Viviamo in un’epoca in cui la vita senza i nostri telefoni cellulari sembra a dir poco insolita. Secondo un rapporto di Ericsson (Ericsson Mobility Report Nov 2019), ci sono stati circa 8 miliardi di abbonamenti mobili nel terzo trimestre 2019, il che potrebbe significare che potremmo già avere più abbonamenti mobili in questo mondo che persone. Nei primi anni ’80, quando tutto è iniziato, i telefoni cellulari erano più un oggetto di lusso per quelli tra noi che avevano bisogno di fare telefonate importanti mentre erano in movimento. Avevamo ancora i telefoni fissi allora, ma la domanda di mobilità è cresciuta costantemente dalla comunicazione solo vocale nei primi anni ’80 a praticamente ogni modalità di comunicazione oggi. L’emergere degli smartphone è stato il vero game-changer che ha trasformato i nostri telefoni cellulari in mini-computer dove la chiamata vocale è solo una delle tante opzioni disponibili.

Mentre l’evoluzione dei dispositivi mobili può essere stata una parte ovvia, sono i progressi tecnologici nell’ecosistema generale delle comunicazioni mobili che hanno reso possibile tutto questo. Le reti mobili hanno visto grandi miglioramenti al fine di superare le sfide chiave intorno alla capacità, alla qualità e alla sicurezza sin dal loro inizio. Si sono evolute continuamente dalla prima generazione (1G) di reti mobili nei primi anni ’80 alla quinta generazione (5G) che abbiamo oggi. Puoi saperne di più sul 5G in un altro post cliccando su questo link.

Le reti mobili sono sempre state digitali?

Nel mondo di oggi, la parola “digitalizzazione” è usata abbastanza spesso dagli operatori mobili e da altri fornitori di servizi di comunicazione. Con le reti 5G già disponibili che possono potenzialmente digitalizzare molte industrie, è difficile immaginare un tempo in cui le reti mobili stesse non erano digitali. La prima generazione di reti mobili (1G) era analogica e utilizzava il Frequency Division Multiple Access (FDMA) per l’interfaccia aerea per consentire la connettività wireless. L’era digitale delle reti mobili è iniziata nei primi anni ’90 con l’introduzione delle reti di seconda generazione (2G) che erano più sicure. Le tecnologie chiave che abilitarono il 2G furono il GSM (Global System for Mobile Communications) e il D-AMPS (Digital Advanced Mobile Phone System). Puoi imparare di più sulle reti digitali e analogiche controllando questo post.

2G

La seconda generazione (2G) di reti mobili ha introdotto due nuove tecnologie di accesso TDMA (Time Division Multiple Access) e CDMA (Code Division Multiple Access). Per semplicità, la tecnologia di accesso è ciò che collega un telefono cellulare alla rete mobile inviando e ricevendo segnali attraverso l’interfaccia aerea in modalità wireless.

Gsm è stato lo standard più diffuso per la seconda generazione di reti mobili. Ha usato una combinazione di FDMA e TDMA per offrire servizi di comunicazione mobile. Nel GSM, lo spettro di frequenza disponibile è prima suddiviso in canali di frequenza più piccoli, e poi ulteriormente suddiviso in base alle fasce orarie. La banda di frequenza originale per le reti GSM era da 890 MHz a 915 MHz per l’uplink e da 935 MHz a 960 MHz per il downlink. Questa banda di frequenza è conosciuta come banda GSM primaria o P-GSM. La banda GSM primaria è stata successivamente estesa per aggiungere 10 MHz sia per l’uplink che per il downlink.

GPRS o General Packet Radio Service era un miglioramento della rete GSM esistente al fine di fornire servizi mobili di dati in modo efficiente. GPRS poteva offrire velocità di picco in downlink fino a 171,2 kbps. Più tardi, ci fu un altro miglioramento chiamato EDGE (Enhanced Data for Global Evolution) che aumentò le velocità di picco in downlink a 384 kbps. GPRS e EDGE sono talvolta indicati come 2.5G e 2.75G rispettivamente. Puoi saperne di più sul GSM nel nostro post dedicato al GSM cliccando qui.

Anche oggi, dopo quasi 30 anni dalla loro prima introduzione, puoi ancora avere telefoni GSM. Se si pensa al GSM da una prospettiva cellulare, allora è meglio prendere qualsiasi smartphone che supporti il 2G/3G/4G. Ma se pensate al GSM come un’alternativa al vostro telefono fisso, potete ancora ottenere un bel telefono GSM e usarlo come telefono di casa per le chiamate vocali. C’è un telefono GSM da Easyfone che viene fornito con una base di ricarica e sembra quasi un telefono cordless. Dato che è un telefono GSM, puoi portarlo fuori casa e persino viaggiare con esso senza preoccuparti di perdere la connessione finché c’è copertura GSM. Puoi trovare questo telefono sul sito di Amazon qui o sul sito di Amazon UK qui.

D-AMPS o Digital AMPS era l’altro standard 2G che usava anche una combinazione di FDMA e TDMA per l’interfaccia aerea. I tempi di D-AMPS erano simili a quelli del GSM, cioè i primi anni ’90. D-AMPS usa la stessa banda di frequenza per la comunicazione della sua controparte 1G AMPS (Advanced Mobile Phone System), che è da 824 MHz a 894MHz. Puoi saperne di più su D-AMPS e AMPS nel nostro post dedicato qui. Nello stesso periodo, fu introdotta una terza tecnologia chiamata Interim Standard 1995 (IS-95) che usava CDMA (Code Division Multiple Access) per l’interfaccia aerea. I dettagli di IS-95 possono essere trovati nel nostro post dedicato a questo argomento qui.

3G

Ci sono state due tracce chiave per la terza generazione di reti mobili (3G) ed entrambe erano basate su Code Division Multiple Access (CDMA). La prima traccia era Universal Mobile Telecommunications Systems (UMTS), che è stata usata per la migrazione delle reti GSM alla 3G. L’altra traccia era CDMA2000 che ha permesso a IS-95 (cdmaOne) e a D-AMPS di migrare a 3G.

UMTS era basato su Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA) e poteva offrire velocità di picco in downlink fino a 2 Mbps. Poiché GSM, GPRS e EDGE usavano una diversa tecnologia di accesso radio, la migrazione UMTS richiedeva l’aggiornamento delle stazioni radio base per supportare WCDMA. Le reti UMTS usavano lo stesso approccio a commutazione di pacchetto che usavano GPRS e EDGE e facevano uso di SGSN e GGSN nella rete centrale per supportare i servizi di dati mobili. Dato che le reti UMTS erano progettate per coesistere con le reti GSM, erano ben integrate per assicurarsi che gli handover inter-tecnologici (IRAT – Inter Radio Access Technology) potessero avere luogo. L’architettura di alto livello delle reti UMTS basate su WCDMA può essere vista nel diagramma qui sotto. Se siete interessati agli aspetti dettagliati della progettazione delle reti WCDMA, vi consigliamo di leggere WCDMA Design Handbook sul sito di Amazon qui o sul sito di Amazon UK qui.

Per i clienti, questo significava nuovi telefoni cellulari in grado di supportare la nuova tecnologia di accesso 3G/UMTS e le nuove frequenze utilizzate dalle reti UMTS. Proprio come le tecnologie GPRS e EDGE furono introdotte come miglioramenti al GSM, l’HSPA (High-Speed Packet Access) fu introdotto come miglioramento delle reti UMTS. Questo miglioramento si è concentrato sull’aumento della velocità dei dati delle reti 3G ancora di più. HSPA è una combinazione di HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access) e HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access). Può offrire velocità di picco in downlink e uplink fino a 14,4 Mbps e 5,76 Mbps rispettivamente. Con un ulteriore miglioramento sotto forma di HSPA+, queste velocità sono passate a 42 Mbps e 11,5 Mbps. Se hai bisogno di maggiori informazioni su HSPA e HSPA+, puoi controllare il nostro post dedicato a questo argomento cliccando qui.

Schema di rete di alto livello per GSM (2G) e UMTS (3G)

Se vuoi avere una rapida visione di sintesi delle reti UMTS, guarda questo video di 3 minuti.

La migrazione 3G per le altre due tecnologie 2G D-AMPS e IS-95 ha seguito un percorso diverso e ha utilizzato CDMA2000. CDMA2000, conosciuto anche come CDMA2000 1xRTT o IS-2000 è un successore del precedente standard IS-95 (cdmaOne) e offre servizi mobili 3G come specificato nelle specifiche IMT2000 (International Mobile Telecommunication specifications for the year 2000). CDMA2000 è compatibile all’indietro con il suo predecessore IS-95, il che rende l’aggiornamento da IS-95 a CDMA2000 facile e senza soluzione di continuità. Utilizza la stessa larghezza di banda di 1,25 MHZ ed è sia a commutazione di circuito che a commutazione di pacchetto. Proprio come HSPA è stato introdotto per migliorare le velocità di dati nelle reti UMTS, una tecnologia chiamata EVDO (Evolved Data Optimized) è stata introdotta in CDMA2000 per offrire velocità di dati più elevate. EVDO può offrire velocità di picco in downlink e uplink fino a 14,7 Mbps e 5,4 Mbps rispettivamente. Se sei interessato, puoi controllare il nostro post dedicato a IS-95 e CDMA2000 cliccando qui. Abbiamo anche un post su EVDO che puoi trovare qui.

Mobile Communications Made Easy by Commsbrief Limited

4G

La quarta generazione di reti mobili (4G) è stata abilitata da una nuova tecnologia chiamata LTE che sta per Long Term Evolution (delle reti mobili). LTE è il percorso di migrazione 4G per le tecnologie chiave 3G tra cui Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) e CDMA2000. Un’altra tecnologia WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) può anche fornire un percorso di aggiornamento 4G, ma LTE è stata la tecnologia principale utilizzata in tutto il mondo per lo sviluppo delle reti 4G.

A differenza di GSM e UMTS, LTE utilizza tecnologie separate di accesso multiplo per il downlink (dalla stazione base al cellulare) e l’uplink (dal cellulare alla stazione base). Utilizza Orthogonal FDMA (OFDMA) per il downlink e Single-Carrier FDMA (SC-FDMA) per l’uplink. LTE è molto più efficiente delle precedenti tecnologie 3G, e riduce anche la latenza nel trasferimento dei dati. Le velocità di dati raggiungibili dipendono da quale gusto di LTE stiamo parlando, ma le seguenti velocità di picco possono essere raggiunte:

  • LTE – fino a 300 Mbps in downlink
  • LTE Advanced – fino a 1Gbps in downlink
  • LTE Advanced pro – fino a 3 Gbps in downlink

Come potresti pensare, queste velocità non sono quasi mai raggiungibili nella vita reale perché sono velocità di punta. Dai un’occhiata a questo post per scoprire le velocità medie reali che puoi ottenere con le reti 4G LTE.

Puoi saperne di più su LTE nel nostro post dedicato cliccando qui. Se state cercando un riferimento approfondito su LTE Advanced, vi consigliamo LTE-Advanced: A Practical Systems Approach to Understanding 3GPP LTE Releases 10 and 11 Radio Access Technologies. Puoi trovare questo libro sul sito di Amazon qui o sul sito di Amazon UK qui.

Schema di rete di alto livello per UMTS (3G) e LTE (4G)

Per riassumere; GSM, UMTS e LTE rappresentano rispettivamente le tecnologie di rete mobile 2G, 3G e 4G. GSM sta per Global System for Mobile Communications, UMTS sta per Universal Mobile Telecommunications System, e LTE sta per Long Term Evolution (of Mobile Networks). Il GSM usa TDMA e FDMA per la sua interfaccia aerea, l’UMTS usa WCDMA, e l’LTE usa una combinazione di OFDMA e SC-FDMA.

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