AVANTI
Cosa significa wireless? Se apriamo un dizionario di inglese, in corrispondenza della parola
wireless troviamo la definizione “senza filo” o “reti senza filo”. Questo sta a significare che
parliamo di un sistema che non è legato da vincoli fisici, che porta subito a sensazioni di
libertà, mobilità ed autonomia.
La tecnologia Wireless si riferisce a una tipologia di comunicazione, monitoraggio e sistemi di
controllo in cui i segnali viaggiano nello spazio e non su fili o cavi di trasmissione. In un
sistema wireless la trasmissione avviene principalmente via radiofrequenza (RF) o via
infrarosso (IR) trasmettendo segnali analogici o digitali e utilizzando modulazioni diverse.
Essenzialmente, le reti senza filo servono per trasmettere dati. Attraverso i dati si può
trasferire qualsiasi tipo di informazione: testo, immagini, video, audio.
In realtà, non dobbiamo pensare che la trasmissione di dati senza filo sia una peculiarità dei
computer e delle ultime tecnologie: un esempio in proposito è dato dalla radio e dalla
televisione (non di certo una tecnologia recente) che, attraverso una comunicazione senza
filo (tramite onde radio), permette la trasmissione di suoni e, impostando la frequenza, la
scelta del tipo di stazione che desideriamo ascoltare o il canale da guardare.
Le reti wireless presentano indubbiamente dei grossi vantaggi rispetto alle reti cablate
(wired) ma anche numerosi svantaggi:
Le reti cablate hanno come principale svantaggio la necessità di fili di collegamento tra le unità, cosa non
sempre facile in ogni situazione (ad esempio in edifici antichi, storici o musei che non sono certo pensati per
integrare i vari collegamenti elettrici necessari per una comunicazione). La tecnologia wireless ha permesso
la comunicazione a distanza senza nessuna necessità di cavi, indubbiamente un vantaggio enorme. Inoltre
l’assenza dei cablaggi ha reso possibile la piena mobilità dei terminali che, essendo senza fili, hanno la
libertà di movimento. Naturalmente per ricevere le informazioni, il terminale deve essere necessariamente
nella zona coperta dal segnale, meglio se vicino.
Tutti gli utenti di una stessa rete wireless devono operare su una banda di frequenza comune, a prescindere
dal mezzo trasmissivo scelto. Le bande di frequenza dedicate a particolari applicazioni devono, di solito,
essere approvate e necessitano di una licenza. Inoltre questa regolamentazione può variare da paese a
paese. Questo problema è stato risolto dagli odierni standard per wireless, i quali usano delle particolari
bande di frequenza accessibili nella maggior parte dei paesi senza bisogno di alcuna licenza (ad es. ISM, UNII o INFRAROSSO per le reti LAN). Questo naturalmente è uno svantaggio per i dispositivi wireless visto
che quelli cablati non hanno questo problema.
L'interferenza nelle comunicazioni wireless può essere causata dalle cosiddette collisioni, ovvero trasmissioni
simultanee da parte di due o più terminali wireless nella stessa banda di frequenza. In realtà il problema
dell'interferenza e' più ampio e coinvolge anche dispositivi di uso comune che non hanno nulla a che vedere
con le trasmissioni wireless ma che possono causare non pochi problemi al funzionamento di queste ultime
(ad esempio, un comune forno a microonde che opera nella banda 2.4-2.5 GHz disturba dispositivi con la
medesima frequenza). L'affidabilità del canale di comunicazione è misurata in BER (Bit Error Rate). Questo
valore indica il numero di bit che hanno presentato un errore relativamente al numero totale di bit ricevuti
per una trasmissione, dando quindi un'indicazione di quante volte un pacchetto (o un'altra unità
informativa) dev'essere ritrasmessa a causa di un errore.
In una rete cablata il mezzo di trasmissione può essere reso sicuro fisicamente e l'accesso alla rete può
essere controllato facilmente. In una comunicazione wireless, invece il mezzo trasmissivo è aperto a tutti i
terminali wireless che si trovano nel raggio d'azione di un trasmettitore ed è perciò più difficile gestire la
sicurezza sia delle trasmissioni che dell'accesso alle varie reti. La riservatezza dei dati e la protezione degli
accessi sono di solito realizzati tramite crittografia a vari livelli. Alcune conseguenze dell'adozione di un certo
grado di sicurezza indurranno probabilmente una certa riduzione delle prestazioni insieme ad un aumento
dei costi dei dispositivi.
I dispositivi di una rete cablata standard di solito sono alimentati dalla tensione di rete. I dispositivi wireless
invece, dovendo essere portatili nonché mobili, sono di solito alimentati a batteria. Essi devono perciò
essere progettati con la massima attenzione per quanto riguarda l'efficienza energetica, e ciò li rende molto
più costosi e complessi. Inoltre devono rispettare gli standard sul livello di potenza che non deve superare i
limiti stabiliti.
Sono in corso da diverso tempo molteplici studi sui problemi che le emissioni RF (Radio Frequenza)
potrebbero causare alla salute dell'utente. Le reti devono perciò essere progettate per minimizzare la
potenza trasmessa dai dispositivi di rete. Per quel che riguarda i dispositivi wireless che utilizzano la
tecnologia IR (Infra Red) i trasmettitori ottici devono essere progettati, ed in seguito installati, in modo da
evitare danni alla vista. Per una trasmissione cablata questi problemi sono quasi inesistenti.
Le comunicazioni wireless hanno problemi per quanto riguarda la larghezza di banda che naturalmente è
limitata, al contrario delle reti cablate.
Prima di analizzare i tipi di trasmissioni wireless attuali per la trasmissione di dati occorre distinguere
quattro grandi categorie di rete a seconda della distanza della comunicazione e della grandezza della rete:
WPAN, WLAN, WMAN e WWAN.
*Nella tabella sono presenti solo i principali standard
WPAN
Wireless Personal Area Network: piccola rete wireless, senza fili, che connette
direttamente dispositivi personali mobili a basso consumo, come pda (personal digital
assistant cioè computer palmari), notebook, cellulari, cercapersone o computer,
realizzate principalmente con tecnologia Bluetooth, IrDA o Wi-Fi.
WLAN
Wireless local area network: piccola rete wireless locale (ad esempio una rete aziendale
o domestica) che utilizza principalmente le tecnologie HomeRF, IEE 802.11b e
HyperLan2.
WMAN
Wireless Metropolitan Area Network: estensione della rete locale a pacchetti WLan che
opera via radio con velocità tipica pari a 100Kbps.
WWAN
Wireless Wide Area Network: rete Geografica senza fili.
È WWAN ad esempio la rete mondiale della telefonia mobile. Essa usa principalmente il
protocollo GSM, GPRS o il nuovo UMTS.
Una rete WPAN è una piccola rete nella quale dispositivi di bassa potenza (alimentati a
batterie o con basse tensioni) possono scambiarsi informazioni (dati, immagini, ecc…)
direttamente, senza l’ausilio di ripetitori, hub o altri dispositivi amplificatori.
Una rete WPAN è usata ad esempio nello scambio di dati tra cellulari, computer palmari o
portatili a brevissima distanza, nell’ordine dei metri.
Per queste piccole reti a breve distanza sono usati principalmente questi protocolli:
WPAN
IrDA
Wi-Fi
(IEEE 802.11)
Bluetooth
HyperLan2
Una rete WLAN è una rete locale di dispositivi per lo scambio di dati a breve distanza;
possono scambiarsi informazioni (dati, immagini, ecc…) a distanze di poche centinaia di
metri al massimo. Una rete WLAN è usata ad esempio nello scambio di dati tra portatili e
computer a breve distanza, nell’ordine delle centinaia di metri.
Per queste reti a breve distanza sono usati principalmente tre tipi di protocolli:
WLAN
Wi-Fi
(IEEE 802.11)
HomeRF
HyperLan
Una rete WMAN, Wireless Metropolitan Area Network, è l’estensione della rete locale a
pacchetti di WLan che operano via radio con velocità tipica pari a 100Kbps. Quindi una
rete regionale è un gruppo di WLAN e sono utilizzate quindi le stesse tecnologie WLAN.
Ultimamente per le trasmissioni WMAN è nato il protocollo WiMax.
Per queste reti a distanza sono usati principalmente tre tipi di protocolli, gli stessi della
WLAN:
WLAN
WLAN
WLAN
WMAN
WLAN
WLAN
HomeRF
Wi-Fi
HyperLan
Una rete WWAN, Wireless Wide Area Network, è rete Geografica senza fili.
È WWAN ad esempio la rete mondiale della telefonia mobile. Essa usa principalmente il
protocollo GSM, GPRS o il nuovo UMTS.
Per queste grandi reti mondiali sono usati principalmente tre tipi di protocolli:
WWAN
GSM
UMTS
GPRS
IrDA vuol dire Infrared Device Application ed è uno standard di interconnessione dati tramite
infrarossi bidirezionale point-to-point tra dispositivi posizionati in visibilità reciproca (dispositivi LoS
cioè line of sight) con range ridotto a 1 - 2 metri e bit rate (velocità di trasnissione) di 4 Mbps. Le
comunicazioni wireless che utilizzano la porzione dello spettro denominata "infrarosso", sono
comunemente utilizzate per una vasta gamma di dispositivi di controllo remoto (ad es. i telecomandi
delle tv). Di recente, le suddette comunicazioni ottiche sono state oggetto di studio anche per quel
che riguarda le applicazioni nel campo delle reti di computer. Come per qualsiasi soluzione tecnica,
anche questa presenta vantaggi e svantaggi. Innanzitutto lo spettro infrarosso è virtualmente
illimitato e questo può permettere il raggiungimento di un'elevata capacità trasmissiva. Inoltre lo
spettro infrarosso è immune da problemi di licenze. La radiazione infrarossa ha delle particolari
caratteristiche che la rendono interessante anche per alcuni tipi di configurazione WLAN oltre che
per quelli WPAN. Ovviamente tale radiazione non può oltrepassare muri o altre superfici opache ma,
grazie alle sue proprietà di riflessione, può essere riflessa diffusamente da oggetti colorati. Perciò si
può realizzare ad es. una WLAN che copra un'intera stanza usando la riflessione del soffitto o delle
pareti. Operando in questo modo, ad esempio, sono nulle le interferenze tra due reti operanti in
ambienti adiacenti. Infine, il costo delle apparecchiature IR è relativamente basso cosi come la loro
complessità. Questo mezzo trasmissivo presenta però degli svantaggi: essendo una radiazione
luminosa, è soggetta ad interferenza da parte di tutte le altre sorgenti luminose quali luce solare o
luce artificiale. Per acquisire maggiore robustezza nei confronti di queste interferenze si potrebbe
pensare di aumentare la potenza dei trasmettitori ma quest'ultima è comunque limitata da problemi
di consumo di potenza e dai pericoli derivanti dall'uso dei raggi infrarossi.
INFRAROSSO
L'evoluzione (o meglio l’ormai sostituto) del protocollo IrDA è il Bluetooth, letteralmente “dente blu”,
tecnologia che rispetto all'IrDA presenta numerosi vantaggi. E' una tecnologia di interconnessione wireless a
bassa potenza, in grado di far "comunicare" dispositivi elettronici di natura molto diversa come i telefoni,
stereo, notebook, computer, palmari fino ad un massimo di 16 dispositivi, attraverso onde radio a basso
raggio emesse da alcuni trasmettitori presenti all'interno di questi dispositivi, il tutto senza bisogno di alcun
cavo di collegamento, ma semplicemente utilizzando le onde radio con frequenza di 2,45Ghz - 2,56 Ghz
(banda ISM). La velocità massima di trasferimento dati, nel suo complesso, è pari a 1Mbps fullduplex con
una copertura dai 10 ai 100 metri. Una curiosità: “bluetooth” era il nome di un re danese vichingo chiamato
Harald Blatand. Blatand è stato poi tradotto in “Bluetooth”. Harald Blatand viene ricordato per aver unito i
popoli di Danimarca e Norvegia. L'idea odierna di Bluetooth è la stessa di allora… come si è riusciti a fare
dialogare due popolazioni diverse, questo sistema serve a far comunicare apparecchi elettronici molto diversi
tra loro attraverso uno standard comune. Il suo punto di forza è la possibilità per gli utenti di lavorare senza i
limiti imposti dai cavi. Invece di basarsi sugli infrarossi (IrDA), comodi ma con il grosso svantaggio di non
riuscire a far comunicare due dispositivi se non sono allineati o senza ostacoli tra essi, il Bluetooth utilizza
onde radio che sono quindi in grado di attravesare ostacoli come muri o pareti e che si muovono in ogni
direzione, sono cioè irradiate in modo isotropo.
SLAVE
MASTER
PARKED
SLAVE
PARKED
SLAVE
SLAVE
SLAVE
Il Bluetooth utilizza la modulazione GFSK (è una variante della modulazione FSK cioè Frequency Shift
Keying): per un bit d'informazione di valore 1 origina uno scostamento di frequenza positivo rispetto alla
portante nominale del canale in cui il sistema sta operando ad un dato istante. Al contrario, un bit di valore 0
dà origine ad uno scostamento negativo della suddetta portante.
Il Bluetooth adotta la tecnica FHSS, la banda operativa è divisa in canali spaziati di 1 MHz. Il canale fisico è
diviso in slot da 625μs, e i dispositivi cambiano frequenza una volta ogni pacchetto, tenendo presente che un
pacchetto può durare uno, tre oppure cinque slot. L'hop rate (cioè la velocità di variazione di frequenza) è
fissato a 1600 hops/s.
La tecnica frequency hopping impone che i dispositivi Bluetooth che vogliono comunicare, conoscano e
seguano la stessa sequenza di hopping. I dispositivi Bluetooth possono operare in due diverse modalità:
Master e Slave. Questo non vuol dire che, a livello circuitale e costruttivo, vi siano delle differenze tra un
dispositivo che opera come master e uno che opera come slave. E' il master che decide la sequenza di
hopping, gli slave che vogliono comunicare con un certo master devono sincronizzarsi in frequenza e tempo
con la sequenza di hopping del master. Una serie di slave che operano insieme e sono sincronizzati con uno
stesso master formano una cosiddetta Piconet. Una piconet può essere formata da un master ed un massimo
di sette slave "attivi", dove per slave attivo si intende un'unità che rimane sincronizzata al master della
piconet. Lo standard Bluetooth prevede comunque alcune modalità di funzionamento per i dispositivi
(modalità park ad esempio) che permettono di ampliare "virtualmente" la dimensione di una piconet, nel
senso che alcuni dispositivi, essenzialmente per limitare il consumo delle batterie, potranno dissociarsi
temporaneamente dall'attività della piconet, ma rimanere informati periodicamente dal master in modo da
poter rientrare attivamente nella piconet in qualsiasi momento, purché ovviamente ci sia posto.
I dispositivi Bluetooth vengono divisi in 3 classi di potenza, a seconda della potenza massima d'uscita del
trasmettitore.
Classe di potenza
Potenza massima
Potenza nominale
Potenza minima
Raggio d’azione
1
100 mW
n.d.
1 mW
100m
2
2.5 mW
1 mW
0.25 mW
10m
3
1 mW
n.d.
n.d.
10cm
Il gruppo 802.11 può essere visto come una famiglia di standard comprendenti un'insieme di standard quali:
- 802.2: Logical Link Control
- 802.3: Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance
- 802.4: Token bus
- 802.5: Token Ring
- 802.6: Distributed Queuing Dual Bus (DQDB)
- 802.9: Unified Integrated Services su Backbone
- 802.11: WLAN
- 802.12: Demand Priority Access Method
- 802.14: Cable TV
- 802.15: Wireless Personal Area Networks
- 802.16: Broadband Wireless Access Methods
Nel 1997 l'istituto IEEE (Institute for Electric and Electronic Engineering), approvò uno standard per wireless
LAN denominato "802.11", che specificava la realizzazione di dispositivi capaci di ottenere 1 o 2 Mbps in
termini di velocità di trasferimento. Lo standard permette la trasmissione nella banda ISM a 2.4 GHz. La
banda utilizzata si estende da 2.4 GHz fino a 2.4835 GHz in Nord America e Europa, mentre in Giappone le
normative vigenti impongono una banda da 2.471 GHz a 2.497GHz.
Due anni più tardi, in seguito agli ottimi risultati ottenuti da produttori quali Lucent Technologies e Harris
Semiconductor (ora Intersil Corp.), l'istituto IEEE ratificò un nuovo standard, con prestazioni migliori,
denominato IEEE 802.11b; esso permetteva di ottenere 11 Mbps in termini di velocità di trasferimento ed è
lo standard su cui sono basati la maggior parte dei dispositivi attualmente disponibili sul mercato. In realtà
IEEE 802.11b non è uno standard "ex novo", bensì specifica delle modifiche alle tecniche di modulazione che
permettono di elevare la velocità di trasferimento e mantengono comunque la compatibilità all'indietro verso
i dispositivi IEEE 802.11. Il nome IEEE 802.11b risulta un pò troppo ostico per il mercato dell'utente finale e
quindi sempre più spesso sui dispositivi attualmente sul mercato si trova la sigla Wi-Fi, contrazione di
Wireless Fidelity; Wi-Fi è un marchio di qualità poichè attesta la certificazione del dispositivo da parte della
Wi-Fi Alliance.
Sempre nel 1999 l'istituto IEEE ratificò le specifiche di un altro standard della famiglia 802.11, la variante
denominata 802.11a. Le specifiche sono simili ma la banda utilizzata è la U-NII (Unlicensed National
Information Infrastructure) 5 GHz e, mediante la tecnica di modulazione OFDM (orthogonal frequency
division multiplexing), i dispositivi realizzati in conformità allo standard IEEE 802.11a possono ottenere fino a
54 Mbps in termini di velocità di trasferimento. Anche in questo caso si usa sempre più spesso la
denominazione Wi-Fi 5 per indicare i dispositivi compatibili con lo standard IEEE 802.11a.
Attualmente esiste un altro standard approvato nel 2003: l’ 802.11g, estensione dell’ 802.11b ma con le
prestazioni dell’ 802.11a (54 Mbps).
I dispositivi IEEE 802.11 utilizzano attualmente la tecnica DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum), anche
se questo standard è stato sviluppato anche per trasmettere via infrarossi o con la tecnica FHSS. La
banda disponibile viene suddivisa in 14 canali, parzialmente sovrapposti, ciascuno di larghezza pari a
22 MHz. Tutti i terminali utilizzano sempre lo stesso canale per le comunicazioni. Per codificare il flusso
dei dati trasmessi si usano due tecniche:
1)
sequenza di Barker: è la tecnica specificata nello standard IEEE 802.11, il simbolo trasmesso è
rappresentato da una sequenza di 11 chip che codifica ogni singolo bit d'informazione. La velocità è di
1Msimbolo/s. Le tecniche di modulazione utilizzate sono la BPSK (Binary Phase Shift Keying) , con la
quale ogni simbolo codifica 1 bit d'informazione e quindi si ottiene una velocità di trasferimento pari a
1 Mbps e la QPSK (Quaternary Phase Shift Keying) con la quale ogni simbolo codifica 2 bit
d'informazione e quindi si ottiene una velocità di trasferimento pari a 2 Mbps.
2)
lo standard IEEE 802.11b, su cui si basano i dispositivi oggi in commercio, usa invece la tecnica CCK
(Complementary Code Keying): 16 bit trasmessi sul canale codificano 4 o 8 bit d'informazione. Viene
usata una velocità di modulazione pari a 1.375 Msimboli/s con la tecnica QPSK. Quindi, si ottiene una
velocità di trasferimento pari a 5.5 Mbps quando il simbolo, o codice CCK, codifica 4 bit d'informazione,
mentre si ottiene una velocità di trasferimento pari a 11 Mbps quando il simbolo codifica 8 bit
d'informazione. Tutti i dispositivi conformi allo standard IEEE 802.11b sono interoperabili con i
dispositivi IEEE 802.11.
Standard per la trasmissione dati in radio frequenza di dispositivi domestici (home
networking), con una frequenza di 2,4 Ghz e un bit rate pari a 1,6 Mbps, con una robusta
resistenza alle interferenze utilizza il protocollo Swap. La HomeRF è derivata dall’integrazione
fra la tecnologia DECT (Digital Enhanced Cordless Telephony) e quella delle LAN wireless. Lo
Swap utilizza infatti lo standard IEEE 802.11 per i dati e la DECT per la voce, e supporta un
protocollo del tipo TDMA (Time Division Multiple Access) per gestire voce e altri servizi critici e
impiega una tecnica del tipo CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) per
garantire un elevato data-rate. La sua evoluzione 2.0 consentirà un bit rate fino a 10 Mbps e
la trasmissione dati/voce con un range di 50 metri, in modalità peer-to-peer o access point.
HomeRF richiede circa 100 mW di potenza, può supportare sei canali vocali, e consente
l’impiego di una routine di cifratura, denominata Blowfish. Lo Swap può avere fino a 127 nodi
possibili e con questa tecnologia c’è la possibilità di far coesistere più reti RF nello stesso
ambiente.
*DECT: Digital Enhanced Cordless Telecomunication, standard digitale criptato per telefonini
cordless (senza filo) con possibilità di 120 canali su 12 frequenze, evoluzione del cordless
analogico, implementa l'interfaccia Gap (Generic Access Profile).Utilizza la modulazione GMSK,
ha un bit rate max 348 Kbps e consente l'interazione con altri network come PSTN, ISDN,
GSM.
Questa tecnologia è però già virtualmente superata dal boom “bluetooth” così è nato da poco
un nuovo standard:
ZigBee, l’incarnazione dell’HomeRF, anch’esso operante a 2,4 Ghz ma molto più economico e
veloce.
Il sicuro successore del Bluetooth si chiama ZigBee o IEEE 802.15.4, consuma pochissimo e
trasferisce dati senza fili nel raggio di 75 metri. Questo nuovo standard, sostenuto da
Motorola che ne è anche l'artefice principale, si pone come la porta d'ingresso per
l'automazione in ufficio e in casa. Punti di forza sono il basso consumo (funziona per molti
mesi con una semplice stilo AA), può connettere 255 dispositivi contemporaneamente nel
raggio di 75 metri.
La banda disponibile, di soli 256kb, lo lancia come futuro successore del Bluetooth vista la
scarsa competitività nel trasferimento dati e presto sarà implementato in sistemi d'allarme,
termostati, antincedio e controllo di sistemi di illuminazione.
E’ un protocollo pensato soprattutto per reti WPAN a basso bit rate (Mega bit per secondo)
costituite da dispositivi alimentati tramite batterie che non possono essere sostituite
frequentemente, per es. le reti di sensori di un sistema di antifurto domestico.
Usa una bassa potenza un trasmissione ed è in grado di andare in standby da solo quando
non lo si utilizza. Le informazioni inviate vengono prima criptate e c’è la possibilità di reinvio.
Standard per comunicazione wireless definito nel 1996 dallo ETSI-BRAN. Esso utilizza una frequenza di circa 5
Ghz e ha una velocità (bit rate) di 24 Mbps (nella specifica HyperLan2, recentemente sviluppata per far
concorrenza al WiFi, con trasmissione asincrona e in real time il bit rate arriva a 54Mbps). Utilizza la tecnica di
allocazione dinamica delle frequenze e consente un range di trasmissione fino a 100 metri. E' garantito il
supporto Quality of Service (QoS) per voce dati immagini e video. Inoltre possiede funzioni di controllo della
potenza di emissione. HyperLan è uno standard competitivo per applicazioni multimediali WLAN. Lo standard
HyperLan2 è utilizzato prevalentemente per WPAN. La famiglia HyperLan non finisce qui, infatti esistono
l’HyperLan3 e l’HyperLan4: questi due standard sono stati sviluppati recentemente ma sono utilizzati per
specifici utilizzi, essendo molto veloci ma non certo economici per quanto riguarda costi e consumi. Questi ultimi
non riguardano infatti dispositivi portatili come cellulari o palmari ma reti domestiche o aziendali.
La tabella sottostante riassume gli standard HyperLan:
IEEE 802.16 o WiMax è un recentissimo standard per reti WMAN (reti metropolitane) che
prende il nome dall’ononima organizzazione WiMax. WiMax è quindi l'organizzazione senza fini
di lucro fondata dai maggiori produttori di soluzioni per le comunicazioni e che ha l'obiettivo di
contribuire a promuovere e certificare la compatibilità e l'interoperabilità delle apparecchiature
wireless con connessione a banda larga (Airspan Networks, Alvarion, Aperto Networks,
Ensemble Communications, Fujitsu Microelectronics America, Intel, Nokia, OFDM Forum,
Proxim Corporation e Wi-LAN).
Le iniziative del nuovo gruppo contribuiranno ad accelerare l'introduzione di apparecchiature
wireless a banda larga nei mercati che aderiscono allo standard IEEE 802.16.
Questo standard opera alle frequenze comprese tra 2 e 11 GHz e consente di collegare
dispositivi 802.11 a Internet e rappresenta l'edizione wireless alle connessioni via cavo e DSL
per l'accesso a banda larga. Garantisce fino a 50 chilometri di range operativo e supporta
velocità di trasmissione fino a 70 Megabit al secondo.
Si consideri che con la tecnologia attuale un provider potrebbe impiegare (nel caso peggiore)
fino a tre mesi per realizzare una rete T1 (quindi cablata), mentre mediante la IEEE 802.16
sarebbe in grado di offrire le stesse prestazioni con un tempi di attuazione e costi inferiori.
E’ l’attuale standard globale per comunicazione WWAN dei telefoni cellulari. L’International
Telecommunication Union (ITU) ha assegnato al sistema GSM, per l'Europa, la banda 890-915 MHz per la
comunicazione tra MS e BTS (Uplink) e 935-960 MHz per la comunicazione tra BTS e MS (Downlink), con
124 portanti.
[Con il termine BTS si indica l'unità funzionale costituita dall'insieme dei ricetrasmettitori e degli apparati
che consentono di fornire la copertura radio ad una cella. Solitamente ci si riferisce alle BTS anche con il
termine Stazioni Radio Base (SRB). Il termine MS si riferisce invece al Mobile Station cioè al terminale
(cellulare).]
Successivamente sono stati concessi altri 10 MHz per soddisfare le crescenti richieste di traffico (Extended
GSM): la banda è diventata così 880-915 MHz per la comunicazione tra MS e BTS e 925-960 MHz per la
comunicazione tra BTS e MS, con 174 portanti.
Infine vi é anche la banda Railway (GSM-R), riservata gli usi ferroviari, a cui sono riservati 4 MHz (19
portanti) posti sotto la banda E-GSM: uplink 876-880 MHz e downlink 921-925 MHz.
Sono nate poi nuove bande: la DCS 1800 e la PCS 1900. La prima 1710-1785 MHz per la comunicazione tra
MS e BTS e 1805-1880 MHz per la comunicazione tra BTS e MS, con 374 portanti.
La seconda 1850-1910 MHz per la comunicazione tra MS e BTS e 1930-1990 MHz per la comunicazione tra
BTS e MS, con 299 portanti.
ETSI ha riservato al GSM anche parte della banda 450-480 MHz (35+35 canali) e a circa 850 MHz (124
canali).
Il sistema GSM utilizza una combinazione delle tecniche di multiplazione a divisione di frequenza (FDMA) e
di tempo (TDMA) per la gestione della risorsa radio. Il GSM utilizza la tecnica FDMA per dividere l'ampiezza
di banda concessa in frequenze portanti o canali, la spaziatura tra le portanti è di 200 kHz. Ad ognuna di
queste è associato un numero di canale, detto ARFCN (Absolute Radio Frequency Channel Number), per
identificarle in modo univoco.
Un canale radio di un sistema radiomobile può essere degradato da due cause: il rumore e l'interferenza.
Il rumore risulta essere costituito da fenomeni ambientali come i fulmini ad esempio, e da cause come i motori elettrici.
Per ciò che concerne l'interferenza possiamo dire che ne esistono di due tipi: interferenza da canale adiacente e
interferenza co-canale.
Un fascio di onde elettromagnetiche può essere riflesso da ostacoli interposti sul suo cammino. Nel caso di un ambiente
radiomobile tale fenomeno viene definito cammino multiplo. La propagazione per cammini multipli, crea i seguenti
svantaggi: diffusione ritardata del segnale ricevuto, cambiamenti di fase casuali, che generano veloci evanescenze del
livello del segnale (fading di Rayleigh), e modulazione di frequenza casuale, dovuta a differenti spostamenti, (effetto
Doppler) su diversi cammini.
Interferenza di cocanale
Se la distanza tra due trasmettitori che operano sulle stesse frequenze non è sufficientemente grande, può accadere che
ad una MS arrivino, sullo stesso canale, i segnali di due o più celle, dando così origine ad un fenomeno di interferenza
noto come interferenza di cocanale. La capacità di un sistema radiomobile è quindi limitata dalla capacità di riutilizzo delle
frequenze.
Interferenza di canale adiacente
Questo tipo di interferenza deriva dal fatto che i filtri utilizzati negli apparati, per eliminare i segnali ed i disturbi che
cadono fuori banda, non sono ideali. Al ricevitore, dopo il filtro, giungono sia la frequenza attesa sia le frequenze
adiacenti. Ciò limita la possibilità di utilizzare frequenze adiacenti in una stessa cella.
Effetto Doppler
Il continuo spostarsi delle MS rispetto alle BTS provoca, in sede di ricezione, un vero e proprio spostamento della
frequenza di ricezione, questo effetto è detto comunemente Doppler. Se una MS che si trovi in conversazione si sposta
alla velocità di 50 km/h, la compensazione Doppler media è di circa 30 Hz.
Il fading
La propagazione delle onde elettromagnetiche, non avvenendo in uno spazio libero ideale, è influenzata da diversi
fenomeni: riflessione (contro ostacoli di dimensioni maggiori della sua lunghezza d'onda), rifrazione (nel passaggio da un
mezzo trasmissivo ad un altro, ad es. aria-cemento) e diffrazione. Di particolare interesse il fenomeno della riflessione che
può provocare degli improvvisi e momentanei affievolimenti del segnale ricevuto che vengono indicati come fading
(evanescenza). Per ridurre gli effetti del fading vi sono due metodi:
Diversità nello spazio (Antenna diversity). Si utilizzano due antenne riceventi, poste ad una distanza pari ad un multiplo
dispari di un quarto di lunghezza d'onda (a 900 MHz la lunghezza d'onda é di 30 cm). Dato che i segnali ricevuti dalle due
antenne compiono percorsi diversi è meno probabile che entrambe sia affette contemporaneamente da fading.
Diversità di frequenza (Frequency diversity). Si trasmette lo stesso segnale a frequenze diverse; infatti se una frequenza
è soggetta a fading, ad un'altra frequenza essa non si verifica (cambiano le fasi). E' anche nota come frequency hopping.
•Accesso alla rete di tipo FDMA e TDMA (Frequency Division Multiple Access e Time Division Multiple
Access):
oFrequenze portanti: 124 (da 890,2 a 914,8 MHz e da 835,2 a 859,8 MHz)
oTime Slot: 8
oSpaziatura di canale 200 kHz
oPasso di duplice 45 MHz
oNumero totale canali vocali full-rate (16 kbps) per 124 portanti: 992 (124x8)
oVelocità del canale radio (Channel rate): 270,833 kbps
oDurata di un Time Slot: 0,577 ms.
oDurata di una trama TDMA (TDMA frame): 4,615 ms (0,577x8)
oFrequenza di Hopping: 217 salti/secondo (1/0,577/8=217)
•Modulazione GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) digitale, a inviluppo costante con prefiltraggio
gaussiano B.T.= 0,3
•Compensazione del ritardo di propagazione (Time Advance) fino a: 233 microsecondi, che consente
un percorso massimo BTS - MS - BTS di 70 km (233x10-6x300.000=70 circa, con 300.000 km/s
velocità di propagazione delle onde radio) e un raggio massimo di 35 km per una cella
•Recupero di dispersione (equalizzazione del canale radio) tipicamente fino a 20 ms
•Codifica della voce con algoritmo RPE-LTP (Regular Pulse Excitation - Long Term Prediction) con
LPC (Linear Predictive Coding) loop e campionamento a 13 kbps
•Controllo dinamico della potenza (DPC) trasmessa sul canale radio su 16 livelli diversi dal valore
massimo per la classe del terminale mobile (da 20 Watt a 0,8 Watt) fino a 20 mWatt a step di 2 dB
•Trasmissione (DTX) e ricezione di tipo discontinuo
La tecnologia GPRS (General Packet Radio Service) è lo standard che permette di inviare e ricevere
informazioni attraverso un network telefonico. In questo caso non si parla più di commutazione di circuito
(tipico della trasmissione voce), ma di commutazione di pacchetto (stessa logica utilizzata per la
trasmissione dati su Internet).
La massima velocità teorica consentita si aggira attorno ai 171 Kb/s raggiungibili grazie all'utilizzo
contemporaneo degli 8 timeslots. La velocità raggiungibile è di molto superiore a quella GSM (9.6 Kbps).
Il GPRS sfrutta la modalità di connessione "always on", ovvero si rimane sempre collegati alla rete come se
si disponesse di una linea dedicata. Non sono necessari collegamenti in dial-up. Questa caratteristica
semplifica la fruizione delle applicazioni evitando inutili attese.
Il GPRS facilita lo sviluppo di numerose nuove applicazioni non realizzabili in tecnologia GSM a causa della
scarsa velocità di collegamento e del numero limitato di caratteri gestibili (160). Con il GPRS è possibile
trasferire files, interrogare database, sviluppare applicazioni remote, ecc… .
La trasmissione a pacchetto prevede un utilizzo di rete commisurato alla quantità di dati trasmessi/ricevuti.
Questa tecnologia consente la suddivisione delle risorse tra più clienti e una razionalizzazione dell'impegno
di rete. Per tale motivo sono utilizzate forme tariffarie con costi commisurati non al tempo della trasmissione
ma bensì al numero di pacchetti transitati in rete.
I servizi offerti attualmente e le nuove prospettive del GPRS sono:
trasferimento di files, immagini, foto, download di dati attraverso il network mobile
ricezione e invio di e-mail, che sostituiranno progressivamente gli SMS
chat avanzate con i teminali mobili e comunicazioni di gruppo
comunicazione audio video, videoconferenza, condivisione documenti
integrazione con GPS, automazione domestica/industriale,monitoraggio parcheggi,connessione remoto LAN
Universal Mobile Telecomunications System (UMTS) indica una tecnologia avanzata per la mobil comunication 3G ( terza
generazione), progetto sviluppato dall'Unione Internazionale Telecomunicazioni "IMT-2000". Una rivoluzione nella
comunicazione wireless, con nuovi servizi legati alla convergenza tra i vari sistemi quali: internet, IP (internet
protocol), TD (trasmissione dati), CM (comunicazione mobile). L'UMTS nasce come uno standard di sistema multimediale
mobile, consentendo ai nuovi terminali di visualizzare immagini a colori, filmati, trasmissione televisive,video telefonate,
video conferenze, musica, m-commerce..., consentendo di fornire servizi sia in banda stretta che larga, con Qos (Quality
of Service, qualità di un servizio nella telefonia mobile) costante su qualsiasi ambiente, consentendo l'interazione con
network wired (fissi) e la condivisione per roaming internazionale.
La trasmissione dei dati converge sul protocollo IP (commutazione a pacchetto) garantendo servizi multimediali avanzati,
mentre la trasmissione voce sfrutterà l'esistente network GSM basato sulla commutazione di circuito, usufruendo di
terminali multistandard, capaci di connettersi sia su GSM che su UMTS attraverso opportune procedure. La commutazione
di circuito, circuit-switched è una tecnologia impiegata nei network (reti) GSM, una volta stabilita la connessione tra Tx
(trasmittente) e Rx (ricevente) essa viene mantenuta per tutta la durata della trasmissione tenendo impegnato tutto il
canale di comunicazione. Nella commutazione a pacchetto, packet switched invece l’informazione, prima di essere
trasmessa, viene divisa in più "pacchetti" per poi essere riassemblata nel terminale all’arrivo; ogni pacchetto contiene
l'indirizzo del mittente e l'indirizzo del destinatario, consentendo di aumentare la velocità di trasmissione dei dati. Il bit
rate dell'UMTS (velocità di trasmisione dati) è flessibile e in funzione delle condizioni in cui opera, generalmente da
64/144 Kbps a 1024 / 2048 kbps.
Da un punto di vista tecnico l'UMTS è uno standard che si basa sulla tecnologia W-CDMA per i segnali di fonia (voce) con
modalità FDD, e sulla TDMA e CDMA (bande di frequenza asimmetriche) per la trasmissione di dati, con modalità TDD
(Time DivisionDuplex, tecnologia impiegata nella gestione del traffico asimmetrico su una stessa frequenza portante).
Grazie al trasferimento dati ad alta velocità, l'UMTS consente di arrivare fino a 2Mbit/s per utenze a bassa mobilità e fino
a 384 Kbit/s su micro e macro celle con una limitata mobilità.
L'Umts offre un bit rate (velocità trasmissione dati) on demand (su richiesta) e le frequenze di trasmissione utilizzate sono
comprese fra 1,9Ghz ed i 2,2Ghz, diversamente dallo standard GSM che trasmette a 900Mhz e a 1800Mhz.
La modulazione per tratta downlink è la QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) mentre per la tratta uplink è la dual code
BPSK ( Binary PSK).
FINE