A cura di:
Erika Santoddì
Giuliana Principe
Cosentino Veronica

L'evoluzione delle tecnologie di comunicazione mobile

In un mercato competitivo come quello delle telecomunicazioni radiomobili è molto importante poter prevedere quali saranno le tecnologie che diventeranno leader nel settore. Infatti, il costante aumento dell'utenza porta a una continua proposta di nuove tecnologie migliorative rispetto a quelli già presenti.
Negli ultimi anni lo sviluppo di schermi a colori di piccole dimensioni ma buona qualità, la diminuzione dei costi delle memorie e l’aumento di capacità computazionale hanno reso possibile la nascita di nuovi apparati mobili con alte prestazioni. Se a questo si aggiunge un sempre maggiore livello di consapevolezza degli utenti rispetto alle possibilità offerte dalla tecnologia, si comprende come il numero di servizi a disposizione sia in continuo incremento, con particolare riferimento ai servizi internet.

Il successo dei servizi internet e basati su IP trae grande beneficio dall'integrazione con dispositivi mobili, fornendo un bacino di utenza e più in generale uno spettro di utilizzo molto più ampio. Grazie alla mobilità dell’utente possono inoltre nascere diversi servizi, dedicati specificamente a dispositivi di mobile computing come smartphone, basati anche sulle informazioni aggiuntive fornite proprio dal protocollo IP, come ad esempio la geolocalizzazzione.
Prima di procedere a un'analisi delle attuali tecnologie comunicative, che consentono la fruizione di tali servizi, gettando uno sguardo anche alle prospettive future, è utile fornire una breve panoramica sulla struttura della prima rete di comunicazione mobile digitale, più vicina per certi versi a quella di una rete telefonica fissa che a quella di una rete internet: stiamo parlando della tecnologia GSM.

GSM

Nel 1982 la CEPT (Conférence Européenne des Administrations des Postes et des Télécommunications) creò un gruppo speciale per la definizione di una rete cellulare pan-europea, il Group Spécial Mobile (Gruppo Speciale Mobile, GSM). Nel 1985 fu redatta la prima lista degli standard, e nel 1987 fu firmato il primo Memorandum of Understanding: l’accordo permise di coordinare lo sviluppo delle reti GSM e pianificare l’introduzione dei servizi, oltre che di coordinare l’instradamento e la tariffazione.
Nel 1992 lo standard GSM venne ufficializzato e il suo acronimo assunse il significato di Global System for Mobile communications (sistema globale per le comunicazioni mobili), mentre nel 1994 venne introdotta la possibilità di inviare e ricevere SMS.
Il GSM è un sistema digitale con accesso multiplo TDMA/FDMA con 8 time slot per portante e distanza fra portanti di 200 KHz. La modulazione è GMSK e il frequency hoppingè opzionale (ma quasi sempre utilizzato). Vi è inoltre un controllo di potenza che viene eseguito sulla base della stima delle distanze e sulla qualità del segnale: non solo per un risparmio energetico, ma anche per ridurre l'emissione di radiazioni elettromagnetiche.
La tecnica per ottenere il full duplex è una Frequency Division Duplex (FDD). Questo significa che vengono utilizzate frequenze diverse per up-link e down-link. I canali di up-linke down-link distano 45 MHz (nelle reti GSM900) e 95 MHz (nelle reti GSM1800).
Ciò che è importante comprendere è come la rete GSM identifichi, fondamentalmente, una rete di comunicazione a commutazione di circuito. Si intende cioè che, all'atto della chiamata, l'utente faccia richiesta di instaurare un collegamento al primo nodo della rete, ovvero, in genere, all'antenna locale. A questa richiesta, segue una fase di setup in cui viene individuato, all'interno della rete GSM, un cammino che mette in collegamento il mittente e il destinatario, mantenendo tale collegamento fisso ed esclusivo per tutta la durata della comunicazione.
Questo tipo di collegamento garantisce la consegna dei dati nell'ordine di invio e con ritardi prefissati, quindi risulta molto adatto al traffico vocale. Rileviamo però che utilizzare questo tipo di architettura di rete per lo scambio di dati (ad esempio, per la fruizione dei servizi precedentemente citati) sarebbe invece controproducente, dato che il flusso di informazioni non è necessariamente continuo, ma la rete resta occupata (ovvero il circuito rimane attivo) anche nei momenti in cui non si ha alcuna trasmissione di dati. Il circuito viene infatti liberato soltanto una volta che la comunicazione è conclusa nel suo complesso.

GPRS

Con la tecnologia GPRS, la rete di comunicazione mobile comincia a orinetarsi verso un'architettura a commutazione di pacchetto, ovvero più simile a quella di una rete internet che a quella con cui è strutturata una rete telefonica tradizionale.
GPRS infatti (detto anche 2.5G, perchè si inserisce tra GSM, 2G, e UMTS, 3G) realizza una comunicazione basata su pacchetti di dati. Tali pacchetti vengono inviati alla rete, che provvede a inviarli al destinatario secondo politiche proprie.
Non si ha un circuito virtuale tra mittente e destinatario, il che consente una gestione della comunicazione meno vincolata e complessivamente più efficiente, a scapito però di una perdità di qualità nel servizio se si considera una singola chiamata.
Il protocollo di comunicazione è infatti di tipo best effort e non garantisce neppure la corretta ricezione del pacchetto, che potrebbe dover essere reinviato. Pur non essendo adatto al traffico voce, GPRS risulta un passo in avanti nella creazione di reti mobili di scambio dati, poichè evita di occupare la rete anche in caso di inattività e più in generale di sovraccaricarla di ciruiti virtuali, affidabili ma onerosi. Il passo successivo è rappresentato da UMTS.

UMTS

UMTS si serve della tecnica di code division multiple access (W-CDMA) per garantire una maggiore efficienza nell'utilizzo della banda a disposizione per operatori mobili, offrendo in sostanza la possibilità di un trasferimento dati più rapido.
Lo standard UMTS specifica in modo completo l'architettura di rete, che si può scomporre in tre componenti fondamentali: rete di accesso, rete core (ovvero il vero e proprio nucleo della rete stessa) e modulo di autenticazione tramite carta SIM, per il riconoscimento degli utenti.

La velocità di trasferimento dati può raggiungere i 384 kbit/s, si evidenzia dunque un miglioramento assolutamente significativo rispetto ai 9,6 kbit/s che possiamo aspettarci da una rete GSM tradizionale. Anche UMTS ha potuto beneficiare di un'evoluzione intermedia, chiamata HSDPA (3.5G), che consente un ulteriore incremento della velocità di trasferimento fino a un massimo di 21 Mbit/s.
Il futuro però si chiamerà LTE, che dovrebbe, perlomeno secondo gli addetti ai lavori, segnare una decisa svolta in questo ambito.

LTE

LTE nasce come nuova tecnologia per i sistemi di accesso mobile a banda larga e si colloca in una posizione intermedia fra gli attuali standard 3G come l'UMTS e quelli cosiddetti di quarta generazione (4G) ancora in fase di sviluppo, anche se, a livello  di marketing, non è insusuale riferirsi a LTE come standard di quarta generazione (4G).
Ciò risulta comprensibile se osserviamo che, a differenza dello standard HSDPA, che si innesta sulla preesistente architettura di rete UMTS, LTE richiede invece una ridefinizione completa della rete stessa.
A seguito dell'introduzione di questo nuovo standard potremo aspettarci numerose e significativi miglioramenti, capaci di diffondere in misura ancora maggiore l'utilizzo di servizi IP su dispositivi mobili. Citiamo, tra le innovazioni introdotte:

• Una maggiore efficienza spettrale (ovvero numero di bit al secondo trasmessi per ogni hertz della portante). La banda a disposizione viene sfruttata in modo 3 volte più efficiente rispetto a HSDPA
• velocità di trasferimento dati in download fino a 326,4 Mb/s
• velocità di trasferimento dati in upload fino a 86,4 Mb/s
• flessibilità nell'assegnazione di una banda a ciascun utente: da un minimo di 1,25 Mhz a un massimo di 20 Mhz
• Grande robustezza rispetto alla mobilità dell'utente: nei test condotti si sono rilevate buone prestazioni fino a una velocità di 350km/h, o addirittura sino ai 500km/h, secondo la banda di frequenza usata.

Non resta che attendere che il nuovo standard venga introdotto dalle compagnie telefoniche, cosa che aprirà, molto probabilmente, nuovi scenari nel mondo della telefonia mobile.