Differenze tra bande di frequenza cellulare e 5G

Spiegazione semplificata sulle bande di frequenza cellulare e su cos'è il 5G, vantaggi e implementazioni

Le bande di frequenza dei telefoni cellulari sono un po' come le prese elettriche, cambiano a seconda del paese in cui si va. Paesi diversi usano diverse bande di frequenza per le loro reti di telefonia mobile e questo può diventare un problema per chi va a comprare un nuovo smartphone con la previsione di farlo funzionare anche in altri paesi, dove potrebbe non funzionare per connettersi a internet.
Diventa quindi non solo interessante, ma anche molto utile sapere le differenze tra le bande di frequenza cellulare, sopratutto in questo periodo in cui viene lanciato un nuovo standard, il 5G, di cui si sta parlando sempre più spesso, sia in termini positivi come la prossima rivoluzione delle connessioni mobili, sia in termini negativi per i possibili problemi che può portare alla salute.

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Bande di frequenza cellulare

Prima di vedere le bande di frequenza più usate in Italia e nel mondo, vediamo cosa significa frequenza (in termini super semplici). La frequenza è definita come il numero di cicli di un evento ripetitivo che avvengono in un'unità di tempo definita. come eventi ripetitivi possiamo pensare, ad esempio, alle vibrazioni di un mezzo come l'acqua o nell'aria, che avvengono in modo abbastanza rapido da produrre un'onda. Ogni onda è misurata in un secondo dall'unità di misura hertz: maggiore è il numero di vibrazioni, maggiore è l'hertz. Prendendo ad esempio le onde sonore, possiamo dire che se la nota suonata con uno strumento a corde vibra a circa 440 Hz significa che vibra 440 volte al secondo. La trasmissione tra un telefono cellulare e i ripetitori dell'operatore è fatta da onde elettromagnetiche ( o radiazioni elettromagnetiche) che operano in diverse bande tra i 300 GHz e 3 kHz, una frequenza abbastanza bassa da rimanere invisibile.
In generale, le bande (larghezza di banda), si riferiscono alla gamma di frequenze che possono essere contenute all'interno di un segnale. Le bande di frequenza cellulare utilizzate in Italia ed anche in tutto il mondo (per la maggior parte), sono le seguenti:

2G (GSM, CDMA, EDGE)

Il 2G è la banda supportata da tutti gli operatori telefonici.
La copertura della rete GSM (Global System for Mobile Communications) utilizza le bande 900 e 1800MHz in Italia e nella maggior parte del mondo, tranne in Nord America dove usa le bande 850 e 1900MHz. Un telefonino che supporta solo la frequenza GSM potrebbe quindi non funzionare negli USA se non è dual band (ossia se non supporta le diverse bande GSM). EDGE è lo standard per il trasferimento dati su rete GSM, evoluzione del più antico GPRS. Quando sul cellulare compare l'icona della E, allora il telefono è connesso a internet in GSM, la cui lentezza impedisce praticamente di fare qualsiasi cosa sugli smartphone moderni.

3G (UMTS, HSPA, HSPA+)

Il 3G è stata la prima rivoluzione delle frequenze cellulari, con uno standard che utilizza la frequenza 2100 Mhz in tutto il mondo. Grazie al 3G e le connessioni HSPA e HSPA+, c'è stato un notevole aumento nella velocità di trasmissione dati, consentendo non solo di navigare su internet, ma anche di vedere video in streaming, fare videochiamate e scaricare applicazioni e foto.
Quando il telefono è connesso al 3G, sul cellulare compare l'icona H o H+, che indica la connessione dati HSPA (High-Speed Packet Access) o HSPA Evolution (HSPA+).

4G (LTE)

Il 4G è, oggi, diffuso in quasi tutto il mondo, con però diverse bande di frequenza: 800 Mhz, 1800 Mhz, 2600 Mhz e 2100 Mhz. La velocità di trasmissione dati massima della connessione LTE (Long Term Evolution) è per il download 12,5 MBytes/sec e di Upload 7,5 MBytes/sec che è moltissimo anche per vedere video in HD.

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Cos'è il 5G

5G è la quinta generazione di reti mobili, un'evoluzione significativa delle reti 4G LTE di oggi. 5G è stato progettato per soddisfare l'enorme crescita di connessione dati della società moderna di oggi, sopratutto per favorire connessioni veloci con dispositivi smart di ogni tipo e non solo quindi per smartphone e PC.
Nella prima fase iniziale partita già quest'anno anche in Italia, il 5G opera con le reti 4G esistenti per poi andare ad evolvere verso reti completamente indipendenti nelle versioni successive, con l'ampliamento della copertura.
5G utilizza le onde radio o l'energia a radiofrequenza (RF) per trasmettere e ricevere voce e dati. Oltre a fornire connessioni più veloci e una maggiore capacità, il principale vantaggio del 5G è il rapido tempo di risposta o, in termini più tecnici, la minor latenza.
La latenza è il tempo impiegato dai dispositivi per rispondere tra loro sulla rete wireless. Le reti 3G hanno un tempo di risposta tipico di 100 millisecondi, il 4G di circa 30 millisecondi, con il 5G questa latenza è di appena 1 millisecondo, una risposta praticamente istantanea che apre ad un nuovo mondo di applicazioni connesse. Il 5G consentirà la connettività istantanea a miliardi di dispositivi, con qualsiasi oggetto che potrà essere connesso pronto a rispondere senza ritardi.
Quando viene stabilita una connessione 5G, il dispositivo si collegherà alla rete 4G per fornire la segnalazione di controllo e alla rete 5G per contribuire a fornire la connessione dati rapida che si aggiunge alla capacità 4G esistente.

Come altre reti cellulari, le reti 5G utilizzano un sistema di siti di celle che dividono il territorio in settori e inviano dati codificati tramite onde radio. Ogni sito di celle deve essere connesso a una rete, tramite una connessione cablata o wireless. Le reti 5G utilizzano un tipo di codifica chiamato OFDM, che è simile alla codifica utilizzata da 4G LTE, con una latenza molto più bassa e una maggiore flessibilità rispetto. Il nuovo sistema è progettato anche per operare su canali molto più grandi del 4G. Mentre la maggior parte dei canali 4G sono a 20 MHz, collegati insieme fino a 160 MHz alla volta, i canali 5G possono arrivare a 100 MHz, arrivando insieme a 800 MHz alla volta.

Uso del 5G

Esistono tre principali categorie di casi d'uso per il 5G:
- Massive machine to machine communications, anche chiamato Internet of Things (IoT), che prevede il collegamento di miliardi di dispositivi senza intervento umano su larga scala. Questo ha il potenziale per rivoluzionare sopratutto i moderni processi e applicazioni industriali, tra cui agricoltura, produzione e comunicazioni commerciali.
- Comunicazioni a bassa latenza estremamente affidabili per il controllo in tempo reale dei dispositivi smart home, robotica industriale, auto e sistemi di sicurezza, guida autonoma e reti di trasporto più sicure. Le comunicazioni a bassa latenza aprono un nuovo mondo in cui sono possibili cure mediche, procedure e trattamenti remoti.
- Amplificazione della banda larga mobile: l a velocità di trasmissione dati del 5G è notevolmente più rapida e con maggiore capacità di mantenere il mondo connesso. Le nuove applicazioni includeranno l'accesso a Internet wireless fisso per le case e una maggiore connettività per le persone in movimento.

Quando è pronto il 5G?

Mentre già sono disponibili abbonamenti per usufruire del 5G anche in Italia (solo in alcune città), la fase di sviluppo e di sperimentazione continuerà ancora fino al 2020 mentre la disponibilità diffusa di servizi 5G è prevista per il 2023. La maggior parte degli operatori inizialmente integrerà le reti 5G con le reti 4G esistenti per fornire una connessione continua.
Il problema con la disponibilità del 5G è che non sono ancora in vendita dispositivi che supportano questa connessione ed anche nel mercato degli smartphone i modelli in vendita col 5G non sono ancora usciti.
La previsione è che i telefoni cellulari dotati di connettività 3G, 4G e 5G saranno disponibili il prossimo anno e nel 2021.
Per avere informazioni più dettagliate si può leggere l'articolo sul 5G di Wikipedia.

Banda di frequenza del 5G

Le bande di frequenza iniziali per 5G sono proposte intorno a 600-700 MHz, 3-4 GHz, 26-28 GHz e 38-42 GHz, che aggiungeranno una capacità significativamente maggiore rispetto alle attuali tecnologie mobili. Lo spettro aggiuntivo e la maggiore capacità consentiranno connessioni più veloci.

Problemi del 5G in Italia

In Italia c'è un problema con l'implementazione del 5G a causa del superamento dei limiti di emissioni elettromagnetiche imposti per legge, più restrittivi rispetto altri paesi. In pratica l'aggiunta di nuove antenne per il 5G farebbe superare questi limiti in alcune zone già coperte, quindi ci sarà da aspettarsi un adeguamento dei limiti italiani a quelli espressi dalle linee guida internazionali, senza però trascurare eventuali problemi di salute che esse possono portare (riguardo ai quali invito a nuove ricerche perchè va oltre questa trattazione).

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