Reti geografiche wireless: Organizzazione delle reti cellulari

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Il concetto di copertura radioelettrica cellulare si basa sulla distribuzione di diverse Stazioni Base (BS) a bassa potenza che coprono delle piccole aree denominate celle. È proprio da questa architettura che deriva il nome cellulare. A ciascuna cella è assegnato un gruppo di canali radio che viene riutilizzato per far fronte all’elevato numero di utenti e al limitato spettro di frequenza a disposizione per le reti radiomobili.

Una rete cellulare si basa sull’uso di un gran numero di trasmettitori di bassa potenza, dell’ordine di 100 watt o anche (molto) meno. Poiché il raggio operativo di tali trasmettitori è ridotto, un’area deve essere suddivisa in celle, ognuna delle quali sarà servita da una propria antenna. A ciascuna cella viene allocata una banda di frequenze ed inoltre ciascuna cella sarà servita da una stazione base costituita da un trasmettitore, un ricevitore e un’unità di controllo. A celle adiacenti vengono assegnate frequenze differenti per evitare fenomeni di interferenza o diafonia.

Tuttavia, celle sufficientemente distanti l’una dall’altra possono riutilizzare le stesse bande di frequenza, portando ad un aumento della capacità in termini di utenti che il sistema può gestire.

Nel disporre le celle in modo da coprire un’area, la progettazione di una matrice di celle quadrate non è ideale. Se la larghezza di una cella quadrata è d, allora una cella avrà quattro confinanti a una distanza d e quattro confinanti a una distanza d= √2 *R.

Mentre un utente mobile si muove all’interno di una cella dirigendosi verso i suoi confini, è però meglio che tutte le antenne adiacenti siano equidistanti. Questo consente di determinare con maggiore facilità quando commutare l’utente su una antenna adiacente e quale antenna scegliere. Una disposizione ad antenne equidistanti è garantita da uno schema esagonale. Il raggio di un esagono è definito dal raggio del cerchio che lo circoscrive (ovvero la distanza dal centro a un vertice, corrispondente alla lunghezza del lato dell’esagono). Per una cella di raggio R, la distanza fra il centro della cella ed il centro di ciascuna cella adiacente sarà d = √ 3 *R.

Nella pratica non risulta mai possibile realizzare uno schema esagonale preciso a causa di limiti topografici, condizioni locali di propagazione del segnale, limitazioni pratiche riguardanti la disposizione delle antenne ma, soprattutto, a causa delle difficoltà autorizzative nell’installazione delle antenne sul territorio. Con un sistema cellulare o wireless, vi sono dei limiti riguardanti il riutilizzo della stessa frequenza per comunicazioni differenti poiché i segnali, non essendo vincolati, possono interferire gli uni con gli altri anche se si trovano a una certa distanza fra loro. I sistemi che supportano un gran numero di comunicazioni simultanee richiedono inoltre l’adozione di meccanismi di risparmio dello spettro.

Bibliografia

• Radio resource Management in Cellular Systems, Nishith D. Tripathi, Jeffrey H. Reed, Hugh F. VanLandingham
• Principles of Mobile Communication, Gordon L. Stüber
• Broadband Wireless Mobile, W. W. Lu