Sviluppo di sistemi cellulari

Negli Stati Uniti, l’interconnessione mobile di trasmettitori e ricevitori con la rete telefonica pubblica commutata (PSTN) è iniziata nel 1946, con l’introduzione del servizio di telefonia mobile (MTS) dall’American Telefono & Telegraph Company (A&T). Nel sistema MTS degli Stati Uniti, un utente che desiderava effettuare una chiamata da un telefono cellulare doveva cercare manualmente un canale inutilizzato prima di effettuare la chiamata. L’utente ha quindi parlato con un operatore di telefonia mobile, che ha effettivamente composto la chiamata tramite il PSTN. La connessione radio era semplice, cioè solo una parte poteva parlare alla volta, la direzione della chiamata era controllata da un interruttore push-to-talk nel telefono cellulare. Nel 1964 A&T ha introdotto il miglioramento del servizio di telefonia mobile (IMTS). Ciò ha fornito il funzionamento full duplex, la composizione automatica e la ricerca automatica dei canali. Inizialmente sono stati forniti 11 canali, ma nel 1969 sono stati resi disponibili altri 12 canali. Poiché solo 11 (o 12) canali erano disponibili per tutti gli utenti del sistema all’interno di una determinata area geografica (come l’area metropolitana attorno a una grande città), il sistema IMTS ha dovuto far fronte a una forte domanda di risorse di canale molto limitate. Inoltre, ogni antenna della stazione base doveva essere posizionata su una struttura alta e doveva trasmettere ad alta potenza per fornire copertura in tutta l’area di servizio. A causa di questi elevati requisiti di potenza, tutte le unità di abbonato nel sistema IMTS erano strumenti basati su veicoli a motore che trasportavano batterie di grandi dimensioni.

Durante questo tempo un vero sistema cellulare, noto come l’advanced mobile phone system, o AMPERE, è stato sviluppato principalmente da&T e Motorola, Inc. AMPS era basato su 666 canali vocali accoppiati, distanziati ogni 30 kilohertz nella regione di 800 megahertz. Il sistema impiegava un approccio di modulazione analogica-modulazione di frequenza, o FM-ed è stato progettato fin dall’inizio per supportare le unità di abbonati per l’uso sia in automobili che da parte dei pedoni. È stato presentato pubblicamente a Chicago nel 1983 ed è stato un successo fin dall’inizio. Alla fine del primo anno di servizio, c’erano un totale di 200.000 abbonati AMPS in tutti gli Stati Uniti; cinque anni dopo c’erano più di 2.000.000. In risposta alle attese carenze di servizi, l’industria cellulare americana ha proposto diversi metodi per aumentare la capacità senza richiedere ulteriori allocazioni di spettro. Un approccio analogico FM, proposto da Motorola nel 1991, era noto come AMPLIFICATORI a banda stretta, o NAMPS. Nei sistemi NAMPS ogni canale vocale esistente da 30 kilohertz era diviso in tre canali da 10 kilohertz. Pertanto, al posto degli 832 canali disponibili nei sistemi AMPS, il sistema NAMPS offriva 2.496 canali. Un secondo approccio, sviluppato da un comitato della Telecommunications Industry Association (TIA) nel 1988, impiegava la modulazione digitale e la compressione digitale della voce in combinazione con un metodo TDMA (Time-division Multiple Access); ciò consentiva anche tre nuovi canali vocali al posto di un canale AMPS. Infine, nel 1994 è emerso un terzo approccio, sviluppato originariamente da Qualcomm, Inc., ma anche adottato come standard dalla TIA. Questo terzo approccio utilizzava una forma di accesso multiplo a spettro diffuso nota come code-division Multiple access (CDMA)—una tecnica che, come l’approccio TIA originale, combinava la compressione vocale digitale con la modulazione digitale. (Per ulteriori informazioni sulle tecniche di compressione delle informazioni, modulazione del segnale e accesso multiplo, vedere telecomunicazioni.) Il sistema CDMA offriva da 10 a 20 volte la capacità delle tecniche cellulari AMPS esistenti. Tutti questi sistemi cellulari di capacità migliorata sono stati alla fine distribuiti negli Stati Uniti, ma, poiché erano incompatibili tra loro, hanno supportato piuttosto che sostituito lo standard di AMPLIFICATORI più vecchi.

Sebbene AMPS sia stato il primo sistema cellulare ad essere sviluppato, un sistema giapponese è stato il primo sistema cellulare ad essere implementato, nel 1979. Altri sistemi che hanno preceduto AMPS in funzione includono il sistema di telefonia mobile nordica (NMT), distribuito nel 1981 in Danimarca, Finlandia, Norvegia e Svezia, e il sistema di comunicazione di accesso totale (TACS), distribuito nel Regno Unito nel 1983. Un certo numero di altri sistemi cellulari sono stati sviluppati e distribuiti in molti altri paesi negli anni successivi. Tutti erano incompatibili l’uno con l’altro. Nel 1988 un gruppo di enti telefonici pubblici di proprietà statale all’interno della Comunità europea ha annunciato il sistema digitale globale per le comunicazioni mobili, denominato GSM, il primo sistema di questo tipo che consentirebbe a qualsiasi utente di telefonia cellulare in un paese europeo di operare in un altro paese europeo con le stesse apparecchiature. GSM divenne presto onnipresente in tutta Europa.

I sistemi cellulari analogici degli anni ’80 sono ora indicati come sistemi di “prima generazione” (o 1G) e i sistemi digitali che hanno iniziato ad apparire alla fine degli anni’ 80 e all’inizio degli anni ‘ 90 sono noti come “seconda generazione” (2G). Dall’introduzione dei telefoni cellulari 2G, sono stati apportati vari miglioramenti al fine di fornire servizi di dati e applicazioni come la navigazione in Internet, la messaggistica di testo bidirezionale, la trasmissione di immagini fisse e l’accesso mobile tramite personal computer. Una delle applicazioni di maggior successo di questo tipo è iMode, lanciato nel 1999 in Giappone da NTT DoCoMo, la divisione di servizi mobili della Nippon Telegraph and Telephone Corporation. Supportando l’accesso a Internet a siti Web selezionati, giochi interattivi, recupero di informazioni e messaggi di testo, iMode ha avuto un grande successo; entro tre anni dalla sua introduzione, più di 35 milioni di utenti in Giappone avevano telefoni cellulari abilitati per iMode.

A partire dal 1985, un gruppo di studio della International Telecommunication Union (ITU) con sede a Ginevra ha iniziato a considerare le specifiche per i futuri sistemi di telefonia mobile su suolo pubblico (FPLMTS). Queste specifiche alla fine divennero la base per una serie di standard cellulari “di terza generazione” (3G), noti collettivamente come IMT-2000. Gli standard 3G si basano liberamente su diversi attributi: l’uso della tecnologia CDMA; la capacità alla fine di supportare tre classi di utenti (basati su veicoli, pedonali e fissi); e la capacità di supportare servizi vocali, dati e multimediali. Il primo servizio 3G al mondo è iniziato in Giappone nell’ottobre 2001 con un sistema offerto da NTT DoCoMo. Presto il servizio 3G è stato offerto da un certo numero di diversi vettori in Giappone, Corea del Sud, Stati Uniti e altri paesi. Diversi nuovi tipi di servizi compatibili con le velocità di trasmissione dati più elevate dei sistemi 3G sono diventati disponibili in commercio, tra cui la trasmissione video full-motion, la trasmissione di immagini, i servizi location-aware (attraverso l’uso della tecnologia Global positioning system) e la trasmissione di dati ad alta velocità.