Lo spettro a radiofrequenze tra 0 e 100 GHz per i sistemi radiomobili di quinta generazione, 5G – microonde e onde millimetriche – CorCom

La Figura illustra lo spettro a radiofrequenze tra 0 e 100 GHz: vengono qui brevemente illustrati i suoi usi per i sistemi radiomobili di quinta generazione, 5g. Per le comunicazioni terrestri oggi sono adottate le frequenze fino a 6 GHz. I sistemi radiomobili cellulari 2g/3g/4g occupano le frequenze fino a 3 GHz, mentre le frequenze tra 3 e 6 GHz sono dedicate a sistemi N-LoS (Non-Line of Sight) di tipo senza licenza, ovvero fixed wireless. Spiccano poi due aree dello spettro delle frequenze superiori ai 6 GHz: lo spettro a “microonde” e lo spettro a “onde millimetriche”. Come noto le lunghezze delle onde radio sono inversamente proporzionali alle frequenze spettrali: quando le frequenze sono elevatissime oltre i 60 GHz allora le lunghezze d’onda sono dell’ordine del millimetro. L’uso di sistemi radio a microonde oppure ad onde millimetriche per il back-fronthauling di piccole celle (100-200 m) nella configurazione C-Ran (Cloud Radio Access Network) si prospetta come competitivo rispetto all’uso di fibre ottiche.

Le frequenze tra 6 e 43 GHz sono dette a microonde (microwave), sono assegnate su licenza e sono partizionate in Fdd (Frequency Division Duplex) con canali a banda “stretta” da 56 MHz, oppure da 112 MHz, questi ultimi disponibili solo sui 42 GHz. Huawei stima che con i canali più ampi si riescano a trasmettere fino a 4 Gbit/s su distanze superiori a i 5 km per realizzare back-front-hauling di celle 5g con tecnica punto-punto, oppure multipunto (quest’ultima a frequenze di 26-28 GHz). Vanno utilizzate tecniche Mimo (Multiple Input Multiple Output) con diversità spaziale 4×4, ed una modulazione Qam (Quadrature Amplitude Modulation) a 4.096 stati.

A partire dai 57 fino ai 95 GHz c’è lo spettro ad onde millimetriche (millimetre-wave, ovvero: mmWave). In queste bande, il cui uso terrestre era impraticabile fino a qualche anno fa, c’è ampia disponibilità di canali a larghissima banda, da 250 MHz fino a 5 GHz. Spiccano le due bande: la banda V, che va da 57 a 64 GHz, e la banda E, che va da 71 a 86 GHz. Ambedue le bande sono usate sia in Tdd (Time Division Duplex) che in Fdd. Inoltre, c’è la banda da 92 a 95 GHz usata in Tdd. Queste bande possono essere assegnate con o senza licenza e essere dedicate al punto-punto. Nec e Huawey stimano che si possano ottenere velocità di trasmissione anche molto maggiori di 10 Gbit/s su distanze fino a 5-10 km.

L’uso delle onde millimetriche presenta sfide e opportunità. Il problema più rilevante è relativo alle perdite di propagazione (la degradazione del segnale radio all’aumentare della distanza tra trasmettitore e ricevitore) che sono enormi se confrontate con quelle ottenibili a frequenze basse. In particolare, l’attenuazione da pioggia e gli assorbimenti atmosferici limitano l’uso delle onde millimetriche ai sistemi di accesso wireless per piccole celle della dimensione non più grande di 100-200 metri. Inoltre, le antenne trasmittenti e riceventi devono operare con fasci radio (radio beam) direzionali con modalità Los (Line of Sight): le antenne puntano dinamicamente i fasci radio al fine di ottenere il massimo guadagno di propagazione. Infine, le onde millimetriche sono sensibili al blocco di propagazione dovuto agli ostacoli, tipo essere umani in movimento o ostacoli ambientali: questo fenomeno può causare problemi alle comunicazioni sensibili ai ritardi, del tipo Hdtv.

L’uso di onde millimetriche nel front/backhaul di piccole celle risulta molto attraente dal punto di vista dei costi e delle prestazioni che possono essere ottenute su distanze fino a 5-10 km: in questo caso gli ostacoli possono essere evitati nelle connessioni punto-punto in visibilità tra le antenne. La disponibilità di canali a larghissima banda nelle bande V ed E, consentirà di ottenere velocità di download anche molto maggiori di 10 Gbit/s.