LTE 4G e 5G

 

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In telecomunicazioni l'LTEacronimo di Long Term Evolution, o anche 4G , è la più recente evoluzione degli standard di telefonia mobile

cellulare GSM/UMTS,CDMA2000 e TD-SCDMA, pronta ad essere lanciata sul mercato.

In realtà nasce come nuova generazione per i sistemi di accesso mobile a banda larga (Broadband Wireless Access) e, dal punto di vista

teorico, si colloca in una posizione intermedia fra le attuali tecnologie 3G come l'UMTS e quelle di quarta generazione pura (4G) ancora in

fase di sviluppo. Correttamente fa parte del segmento Pre-4G.

Nonostante ciò, al fine di porre fine alla confusione tra l'utilizzo in marketing del termine 4G e la vera classificazione come 4G, l'ITU ha

recentemente deciso di applicare il termine 4G anche all'LTE.

A settembre 2011 si è conclusa in Italia l'asta pubblica per l'assegnazione delle licenze sulle frequenze destinate all'LTE, garantendo allo

stato italiano un gettito di 3.9 miliardi di euro.

I gestori vincitori dell'asta - TimVodafoneWind e H3g - lanceranno il nuovo servizio nel 2012. Infatti, da giugno 2012 dovrebbero essere

già in commercio le prime chiavette LTE rispettivamente con velocità di 100 megabit in downlink e 50 megabit in uplink.

Descrizione

La standardizzazione dell'LTE è stata completata dal 3GPP all'inizio del 2008.

L'obiettivo dell'LTE è quello di promuovere l'uso della banda larga in mobilità, sfruttando l'esperienza e gli investimenti effettuati per le reti 3G

e anticipando i tempi rispetto alla disponibilità degli standard di quarta generazione 4G il cui obiettivo è quello di raggiungere velocità di

connessione wireless anche superiori a 1 Gb/s.

HSPA ed LTE sono forti antagonisti del WiMAX e delle sue evoluzioni; la disponibilità di HSPA oggi e di LTE nel prossimo futuro riduce di molto

le prospettive di successo su larga scala del WiMAX, soprattutto come applicazione in ambito Internet e banda larga mobili.

Oggi molti operatori CDMA2000 stanno pensando di passare allo standard LTE non appena gli apparati saranno disponibili, abbandonando

così il CDMA, il cui successo è ormai sempre più limitato, rendendo molto più vicina la possibilità di realizzare uno standard per le comunicazioni

mobili veramente mondiale.

Standard e frequenze

LTE può funzionare su diverse bande di frequenza. In particolar modo nella UE verranno utilizzate le seguenti bande:

  • banda di frequenza 800 MHz (una volta liberate alcune frequenze televisive con l'avvento del digitale terrestre, in Italia dal 2013)
  • banda di frequenza 900 MHz (una volta completato il refarming dello spettro e verrà liberato dal GSM)
  • banda di frequenza 1800 MHz (una volta liberati dei canali attualmente usati dal GSM, entro il 2012)
  • banda di frequenza 2600 MHz (frequenze già libere in alcune zone ma utilizzate dai ministeri della difesa e dai radar in altre zone)

Come specificato, la banda di frequenza 800 MHz è derivata dagli ex canali televisivi UHF 61-69. Questi canali saranno resi disponibili dopo

il 2012, in seguito alla dismissione del cosiddetto dividendo digitale, ottenuto dal passaggio al digitale terrestre di tutti gli stati membri europei.

Per l'utilizzo della banda a 900 MHz si procederà invece al cosiddetto "refarming" dello spettro radio, ovvero verranno liberati dei canali attualmente

utilizzati in tecnologia GSM (2G) per fare posto alle tecnologie 3G e 4G (HSPA+ e LTE). In città e nelle aree urbane saranno usate bande di

frequenza più elevate (si parla dei 2,6 GHz in UE). In questo caso il raggio di copertura della cella sarebbe di circa 1 km.

Caratteristiche

L'LTE è parte integrante dello standard UMTS, ma prevede numerose modifiche e migliorie fra cui:

  • utilizzo della modulazione OFDM per il downlink e Single-Carrier FDMA per l'uplink (al posto del W-CDMA dell'UMTS);
  • efficienza spettrale (ovvero numero di bit al secondo trasmessi per ogni hertz della portante) 3 volte superiore alla più evoluta versione dell'UMTS, ovvero l'HSPA;
  • velocità di trasferimento dati in download fino a 326,4 Mb/s;
  • velocità di trasferimento dati in upload fino a 86,4 Mb/s;
  • velocità di trasferimento dati al bordo della cella da 2 a 3 volte superiori all'UMTS/HSPA
  • RTT (Round Trip Time) inferiore ai 10 ms (contro i 70 ms dell'HSPA ed i 200 ms dell'UMTS);
  • utilizzo di un minimo di 1,25 MHz ed un massimo di 20 MHz di banda per ciascun utente con ampia flessibilità (contro i 5 MHz fissi del W-CDMA);
  • applicabilità flessibile a diverse bande di frequenza, incluse quelle del GSM, dell'UMTS-WCDMA e di nuove bande a 2,6 GHz, e con possibilità di aggiungere nuove bande nel tempo a seconda delle necessità.
  • Ottimo supporto in mobilità. Sono state registrate elevate prestazioni fino a 350 km/h, o addirittura sino ai 500 km/h, a seconda della banda di frequenza usata.

A differenza dell'HSPA e dell'HSPA Evolution, che utilizzano la stessa copertura radio della rete UMTS, nel caso dell'LTE è necessario predisporre una copertura radio dedicata, realizzando di fatto una nuova rete aggiuntiva a quella dell'UMTS, o di qualsiasi altro sistema di accesso cellulare, come il GSM, il CDMA2000 e così via.

Confronto con le tecnologie precedenti

Pur utilizzando una diversa forma di interfaccia radio, OFDMA/SC-FDMA invece di CDMA, ci sono molte similitudini con le precedenti forme di architettura 3G.

  WCDMA (UMTS) HSPA HSPA+ LTE LTE Advanced
Max Downlink Speed (bps) 384 kbps 14 Mbps 28 Mbps 326,4 Mbps 3,3 Gbps
Max Uplink Speed (bps) 128 kbps 5.7 Mbps 11 Mbps 86,4 Mbps Sconosciuto
Latency round trip time (ms) 150 100 50 ~10 Sconosciuto
3GPP Releases Rel 99/4 Rel 5/6 Rel 7 Rel 8 Rel 10
Access methodology CDMA CDMA CDMA OFDMA / SC-FDMA OFDMA Ibrido / SC-FDMA

Inoltre la rete LTE è interamente basata sul protocollo IP e supporta sia IPv4 che IPv6.

Tecnologie introdotte da LTE

LTE introduce tre nuove tecnologie che gli permettono di avere una maggiore efficienza spettrale:

  1. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex): la tecnologia OFDM permette di ottenere elevati data rate pur mantenendo un alto livello di robustezza nei confronti delle interferenze. I sistemi di accesso variano tra Downlink e Uplink. Nel primo caso si ricorre all'OFDMA; nel secondo caso si utilizza l'SC-FDMA che consente di avere un rapporto picco/potenza media di dimensioni ridotte che porta ad avere un'alta efficienza di potenza RF nei telefoni cellulari (un fattore molto importante perché si ripercuote sulla durata della batteria).
  2. MIMO (Multiple Input Multiple Output): uno dei problemi principali dei sistemi di telecomunicazioni precedenti è relativo ai cammini multipli, dovuto alla presenza di palazzi o oggetti che provocano la riflessione dei segnali (multipath fading). Il MIMO permette di trarre giovamento da questa situazione, andando a combinare tra loro i vari segnali ricevuti. Quando si usa il MIMO è necessario utilizzare più antenne per permettere di distinguere i segnali che provengono da percorsi diversi. Mentre è facile aggiungere antenne dal lato delle stazioni radio base, lo stesso non si può dire lato terminale dove le dimensioni limitano il numero di antenne che è possibile installare.
  3. SAE (System Architecture Evolution): molte funzioni, precedentemente gestite dalla core network, sono state trasferite verso la periferia della rete. Questo conferisce alla rete una forma "piatta" che consente di ridurre notevolmente i tempi di latenza.

Sperimentazione e commercializzazione

All'estero

Vodafone comunica di aver concluso i test LTE di laboratorio in molti stati europei dove è presente.

In Libano mtc touch ha avviato la costruzione di 50 siti che offriranno connettività 4G/LTE a 173 Mbps. Fonte: http://www.lecommercedulevant.com/node/18783

NTT docomo commercializza la connessione dal 2009 in Giappone.

Dal 15 dicembre 2009 TeliaSonera commercializza delle offerte che utilizzano le apparecchiature LTE nei paesi scandinavi (le capitali di Svezia e Norvegia per iniziare, con le estensioni ad altre aree densamente popolate dei paesi dell'Europa settentrionale dall'inizio del 2010). Per la parte tecnica di supporto all'ultima tecnologia di 3ª generazione, TeliaSonera si è affidata a Ericsson (Stoccolma) eHuawei (Oslo), mentre i dispositivi di ricezione (su chiave USB) sono forniti da Samsung. Alcuni test di velocità hanno dimostrato prestazioni reali abbastanza elevate, intorno ai 20 Mbps in download e 4 Mbps in upload.

Nel febbraio 2010 la compagnia svizzera Swisscom annunciò [4] che nell'aprile 2010 avrebbe iniziato approfonditi test con il sistema di telefonia mobile di quarta generazione LTE. Dal mese di aprile 2010 Swisscom ha proceduto dapprima con dei test in laboratorio e, successivamente, a una prova sul campo. La fine di tutta la serie di test per l'autunno 2010. Lo standard LTE è integrato nella rete di telefonia mobile dal 2011.

Dall'estate 2011 in Austria la compagnia A1, membro di Telekom Austria Group, offre connessione LTE fino a 150Mbit/sec in download e 75Mbit/sec in upload, il tutto però con un tetto massimo di dati trasmessi pari a 40GB/mese.

In Germania, Vodafone offre connettività LTE con 50 Mbit/s in download e 10 Mbit/s in upload.

Arrivo in Italia

Il 27 giugno 2011 viene pubblicato sulla gazzetta ufficiale il bando d'asta per l'assegnazione delle licenze agli operatori mobili interessati. Le frequenze oggetto d'asta sono:

  • banda 800 MHz (dividendo digitale e ex-frequenze televisive), fino a 6 lotti di frequenze FDD, ciascuno di ampiezza pari a 5 MHz in spettro accoppiato, assegnabili su base nazionale, nominati da 1 a 6;
  • banda 1800 MHz, fino a 3 lotti di frequenze FDD, ciascuno di ampiezza pari a 5 MHz in spettro accoppiato, assegnabili su base nazionale, nominati da 1 a 3;
  • banda 2000 MHz, 1 lotto di frequenze TDD di ampiezza pari a 15 MHz, assegnabile su base nazionale, nominato lotto A;
  • banda 2600 MHz, fino a 12 lotti di frequenze FDD, ciascuno di ampiezza pari a 5 MHz, in spettro accoppiato, assegnabili su base nazionale, nominati da 3 a 14, e 2 lotti di frequenze TDD, ciascuno di ampiezza pari a 15 MHz, assegnabili su base nazionale, nominati lotto B e C, con esclusione delle frequenze 2500-2510 MHz e 2620-2630 MHz nei lotti FDD e delle frequenze 2600-2620 MHz nei lotti TDD.

Il 30 agosto è iniziata l'asta per l'assegnazione delle frequenze. Come previsto gli operatori che vi hanno partecipato sono 4: Telecom Italia, Vodafone Italia, Wind Telecomunicazioni e 3 Italia.

L'asta si è conclusa con successo alla fine di settembre 2011, con le seguenti assegnazioni:

Futuri operatori

La tecnologia sarà sviluppata da diversi operatori che hanno partecipato all'asta, i quali hanno già effettuato diversi test:

  • Telecom Italia Mobile: il 24 novembre 2009 il gruppo Telecom Italia ha annunciato la prima sperimentazione outdoor pre-commerciale a livello mondiale, realizzata aTorino e completamente integrata con la rete cellulare 2G/3G attualmente in servizio: ad agosto 2010 sono in funzione 17 antenne e sono state registrate velocità di picco di 140 Mb/s. A marzo 2011 sono stati resi noti gli accordi tra Nokia Siemens Networks e TIM per la fornitura degli apparati per la rete. Nokia Siemens Networks il 28 marzo 2011 ha diffuso un comunicato stampa secondo il quale «NSN fornirà oltre 7000 stazioni radiobase destinate ad alcune regioni italiane per l’ammodernamento della rete mobile di Telecom Italia e predisposte per l'LTE (Long Term Evolution), tecnologia di prossimo impiego già avviata con test in alcune aree della città di Torino». Dai primi giorni di febbraio 2012, TIM offre nei suoi negozi di Torino, un trial pre-commerciale della rete LTE on-air nella città di Torino stessa, con prestazioni di 100 mbit/s in download e 50 mbit/s in upload. Ad Aprile 2012 la rete è stata accesa anche a Milano e Roma.
  • Vodafone Italia ha concluso con successo i test nell'area di Milano nel 2011. A partire da marzo 2012 il segnale verrà irradiato nello stadio di Torino, e progressivamente entro l'anno verrà esteso ai principali stadi italiani.E' inoltre stata coperta la città di Ivrea, dove è presente una delle storiche sedi Vodafone.
  • Wind Telecomunicazioni ha terminato con successo durante il 2011 i test nell'area di Roma in collaborazione con Huawei. Ha dichiarato di partire con la copertura delle principali città italiane con le frequenze 2,6 GHz entro il 2012 e di integrare l'offerta LTE all'offerta di connettività fissa in maniera trasparente per il cliente.
  • 3 Italia ha dichiarato che coprirà le principali città italiane con LTE nel corso del 2012[18], e che inoltre saranno i primi a partire, con copertura iniziale sui 1800 MHz e sui 2,6 GHz
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