Seminario Le nuove frontiere tecnologiche del 5G: Le comunicazioni radiomobili ad onde millimetriche Attività normativa a livello internazionale e attuale impiego delle principali bande di frequenze a livello nazionale Roma, 16 Marzo 2016 Scuola Superiore di Specializzazione in Telecomunicazioni Claudia Carciofi Fondazione Ugo Bordoni (FUB) email@fub.it Progetto µwaves-5g, ISCOM & FUB
Nuove sfide e scenari d interesse per i sistemi 5G Scenari futuri: Aumento dei volumi di traffico Aumento del numero di dispositivi connessi con diversi requisiti di servizio Miglioramento qualità sperimentata dall utente QoE Riduzione dei costi e aumento di soluzioni innovative Sfide tecnologiche: Tecnologie per migliorare gli scenari mobili per servizi multimediali diffusivi (Evolved Multimedia Broadcast and Multicast Service (embms)) Tecnologie per lo sviluppo di comunicazioni massive machine to machine Tecnologie per migliorare efficienza energetica, sicurezza e privacy Tecnologie per garantire comunicazioni altamente affidabili a bassa latenza Tecnologie per ottenere data rate elevate: Spettro: utilizzo di ampi blocchi di spettro a frequenze elevate, carrier aggregation Livello fisico: tecniche avanzate di modulazione e codifica, Massive MIMO Rete: densificazione della rete (femtocelle) 2
Requisiti sistemi 5G (ITU-R M. 2083 IMT 2020 Vision) 3
Possibili modelli e architetture di sviluppo 5G Fonte Alcatel Lucent 4
Uso delle onde millimetriche per sistemi 5G Requisiti sistemi 5G: capacità e velocità di trasmissione molto elevate richiedono di avere a disposizione canali dell ordine dei 500 MHz o del GHz. Riduzione dei tempi di latenza Onde millimetriche: garantiscono bande di dimensione molto estesa e contigua difficilmente ottenibili anche attraverso l aggregazione di più bande Necessità di studi sulla applicabilità d uso delle onde millimetriche per sistemi 5G: Analisi dell uso attuale delle bande sopra i 6 GHz da parte di altri servizi Studio della compatibilità di sistemi 5G con servizi allocati in tali frequenze Studio delle carattetistiche di propagazione e di copertura del servizio dei sistemi 5G in diversi scenari e per diverse applicazioni Attività normativa volta alla armonizzazione d uso delle onde millimetriche per sistemi 5G 5
Obiettivo del lavoro Analisi dell uso dello spettro sopra i 6 GHz in ambito: Internazionale (ITU) Radio Regulations Europeo (CEPT) ECA table Nazionale (PNRF) Confronto delle diverse metodologie proposte da enti normativi e dall industria per identificare le bande di studio per i sistemi 5G Analisi del percorso normativo che ha portato durante la WRC15 alla scelta delle bande di frequenza a onde millimetriche che dovranno essere oggetto di studio per i sistemi 5G per la prossima WRC19 Individuare le bande di frequenza oggetto di sperimentazione nel progetto µwaves-5g 6
ITU Radio Regulations Esempio analisi attribuzioni frequenze 6-8 GHz Radio Regulations 7
ECO Frequency Information System Strumento di analisi dell uso delle frequenze in Europa: www.efis.dk Selezione di un intervallo di frequenza e di una nazione Analisi per attribuzioni, applicazioni, interfacce, diritti d uso, normativa di riferimento 8
Bande di frequenza proposte dal progetto europeo METIS Criteri seguiti per la scelta delle bande potenziali per sistemi 5G: bande attribuite su base primaria o co-primaria ai servizi MOBILI larghezza di banda disponibile superiore a 1 GHz quadro normativo esistente favorevole come fattore abilitante 9
Bande di studio per sistemi 5G proposte da FCC Criteri seguiti per la scelta delle bande di studio per sistemi 5G: Consultazione pubblica bande sopra i 24 GHz bande di frequenza allocate a livello internazionale ai servizi FISSO e MOBILE (economia di scala, armonizzazione tecnica e normativa), Larghezza di banda e canalizzazione, Stato delle licenze, Stato di allocazione del servizio MOBILE, Altri servizi autorizzati Bande analizzate da FCC: 24 GHz (24,25-24,45 GHz e 25,05-25,25 GHz) LMDS (27,5-28,35 GHz; 29,1-29,25 GHz e 31-31,3 GHz) 39 GHz (38,6 40 GHz) 37/42 GHz (37-38,6 GHz e 42 42,5 GHz) 60 GHz (57-64 GHz e 64-71 GHz) 70/80 GHz (71-76 GHz e 81-86 GHz) FCC_Panoramica bande da 24 a 86 GHz 10
Analisi utilizzo bande nel Regno Unito (6-200 GHz) 11
Analisi Ofcom UK potenziale condivisione servizi con 5G 12
Attività CEPT per WRC15 Gruppo di lavoro CPG PTA agenda item 10 WRC-15: analisi e proposta CEPT sulle possibili bande di studio per i servizi mobili 5G Sono stati presi in esame diversi intervalli di frequenza tra 6 e 100 GHz: < 20 GHz, 20-30 GHz, 30-40 GHz, 40-50 GHz, > 50 GHz Criteri di analisi delle bande per il 5G: Ampie porzioni di spettro contigue (es 3-4-5 GHz) armonizzazione a livello globale possibilità di condividere i servizi 5G con altri servizi (sharing) Non considerare bande allocate a servizi passivi e utilizzate per scopi scientifici 13
Analisi CEPT delle bande di frequenza 5G per WRC15 6-20 GHz: propagazione favorevole, sistemi di antenne relativamente semplici difficoltà di coesistenza con altri servizi esistenti (collegamenti via satellite, ricerca scientifica, collegamenti fissi punto-punto, collegamenti militari) 20-30 GHz: Forte presenza di servizi satellitari, fissi 30-40 GHz: 31,8-33,4 GHz: numero limitato di servizi del tipo HDFS High Density Fixed Service (potenziale oggetto di studio per il 5G) presenza d servizi di radionavigazione. 38 GHz: servizi HDFS, collegamenti punto-punto operatori mobili, collegamenti satellitari 40-50 GHz: 51,4-52,6 GHz: attribuita al servizio mobile a livello globale non risulta al momento utilizzata. La stessa banda, tuttavia, è attribuita per l uplink satellitare 50 100 GHz: collegamenti inter-satellite (57-58,2 GHz e 59-66 GHz), possibile sviluppo applicazioni innovative standard IEEE802.11ah (WiGig) 66-71 GHz collegamenti inter-satellite 71-76 e 81-86 GHz: servizio fisso, radioastronomia 14
Proposta finale della CEPT per WRC15 Bande proposte dalla CEPT oggetto di studio per i sistemi 5G Scelta delle bande 33 GHz e 75 GHz per l attività sperimentale del progetto µwaves-5g prevalentemente in ambiente indoor 15
Confronto tra le varie proposte range da 6 a 40 GHz range da 40 a 90 GHz 16
Utilizzo in Italia (PNRF) delle bande proposte da CEPT per il 5G Sperimentazione indoor progetto µwaves-5g 33 GHz 75 GHz 17
Il punto di vista di alcuni manufatturieri Nokia: banda 70-90 GHz per backhauling e reti di accesso con celle molto piccole ad alta densità Samsung: sperimentazioni nelle bande 28 GHz e 38 GHz, possibilità di collegamenti prevalentemente in linea di vista (forte attenuazione da muri, ostacoli, vegetazione) Sviluppo commerciale banda 60 GHz Ericsson: 18
Esito WRC15 WRC19 Agenda Item 1.13: to consider identification of frequency bands for the future development of International Mobile Telecommunications (IMT), including possible additional allocations to the mobile service on a primary basis, in accordance with RESOLUTION COM6/20 (WRC-15): RESOLUTION COM6/20 (WRC-15): Studies on frequency-related matters for International Mobile Telecommunications identification including possible additional allocations to the mobile services on a primary basis in portion(s) of the frequency range between 24.25 and 86 GHz for the future development of International Mobile Telecommunications for 2020 and beyond Studi di coesistenza e compatibilità nelle seguenti bande: 24.25-27.5 GHz 2, 37-40.5 GHz, 42.5-43.5 GHz, 45.5-47 GHz, 47.2-50.2 GHz, 50.4-52.6 GHz, 66-76 GHz, 81-86 GHz, which have allocations to the mobile service on a primary basis; 31.8-33.4 GHz, 40.5-42.5 GHz and 47-47.2 GHz, which may require additional allocations to the mobile service on a primary basis (2) When conducting studies in the band 24.5-27.5 GHz, to take into account the need to ensure the protection of existing earth stations and the deployment of future receiving earth stations under the EESS (space-to-earth) and SRS (spaceto-earth) allocation in the frequency band 25.5-27 GHz. 19
Gruppi di studio ITU AI 1.13 WRC19 ITU-R Task Group 5/1 (TG 5/1): WRC-19 agenda item 1.13 sharing and compatibility studies ITU-R WP 5D studies on spectrum needs for the terrestrial component of IMT 20