Onde e microonde, lo spettro del 5G - CorCom

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Onde e microonde, lo spettro del 5G

In alternativa alle fibre ottiche, la tecnica Gfast con i doppini in rame e la trasmissione radio. La rubrica di Maurizio Dècina

08 Apr 2016

Maurizio Decina, Emeritus Professor, Politecnico di Milano

Il vincolo della topologia delle reti radiomobili 3g/4g a marco-celle è un impegno pesante per la copertura flessibile di ambienti dedicati (stadi, centri commerciali, piazze) e soprattutto per la copertura degli ambienti in-door, case e uffici, ove si realizza più del 60% delle comunicazioni in mobilità. La topologia delle reti di accesso radio (Ran) del futuro è basata sull’impiego di un mix di macro, micro e pico/femto celle. Le micro-celle (dette anche “small cells” o “metro cells”) sono basate sulla disponibilità di collegamenti ad elevata velocità (tipicamente fibre ottiche) per realizzare lo scenario, detto Cloud Ran (C-Ran), che si colloca in una fase matura dell’Lte nella transizione verso i sistemi 5g. Rispetto alla topologia a macro-celle, il numero di “celle” può arrivare a due ordini di grandezza in più.

L’innovazione tecnologica è quella che anni fa si chiamava “radio over fiber” e che oggi prende il nome dello standard: Cpri (Common Public Radio Interface). Secondo questo principio (vedi Figura, scenario full centralization) nelle Bts (Base Transceiver Station) si mettono le antenne e la parte radio di ricezione dei segnali. Lo spettro radio è quindi campionato e trasmesso lungo le fibre ottiche verso unità centralizzate che servono molte Bts e processano i segnali radio ricevuti in modo dinamico e adattativo (Software Defined Radio).

In questo scenario si possono servire reti radio di accesso del tutto eterogenee (Gsm, Lte, Wifi) e consentire che il costo delle Bts che realizzano le micro-celle sia molto contenuto. C-Ran promette costi minori per gli operatori e migliore copertura/throughput per i clienti. In questo contesto, il collegamento tra Rru (Remote Radio Unit) e Bbu (Base Band Unit) prende anche il nome di “fronthauling”.

Le tecniche Wdm (Wavelength Division Multiplexing) consentono la trasmissione su una singola fibra con capacità dell’ordine di centinaia di Gbit/s ed oltre: ad esempio, con 10 colori bidirezionali, ciascuno a 40 Gbit/s, si hanno 400 Gbit/s. Questa enorme capacità di accesso si deve necessariamente dividere, tramite filtri ottici e dispositivi Wdm, su centinaia di rami ottici di accesso che alimentano le Bts di tecnologia radio 4g/5g. Nokia e Huawei stanno sperimentando questa soluzione.

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In alternativa alle fibre ottiche, si possono impiegare due altre tecniche di fronthauling su brevi e medie distanze: la tecnica Gfast tramite doppini in rame fino a 100 metri e la tecnica di trasmissione radio ad onde millimetriche a frequenze fino a 90 GHz, per distanze fino a 10 km. Bt sta sperimentando Gfast e xGfast per il fronthauling di piccole celle 4g/5g tramite doppini in rame, mentre Nec sta sperimentando la trasmissione radio in banda E, tra 71 e 86 GHz, fino a 5 km di distanza per realizzare il front/backhauling di piccole celle. Ambedue le sperimentazioni ambiscono a raggiungere i 10Gbit/s con bassa latenza dei segnali, anche se con xGfast si sono raggiunti sperimentalmente i 10Gbit/s su distanze molto brevi, intorno ai 30 metri, utilizzando due doppini di rame.

Lo spettro radio tradizionalmente usato per le trasmissioni terrestri fino a 6 GHz, presenta grande scarsità di banda e pertanto per i sistemi 5g vanno sfruttate le porzioni di spettro superiori, in quanto per raggiungere elevate velocità di download servono enormi porzioni di spettro (nel sistema Lte Advanced si ottiene 1 Gbit/s con 80 MHz di spettro dedicato). Pertanto per i sistemi 5g si prospetta l’uso dello spettro, sia a microonde, da 6 a 43 GHz (tipicamente a 28 GHz) con canali da 56-112 MHz, sia a onde millimetriche, da 57 a 95 GHz nelle bande V ed E, con canali a larga banda da 250 MHz fino a 5 GHz. 

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