Funzionamento dei sistemi cellulari

In un sistema cellulare, al centro di ciascuna cella si trova una BS (Base Station). La stazione base include un’antenna, un sistema di controllo e una serie di ricetrasmettitori per comunicare sui canali assegnati a questa cella. Il sistema di controllo si occupa di gestire l’elaborazione della chiamata fra l’unità mobile e la parte rimanente della rete. In qualsiasi momento, all’interno di una cella vi possono essere più utenti mobili attivi o in transito nella cella e in comunicazione con la stazione base.

Ciascuna stazione base è connessa a un centralino MTSO (Mobile Telecommunications Switching Office) il quale servirà più stazioni base. Il collegamento fra un centralino MTSO e una stazione base può essere wireless o rame ma, con l’avvento delle tecnologie cellulari di ultima generazione, è sempre più in fibra ottica. Il centralino MTSO connette le chiamate fra le unità mobili. Inoltre, il centralino MTSO è connesso alla rete telefonica pubblica, direttamente o attraverso la rete dell’operatore telecomunicazioni, per consentire la connessione fra un utente fisso connesso alla rete pubblica e un abbonato mobile della rete cellulare. Il centralino assegna il canale vocale a ciascuna chiamata, esegue le operazioni di handoff e monitora la chiamata per raccogliere le informazioni di fatturazione.

Sono disponibili due tipi di canali fra l’unità mobile e la stazione base: canali di controllo e canali di traffico. I canali di controllo vengono utilizzati per scambiare informazioni riguardanti l’impostazione e la gestione delle chiamate e per stabilire una connessione fra un’unità mobile e la stazione base più vicina. I canali di traffico trasportano invece una connessione vocale o di dati fra gli utenti.

Le operazioni che si svolgono comunemente fra due utenti mobili situati in un’area controllata da un unico centralino MTSO sono analizzate di seguito.

Inizializzazione dell’unità mobile

Quando l’unità mobile viene accesa, entra in modalità di scansione e seleziona il canale di controllo avente segnale più forte nel sistema. Le celle aventi bande di frequenza differenti eseguono ripetitivamente delle trasmissioni broadcast su canali di impostazione differenti. Il ricevitore seleziona il canale di impostazione più forte e monitora tale canale. Questa procedura consente all’unità mobile di selezionare automaticamente la stazione base della cella all’interno della quale si trova a operare. Si svolge poi un’operazione di handshake fra l’unità mobile ed il centralino MTSO che controlla questa cella attraverso la stazione base della cella. L’operazione di handshake viene utilizzata per identificare l’utente e registrare la sua posizione. Mentre l’unità mobile è accesa, questa procedura di scansione viene ripetuta per verificare eventuali spostamenti dell’unità. Se poi l’unità entra in una nuova cella, viene selezionata una nuova stazione base. Inoltre l’unità mobile resta in ascolto dei messaggi di testo.

Chiamata attivata da un’unità mobile

Un’unità mobile può attivare una chiamata inviando il numero dell’unità chiamata sul canale di impostazione predeterminato. Il ricevitore dell’unità mobile controlla innanzitutto che il canale di impostazione sia inattivo esaminando le informazioni giunte sul canale in arrivo dalla stazione base. Se il canale è inattivo, l’apparecchio mobile può trasmettere sul canale di ritorno corrispondente verso la stazione base. Quindi la stazione base invia la richiesta al centralino MTSO.

Paging

Il centralino MTSO tenta di eseguire la connessione con l’unità chiamata. Quindi invia un messaggio di paging a determinate stazioni base che dipendono dal numero dell’unità mobile chiamata. Ogni stazione base trasmette il segnale di paging sul canale di impostazione assegnato.

Accettazione della chiamata

L’unità mobile chiamata riconosce il proprio numero sul canale di impostazione monitorato e risponde alla sua stazione base, che a sua volta invia la risposta al centralino MTSO. Il centralino imposta un circuito fra le stazioni base del chiamante e del chiamato. Contemporaneamente il centralino seleziona un canale di traffico disponibile nella cella di entrambe le stazioni base e notifica ciò a entrambe le stazioni base, che a loro volta

lo notificano alle rispettive unità mobili. A questo punto le due unità mobili si sintonizzano sui canali loro assegnati.

Esecuzione della chiamata

Per tutta la durata della chiamata, le due unità mobili si scambiano segnali vocali o dati passando attraverso le rispettive stazioni base e il centralino MTSO.

Handoff

Se, durante una connessione, un’unità mobile esce dal raggio d’azione di una cella ed entra in quello di un’altra cella, l’unità mobile deve cambiare canale di traffico e adottare quello assegnato dalla stazione base nella nuova cella. Il sistema esegue questo passaggio senza interrompere la chiamata e, sostanzialmente, senza che l’utente possa accorgersene.

Bloccaggio delle chiamate

Durante la fase di chiamata attivata dall’apparecchio mobile, se tutti i canali di traffico assegnati alla stazione base più vicina sono occupati, l’unità mobile esegue un numero predeterminato di tentativi. Dopo un determinato numero di fallimenti, l’utente riceve il tono di occupato.

Chiusura della chiamata

Quando uno dei due utenti termina la connessione, viene informato il centralino MTSO il quale rilascia i canali di traffico allocati alle due stazioni base. Normalmente, ma non sempre a causa delle anomalie di propagazione, l’antenna e pertanto la stazione base scelta è quella più vicina all’unità mobile.

Caduta della chiamata

Durante una connessione, a causa delle interferenze o della debolezza dei segnali in determinate aree, se la stazione base non riesce a mantenere la potenza minima del segnale per un determinato periodo di tempo, il canale di traffico verso l’utente viene chiuso informando anche il centralino MTSO.

Chiamate a/da abbonati fissi o abbonati mobili e remoti

Il centralino MTSO si connette alla rete telefonica pubblica, pertanto può impostare una connessione fra un utente mobile nella propria area e un abbonato fisso connesso alla rete telefonica. Il centralino MTSO può inoltre connettersi a un altro centralino MTSO tramite la rete telefonica o linee dedicate e impostare una chiamata fra un utente mobile situato nella propria area e un utente mobile remoto