Antenna radio 5G

5G: quali differenze tra bande ad alta, media e bassa frequenza

A differenza delle altre tecnologie cellulari, il 5G lavora su bande di frequenza anche molto differenti l'una dall'altra. Ecco perché
5G: quali differenze tra bande ad alta, media e bassa frequenza FASTWEB S.p.A.

Siamo ufficialmente entrati nell'era delle connessioni 5G. Le principali compagnie telefoniche hanno già iniziato a testarne le reti e il segnale nelle maggiori città italiane e tra qualche anno inizieremo a vedere i primi risultati di questa rivoluzione, che permetterà a milioni di oggetti smart di comunicare tra loro ad alta velocità.

Ma quanto alta? La domanda non è da poco perché, in realtà, c'è 5G e 5G, non tutte le "reti veloci" sono veloci allo stesso modo. Un recente studio di OpenSignal, ad esempio, ha messo in evidenza le differenze di velocità nella rete 5G in otto Paesi in giro per il mondo. La rete 5G più veloce è quella statunitense, con 1.815 Mbps in download di media. Segue la rete 5G Svizzera, con 1.145 Mbps. Al terzo posto si piazza la rete della Corea del Sud: 1.071 Mbps. In Australia il 5G va a 792 Mbps, negli Emirati Arabi Uniti a 665 Mbps, in Italia a 657 Mbps, in Spagna a 602 Mbps e nel Regno Unito a 569 Mbps. Parte di questa enorme differenza di velocità dipende dalle frequenze utilizzate dalla rete 5G nei vari Paesi analizzati.

Antenne 5G

Le frequenze 5G

Il 5G usa tre fasce di frequenze (bassa, media e alta): 694-790 Mhz, 3,6-3,8 GHz e 26,5-27,5 GHz. Una frequenza bassa (intesa come emissione elettromagnetica con una frequenza dell'ordine delle centinaia di mega hertz o MHz) ha la capacità di arrivare molto più lontano di una frequenza alta, ma può trasportare meno dati per unità di tempo (valore in genere espresso in bit al secondo o bit/s). Una frequenza alta (dell'ordine dei giga hertz o GHz), al contrario, ha una portata molto inferiore ma ha la capacità di trasportare moltissimi dati per unità di tempo. Inoltre, una frequenza di banda bassa è capace di attraversare gli ostacoli fisici molto meglio di una frequenza alta. Per questo motivo, una connessione inaffidabile (perché ostacolata) a una banda ad alta frequenza a volte può essere più lenta di una buona connessione a una banda a bassa frequenza.

In realtà, quindi, non c'è una banda di frequenze migliore delle altre: ci sono frequenze diverse per scopi diversi e la rete 5G migliore è quella che sfrutta bene tutte e tre le bande di frequenza, in base alla specifica esigenza del momento. Uno smartphone connesso a Netflix, infatti, ha esigenze ben diverse di un termostato smart connesso alla smart home. Anche per questo motivo i nuovi smartphone 5G usano la tecnologia "Adaptive beam switching", che permette loro di saltare da una banda di frequenza all'altra in modo da mantenere stabile la connessione.

Ripetitori segnale cellulare

5G: le onde millimetriche

La vera novità del 5G è che è il primo standard ad usare le cosiddette onde millimetriche, cioè quelle sopra ai 24 GHz. Frequenze così alte, come già spiegato, sono ottime per le trasmissioni ad altissima velocità ma sono inaffidabili per via della scarsa portata e in caso siano presenti ostacoli fisici, che le disturbano e le distorcono. Basta una nuvola di passaggio, ad esempio, per interferire sul viaggio di un'onda millimetrica. In attesa che il numero delle antenne 5G sia sufficientemente elevato da permettere una buona copertura con onde millimetriche, quindi, i nostri smartphone utilizzeranno incessantemente l'Adaptive beam switching passando a bande di frequenza più basse allo scopo di mantenere stabile la connessione, sacrificando nel processo la velocità di connessione.

5G: le onde medie (Sub-6)

La banda di frequenze media è chiamata anche "Sub-6", perché è composta da frequenze comprese tra 1 GHz e 6 GHz. È probabilmente la banda che verrà utilizzata maggiormente dagli smartphone nel primo periodo di diffusione del 5G. Rispetto alle onde ad altissima frequenza, quelle "medie" hanno un raggio d'azione molto più vasto e mantengono una buona velocità (sebbene non paragonabile a quella della fascia alta). Queste onde, poi, hanno il vantaggio di riuscire ad attraversare abbastanza agevolmente muri e ostacoli, quindi subiscono molte meno interferenze rispetto alle onde millimetriche.

Ripetitore

5G: la banda bassa

Sotto 1 GHz entriamo nella banda bassa delle frequenze assegnate al 5G (e sottratte al digitale terrestre di prima generazione). Idealmente un cellulare non dovrebbe mai essere costretto a usare questa banda, perché le prestazioni sotto il GHz crollano letteralmente. Al contrario, queste onde sono utili ai dispositivi che richiedono poca velocità di trasmissione per funzionare, ma una connessione stabile. Molti dispositivi per smart home, dalle lampadine intelligenti ai timer connessi, che si trovano dentro le mura di casa potrebbero utilizzare questa banda di frequenza per funzionare, specie nel caso in cui non sia disponibile una connessione Wi-Fi. Diversamente, invece, altri dispositivi smart come le videocamere di sorveglianza IP (che devono trasferire pesanti flussi video al proprietario di casa) difficilmente potranno funzionare con frequenze così basse.

Le questioni normative

La rete 5G, come tutte le reti cellulari che l'hanno preceduta, funzionerà su onde radio di diverse frequenze. C'è però un grosso limite da affrontare ed è un limite legale, di norme. La maggior parte delle frequenze radio, infatti, o sono già usate per altri scopi (ad esempio, in Italia, quelle che al termine dello "switch-off" passeranno dal vecchio digitale terrestre al 5G) oppure non possono essere utilizzate senza un'apposita licenza governativa. In questo senso, non è detto che il Governo statunitense faccia le stesse scelte di quello cinese o della Commissione Europea (e a cascata, dei singoli Paesi membri della UE).

Se lo studio OpenSignal ha messo in luce differenze di velocità così evidenti, infatti, è proprio per questo: la tecnologia 5G è la stessa ovunque, ma la sua implementazione sul territorio varia da Paese a Paese anche (ma non solo, è giusto precisarlo) in base alla normativa vigente in quel Paese. Tutto ciò era ampiamente previsto già in fase di ideazione dello standard 5G, ed è stato formalizzato nella roadmap del 3GGP, cioè il Third Generation Partnership Project che è sostanzialmente l'accordo quadro internazionale attraverso il quale diversi enti di diversi Paesi stanno scrivendo insieme le regole del 5G. Questa roadmap prevede diverse fasi, chiamate "Release", che porteranno per step successivi all'implementazione completa della rete 5G in tutto il mondo.

5G NR, 5GC, NSA, SA e LAA, NR-U

Oggi quando si leggono notizie relative a novità nella copertura 5G su un territorio è molto difficile leggere semplicemente la sigla 5G senza ulteriori lettere ad accompagnarla. È frequente, ad esempio, sentir parlare di "5G NR". Le lettere NR stanno per "New Radio" e il 5G NR è il primo passo dell'implementazione della nuova rete che consiste nell'usare ancora tecnologie e frequenze del 4G per aumentarne la copertura e la banda dati e preparare il terreno agli step successivi. Il 5G NR, per questo, viene definito anche "NSA", cioè "Non-StandAlone", o "LTE-Assisted" perché di fatto non può funzionare da solo senza la presenza di una rete 4G LTE preesistente.

Lo step successivo è il "5GC", dove la C sta per "Core Network", cioè la nuova rete vera e propria che, per questo, viene definita anche 5G StandAlone (5G SA). Lo step ancora successivo è quello del "5GC NSA", che sembra un passo indietro ma non lo è perché permette la coabitazione e la doppia connettività tra la vecchia rete 4G LTE e la nuova rete "Core" 5G.

Infine, l'acronimo "LAA" sta per "Licensed Assisted Access" che, però, ha più a che fare con il 4G che con il 5G. Si tratta in pratica di usare contemporaneamente le frequenze su licenza del 4G già presenti insieme con frequenze a 5 GHz attualmente ancora libere, al fine di aumentare le prestazioni fino alla velocità di 1,4 Gbps. Il 5G LAA apre le porte al "5G NR-U", cioè "New Radio - Unlicensed", in sostanza un 5G NR che usa anche frequenze a 6 GHz libere, ovvero non ancora sottoposte a licenza d'uso.

Il nuovo digital divide

Alla luce di queste differenze tecniche tra le tre bande usate dal 5G, quindi, è ipotizzabile che in futuro nasca una nuova forma di digital divide, il divario esistente tra zone più o meno servite dalla rete veloce. Poiché installare le antenne costa, e ci sono anche pesanti limiti normativi che impediscono di installarne troppe in una stessa area, è probabile che le uniche aree coperte dalle onde millimetriche (5G) saranno in futuro solo i grandi centri cittadini. Le aree rurali, invece, saranno coperte dalle frequenze medio-basse (4G) che arrivano più lontano, ma hanno prestazioni inferiori.

Ci saranno anche differenze di qualità e prestazioni della rete 5G da Paese a Paese, visto che alcuni Governi metteranno a disposizione tutte le frequenze utili mentre altri ne metteranno a disposizione solo alcune. Ma la cosa più importante che andrebbe capita è che il 5G non arriverà da un giorno all'altro: c'è una roadmap da seguire stabilita a livello internazionale, sia per dare il tempo all'industria di costruire i trasmettitori e tutta l'attrezzatura necessaria a tenere in piedi la rete (e agli operatori telefonici di implementare tutto ciò nei propri siti di trasmissione), sia per dare il tempo ai Governi di liberare o normare le frequenze che verranno usate dalla nuova rete veloce. Come nel caso dello switch-off italiano.

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