L'APPROFONDIMENTO

5G (e non solo): in Italia il primo laboratorio per le reti radio ad alta frequenza

Al Politecnico di Milano l’High Frequency Campus Lab (HfcLab). Si punta a testare a livello di sistema come le nuove componenti possano cambiare l’architettura e la progettazione delle infrastrutture. Si parte dalle soluzioni open source per Ran e core network che oggi rappresentano una delle componenti più promettenti per lo sviluppo della ricerca in ambito wireless

Pubblicato il 17 Apr 2023

Antonio Capone

docente di Telecomunicazioni,Osservatorio 5G Politecnico di Milano

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ll Politecnico di Milano ha appena lanciato l’iniziativa High Frequency Campus Lab (HfcLab) con l’obiettivo di creare una piattaforma sperimentale aperta negli spazi aperti all’interno del campus Leonardo dell’ateneo dedicata alle reti di accesso radio ad alte frequenze, come le frequenze ad onde millimetriche licenziate per il 5G.

La finalità è creare un ambiente di fertilizzazione mutua tra ricercatori provenienti dal mondo accademico e industriale, nonché un piattaforma di sperimentazione anche dedicata alla crescita di competenze e alla didattica, volta ad attrarre studenti interessati alle telecomunicazioni.

Tecnologie ad alta frequenza direzione obbligata

Le tecnologie di accesso ad alta frequenza rappresentano una direzione obbligata di sviluppo delle reti radio a seguito della saturazione dello spettro a frequenze più basse e delle crescenti necessità di banda delle applicazioni. Su questo campo si è molto investito in ricerca in questi anni e l’Italia ha confermato livelli di eccellenza internazionale frutto di una lunga tradizione sia accademica che del tessuto industriale. Tuttavia, le oggettive difficoltà di implementazione in campo della tecnologia dovute alla propagazione difficoltosa delle onde elettromagnetiche ad alta frequenza richiedono uno sforzo rinnovato che si basi su esperienze in campo e visioni che dal singolo componente si estendano all’intero sistema.

Tutti i partner e i progetti in campo

HfcLab ha il patrocinio istituzionale del Ministero delle Imprese e del Made in Italy (Mimit) e la collaborazione della Fondazione Ugo Bordoni (Fub) e dell’Agenzia Regionale per la Protezione dell’Ambiente (Arpa) Lombardia.

Il primo nucleo della piattaforma operativa del laboratorio è stato costituito grazie ai membri fondatori del laboratorio che sono Athonet, Fastweb, e Huawei, oltre ovviamente ai gruppi di ricerca della sezione Telecomunicazioni del Politecnico di Milano. La rete al momento è basata su una architettura di rete segregata simile alle Non-Public Networks (Npn) costituita da una Radio Access Network (Ran) formata da antenne, unità radio e unità di banda base di Huawei, una 5G core network su piattaforma hardware generale di Athonet e sull’uso delle frequenze nella banda a 26 GHz di Fastweb. La parte applicativa e di strumenti di misura è gestita dal Politecnico di Milano.

Il laboratorio è aperto al contributo di nuovi membri che sulla base di un Regolamento di gestione emanato dal Politecnico di Milano possono partecipare contribuendo a far crescere la piattaforma tecnologica e le applicazioni che vengono testate. Nel laboratorio possono essere svolte sia attività generali di interesse di tutti i membri sia attività specifiche relative a contratti di ricerca tra le aziende coinvolte e il Politecnico di Milano.

HfcLab collabora anche con l’Osservatorio 5G & Beyond del Politecnico di Milano per consentire una più ampia condivisione delle opportunità offerte dalle tecnologie di accesso ad alta frequenza e per sviluppare progetti congiunti di condivisione di esperienze.  Il laboratorio è anche parte del Partenariato Esteso sulle “Telecomunicazioni del Futuro” gestito dalla Fondazione Restart e finanziato dal Pnrr all’interno dello Spoke ospitato dal Politecnico di Milano.

Soluzioni open source per Ran e core network

Una delle direzioni di sviluppo del laboratorio è quella delle soluzioni open source per Ran e core network che oggi rappresentano una delle componenti più promettenti per lo sviluppo della ricerca in ambito wireless. Grazie a una serie di collaborazioni internazionali, i ricercatori del Politecnico stanno sviluppando delle architetture complete di rete basate su soluzioni Open Source che consentono di sperimentare nuove modalità operative e di controllo in un’ottica di evoluzione di come le diverse funzioni della rete sono svolte tra le componenti hardware e software del sistema.

Gli scenari applicativi: dall’Fwa al V2x

Un’altra direzione di sviluppo su cui si è già iniziato a lavorare è quella della esplorazione incrementalmente di diversi scenari applicativi, da quelli già abbastanza maturi come il Fixed Wireless Access (Fwa), a quelli più di interesse per applicazioni industriali come l’accesso mobile in scenari di copertura estesa o dedicata, e fino a quelli più avanzati come le applicazioni di connettività veicolare e smart road (detti V2x), per le quali verrà dedicato un settore dell’infrastruttura e si stanno progettando estensioni del lab fuori dal campus.

Infine, una delle direzioni più sfidati riguarda i cosiddetti ambienti di propagazione intelligenti (Smart Propagation Environment) che comprendono componenti innovative in grado di estendere l’architettura di rete con collegamenti radio in cascata (Integrated Access and Backhaul – Iab), di ripetere e amplificare il segnale modificandone le caratteristiche elettromagnetiche (Network Controlled Repeater – Ncr), di riflettere in modo controllato il segnale modificando le proprietà dell’onda elettromagnetica riflessa (Reconfigurable Intellingent Surface – Ris), e persino di cambiare le proprietà elettromagnetiche degli ostacoli in tipici ambienti urbani come gli edifici (Smart Skins).

L’evoluzione della progettazione delle reti

Una delle sfide che il laboratorio intende raccogliere è quella di caratterizzare a livello di sistema come queste nuove componenti possano cambiare l’architettura e la progettazione delle reti e come sia possibile rendere non solo la rete ma anche l’ambiente di propagazione controllabile e programmabile da remoto secondo logiche specifiche definite da più operatori.

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