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Mario Frullone
Direttore delle ricerche
Pontecchio Marconi – 10 dicembre 2010
Aspetti tecnici dell’armonizzazione
della banda a 800 MHz
Esito dell’asta delle frequenze in Germania
2
Fonte: WDR
Il dividendo digitale a 800 MHz Costi e benefici
Area Tecnica Lombardia Canale 63 UHF
Benefici
• Disponibilità di una porzione di
spettro molto pregiata
• Migliore copertura
• Minori investimenti in termini di
apparati
• Aumento della competizione
Costi
• Diminuzione dello spettro
disponibile per il DTT
• Costi di implementazione delle
nuove reti
• Costi per la liberazione delle
frequenze utilizzate dai
broadcasters televisivi
• Minimizzazione dell’impatto sugli
utenti
3
Assetto delle frequenze nella banda a 800 MHz Decisione della Commissione 2010/267/UE del 6 maggio 2010
Area Tecnica Lombardia Canale 63 UHF
I blocchi sono assegnati secondo multipli di 5 MHz
Modalità di funzionamento: Duplex FDD
Prevista la possibilità di implementare assetti alternativi al Duplex FDD
Esempio:
790-
791
791-
796
796-
801
801-
806
806-
811
811-
816
816-
821
821-
832
832-
837
837-
842
842-
847
847-
852
852-
857
857-
862
Guar
d
band
Downlink
Duple
x
gap
Uplink
1
MHz 30 MHz (6 blocks of 5 MHz)
11
MHz 30 MHz (6 blocks of 5 MHz)
790-
797
797-
802
802-
807
807-
812
812-
817
817-
822
822-
827
827-
832
832-
837
837-
842
842-
847
847-
852
852-
857
857-
862
Guard
band Unpaired
7 MHz 65 MHz (13 blocks of 5 MHz)
4
Requisiti di base L'approccio basato su Block Edge Mask (BEM)
Le Block Edge Mask (BEM) sono costituite da limiti che devono essere
rispettati in-block e out-of-block , i quali dipendono dall’offset in frequenza.
ACLR (Adjacent Channel Leakage Ratio): caratterizza le emissioni fuori banda del segnale interferente (base station o terminale mobile)
ACS (Adjacent Channel Selectivity): caratterizza la selettività del ricevitore vittima (ricevitore DTT)
5
BEM Limiti per la stazione radiobase su frequenze inferiori a 790 MHz
Caso
Condizione per la EIRP
all’interno del blocco nella
stazione di base (P)
(dBm/10 MHz)
EIRP media
massima fuori
blocco
Larghezza di
banda
A Per canali tv per i quali la
radiodiffusione è protetta
P 59 0 dBm 8 MHz
36 P < 59 (P-59) dBm 8 MHz
P < 36 - 23 dBm 8 MHz
B
Per canali tv per i quali la
radiodiffusione gode di un
livello medio di protezione
P 59 10 dBm 8 MHz
36 P < 59 (P-49) dBm 8 MHz
P < 36 -13 dBm 8 MHz
C
Per canali tv per i quali la
radiodiffusione non è
protetta
Nessuna condizione 22 dBm 8 MHz
6
La protezione dei sistemi DTT Misure addizionali
Nel delineare l’approccio basato sulle BEM, CEPT e CE hanno chiarito che i
livelli individuati non sono adeguati a garantire la protezione del DTT in tutte le
circostanze. I problemi maggiori si hanno ovviamente sui canali
immediatamente al di sotto dei 790 MHz.
I casi residui di interferenza devono essere risolti attraverso il ricorso a misure
addizionali.
Tra i potenziali interventi per la protezione del DTT vi sono: Identificazione di zone di esclusione: hanno lo svantaggio di poter riguardare
aree molto estese e rischiano di rivelarsi eccessivamente conservative.
Impiego di bande di guardia: non è detto che risolvano i problemi e rendono
meno implementabile una gestione ottimizzata dello spettro radioelettrico.
Tecniche di mitigazione aggiuntive: è l’approccio scelto dal CEPT e dalla
Commissione Europea.
7
Tecniche di mitigazione aggiuntive Filtri di ricezione ad hoc
Fonte: OFCOM
L’impiego di filtri di ricezione ad hoc consente di risolvere il problema
dell’interferenza da canale adiacente nel canale 58 e al di sotto
Possono non essere efficaci
per il canale 59
e il canale 60
Esempio: filtro per il canale 60
8
Tecniche di mitigazione aggiuntive Diversità di polarizzazione
La polarizzazione dei segnali DTT può essere verticale o orizzontale.
L’impiego di polarizzazioni ortogonali da parte delle reti di comunicazione
elettronica consente di ridurre il livello di interferenza.
Il ricorso a questa tecnica di mitigazione è reso meno efficace da Preponderanza di polarizzazioni nelle BS miste che hanno vantaggi meno
evidenti.
Impiego di tecniche MIMO da parte di sistemi di comunicazione elettronica.
Potenziale assenza di spazio dovuta alla tendenza a ridurre l’impatto visivo dei
sistemi di trasmissione.
Polarizzazione mista (± 45°) Polarizzazione ortogonale Polarizzazione parallela
9
Tecniche di mitigazione aggiuntive Cositing
La possibilità di co-locare i trasmettitori per il DTT e quelli per le reti di
comunicazione elettronica consente di minimizzare l’interferenza. L’impiego del cositing può in particolare interessare le installazioni di tipo
gap-filler per il DTT.
Per effetto del cositing la propagazione per i trasmettitori del DTT o di altre reti
di comunicazione elettronica è la medesima.
Potenziali criticità: Possibili difficoltà tecniche (es. BS che devono operare in prossimità di
trasmettitori in banda adiacente con potenze elevate)
Attenzione particolare nella pianificazione di reti SFN.
Possibili costi aggiuntivi per il deployment delle reti (maggior numero di siti)
Criticità derivanti dai vincoli imposti in termini di esposizione ai campi
elettromagnetici
10
Tecniche di mitigazione aggiuntive Riduzione della potenza di emissione in-block
Fonte: OFCOM
Possibili criticità: I livelli di riduzione della potenza emessa (EIRP) possono dipendere
dal livello di protezione che si intende garantire al DTT
A causa del forte impatto che tale tecnica di mitigazione può avere sulle
aree di copertura di una BS è opportuno limitarne l’impiego alle aree in
cui sono utilizzati i canali adiacenti
Può interessare un gran numero di BS e quindi riflettersi in un aumento
non trascurabile dei costi di deployment delle reti.
11
Fonte: OFCOM
Tecniche di mitigazione aggiuntive Riduzione della potenza di emissione out-of-block
I limiti di emissione out-of-block sono imposti dalla Commissione
Europea, pari a 59 dB in termini di ACLR (Adjacent Channel Leakage
Ratio) e non possono essere resi più stringenti dagli stati membri.
Dal punto di vista pratico, tuttavia, gli apparati operano o possono
operare con valori di ACLR inferiori, soprattutto se si considerano
sistemi operanti nei blocchi non immediatamente adiacenti il canale 60.
12
Fonte: OFCOM
Impiego delle risorse radio
Area Tecnica Piemonte Occidentale – Canale 66 UHF
13
Impiego delle risorse radio
Area Tecnica Lazio – Canale 62 UHF
14
Impiego delle risorse radio
Area Tecnica Lazio – Canale 68 UHF
15
Impiego delle risorse radio
Area Tecnica Campania – Canale 63 UHF
16
Impiego delle risorse radio
Area Tecnica Campania – Canale 61 UHF
17
Impiego delle risorse radio
Area Tecnica Lombardia – Canale 63 UHF
18
Impiego delle risorse radio
Area Tecnica Lombardia – Canale 68 UHF
Area Tecnica Lombardia Canale 63 UHF
Area Tecnica Lombardia Canale 68 UHF
19
Occupazione dei canali 61- 69 Dati sintetici: popolazione
Area Tecnica Lombardia Canale 63 UHF
20
Occupazione dei canali 61- 69 Dati sintetici: utilizzo risorse frequenziali
Area Tecnica Lombardia Canale 63 UHF
21
All’atto della liberazione dei canali della banda a 800 MHz sarà indispensabile
tener conto del computo dei canali complessivamente disponibili su tutta la
banda televisiva, ovviamente escludendo le risorse destinate al dividendo
digitale interno.
La banda a 800 MHz per il 4G LTE
Per migliorare le prestazioni della rete servono reti miste potenziate da
microcelle e femtocelle per ottenere i requisiti opportuni in termini di capacità
e di copertura indoor.
La propagazione radio dipende dalla banda impiegata: in bande differenti le potenze utilizzate per garantire la copertura sono diverse.
Fonte: Qualcomm
I sistemi LTE garantiscono un’ampia flessibilità spettrale: 1.4, 3, 5, 10, 15, 20 MHz
22
La banda a 800 MHz per migliorare l'accesso radio Valutazione teorica del miglioramento delle coperture
Le caratteristiche propagative della banda a 800 MHz facilitano la penetrazione
del segnale all’interno degli edifici.
Semplici valutazioni preliminari possono essere condotte considerando la
copertura di una cella radiomobile, utilizzando il modello di Okumura-Hata
esteso.
Parametri del modello:
23
Frequenza (MHz)
Potenza trasmessa
(dBm)
Sensitivity (dBm)
Tx Gain (dB)
Rx Gain (dB) Location probability
Margine per lo shadowing lognormale = 10 dB
Building penetration loss (dB)
2100 34.67 -107 15 2 95% outdoor 16.4 0 34.67 -107 15 2 75% indoor 7.07 19
800 34.67 -107 15 2 95% outdoor 16.4 0 34.67 -107 15 2 75% indoor 7.07 9
La banda a 800 MHz per il 4G LTE
24
R800 / R2100 = 2.06
R800 / R2100 = 3.88
OUTDOOR INDOOR
A parità di copertura outdoor il numero teorico di BS necessario per coprire la
medesima area si riduce circa di un fattore 4.3.
Tale fattore di riduzione sale a 15 se si considera la copertura indoor.
1.5 km
3.1 km
0.8 km
3.1 km
La banda a 800 MHz per migliorare l'accesso radio Simulazioni in area urbana
Fonte: Qualcomm
L’aumento della percentuale di copertura indoor dovuto all’impiego della
banda a 800 MHz rispetto alla banda a 2 GHz e a 2.6 GHz è stato valutato in
area urbana con un approccio simulativo:
Scenario teorico realizzato mediante layout di tipo esagonale
Area urbana della città di Bologna
Sono stati considerati i dati di popolazione.
La tipologia di utilizzo del territorio non è stata considerata
Propagazione caratterizzata attraverso il modello di Okumura-Hata
25
La banda a 800 MHz per migliorare l'accesso radio Lo scenario di simulazione
0 0.5 1 1.5 2
x 104
0
0.5
1
1.5
2
2.5x 10
4
X [m]
Y [
m]
Simulation Scenario
1 2 3
4 5 6
7 8 9
10 11 12
13 14 15
16 17 18
19 20 21
22 23 24
25 26 27
28 29 30
31 32 33
34 35 36
Layout esagonale applicato allo scenario urbano
Densità di popolazione (abitanti/km2)
26
La banda a 800 MHz per migliorare l'accesso radio I parametri di simulazione
Frequenze di lavoro
800 MHz
2100 MHz
2600 MHz
Area di simulazione 529 Km2 (23x23 Km)
Numero di Base Station
(BS) considerate 90
Numero di BS nell’area
centrale 36
Cluster size 3
Altezza antenna BS 30 m
Guadagno antenna BS 15dB
Altezza antenna UE 1.5 m
Guadagno antenna UE 0 dB
Potenza trasmessa UE 23 dBm
Building Penetration
Loss (BPL) - Mattoni
13.9@800 MHz
27.7@2100 MHz
31.1@2600 MHz
BPL - Cemento
24.7@800 MHz
29.7@2100 MHz
30.3@2600 MHz
indoor 4 dB
outdoor 10 dB
27
La banda a 800 MHz per migliorare l'accesso radio Risultati: percentuale di popolazione coperta
Frequenza Scenario Sensibilità:
-108 dBm
Sensibilità:
-100 dBm
(QPSK 1/3)
Sensibilità:
-80 dBm
(64QAM 3/4)
2600 MHz
Outdoor 98.20% 91.26% 34.98%
Indoor [mattoni] 27.78% 12.25% 1.00%
Indoor [cemento] 29.79% 13.39% 1.10%
2100 MHz
Outdoor 99.34% 95.82% 48.03%
Indoor [mattoni] 49.44% 26.56% 2.60%
Indoor [cemento] 43.16% 21.90% 1.99%
800 MHz
Outdoor 99.99% 99.86% 87.07%
Indoor [mattoni] 98.76% 94.07% 46.93%
Indoor [cemento] 90.74% 74.56% 18.70%
Popolazione complessiva dello scenario: 497000 abitanti
28
La banda a 800 MHz per migliorare l'accesso radio Lo scenario di simulazione
Le valutazioni del caso precedente
sono state ripetute considerando il
layout effettivo della rete 3G di un
operatore mobile.
La dimensione dell’area di simulazione
è stata leggermente ridotta per tener
conto del layout reale.
Numero BS: 96
29
La banda a 800 MHz per migliorare l'accesso radio Risultati: percentuale di popolazione coperta
Frequenza Scenario Sensibilità:
-108 dBm
Sensibilità:
-100 dBm
(QPSK 1/3)
Sensibilità:
-80 dBm
(64QAM 3/4)
2600 MHz
Outdoor 97.36% 93.66% 68.75%
Indoor [mattoni] 61.11% 41.86% 8.58%
Indoor [cemento] 62.89% 43.78% 9.22%
2100 MHz
Outdoor 98.51% 95.81% 76.59%
Indoor [mattoni] 76.20% 59.97% 16.81%
Indoor [cemento] 72.58% 55.18% 14.06%
800 MHz
Outdoor 99.89% 99.41% 92.02%
Indoor [mattoni] 98.15% 95.24% 74.81%
Indoor [cemento] 93.73% 87.44% 51.37%
Popolazione complessiva dello scenario: 421310 abitanti
30
La banda a 800 MHz per le aree in digital divide Analisi delle variazioni da 2100 MHz a 800 MHz
È stata valutata la
copertura UMTS nelle
aree in digital divide
dell’Emilia-Romagna.
31
La banda a 800 MHz per le aree in digital divide Servizio dati 384 kbps: incremento copertura
32
Provincia di Parma
La banda a 800 MHz per le aree in digital divide Servizio dati 384 kbps: incremento copertura
33
Appennino Emiliano
Incremento di copertura
Siti critici in aree urbane Emilia-Romagna
In collaborazione con
Sito critico: è un sito in cui, mediante simulazioni di campo e.m., con i dati di impianto alla massima potenza, sono stati individuati valori di campo elettrico non inferiori a 5 V/m in punti dove devono essere rispettati i valori di attenzione e gli obiettivi di qualità di 6 V/m.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
BO984342
MO694579
RE525267
PR437349
FC392329
RA389509
FE358972
RN325219
PC288003
nu
me
ro d
i s
iti
abitanti per provincia
siti critici
totale dei siti
34
80%
16%4%
Siti non critici
Siti critici Bologna
Siti critici comuni provincia
Bologna Città
44%
56%
Criticità in centro storico
Criticità in area periferica
Siti critici in aree urbane Dettaglio provincia di Bologna
In collaborazione con
38,53%
26,61%
34,86% contributi singoli
concomitanza sitiadiacenti
cositing
35
Esposizione reale in un sito urbano
Sito analizzato
Gestore 1:
3 celle: UMTS
Puntamento: 60°, 180°, 300°N
Centro elettrico: 29.55 m.
Gestore 2:
3 celle: GSM, DCS, UMTS
Puntamento:
100°, 250°, 350° N.
Centro elettrico: 30.80 m
In collaborazione con
36
Esposizione reale in un sito urbano
Localizzazione dei punti di valutazione
In collaborazione con
37
Esposizione reale in un sito urbano
Simulazione a potenza massima
Valori simulati compresi tra 5.6 – 5.8 V/m, considerando 1 V/m di fondo elettromagnetico.
Quota simulazione: 24.7 m
In collaborazione con
38
Esposizione reale in un sito urbano
Analisi dell'esposizione
In collaborazione con
39
I valori di esposizione misurati, anche
in continuo, sono al di sotto di quelli
previsionali. Ciò è imputabile
principalmente a due effetti:
l’assunzione sui massimi livelli di
potenza e il modello di
propagazione in spazio libero
L’analisi con un algoritmo di ray-
tracing, in linea con quanto previsto
dalla Guida CEI 211-10, consente di
caratterizzare in modo più realistico
la propagazione, anche assumendo i
valori massimi di potenza in
trasmissione
Esposizione reale in un sito urbano
Analisi dell'esposizione di un sito UMTS
Sito UMTS, con sola portante accesa, con HSPA enabled, 3 Tx K742271 tilt 0°
Per tutte le simulazioni si è considerato 0 V/m di fondo elettromagnetico
Simulazione eseguita all’altezza del centro elettrico: 30,8 m di quota
In collaborazione con
40
Esposizione reale in un sito urbano
Andamento della potenza e del traffico durante una giornata
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
ORE
IVREA CENTRO - 1 settembre 2010 (dettaglio orario)
% POTENZA
Erlang_TOTALI
In collaborazione con
41
La potenza effettiva
emessa da una BS è
tipicamente molto inferiore
alla potenza massima,
La Guida CEI 211-10
prevede la valutazione
statistica, comunque
cautelativa, dell’esposizione
attraverso l’impiego di fattori
che tengano conto
opportunamente della
riduzione della potenza
emessa rispetto al massimo.
Conclusioni
La liberazione delle frequenze del Dividendo Digitale a 800 MHz appare
economicamente sostenibile.
I vantaggi per gli operatori mobili sono notevoli e vanno oltre il risparmio in
termini di investimento per il deployment delle reti.
Il rilascio del Dividendo Digitale ai sistemi IMT richiederà un periodo transitorio,
durante il quale dovranno essere valutati con attenzione gli aspetti di
coesistenza tra sistemi DTT e IMT, anche a livello di coordinamento
internazionale.
Il quadro normativo italiano in materia di radioprotezione è particolarmente
restrittivo e pone vincoli per l’utilizzo del cositing.
Una piena applicazione delle norme tecniche vigenti consente di tutelare la
popolazione facilitando il deployment delle reti.
42
