I 4 elementi abilitanti per lo sviluppo delle reti 5G

Secondo le linee guida ITU¹ le reti 5G “dovrebbero avere una velocità di picco di 20 Gb/s per il downlink e 10 Gb/s per l’uplink.

La latenza in una rete 5G potrebbe arrivare fino a 4 millisecondi in uno scenario mobile e può essere di 1 millisecondo negli scenari di comunicazione ultra affidabili a bassa latenza². Non solo le persone saranno collegate tra loro, ma anche macchine, automobili, infrastrutture cittadine, sicurezza pubblica e altro ancora”.

Certo la diffusione pervasiva delle reti 5G necessita di almeno quattro elementi perché possa divenire realtà.

Infrastrutture in fibra ottica

Contrariamente a quanto molti sono portati a credere, le tecnologie wireless non sono sempre un’alternativa alle tecnologie cablate³, ma possono costituirne il complemento. Ciò è vero a maggior ragione nel caso del 5G: le alte capacità di trasporto aggregate dalle celle 5G necessitano del raggiungimento in fibra ottica delle celle radiomobili perché tali volumi di traffico possano essere trasportati verso il resto della rete.Anzi, nelle reti radiomobili moderne, i dati viaggiano per la maggior parte su reti cablate, ricorrendo alle tecnologie wireless solamente per gli ultimi chilometri o centinaia di metri.

È dunque il cablaggio in fibra ottica delle celle radiomobili 5G a determinare le reali prestazioni della rete nel suo complesso e quindi il valore dell’esperienza utente.

I tempi e gli investimenti necessari per tale azione di cablaggio del territorio condizioneranno lo sviluppo delle reti wireless di nuova generazione.

Realizzazione delle microcelle

La copertura territoriale con le reti mobili è attualmente raggiunta prevalentemente attraverso Macrocelle, costituite da cluster di antenne montate su palo ed in grado di servire migliaia di utenti in un raggio di diversi chilometri.Il futuro della copertura territoriale è però costituito da celle più piccole: Femtocelle, Picocelle o Microcelle⁴. Più facili da installare, con potenze più basse e più economiche da manutenere, celle più piccole servono meno utenti.

Possono essere collegate al resto della rete (collegamenti di backhauling) attraverso il ricorso a collegamenti punto-punto wireless o, meglio, grazie alla fibra ottica.

Nelle aree rurali le celle più piccole possono essere utilizzate per estendere la copertura radiomobile operata dalle stazioni radio base tradizionali, mentre in aree densamente popolate possono estenderne la capacità in termini di numero di utenti e di prestazioni.

Disponibilità di spettro

Oltre alla disponibilità di collegamenti in fibra ottica fino alle celle ed al ridimensionamento dei raggi di copertura, il 5G deve poter contare sulla disponibilità di alte frequenze per poter operare. Le frequenze più alte, cui corrispondono lunghezze d’onda ridotte, necessitano però di operare in visibilità ottica (line-of-sight) tra device mobile e cella e comportano un minor raggio di copertura.

In Italia il Ministero dello sviluppo economico (MISE), con Decreto del Ministro firmato in data 5 ottobre 2018, ha approvato la revisione del Piano Nazionale di Ripartizione delle Frequenze secondo quanto previsto dalle disposizioni in materia di uso efficiente dello spettro e transizione alla tecnologia 5G. Il Piano Nazionale di Ripartizione delle Frequenze (PNRF) è stato pubblicato sul supplemento ordinario n. 49 alla Gazzetta Ufficiale del 19 ottobre 2018, n. 244⁵.

Il Piano Nazionale di Ripartizione delle Frequenze stabilisce, in ambito nazionale e per il tempo di pace, l’attribuzione ai diversi servizi delle bande di frequenze oggetto del piano (comprese tra 0 e 3.000 GHz), di indicare per ciascun servizio nell’ambito delle singole bande l’autorità governativa preposta alla gestione delle frequenze, nonché le principali utilizzazioni civili.

La radiodiffusione sonora FM⁶ utilizza le frequenze comprese tra gli 87,5 MHz ed i 108 MHz, il Bluetoooth⁷ utilizza le frequenze intorno ai 2,4 GHz, il Wi-Fi⁸ intorno ai 2,4 GHz ed i 5 GHz, la TV via satellite tra i 13 ed i 18 GHz. Già queste ultime frequenze necessitano di operare in visibilità ottica e la qualità del canale di comunicazione può essere negativamente influenzata da eventi atmosferici e fitto fogliame.

Per il 5G in Italia, saranno le frequenze tra i 694 MHz ed i 27,5 GHz ad essere protagoniste delle trasmissioni ad altissima capacità.

Portare il 5G all’interno degli edifici attraverso le reti cablate

Anche se le alte frequenze del 5G richiedono per la connettività una line-of-sight diretta (ossia che le antenne si vedano otticamente tra di loro), il wireless fisso consentirà la copertura cellulare all’interno degli edifici senza il ricorso a linee cablate.

Le antenne wireless fisse vengono installate in cima agli edifici per comunicare con piccole celle o torri dotate di Macrocella nelle vicinanze. Mentre queste antenne wireless fisse devono mantenere la linea di vista con le celle vicine, sono in grado di estendere la copertura cellulare all’interno degli edifici sottostanti.

Queste antenne possono essere collegate tramite fibra alle Picocelle o alle Femtocelle interne, che vengono utilizzate per trasmettere la copertura wireless agli utenti mobili all’interno. Il segnale wireless può anche essere convertito in Wi-Fi convenzionale con l’uso di apparati progettati ad hoc. La possibilità di convertire un segnale cellulare in Wi-Fi può consentire agli operatori wireless di competere con gli ISP⁹ tradizionali.

Già nel 2018 negli USA Verizon Communications, che fornisce accesso internet ai suoi utenti, ha implementato servizi wireless 5G fissi nelle città di Houston, Indianapolis, Los Angeles e Sacramento. Questi servizi costituiscono un’alternativa all’accesso a internet fornito tramite fibra, pur mantenendo velocità comparabili e comprese tra i 300 Mb/s e 1 Gb/s.

¹ L’Unione internazionale delle telecomunicazioni (ITU, International Telecommunication Union) è l’organizzazione internazionale che si occupa di definire gli standard nelle telecomunicazioni e nell’uso delle onde radio.
² La latenza è una misura della velocità di risposta di un sistema. Nelle telecomunicazioni, l’intervallo di tempo che intercorre fra il momento in cui viene inviato un input ad un sistema e il momento in cui è disponibile il relativo output.
³ Intendiamo per reti cablate quelle realizzate con mezzi fisici quali il rame o la fibra ottica.
⁴ https://www.digital4pro.com/en/2020/06/23/5g-from-macrocells-to-femtocells/
⁵ https://www.gazzettaufficiale.it/eli/gu/2018/10/19/244/so/49/sg/pdf 
⁶ https://en.wikipedia.org/wiki/FM_broadcasting 
⁷ https://en.wikipedia.org/wiki/Bluetooth 
⁸ https://en.wikipedia.org/wiki/Wi-Fi 
⁹ Internet Service Provider, ossia fornitore di servizi Internet, indica un soggetto dotato di autorizzazione generale per l’offerta al pubblico dell’accesso alla rete ed ai servizi di telecomunicazioni ex art. 25 D.L.vo 1 agosto 2003 n. 259 Codice delle comunicazioni elettroniche.

Bibliografia:

• https://www.mise.gov.it/index.php/it/comunicazioni
• 5G Technologies, Ajit Singh
• https://www.ngmn.org/
• https://www.itu.int/en/Pages/default.aspx