Un telefono cellulare è un dispositivo elettronico utilizzato per le telecomunicazioni mobili su una rete cellulare di stazioni base specializzate conosciute come siti cellulari. Un telefono cellulare offre una comunicazione full duplex e trasferisce il collegamento quando l’utente si sposta da una cella all’altra. Quando l’utente si sposta da una cella all’altra, il sistema comanda automaticamente al telefono cellulare e a un sito cellulare con un segnale più forte, di passare a una nuova frequenza per mantenere il collegamento.
Il telefono cellulare è progettato principalmente per la comunicazione vocale. Oltre alla funzione vocale standard, i telefoni cellulari di nuova generazione supportano molti servizi aggiuntivi e accessori, come SMS per messaggi di testo, e-mail, commutazione di pacchetto per l’accesso a Internet, giochi, Bluetooth, fotocamera con videoregistratore e MMS per inviare e ricevere foto e video, lettore MP3, radio e GPS.
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Frequenza del segnale nel telefono cellulare
Il sistema cellulare è la divisione di un’area in piccole celle.
Questo permette un ampio riutilizzo delle frequenze in quell’area, così che molte persone possono usare i telefoni cellulari simultaneamente. Le reti cellulari hanno una serie di vantaggi come l’aumento della capacità, la riduzione dell’uso di energia, l’area di copertura più ampia, la riduzione delle interferenze da altri segnali ecc.
FDMA e CDMA Sistemi
Frequency Division Multiple Access (FDMA) e Code Division Multiple Access (CDMA) sono stati sviluppati per distinguere i segnali da diversi trasmettitori. In FDMA, le frequenze di trasmissione e ricezione usate in ogni cella sono diverse dalle frequenze usate nelle celle vicine. Il principio del CDMA è più complesso e i ricetrasmettitori distribuiti possono selezionare una cella e ascoltarla. Altri metodi includono l’accesso multiplo a divisione di polarizzazione (PDMA) e l’accesso multiplo a divisione di tempo (TDMA). L’accesso multiplo a divisione di tempo è usato in combinazione con FDMA o CDMA per dare canali multipli nell’area di copertura di una singola cella.
Codici nel telefono cellulare
I telefoni cellulari hanno codici speciali associati a loro. Questi includono:
- Electronic Serial Number (ESN) – numero unico a 32 bit programmato nel telefono
- Mobile Identification Number (MIN) – numero a 10 cifre derivato dal numero del telefono.
- System Identification Code (SID) – numero unico a 5 cifre che viene assegnato ad ogni operatore dalla FCC.
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ESN è una parte permanente del telefono mentre i codici MIN e SID sono programmati nel telefono quando un piano di servizio è selezionato e attivato.
Il telefono cellulare è un dispositivo Duplex. Quando usiamo una frequenza per parlare, una seconda frequenza separata è usata per ascoltare. In modo che entrambe le persone nella chiamata possano parlare contemporaneamente. Il telefono cellulare può comunicare su 1.664 canali o più. I telefoni cellulari operano all’interno delle celle, in modo che sia facile passare a celle diverse mentre ci si sposta. Una persona che usa un telefono cellulare può guidare per centinaia di chilometri e può mantenere una conversazione per tutto il tempo grazie all’approccio cellulare.
Attivazione della carta SIM
La carta SIM (Subscriber Identification Module (SIM)) è un tipo di carta intelligente usata nel telefono cellulare. La SIM è una smart card staccabile che contiene le informazioni dell’abbonamento e la rubrica dell’utente. Questo permette all’utente di conservare le sue informazioni anche dopo aver spento il telefono. In alternativa, l’utente può anche cambiare fornitore di servizi mantenendo il portatile semplicemente cambiando la SIM. La scheda SIM memorizza in modo sicuro la chiave dell’abbonato al servizio con 15 cifre.
Le cifre della chiave sono :
- Prime 3 cifre – Codice del paese mobile
- Seconde 2 cifre – Codice della rete mobile
- Terze 10 cifre – Numero di identificazione della stazione mobile
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Subscriber Identification Module SIM
Quando il telefono cellulare viene usato per la prima volta, invia un numero chiamato International Mobile Subscriber Identity – IMSI presente nella carta SIM alla rete, che lo cerca in un database per assicurarsi che la carta sia registrata. Se l’IMSI viene riconosciuto, la rete crea un altro numero chiamato Temporary Mobile Subscriber Identity (TMSI), che viene criptato e rimandato al telefono. In tutte le chiamate successive, il telefono si identifica trasmettendo il TMSI.
Cosa succede quando facciamo una chiamata?
- Quando accendiamo il telefono cellulare, esso cerca un SID sul canale di controllo. Il canale di controllo è una frequenza speciale che il telefono e la stazione base usano per parlare tra loro. Se il telefono cellulare trova difficoltà a collegarsi con il canale di controllo, visualizza un messaggio “no service”.
- Se il telefono cellulare ottiene il SID, confronta il SID con il SID programmato nel telefono. Se entrambi i SID corrispondono, il telefono identifica che la cella in cui sta comunicando fa parte del suo sistema di casa.
- Il telefono trasmette anche una richiesta di registrazione insieme al SID e il MTSO tiene traccia della posizione del telefono in un database. L’MTSO sa in quale cella ti trovi quando vuole far squillare il telefono.
- L’MTSO poi riceve il segnale, cerca di trovare il telefono. L’MTSO guarda nel suo database per trovare la cella in cui il telefono è presente. L’MTSO poi sceglie una coppia di frequenze per prendere la chiamata.
- L’MTSO comunica con il telefono cellulare sul canale di controllo per dirgli quali frequenze usare. Una volta che il telefono cellulare e la torre passano su quelle frequenze, la chiamata è collegata.
- Quando il telefono cellulare si sposta verso il bordo della cella, la stazione base della cella noterà che la potenza del segnale sta diminuendo. Allo stesso tempo, la stazione base nella cella in cui il telefono si sta muovendo sarà in grado di vedere la potenza del segnale del telefono aumentare.
- Le due stazioni base si coordinano attraverso il MTSO. Ad un certo punto, il telefono cellulare riceve un segnale su un canale di controllo e lo indirizza a cambiare frequenza. Questo farà passare il telefono alla nuova cella.
Rete mobile
Il sistema GSM
Global System for Mobile Communications è lo standard dei sistemi di telefonia mobile nel mondo. Nel GSM, i canali di segnalazione e conversazione sono digitali, quindi il GSM è considerato un sistema 2G (seconda generazione). Questo aiuta l’implementazione diffusa di applicazioni di comunicazione dati. Ci sono cinque diverse dimensioni di celle in una rete GSM: macro, micro, pico, femto e umbrella cells.
Le celle macro sono celle in cui l’antenna della stazione base è installata su un palo sopra il livello medio del tetto. Le micro celle sono celle la cui altezza dell’antenna è al di sotto del livello medio del tetto. Le celle Pico sono piccole celle il cui diametro di copertura è di qualche decina di metri. Queste sono principalmente utilizzate in applicazioni interne. Le celle Femto sono celle progettate per l’uso in ambienti residenziali o di piccole imprese e si collegano alla rete del fornitore di servizi tramite una connessione internet a banda larga.
Le celle ombrello sono utilizzate per coprire le regioni in ombra delle celle più piccole e riempire i vuoti di copertura tra queste celle.Il raggio orizzontale della cella varia a seconda dell’altezza dell’antenna, del guadagno dell’antenna e delle condizioni di propagazione. La distanza massima supportata dal GSM è di 35 chilometri. La maggior parte delle reti GSM 2G operano nelle bande 900 MHz o 1800 MHz, mentre il GSM 3G nella banda di frequenza 2100 MHz.
Time Sharing
La tecnica Time Division Multiplexing è usata per condividere otto canali di conversazione a piena velocità o sedici a metà velocità per canale di frequenza radio. Ci sono otto slot di tempo radio raggruppati in un frame TDMA.
Rete mobile
Il telefono cellulare converte voce, testo, messaggi multimediali o chiamate dati in frequenze radio (RF). Le stazioni base dei telefoni cellulari trasmettono e ricevono questi segnali RF e collegano i chiamanti ad altri telefoni e ad altre reti. La rete di telefonia mobile è divisa in migliaia di aree geografiche individuali sovrapposte o “celle”, ciascuna con una stazione base. La dimensione di una cella dipende dall’area di copertura e dal numero di chiamate che vengono effettuate in quell’area. Le celle più piccole si trovano in aree urbane affollate con grandi edifici e forte densità di popolazione, mentre le celle più grandi si trovano in aree rurali, dove le persone sono disperse.
Ci sono due tipi di canali utilizzati nel GSM. Questi sono i canali di controllo e i canali di traffico.
Canali di controllo
Questi sono responsabili dei compiti di manutenzione come dire al cellulare quando una chiamata sta arrivando e quale frequenza usare. Per garantire che l’handover funzioni, il telefono monitora costantemente il canale di controllo broadcast di un massimo di 16 celle vicine. Nel funzionamento normale, i telefoni regolano continuamente la potenza delle onde radio che inviano per essere il minimo necessario alla stazione base per ricevere un segnale chiaro. Se un telefono si allontana dalla sua stazione base e se il segnale è debole, la rete consulta la lista e attiva un handover verso una cella vicina con il miglior segnale.
Canali di traffico
Si usa per trasportare chiamate o altri dati dal telefono cellulare alla stazione base e viceversa. Nel canale di traffico, la voce o i dati di testo sono trasportati in burst. Ogni burst comprende due stringhe consecutive di bit (una serie di segnali che rappresentano 1 e 0), ciascuna lunga 57 bit.
Range
La portata entro la quale i dispositivi mobili possono connettersi non è una cifra fissa. Dipende da un certo numero di fattori come la frequenza del segnale in uso, la potenza nominale del trasmettitore, la dimensione del trasmettitore ecc.
Dentro il telefono cellulare
Il telefono cellulare è un dispositivo sofisticato che utilizza componenti SMD, microprocessore, memoria Flash ecc. Oltre al circuito, il telefono cellulare ha anche un’antenna, un display a cristalli liquidi (LCD), una tastiera, un microfono, un altoparlante e una batteria. Di seguito è riportato lo schema a blocchi del telefono cellulare
Il circuito stampato è il cuore del telefono cellulare. Ha chip come quelli di conversione Analogico-Digitale e Digitale-Analogico che traducono il segnale audio in uscita da analogico a digitale e il segnale in entrata da digitale a analogico.
- Processore di segnale digitale
E’ generalmente valutato come avente 40 MIPS (milioni di istruzioni al secondo) per condurre calcoli di manipolazione del segnale ad alta velocità. Questo chip si occupa sia della compressione che della decompressione dei segnali.
2. Microprocessore
Gestisce tutti i compiti di gestione della tastiera e del display. Si occupa anche della segnalazione di comando e controllo con la stazione base, e coordina il resto delle funzioni sulla scheda.
Microprocessore mobile e memoria flash
3.La memoria flash e i chip ROM del telefono cellulare fungono da luogo di stoccaggio per il telefono. Questi chip immagazzinano le opzioni personalizzabili del telefono cellulare, così come l’intero sistema operativo. Le sezioni di potenza e di radiofrequenza del telefono, la ricarica del telefono e la gestione della potenza ecc. sono controllate da questo chip. Controlla anche diverse centinaia di canali FM. Gli amplificatori RF si concentrano sui segnali che entrano ed escono dalle antenne del telefono.
Manutenzione del telefono cellulare
Il telefono cellulare è un dispositivo delicato e ha bisogno di cure per il suo corretto funzionamento. Ecco le misure comuni per mantenere il telefono cellulare in buone condizioni.
- Non tenere il telefono cellulare in una zona umida o usarlo con le mani bagnate. L’umidità può causare la corrosione interna non riparabile delle parti.
- Non far cadere il telefono o danneggiare i punti di connessione.
- Non stressare troppo il telefono. Potrebbe danneggiare il display.
- Non tenere il telefono vicino a dispositivi che generano calore. L’alta temperatura in una macchina può danneggiare la sua elettronica.
- Non caricare troppo la batteria. Caricate la batteria solo se il suo stato di carica scende sotto il 50%.
- Prevenire la clonazione.
Un telefono è “clonato” quando qualcuno ruba il suo numero ID ed è in grado di effettuare chiamate fraudolente sull’account del proprietario. Quando il telefono fa una chiamata, trasmette l’ESN e il MIN – un tag unico – per il tuo telefono alla rete all’inizio della chiamata. Quando il telefono trasmette la sua coppia MIN/ESN, è possibile catturare la coppia ESN-MIN. Usando un dispositivo Scanner è facile modificare un altro telefono in modo che contenga i tuoi tag MIN-ESN. Questo permette alla persona di effettuare chiamate sul tuo account. La clonazione può avvenire anche quando il telefono viene riparato in un centro di assistenza non autorizzato. È possibile copiare i dati tra cui immagini e video presenti nel telefono.