Con il termine “5G” si intendono tecnologie e standard di nuova generazione per la comunicazione mobile. Una delle caratteristiche principali di questa rete è quella di permettere molte più connessioni in contemporanea, con alta velocità e tempi di risposta molto rapidi.

Questa tecnologia, che costituirà l’evoluzione del 4G, verrà utilizzata per connettere i nostri smartphone, ma anche e soprattutto per connettere tanti oggetti intorno a noi (IoT, Internet of things), come elettrodomestici, auto, semafori, lampioni, orologi.

I campi di applicazione sono molteplici: si va dalla domotica/robotica, all’industria automobilistica e sanitaria/biomedicale, fino alla sicurezza.

La penetrazione del 5G avverrà secondo un percorso graduale: nel 2019 ha preso il via una fase di sperimentazione. Le frequenze a 700 MHz, che attualmente trasmettono il segnale radiotelevisivo, si libereranno dal 2022 e serviranno agli operatori telefonici per rafforzare la copertura in banda ultralarga su tutto il territorio, anche a livello indoor.

L’obiettivo della Commissione Europea, recepito anche dal Mise (Ministero per lo Sviluppo economico), è quello di promuovere uno sviluppo quanto più possibile armonico tra i diversi stati di sviluppo di questa tecnologia e arrivare a una copertura totale entro il 2025.

Sul sito di Arpae sono disponibili ulteriori informazioni sullo “standard 5G”, le caratteristiche delle nuove antenne e lo sviluppo della rete 5G a Bologna.

L’Unione Europea e il 5G

La Commissione europea, il 14 settembre 2016, ha lanciato il 5G Action Plan [PDF] per promuovere uno sviluppo quanto più possibile armonico tra i diversi stati di questa tecnologia. L’obiettivo è realizzare il 5G entro il 2020 e raggiungere una copertura totale entro il 2025.

Per attuare il 5G Action Plan, il Ministero dello Sviluppo Economico italiano ha lanciato, nel 2015, il Piano Strategico Banda Ultra Largo e ha indetto l’asta (chiusa nell’ottobre del 2018) per l’assegnazione delle frequenze.

L’assegnazione delle frequenze ai gestori di telefonia mobile

La tecnologia 5G è stata introdotta dal Ministero dello Sviluppo Economico con una gara conclusa nel settembre 2018. Dunque, i diversi gestori hanno acquisito l’uso di alcuni pacchetti di frequenze:

• 3.600-3.800 Mhz, frequenze libere dal 2019;
• 26,5-27,5 Ghz, frequenze libere dal 2020 e adatte alle microcelle;
• 694-790 Mhz, frequenze libere dal 2022.

Gli operatori interessati all’acquisizione dei pacchetti sono stati Tim, Vodafone, WindTre e Iliad.

Quali sono le differenze tra il 5G e il 4G?

Il 5G è la rete di nuova generazione che avrà prestazioni più elevate rispetto all’attuale   4G: maggiore velocità, segnale più potente, connessione a più dispositivi […].

Le nuove frequenze attribuite al 5G per la telecomunicazione mobile si situano nella stessa gamma di quelle per il 4G e, allo stato attuale, solo le onde 26 GHz non sono utilizzate.

Come stabilito dal Ministero dello Sviluppo economico (Mise), la frequenza di trasmissione del segnale 5G potrà essere di 700 MHz (frequenza attualmente impiegata delle TV), di 3600-3800 MHz e di 26 GHz. Le attuali tecnologie di comunicazione cellulare, fino al 4G, utilizzano invece frequenze comprese tra 800 MHz e 2600 MHz. La banda dei 700 MHz permette una penetrazione migliore del segnale anche negli ambienti indoor rispetto alle frequenze finora utilizzate.

Caratteristiche del 5G:

• la velocità di trasmissione dei dati del 5G è fino a 100 volte superiore di quella del 4G. La velocità potenziale massima di 20 Gbps permette di scaricare rapidamente grandi quantità di dati. Es.: il download di un film richiede qualche secondo. La sua velocità sarà direttamente proporzionale al numero di clienti che si connetteranno alla rete;
• le celle 5G dovranno avere un consumo energetico molto limitato anche quando saranno sotto carico e dovranno essere dotate di una modalità di risparmio energetico quando non saranno utilizzate;
• il 5G aumenta la capacità di trasmissione dati, il cui traffico raddoppia ogni anno;
• il 5G ha un tempo di latenza tra l’invio del segnale e la sua ricezione da 30 a 50 volte inferiore al 4G. Ciò permette di comandare a distanza e in tempo reale dispositivi e apparecchi (veicoli a guida autonoma, operazioni chirurgiche a distanza, gestione del traffico di strade, porti e aeroporti, ecc.) e di monitorare in tempo reale lo stato delle infrastrutture (IoT, Internet of thing);
• il 5G permette una densità di dispositivi connessi 100 volte maggiore rispetto al 4G (un milione di oggetti per km²), senza impattare sulla velocità di connessione. In particolare, quest’ultima caratteristica è quella che dovrebbe consentire lo sviluppo dell’Internet delle cose (Internet of things, IoT). Quindi, in futuro le reti non saranno più a servizio dei soli dispositivi mobili (quali smartphone o telefoni cellulari), ma anche della comunicazione tra oggetti, come ad esempio la possibilità di “dialogo” con numerosi elettrodomestici di uso comune, o tra dispositivi e sensori di vario tipo (per esempio, la possibilità di un veicolo di colloquiare con la strada).

Si stima che, entro la fine del 2024, il 5G raggiungerà oltre il 40% della popolazione globale e che ci saranno 1,5 miliardi di abbonamenti alla nuova tecnologia. Le reti 5G saranno reti di reti.

Vodafone, Tim e Iliad si sono aggiudicati 2 lotti da 10 MHz ciascuno.
Nella banda dei 3700 MHz, Vodafone e Tim si sono aggiudicati i 2 lotti da 80 MHz, mentre Iliad e Wind Tre i restanti 2 da 20 MHz. Infine, per la banda dei 26 GHz, ogni operatore si è aggiudicato un lotto. L’asta ha avuto in totale un valore di circa 6.550.000.000 €.

Bande di frequenza

Le bande di frequenza si distinguono per utilizzo, velocità  e potenza di emissione. 

Banda dei 700 MHz
La banda dei 700 MHz non sarà utilizzabile fino a giugno 2022, cioè fino a quando non verrà liberata dalle emittenti radiotelevisive. Questa banda è utilizzabile con basse potenze in emissione e costi ridotti garantendo comunque una copertura efficace; le applicazioni che sfrutteranno questa banda saranno principalmente quelle legate alle smart cities, smart homes e dai dispositivi indossabili. 

Banda dei 3700 MHz
Applicazioni legate alle auto a guida autonoma, la robotica e la sanità lavoreranno principalmente nella banda dei 3700 MHz, tale banda garantisce un’alta affidabilità e un’elevata sicurezza ma soprattutto presenta dei tempi di latenza molto rapidi e quindi adatti per le applicazioni sopra citate.

Banda dei 26 GHz
la banda dei 26 GHz verrà utilizzata principalmente per comunicazioni che devono disporre di elevate velocità di trasmissione. Risulta estremamente sensibile all’interferenza da ostacoli, pertanto il trasmettitore e il ricevitore dovranno essere in visibilità l’uno con l’altro.
Queste frequenze saranno probabilmente poco utilizzate per gli smartphone, in quanto il corpo umano potrebbe rappresentare un ostacolo in grado di degradare di parecchio il segnale radiomobile.

Il numero di antenne del 5G 

Il numero delle antenne potrebbe aumentare nei prossimi anni, viste le caratteristiche peculiari della rete 5G che occorrerà sviluppare e la tipologia dei servizi che saranno disponibili. 

L’aumento delle antenne, però, comporterà celle di copertura più piccole di quelle attuali, con la conseguente diminuzione delle potenze necessarie per l’erogazione del servizio. .

Le tempistiche dipenderanno dai piani di sviluppo delle reti, dalle aree che dovranno essere coperte, dalla penetrazione nel mercato delle nuove tecnologie e delle loro applicazioni.

L’aumento degli impianti non significherà necessariamente un aumento di emissioni elettromagnetiche.

L’uso di particolari antenne adattative fa sì che le emissioni derivanti dal sistema 5G siano inferiori e ottimizzate nello spazio rispetto alla tecnologia 4G.

In ogni caso, tutto ciò non porterà a una crescita indiscriminata dei livelli di campo elettromagnetico, in quanto rimangono in vigore i limiti normativi e Arpae verifica sempre che i progetti dei nuovi impianti, o di modifica di quelli esistenti, siano compatibili con con tali limiti

Caratteristiche delle nuove antenne

La rete 5G sarà basata su alcuni elementi tecnologici innovativi per soddisfare i requisiti di: 

• incremento velocità di trasmissione e capacità;
• bassa latenza;
• elevata densità di dispositivi simultaneamente connessi.

In primo luogo, si utilizzeranno larghezze di banda di 100 MHz e superiori per il trasferimento dati. Quindi, il segnale verrà direzionato verso i dispositivi connessi (beamforming):

Questo nuovo approccio non sarà più caratterizzato  da un’emissione costante di potenza in tutte le direzioni, ma da un’emissione  che si adatta al numero di utenze da servire, a seconda della loro posizione e del tipo di servizio.