Prima che gli smartphone diventassero estensioni delle nostre braccia, la comunicazione mobile era un lusso di nicchia. Non era per il guidatore medio. Era per le persone che dovevano letteralmente parlare mentre si muovevano.
Installarono radiotelefoni nelle loro auto. Questi non erano i dispositivi eleganti che portiamo oggi. Erano scatole voluminose con antenne che sembravano pinne di squalo. Il sistema si basava su un’unica torre d’antenna centrale per città. Solo uno.
Quella torre offriva forse 25 canali. Questo è tutto. Venticinque conversazioni per un’intera area metropolitana.
Per farlo funzionare, il telefono della tua auto aveva bisogno di un enorme trasmettitore. Doveva spingere i segnali a 40-50 miglia di distanza. Sono circa 70 chilometri. L’hardware era potente. Il costo era proibitivo. La capacità era minima.
Non potevi semplicemente prendere un telefono e comporre il numero. Semplicemente non c’erano abbastanza canali. Se tutti provassero a utilizzare il sistema contemporaneamente, la rete collasserebbe. Si trattava di infrastrutture costose per una piccola fetta della popolazione.
Il genio del riutilizzo della frequenza
Il sistema cellulare ha cambiato tutto dividendo una città in piccole cellule.
Pensa a una mappa. Ora dividilo in esagoni. Ogni esagono è una cella. Ogni cella ha la propria torre a basso consumo. È qui che avviene la magia.
Il genio non è solo la copertura. È il riutilizzo della frequenza.
Poiché ogni cella utilizza trasmettitori a bassa potenza, le stesse frequenze radio possono essere utilizzate in celle non adiacenti. Puoi avere una conversazione nel centro di Manhattan usando il canale A. Allo stesso tempo, qualcuno a Jersey City può usare il canale A. E anche qualcuno nel Queens può usarlo.
Ciò consente un ampio riutilizzo delle frequenze in una città. All’improvviso, milioni di persone possono utilizzare i telefoni cellulari contemporaneamente. La rete è in scala. Il costo diminuisce. La tecnologia diventa mercato di massa.
Confronto tra telefoni cellulari e radio CB
Per comprendere la sofisticatezza di un moderno telefono cellulare è necessario guardare a ciò che è venuto prima. Confrontalo con una radio CB o un walkie-talkie.
Un walkie-talkie è una radio ricetrasmittente. Premi un pulsante. Tu parli. Tutti su quel canale ti sentono. È semplice. È limitato. È uno a molti.
Una radio CB è simile. Scegli un canale. Trasmetti. Altri utenti CB su quel canale ascoltano. Se qualcun altro sta parlando, aspetti. È una risorsa condivisa.
Un telefono cellulare è diverso. È una conversazione privata a doppio senso. Ma utilizza lo stesso principio base delle onde radio. La differenza sta nel passaggio di consegne.
Mentre ti sposti da una cella all’altra, il tuo telefono passa senza interruzioni alle torri. Lo fa senza interrompere la chiamata. La rete gestisce il trasferimento. L’utente non sa nemmeno che sta accadendo.
Non si tratta solo di parlare. Si tratta di gestire le risorse. Ogni secondo, il tuo telefono comunica con la torre più vicina. Sta controllando la potenza del segnale. Richiede larghezza di banda. Viene trasferito alla cella successiva mentre guidi.
Ecco come le reti cellulari supportano milioni di utenti. Non si tratta di una grande torre. Si tratta di molti piccoli. Si tratta di riutilizzo. Riguarda l’intelligenza.
La tecnologia è complessa. Il risultato è semplice. Tu parli e basta.
I walkie-talkie e le radio CB condividono una limitazione fondamentale: sono dispositivi half-duplex. Non puoi parlare e ascoltare allo stesso tempo. Entrambi gli interlocutori su un canale CB utilizzano la stessa frequenza, il che significa che solo una persona può trasmettere mentre l’altra attende. I cellulari funzionano diversamente. Sono dispositivi full-duplex. Una frequenza gestisce la tua voce mentre una seconda frequenza separata ascolta l’altra persona. Puoi parlare e ascoltare contemporaneamente.
La portata della connettività differisce notevolmente tra queste tecnologie. Un walkie-talkie standard offre solitamente un solo canale. Una radio CB la espande a 40 canali. Un moderno telefono cellulare attinge a una piscina molto più grande. A seconda della rete, un singolo dispositivo può accedere a 1.664 canali o più. Questo enorme volume di frequenze disponibili consente un numero significativamente maggiore di utenti simultanei.
La portata è un altro importante elemento di differenziazione. Un walkie-talkie di base con un trasmettitore da 0,25 watt raggiunge circa un miglio (1,6 chilometri). Le radio CB consumano più energia. I loro trasmettitori da 5 watt spingono tale portata a circa cinque miglia (8 chilometri). I telefoni cellulari non si basano solo sulla potenza pura. Si basano sull’architettura cellulare.
I telefoni cellulari operano all’interno di una griglia di zone sovrapposte chiamate celle. Mentre ti muovi, il telefono passa da una cella all’altra. Questo processo di trasferimento ti consente di guidare per centinaia di miglia mantenendo una conversazione. La portata è effettivamente limitata solo dalla copertura della rete, non dalla potenza del dispositivo portatile.
In un tipico sistema di telefonia cellulare analogico negli Stati Uniti, ai gestori venivano assegnate circa 800 frequenze per un’intera città. Per gestire questo spettro in modo efficiente, gli ingegneri dividono la città in zone più piccole. Ogni cella copre circa 10 miglia quadrate (26 chilometri quadrati). Queste zone sono spesso visualizzate come esagoni su una griglia.
Il modello esagonale non è solo per lo spettacolo. Aiuta a illustrare come vengono riutilizzate le frequenze. Poiché i telefoni cellulari e le stazioni base utilizzano trasmettitori a bassa potenza, i segnali non si diffondono eccessivamente nelle zone vicine. Ciò consente alle celle non adiacenti di riutilizzare le stesse frequenze. Un insieme di celle potrebbe utilizzare la frequenza A, mentre una cella a due salti di distanza utilizza anch’essa la frequenza A. Questo riutilizzo moltiplica la capacità del sistema.
Ogni cella è ancorata da una stazione base. Questa infrastruttura è composta da una torre e da un vicino edificio che ospita le apparecchiature radio. La stazione base funge da gateway tra il telefono e la rete più ampia. Esamineremo più da vicino il funzionamento di queste stazioni e la gestione del traffico nella sezione successiva. Innanzitutto è importante capire come queste cellule stesse sono strutturate e ottimizzate.
