Hanspeter Dolder, divisione Gestione delle frequenze

Diversi studi di mercato indipendenti prevedono un aumento esponenziale del traffico dati sulle reti mobili nel periodo compreso tra il 2012 e il 2020. Per gestire questo traffico supplementare, l'industria sta sviluppando un nuovo standard di telefonia mobile, più economico e più efficiente in termini di prestazioni e di utilizzo dello spettro con la designazione LTE (Long Term Evolution). L'obiettivo di LTE è raggiungere un'efficienza spettrale da 3 a 4 volte superiore rispetto a quella dell'UMTS HSPA (High Speed Packet Access) con costi di rete relativamente bassi (vale a dire un costo basso per ogni bit trasmesso).

Gli obiettivi di prestazione di LTE sono stati definiti nel biennio 2005/2006 dall'ente di standardizzazione 3GPP (3rd Generation Partnership Project). In tal modo sono state definite anche le specifiche tecniche fondamentali della nuova interfaccia aerea:

• significativo aumento della velocità di trasferimento dati in downlink fino a 100 Mbit/s con larghezza di banda del canale di 20 MHz;
• significativo aumento della velocità di trasferimento dati in uplink fino a 50 Mbit/s con larghezza di banda del canale di 20 MHz;
• larghezze di banda del canale di 1,25 MHz, 2,5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz e 20 MHz;
• protocollo di accesso al canale OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access);
• tempo di ritardo (latenza) inferiore a 5 ms lungo il percorso tra cellulare e rete fissa tramite l'interfaccia aerea;
• supporto delle modalità duplex FDD (Frequency Division Duplex) e TDD (Time Division Duplex);
• velocità di trasferimento dati superiori al bordo della cella;
• mobilità fino a 500 km/h (ottimizzata per 0 - 15 km/h);
• integrazione di antenne intelligenti (MIMO - Multiple Input Multiple Output);
• bassi costi per ogni bit trasmesso via interfaccia aerea;
• architettura semplice, meno elementi di rete, interfacce aperte;
• consumo di energia possibilmente basso degli apparecchi terminali (grande autonomia).

La maggiore innovazione di LTE rispetto all'attuale standard UMTS è l'utilizzo della modulazione OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) per il downlink e SC-FDMA (Single Carrier - Frequency Division Multiple Access), una tecnologia affine alla OFDM, per l'uplink. Queste tecniche consentono di gestire il sistema con larghezze di banda del canale da 1,25 MHz a 20 MHz. I sistemi di telefonia mobile possono dunque essere utilizzati con larghezze di banda molto diverse e non sono più legati all'attuale consueta spaziatura di canale di 5 MHz.

LTE consentirà anche la radiocomunicazione su frequenza unica (SFN - Single Frequency Network) e sarà dunque in grado di trasmettere i servizi di Broadcast/Multicast in modo altrettanto efficiente di quanto lo facciano gli attuali sistemi di radiodiffusione dedicati DVB-T e DVB-H.

Nonostante LTE presenti numerose innovazioni tecniche per quanto riguarda l'interfaccia aerea, la tecnologia è sempre ancora parte integrante dell'evoluzione del sistema UMTS 3G e, a rigor di termini, non può (ancora) essere considerata di quarta generazione (4G). Oggi è comunque possibile affermare che, a livello di prestazioni, LTE non sarà molto distante dai "veri" sistemi 4G (IMT-Advanced). I requisiti di prestazione e servizio di IMT-Advanced (4G) non sono tuttavia ancora noti; verranno pubblicati nel corso dell'estate 2008 dall'Unione internazionale delle telecomunicazioni. LTE è pertanto definita come generazione 3.9 di telefonia mobile.

Parallelamente al progetto LTE, e in maniera coordinata, il 3GPP si occupa anche della nuova standardizzazione della rete principale con il progetto SAE (System Architecture Evolution). L'obiettivo è semplificare per quanto possibile l'attuale sistema al fine di creare reti più economiche che richiedono un numero inferiore di elementi.

Oltre a LTE esiste ancora un altro percorso evolutivo dell'UMTS, indicato con la designazione HSPA+ (Evolved High Speed Packet Access). Si tratta di un'evoluzione logica dell'UMTS, che utilizza sempre ancora il protocollo di accesso al canale CDMA (Code Division Multiple Access) e la larghezza di banda del canale di 5 MHz, ma si avvale di sistemi di antenna intelligenti (MIMO) e procedimenti di modulazione con prestazioni migliorate.

Per confrontare la performance dei diversi sistemi di telefonia mobile, le velocità massime possibili di trasferimento dati (in downlink) e la mobilità correlata vengono solitamente rappresentate in un cosiddetto "van diagram" (il diagramma ha un profilo simile a quello di un'auto monovolume, da cui il nome). Nella figura seguente, le principali tecnologie di telefonia mobile vengono raffrontate con questo tipo di diagramma.