Tecnologia 5G

Spettro Radio e Categorie di Frequenza

Il 5G utilizza un ampio spettro di frequenze radio per fornire diversi tipi di servizi e prestazioni. Le frequenze sono generalmente divise in tre categorie principali, ognuna con caratteristiche specifiche che la rendono adatta a particolari casi d'uso:

• Low-band (Basse frequenze): Sotto 1 GHz, offrono copertura ampia ma velocità limitate
• Mid-band (Medie frequenze): 1-6 GHz, bilanciano copertura e capacità
• High-band/millimeter wave (Alte frequenze): 24-40 GHz, forniscono massime velocità ma copertura limitata

Assegnazione delle Frequenze in Italia

In Italia, le bande di frequenza assegnate per il 5G includono principalmente la banda 700 MHz (low-band), le bande 3.4-3.8 GHz (mid-band) e la banda 26 GHz (high-band). L'allocazione di queste frequenze avviene attraverso procedure di asta gestite dall'autorità di regolamentazione per garantire un utilizzo efficiente dello spettro radio.

L'implementazione progressiva delle diverse bande segue una strategia che prioritizza l'uso delle mid-band per garantire un buon equilibrio tra copertura e prestazioni, affiancando le low-band per estendere la copertura nelle aree rurali e le high-band per fornire capacità massima nelle aree più densamente popolate.

Latenza (Latency)

La latenza indica il tempo necessario affinché un segnale viaggi dalla fonte alla destinazione. Il 5G raggiunge latenze estremamente basse, tipicamente nell'ordine di 1-10 millisecondi, con potenziale per raggiungere latenze inferiori a 1 millisecondo in configurazioni ottimizzate. Questo rappresenta un miglioramento significativo rispetto al 4G, che ha latenze tipiche di 30-50 millisecondi.

La bassa latenza del 5G abilita applicazioni che richiedono risposte in tempo reale, come la guida autonoma, la telesurgery chirurgica, i sistemi di automazione industriale, la realtà virtuale e aumentata, e i videogiochi cloud. Queste applicazioni non sarebbero possibili con le latenze più elevate delle generazioni precedenti.

Velocità di Trasmissione

Il 5G offre velocità di trasmissione dati molto superiori rispetto al 4G. Le specifiche tecniche del 5G prevedono velocità di picco fino a 20 Gbps in downlink e 10 Gbps in uplink, sebbene le velocità effettive nella pratica dipendano da diversi fattori tra cui la banda di frequenza utilizzata, le condizioni del segnale e il carico di rete.

In condizioni reali, le reti 5G mid-band possono fornire velocità tipiche di 100-500 Mbps in downlink, con punte fino a 1 Gbps nelle migliori condizioni. Le reti high-band possono raggiungere velocità più elevate, fino a diversi Gbps, ma con una copertura geografica più limitata. Queste velocità permettono il download rapido di file di grandi dimensioni, lo streaming video in 4K e 8K senza interruzioni, e l'utilizzo di applicazioni che richiedono banda larga.

Small Cells

Le small cells rappresentano uno degli elementi chiave dell'infrastruttura 5G. Si tratta di antenne di dimensioni ridotte che possono essere installate su palazzi, lampioni, pali della luce o altre strutture urbane. Le small cells permettono di distribuire capillarmente la copertura 5G nelle aree urbane densamente popolate, compensando la portata più breve delle frequenze ad alta banda.

L'uso diffuso di small cells offre diversi vantaggi: miglioramento della copertura in zone difficili da raggiungere con le antenne tradizionali, aumento della capacità di rete nelle zone ad alta densità di traffico, e supporto alla densità molto elevata di dispositivi connessi caratteristica del 5G. Le small cells possono essere inoltre integrate con funzioni di edge computing, portando l'elaborazione dei dati più vicina agli utenti finali.

Antenne MIMO e Beamforming

La tecnologia MIMO (Multiple Input Multiple Output) massiva è una delle innovazioni fondamentali del 5G. Le antenne MIMO massiva utilizzano decine o centinaia di elementi antenna per trasmettere e ricevere segnali simultaneamente, aumentando significativamente la capacità e l'efficienza della rete. Questa tecnologia permette di servire un numero molto più elevato di utenti con la stessa quantità di spettro radio.

Il beamforming è una tecnica complementare che permette di dirigere i segnali radio verso specifici utenti o zone, piuttosto che trasmettere in modo omnidirezionale come nelle reti tradizionali. Questo approccio migliora l'efficienza spettrale, riduce le interferenze e aumenta la qualità del segnale per gli utenti target. L'implementazione combinata di MIMO massiva e beamforming è un elemento distintivo delle reti 5G rispetto alle generazioni precedenti.

Casi d'uso Specifici

Le differenze tra 4G e 5G si riflettono nella capacità di supportare nuovi casi d'uso che non erano possibili con le generazioni precedenti. Il 4G ha abilitato la banda larga mobile e lo streaming video, ma il 5G apre la strada a scenari applicativi completamente nuovi:

• Smart Cities: Gestione intelligente del traffico, illuminazione, rifiuti e servizi urbani
• Industria 4.0: Automazione avanzata, robotica collaborativa e manutenzione predittiva
• Sanità Digitale: Telemedicina, monitoraggio remoto e chirurgia assistita da remoto
• Trasporti Intelligente: Comunicazione veicolo-a-veicolo e guida autonoma
• Entertainment Immersivo: Realtà virtuale, aumentata e mista in tempo reale
• IoT su larga scala: Sensori distribuiti, agricoltura intelligente e monitoraggio ambientale

Coesistenza 4G/5G

È importante sottolineare che il 5G non sostituisce immediatamente il 4G, ma si affianca ad esso in una fase di transizione. Le reti 4G continueranno a funzionare e a fornire servizi per diversi anni, mentre il 5G viene progressivamente dispiegato su tutto il territorio nazionale. Questa coesistenza permette di garantire una copertura uniforme durante il periodo di migrazione tecnologica.

Le reti 5G sono progettate per integrarsi con l'infrastruttura 4G esistente, condividendo in alcuni casi le stazioni base e utilizzando tecnologie come il Dual Connectivity che permette ai dispositivi di connettersi contemporaneamente a entrambe le reti per ottimizzare le prestazioni. Questo approccio graduale garantisce una transizione fluida verso la nuova tecnologia senza interruzioni dei servizi esistenti.