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FEBBRAIO 2024 FIELDBUS & NETWORKS 37 Fieldbus & Networks Le soluzioni di backhaul oggi disponibili Per gli operatori di rete mobile (MNO-Mobile Net- work Operator), l’opzione a più alta capacità dispo- nibile è il backhaul in fibra. Si tratta infatti della tecnologia di backhaul utilizzata per piccole celle che domina al momento, grazie alla disponibilità della rete in fibra ottica in molte aree urbane/in- terne densamente popolate, dove le piccole celle vengono utilizzate per aumentare la copertura/ca- pacità. La fibra ha una capacità fino a 1,6 Tbps (160 segnali×10 Gbps per segnale). La fibra è la scelta di capacità più elevata per i MNO; tuttavia, le principali sfide legate all’imple- mentazione della fibra sono il costo, la disponibi- lità, i permessi di pianificazione (logistica) e, per finire, il tempo di implementazione. Secondo Gmsa, il costo di distribuzione della fibra ottica è di circa 70 k$/km. Il Capex e i tempi di implementazione sono altrettanti ostacoli alla crescita. È da notare inoltre che il backhaul μW/mmW e la fibra sono soluzioni complementari e coesistono nelle reti. Il wireless e la fibra rappresentano, per gli operatori, tecnologie di backhaul alternative. La soluzione di backhaul ottimale deve tenere conto di molti fattori, tra cui i tempi di implementazione, i permessi locali, statali e comunali, l’ottenimento del diritto di accesso, i requisiti di larghezza di banda dei dati, il terreno e il costo totale di proprietà. Le tecno- logie di backhaul dominanti per le macrocelle sono μWe mmW, che rappresentano circa il 50%dei col- legamenti di backhaul dellemedesime; la tecnologia di banda con licenza μWè molto efficiente, facile da implementare e relativamente a basso costo (non è necessario scavare le strade cittadine o creare trin- cee). Copre frequenze da 6 a 42 GHz, bande molto adatte per collegamenti a medio-lungo raggio che possono raggiungere i 25 km. Il backhaul mmW in banda V (da 57 a 66 GHz) e in banda E (76/86 GHz) esiste da diversi anni; la banda V, tuttavia, soffre di un significativo assorbimento dovuto all’ossigeno, che crea una forte attenuazione del segnale a 60 GHz. Inoltre, i Paesi hanno normative diverse per quanto riguarda l’uso di questa banda; alcuni conce- dono in licenza porzioni dello spettro per il backhaul, mentre altri lo lasciano a uso libero. Europa e Stati Uniti sono territori che consentono l’uso senza li- cenza e stanno implementando regole per ridurre la probabilità di interferenze per le diverse confi- gurazioni ma, in ogni caso, quando sono richiesti backhaul di alta qualità, la banda V non è affidabile. Il suo utilizzo è invece previsto principalmente per soluzioni di copertura indoor e outdoor senza licenza a corto raggio (WiGig). La banda E offre una soluzione con una larghezza di banda più ampia e un minore impatto ambientale, in grado di fornire collegamenti ad alta disponibi- lità. Allora perché, in passato, la banda E non è stata utilizzata più di tanto nelle reti? Nelle reti 4G la tecnologia di backhaul mmW era sottoutilizzata, data la capacità di larghezza di banda disponibile, necessaria solo in alcuni sce- nari, per cui la maggior parte del backhaul wireless veniva effettuato utilizzando le bande con licenza μW (da 6 a 42 GHz). Questa situazione sta cam- biando con la rapida implementazione delle reti 5G e la densificazione, che richiede una capacità di backhaul di 10 Gbps o superiore. I vantaggi della banda E rispetto altre tecnologie La banda E offre due bande da 5 GHz dello spettro, da 71 a 76 GHz e da 81 a 86 GHz; queste bande sono suddivise in più canali da 250 MHz. Un van- taggio fondamentale nell’allocazione dello spettro è che può essere utilizzato per collegamenti Time Division Duplex o Frequency Division Duplex. Anche la capacità non è un problema, poiché la quantità massima di dati che può essere trasmessa in un collegamento punto-punto in banda E con licenza è superiore a 60 Gbps (1) . La banda E ha anche il potenziale per essere utilizzata in sistemi punto-multipunto, il che aumenta ulteriormente la larghezza di banda disponibile per il backhaul. La capacità di canale è notevolmente superiore rispetto alle radio μW tradizionali, che sono li- mitate a collegamenti di circa 2,4 Gbps a causa della disponibilità delle frequenze. Inoltre, poiché le antenne in banda E concentrano l’energia elet- tromagnetica in un beam ristretto (per esempio, 1 grado di direttività), possono avere un elevato guadagno (45 dBi) e un fattore di forma piccolo (30 cm di diametro), ideale per il posizionamento discreto su edifici o torri. Inoltre, con una potenza di trasmissione RF modesta è comune che la banda E supporti collegamenti di lunghezza fino a 3 km (2) . Per un confronto tra le tecnologie di backhaul più diffuse si vedere la tabella 1. Per quanto concerne il rame, si tratta di una so- luzione obsoleta, che utilizza il protocollo T1/E1 e non è facilmente scalabile per fornire la larghezza di banda necessaria per il 4G, figuriamoci per il 5G. È ancora una scelta possibile per le piccole celle interne e per i luoghi pubblici, ma gli operatori stanno abbandonando questa tecnologia. Il satellite non è molto utilizzato rispetto alla fibra o al μW/mmW, perché le velocità di trasmissione dei dati sono limitate e, nel caso dei satelliti ge- ostazionari (orbita terrestre molto alta), la latenza rappresenta un problema. I satelliti a basso li- vello orbitale (LEO), invece, potrebbero svolgere un ruolo sempre più importante grazie alla loro latenza inferiore, ma questo non è ancora ben chiaro. Il vantaggio principale del satellite è quello di collegare le aree rurali dove non è possibile ri- correre a mezzi alternativi. Il wi-fi non è una tecnologia molto utilizzata per il backhaul, se non in un numero molto ridotto di mercati emergenti. Le bande di frequenza non sono soggette a licenza e, quindi, le interferenze dovute al numero crescente di punti di accesso wireless e la portata limitata rappresentano un problema. Fig.3 - Slicing della rete 5G Tabella 1 - Confronto tra diverse tecnologie di backhaul