Cos’è il 5G
l 5G (quinta generazione delle reti mobili) è lo standard internazionale per la comunicazione mobile ad alte prestazioni. Succede al 4G puntando a velocità molto superiori, una latenza ultra-bassa e una capacità di connessione massiccia.
Rispetto al 4G, il 5G promette fino a 100 volte maggiore velocità (picchi teorici di 10 Gbit/s) e una reattività migliorata (tempi di risposta ridotti da 30 a 50 volte). Aumenta anche la capacità complessiva della rete (i volumi di dati raddoppiano ogni anno) e permette di connettere fino a 1 milione di oggetti per km² (contro circa 10.000 nel 4G).
Questi vantaggi rispondono ai tre principali profili d’uso definiti per il 5G:
- eMBB (enhanced Mobile Broadband): banda larga mobile ultra veloce (streaming HD/4K, realtà virtuale, ecc.).
- mMTC (massive Machine-Type Communications): altissima densità di dispositivi connessi (IoT, sensori, domotica).
- URLLC (Ultra-Reliable Low-Latency Communications): comunicazioni critiche a latenza ultra bassa (robotica avanzata, veicoli autonomi, telemedicina).
Queste caratteristiche fanno del 5G un’evoluzione importante rispetto al 4G LTE, capace di supportare nuovi servizi (fabbrica connessa, città intelligenti, salute a distanza, ecc.).
Funzionamento del 5G
Il 5G si basa sulla nuova interfaccia radio 5G NR e sfrutta uno spettro esteso per raggiungere le sue prestazioni. Può teoricamente operare da circa 600 MHz fino a oltre 52 GHz (onde millimetriche « mmWave »), ma ogni banda ha i suoi usi specifici. In Svizzera, gli operatori utilizzano principalmente le bande già assegnate (700 MHz per una copertura estesa, 1,8–2,6 GHz riutilizzate dal 4G e le nuove 3,5–3,8 GHz). Le « onde centimetriche » intorno a 3,5 GHz (3500 MHz) offrono un buon compromesso tra portata e velocità, mentre le onde millimetriche (>24 GHz) fornirebbero velocità ancora più elevate (dell’ordine di diversi gigabit/s), ma con una copertura molto limitata (portata corta e bassa penetrazione). Le bande basse (<1 GHz) rimangono utili per raggiungere grandi distanze (copertura estesa nelle zone rurali).
Per compensare la portata ridotta delle alte frequenze e massimizzare la capacità, il 5G utilizza tecnologie avanzate:
- Massive MIMO (antenne multiple) e beamforming: impiego di un gran numero di antenne intelligenti per concentrare il segnale verso i dispositivi e moltiplicare i flussi di dati.
- Densificazione della rete: moltiplicazione dei punti di accesso (macrocelle classiche + small cell) per coprire le zone densamente popolate e migliorare la velocità per utente.
Le prestazioni previste dal 5G sono estremamente ambiziose: velocità teoriche fino a 10 Gbit/s, latenze dell’ordine di 1-8 millisecondi. In pratica, con le frequenze disponibili (<6 GHz), si prevedono velocità fino a circa 3 Gbit/s per un utente in condizioni ottimali. Queste prestazioni implicano, tra l’altro, una gestione della rete molto più efficiente (elaborazione ai margini, prioritizzazione dei flussi, ecc.).
5G Non-Standalone (NSA) vs Standalone (SA)
Gli operatori hanno due modalità principali di implementazione. In NSA (Non-Standalone) si aggiungono stazioni radio 5G NR alla rete 4G esistente: il core network (EPC LTE) rimane quello del 4G e le antenne 5G servono principalmente ad aumentare le velocità e ridurre la latenza. In pratica, uno smartphone NSA si connette con un’interfaccia 5G, ma passa attraverso l’infrastruttura 4G per accedere a Internet.
In SA (Standalone), l’implementazione è interamente dedicata al 5G: la rete comprende un core nativo 5G (5G Core) e solo antenne 5G, senza alcun ricorso alla rete 4G. L’architettura SA è “cloud-native” e virtualizzata, progettata per gestire nativamente le nuove capacità del 5G, ciò che possiamo chiamare vero 5G. Attualmente Sunrise è l’unico operatore a offrire il 5G Standalone per i clienti con smartphone compatibili.
Dal punto di vista dell’implementazione, NSA è più veloce e meno costoso (si usa l’infrastruttura LTE), mentre SA richiede una riorganizzazione completa della rete (nuove funzioni software, core network 5G, formazione degli ingegneri). Tuttavia, è in modalità SA che si può sfruttare tutta la potenza del vero 5G e aprire opportunità inedite per servizi dedicati.
| Caratteristica | 5G NSA (Non Stand Alone) | 5G SA (Stand Alone) |
|---|---|---|
| Dipendenza | Si basa sull’infrastruttura 4G esistente (core 4G) | Funziona in modo autonomo con un core 5G nativo |
| Distribuzione | Più veloce ed economica per gli operatori | Richiede investimenti significativi |
| Prestazioni | Velocità migliorate, ma latenza ed efficienza limitate | Latenza molto bassa, massima velocità, maggiore efficienza |
| Utilizzi | Principalmente per il miglioramento della banda larga mobile | Supporta IoT massivo, network slicing, usi critici |
| Esempi di applicazione | Streaming, navigazione, giochi mobili | Veicoli autonomi, telemedicina, industria 4.0 |
Frequenza e larghezza di banda
Si può immaginare il funzionamento delle frequenze e della larghezza di banda nel 5G come segue: la frequenza è un’autostrada su cui transitano le informazioni, mentre la larghezza di banda rappresenta il numero di corsie disponibili. Più corsie ci sono, più l’autostrada può accogliere un grande volume di informazioni contemporaneamente, migliorando così la fluidità e la velocità degli scambi.
Il 5G utilizza uno spettro di frequenze molto più ampio rispetto alle generazioni precedenti per raggiungere prestazioni superiori in termini di velocità, latenza e densità di connessioni.
Le frequenze radio indicano le bande elettromagnetiche usate per trasmettere dati senza fili. Nel 5G esse sono suddivise in tre grandi categorie:
- Basse frequenze (<1 GHz)
Queste bande sono già utilizzate per 2G, 3G e 4G, come la banda 700 MHz in Svizzera. Offrono un’ampia copertura (ideale per le zone rurali) e buona capacità di penetrazione negli edifici, ma le loro velocità sono limitate. - Frequenze intermedie (1–6 GHz)
La banda chiave per il 5G in questa categoria è quella dei 3,5 GHz (3,4–3,8 GHz in Svizzera). Offre un compromesso equilibrato tra copertura e capacità: velocità molto elevate (~1–3 Gbit/s) e copertura ragionevole per aree urbane e periurbane. - Alte frequenze (>24 GHz, o « onde millimetriche »)
Queste frequenze (mmWave) permettono velocità ultra elevate (fino a 10 Gbit/s) grazie alla loro larghezza di banda eccezionale, ma hanno una copertura molto limitata e sono sensibili agli ostacoli (muri, pioggia, alberi). Sono ideali per ambienti molto densi come stadi o centri urbani.
La larghezza di banda corrisponde all’estensione dello spettro disponibile per trasmettere dati. Più è ampia la larghezza di banda, più risorse un operatore può allocare per trasmettere rapidamente le informazioni:
- In 4G, le larghezze di banda tipiche erano limitate a 20 MHz per portante.
- In 5G possono raggiungere 100 MHz nelle frequenze intermedie e 400 MHz nelle mmWave, moltiplicando per 5-20 le capacità di trasmissione rispetto al 4G.
Ecco un esempio dell’impatto della larghezza di banda sulla velocità di una frequenza, nel nostro caso 750 MHz. La velocità è una stima in un caso ideale in cui si connette una sola persona.
| Larghezza di banda | Velocità stimata in 5G (750 MHz) |
|---|---|
| 10 MHz | 60 a 100 Mbit/s |
| 20 MHz | 120 a 200 Mbit/s |
| 30 MHz | 180 a 300 Mbit/s |
Impatto delle frequenze e della larghezza di banda sulla copertura e sulla velocità del 5G
- Le basse frequenze coprono grandi distanze con meno antenne, ma non consentono le velocità ultra elevate del 5G.
- Le alte frequenze richiedono una rete densificata per compensare la loro portata limitata.
- Larghezze di banda maggiori permettono di trasmettere contemporaneamente più dati, da cui le velocità spettacolari osservate nelle mmWave.
Latenza e densità
Le alte frequenze permettono di ridurre i tempi di latenza grazie a trasmissioni più rapide e di connettere un gran numero di dispositivi simultaneamente (densità urbana).
Deploy in Svizzera
In Svizzera, gli operatori utilizzano principalmente:
- 700 MHz e 950 MHz per la copertura estesa e all’interno degli edifici.
- 1,8–2,6 GHz per completare le esigenze delle zone urbane e periurbane.
- 3,5 GHz per le zone ad alta densità con penetrazione negli edifici più limitata. L’obiettivo finale degli operatori è estendere la copertura di questa frequenza all’intero territorio svizzero.
Le mmWave (>24 GHz) non sono ancora dispiegate ma sono previste per usi specifici ad alta capacità nel futuro. La prossima assegnazione delle frequenze avverrà nel 2027, con utilizzo a partire dal 2029. La combinazione di bande basse, intermedie e alte permette così al 5G di rispondere a diverse esigenze di copertura, velocità e connettività.