In due anni sono state costruite solo 91 stazioni base. Perché il 5G a onde millimetriche è così difficile da realizzare?

 Se si paragona la rete 5G sub-6GHz all'ampliamento di un'autostrada a una sola corsia in una città vecchia, allora il 5G a onde millimetriche equivale alla costruzione di una nuova autostrada a quattro o otto corsie in una città di nuova costruzione.      

Rispetto alle frequenze sub-6GHz, le onde millimetriche non solo offrono i vantaggi di un'ampia larghezza di banda, un'elevata capacità e una bassa latenza, ma, trovandosi nella banda di frequenza ultra-alta, rappresentano per l'industria della telefonia mobile un territorio vergine e incontaminato, utilizzabile liberamente senza preoccuparsi delle interferenze wireless.    

Un tempo, le onde millimetriche erano considerate la risorsa spettrale più preziosa nell'era del 5G. Tuttavia, mentre il 5G sub-6GHz si sta sviluppando rapidamente in tutto il mondo, lo sviluppo del 5G a onde millimetriche procede a rilento, trovandosi addirittura in una situazione di stallo.
   
   

      1       ,Per quanto riguarda il dilemma dello sviluppo del 5G a onde millimetriche, la Corea del Sud, in quanto pioniere globale del 5G, dovrebbe essere l'esempio più emblematico. Già nel 2018, la Corea del Sud ha messo all'asta le bande di frequenza 5G a 3.5 GHz e 28 GHz. Dopo aver acquisito le bande di frequenza 5G, i tre principali operatori sudcoreani hanno presentato alle autorità di regolamentazione sudcoreane un piano di costruzione di stazioni base 5G della durata di 3-5 anni. Tra questi, si sono impegnati a costruire 45,215 stazioni base 5G a onde millimetriche a 28 GHz entro 3 anni (entro la fine del 2021).

Tuttavia, sebbene la costruzione della rete 5G a 3.5 GHz in Corea del Sud proceda a pieno ritmo, quella a 28 GHz è molto lenta. A marzo 2021, i tre principali operatori sudcoreani avevano costruito in totale solo 91 stazioni base 5G a 28 GHz, ben al di sotto del piano iniziale.      

Le autorità di regolamentazione sudcoreane hanno ripetutamente sollecitato gli operatori ad accelerare la costruzione della rete 5G a onde millimetriche, avvertendo addirittura che, se gli obiettivi prefissati non fossero stati raggiunti entro la fine del 2021, la banda di frequenza a 28 GHz sarebbe stata dismessa. Tuttavia, la risposta degli operatori coreani è stata di rassegnazione e impotenza. Gli operatori hanno affermato che il modello di servizio a onde millimetriche non è chiaro, la tecnologia e le apparecchiature non sono mature e la capacità di copertura è solo il 10-15% di quella a 3.5 GHz. Richiede l'installazione di stazioni base molto dense. I costi di investimento nella rete sono aumentati esponenzialmente rispetto a quelli a 3.5 GHz. Non è adatta alla costruzione di una rete nazionale e può essere utilizzata solo per aree ad alta densità di utenti e per la realizzazione di reti private 5G.

     

Gli operatori coreani hanno anche affermato che non c'è bisogno che la Corea del Sud competa con gli Stati Uniti per il primo posto nella costruzione del 5G a 28 GHz. Poiché il tasso di penetrazione della banda larga in fibra ottica negli Stati Uniti è basso, sperano di utilizzare il 5G wireless fisso a onde millimetriche per sostituire la fibra fino a casa. Tuttavia, il tasso di penetrazione della banda larga in fibra ottica in Corea del Sud è elevato e la banda di frequenza a onde millimetriche sarà utilizzata principalmente per i servizi mobili e le reti private aziendali. Tuttavia, per i servizi mobili orientati al consumatore, è necessario implementare un gran numero di stazioni base e i costi di implementazione della rete sono troppo elevati. Per le reti private 2B nei settori verticali, l'attuale modello di business non è ancora maturo.      

Poiché i costi di implementazione della rete 5G a onde millimetriche sono troppo elevati e gli operatori sono restii a investire, si potrebbe proporre che i tre operatori la costruiscano e la condividano congiuntamente. In considerazione della lentezza dei progressi nell'implementazione del 5G a onde millimetriche, l'industria coreana ha avanzato tali proposte.    

Ma il problema si ripresenta. Da un lato, se tre operatori costruiscono e condividono congiuntamente la rete pubblica 5G a onde millimetriche, poiché la copertura wireless a onde millimetriche è troppo limitata, è probabile che si verifichino interruzioni di comunicazione quando il terminale si sposta dall'area di rete di un operatore a quella di un altro. Dall'altro lato, per le reti private 5G, che in futuro saranno al centro della competizione tra gli operatori nel settore 2B, sarà difficile per questi ultimi raggiungere una cooperazione congiunta nella costruzione e nella condivisione delle infrastrutture.    

La Corea del Sud non fa eccezione. Gli Stati Uniti hanno commercializzato il 5G a onde millimetriche già nel 2019. Secondo gli ultimi dati di test della società di ricerche di mercato OpenSignal, il tasso di disponibilità della loro rete 5G a onde millimetriche è attualmente inferiore all'1%. Secondo le statistiche, a gennaio 2021, solo 8 operatori al mondo offrivano servizi 5G a onde millimetriche. Questi dati dimostrano la lentezza dello sviluppo globale del 5G a onde millimetriche.    

2,Che fine ha fatto il 5G a onde millimetriche? Perché lo sviluppo è così lento? Di seguito, una tabella illustra il concetto.    
   
   

Capacità di copertura

I vantaggi delle onde millimetriche sono l'ampia larghezza di banda e l'elevata capacità. Tuttavia, a causa dell'alta frequenza, della breve lunghezza d'onda, della perdita di propagazione nello spazio libero, della perdita di penetrazione e della perdita di diffrazione, la copertura di una singola cella è molto limitata. Misurazioni reali dimostrano che, anche se il terminale si trova in un ambiente a vista (LoS), la copertura di una cella a onde millimetriche è di soli 100 metri circa, quasi la stessa della copertura Wi-Fi. Rispetto alle frequenze sub-6GHz, la minore capacità di diffrazione delle onde millimetriche si traduce in una minore capacità di penetrazione, rendendo difficile superare ostacoli come muri, porte e mobili. Pertanto, nelle aree urbane con edifici densi, gli operatori devono costruire più stazioni base e assicurarsi che stazioni base e terminali siano in linea di vista per ottenere comunicazioni stabili e ad alta velocità.

     

Anche se le reti private 5G vengono implementate in modo localizzato per scenari 2B, da un lato, sarà necessario costruire più stazioni base in campus di grandi dimensioni, grandi fabbriche, ecc.; dall'altro, a causa dei vari ostacoli presenti in ambienti interni come fabbriche, uffici e ospedali, quali muri, porte, apparecchiature, ecc., è indispensabile mantenere una linea di vista diretta tra terminali e stazioni base per garantire comunicazioni veloci e stabili. Inoltre, sarà necessario installare più stazioni base in diversi punti, il che comporterà costi di implementazione della rete più elevati.

La soluzione consiste nell'aumentare la copertura tramite il beamforming Massive MIMO+, ma ciò comporterà un aumento del numero di unità antenna, amplificatori di potenza, amplificatori a basso rumore e altri componenti, con conseguente incremento dei costi delle apparecchiature. Inoltre, la copertura a onde millimetriche può essere ulteriormente ampliata installando ripetitori e riflettori.    

Prezzo unitario della stazione base    

Rispetto alle frequenze sub-6GHz, le onde millimetriche non solo richiedono la costruzione di un maggior numero di stazioni base, ma il problema principale è che il prezzo unitario delle stazioni base a onde millimetriche è superiore di circa il 30-40% rispetto a quello delle frequenze sub-6GHz.    

Le ragioni principali sono:
1) La maggior parte degli operatori a livello globale ha implementato reti 5G tramite la banda sub-6GHz, che offre il vantaggio della scalabilità. Tuttavia, le stazioni base a onde millimetriche sono pochissime al mondo e il loro prezzo unitario è più elevato;
2) L'unità DU e l'unità RU della stazione base sub-6GHz sono separate e l'unità DU può essere installata centralmente, mentre l'unità RU e l'unità DU della stazione base a onde millimetriche sono collocate nello stesso luogo, quindi il prezzo è più elevato;
3) Esistono differenze architettoniche interne tra le stazioni base a onde millimetriche e le stazioni base sub-6GHz (ad esempio, le stazioni base a onde millimetriche hanno più unità antenna).    

Ecologia terminale    

Per quanto riguarda l'ecosistema dei terminali sub-6GHz, attualmente sono in aumento i tipi di smartphone, CPE 5G e moduli 5G, e l'ecosistema dei terminali è in crescita. Tuttavia, l'ecosistema dei terminali a onde millimetriche è ancora in una fase molto iniziale, soprattutto nel settore 2B. Allo stesso tempo, i produttori globali di chip per terminali sono più ottimisti riguardo all'ecosistema sub-6GHz e non svilupperanno modem che utilizzino esclusivamente le onde millimetriche. Ciò significa che non ci sarà una rete privata 5G che utilizzi autonomamente le onde millimetriche.    

costi di costruzione e di esercizio    

Come accennato in precedenza, se si utilizzano le onde millimetriche per costruire una rete pubblica 5G, è necessario implementare un'elevata densità di stazioni base. I costi di costruzione e gestione aumenteranno esponenzialmente rispetto alle frequenze sub-6GHz. Cosa succederebbe se si utilizzassero le onde millimetriche per implementare una rete privata 5G? Attualmente, uno dei maggiori ostacoli allo sviluppo delle reti private 5G 2B è il loro costo, superiore a quello del Wi-Fi. Il costo di implementazione delle reti private 5G che utilizzano le onde millimetriche è più elevato rispetto a quello delle frequenze sub-6GHz. Ovviamente, questo innalza ulteriormente la soglia per l'implementazione di reti private 5G aziendali.    

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