Un telefono cellulare (formalmente apparecchio radiomobile; anche detto telefonino, cellulare o, in Svizzera, natel) è un terminale ricetrasmittente per comunicazioni radiotelefoniche su una rete cellulare. Nei primi decenni del terzo millennio l'offerta di cellulari si amplia significativamente, tanto da coniare termini specifici per descrivere in modo più puntuale i prodotti, come appunto: telefono cellulare basico e smartphone (quest'ultimo generalmente viene classificato in alta, medio o bassa gamma).
Storia
L'invenzione e i primi modelli Nel 1957, l'ingegnere sovietico Leonid Ivanovič Kuprijanovič brevettò un "dispositivo per la chiamata e la commutazione dei canali di comunicazione radiotelefonica" noto come Radiotelefon LK-1. L'apparecchio era dotato di un proprio numero ed era in grado di collegarsi alla rete telefonica via radio attraverso un sistema di stazioni radiofoniche automatiche ATR situate nel raggio di 20–30 km. Nonostante un interesse iniziale da parte del governo e dall'opinione pubblica sovietica, il progetto di Kuprijanovič fu in seguito abbandonato a causa dei costi proibitivi per l'installazione delle ATR. Il primo telefono cellulare commerciale fu inventato da Martin Cooper, direttore della sezione Ricerca e sviluppo della Motorola, che fece la sua prima telefonata da un cellulare il 3 aprile 1973. Dopo 10 anni la Motorola decise di produrre un modello dal costo di 4.000 dollari, il Motorola DynaTAC.
Dalla sua comparsa, il telefono cellulare ha usato diversi sistemi di funzionamento principali (e alcuni "intermedi"), denominati "generazioni", basati su differenti tecnologie e norma tecnica di comunicazione, dai sistemi analogici degli anni settanta/novanta (160/450/900 MHz) a quelli digitali basati su GSM, GPRS, UMTS/EDGE e VSF-Spread OFDM (rispettivamente terza e quarta generazione ossia 3G e 4G).
Mentre il passaggio dal segnale analogico a quello digitale ha permesso d'implementare oltre alla sola chiamata vocale l'uso dei messaggi di testo SMS, registrazione e visualizzazione foto e filmati, con il GPRS si è consentito l'utilizzo del telefono cellulare anche per inviare foto e filmati digitali, streaming audio e video (generalmente solo con l'EDGE, l'ultima evoluzione del 2G), navigare in Internet (nello speciale protocollo Wireless Application Protocol (WAP) oltre al tradizionale HTTP) e spedire e-mail, mentre con l'UMTS (terza generazione) si sono aperte le porte alle videotelefonate (successivamente venne integrata la possibilità anche ai dispositivi 2G). Con l'avanzamento della tecnologia digitale, comparvero i primi tivufonini per visionare il segnale TV tramite alcune emittenti televisive dedicate, ma ebbero scarso successo Il 2011 sarà l'anno della morte della Tv sul cellulare, soppiantati dai più polifunzionali smartphone.
Evoluzione tecnica e tecnologica
L'evoluzione dei segnali radio venne affiancata da un'evoluzione tecnologica più evidente, passando dagli schermi LCD monocromatici ai primi schermi a colori, ora con tecnologia a LED e alla funzionalità schermo tattile. La grafica sempre più definita e l'impiego di menu sempre più complessi fino all'uso delle icone, ha reso nel tempo i telefoni cellulari sempre più simili a un personal computer. Accessori come fotocamere integrate (uno dei primi esempi fu il J-SH04) in grado di fotografare con ottime risoluzioni, riprendere piccoli video e, a seconda del modello e della quantità di memoria disponibile, hanno consentito la possibilità di registrare veri e propri filmati digitali, visionare foto e video sempre più dettagliati, navigare in Internet con prestazioni sempre più simili a quelle offerte da un PC.
Le suonerie, grazie a micro-casse acustiche e a componenti audio sempre più sofisticati incorporati nel telefono, da monofoniche sono divenute polifoniche e poi stereo per arrivare all'audio virtual 3D, diventando degli apparati multimediali in grado di far ascoltare stazioni radio, compilation di MP3, effettuare registrazioni ambientali, memorizzare l'audio delle conversazioni telefoniche e il tutto con qualità audio di alto livello.
I software dei cellulari di ultima generazione sono veri e propri Sistemi Operativi in grado di gestire i più svariati applicativi come browser per navigare in Internet, programmi di video scrittura e posta elettronica, giochi e suonerie scaricabili dalla rete, ecc. I più recenti ed evoluti cellulari chiamati smartphone, offrono anche la possibilità di installare programmi complessi come per il foto-ritocco, per il controllo del computer, per la protezione crittografica della conversazione (crypto phone) o altri innumerevoli applicativi.
Ultimamente, grazie ad accordi presi tra i produttori di cellulari e i gestori delle mappe globali GPS, si possono utilizzare i telefoni cellulari (con antenna GPS interna o esterna) come navigatori satellitari e questi, grazie all'alta efficienza di alcuni modelli, possono rappresentare una vera e propria sfida rispetto alle società specializzate nella costruzione di soli navigatori. Sono aumentate anche le porte e i metodi di connessione verso altri sistemi come ad esempio la trasmissione dati a infrarosso (IR), il Bluetooth e il wi-fi, la connessione tramite porta USB, la possibilità di collegare cuffie, auricolari, microfoni e apparati vivavoce per auto o volendo, un vero e proprio impianto HiFi.
Alcuni modelli inoltre possono alloggiare schede di memoria aggiuntive Secure Digital (SD) per aumentare la memoria o perfino alloggiare e gestire 2 schede telefoniche SIM contemporaneamente quindi con due differenti numerazioni telefoniche sullo stesso telefono.
Infine un accenno anche al telefono satellitare che, tramite la connessione satellitare, permette di telefonare praticamente da qualsiasi parte del globo. Nati per sopperire all'esigenza di chiamare anche da zone non coperte dalle cellule telefoniche, sono telefoni che garantiscono un funzionamento anche in ambienti estremi cioè molto caldi, molto freddi o molto umidi. Utilizzano materiali resistenti ma leggeri, impiegano batterie con autonomie maggiorate e sono corredati di numerosi gadget utili ai più svariati scopi e imprevisti.
La diffusione e gli smartphone
Nei primi anni questi dispositivi erano particolarmente costosi, basti pensare come il Motorola 8900x costasse quasi 4.000 dollari negli anni '80, mentre attualmente la sua replica non fedele al 100% del 2005 costava meno di 250 dollari, per questo la loro diffusione era limitata alle persone più ricche, mentre dalla seconda metà degli anni novanta con le nuove tecnologie e prezzi contenuti il cellulare smise di essere uno status symbol: la sua successiva estrema diffusione ha provocato la spontanea insorgenza di una sorta di galateo dedicato.
Dal XXI secolo in poi la moda ha influenzato notevolmente anche questo settore infatti, sul mercato, si trovano telefoni cellulari di qualsiasi dimensione, forma e design; sono stati impiegati innumerevoli materiali differenti arrivando alla produzione di vere e proprie opere uniche più simili a gioielli di altissimo valore. Esistono cellulari per impieghi speciali con segnali cifrati e con sistemi che impediscono l'intercettazione del traffico telefonico, modelli praticamente impermeabili e ad altissima resistenza.
Descrizione Il cellulare si collega alla rete telefonica fissa e alla rete dati tramite centrali di smistamento presenti nel core cablato della rete cellulare, a loro volta collegate a stazioni radio base (BTS, Base Transceiver Station), molto spesso dotate di tre o più celle radio, ciascuna capace di diverse connessioni con gli apparecchi mobili nella rispettiva area di copertura e secondo le frequenze supportate.
Il telefono cellulare consente dunque di avere disponibile un collegamento telefonico quando si trovi nel raggio di copertura di una cella radio di una stazione radio base cui agganciarsi, e quando non schermato da ambienti, ostacoli fisici o manufatti limitanti la diffusione/propagazione delle onde elettromagnetiche (ad es. edifici/strutture metalliche).
La disponibilità di servizio ovvero la presenza di copertura cellulare, nonché la potenza del segnale, è indicata dai ben noti livelli di campo e dipende dunque dalle condizioni di radiopropagazione del segnale radio. Il limite di distanza nella copertura dipende dalle specifiche tecniche correlate alla tecnologia GSM, variabile da poche centinaia di metri fino a 35 km, e dalla tipologia del terreno/ambiente su cui si svolge la comunicazione. A partire dall'inizio del 2000 l'evoluzione dei telefoni cellulari si è indirizzata sempre più verso forme evolute e intelligenti come gli smartphone di pari passo con l'evoluzione degli standard di telefonia cellulare e della miniaturizzazione ed aumento prestazionale dei componenti elettronici di supporto (memoria e processori).
L'avvento e la diffusione delle reti radiomobili e dei telefoni cellulari hanno rappresentato una vera e propria rivoluzione tecnologica e sociologica dagli inizi degli anni novanta (assieme ad altre invenzioni quali internet e il GPS) nonché uno dei motori dello sviluppo economico mondiale nell'ambito delle tecnologie dell'informazione e della comunicazione (TIC).
Il funzionamento del primo telefono cellulare portatile è stato dimostrato da John F. Mitchell e il dottor Martin Cooper di Motorola nel 1973, con un portatile del peso di circa 4,4 libbre (2 kg). Nel 1983, il DynaTAC 8000x è stato il primo ad essere disponibile in commercio. Dal 1983 al 2014, il numero di abbonamenti di telefonia mobile in tutto il mondo è cresciuto ad oltre 7 miliardi, fino a raggiungere la base della piramide economica. Nel 2014, i produttori di telefoni cellulari top erano Samsung, Nokia, Apple e LG.
Funzionalità di supporto Un telefono cellulare, oltre alle funzioni di ricetrasmissione, deve presentare anche le seguenti funzionalità:
potersi sincronizzare e agganciare sia alla frequenza della cella di appartenenza sia (caso GSM) temporalmente con il time-slot o trama dedicata all'utente all'interno della banda della cella durante il radiocollegamento. Tipicamente a livello logico tale procedura è attuata dopo la misurazione dei livelli di potenza del segnale inviato dalle varie stazioni radiobase di celle limitrofe e la scelta di quella a potenza maggiore per massimizzazione del rapporto segnale/rumore ovvero dunque della qualità della trasmissione. Dal punto di vista elettronico-circuitale tale funzionalità di sincronizzazione e aggancio è realizzata con l'ausilio di circuiti PLL. segnalare periodicamente alla stazione radiobase della cella di appartenenza la sua presenza attraverso il codice identificativo (dell'utente, del cellulare, della scheda SIM) per consentire il roaming, ovvero essere rintracciato all'interno della stessa rete di un operatore o da parte di reti cellulari di altri operatori. Tipicamente questa funzionalità si realizza direttamente all'atto di aggancio alla cella radio che manterrà dunque in memoria le informazioni su tutti i terminali connessi. Tali informazioni d'utente finiscono poi memorizzate dinamicamente in un database a disposizione dell'intera rete. adattare il livello di potenza emesso durante una trasmissione in funzione dell'effettiva distanza dalla stazione radiobase della rispettiva cella di copertura limitando così il contributo in interferenza sulle celle limitrofe co-canali e migliorando l'efficienza del consumo energetico oppure in funzione delle reali condizioni di radiopropagazione presenti. Questa funzionalità è resa possibile dalla misura costante del livello di potenza del segnale con la stazione radiobase. Ne consegue che il consumo di potenza (somma di contributo di trasmissione e contributo di pre-elaborazione) di un cellulare durante una trasmissione dipende dalla distanza dalla stazione radiobase all'interno della cella di copertura, ed è maggiore in trasmissione che in ricezione dove è necessaria solo l'energia necessaria per l'elaborazione.