Metodi di Riutilizzo delle Frequenze nelle Reti Cellulari

Il concetto di riutilizzo delle frequenze è ampiamente impiegato nelle tecnologie di comunicazione wireless, in particolare nelle reti cellulari di tutto il mondo. Definisce la procedura mediante la quale una singola frequenza portante viene utilizzata in modo iterativo, o ripetuto, all'interno di aree geografiche distinte per massimizzare la capacità degli utenti e la copertura. Questa procedura ha avuto origine con le reti cellulari AMPS (Advanced Mobile Phone Service) di prima generazione ed è stata adattata con successo dalle reti di seconda e terza generazione. Sebbene i metodi pratici di riutilizzo di una singola frequenza varino tra le diverse reti, i principi originali sono rimasti invariati.

Principi

Il principio base del riutilizzo delle frequenze si fonda sull'idea di utilizzare un numero limitato di canali di frequenza disponibili (o assegnati) in luoghi geografici diversi e distanti. In pratica, una rete cellulare viene solitamente suddivisa in piccoli segmenti geografici o "celle" contenuti all'interno di un insieme più ampio chiamato "cluster", e ogni cella ha il proprio set di frequenze portanti in uplink e downlink. In questo modo, tutte le celle vicine hanno set di frequenze portanti diversi, e questa differenza viene mantenuta per evitare interferenze tra le loro trasmissioni e ricezioni. Ciò è in accordo con una legge fondamentale delle comunicazioni wireless, secondo cui frequenze simili non possono essere utilizzate ripetutamente in un'area geografica limitata, poiché ciò comporterebbe la loro cancellazione o la creazione di interferenze, che interromperebbero il processo di comunicazione.

Teoria

A ogni rete cellulare viene assegnata una banda (gruppo) di frequenze operative, sulle quali avvengono le procedure di comunicazione. Assegnare a ogni cella la propria frequenza portante distinta senza riutilizzarla nuovamente comporterebbe una copertura limitata della rete cellulare; per questo motivo, ogni frequenza deve essere riutilizzata in celle diverse dopo una distanza significativa che le separi. Questa distanza viene solitamente calcolata teoricamente, con una formula standard: D = R√3N, dove "D" è la distanza richiesta per il riutilizzo della frequenza, "R" è il raggio approssimativo di ogni cella e "N" indica il numero di celle per cluster. Inoltre, esiste anche un limite che definisce quanto frequentemente una singola frequenza può essere riutilizzata in un cluster, ed è ottenuto teoricamente mediante la formula 1/K, dove "K" è il numero di celle a cui non è consentito utilizzare una frequenza simile in un cluster.

Applicazioni Pratiche

Il concetto di riutilizzo delle frequenze è adottato da ogni principale rete cellulare operativa nel mondo. Ad esempio, reti come GSM (Global System for Mobile Communications), CDMA (Code Division Multiple Access), UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) e 3GPP LTE (Third Generation Partnership Project Long Term Evolution) applicano ampiamente i concetti di riutilizzo delle frequenze nelle loro reti di comunicazione principali. Inoltre, alcune di queste reti (come GSM e UMTS) riutilizzano frequenze simili anche nei settori cellulari. Viene mantenuta una differenza standard pratica di un paio di miglia tra due celle, e ogni cella può essere ulteriormente divisa in settori per aumentare il riutilizzo delle frequenze. Tuttavia, farlo praticamente comporta un aumento delle interferenze tra i telefoni cellulari in comunicazione e le loro stazioni trasmittenti.

Significato

Il significato più ampiamente riconosciuto dei metodi di riutilizzo delle frequenze include una maggiore facilitazione degli utenti e una maggiore copertura della rete. In altri termini, il concetto di riutilizzare ripetutamente un singolo canale di frequenza in località adeguatamente distanziate è la soluzione pratica percepita per aumentare il numero di utenti di telefoni cellulari in una cella, in un cluster e, in definitiva, nella rete, il che è proporzionale alla copertura complessiva della rete di un sistema di comunicazione cellulare.