Gestione dello spettro: problemi aperti in vista del 5G

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1 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

2 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. 2

3 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). 3

4 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

5 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. 5

6 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); Facilità di integrazione nei dispositivi portatili. 5G Candidate Band Study, Final Report to Ofcom, March

7 1. Bande candidate per il 5G (5) Esempi di bande prioritarie: 5G Candidate Band Study, Final Report to Ofcom, March 2015 Banda 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 GHz: Piccoli usi esclusivi (Radioamatori); 2.8 GHz eventualmente disponibili (non contigui). Allocata al mobile a livello globale (Europa, Cina, Sud Korea e USA). 7

8 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 GHz-86 GHz IMT 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 e Servizi Fissi 5 GHz ( MHz) RLAN RLAN come servizio mobile.* - Identificazione delle caratteristiche tecniche ed operazionali. - 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. *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). 8

9 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 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. 9

10 4. Tempistiche per la realizzazione delle prime reti 5G (1) WRC-15 WRC-19 SK Telecom 5G White Paper, October

11 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) SDL 11 ECC PT1

12 4. Tempistiche per la realizzazione delle prime reti 5G (3) Banda L 1452 MHz MHz estesa nella WRC MHz 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 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. 12

13 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. 13

14 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

15 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): GHz (IMT-2020) ; GHz (Mobile Terrestre); 5 GHz (RLAN mobili) Bande di interesse: 28 GHz; 6-24 GHz Bande verso il 5G : 700 MHz; MHz (Banda L); GHz; GHz. 15

16 Grazie dell attenzione Valeria Petrini