Spettro 5G
Sfondo
Il 5G è destinato a cambiare il quadro in modo significativo in termini di allocazione e utilizzo dello spettro e in questo articolo miriamo a fornire maggiore chiarezza in termini di numerose questioni relative alle licenze, alla standardizzazione/armonizzazione e all’uso dello spettro mentre ci dirigiamo verso l’era del 5G.
Lo spettro è molto ricercato, soprattutto perché consente a un operatore di aumentare la capacità della rete in modo efficiente. Lo spettro aggiuntivo può essere aggiunto alle stazioni base esistenti riducendo così il numero di nuove stazioni base necessarie. Ciò rende lo spettro di grande valore, quindi i regolatori addebiteranno una tariffa per lo spettro concesso in licenza. Il costo dello spettro varia, ma può essere piuttosto elevato a seconda delle frequenze specifiche autorizzate.
Per stabilire il valore dello spettro viene spesso utilizzato un meccanismo d'asta. Ciò non solo comporta entrate per il regolatore/governo, ma, attraverso le forze di mercato, garantisce praticamente che lo spettro venga utilizzato in modo appropriato e come previsto. Porzioni significative dello spettro di frequenze più basse generalmente attrarranno tariffe più elevate rispetto alla stessa quantità di spettro di frequenze più alte a causa della migliore copertura che offre.
Spettro 5G: quadro generale
Con l’introduzione del 5G, è possibile mettere a disposizione del settore una gamma molto più ampia di spettro di frequenze. Oltre alle frequenze cellulari più tradizionali (generalmente da 450 MHz a 2600 MHz), è possibile rendere disponibile lo spettro compreso tra ~ 3 e 7 GHz e nelle bande mmWave molto più elevate (inizialmente superiori a 24,25 GHz). La propagazione radio a queste frequenze più elevate significa che l'allocazione dello spettro può essere molto più flessibile (a causa della natura isolata della copertura cellulare e dell'interferenza ridotta al minimo) e le bande senza licenza, condivise o locali sono più fattibili. Il modo in cui il 5G funziona con il 4G introduce anche una maggiore flessibilità: quindi in breve il 5G è destinato a cambiare significativamente il quadro in termini di allocazione dello spettro. La figura seguente illustra il principio generale.
Bande di frequenza standard 3GPP
Entrando nello specifico in termini di ciò che può effettivamente essere concesso in licenza in un particolare paese, nelle prime versioni 3GPP del 5G (versioni 15-17), la nuova radio 5G è stata specificata per funzionare in due gamme di frequenza.
- La gamma di frequenza 1 (FR1) è compresa tra 410 e 7125 MHz, quindi comprende ed estende la gamma di frequenza di LTE.
- La gamma di frequenza 2 (FR2) comprende onde millimetriche, inizialmente tra 24250 e 52600 MHz.
Il 3GPP ha definito le due gamme di frequenza (FR) perché i requisiti e le condizioni di prova della radio analogica 5G in FR1 e FR2 sono leggermente diversi. Come mostrato nella tabella sotto questo articolo (fonte: 3GPP TS 38.104 Release 17), sono state specificate le bande all'interno di ciascun intervallo che supportano la nuova radio 5G e, per ciascuna banda, la modalità operativa è definita come FDD (Frequency Division Duplex, dove sono presenti frequenze di uplink e downlink separate) o TDD (Time Division Duplex, dove vengono utilizzate le stesse frequenze sia per uplink che per downlink). Ogni banda è numerata, con il prefisso “n” (per New Radio).
FR1 incorpora alcune delle bande precedentemente utilizzate per LTE, oltre ad alcune nuove bande. Con alcune eccezioni significative, al di sotto di 3.000 MHz, le bande sono specificate principalmente per utilizzare la modalità Frequency Division Duplex (FDD), mentre le bande al di sopra di 3.000 MHz sono specificate per utilizzare la modalità Time Division Duplex (TDD). FR2 supporta solo TDD e utilizza i numeri di banda da n257 in poi.
Ottimizzazione di uplink e downlink
Il TDD presenta vantaggi significativi in termini di efficienza rispetto al FDD a frequenze più elevate, dove vengono utilizzati schemi di antenna avanzati. A queste frequenze più alte, l’interferenza è meno significativa, il che annulla alcuni dei vantaggi del FDD alle frequenze più basse (legati al controllo dell’interferenza) – da qui il passaggio al TDD mentre adottiamo quelle parti più alte dello spettro per le comunicazioni cellulari. Tuttavia, ci sono anche importanti bande ereditate che sono state assegnate alle generazioni precedenti o per un uso senza licenza, e questo complica enormemente il quadro. In sostanza, questo è il motivo per cui abbiamo un elenco molto lungo di bande in FR1 e un elenco molto breve in FR2, che viene nuovamente assegnato con l’introduzione del 5G (senza la complicazione delle bande legacy).
Nelle tabelle, SDL sta per Supplementary Downlink. Questa è una funzionalità ereditata da LTE, in cui una cella secondaria utilizzata per la Carrier Aggregation può essere solo downlink. Allo stesso modo, SUL sta per Uplink Supplementare. Questa è una nuova funzionalità 5G, in cui l'UE è configurata con due portanti di uplink (che trasmettono una alla volta – come indicato dalla stazione base), che corrispondono entrambe a un singolo downlink della stessa cella. L'uplink supplementare è solitamente su una frequenza inferiore rispetto all'uplink normale e migliora la copertura dell'uplink per i cellulari che si trovano vicino al bordo della cella.
Quali bande devono essere concesse in licenza?
Nell’ambito della pianificazione complessiva dello spettro, diversi regolatori possono scegliere (in teoria) di concedere in licenza una qualsiasi delle bande standardizzate 3GPP. Tuttavia, l’implementazione economicamente vantaggiosa del 5G in un particolare mercato dipende dal più ampio supporto del settore per opzioni specifiche. A questo proposito, il quadro sta diventando più chiaro.
Un buon esempio è che le bande n28 (da 703 a 748 UL, da 758 a 803 DL), n78 (da 3300 a 3800) e n258 (da 24250 a 27500) sono di particolare importanza per gli operatori 5G in Europa. Queste sono le bande basse, medie e mmWave armonizzate dalla CEPT (Conferenza europea delle amministrazioni delle poste e delle telecomunicazioni). Questo approccio all’allocazione dello spettro 5G fornisce la flessibilità tanto necessaria per gli operatori e per il più ampio ecosistema emergente. Garantisce che, una volta ottenuta la licenza delle bande, tutti i requisiti chiave dei casi d’uso esistenti o nuovi possano essere soddisfatti in modo efficiente, almeno in termini di spettro. Ciò include copertura, capacità, latenza, implementazione di piccole celle, supporto per IoT (area più ampia) o 5G in bande senza licenza/condivise (tra molte altre considerazioni). Molti altri paesi stanno adottando approcci simili alla concessione di licenze.
Altre bande importanti includono n1, n3, n7, n8, n20 e n38, ereditate da GSM, WCDMA e LTE. Nel corso del tempo, e una volta che un numero sufficiente di telefoni del tipo giusto sarà presente nei vari mercati (in momenti diversi in tutto il mondo), e se consentito dalle autorità di regolamentazione, queste bande dovrebbero vedere uno spostamento verso 4G e 5G al fine di massimizzare l’efficienza della rete. L’abbandono delle bande GSM/GPRS (ancora ampiamente utilizzate per le Machine Type Communications (MTC) in molte reti) potrebbe richiedere un po’ più tempo, per ragioni legate alle prestazioni radio.
Spettro per 4G vs 5G
Le interfacce radio 4G e 5G condividono la stessa tecnologia di base e sono in grado di lavorare insieme senza problemi per fornire la connettività complessiva all'interno della rete. I dispositivi sono specificati per utilizzare una tecnica chiamata Dual Connectivity per funzionare con entrambi i tipi di interfacce contemporaneamente, consentendo a un dispositivo di funzionare senza problemi in una rete combinata 4G/5G (oltre a interagire con le generazioni precedenti).
Gli operatori, prima o poi, e una volta accelerata la diffusione del 5G, potrebbero voler migrare anche lo spettro 4G al 5G. Ciò può essere ottenuto in modo molto efficiente attraverso una funzionalità chiamata Condivisione dinamica dello spettro (vedi sotto). Questa funzionalità consente di allocare dinamicamente, o condividere, lo spettro all’interno della stessa banda tra 4G e 5G. Pertanto, nel corso del tempo, man mano che verranno venduti o forniti più telefoni o dispositivi compatibili con il 5G, la rete assegnerà più risorse al 5G rispetto al 4G.
Conclusione
Nel complesso, l’uso dello spettro per il 5G è estremamente complesso, con molte considerazioni, alcune tecniche, altre normative e molte associate a diversi casi d’uso e opzioni di implementazione. Inoltre, i mercati hanno posizioni molto diverse in termini di licenze per lo spettro legacy e, naturalmente, si trovano su traiettorie diverse in termini di ambiente competitivo 5G (non ultimo in termini di tempistiche, numero di fornitori di servizi di comunicazione e coinvolgimento del governo). Una visione chiara delle problematiche legate all’uso dello spettro con il 5G darà alle organizzazioni di telecomunicazioni un vantaggio nel loro processo decisionale strategico. Speriamo che questo breve articolo abbia contribuito a chiarire il quadro!
Bande operative NR in FR1
(Fonte: 3GPP TS 38.104 versione 17)
Banda operativa NR | Banda operativa Uplink (UL). F UL, basso – F UL, alto | Banda operativa downlink (DL). F DL, basso – F DL, alto | Modalità fronte-retro |
n1 | 1920 MHz – 1980 MHz | 2110 MHz – 2170 MHz | FDD |
n2 | 1850 MHz – 1910 MHz | 1930 MHz – 1990 MHz | FDD |
n3 | 1710 MHz – 1785 MHz | 1805 MHz – 1880 MHz | FDD |
n5 | 824 MHz – 849 MHz | 869 MHz – 894 MHz | FDD |
n7 | 2500 MHz – 2570 MHz | 2620 MHz – 2690 MHz | FDD |
n8 | 880 MHz – 915 MHz | 925 MHz – 960 MHz | FDD |
n12 | 699 MHz – 716 MHz | 729 MHz – 746 MHz | FDD |
n13 | 777 MHz – 787 MHz | 746 MHz – 756 MHz | FDD |
n14 | 788 MHz – 798 MHz | 758 MHz – 768 MHz | FDD |
n18 | 815 MHz – 830 MHz | 860 MHz – 875 MHz | FDD |
n20 | 832 MHz – 862 MHz | 791 MHz – 821 MHz | FDD |
n247 | 1626,5 MHz – 1660,5 MHz | 1525 MHz – 1559 MHz | FDD |
n25 | 1850 MHz – 1915 MHz | 1930 MHz – 1995 MHz | FDD |
n26 | 814 MHz – 849 MHz | 859 MHz – 894 MHz | FDD |
n28 | 703 MHz – 748 MHz | 758 MHz – 803 MHz | FDD |
n29 | N / A | 717 MHz – 728 MHz | SDL |
n30 | 2305 MHz – 2315 MHz | 2350 MHz – 2360 MHz | FDD |
n34 | 2010 MHz – 2025 MHz | 2010 MHz – 2025 MHz | TDD |
n38 | 2570 MHz – 2620 MHz | 2570 MHz – 2620 MHz | TDD |
n39 | 1880 MHz – 1920 MHz | 1880 MHz – 1920 MHz | TDD |
n40 | 2300 MHz – 2400 MHz | 2300 MHz – 2400 MHz | TDD |
n41 | 2496 MHz – 2690 MHz | 2496 MHz – 2690 MHz | TDD |
n46 | 5150 MHz – 5925 MHz | 5150 MHz – 5925 MHz | TDD 3 |
n48 | 3550 MHz – 3700 MHz | 3550 MHz – 3700 MHz | TDD |
n50 | 1432 MHz – 1517 MHz | 1432 MHz – 1517 MHz | TDD |
n51 | 1427 MHz – 1432 MHz | 1427 MHz – 1432 MHz | TDD |
n53 | 2483,5 MHz – 2495 MHz | 2483,5 MHz – 2495 MHz | TDD |
n65 | 1920 MHz – 2010 MHz | 2110 MHz – 2200 MHz | FDD |
n66 | 1710 MHz – 1780 MHz | 2110 MHz – 2200 MHz | FDD |
n67 | N / A | 738 MHz – 758 MHz | SDL |
n70 | 1695 MHz – 1710 MHz | 1995 MHz – 2020 MHz | FDD |
n71 | 663 MHz – 698 MHz | 617 MHz – 652 MHz | FDD |
n74 | 1427 MHz – 1470 MHz | 1475 MHz – 1518 MHz | FDD |
n75 | N / A | 1432 MHz – 1517 MHz | SDL |
n76 | N / A | 1427 MHz – 1432 MHz | SDL |
n77 | 3300 MHz – 4200 MHz | 3300 MHz – 4200 MHz | TDD |
n78 | 3300 MHz – 3800 MHz | 3300 MHz – 3800 MHz | TDD |
n79 | 4400 MHz – 5000 MHz | 4400 MHz – 5000 MHz | TDD |
n80 | 1710 MHz – 1785 MHz | N / A | SUL |
n81 | 880 MHz – 915 MHz | N / A | SUL |
n82 | 832 MHz – 862 MHz | N / A | SUL |
n83 | 703 MHz – 748 MHz | N / A | SUL |
n84 | 1920 MHz – 1980 MHz | N / A | SUL |
n85 | 698 MHz – 716 MHz | 728 MHz – 746 MHz | FDD |
n86 | 1710 MHz – 1780 MHz | N / A | SUL |
n89 | 824 MHz – 849 MHz | N / A | SUL |
n90 | 2496 MHz – 2690 MHz | 2496 MHz – 2690 MHz | TDD |
n91 | 832 MHz – 862 MHz | 1427 MHz – 1432 MHz | DDD2 |
n92 | 832 MHz – 862 MHz | 1432 MHz – 1517 MHz | DDD 2 |
n93 | 880 MHz – 915 MHz | 1427 MHz – 1432 MHz | DDD 2 |
n94 | 880 MHz – 915 MHz | 1432 MHz – 1517 MHz | DDD 2 |
n951 | 2010 MHz – 2025 MHz | N / A | SUL |
n964 | 5925 MHz – 7125 MHz | 5925 MHz – 7125 MHz | TDD 3 |
n975 | 2300 MHz – 2400 MHz | N / A | SUL |
n985 | 1880 MHz – 1920 MHz | N / A | SUL |
n996 | 1626,5 MHz-1660,5 MHz | N / A | SUL |
NOTA 1: questa banda è applicabile solo in Cina. | |||
Bande operative NR in FR2
(Fonte: 3GPP TS 38.104 versione 17
Banda operativa NR | Banda operativa Uplink (UL) e Downlink (DL). F UL, basso – F UL, alto F DL, basso – F DL, alto | Modalità fronte-retro |
n257 | 26500 MHz – 29500 MHz | TDD |
n258 | 24250 MHz – 27500 MHz | TDD |
n259 | 39500 MHz – 43500 MHz | TDD |
n260 | 37000 MHz – 40000 MHz | TDD |
n261 | 27500 MHz – 28350 MHz | TDD |
n262 | 47200 MHz – 48200 MHz | TDD |
Esplora i nostri corsi di formazione sulla tecnologia di formazione 5G qui
Author: Paul Waite
Follow us on LinkedIn
