Telefonia ed evoluzioni

Contenuti Introduzione Elementi di telefonia Telefonia cellulare GSM

Contenuti Introduzione Evoluzione delle reti telefoniche Uno sguardo al mercato Il segnale vocale e le tecniche di codifica numerica della voce: da PCM a CELP

Contenuti Elementi di telefonia Segnalazione (SS7) Instradamento

Contenuti Telefonia cellulare Generalità sulle reti cellulari Le generazioni della telefonia mobile Il canale radiomobile; codifica e modulazione

Contenuti GSM Architettura Terminali mobili, BTS, BSC, MSC, HLR, VLR, AuC Canali fisici Canali logici Autenticazione e cifratura

Contenuti GSM Registrazione, roaming e location update Chiamata da e verso terminale mobile Handover Trasmissione di dati: GPRS

Evoluzione delle reti telefoniche Fine ‘800 – inizio ‘900: 1876: brevetto del telefono di Bell Trasmissione analogica e commutazione manuale Architettura di rete non gerarchica

Evoluzione delle reti telefoniche Fine ‘800 – inizio ‘900: 1891: brevetto del selettore Strowger 1894: prima centrale elettromeccanica 1895: esperimenti di Marconi

Telefoni inizio ‘900

Telefoni inizio ‘900

Posto operatore

Centrale telefonica; New York 1910

Cablaggi su pali

Selettore Strowger

Selettore Strowger

Centrale Strowger NO

Evoluzione delle reti telefoniche Anni ‘40 e ‘50: Autocommutatori elettromeccanici (1938: relè) Prima “teleselezione” (coinvolge più centrali)

Evoluzione delle reti telefoniche Anni ‘60: Introduzione della trasmissione e della commutazione numerica PCM (Pulse Code Modulation)

Evoluzione delle reti telefoniche Anni ‘60: Elaboratori elettronici per il controllo delle centrali (programma registrato) 1965: prima centrale elettronica (Saccasunna - USA - ESS1)

Operatrici telefoniche

Crossbar - 1952

Crossbar - 1965

ESS – 1 Console

Evoluzione delle reti telefoniche Anni ‘70: Diffusione delle reti PCM Introduzione dei sistemi di segnalazione a canale comune (SS7)

Evoluzione delle reti telefoniche Anni ‘70: 1975: prima centrale interamente elettronica (Chicago - ESS4)

Evoluzione delle reti telefoniche Anni ‘80: Completamento (??) della IDN (Integrated Digital Network) Definizione e prime installazioni di ISDN (Integrated Services Digital Network)

Evoluzione delle reti telefoniche Anni ‘80: Diffusione delle reti cellulari analogiche

Evoluzione delle reti telefoniche Anni ‘90: Diffusione (??) di ISDN Introduzione delle reti intelligenti

Evoluzione delle reti telefoniche Anni ‘90: Definizione della Broadband-ISDN (ATM) Diffusione delle reti cellulari numeriche

Evoluzione delle reti telefoniche 2000: Trasporto della voce su reti a pacchetto (Internet telephony) Reti cellulari a commutazione di pacchetto (GPRS) e a larga banda (UMTS)

Centrale ISDN - 1997

Il telefono di Bell Fino alla metà degli anni ’60 il “telefono” è rimasto sostanzialmente uguale al brevetto di Bell; ancora oggi i telefoni analogici sono molto simili

Il telefono di Bell Alexander Graham Bell depositò il brevetto il 14 febbraio 1876 ...qualche ora prima di Elisha Gray ...mentre Meucci sperimentava un sistema analogo

Il telefono di Meucci The discovery of the transmission of the human voice by electricity was made while Meucci was applying electrotherapy to a patient suffering of rheumatisms in his head.  

Il telefono di Bell Il 10 marzo 1876 Bell presenta il primo telefono funzionante

Il telefono di Meucci

Il telefono di Bell Comprende un microfono (trasmettitore) un altoparlante (ricevitore)

Collegati da un circuito elettrico con una batteria in serie Il telefono di Bell trasmettitore ricevitore Collegati da un circuito elettrico con una batteria in serie

Il telefono di Bell trasmettitore ricevitore Il trasmettitore è una resistenza variabile che trasforma le onde di pressione sonore in un segnale elettrico

Il telefono di Bell trasmettitore ricevitore Il ricevitore opera la trasformazione inversa, vibrando al variare della corrente

Attivazione e selezione La linea viene attivata sganciando il micro-telefono, che chiude l’interruttore di linea selettore alla centrale interruttore di linea

Attivazione e selezione Il selettore (disco o tastiera) è inserito in serie al circuito del telefono selettore alla centrale interruttore di linea

Schema a blocchi complessivo alla centrale conversione 2/4 e circuito anti-eco selettore interruttore di linea suoneria

La centrale e il “local loop” centrale di attestazione sensore di sgancio trasform. di linea “local loop” Alla forchetta, al convertitore A/D e ai sistemi di commutazione batteria di alimentazione a 48 V

La centrale e il “local loop” Il sensore di sgancio è un relè a induttanza che sente il passaggio della corrente di alimentazione e abilita la porta di ingresso in centrale dedicando un convertitore A/D e una posizione di commutazione alla linea “attiva”

La centrale invia diversi segnali Toni di centrale La centrale invia diversi segnali all’utente: Squillo: Sinusoide a 20Hz, 75V rms, duty cycle [On/Off s - D.C.] ~1/1

La centrale invia diversi segnali Toni di centrale La centrale invia diversi segnali all’utente: Selezione: (350)+(440)Hz, tono continuo (USA) (440)+(480)Hz, D.C. complesso tu .. tuuu ...... (EU)

La centrale invia diversi segnali Toni di centrale La centrale invia diversi segnali all’utente: Linea disponibile: (440)+(480)Hz, D.C. 2/4

La centrale invia diversi segnali Toni di centrale La centrale invia diversi segnali all’utente: Linea occupata: (480)+(620)Hz, D.C. 0.5/0.5

La centrale invia diversi segnali Toni di centrale La centrale invia diversi segnali all’utente: Fascio occupato: (480)+(620)Hz, D.C. 0.25/0.25

Filtri e banda fonica Il segnale analogico tra telefono e centrale locale viene filtrato tra 300 e 3400 Hz per consentire il passaggio della continua di alimentazione e limitare la banda passante del sistema

Le centrali moderne convertono immediatamente il segnale in PCM Filtri e banda fonica Le centrali moderne convertono immediatamente il segnale in PCM 300 3400 f [Hz] banda fonica

Il servizio base POTS (Plain Old Telephony Service) La rete telefonica fornisce connessioni bidirezionali e simmetriche tra coppie di utenti Il servizio base funziona secondo un modello di chiamata in 3 fasi: Fase di formazione (call setup) Fase di conversazione Fase di abbattimento

Una rete telefonica centrale di commutazione segnalazione trasmissione

Organizzazione gerarchica Il numero di livelli, la nomenclatura delle centrali e degli apparati variano da nazione a nazione. Riflettono sia le dimensioni del paese sia la “storia” della telefonia nella nazione

Organizzazione gerarchica centrale internazionale centrale nazionale centrale regionale centrale locale

La rete PSTN (Public Switched Telephone Network) L’attuale rete telefonica oggi è sostanzialmente una IDN (Integrated Digital Network) Commutazione a circuito

La rete PSTN Trasmissione/commutazione numerica PCM Segnalazione a canale comune

L’architettura è divisa Il modello di riferimento L’architettura è divisa in piano utente, piano di controllo (segnalazione) e piano di gestione (non visualizzato)

Il modello di riferimento bla ... bla ... bla protocolli di utente (PCM) informazione di utente protocolli di segnalazione (SS#7) informazione di controllo

Informazione e controllo “viaggiano” separati centrale locale nodo PCM SS#7

È tipicamente organizzato su 3 livelli: Organizzazione (piano utente) È tipicamente organizzato su 3 livelli: Rete di accesso (da casa dell’utente alla centrale locale)

È tipicamente organizzato su 3 livelli: Organizzazione (piano utente) È tipicamente organizzato su 3 livelli: Rete di giunzione (tra le centrali locali e il centro distrettuale – non necessariamente coincide con un prefisso telefonico)

È tipicamente organizzato su 3 livelli: Organizzazione (piano utente) È tipicamente organizzato su 3 livelli: Rete di lunga distanza (connette tra loro le centrali di gerarchia più elevata)

Architettura della rete centrale locale rete di accesso giunzione lunga distanza distrettuale

Uno sguardo al mercato

Penetrazione cellulari vs. Internet 10 20 30 40 50 25 60 70 80 Finland Norway Sweden Denmark Advanced Digital Economies Wireless Internet Oriented Digital Economies Portugal Italy Austria Japan Switzerland Netherlands UK Abbonati ai servizi cellulari % Germany France Spain US Canada Follower Digital Economies Fixed Internet Oriented Digital Economies Utenti Internet %

Worldwide revenues – All services 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 $350 $300 $250 $200 $150 $100 $50 $ Simple Voice Rich Voice Location-Based Services Mobile Internet Access Multimedia Messaging Service Mobile Intranet/Extranet Access Customised Infotainment Service revenues (SN) $x1000

Diffusione delle nuove tecnologie 154 244 705 475 Europa Mondo 48.4% 14% 73 113 407 230 77% 78 92 375 329 In milioni di unità e D% 2000/1999 1999 2000 PC 1999 2000 Utenze cellulari 1999 2000 Utenti Internet

Valori in Miliardi di lire e in % Il mercato in Italia Valori in Miliardi di lire e in % 65.4% 34.6% 55.250 1998 39.8% 60.2% 63.290 1999 56.5% 43.5% 71.450 2000 TLC Fisse TLC Mobili

Wireless Penetration rates by Region, 1999-2000 70.0% 60.0% 50.0% 40.0% 30.0% 20.0% 10.0% 0.0% 1990 1992 1994 1996 1998 2000 1991 1993 1995 1997 1999 West Europe North America East Europe Latin America Caribbean Middle East Asia Pacific Africa