Gestione dello spettro: problemi aperti in vista del 5G - Seminario "Reti eterogenee nel contesto 5G: potenzialità e prospettive" - Istituto ...

Seminario “Reti eterogenee nel contesto
5G: potenzialità e prospettive”

Gestione dello spettro: problemi
aperti in vista del 5G

Scuola Superiore di Specializzazione
in Telecomunicazioni

Valeria Petrini
Fondazione Ugo Bordoni
Roma, 11 febbraio 2016

Panoramica sulle bande di interesse per il 5G

1.   Bande candidate per il 5G
         Esigenze delle reti di prossima generazione e motivazioni per la scelta di
          bande prioritarie.
2.   Bande identificate per l’Agenda Item in preparazione alla WRC-19
         A conclusione dell’ultima WRC (WRC-15, 2-27 Novembre 2015) nei Final Act
          sono state identificate alcune bande di frequenza al di sopra dei 6 GHz per cui
          è stato richiesto uno studio appropriato per determinare le caratteristiche
          tecniche ed operazionali e le esigenze di spettro per i sistemi radiomobili
          5G (IMT-2020).
3.   Bande non identificate nel mandato per la WRC-19
         Alcune bande di frequenza non definite nel mandato in preparazione alla
          WRC-19 sono di interesse in alcuni Paesi.
4.   Tempistiche per la realizzazione delle prime reti 5G
         La WRC-15 ha individuato le frequenze radiomobili per IMT (4G e sue
          evoluzioni) fino a 6 GHz. Le bande armonizzate però non sono ancora
          utilizzate da questi sistemi e si prevede un utilizzo con tecnologia 4G evoluta.

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1. Bande candidate per il 5G (1)

   Al momento non c’è un consenso globale su cosa sarà realmente il 5G.
   Il WP5D della ITU-R sta lavorando per sviluppare una visione per il 5G (IMT-
    2020) includendo l’identificazione delle potenzialità di riferimento.
   E’ largamente accettato che almeno un elemento del 5G richiede di utilizzare
    bande di frequenze molto più elevate rispetto a quelle usate attualmente dalle
    tecnologie broadband, le frequenze al sopra dei 6 GHz, che l’industria
    comunemente denota come ‘onde millimetriche per il 5G’.
   Il 5G ha l’obiettivo di fornire l’utente di un ‘mix and match’ di tecnologie, bande e
    larghezze di banda, differenti tipi di accesso allo spettro (licenziato, non licenziato
    condiviso, ecc..) ed ogni altra opzione disponibile che può fornire all’utente la
    richiesta qualità di esperienza in un determinato momento in modo trasparente.
   Progetti di ricerca su 5G a livello mondiale. A livello europeo i principali progetti
    sono:
        METIS (Mobile and wireless communications Enablers for Twenty-twenty
         (2020) Information Society).
        METIS II
        MiWEBA (Millimetre-Wave Evolution for Backhaul and Access).
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1. Bande candidate per il 5G (2)

   La caratteristiche fondamentali del 5G
    includono evoluzioni in termini di velocità e
    latenza, ma non solo:
        Integrazione nella rete dell’ Internet of
         Thing (IoT);
        Garanzia di alti livelli di prestazioni anche
         in situazioni di elevata densità di utenti
         attivi;
        L’idea che l’utente è ‘seguito’ dal livello
         di servizio desiderato con l’obiettivo di
         mantenere la user experience;
        Un decremento di energia per bit
         trasmessa;
        La necessità di soddisfare le esigenze di
         applicazioni mission critical.                      “5G radio access”, Ericsson Review, Vol, 6, June 2014

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1. Bande candidate per il 5G (3)

                                                      “5G radio access”, Ericsson Review, Vol, 6, June 2014

   La motivazione principale per l’utilizzo della banda delle onde mmW riguarda la
    possibilità di ottenere accesso ad un’elevata banda di frequenze contigue che
    può arrivare anche ad 1 GHz.
        Samsung: necessità di link con 800 MHz di banda.
        Nokia: suggerisce 300 MHz contigui di banda per operatore.
        ETRI (Electronics and Telecommunications research Insitute), Korea: almeno
         500 MHz.
        METIS: larghezze di banda tra 200 MHz e 3 GHz a seconda degli use case.
   Nelle onde mmW la propagazione risulta altamente direzionale ed i meccanismi
    di copertura avvengono tramite linea di vista o via riflessioni multiple.
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1. Bande candidate per il 5G (4)

   Come valutare le bande di
    frequenza più adatte al 5G nelle
    mmW?
        Disponibilità di banda;

        Basso utilizzo delle frequenze
         da parte degli incumbent;

        Potenziale armonizzazione a
         livello globale;

        Economia di scala (utilizzabile
         in più applicazioni);
                                           “5G Candidate Band Study”, Final Report to Ofcom, March 2015
        Facilità di integrazione nei
         dispositivi portatili.
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1. Bande candidate per il 5G (5)

                                                                   Esempi di bande prioritarie:
                                                                      Banda 66-71 GHz:
                                                                           Allocata al mobile, ai servizi RNAV e
                                                                            RNSS ma non utilizzata ;
                                                                           5 GHz eventualmente disponibili;
                                                                           Adiacente alla banda del WiGig (@ 60
                                                                            GHz);
                                                                           Allocata al mobile a livello
                                                                            internazionale (Europa, Cina,
                                                                            Giappone, Sud Korea e USA).

                                                                      Banda 45.5- 48.9 GHz:
                                                                           Piccoli usi esclusivi (Radioamatori);
                                                                           2.8 GHz eventualmente disponibili (non
“5G Candidate Band Study”, Final Report to Ofcom, March 2015
                                                                            contigui).
                                                                           Allocata al mobile a livello globale
                                                                            (Europa, Cina, Sud Korea e USA).

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2. Bande identificate per l’Agenda Item in preparazione alla
               WRC-19

            La Word Radiocommunication Conference 2015 (WRC-15) si è focalizzata
             sull’attribuzione al servizio mobile di spettro addizionale al di sotto dei 6 GHz per
             l’utilizzo da parte di sistemi IMT.
            L’Agenda Item in preparazione alla WRC-19 estende lo studio per
             l’armonizzazione per i sistemi radiomobili 5G (IMT-2020) alle bande di frequenze
             al di sopra dei 6 GHz.
Banda                     Utilizzo           Mandato WRC-19
24.25 GHz-86 GHz          IMT-2020           -   Identificazione delle caratteristiche tecniche ed operazionali.
                                             -   Scenari di sviluppo previsti e requisiti necessari per le alte
                                                 esigenze di traffico.
                                             -   Condurre gli adeguati studi di condivisione e compatibilità con
                                                 i servizi incumbent presenti.
275 GHz-450 GHz           Mobile Terrestre   -   Identificazione delle caratteristiche tecniche ed operazionali.
                          e Servizi Fissi    -   Studiare le necessità spettrali di tali servizi.
                                             -   Studio di modelli di propagazione.
                                             -   Condurre gli adeguati studi di condivisione e compatibilità con
                                                 i servizi incumbent presenti.
5 GHz (5150-5925 MHz)     RLAN               RLAN come servizio mobile.*
                                                          8
*Non è candidata per essere armonizzata IMT-2020 ma prevede l’utilizzo di RLAN come servizio mobile. Risulta quindi di
interesse per il 5G. In questa banda si sta ipotizzando un utilizzo d’uso di tipo Licenced Assisted Access (U-LTE).

3. Bande non identificate nel mandato per la WRC-19

 Banda 28 GHz:
     Sta ricevendo un certo interesse in termini di misure sperimentali per
       lo studio del canale radio e lo sviluppo di modelli di propagazione
       adeguati;
     Interesse nel mercato asiatico:
         in Korea si sono svolti i primi testbed e lo sviluppo dei primi
            sistemi ad onde mm con l’impiego anche della banda a 28 GHz.
         I sistemi sono stati sviluppati con la collaborazione di Ericsson e
            Samsung.
         Risultati: 5 Gbps a 15 GHz, 3,7 Gbps a 28 GHz.

 Banda 6-24.25 GHz: Non considerate per la pesante presenza di
   incumbent ma ci sono forti spinte del mercato in quanto ci sono soluzioni
   tecnologiche che stanno prendendo piede.

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4. Tempistiche per la realizzazione delle prime reti 5G (1)

                                                         WRC-15   WRC-19

        “SK Telecom 5G White Paper”, October 2014   10

4. Tempistiche per la realizzazione delle prime reti 5G (2)

   Banda 700 MHz:
        Dal 2016 possibilità di utilizzo per il mobile su base co-primaria a livello
         Europeo.
        A livello Europeo in ECC (Electronic Communication Committee) si sta
         lavorando sui servizi di pubblica sicurezza (Public Protection and Disaster
         Relief, PPDR) oggi basati su TETRA.
        Il lavoro è principalmente incentrato sulle problematiche riguardanti lo spettro
         radio per questo tipo di applicazioni nella loro versione più “evoluta” (servizi a
         larga banda con esigenze di bit rate molto più elevate, latenze stringenti e
         mantenimento dei requisiti mission critical).

            694-703

                                                         SDL
                                              11

                                                                                        ECC PT1

4. Tempistiche per la realizzazione delle prime reti 5G (3)

   Banda L – 1452 MHz -1492 MHz estesa nella WRC-15 1427 MHz -1518 MHz :
        In Italia è già stata assegnata per servizi radiomobili IMT per supportare il
         SDL (Supplemental Downlink).
        Nella WRC-15 è stata estesa la banda, originariamente identificata, alle
         bande adiacenti per la grande richiesta di mobile broadband.

   Banda 2.3 GHz - 2.4 GHz:
        Armonizzata a livello globale per IMT.
        In Europa è in fase di ultimazione il quadro regolamentare per l’uso
         armonizzato della banda da parte dei sistemi di comunicazione elettronica,
         che include anche l’accesso condiviso basato su LSA (Licensed Shared
         Access).
        In Italia la FUB coordina il progetto Pilota promosso dal MiSE ed in
         collaborazione con il JRC (il servizio scientifico della Commissione Europea),
         per la sperimentazione dell’uso condiviso dello spettro basato su LSA.

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4. Tempistiche per la realizzazione delle prime reti 5G (4)

   Banda 2.3 GHz-2.4 GHz:
        Il progetto ha l’obiettivo di approfondire il ruolo dell’accesso condiviso dello
         spettro su base licenziata, come strumento per l’uso efficiente delle
         frequenze e come vincolo per l’apertura di nuove bande ai sistemi radio di
         prossima generazione nell’evoluzione dal LTE verso la quinta generazione
         5G.

   Banda 3.4 GHz- 3.8 GHz:
        Armonizzata in Europa per sistemi Mobile/Fixed Communications Network
         (MFCN).
        Disponibili 400 MHz.
        Banda 3.4 GHz- 3.6 GHz: Assegnata attualmente al servizio WiMAX ma in
         fase di conversione LTE.
        Banda 3.6 GHz- 3.8 GHz:
             Banda su cui si sta focalizzando molto interesse in quanto la tecnologia
              è disponibile.

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4. Tempistiche per la realizzazione delle prime reti 5G (5)

   Banda 3.6 GHz- 3.8 GHz:
             Banda su cui si focalizzando molto interesse in quanto la tecnologia è
              disponibile.
             La presenza degli incumbent (Servizi Fissi (FS) e Servizi Satellitari a
              terra (FSS) ) ostacola l’utilizzo immediato.
             In Europa si sta discutendo come promuovere l’accesso condiviso allo
              spettro per migliorare l’efficienza d’uso della banda e consentirne
              l’impiego per usi fissi e mobili 4G e 5G.
             L’Italia è in posizione d’avanguardia sull’impiego di questa banda in
              quanto ha deciso di concedere i diritti d’uso già nel 2016 secondo un
              modello di condivisione dello spettro su base geografica.
             E’ attualmente in fase di definizione la gara per l’assegnazione delle
              frequenze.
   Banda 3.8 GHz- 4.2 GHz:
        Non è ancora armonizzata IMT ma avendo caratteristiche simili alla banda
         3.6 GHz-3.8 GHz per presenza di incumbent e per caratteristiche
         propagative, sta riscuotendo interesse da parte degli stakeholder.
                                             14

Conclusioni

   Capacità di gestione di una grande quantità di traffico dati, velocità di trasmissione sempre
    maggiori, forti vincoli sulle latenze, requisiti di affidabilità di connettività e di servizio sempre
    più stringenti e capacità di gestione di applicazioni mission critical sono tra le principali
    caratteristiche che la rete di quinta generazione dovrà supportare.

   Necessità di spettro addizionale per il radiomobile
        Bande prioritarie: disponibilità di banda, presenza di incumbent moderata, possibile
         armonizzazione a livello globale, economia di scala, facile integrazione in dispositivi
         portatili.
        Bande individuate per il radiomobile (WRC-19):
              24.25-85 GHz (IMT-2020) ; 275-459 GHz (Mobile Terrestre); 5 GHz (RLAN mobili)
        Bande di interesse:
              28 GHz; 6-24 GHz
        Bande ‘verso il 5G’:
              700 MHz; 1427-1518 MHz (Banda L); 2.3-2.4 GHz; 3.4-4-2 GHz.

                                                       15

Grazie dell’attenzione

                         Valeria Petrini
                          vpetrini@fub.it