Il telefono cellulare universale

La grande rivoluzione wireless, che è decollata con la spettacolare diffusione dei telefoni cellulari negli anni '90, e che dovrebbe portare Internet a banda larga nel gadget in tasca, è nei guai.

La domanda è in aumento, costringendo i produttori di apparecchiature wireless e gli operatori di rete a investire miliardi per soddisfare l'inesauribile sete dell'umanità di connettersi ovunque e in qualsiasi momento. Le vendite globali di telefoni cellulari sono aumentate da sette milioni nel 1990 a 700 milioni l'anno scorso e si prevede che raggiungeranno 1,7 miliardi nel 2005. Sempre più utenti si aspettano che i loro telefoni forniscano segnali vocali molto chiari e ricevano la posta elettronica, anche se lentamente .

Questa storia faceva parte del nostro numero di aprile 2001

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Ma come sanno i chiamanti frustrati, comunicare con i telefoni cellulari è complicato. Il problema: le reti wireless odierne utilizzano un labirinto di standard di trasmissione incompatibili, quindi i guerrieri della strada non hanno la garanzia di un segnale di linea quando viaggiano. Gli operatori wireless statunitensi da soli utilizzano tre standard concorrenti e solo uno di questi è compatibile con lo standard leader in Europa, che a sua volta ha diverse varianti. La maggior parte delle reti wireless asiatiche è costruita secondo un altro standard. Questa onda radio Babel impedisce alla maggior parte dei telefoni cellulari negli Stati Uniti di funzionare altrove. Limita anche le economie di scala dei produttori statunitensi rispetto ai concorrenti stranieri.

I problemi della rivoluzione wireless vanno oltre gli standard contrastanti. I consumatori si aspettano costantemente funzionalità più avanzate, quindi i modelli che erano all'avanguardia nel, diciamo, 1995 sembreranno antiquati entro il 2003. A quel punto, quasi tutti i nuovi telefoni cellulari offriranno una qualche forma di accesso a Internet. Milioni di persone in Giappone, ad esempio, hanno acquistato i-mode, un servizio che consente loro di utilizzare i telefoni cellulari per inviare messaggi di testo, acquistare azioni e controllare i risultati sportivi. In tutto il mondo, le aziende stanno spendendo miliardi per costruire una nuova rete, solitamente indicata come terza generazione, o 3G, che dovrebbe portare pagine Web dettagliate a banda larga, musica e persino video sul tuo telefono cellulare.

Per quanto entusiasmanti per i consumatori, questi progressi hanno un prezzo, poiché attualmente non esiste un modo semplice per aggiornare i telefoni cellulari o le stazioni base che trasportano i loro segnali alla rete, senza cambiare hardware. Inoltre, l'industria wireless non può prevedere quali offerte saranno vincenti; le conseguenze di non riuscire a indovinare possono essere devastanti. L'anno scorso, gli operatori wireless europei hanno speso molto per offrire telefoni dotati di un formato noto come Wireless Access Protocol, solo per trovare il pubblico degli acquirenti impaziente con la loro bassa velocità di download. La domanda era debole.

Non c'è da meravigliarsi se le aziende wireless stanno cercando modi per rendere flessibili le loro reti, in modo da evitare costosi retrofit al variare della domanda. Una tecnologia sviluppata per la prima volta dai militari e ora perseguita da diversi leader tecnologici potrebbe essere la chiave. La tecnica è nota agli esperti come radio definita dal software o SDR. (Radio si riferisce qui non ad AM o FM, ma a qualsiasi apparecchiatura che comunica attraverso le onde radio su frequenze radio, come fanno i telefoni cellulari.) Il vantaggio offerto da questo nuovo approccio è che sposta il carico di lavoro delle unità wireless dai componenti dedicati al software che può essere riprogrammato per lavorare su uno standard diverso o aggiungere applicazioni. È completamente diverso dai telefoni cellulari e dalle stazioni base di oggi, in cui praticamente tutta l'elaborazione del segnale viene eseguita da circuiti elettronici progettati per fare una e una sola cosa.

La migrazione verso reti wireless adattabili grazie all'uso di software riprogrammabili è una delle tendenze più importanti della tecnologia odierna, afferma l'analista Craig Mathias di MobileInsights a Mountain View, CA. James Gunn, della società di consulenza Forward Concepts con sede a Dallas, definisce questa tendenza il prossimo passo rivoluzionario di cui ha bisogno la tecnologia wireless.

Il software flessibile potrebbe anche aiutare a risolvere un altro problema di base per l'intera impresa wireless: la scarsità di spettro (o larghezza di banda). Con l'esplosione della domanda di comunicazione wireless, vi è una conseguente carenza dei canali di frequenza necessari. La Federal Communications Commission ha recentemente concluso che le reti che utilizzano software riprogrammabili potrebbero alleviare tale carenza perché potrebbero cercare e utilizzare canali temporaneamente non occupati. Lo scorso dicembre, la FCC ha proposto regole per la licenza di apparecchiature e software al fine di accelerare l'adozione della tecnologia da parte degli Stati Uniti.

Più come un PC

I primi telefoni cellulari si basavano su dozzine di componenti hardware. Negli ultimi 15 anni sono stati aggiunti chip programmabili, ma la loro funzione è impostata immutabilmente in fase di produzione. Oggi, i chip dedicati e monouso svolgono la maggior parte del lavoro nei telefoni cellulari e nelle stazioni base; questi chip sono realizzati nel modo più semplice possibile per contenere i costi.

Dato il miscuglio di standard contrastanti e l'avvento irregolare della prossima generazione di wireless a banda larga, produttori come Motorola stanno iniziando a considerare i componenti dedicati come una responsabilità. Un produttore che indovina lo standard futuro si ritroverà con un sacco di spazzatura inutile nei suoi magazzini. Come afferma Ken Riordan, del settore delle comunicazioni personali di Motorola a Libertyville, Illinois, se affidi la tua soluzione all'hardware e sbagli, allora ti troverai in una situazione molto a rischio.

Quindi il software più generico che può essere riprogrammato sembra attraente. Nessuno capisce i compromessi meglio di Joseph Mitola III, un ingegnere radiofonico che molti addetti ai lavori percepiscono come l'innovatore centrale nel campo. All'inizio della vita, Mitola rimase affascinato dal codice del computer; ha imparato Fortran mentre frequentava il liceo a Providence, RI, negli anni '60. Quando è arrivato al college, la Northeastern University di Boston, dice che era uno dei pochi che sapeva programmare qualcosa. Mitola aveva anche armeggiato con le radio. La combinazione di entrambi gli interessi ha portato a una carriera creando progetti radio top-secret per i militari, comprese le prime radio definite dal software, che erano per uso militare ( vedere la barra laterale del seme militare ). In effetti, l'industria wireless commerciale ha appreso della tecnologia nei primi anni '90 principalmente attraverso i documenti e le conferenze di Mitola. I suoi capi militari li hanno autorizzati per il rilascio pubblico, immaginando che i militari potrebbero trarre vantaggio se il mondo commerciale spingesse ulteriormente la tecnologia e riducesse i costi.

Il problema che Mitola stava cercando di risolvere era simile alla situazione che si sarebbe verificata se dovessi inserire un nuovo circuito nel tuo PC ogni volta che volessi svolgere un'attività diversa, ad esempio passare dalla navigazione Web a un foglio di calcolo. Alla fine finirai lo spazio all'interno della scatola. Lo stesso vale per i telefoni cellulari. Se vuoi stipare altre quattro funzioni, significa che ogni dispositivo deve essere circa un quarto delle dimensioni di prima, afferma Mitola, ora presso l'ufficio di McLean, in Virginia, di MITRE, una società di consulenza di ricerca e sviluppo senza scopo di lucro. Ma, aggiunge, i chip non si stanno riducendo abbastanza rapidamente da renderlo possibile, dati i numerosi standard e funzioni richiesti dalla rivoluzione wireless.

Telefoni del futuro: ancora più intelligenti

I dispositivi wireless che si trasformano al volo attraverso diverse personalità sarebbero un vantaggio per i loro utenti. Ma allo stesso tempo creano problemi politici, come spesso fanno le nuove tecnologie che attraversano i confini. Storicamente, la FCC autorizza ogni apparecchiatura per un tipo di utilizzo e un canale specifico. In che modo le autorità di regolamentazione dovrebbero autorizzare i telefoni cellulari e le stazioni base che possono essere prontamente cambiati dopo che sono stati utilizzati? Quanto dovrebbero essere libere le terze parti per caricare nuovo software nel telefono? Come sarà possibile distinguere gli aggiornamenti legittimi della rete dai furfanti che cercano di sovvertirla?

La FCC ha deciso che le regole per coprire questi scenari non erano ancora necessarie. Ma ha anche concluso che dovrebbe facilitare l'evoluzione di questa tecnologia. Una delle ragioni principali è la mancanza di spettro sufficiente per i servizi wireless di terza generazione negli Stati Uniti al momento. Quindi le apparecchiature che fiutano e utilizzano strisce di spettro inutilizzate potrebbero alleviare ciò che la FCC chiama la siccità dello spettro negli Stati Uniti.

Per fare ciò, tuttavia, sarà necessario che sia le stazioni base che i telefoni diventino superintelligenti, un salto in quella che Joe Mitola chiama radio cognitiva. Un dispositivo cognitivo non solo scansiona il suo ambiente spettrale; avrà anche memoria incorporata, mappe e capacità di posizionamento. Questi gli consentiranno di reagire in modo intelligente al suo ambiente.

Negli ultimi due anni, Mitola ha costruito una rozza versione civile di una radio cognitiva come progetto di dottorato per il Royal Institute of Technology svedese. Quando questo dispositivo è all'aperto, si configura per utilizzare il protocollo di telefonia cellulare prevalente; se trasportato all'interno, passa al formato della rete locale dell'edificio. Mitola spiega che una versione più avanzata potrebbe sapere che la persona che lo trasporta è in difficoltà e inviare un segnale di soccorso sulla frequenza di emergenza locale per fornire ai soccorritori la sua posizione.

Ma i telefoni cellulari che si riorientano su un nuovo canale per un uso temporaneo dovrebbero ottenere il permesso di affittare quello spettro per un certo periodo di tempo dal licenziatario ufficiale. In un articolo che prefigurava la sua tesi di dottorato, Mitola propose un sistema di pagamento che avrebbe impiegato i protocolli di segnale. Usando un tale sistema, il tuo palmare intelligente scansiona lo spettro per trovare un canale che non era in uso al momento; ad esempio, potrebbe trovarne uno che i vigili del fuoco locali avevano la licenza per l'uso ma offrivano in affitto. La tua radio farebbe un'offerta per affittare il canale. Le radio dei vigili del fuoco, ricevendo l'offerta, potrebbero essere d'accordo o attendere altre offerte. Ma nell'istante in cui suonavano le campane della stazione e i vigili del fuoco avevano bisogno del loro canale, le loro radio avrebbero sbalzato l'affittuario. Mitola ritiene che il proprietario del canale potrebbe riprendere il controllo in 25 millisecondi, un ritardo che sarebbe impercettibile per gli oratori umani. Il tuo telefono cellulare cognitivo si spegne, fa i conti e paga una bolletta per il tempo utilizzato, quindi avvia la scansione per un altro canale aperto.

La FCC, nel sostenere questa visione, ha unito le forze con un improbabile alleato: George Gilder, sedicente veggente del telecosmo e critico della FCC per aver trattenuto l'innovazione. Per anni, Gilder ha previsto che l'intelligenza crescerà ai margini della rete di telecomunicazioni wireless con il risultato che i canali diventeranno fluidi. I dispositivi e le reti wireless che utilizzano software flessibile, afferma, trasformeranno l'intero mondo delle comunicazioni wireless, così come i personal computer hanno trasformato le reti cablate.

Le aree di spettro più desiderabili dal punto di vista commerciale sono spesso indicate come proprietà privilegiate sulla spiaggia. Ma Gilder vuole che le persone smettano di pensare allo spettro come a una sorta di analogo etereo della terra fisica. Le radio intelligenti non suggeriscono una spiaggia, ma le onde infinite dell'oceano stesso. Non puoi affittare onde elettromagnetiche più di quanto non puoi affittare onde oceaniche.

Rendere quell'oceano disponibile a miliardi di persone potrebbe essere un impatto delle reti wireless flessibili basate su software. Ma anche prima di raggiungere questo nirvana dell'abbondanza dello spettro, la tecnologia potrebbe rendere le reti wireless più convenienti e a prova di futuro, e continuare la rivoluzione wireless.

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