Fondamenti della rete cellulare

Fondamenti delle telecomunicazioni cellulari/mobili includono:
Cos’è la comunicazione cellulare Concetto di sistema cellulare Tecniche di accesso multiplo Tecniche duplex Cosa c’è dentro un telefono cellulare Handover Backhaul

La rete costituisce il cuore di qualsiasi sistema di telefonia cellulare. La rete cellulare soddisfa molti requisiti. Non solo la rete cellulare permette di instradare le chiamate da e verso i telefoni cellulari e di mantenere le chiamate quando il telefono cellulare si sposta da una cella all’altra, ma permette anche altre operazioni essenziali come l’accesso alla rete, la fatturazione, la sicurezza e molto altro. Per soddisfare tutti questi requisiti la rete cellulare comprende molti elementi, ognuno dei quali ha la propria funzione da completare.

La parte più evidente della rete cellulare è la stazione base. Le antenne e l’attrezzatura associata, spesso situate in un container sottostante, si vedono sparse in tutto il paese, e specialmente ai lati di autostrade e superstrade. Tuttavia c’è molto di più dietro la rete, poiché il sistema deve avere elementi di controllo centrale e deve anche collegarsi con il sistema di linea fissa PSTN per permettere di effettuare chiamate da e verso i telefoni a filo, o tra le reti.

Diversi standard cellulari spesso adottano approcci leggermente diversi per la rete cellulare richiesta. Nonostante le differenze tra i diversi sistemi cellulari, i concetti di base sono molto simili. Inoltre, i sistemi cellulari come il GSM hanno una struttura ben definita e questo significa che i prodotti dei produttori possono essere standardizzati.

Struttura di base della rete cellulare

Una rete cellulare complessiva contiene una serie di elementi diversi, dalla stazione base ricetrasmittente (BTS) stessa con la sua antenna, attraverso un controller della stazione base (BSC), e un centro di commutazione mobile (MSC) ai registri di localizzazione (HLR e VLR) e il collegamento alla rete telefonica pubblica commutata (PSTN).

Delle unità all’interno della rete cellulare, la BTS fornisce la comunicazione diretta con i telefoni cellulari. Ci può essere un piccolo numero di stazioni base collegate a un controller della stazione base. Questa unità agisce come un piccolo centro per instradare le chiamate alla stazione base richiesta, e prende anche alcune decisioni su quale delle stazioni base è più adatta per una particolare chiamata. I collegamenti tra la BTS e il BSC possono usare sia linee terrestri che collegamenti a microonde. Spesso le torri dell’antenna della BTS supportano anche una piccola antenna a microonde usata per il collegamento al BSC. Il BSC è spesso co-locato con una BTS.

Il BSC si interfaccia con il centro di commutazione mobile. Questo fa scelte più diffuse sull’instradamento delle chiamate e si interfaccia con il PSTN basato sulla linea terrestre, così come con l’HLR e il VLR.

Base transceiver station, BTS

La base transceiver station o sistema, BTS consiste in una serie di elementi diversi. Il primo è la sezione elettronica normalmente situata in un contenitore alla base della torre dell’antenna. Questa contiene l’elettronica per comunicare con i telefoni cellulari e comprende amplificatori di radiofrequenza, ricetrasmettitori radio, combinatori di radiofrequenza, controllo, collegamenti di comunicazione al BSC, e alimentatori con back up.

La seconda parte della BTS è l’antenna e l’alimentatore per collegare l’antenna alla stazione base transceiver stessa. Queste antenne sono visibili in cima ai tralicci e agli edifici alti che permettono di coprire l’area richiesta. Infine c’è l’interfaccia tra la stazione base e il suo controllore più in alto nella rete. Questa consiste nella logica di controllo e nel software, nonché nel collegamento via cavo al controller.

Le BTS sono installate in una varietà di luoghi. Nelle città le antenne caratteristiche si vedono spesso in cima agli edifici, mentre in campagna si usano tralicci separati. È importante che la posizione, l’altezza e l’orientamento siano tutti corretti per garantire la copertura richiesta. Se l’antenna è troppo bassa o in una cattiva posizione, ci sarà una copertura insufficiente e ci sarà un “buco” di copertura. Al contrario, se l’antenna è troppo alta e orientata in modo sbagliato, allora il segnale sarà sentito ben oltre i confini della cella. Questo può causare interferenze con un’altra cella che usa le stesse frequenze.

I sistemi di antenne usati con le stazioni base spesso hanno due serie di antenne di ricezione. Queste forniscono quella che viene spesso definita ricezione diversificata, permettendo di scegliere il miglior segnale per minimizzare gli effetti della propagazione multipath. Le antenne riceventi sono collegate a un cavo a bassa perdita che instrada i segnali fino a un multicoupler nel contenitore della stazione base. Qui un multicoupler divide i segnali per alimentare i vari ricevitori richiesti per tutti i canali RF. Allo stesso modo, il segnale trasmesso dal combinatore viene instradato fino all’antenna trasmittente utilizzando un cavo a bassa perdita per garantire un segnale trasmesso ottimale.

Mobile switching centre (MSC)

L’MSC è il centro di controllo del sistema cellulare, che coordina le azioni dei BSC, fornisce il controllo generale e funge da interruttore e collegamento alla rete telefonica pubblica. Come tale ha una varietà di collegamenti di comunicazione al suo interno che includono collegamenti in fibra ottica così come alcuni collegamenti a microonde e alcuni cavi di rame. Questi gli permettono di comunicare con i BSC, instradando le chiamate verso di loro e controllandoli come richiesto. Contiene anche gli Home e Visitor Location Registers, i database che descrivono in dettaglio le ultime posizioni conosciute dei cellulari. Contiene anche le strutture per il Centro di Autenticazione, che permette ai cellulari di entrare nella rete. Oltre a questo conterrà anche le strutture per generare le informazioni di fatturazione per gli account individuali.

In considerazione dell’importanza del MSC, contiene molti circuiti di backup e duplicati per garantire che non fallisca. Ovviamente i sistemi di alimentazione di backup sono un elemento essenziale per proteggersi dalla possibilità di una grande interruzione di corrente, perché se il MSC diventasse inoperativo, l’intera rete crollerebbe.

Mentre la rete cellulare non è vista dal mondo esterno e il suo funzionamento è un mistero per molti, la rete cellulare è al centro del sistema cellulare complessivo e il successo dell’intero sistema end to end dipende in gran parte dalle sue prestazioni.

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