L’affascinante mondo della Cognitive Radio e dell’Open Spectrum
Proviamo ad immaginare un mondo dove le frequenze radio non sono più assegnate dallo stato attraverso il Ministero delle Comunicazioni, ma sono una risorsa libera a tutti come una spiaggia o l’acqua di un fiume: forse è una proposta utopica, ma la forza delle grandi idee è proprio quella di andare oltre la realtà che le circonda. Questa idea ha già un nome e anche una lunga serie di sostenitori che la sostengono in vari stati in giro per il mondo.
Il nome è 'Open Spectrum' ovvero la proposta di aprire al pubblico dominio lo spettro di frequenze utilizzate per la trasmissione di onde elettromagnetiche, con poche garanzie di fondo. Questo, secondo i suoi sostenitori, sempre più numerosi, allargherebbe le potenzialità di comunicazione e di business di ogni cittadino dotando tutti di banda praticamente infinita. Il limite di questa tecnologia è legata agli attuali sistemi di trasmissione e ricezione che sono costruiti per lavorare su frequenze fisse o sintonizzabili in un preciso banda assegnata. Per l’Open Spectrum invece bisognerebbe utilizzare radio “intelligenti” che gestiscono in tempo reale lo spettro elettromagnetico e scelgono la migliore frequenza per trasmettere senza disturbare le altre emissioni.
Questa tecnologia, già disponibile per il mondo militare è una realtà oggi anche per i “civili” e si chiama Cognitive Radio. Queste radio “cognitive” trasmettono e ricevono su una frequenza esplorata e rilevata libera da altri segnali e pulita da interferenze localmente veicolando vari contenuti (audio, video, dati) in un unico segnale digitale distribuito su più frequenze sparse per lo spettro radio. Le cognitive radio permettono di creare reti capaci di scegliere all'istante le frequenze libere e utilizzarle senza dover rispettare una canalizzazione predeterminata. Ciò permette di superare l'attuale necessità di dare più frequenze a servizi simili o canalizzando lo spettro lasciarne parecchie vuote o poco utilizzate, consentendo un uso di tutto lo spettro di frequenze, e degli spazi di trasmissione teoricamente illimitati, per un ampio numero di canali.
Il primo prodotto commerciale “cognitive” è stato realizzato da una piccola società la Adapt4 che ha ricevuto dall’FCC (l’agenzia federale americana che regolamenta le telecomunicazioni) il primo permesso sperimentale per testare questa nuova tecnologia. La Adapt4 XG1™ Data Radio permette di trasferire fino a 180 kb/s di dati digitali sulla banda di frequenza di 217-220 Mhz che è stata scelta dall’FCC per questa sperimentazione. La XG1™ Data Radio analizza in tempo reale la situazione delle frequenze utilizzate nella banda e scelte le frequenze libere dove trasmettere. E’ interessante notare che vengono usate 40 frequenze per realizzare una modulazione Frequency Hopping e che una singola frequenza non viene ma occupata per più di 10 millisecondi (la durata di un burst digitale), utilizzando in maniera ottimale i 3 mhz dati della banda in concessione dall’Fcc. Questa tecnologia permette inoltre di non interferire in nessun modo con gli utilizzatori “normali” ed “analogici” delle frequenze allocate tra 217-220 Mhz. Gli utilizzatori ideali di queste radio sono civili (vigili del fuoco, protezione civile, mondo sanitario) o militari che hanno bisogno di un sistema di trasmissione digitale efficiente e soprattutto decisamente difficile da intercettare. La XG1™ Data Radio permette di trasferire dati, voci ed immagini e può essere configurata come una “ethernet” wireless permettendo così applicazioni Tcp-ip via radio come una rete wi-fi. Anche la potenza di trasmissione viene gestita in maniera dinamica a seconda delle qualità del canale radio e dei parametri che ogni terminale “cognitive” riceve dalle altre unità attive. Insomma un vero e proprio sistema “intelligente” che gestisce lo spetto radio nel modo più efficiente facendo rapidamente dimenticare concetti come “il canale” o “disturbi isofrequenza”. L’utilizzo di questa tecnologia può permettere una migliore gestione dello spettro delle frequenze, che vale la pena ricordare non è infinito, e che soprattutto secondo una calcolo dell’FCC è realmente occupato al 30% delle possibilità.
Secondo un analisi americana le frequenze assegnate soprattutto ai servici civili (ambulanze, servizi di sicurezza, etc) hanno un tasso di utilizzo temporale (cioè il periodo in cui la frequenza è libera e non utilizzata) inferiore al 50% e quindi l’utilizzo di radio cognitive permetterebbe di avere più utenti e più servizi utilizzando le stesse frequenze. La tecnologia Cognitive Radio si basa su un algoritmo denominato ASAP (Automatic Spectrum Adaptation Protocol) che permette ad ogni singolo terminale di configurare ogni sua parametro in modo automatico in base allo stato delle frequenze dello spettro radio. Questo è possibile grazie ad un uso avanzato di un radio SDR (Software Defined Radio) che è costruita quindi con un front-end RF connesso all’antenna e un complesso sistema DSP che gestisce la modulazione e l’analisi della banda di frequenza. Con l’aumentare della potenza di calcolo dei processori e con la miniaturizzazione dei componenti (pensiamo a quando è grande oggi un terminale Utms) sarà sempre più facile realizzare radio “cognitive” e il sogno dell’Open Spectrum potrebbe diventare realtà. Per noi radioamatori questo significherebbe un cambiamento storico, che potrebbe iniziare ad avvenire nelle bande “alte” (1.2 Ghz e oltre) a noi assegnate dove potrebbero essere costruire vere e proprie reti digitali che attraverso il software si auto-gestiscono frequenze e potenze. Per maggior informazioni sul mondo delle Cognitive Radio si può visitare il sito dell’ Adapt4 all’indirizzo http://www.adapt4.com o i documenti di un interessante convegno realizzato dall’FCC sul futuro di questa tecnologia http://www.fcc.gov/oet/cognitiveradio/.