Introduzione alla telefonia mobile

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1 Telefonia mobile : insieme di tecnologie e servizi che consentono agli utenti di telefonare senza utilizzare il cavo telefonico. Introduzione alla telefonia mobile L elemento centrale all interno delle tecnologie della telefonia mobile è il terminale che consente la comunicazione: il telefono cellulare o telefonino. Telefonino detto cellulare poiché la copertura telefonica si ottiene suddividendo l area di servizio in zone chiamate CELLE, servite da una stazione radio che trasmette su un determinato numero di canali e a cui il cellulare si connette. Le dimensioni di ciascuna cella variano in considerazione della densita della popolazione e della presenza di eventuali ostacoli naturali che possano attenuare il segnale. Tali ostacoli determinano la c.d mancanza di copertura di una determinata zona. L architettura di una rete radiomobile o di telefonia mobile è costituita da telefonini e stazioni radio base dotati di apparecchiature ricetrasmittenti attraverso i quali si possono attivare comunicazioni che permettono agli utenti l accesso ai servizi di rete e dunque la comunicazione con i terminali mobili all interno di tale area. L architettura della rete mobile è costituita da rete di accesso e rete di commutazione. RETE DI ACCESSO formata da tt gli elementi tra cui la stazione radio base che consentono la gestione della comunicazione radio con i terminali mobili. La rete di commutazione si interconnette da un lato con la rete di accesso dall altro con le altre reti telefoniche o internet protocol consentendo l avvio e la chiusura delle chiamate e della trasmissione dati. La risorsa fisica che permette la mobilita wireless in un sistema di telefonia mobile è il canale radio. Per consentire l accesso radio ai cellulari i sistemi di telefonia mobile impiegano una tecnica di copertura cellulare che differisce notevolmente da qll necessarie per la televisione. Un sistema radiomobile differisce in maniera sostanziale da qll di diffusione televisiva per : - La tipologia bidirezionale della comunicazione; - La dimensione contenuta del telefonino e dell antenna - La ridotta potenza di emissione.

2 Un sistema radiomobile richiede una copertura radio realizzata mediante un numero piu elevato di stazioni radio base di qnt nn sia necessario nel caso della televisione. La dimensione delle celle dipende dalla potenza emessa dalla stazione radio base, dall altezza cui è posta l antenna, dalla morfologia del territorio, dalla presenza di ostacoli. Altra caratteristica delle reti radiomobili è la necessita di gestire la mobilita degli utenti che devono poter usufruire dei servizi a disposizione. Le celle in cui viene suddiviso il territorio vengono raggruppate in LOCATION AREA E ROUTING AREA che vengono chiamate aree di registrazione. Qnd il cellulare nn ha una connessione radio attiva cambia cella autonomamente sincronizzandosi a qll che riceve meglio. Ogni qlvolta che il mobile cambia area di registrazione informa la rete della sua nuova posizione. Per un utente che ha una connessione radio attiva e che si muove raggiungendo la zona di confine della cella servente puo determinarsi l esigenza di attivare un canale radio su di una nuova cella senza il quale la qualita della comunicazione si perderebbe notevolmente fino alla caduta della chiamata. A riguardo l HANDOVER è la tecnica che consiste nel passaggio da una cella a una cella contigua con il telefonino che si sintonizza su una nuova frequenza.tale passaggio consente una fruizione continua del servizio da parte dell utente e permette di evitare brusche interruzioni nella comunicazione nel momento in cui l utente è in movimento. Tale funzionalita consente nn solo la continuita del servizio tra celle della stessa frequenza ma anche tra celle di frequenza diversa o tecnologie differenti. Cn la rete di 3^ generazione è o UMTS è possibile anche avere il SOFT HANDOVER in qst caso il mobile puo essere contemporaneamente connesso a piu stazioni qnd le condizioni radio sono critiche. Le generazioni di telefonia mobile:prima meta degli anni 80 le principali aziende di telecomunicazioni hanno cominciato ad occuparsi e investire nella tecnologia wireless o senza fili portando in breve tempo alla nascita del nuovo settore delle comunicazioni mobili. In generale la telefonia mobile viene identificata con il telefonino; i primi esperimenti in qst campi risalgono ai primi anni 20, essi erano spinti da esigenze di tipo militare con l obiettivo di creare un sistema di comunicazione a distanza.

3 La vera svolta si ebbe però nel 1947 data in cui un ricercatore del BELL LABORATORIES introdusse il concetto di CELLA L idea era qll di suddividere il territorio in tnt aree o celle, ognuna servita da una stazione radio operante ad una determinata banda di frequenza. Le stazioni dovevano operare a bassa potenza per nn interferire cn qll adiacenti. La nascita vera e propria della telefonia mobile risale agli anni 80. STATI UNITI: AMPS ADVANCED MOBILE PHONE SERVICE- Europa: NORDIC MOBILE TELEPHONE e Regno Unito: TACS. A partire dalle prime sperimentazioni negli stati uniti la telefonia cellulare ha attraversato differenti fasi di sviluppo caratterizzate da progressi delle tecnologie e degli standard di comunicazione di riferimento e tali fasi sn state identificate come GENERAZIONI. PRIMA GENERAZIONE: 1g: STANDARD ETACS tacs con l aggiunta di nuove frequenze tipici dei cellulari analogici; Seconda generazione: 2g: standard GSM global system for mobile communication dei primi cellulari digitali; 2,5 G: standard GPRS dei cellulari ad alta velocità di trasmissione dati e tecnologia wap; 2,75 g:standard EDGE: enhanced data rates for GSM EVOLUTION una versione piu veloce dello standard GPRS per il trasferimento dati sulla rete cellulare GSM Terza generazione:3g: standard UMTS: universal mobile Telecommunication standard tipico dei video cellulari. 3,5g: STANDARD HSUPA/HSDPA.

4 Tacs 1G: tacs total access communication system Il primo cell di tipo analogico è stato introdotto negli stati uniti nel 1983 anno di nascita del gia citato AMPS, la prima rete cellulare made in USA è stata attivata nella citta di Chicago. In italia prima di arrivare al TACS il settore della telefonia mobile è partito nel 1973 con le prime sperimentazioni da parte della SIP di un servizio mobile su telefoni veicolari. Il servizio sperimentale chiamato RTMI radio telefono mobile integrato era molto limitato rispetto ai sistemi attuali. Con riferimento all europa la telefonia mobile è stata avviata nel regno unito attraverso l introduzione del sistema di prima generazione TACS sviluppato come evoluzione del sistema americano AMPS e del suo equivalente europeo NMT. Da una parte i primi telefoni cellulari erano prevalentemente veicolari e di grandi dimensioni e nn coprivano tt il territorio nazionale. Mentre la connessione era automatica per le chiamate provenienti dal telefonino per ricevere le telefonate era necessario l intervento di un operatore. Tali limiti sn stati superati 10 anni dopo con il lancio nel 1985 di un nuovo sistema di telefonia mobile basato sullo standard TACS chiamato RTMS450 che utilizzava le bande a MHZ per la comunicazione tra terminale e stazioni radio e mhz per la comunicazione in verso opposto. Successivamente con la progressiva saturazione del sistema RTMS 450 nel 90 venne lanciata la rete di telefonia cellulare RTMS A 900 Mhz per la quale fu scelto lo standard ETACS. In linea generale lo standard di telefonia mobile TACS unitamente alla successiva evoluzione ETACS è caratterizzato da alcuni vantaggi rispetto alla 2^ generazione di telefonia mobile in versione digitale cm ad esempio la necessita d un minor numero di antenne e una copertura migliore del segnale radio analogico soprattutto all interno degli edifici che garantiva un maggiore livello di purezza della voce trasmessa dal cellulare. Limiti tecnici di tale standard: Un numero limitato di chiamate veicolabili in contemporanea da ciascuna stazione radio base ; la possibilita di trasmettere esclusivamente la comunicazione vocale cn la impossibilita di attivare servizi a valore aggiunto cm trasferimento dati e messaggistica. L alto rischio di clonazione dei telefoni cellulari mediante contraffazione sul territorio nazionale di riferimento L alto rischio di intercettazione delle chiamate in e/u tramite scanner o modifiche ad hoc degli apparecchi cellulari.

5 Gsm global system for mobile communication La necessita di una nuova rete e l esigenza di superare i principali limiti dello standard TACS hanno portato allo sviluppo di una nuova generazione di telefonia cellulare caratterizzata dal passaggio da un sistema di codifica dell informazione di tipo analogico ad uno digitale. In Italia fu il momento della telefonia digitale di 2^ generazione GSM. Il sistema fu avviato in seguito ad un accordo siglato nel 90 tra 15 paesi europei per la realizzazione di uno standard digitale paneuropeo. Gli obiettivi erano qll di fornire un servizio aggiuntivo agli utilizzatori, internazionale e privo di confini e di stimolare la concorrenza tra gli operatori di telecomunicazioni e i produttori di dispositivi in modo tale da abbassare i costi ingenti del settore. Gia nel 1982 la CEPT creo il gruppo di lavoro GROUP SPECIAL MOBILE con lo scopo di sviluppare un sistema radiomobile cellulare comune a tt i paesi dell europa occidentale. Tale sistema avrebbe dovuto assicurare una buona qualità audio della conversazione, bassi costi per i terminali e la gestione del servizio, un servizio per il roaming internazionale, per terminali palmari e per ulteriori servizi. Il gsm apre cosi l era del telefonino di massa. Il servizio venne cosi commercializzato per la prima volta nel 91 e nel 93 esistevano gia 36 reti GSM distribuite in 22 paesi. Dal punto di vista tecnico cn la telefonia mobile digitale il principale cambiamento è l allargamento del numero e della qualità dei servizi disponibili : accanto alla trasmissione vocale che resta in ogni caso il servizio principale è possibile inviare e ricevere dati come fax e messaggi di testo sul territorio nazionale e qll di altri paesi ad una velocità di bit/s Mediante il sistema digitale GSM la voce viene codificata in sequenze di BIT inoltrate per mezzo della rete radio telefonica ; la trasmissione è criptata in modo da ottenere comunicazioni sicure ed è riconvertita in segnale vocale in fase di ricezione. Al passaggio alla tecnologia digitale GSM sottendono alcuni vantaggi consistenti rispetto alla tradizionali reti analogiche. In particolare:aumento dell efficienza di spettro per una maggiore capacita della rete; modalita di autenticazione avanzata degli utenti abbonati ai servizi di telefonia mobile in modo da ridurre clonazioni. Elevato grado di sicurezza e riservatezza con conseguente difficoltà di realizzare intercettazioni telefoniche grazie a tecniche di trasmissione criptate;maggiore qualità delle conversazioni grazie alla tecnica digitale e al controllo d errore; semplificazione della trasmissione dei dati e della connessione a pc portatili senza bisogno di modem;utilizzo della stessa frequenza per piu utenti attraverso la tecnica TDMA che consente l accesso ad una risorsa condivisa in questo caso una determinata frequenza tra utenti diversi in tempi diversi con una ciclicita predefinita.

6 Altra novita sostanziale riguarda l introduzione della SIM Subscriber Identity Module la smartcard che contiene un microprocessore dotato di codice segreto che va inserita all interno del telefonino per poterlo attivare. Con il gsm telefono cellulare e scheda vengono separate rispetto al TACS. La SIM che puo essere trasferita liberamente da un telefonino all altro contiene una serie di dati il numero telefonico, i dati del gestore della telefonia cellulare, oltre all agenda personale con i numeri di telefono registrati dall utente. Attraverso tali dati normalmente definiti nel loro insieme come INTERNATIONAL MOBILE SUBSCRIBER IDENTITY è possibile identificare in modo univoco l utente all interno della rete telefonica. Inoltre tali dati possono essere trasportati su altri strumenti digitali come il PC; per esempio sono stati sviluppati fin da subito numerosi programmi che consentono di copiare l agenda personale contenuta nella sim nell agenda elettronica di un computer. Inoltre si segnala che la nascita di telefoni cellulari dual band, tri e quadri band capaci di passare automaticamente sulla frequenza con canali liberi ha consentito di creare un sistema di telefonia mobile che permette ad un utente di comunicare indipendentemente dalla propria locazione cn l unico vincolo della copertura del segnale.

7 2.5 G E 2.75 G- WAP GPRS ED EDGE Uno dei limiti piu evidenti della tecnologia gsm consiste nella scarsa velocita di trasferimento dei dati con particolare attenzione a fax e sms. La necessita di superarlo ha portato a nuovi standard e nuove tecnologie per la trasmissione dei dati attraverso cellulari a partire dal wap si tratta del primo passo x configurare il cellulare cm uno strumento di accesso ai dati contenuti in rete; wap infatti è il protocollo sviluppato nel 97 dal WAPFORUM da un accordo Nokia, Motorola e Phone.com, appositamente per consentire l accesso ai servizi web tramite un telefonino dotato di microbrowser e creare un protocollo accessibile attraverso diverse tecnologie di rete mobile e tramite differenti periferiche. I servizi wap riguardano ad esempio la navigazione di siti internet, l accesso alla propria casella di posta elettronica, la ricezione delle quotazioni dei titoli in borsa, le transazioni on line, il collegamento alla propria banca per ottenere le ultime notizie. Dal punto di vista tecnico il wap utilizza un formato specifico chiamato WIRELESS MARKUP LANGUAGE molto simile all HTML ma sviluppato ad hoc per la telefonia cellulare e ottimizzato per la visualizzazione di pagine web sui display di dimensioni ridotte dei cellulari. Principale caratteristica del WML è la distinzione tra card e deck. La card rappresenta una singola interazione fra il cliente e il telefono. (ES:Pg web visualizzata). Anche in considerazione di tali limiti gli operatori di telecomunicazioni avviarono una serie di sperimentazioni di sistemi migliorativi del GSM e del WAP che si concretizzeranno nelle prime azioni commerciali del Dal punto di vista tecnico la principale caratteristica del gprs è il passaggio dalla commutazione a circuito tipica del GSM alla commutazione a pacchetto utilizzata anche da Internet; i dati da trasmettere vengono suddivisi in pacchetti ognuno dei quali contiene le informazioni sulla destinazione. Piu card costituiscono un deck, che invece è l unita piu piccola che viene trasmessa dal server al telefono. Si tratta dello standard per la trasmissione di dati attraverso telefonica mobile GPRS che consente di arrivare a velocita di trasferimento dati di circa 115 kb secondo. Il wap rappresenta una piattaforma che consente un dialogo tra le rete internet e la rete di telefonia mobile anche se ha ben presto deluso le aspettateive per via della sua lentezza di trasmissione dati e degli alti costi sia per gli operatori sia per gli utenti. La commutazione a pacchetto permette la divisione delle risorse di rete tra diversi utenti che possono dividersi la stessa banda ed essere serviti da una stessa cella. Inoltre le risorse radio vengono impegnate sl qnd c è necessita di inviare o ricevere dati permettendo l utilizzo di uno stesso canale da parte di cellulari differenti.

8 La conseguenza principale di tali aspetti tecnici è che i network basati su standard GPRS consentono agli utenti di accedere ai servizi in modo continuato pagando il volume di dati o pacchetti trasmessi. Nella c.d 2.5G anche se la connessione è di tipo always on il costo per l utente sara proporzionale alla reale quantita di informazione inviata in qst modo si abbassano i costi di utilizzo del sistema. Per qnt riguarda i servizi piu diffusi attraverso il GPRS per il mercato CONSUMER le applicazioni piu accreditate sn la posta elettronica, i giochi e il recente m-commerce; le aziende invece sfruttano la condivisione di server e di applicativi di virtual office. In generale i servizi GPRS piu sviluppati sono il PTP (POINT TO POINT), il PTM (point to multipoint), la messaggistica MMS e l accesso anonimo a determinati servizi.

9 3G UMTS: universal mobile Telecommunication standard Gli operatori del settore hanno avviato le sperimentazioni per uno standard universale che permettesse da una parte la nascita di nuovi terminali mobili multimediali per comunicare cn qlsiasi angolo del pianeta senza interruzioni ; dall altra di and incontro alle esigenze degli utenti di accedere a servizi e applicazioni frutto della convergenza tra telecomunicazioni, broadcasting e Information Technology. In qst contesto si collocano le ricerche per la definizione di una nuova generazione di cellulari, evoluzione del GSM definita 3G e basata sullo standard UMTS.Tale sistema si propone di migliorare e ampliare le potenzialita della telefonia mobile fornendo una velocita di trasmissione maggiore e una gamma di servizi piu articolata e di qualità. L umts è stato introdotto nel settore della telefonia cellulare con l obiettivo di realizzare una piattaforma tecnologica per la fornitura di servizi wireless e broadband per l informazione, il commercio elettronico e l intrattenimento, in grado di dare impulso decisivo alla convergenza tra mercati differenti che fanno riferimento all information technology e al multimedia. Occorrerà attendere il 99 per la nascita ufficiale dell UMTS la versione definitiva di uno standard in grado di andare incontro alle esigenze politiche e commerciali dei principali attori nel campo della telefonia 3g. Nella fattispecie l introduzione di qst standard mirava a differenti risultati alcuni dei quali ttora nn completamente raggiunti ovvero: Una evoluta interfaccia denominata UTRA che potesse introdurre la nuova tecnica di commutazione a pacchetto;una capacita di traffico in grado di servire piu della metà della popolazione europea; la capacita di creare e offrire servizi innovativi; la prestazione per cui l utente possa sempre accedere al profilo di servizio della sua rete; l interconnessione alle reti multiple;la disponibilità di nuove bande di frequenza. Dal punto di vista dei servizi il lancio di uno standard di terza generazione avrebbe dovuto consentire lo sviluppo dei seguenti servizi in mobile: servizi vocali di base ed evoluti includenti applicazioni cm l audio conferenza; servizi dati a bassa velocità in maniera economicamente conveniente; servizi dati a media velocita per supportare l accesso ad internet ad una velocità compresa tra 64 e 144 kbit/s;servizi dati ad alta velocità x videoconferenze di alta qualità e per l accesso a reti a commutazione di circuito.

10 Servizi disponibili con l UMTS: Accesso a intranet/intranet:tale servizio consente l accesso ad Internet mediante una connessione virtuale a pacchetto che collega il terminale alla rete IP.Durante la fase di attivazione del canale virtuale chiamato PDP context, il cell riceve un indirizzo IP che consente l accesso alla rete per la navigazione delle pagine web il trasferimento di file, lo streaming audio e video e i servizi on line. Informazioni e intrattenimento: si tratta di una serie di servizi che consente l accesso a informazioni da terminale con eventuali personalizzazioni dei contenuti. Tali servizi in parte gia disponibili con i sistemi di 2^generazione prevedono: servizi informativi cm news, oroscopo, previsioni del tempo, sport, viaggi e trasporti; servizi di intrattenimento cm giochi, musica e videoclip; servizi di commercio elettronico, cm ad esempio l acquisto on line; servizi di chat e di social networking;servizi di ricerca di numeri telefonici. Multimedia msgging service: è un servizio che arricchisce qll offerto dagli sms consentendo di inviare msg con testo, grafica, immagini, suoni e video. La disponibilità da parte dei terminali di inglobare telecamere consente di individuare anche foto e video nei messaggi. Servizi di localizzazione: la conoscenza della posizione dell utente da parte della rete consente la creazione di servizi di localizzazione e arricchisce al tempo stesso qll di informazione e intrattenimento. Data la struttura cellulare della rete è possibile conoscere la posizione di un utente approssimandola al centro della cella sotto cui si trova; Voce e videochiamata: il servizio voce è disponibile tra i servizi di terza generazione cn tt le varianti gia presenti nel GSM cm conferenza contemporanea di piu utenti, avviso di chiamata, visualizzazione delle chiamate.l UMTS grazie alla maggiore capacita del sistema arricchisce tali servizi introducendo la videochiamata anche sul mobile.i terminali dotati di telecamera consentono la comunicazione fra utenti nn solo audio ma anche video rendendo piu efficace ed espressiva la comunicazione. L UMTS è caratterizzato da una interfaccia radio evoluta denominata UTRA tale nuova interfaccia radio utilizza due tecniche di accesso: w-cdma: in linea generale in base alla tecnica di accesso multiplo alla risorsa radio, definita CDMA la banda viene impiegata contemporaneamente da piu utenti le cui comunicazioni bidirezionali vengono distinte mediante l utilizzo di opportuni codici usati sia in uplink ovvero dal terminale alla rete sia in down link dalla rete al cellulare. TD-CDMA: tale tecnica rappresenta uno dei principali elementi innovativi rispetto agli schemi di accesso nella comunicazione mobile via GSM basati su TDMA.

11 Una delle maggiori innovazioni del GSM è stata la SIM che ha introdotto ampi margini di sicurezza delle comunicazioni mobile e ha dato il via ad un fiorente mercato di scambio di cellulari.tuttavia in considerazione del lancio ufficiale dello standard umts dal 2002 gli operatori hanno introdotto SIM CARD cn una maggiore capacita di memoria cn una CPU piu veloce e una maggiore capacita di criptazione e codificazione. Qst innovazioni hanno condotto alla creazione dell USIM- UMTS subscriber identity module rinnovate e piu potenti card che offrono alla rete UMTS il necessario supporto tecnico. Tali sim card si configurano come veri e propri hard disk nelle quali gli utenti possono memorizzare tt i file creati e scaricati. Le caratteristiche principali della 3G sono UNIVERSALITA VELOCITA E UNA PIU AMPIA SCELTA DI SERVIZI DI QUALITA. Universalità : riguarda la copertura globale e la convergenza tra fissi e mobili. Con l UMTS si realizza una rete universale accessibile da qlsiasi punto in situazioni di movimento e una interconnessione totale tra le reti terrestri e satellitari. I nuovi servizi offerti dal sistema dovranno però avere prestazioni simili a qll dei sistemi fissi sia in termini di qualità che di velocità di trasmissione. L obiettivo primario per la 3g consiste nel garantire all utente un ambiente integrato personale e omogeneo indipendentemente dal tipo di terminale o rete tramite cui si accede al servizio. Risulta essenziale garantire una mobilità del terminale ovvero di fruire di servizi a prescindere da una specifica rete di accesso, mobilità dell utente vale a dire la capacita di disporre dei servizi indipendentemente dal tipo, dalla marca e modello utilizzato e una mobilità del servizio cioè la possibilità di accedere a servizi personalizzati a prescindere dalla rete e dai terminali utilizzati. I servizi UMTS in definitiva si basano sulla standardizzazione comune agli utenti e agli ambienti radio.

12 Capitolo 2: l evoluzione dei servizi di telefonia mobile Gli anni 90 hanno registrato un grande successo della telefonia mobile e in qst fase i servizi maggiormente impiegati sn stati qll vocali e di sms. A partire dai primi anni del 2000 il mercato della telefonia mobile ha assistito ad una rapida crescita dei servizi a valore aggiunto o VAS, in concomitanza cn l evoluzione delle tecnologie e degli standard di telefonia cellulare disponibili. Tra tali servizi si segnalano qll dedicati a INTERNET VIA MOBILE sia per i clienti residenziali sia per le aziende;app.ni come web browsing, servizi on line ed attraverso telefonia mobile sono diventati di impiego diffuso sia in ambito privato che professionali; a qst si aggiungono servizi di mobile tv che negli ultimi anni hanno registrato livelli di crescita interessanti soprattutto oltreoceano,impegnando alcuni operatori di telecomunicazioni nella definizione di standard e modalità di trasmissione piu efficienti. Qnd ci si riferisce al telefono cellulare si pensa immediatamente alla chiamata vocale. In base alle precedenti considerazioni il telefono cellulare ha allargato i suoi contenuti dal testo alle immagini, alla musica per arrivare ai servizi on line, al video e ai giochi con il passaggio alla tecnologia UMTS E HSDPA. IL PUNTO DI PARTENZA DI QUESTO PROCESSO E LO SHORT MESSAGE SYSTEM protocollo di comunicazione caratteristico della telefonia mobile digitale a partire dal GSM che consente di inviare e ricevere brevi messaggi di testo dalla lunghezza massima di 160 caratteri.introdotti nel 95 da parte delle compagnie telefoniche cm protocollo di comunicazione interno, gli sms sn diventati una delle forme di comunicazione mediata dalle nove tecnologie piu utilizzate. Il successo degli sms e l aumento della velocità di trasmissione dati ha spinto le società di telefonia cellulare a sfruttare le possibilità offerte dal processo di digitalizzazione per offrire messaggi che integrassero anche elementi visuali e sonori. Il risultato sn 2 nuovi protocolli di comunicazione che trasformano gli SMS in messaggi multimediali: EMS enhanced message service e MMS. EMS introduzione di alcune proprietà di formattazione.