Canali Fisici e Logici nelle Reti Mobili: Differenze e Funzioni
Quando si analizza l’architettura delle reti mobili, è fondamentale comprendere come le informazioni vengano trasmesse tra il terminale dell’utente (UE) e la rete. Oggi approfondiamo la distinzione tra canali fisici e logici, due concetti chiave nel sistema di trasmissione dei dati wireless, con particolare riferimento alle reti LTE e 5G NR. Capire questa differenza permette di interpretare meglio il funzionamento dei protocolli e l’allocazione delle risorse radio.
Cos’è un Canale nella Comunicazione Mobile
Un canale, nel contesto delle reti mobili, rappresenta un percorso attraverso il quale l’informazione viaggia. Esistono diversi tipi di canali, ciascuno con una funzione specifica nel processo di trasmissione, codifica, multiplazione e modulazione. I canali si suddividono principalmente in tre categorie: canali logici, canali trasporti e canali fisici. In questo articolo ci concentriamo sui primi e gli ultimi, che rappresentano i due estremi del processo di comunicazione.
Canali Logici: Funzione e Tipologie
I canali logici operano al livello MAC (Medium Access Control) dello stack di protocollo. La loro funzione principale è classificare i dati da trasmettere in base alla tipologia del servizio (segnalazione o traffico utente) e alla priorità. Non contengono informazioni su come i dati siano trasmessi fisicamente sulla rete: si occupano solo del “cosa”.
Le principali categorie di canali logici includono:
- Canali di controllo (Control Channels): per la segnalazione tra UE e rete.
- Canali di traffico (Traffic Channels): per il trasporto dei dati utente.
Canali Fisici: Caratteristiche e Funzione
I canali fisici operano al livello fisico (PHY) e rappresentano l’effettiva implementazione su radiofrequenza dei dati. Si occupano della codifica, modulazione, multiplazione e trasmissione delle informazioni su un mezzo fisico (l’interfaccia radio). Ogni canale fisico è associato a risorse radio specifiche (come simboli OFDM, sottoportanti e slot temporali).
I canali fisici non distinguono tra dati utente o segnalazione: trasmettono ciò che ricevono dai livelli superiori, seguendo una struttura precisa in termini di frequenza e tempo. Esistono canali fisici per il downlink e per l’uplink.
| Direzione | Nome del Canale | Funzione |
|---|---|---|
| Downlink | PDSCH (Physical Downlink Shared Channel) | Trasmette dati utente e segnalazione condivisa |
| Downlink | PDCCH (Physical Downlink Control Channel) | Contiene informazioni di controllo per la decodifica del PDSCH |
| Downlink | PBCH (Physical Broadcast Channel) | Trasmette informazioni base per la sincronizzazione |
| Uplink | PUSCH (Physical Uplink Shared Channel) | Canale condiviso per dati utente e segnalazione |
| Uplink | PUCCH (Physical Uplink Control Channel) | Trasmette feedback come ACK/NACK e CQI |
Flusso dei Dati: Mappatura tra Canali
Per trasmettere un’informazione, questa passa da un canale logico a uno trasporto (non trattato qui) e infine a un canale fisico. La mappatura tra canali logici e fisici è prestabilita e definita nelle specifiche 3GPP. Ad esempio, il canale logico BCCH viene mappato sul canale fisico PBCH durante la fase di attivazione della cella.
Un esempio pratico: quando un terminale si accende, riceve le informazioni di sistema dalla rete attraverso il canale BCCH. Questo viene codificato e modulato sul PBCH e trasmesso su frequenze specifiche. L’UE sincronizza la propria ricezione e inizia il processo di accesso al sistema.
Principali Differenze tra Canali Fisici e Logici
La differenza principale tra canali fisici e logici è il livello di astrazione e la funzione specifica all’interno della catena di comunicazione.
- I canali logici sono orientati al contenuto e al tipo di dati trasmessi.
- I canali fisici sono orientati alla trasmissione radio vera e propria.
- I canali logici operano a livello MAC, mentre quelli fisici operano a livello PHY.
- I canali fisici si basano su risorse radio assegnate dinamicamente, mentre i canali logici sono gestiti in base alle necessità funzionali.
Interazione e Gerarchia nei Livelli dello Stack
Il corretto funzionamento della rete dipende da un’interazione ben definita tra i diversi livelli dello stack. I canali logici sono creati e gestiti dallo scheduler MAC, che decide cosa deve essere trasmesso. I dati passano attraverso i canali trasporto (che si occupano della frammentazione e del codifica canale) prima di essere assegnati a canali fisici.
Questo sistema a più livelli garantisce flessibilità, efficienza nell’utilizzo dello spettro e capacità di supportare diversi tipi di traffico, dalle chiamate vocali allo streaming video ad alta definizione.
Importanza nella Progettazione e Ottimizzazione della Rete
Capire le differenze tra canali fisici e logici è essenziale per chi progetta reti mobili, soprattutto nelle fasi di pianificazione delle risorse radio, ottimizzazione dell’utilizzo dello spettro e gestione della QoS (Quality of Service). Anche nella diagnostica delle prestazioni, l’analisi dei canali fisici permette di identificare problemi di interferenza, perdita di sincronizzazione o errori nella modulazione.
Conclusione
La separazione tra canali logici e fisici nelle reti mobili è un elemento strutturale fondamentale che garantisce modularità, efficienza e scalabilità. Ogni tipo di canale ha un ruolo preciso e contribuisce a rendere possibile una comunicazione wireless affidabile e performante.
Per approfondire un altro aspetto tecnico fondamentale, puoi leggere l’articolo dedicato alla gestione dinamica delle risorse radio tramite schedulazione MAC nelle reti LTE e 5G.