IL MODELLO ITALIANO

5G sui “contesi” 6 GHz: al Politecnico di Milano primo test d’Europa

Attese entro fine novembre importanti decisioni da parte del RadioSpectrum Policy Group sulla gestione dello spettro a livello Ue. Fra le questioni tecniche sul tavolo la possibile interferenza con alcuni sistemi di comunicazione satellitare sulla stessa banda

21 Nov 2022

Antonio Capone

docente di Telecomunicazioni al Politecnico di Milano

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Poche settimane fa si è svolta nel campus Leonardo di Città Studi del Politecnico di Milano la prima sperimentazione europea di una cella 5G operante nella parte alta dello spettro a 6GHz, banda radio attualmente oggetto di discussione e di interesse a livello internazionale da parte di organismi regolatori oltre che dell’ecosistema di aziende produttrici di apparati e operatori di telecomunicazioni.

L’evoluzione verso il 5G Advanced e il 6G

La capacità dei sistemi radio di portare collegamenti stabili e ad alta velocità dipende in larga misura dalla disponibilità di porzioni sufficientemente grandi di spettro contiguo che è una risorsa pubblica regolata dai singoli Paesi oltre che da trattati internazionali. Lo spettro intorno alla frequenza dei 6GHz è una delle ultime porzioni di spettro relativamente bassa, e quindi con buone caratteristiche di copertura, disponibile per un utilizzo con sistemi di accesso radio. Una porzione di spettro fondamentale per supportare l’evoluzione del 5G (i.e. 5G-Advanced e 6G). Le altre libere sono frequenze molto più alte, le cosiddette “onde millimetriche”, e hanno caratteristiche di propagazione meno favorevoli.

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La roadmap dell’Europa e degli altri Paesi nel mondo

La banda a 6GHz va dai 5.925 GHz ai 7.125 GHz, ben 1.2 GHz di spettro che potrebbero aumentare in modo significativo le disponibilità per le reti radio. La porzione bassa che va da 5.925 GHz a 6.425 GHz è già stata assegnata a livello internazionale, Unione Europea inclusa, per applicazioni di comunicazioni locali a bassa potenza e non licenziate, quindi principalmente a WiFi. Sulla parte alta rimanente (da 6.425 a 7.125 MHz) le politiche sono differenti: mentre gli Stati Uniti e alcuni altri Paesi la hanno assegnata al WiFi come la porzione bassa già dal 2020, la gran parte dei Paesi nel mondo stanno considerando l’assegnazione a sistemi radiomobili 5G mediante licenze. Nell’Unione Europea ci si aspettano importanti decisioni a livello comunitario dall’Rspg (Radio Spectrum Policy Group) entro fine novembre, mentre la Decisione del Consiglio Europeo è attesa durante l’estate.

Le possibili interferenze con i sistemi satellitari

La prossima World Radio Conference 2023 rappresenta un appuntamento molto importante per il futuro della parte alta della banda 6GHz. Organizzata dall’agenzia dell’Onu che opera sugli accordi internazionali legati all’utilizzo dello spettro radio, la WRC-23 che si terrà a Dubai a dicembre 2023 dovrà deliberare, tra gli altri argomenti in agenda, circa l’utilizzo di questa porzione di spettro per il 5G.

Una delle questioni tecniche legate all’uso di queste frequenze riguarda la possibile interferenza con alcuni sistemi di comunicazione satellitare che operano in alcune porzioni della stessa banda. Le antenne per sistemi terrestri e satellitari puntano ovviamente in direzioni diverse e quindi, in linea di principio, non dovrebbero interferire. Tuttavia, le riflessioni sugli ostacoli possono deviare verso il satellite una parte della potenza. Capire quanta potenza viene deviata è fondamentale per stabilire la compatibilità e per farlo occorre costruire dei modelli di canale radio che tengano conto statisticamente delle caratteristiche di propagazione in ambienti complessi come quelli urbani pieni di ostacoli costituiti principalmente dagli edifici.

Il modello del Polimi

Il Politecnico di Milano e, in particolare, i colleghi Carlo Riva, Lorenzo Luini e Umberto Spagnolini sono stati tra i primi a sviluppare un modello che è stato presentato nei meeting preparatori al WRC23 e che la sperimentazione svolta nel campus ha contribuito a validare.

La sperimentazione è stata svolta con un apparato sperimentale (stazione radio base e terminale d’utente) messo a disposizione da Huawei e apparati di misura messi a disposizione da Rohde & Schwarz. La stazione base, dotata di antenna massive Mimo simile a quelle dei sistemi 5G commerciali, è stata installata sul tetto di un edificio del campus e attivata su 80 MHz di banda (la stessa larghezza usata per la banda media dei 5G commerciali). Pur con un sistema sperimentale, le prestazioni sono risultate buone e vicine ai limiti teorici del sistema (intorno a 1.2 Gb/s in downlink e 120 Mb/s in uplink) in un’area di copertura con una distanza massima di 600 m e caratteristiche di propagazione diretta e indiretta tipiche di un ambiente cittadino. Anche le prestazioni con il terminale in indoor sono state molto buone.

I risultati della sperimentazione

Sulla base dei risultati di questa sperimentazione possiamo dire che i sistemi 5G operanti nella parte alta dello spettro a 6GHz mostrano caratteristiche di copertura e prestazioni abbastanza simili a quelle dello spettro a 3.6 GHz attualmente usato dalle reti 5G commerciali e quindi potrebbero significativamente aumentare le possibilità di applicazione per reti degli operatori mobili. Inoltre, le analisi sui modelli di canale radio confermano un buon livello di compatibilità con i sistemi satellitari operanti sulla stessa banda.

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