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01/12/2000

UMTS, ovvero Universal Mobile Telecommunication System. Prima di affrontare l'argomento voglio dire due cose sul GSM.

In Europa quando si parla di sistema  per la comunicazione mobile di seconda generazione si parla di GSM. Le caratteristiche principali sono:

  1. Servizi prevalentemente vocali a commutazione di circuito

  2. Trasmissione dati a bassa velocità (<=9Kbit/s a commutazione di circuito)

  3. Facsimile

  4. Servizio di messaggeria breve (SMS a commutazione di pacchetto a bassissima velocità)

Per commutazione di circuito si intende una trasmissione in cui si occupa una determinata risorsa durante tutta la durata della comunicazione. E' il funzionamento della telefonia fissa, anche se non si dice una parola durante una telefonata (cosa alquanto curiosa) si utilizza ugualmente la linea telefonica. La commutazione a pacchetto divide l'informazione da trasmettere in pacchetti e li spedisce separatamente, occupando la risorsa solo quando vi è trasferimento di informazione. E' il caso delle reti dati come internet, infatti noi possiamo navigare contemporaneamente più siti, mandare una e-mail e così via, ognuna di queste azioni assorbe una parte della risorsa disponibile nel momento richiesto.

Cellulare UMTS

Bello vero? Peccato sia solo di fantasia (per ora). Notate il marchio moolto famoso ;-)

Vediamo ora quali sono gli obiettivi di un sistema di terza generazione.

  1. Ampia gamma di servizi di telecomunicazione

  2. Applicazioni multimediali

  3. Elevata velocità di trasmissione

  4. Velocità di trasmissione variabile

  5. Uso efficiente della risorsa spettrale (le frequenze)

  6. Terminali di utente piccoli e di bassa potenza

  7. Elevata qualità del servizio 

  8. Commutazione di circuito e di pacchetto

Balza subito all'occhio il fatto che la trasmissione vocale è un possibile uso, ma quello meno importante. Precisiamo che il GPRS che sta uscendo o sta per uscire sul mercato è una evoluzione del GSM che permette la commutazione a pacchetto e l'accesso alla rete ip (internet), ma rimane sempre un sistema di seconda generazione.

Esiste un gruppo congiunto ETSI (europeo) - ARIB (giapponese), chiamato 3GPP (Third Generetion Partnership Project) che lavora ad uno standard unificato per l'Europa e per il Giappone. Lo standard CDMA che emerge dai lavori di questo gruppo si chiama UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access).

Cos'è il CDMA ? E' una tecnica di accesso multiplo, ossia è un metodo per condividere una stessa risorsa (il canale comune). Vi sono tre diverse tecniche:

  1. FDMA, Frequency Division Multiple Access; le trasmissioni di informazione sono separate perché occupano frequenze diverse (è il caso del TACS, sistema di prima generazione analogico)

  2. TDMA, Time Division Multiple Access; le trasmissioni sono separate nel tempo. (il GSM usa questa tecnica insieme al FDMA) 

  3. CDMA, Code Division; le trasmissioni sono separate per codici.

Un sistema CDMA puro, permette più trasmissioni contemporanee e sulle stesse frequenze. Il trucco, detto in parole povere, è che ogni trasmissione è cifrata da una particolare chiave (codice) e solo chi ha questa chiave riesce ad estrapolare l'informazione voluta da quello che altrimenti sembrerebbe un caos. Cos'è un codice? Per chi ha studiato un po' geometria diciamo che un codice è una base ortogonale. 

Si noti che la telefonia cellulare è nata per due motivi. In primo luogo la divisione del territorio in celle consente una trasmissione di minore potenza (attenzione a parità di segnale più antenne si installano e più piccole sono le celle e quindi l'inquinamento elettromagnetico diminuisce non aumenta come alcuni credono!), in secondo luogo le frequenze sono un bene scarso e quindi devono essere riutilizzate in celle diverse affinché si aumenti la capacità del sistema. Ora, con la tecnica CDMA, trovando una sequenze di codici di numerosità N ( con N anche infinito), possiamo progettare un sistema capace di smaltire un traffico N (anche infinito! In teoria).

L'UMTS utilizza tutte e tre queste tecniche in situazioni diverse. Nell'UTRA si considerano due modi di operare:

  1. FDD (Frequency Division Duplexing), nel quale la trasmissione "up-link" (dal mobile alla centrale) e "down-link" (dalla centrale al mobile) utilizzano due bande di frequenza diverse assegnate dal  sistema. Un canale fisico è caratterizzato dal codice e dalla frequeza centrale

  2. TDD (Time Division Duplexing), nella quale le trasmissioni "up-link" e "down-link" utilizzano due intervalli (slot) temporali diversi sincronizzati. Un canale fisico è caratterizzato dal codice, dalla frequenza centrale e dallo slot temporale.

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