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LO SPETTRO DI
FREQUENZE 5G

Reply Practice - 5G

LA PIÙ GRANDE GAMMA DI FREQUENZE MAI RAGGIUNTA PRIMA

Negli ultimi anni, è stata registrata una crescita d’interesse verso i media interattivi, come i contenuti video e l’esperienza immersiva, sia sotto forma di realtà virtuale (Virtual Reality, VR) che di realtà aumentata (Augmented Reality, AR). L'utilizzo crescente di queste tecnologie porterà ad affrontare grandi sfide e le comunicazioni mobili dovranno garantire un’elevata affidabilità, poichè gli utenti richiederanno grandi quantità di dati, per ottenere, allo stesso tempo, un’ingente quantità di informazioni.

Tali richieste non influiscono solo sulla capacità delle interfacce radio, ma impongono anche un re-design dell’architettura della rete di trasporto e dei sistemi cloud, per formare una topologia più distribuita che si estende come capacità di archiviazione e calcolo dalla Core Network fino all’interfaccia radio.

Il 5G svolgerà un ruolo determinante nel garantire uno standard di connettività uguale per tutti su un numero elevato di dispositivi con caratteristiche molto diverse tra loro, la maggior parte dei quali non hanno bisogno di una connessione ad alte prestazioni in termini di throughput e bassa latenza, ma richiedono una copertura deep indoor e un basso consumo di energia.

I sistemi radio mobili delle generazioni precedenti non sono riusciti a garantire le funzionalità IoT richieste. Questo fattore rappresenta, quindi, un'opportunità di crescita economica spinta proprio dallo sviluppo del 5G.

In questo scenario, la tecnologia 5G promette di combinare e gestire a livello tecnico da un lato un numero molto elevato di dispositivi che richiedono risorse e prestazioni ridotte, dall’altro l’Ultra Broadband.

IL RUOLO DELLE DIVERSE BANDE DI FREQUENZA: CASI D’USO E APPLICAZIONI

Lo spettro di frequenza nella banda più bassa viene attualmente utilizzato per i servizi 2G, 3G, 4G, per servizi voce, MBB e Internet of Things (IoT). Lo spettro allocato più di recente per le reti mobili include le bande da 600 MHz a 700 MHz. Queste bande sono ideali per la copertura di vaste aree geografiche, come quelle suburbane e rurali, nonché per la copertura deep indoor, che è necessaria, sia per i servizi eMBB e voce, ma anche e soprattutto per la comunicazione di tipo M2M tra celle esterne e dispositivi all’interno degli edifici, fino a raggiungere piani interrati e cantine.

Lo spettro di frequenza nella banda intermedia è anch’esso in parte usato per i servizi 2G, 3G e 4G. È stato allocato un nuovo spettro nella banda da 3.5 GHz, in vista del fatto che una maggiore quantità di banda sarà resa disponibile nelle porzioni da 1.5 GHz (banda L) e 5 GHz (senza licenza). Le larghezze di banda allocata da 50 MHz a 100 MHz per ciascun operatore consentiranno di avere reti ad alta capacità e bassa latenza, ideali per i casi d’uso come l’enhanced MBB (eMBB), l’Ultra Reliable Low Latency Communications (URLLC) e applicazioni Critical IoT. Lo spettro di frequenze nella banda intermedia è un ottimo compromesso tra copertura, qualità, throughput, capacità e latenza. La sua combinazione con lo spettro di banda bassa porta a eccezionali miglioramenti della rete in termini di capacità ed efficienza.

Lo spettro di banda ad alta frequenza fornisce, chiaramente, il salto atteso in termini di velocità, capacità, qualità e bassa latenza dei dati, promesso dal 5G. Le nuove bande di spettro sono tipicamente nella gamma da 24 GHz a 50 GHz, con larghezze di banda contigue di più di 100 MHz per operatore. Lo spettro ad alta frequenza rappresenta un sato di qualità significativo per servizi con throughput molto elevato (xMBB), installazioni localizzate in punti specifici e casi d’uso a bassa latenza - per esempio Industrial IoT, sia indoor che outdoor. Anche l'accesso wireless fisso (FWA) trarrà vantaggio da queste porzioni di spettro a frequenze più elevate in termini di funzionalità. Poiché il raggio di copertura è molto limitato (meno di cento metri), è essenziale avere una copertura delle medie e basse frequenze anche nei punti in cui avvengono le installazioni di copertura dedicata con le onde millimetriche.

frequency range frequency range

Ogni banda ha caratteristiche distintive, il che significa che ci sono diverse opportunità per un fornitore di servizi di bilanciare produttività, copertura, qualità e latenza, nonché affidabilità ed efficienza spettrale. La disponibilità dello spettro, inoltre, varierà globalmente tra Paesi e regioni, sia in termini di bande, sia in termini di larghezza di banda e di tempistiche nel deployment effettivo della tecnologia sul campo.

Gli standard 5G includono anche l’End-to-End Network Slicing e il Mobile Edge Computing, fondamentali per soddisfare le esigenze dei settori verticali dell'industria. In particolare, il network slicing consentirà agli operatori di creare slice di sottoreti virtuali con funzionalità personalizzate per tipi specifici di utenti o per particolari requisiti di utilizzo. Lo slicing, tra le altre caratteristiche, include le scelte di banda e di canale. Per esempio, slice con latenza ultra-bassa e ad alta disponibilità rappresentano la soluzione ideale per l’industria manifatturiera, i veicoli connessi e la chirurgia da remoto. Al contrario, alle reti IoT con un gran numero di sensori e dispositivi, come le videocamere in streaming, possono essere assegnate slice su misura per una maggiore capacità in uplink in una particolare area geografica.

Alcuni settori verticali dipendono da capacità a latenza ultra-bassa, al contrario altri necessitano di velocità di download superveloci. In alcuni ambiti la connettività deve essere altamente localizzata (per esempio, celle di tipo small per stabilimenti industriali), mentre altri avranno bisogno di una connettività a livello nazionale (per esempio un’ampia macrorete per supportare i sensori delle aziende di servizi pubblici). Chiaramente, ciascuno di questi esempi necessita di risorse di spettro e caratteristiche di rete differenti.

Servizi a latenza ultra-bassa e servizi a banda larga ad alta velocità necessitano di bande di spettro differenti, poiché i loro requisiti di risorse radio sono incompatibili. Analogamente, servizi localizzati ad alta capacità sono più adatti a bande superiori a 1 GHz, mentre servizi a livello nazionale possono beneficiare di bande di copertura inferiori a 1 GHz. Gli operatori di telefonia mobile avranno l’opportunità di fornire un’ampia varietà dei servizi richiesta, comprese le reti private con spettro in affitto, necessarie a causa dei requisiti specifici dei mercati verticali.

Se prendiamo in considerazione il requisito di larghezza di banda e penetrazione, è possibile delineare una suddivisione approssimativa dei casi d’uso per ogni range dello spettro di frequenza.

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Casi d’uso di banda bassa: piccole quantità di dati devono essere scambiate da un grande numero di dispositivi distribuiti verso la rete e viceversa. La banda bassa è utile per coprire ampi spazi, come le aree rurali e penetrare in profondità all’interno degli edifici fino ai piani interrati. La bassa latenza può essere raggiunta anche in questa parte dello spettro con strategie di slicing ad hoc.

Casi d’uso di banda media: questa categoria di banda rappresenta il perfetto equilibrio tra larghezza di banda larga (da 500 Mbps a 1-2 Gbps) e copertura di alcune decine di metri per cella. Per i casi indoor, bisogna dedicare particolare attenzione alla ripetizione del segnale da outdoor a indoor. Un compromesso tra throughput e latenza può essere ottenuto grazie allo slicing.

Casi d’uso di banda alta: questa banda garantisce di supportare tutti i casi d’uso che richiedono una velocità di trasmissione dei dati molto elevata come nel mercato dei media e dell’intrattenimento. L’utente, in questo caso, deve essere molto vicino al punto di accesso (pochi metri). Solitamente, i casi applicativi sono quelli che richiedono massima velocità, ma è comunque possibile arrivare ad un compromesso tra il throughput e la latenza grazie allo slicing anche in questa gamma di frequenze.

NORMATIVE E SVILUPPI ATTESI

Le autorità nei singoli Paesi di tutto il mondo stanno sviluppando attivamente i loro programmi per l’allocazione dello spettro del 5G, e alcune di loro hanno completato le prime assegnazioni. Il focus principale è sulle nuove bande mobili che includono lo spettro nella gamma 3.5 GHz -cioè 3.3-3.8 GHz- che è già stato assegnato nella maggior parte dei paesi più avanzati. Tuttavia, si stanno prendendo in considerazione anche altre bande. Per esempio:

• Numerosi Paesi programmano di usare lo spettro nella gamma 4.5-5 GHz per il 5G, inclusi Cina e Giappone;
• Un numero crescente di Paesi sta esaminando la gamma 3.8-4.2 GHz e 5925/6425 – 7125 MHz;
• Vi è un interesse per l’assegnazione delle bande da 2.3 GHz e 2.5/2.6 GHz al 5G, sostituendo l’attuale tecnologia 4G.

Le velocità più elevate del 5G dipendono, in realtà, dall’identificazione di nuove bande nello spettro delle onde millimetriche superiori a 24 GHz. Queste sono state ampiamente concordate nella conferenza WRC-19, che sta valutando una gamma da 24.25 a 86 GHz. All’altro estremo dello spettro (basse frequenze), l’Europa ha dato la priorità alla banda da 700 MHz per la copertura diffusa su tutto il territorio del 5G e gli Stati Uniti hanno già autorizzato la banda da 600 MHz.

Le nuove bande del 5G rese disponibili dalle autorità influenzeranno anche il modo in cui le reti sono distribuite. Le prime bande sulle frequenze intermedie del 5G (per esempio 3.5 GHz) e le bande d’onda millimetriche (per esempio 26 GHz e 28 GHz) copriranno aree urbane e hotspot cittadini in cui è necessario ottenere una capacità aggiuntiva. Tuttavia, queste bande di frequenza possono anche adattarsi a coperture più vaste sul territorio, favorendo il fixed wireless access. Questo viene ottenuto usando tecniche di beamforming che permettono di “aumentare il raggio di cella” solo in specifiche direzioni. Grazie a questo potenziamento tecnologico, la banda 3.5 GHz può fornire la stessa copertura utilizzando gli stessi siti delle attuali bande mobili a 2.6 GHz e 1800 MHz che, attualmente, vengono utilizzate nella copertura del 4G.

STATO DI ASSEGNAZIONE DELLO SPETTRO DI FREQUENZA IN EUROPA

Gli spettri alle frequenze basse e intermedie sono i primi ad essere stati assegnati. La maggior parte dei Paesi europei ha già terminato il lavoro di assegnazione o ha intenzione di farlo entro la prima metà del 2020. La procedura di assegnazione delle bande più alte, invece, è ancora in corso per la maggior parte dei Paesi. Per quanto riguarda l’Italia, esso è il primo paese in cui tutte le gamme di spettro sono già state assegnate.

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