza della rispettiva sequenza pseudocasuale correlata al canale desiderato. Figura 17 Principio di funzionamento della tecnica di accesso multiplo CDMA La figura 17 mostra il processo di spreading. Le sequenze m 1 (t), m 2 (t),, m n (t) sono i segnali informativi provenienti dai diversi utenti che accedono al sistema, a valle della codifica di canale. Tali sequenze agiscono su altrettanti modulatori numerici, andando 43

16 quindi a modulare un unica portante radio generata dall oscillatore locale OL. I segnali modulati subiscono poi un operazione di moltiplicazione con altrettante sequenze di codice c 1 (t), c 2 (t),, c n (t), che possiedono elevata velocità di trasmissione, detta chiprate, in quanto i bit ottenuti dopo tale operazione sono detti, in gergo tecnico, chip. Il chip-rate risulta ovviamente molto maggiore del bit-rate d utente. In ricezione il segnale d informazione viene recuperato moltiplicando il segnale ricevuto per lo stesso codice c n (t) assegnato all utente e già utilizzato in trasmissione (fase di despreading). E chiaro quindi che il codice in questione deve essere noto al ricevitore: esso andrà notificato al terminale mobile tramite criteri di segnalazione nella fase di richiesta d accesso; inoltre deve essere del tutto sincrono con lo stesso codice utilizzato in trasmissione. Le sequenze di codice assegnate agli utenti che condividono lo stesso canale sono tra loro diverse, scelte in modo da risultare reciprocamente decorrelate: pertanto si può affermare che la risorsa messa a disposizione dell utente è, nel caso CDMA, l abbinamento di una portante e di un codice pseudocasuale. La decorrelazione o ortogonalità tra i codici consente, in condizioni ideali, di estrarre il segnale informativo annullando l effetto delle reciproche interferenze che intuitivamente rappresentano il possibile fattore limitante di questa tecnica. In effetti sulla stessa portante e senza distinzione di tempo il CDMA gestisce N s flussi informativi, che potrebbero altrimenti creare un insostenibile interferenza reciproca. Nelle condizioni ideali di propagazione le distorsioni e i disturbi subiti dai segnali nel processo di ricetrasmissione degradano le condizioni di ortogonalità e ciò rappresenta una limitazione al numero dei canali sovrapponibili. Il limite di capacità di sistema è quindi dato dal peggioramento di qualità dovuto al livello di interferenza residuo dopo l operazione di despreading. 44

17 Caratteristica interessante del CDMA è che non esiste a priori una soglia massima al numero N s di possibili utenti sulla stessa portante radio: quando viene richiesto un nuovo accesso, il servizio può essere sempre concesso, con l unica limitazione di un degrado della qualità di tutti gli altri utenti attivi. Il processo si può quindi ripetere fino a che il livello di interferenza scenderà sotto un prestabilito livello di qualità: tuttavia ciò consente di accettare, in condizioni di emergenza, per un tempo limitato un numero di accessi superiore a quello stabilito attraverso puri criteri di qualità. La rete gestisce inoltre il cosiddetto near - far in modo da far pervenire tutti i segnali ricevuti allo stesso livello, utilizzando la funzione di PC (Power Control). Si nota inoltre che la banda complessiva (f c ) del segnale CDMA è assai più ampia di quella (f m ) che sarebbe strettamente necessaria per trasmettere l informazione. Si definisce Process Gain (P G ) P G = f c /f m e può essere compreso tra alcune unità e centinaia di volte. L apparente perdita di efficienza spettrale è compensata dalla possibilità di sovrapporre numerosi utenti sullo stesso canale radio. Al crescere di P G inoltre aumenta la robustezza all interferenza e quindi risulta proporzionalmente maggiore il numero degli utenti che possono partecipare all accesso multiplo. Il fattore di riuso risulta uguale a 1 e ciò consente l impiego dello stesso canale radio in tutte le celle e settori, anche adiacenti, di un sistema cellulare. L isolamento tra canali infatti è garantito dall ortogonalità dei codici anche da ricetrasmettitori diversi, purché siano tenuti rigorosamente sincronizzati come frequenza e come temporizzazione della trama. 2.6 TECNICHE DI DUPLEX Il sistema radiomobile intrinsecamente bidirezionale utilizza due distinte gamme di frequenze opportunamente distanziate da un 45

18 intervallo, detto passo di duplice, per tenere separati i due sensi della trasmissione radio. Tale tecnica è detta FDD (Frequency Division Duplex). I filtri di duplice presenti negli apparati, garantendo una netta separazione tra le portanti T x e R x, consentono di mantenere attivi contemporaneamente e senza disturbi reciproci i due collegamenti up-link e down-link nei rispettivi versi della conversazione. La numerizzazione del segnale modulante ha consentito una nuova tecnica, detta TDD (Time Division Duplex). TDD utilizza essenzialmente la stessa frequenza radio per le fasi di trasmissione e di ricezione, ma pone in trame diverse i rispettivi time-slot. 46