Che cos’è il 5G?

Il 5G, detto anche standard NR (New Radio), è la nuova tecnologia che i gestori stanno implementando negli ultimi tempi sugli impianti preesistenti e nuovi. Da una prima fase di test, avvenuta nel 2017, si è passati ad un primo rilascio ufficiale di specifiche tecniche, ovvero il pacchetto 3GPP Release 15, avvenuto nel 2018 ed un secondo rilascio avvenuto a metà 2020 con la Release 16.

Questo nuovo standard è stato creato con l’obiettivo di fornire un’esperienza utente migliore e tutta una serie di nuovi vantaggi, fra cui:

elevate velocità di picco;

minori latenze;

maggiore capacità di utenza;

network slicing

Le maggiori capacità e velocità di picco verranno ottenute mediante nuove soluzioni tecniche  come massive MiMo e beamforming (Multiple Input Multiple Output e “creazioni di beam dedicati e altamente direzionali”), implementati su AAU (Active Antenna Units) e l’utilizzo di nuove porzioni dello spettro elettromagnetico e con ampiezze di canale (Band Width, BW) maggiori rispetto alle precedenti tecnologie (si passa da un massimo di 20MHz per blocco di banda in LTE, a 100 o 400MHz in NR, un incremento da cinque a venti volte).

Frequenze

Iniziamo ad esplorare sommariamente le frequenze in gioco.

Le nuove porzioni di spettro elettromagnetico messe all’asta dal MISE, sono state assegnate alla chiusura della stessa, il 2 ottobre 2018; e sono ripartite come segue.

Fastweb: 200MHz n257 (26GHz, mmwave). 32,6M €

Iliad: 2x10 MHz B28/n28 700MHz, 20MHz n78 (3500MHz) e 200MHz n257 (26GHz, mmwave), costo: 1,193Mld €

TIM: 2x10 MHz n28 700MHz, 80MHz n78 (3500MHz) e 200MHz n257 (26GHz, mmwave). 2,407Mld € 

Vodafone: 2x10 MHz n28 700MHz, 80MHz n78 (3500MHz) e 200MHz n257 (26GHz, mmwave). 2,401Mld €

WindTre: 20MHz n78 (3500MHz)1 e 200MHz n257 (26GHz, mmwave). 516M €

**Non assegnati**: 15MHz B67/n67 (700MHz SDL). *84,6M €*
- **700MHz, B28/n28 e B67/n67**: frequenze attualmente in uso per DTT (*TV Digitale Terrestre*), saranno rese disponibili a partire dalla seconda metà del 2022. Saranno implementati primariamente su antenne di tipo passivo (radiante “classico”), che in gran parte dei casi già supportano questa frequenza. Inoltre essendo disponibili solamente 3 blocchi di frequenza, ampi 10MHz ciascuno, le performance non saranno dissimili da quelle già viste in LTE (B20, 800MHz), dal momento che non potranno essere impiegate le nuove tecnologie citate sopra, come*massive MiMo* e *beamforming*, per questioni di natura fisica.
- **3500MHz, n78;** attualmente già disponibili e sperimentate sul suolo italiano a partire dal 2017, coi progetti pilota di Fastweb, TIM, Vodafone e WindTre a Milano, L’Aquila, Matera, Bari e Prato. Si tratta di un’estensione dei 3400 MHz attualmente già utilizzati da Linkem, Tiscali, FastwebAir, Eolo, Brennercom, Mandarin e GoInternet per il Fixed Wireless Access (licenze ex-WiMaX, ora LTE B42 TDD). Queste parti di spettro sono in grandissima parte implementate da parte degli operatori mobili mediante l’uso di AAU, che sfruttano le nuove tecnologie di Beamforming e MaMiMo; in rari casi sono stati installati radianti passivi per implementare n78 (Vodafone: Cortina Piazza Dibona e W3: almeno un settore a provincia per gli obblighi di copertura in area Ericsson, a fine 2020/inizio 2021). L’uso di questi slot di “frequenze” permette delle ottime prestazioni, un’ottima capacità ed una discreta copertura indoor (al pari di un layer di banda 3, grazie al beamforming). La massima velocità teorica per 20MHz di larghezza di banda di questa frequenza nell’attuale configurazione in uso agli operatori è di 324 Mbit/s in download e 27 Mbit/s in upload, per 80 MHz diventano 1380 in download e 114 in upload.
- **26GHz, n257, mmwave** Attualmente utilizzate commercialmente solo da Fastweb, per la sua rete FWA (*Fixed Wireless Access*), dagli altri operatori solo in test di laboratorio e sul campo (presenti AAU mmwave Vodafone a Milano e TIM a Roma). Questa banda è implementata da parte degli operatori mediante l’uso di AAU, che sfruttano le nuove tecnologie di beamforming e MaMiMo. L’uso di questi slot di “frequenze” permette delle ottime prestazioni, un’ottima capacità ed una copertura molto scarsa, avendo frequenza elevata ed essendo quindi bloccate anche da una parete non troppo spessa. La massima velocità teorica per 200MHz di larghezza di banda di questa frequenza, nell’attuale configurazione in uso agli operatori, è di 968 Mbit/s in download e 351 Mbit/s in upload.
### Altre frequenze in uso in NR
Per accelerare la copertura, l’implementazione e l’adozione del 5G alcuni operatori (Vodafone e WindTre) stanno riutilizzando e condividendo alcune frequenze in uso in 4G, mediante l’uso del *Dynamic Spectrum Sharing*(*DSS, Condivisione Dinamica dello Spettro*). L’approccio e le filosofie  utilizzate finora sono molto diverse: W3 ad oggi dichiara una copertura 5G superiore al 90%, in larga parte grazie alla soluzione tecnica sopra indicata; Vodafone invece impiega questa soluzione principalmente a completamento della copertura delle città già dichiarate coperte in 5G su frequenza dedicata n78.

Il DSS prevede la condivisione dinamica delle risorse radio tra LTE ed NR, quindi sullo stesso blocco di frequenza possono coesistere 4G e 5G. Per operare questa soluzione tecnica, in base al vendor, può essere necessario o meno l’intervento sull’hardware del sito interessato. Nello specifico, per W3 vendor ZTE è prevista l’installazione del “doppio nodo”, quindi una BaseBand Unit(BBU) aggiuntiva (e di un “funghetto GPS” necessario per una sincronizzazione precisissima del tempo) , quindi lo stesso sito avrà due eNb: l’eNb “standard” e l’eNb+400.000; per W3 vendor Ericsson la soluzione del “doppio nodo” si attua invece su siti con 4 settori o più: lo stesso sito avrà l’eNb “standard” e l’eNb+1.000, in questo caso; per i siti “classici” fino a 3 settori, è necessario solamente un aggiornamento software della BBU. Invece per Vodafone Nokia e Huawei è necessario il cambio di BBU e di Remote Radio Unit (RRU).

Dal punto di vista delle prestazioni tale soluzione è sostanzialmente identica a LTE, con una lieve penalizzazione riguardo alla capacità e la velocità di picco in download, ma un incremento, che può raggiungere il raddoppio, delle velocità in upload, dato dall’aggregazione di LTE ed NR in upload (EN-DC UL); il tutto è dipendente chiaramente dal vendor in uso.

Che cos’è il 5G SA ed NSA (Standalone e Non-Standalone)?

Il 5G inizialmente è stato sviluppato ed attivato tenendo come base le preesistenti reti LTE, quindi agisce fondamentalmente come un “layer”, uno “strato” aggiuntivo, che va a sommarsi e  migliorare le prestazioni delle reti LTE già presenti ed installate, questo ha permesso uno sviluppo ed un’adozione più veloce e rapida rispetto ai precedenti cambi di tecnologia (da 2G a 3G e da 3G a 4G). Questo tipo di implementazione appena descritta è definita Non-Standalone,cioè non-indipendente, quindi per collegarvi ad una rete 5G è necessaria la presenza e la funzionalità di una rete 4G già esistente (oltre a offerta e terminale adatti). Questo non è “mezzo 5G” o “falso 5G”, ma un 5G a tutti gli effetti, sfruttando tutte le migliorie tecnologiche dello standard NR e le nuove soluzioni tecniche; non solo, permette anche maggiori velocità di picco, dal momento che permette di unire le prestazioni del layer LTE a quelle del layer NR (EN-DC), specialmente in queste fasi iniziali, in cui la maggioranza del traffico dati avviene in 4G e la maggioranza dello spettro elettromagnetico è implementato in LTE.

Il 5G SA (Standalone, indipendente) invece permette di agganciare una rete 5G in maniera indipendente, non solo, anche la Core Network(la rete che gestisce il traffico dal dispositivo utente ad “internet”) è indipendente da quella delle reti di precedente generazione. Questo permette di implementare più facilmente soluzioni innovative dedicate ad impieghi specifici, come: telemedicina, IoT, Smart Factories (come nel test di TIM presso Exor o Vodafone presso HSR), Autonomous Driving o Network Slicing.

VoLTE e  VoNR

Le chiamate su rete 4G, senza CSFB (Circuit Switched Fall Back) cioè senza ritorno su rete 2/3G, implementate in Italia a partire dal 2015, definite VoLTE (Voice over LTE), sono attualmente utilizzate anche in 5G-NSA, dal momento che la chiamata viene gestita dalla Core Network 4G e che il layer NR è solamente un layer “aggiuntivo”. Ciascun operatore e vendor può decidere se tenere o rilasciare il layer NR in chiamata, anche in base alle condizioni radio del momento, essendo la chiamata packet-switched, essa può usare indifferentemente il canale fisico del layer NR o del layer LTE. Quando invece verrà implementato 5G-SA, potremmo effettuare chiamate in 5G mediante VoNR (Voice over NR), senza dover collegarci ad una rete 4G ed alla sua Core Network.

Edge Computing e Network Slicing

Una delle killer feature della nuova rete 5G è il network slicing, ovvero la possibilità di creare delle reti logiche separate, ma con la medesima parte di accesso radio e trasporto. Ciascuna delle slices (fette) create può essere realizzata e personalizzata in base alle necessità di un cliente o di una clientela più ampia, per rispondere a necessità ed esigenze sempre crescenti in questo ambito. Non solo, questa novità introdotta permette una flessibilità ed un’adattabilità elevate per una rete mobile.

Un’ulteriore feature introdotta mediante la nuova tecnologia 5G è l’edge computing, ovvero la possibilità di realizzare piccoli data center ed apparati di core network 5G in modo non centralizzato, cioè in estrema prossimità ai device di rete che utilizzano questi dati. Questo approccio consente la creazione di reti ad-hoc per impieghi specifici e settoriali, mission-critical, con latenze estremamente basse ed un’eccellente flessibilità ed affidabilità. Tale implementazione è possibile sia su 5G-SA, che NSA, in quest’ultimo caso con grandi limitazioni.

*1:**Fastweb è già in possesso di 42MHz (2x21MHz) di B42 con licenze regionali per connessioni FWA, che mediante un accordo con WindTre, condivide con la stessa. Quindi le AAU W3 ad oggi irradiano 20MHz di n78 più 40MHz, o due blocchi da 20MHz, di n78, in base alla regione di riferimento (in alcune regioni i due blocchi di frequenza in uso da Fastweb sono contigui).*
*VEDI IMMAGINE 1 (Divisione Spettro Operatori regionali FWA e MNO 3,4-3,8 GHz by Chabuje99)*

2: TIM possiede anche ulteriori 42MHz (2x21MHz) di B42 con licenze regionali, che mediante un contratto di leasing vengono utilizzate da Linkem per il suo servizio FWA.

## Fonti:

• Specifiche NR 3GPP Rel. 16 https://www.3gpp.org/release-16
• Sperimentazione 5G MISE https://www.mise.gov.it/index.php/it/normativa/notifiche-e-avvisi/2036226-5g-avviso-pubblico-per-progetti-sperimentali

* Graduatorie sperimentazione 5G [https://web.archive.org/web/20181014130145/http://www.sviluppoeconomico.gov.it/images/stories/normativa/avviso\_2%20agosto\_2017\_sperimentazione\_5G\_graduatorie.pdf](https://web.archive.org/web/20181014130145/http://www.sviluppoeconomico.gov.it/images/stories/normativa/avviso_2%20agosto_2017_sperimentazione_5G_graduatorie.pdf)
* Bando di Gara Frequenze 5G. [https://www.gazzettaufficiale.it/eli/gu/2018/07/11/80/s5/pdf](https://www.gazzettaufficiale.it/eli/gu/2018/07/11/80/s5/pdf)
* Risultati bandi gara Frequenze 5G.  [https://web.archive.org/web/20191117122624/https://www.sviluppoeconomico.gov.it/index.php/it/per-i-media/comunicati-stampa/it/194-comunicati-stampa/2038666-gara-5g](https://web.archive.org/web/20191117122624/https://www.sviluppoeconomico.gov.it/index.php/it/per-i-media/comunicati-stampa/it/194-comunicati-stampa/2038666-gara-5g)
* PROCEDURE PER L’ASSEGNAZIONE E REGOLE PER L’UTILIZZO DELLE FREQUENZE DISPONIBILI NELLE BANDE 694-790 MHz, 3600-3800 MHz e 26.5-27.5 GHz [https://www.agcom.it/documents/10179/10517165/Delibera+231-18-CONS/ce5f9340-2b1f-49ba-9cd0-8984d9c56d85?version=1.0](https://www.agcom.it/documents/10179/10517165/Delibera+231-18-CONS/ce5f9340-2b1f-49ba-9cd0-8984d9c56d85?version=1.0) * Consultazione pubblica concernente l’autorizzazione degli operatori LINKEM S.p.A. e TIM S.p.A. al trasferimento reciproco e proroga di diritti individuali d’uso di radiofrequenze in banda 3.4-3.6 GHz [https://www.agcom.it/documents/10179/24540937/Delibera+315-21-CONS/91ce97f6-14aa-4e20-accb-6e8046f1e804?version=1.0](https://www.agcom.it/documents/10179/24540937/Delibera+315-21-CONS/91ce97f6-14aa-4e20-accb-6e8046f1e804?version=1.0)
* Autorizzazione all’accordo commerciale WindTre Fastweb di realizzazione di una rete di quinta generazione (5G) condivisa [https://www.agcom.it/documents/10179/20041149/Delibera+420-20-CONS/b4b41f9e-8296-4170-af42-670e03aa4da2?version=1.0](https://www.agcom.it/documents/10179/20041149/Delibera+420-20-CONS/b4b41f9e-8296-4170-af42-670e03aa4da2?version=1.0)
* Installazioni mmwave TIM [https://www.gruppotim.it/it/archivio-stampa/corporate/2020/CS-TIM-record-FWA-5G-04-12-2020-ita.html](https://www.gruppotim.it/it/archivio-stampa/corporate/2020/CS-TIM-record-FWA-5G-04-12-2020-ita.html)
* Applicazioni 5G SA di Vodafone,  Remote Medical Proctoring [https://www.hsr.it/news/2021/novembre/chirurgia-da-remoto-sperimentazione](https://www.hsr.it/news/2021/novembre/chirurgia-da-remoto-sperimentazione)
* Applicazioni 5G SA di TIM, Smart Factory [https://www.repubblica.it/economia/rapporti/mondo5g/rete-per-italia/2021/06/25/news/tim\_con\_exor\_international\_per\_la\_prima\_fabbrica\_connessa\_in\_5g-307675138/](https://www.repubblica.it/economia/rapporti/mondo5g/rete-per-italia/2021/06/25/news/tim_con_exor_international_per_la_prima_fabbrica_connessa_in_5g-307675138/)