AGCOM Progetto ISBUL WP1.2 – Accesso Radio
Autori:
Marco Ajmone Marsan, Carlo Cambini, Claudio Casetti, Carla-Fabiana
Chiasserini, Nicola Garelli (Politecnico di Torino)
Antonio Sassano (Università di Roma “La Sapienza”)
Gerard Pogorel (Telecom-Paristech)
INDICE DEL DOCUMENTO
1
SEZIONE 1: SCENARIO DI INNOVAZIONE TECNOLOGICA E SISTEMISTICA...................4
1.1
IL PERCORSO VERSO I SISTEMI 4G ...........................................................................................5
1.1.1
L’evoluzione verso 4G secondo 3GPP.............................................................................8
1.1.2
WIMAX COME TECNOLOGIA 4G..................................................................................... 12
1.2
STATO DELL’ARTE NELLA DEFINIZIONE DELLA TECNOLOGIA LTE.................... 13
1.2.1
Core network e SAE.............................................................................................................. 14
1.2.2
L’interfaccia radio ................................................................................................................. 15
1.2.3
LTE Advanced ......................................................................................................................... 19
1.3
COMMITMENT DEGLI OPERATORI E SVILUPPO DEGLI APPARATI LTE............. 20
1.3.1
Analisi delle piattaforme LTE e testbed funzionali degli operatori .............. 21
1.4
Bibliografia ......................................................................................................................................... 25
2 SEZIONE 2: NUOVE TENDENZE NEL RADIO SPECTRUM MANAGEMENT.................... 27
2.1
Il paradigma Cognitive Radio .................................................................................................... 28
2.1.1
Principi e generalità............................................................................................................. 28
2.1.2
Architettura delle reti di comunicazione Cognitive Radio ................................ 30
2.1.3
Obiettivi e funzionalità delle reti cognitive radio .................................................. 32
2.2
Attività di standardizzazione..................................................................................................... 37
2.2.1
L’architettura 802.22........................................................................................................... 37
2.2.2
Il livello fisico........................................................................................................................... 38
2.2.3
Il livello MAC............................................................................................................................ 39
2.3
Bibliografia ......................................................................................................................................... 39
3 SEZIONE 3: Calcolo del Costo-Opportunità per l’utilizzo dello spettro radio.............. 41
3.1
Introduzione...................................................................................................................................... 41
3.2
Gli AIP (Administered Incentive Prices) e le loro proprietà economiche............ 41
3.2.1
L’impiego degli AIP in Gran Bretagna.......................................................................... 44
3.3
Descrizione del macro modello ................................................................................................ 49
3.4
Lo schema bidirezionale .............................................................................................................. 51
3.5
Lo schema broadcast ..................................................................................................................... 52
3.6
Il modello di costing....................................................................................................................... 54
3.7
Costo opportunità per la banda 470-846MHz –DVBT in Italia ................................. 55
3.7.1
passi dell’analisi ..................................................................................................................... 56
3.7.2
Modello....................................................................................................................................... 61
3.7.3
Analisi di sensitività ............................................................................................................. 65
3.8
Analisi del costo-opportunità per le bande 900MHz e 2100MHz per il servizio
umts in Italia..................................................................................................................................................... 67
3.8.1
I passi dell’analisi .................................................................................................................. 69
3.8.2
FASE 1 - Valutazione del costo opportunità marginale per il servizio 3GUMTS 71
3.8.3
FASE 2 - Valutazione del costo opportunità marginale per il servizio
UMTS/HSDPA.............................................................................................................................................. 78
3.8.4
FASE 3 - Valutazione del costo opportunità marginale per il servizio
HSUPA/HSDPA ........................................................................................................................................... 80
3.9
CONSIDERAZIONI ........................................................................................................................... 80
3.10 Allegato I - Dettaglio degli investimenti necessari per l’impianto di un nodo
2
trasmissivo DVB-T ......................................................................................................................................... 81
3.11 Allegato II - Dettaglio degli investimenti necessari per l’impianto di un nodo
trasmissivo UMTS .......................................................................................................................................... 82
4 SEZIONE 4 – “White spaces” e dividendo esterno nello scenario italiano..................... 85
4.1
Premessa ............................................................................................................................................. 85
4.2
Coordinamento internazionale e reti SFN........................................................................... 90
4.2.1
1.1 Accordo di Ginevra 2006 ........................................................................................... 90
4.2.2
Reti SFN ad estensione nazionale.................................................................................. 91
4.2.3
Coordinamento Internazionale ...................................................................................... 96
4.3
Convivenza tra “broadcasting” digitale terrestre e servizi IMT – lo Scenario ... 98
4.3.1
Valutazione del servizio e dell’interferenza delle reti di “broadcasting” 103
4.3.2
Valutazione dell’estensione dell’area di servizio delle reti mobili............. 103
4.4
Convivenza tra “broadcasting” digitale terrestre e servizi IMT – Risultati e
Conclusioni ..................................................................................................................................................... 106
4.4.1
Area Tecnica Piemonte Orientale- Lombardia..................................................... 106
4.4.2
Area Tecnica Toscana-Umbria ..................................................................................... 108
5 SEZIONE 5: How to regulate Spectrum ? A methodological introduction. ................. 111
5.1
Introduction.................................................................................................................................... 111
5.2
Four Steps of Spectrum Management Regimes assessment for a specified set of
services............................................................................................................................................................. 112
5.2.1
Step 1: Allocation of frequencies: Service harmonisation or service
neutrality?.................................................................................................................................................. 113
5.2.2
Step 2: Technology: Standardisation or neutrality ............................................ 115
5.2.3
Step 3: Usage rights options.......................................................................................... 116
5.2.4
Step 4: Assignment modes of spectrum usage rights ....................................... 119
5.3
II. Nine spectrum management regimes:.......................................................................... 122
3
1
SEZIONE 1: SCENARIO DI INNOVAZIONE TECNOLOGICA
E SISTEMISTICA
Questa sezione del documento si pone l’obiettivo di illustrare gli sforzi degli enti di
standardizzazione in prospettiva 4G e di esaminare le opzioni che vengono proposte agli
operatori di telecomunicazioni, i vantaggi e le criticità che queste presentano. Il documento ha
la seguente struttura:
-
Inizialmente si fornirà una panoramica sull’andamento della richiesta di banda ultra
larga negli ultimi anni, sulle previsioni a breve-medio termine e sul diverso impatto
dei vari tipi di traffico sulle reti degli operatori, proporzionandolo ai ritorni economici
attesi.
-
Saranno quindi esaminati, nelle loro linee generali, i percorsi che gli operatori hanno a
disposizione per evolvere le proprie tecnologie per la comunicazione mobile verso
sistemi di quarta generazione, prendendo in esame le famiglie di tecnologie 3GPP e
IEEE. Saranno valutate, in sostanza, quattro diverse strade: l’uso di UMTS nella
banda a 900 attraverso il refarming della copertura GSM; l’adozione di HSPA+ come
soluzione-ponte verso la quart generazione; la convergenza su LTE, quando si
renderanno disponibili gli apparati; e, infine, la soluzione “alternativa” WiMAX. Di
ciascun percorso sono discussi vantaggi/svantaggi, tempi di applicabilità e impatto
sulle infrastrutture esistenti degli operatori.
Successivamente, si approfondirà la tecnologia LTE, delineando lo stato dell’arte, come
questo si può desumere dalle più recenti release dei rispettivi enti di standardizzazione,
evidenziandone le caratteristiche di interoperabilità. In particolare, si descriveranno le
modifiche introdotte ad LTE per quanto attiene la core network e la rete di accesso radio.
Della prima, la cui architettura è altresì nota con il termine “SAE” (Service Architecture
Evolution), si evidenzierà il supporto nativo di un’architettura “all IP” in grado di garantire
throughput elevato e bassa latenza, pur mantenendo compatibilità con (e mobilità verso)
sistemi legacy (HSPA e GPRS) e non 3GPP (come WiMAX). Della seconda, si illustreranno
gli schemi di trasmissione in uplink e downlink, i meccanismi per sfruttare lo spettro in modo
flessibile, le tecniche di trasmissione ad antenne multiple e le soluzioni per limitare
l’interferenza intercella.
4
-
Infine, si illustreranno gli attuali programmi annunciati per l’adozione di LTE e i
testbed funzionali realizzati dai costruttori di apparati, in collaborazione con gli
operatori, nonché i prodotti che, a livello di prototipo o di sviluppo pre-competitivo,
rispondono alle specifiche delle tecnologie di quarta generazione.
1.1 IL PERCORSO VERSO I SISTEMI 4G
La mobilità delle persone e la loro la necessità di rimanere continuamente collegate con il
proprio ambiente di lavoro, di famiglia o di svago promuove lo sviluppo incessante di nuovi
terminali, nuove applicazioni, nuovi servizi di rete. Nell'ambito delle reti fisse, si è assistito
alla convergenza di video, audio e dati in nuove applicazioni basate sul protocollo IP;
conseguentemente oggi appare del tutto naturale prevedere che le reti mobili seguano un
analogo percorso, rispondendo inoltre al desiderio degli utenti di avere a disposizione anche
in mobilità collegamenti sempre attivi verso la rete Internet.
La quantità di dati scambiata tra terminali mobili e terminali fissi è stata in forte crescita negli
ultimi anni: nel 2007, gli operatori HSPA hanno visto decuplicare il traffico mobile, mentre
nel 2008 la crescita è stata pari a 30-50 volte il traffico dell'anno precedente. Le previsioni per
i prossimi anni confermano questi andamenti (Figura 1).
Questi numeri stanno rapidamente esaurendo la capacità delle attuali reti mobili di terza
generazione (includendo quelle cosiddette “3.5G”, in tecnologia HSPA), spingendo gli
operatori verso soluzioni “di transizione” verso 4G, quali HSPA+, o interamente di quarta
generazione come, LTE (Long Term Evolution) e WiMax, per mantenere la loro
competitività.
I fattori che sono alla base di questa crescita tumultuosa sono molteplici: tariffe flat,
diffusione di terminali portatili (laptop, netbook, smartphone), contenuti on-line di grande
interesse. Tra questi ultimi, merita un discorso a parte la crescita esponenziale dei contenuti
video. Inizialmente sottovalutati, o relegati ad applicazioni di videofonia che non hanno mai
incontrato il favore del grande pubblico, i contenuti video, sotto forma di brevi clip,
compaiono sempre più spesso integrati in pagine Web di siti di news, in siti loro dedicati
come YouTube o in siti di Social Networking tipici del Web 2.0 (primo fra tutti Facebook). Il
video è già il responsabile dell'enorme aumento del traffico sulle reti fisse e tutto lascia
supporre che un impatto simile si verificherà (e sta già in parte avvenendo) sulle reti mobili.
5
Figura 1: Previsioni di crescita utenti fisso/mobile (fonte: Ericsson)
In particolare, il “valore aggiunto” che le reti mobili possono fornire rispetto a quelle fisse
consiste nella capacità dei contenuti multimediali di “seguire” l'utente in mobilità, così che
questi non dovrà più essere necessariamente collegato alla rete fissa dell’ufficio o di casa
propria per scaricare grossi volumi di dati, o clip video di considerevoli dimensioni o per fare
l'upload di propri filmati su siti Web 2.0.
Un fattore di non trascurabile importanza per questa evoluzione consiste anche nella
diffusione di apparati per l’elaborazione digitale audio/video (macchine fotografiche,
camcorder, player MP3) sempre più facili da usare e di prezzo contenuto, ma soprattutto
integrati con i terminali mobili di rete.
Gli operatori stessi giocano un ruolo chiave in questo processo. Con la comparsa, anche per
l'accesso mobile, di tariffe flat (anche se non propriamente economiche) o tariffe a tempo, gli
utenti sono incoraggiati a sfruttare appieno le funzionalità dei loro dispositivi mobili per
condividere contenuti digitali mobili. Si tratta naturalmente di una tendenza che, se
incoraggiata dalle offerte degli operatori, non può che portare ad ulteriori incrementi del
traffico dati mobile.
Tuttavia, il fattore che gioca a sfavore degli operatori è che la crescita del traffico dati dovuto
al video (e la conseguente necessità di potenziare la rete) non va di pari passo con il ritorno
economico che il traffico video è in grado di generare. Anzi, i due parametri, come mostrato
in Figura 2, tendono a divergere in un panorama di utilizzo dominato dal traffico video; la
naturale conclusione è che i servizi voce ed i servizi video non hanno la stessa economia di
6
scala.
Figura 2: Necessità di riduzione del costo per bit in un panorama di utilizzo dominato dal
traffico video (fonte: Nokia)
Il risultato netto è che gli operatori si trovano a lavorare con reti di accesso che stanno per
raggiungere la loro capacità massima e l’incremento di capacità è tutt’altro che indolore. La
RAN (Radio Access Network), il backhaul, l'RNC (Radio Network Controller) e la core
network a commutazione di pacchetto sono state dimensionate per traffico voce e piccoli
volumi di traffico dati (quali quelli che erano ipotizzabili con i terminali 3G). Si delinea
quindi il paradosso per cui, mentre il traffico di rete e la domanda degli utenti cresce, gli
operatori si trovano nella condizione di non poter sfruttare appieno le potenzialità della rete e
di non essere in grado di offrire servizi più remunerativi.
La soluzione a questo problema deve essere cercata tra le tecnologie in grado di limitare il
costo per bit dei servizi di rete, di offrire maggiore capacità, maggior banda e ridotta latenza.
Per molti operatori la scelta naturale sarà quella di effettuare un upgrade delle proprie reti,
scegliendo tra le soluzioni proposte in ambito 3GPP e 3GPP2. In alcuni casi, è prevedibile che
alcuni operatori possano rivolgersi a tecnologie standardizzate da IEEE.
7
1.1.1
L’evoluzione verso 4G secondo 3GPP
L’offerta commerciale nel campo delle comunicazioni mobili si è tradizionalmente inserita
nell’alveo degli standard definiti da ETSI, ANSI e ITU prima (GSM, IS-95), e da 3GPP e
3GPP2 poi (UMTS, HSPA, CDMA2000, EV-DO). Appare quindi naturale che il
consolidamento di queste famiglie di standard apra la strada a soluzioni che, dal punto di vista
dell’operatore incumbent, impongono sforzi economici contenuti per effettuare l’upgrade
della propria rete.
Esaminando per il momento le possibili soluzioni di derivazione 3GPP (e 3GPP2),
si
prospettano tre direzioni:
Estensione della banda UMTS verso i 900 MHz
Adozione di soluzioni transitorie incrementali (HSPA+)
Migrazione verso sistemi 4G (LTE)
1.1.1.1 UMTS a 900 MHz tramite il refarming della banda GSM
Il servizio UMTS è stato lanciato nel 2001 nelle bande (1920-1980 MHz e 2110-2170 MHz).
Nonostante gli operatori UMTS mondiali abbiano abbondantemente superato il centinaio, il
servizio UMTS risulta quasi del tutto assente, o di bassa qualità, in zone rurali e scarsamente
popolate. L'uso del servizio UMTS nella banda dei 900 MHz (UMTS900) [1] potrebbe
rappresentare una risposta a questa esigenza di disponibilità del servizio, oltre a favorire un
servizio di migliore qualità anche in aree urbane, soprattutto in ambienti indoor. Quest'ultima
caratteristica sta assumendo un ruolo assai rilevante, alla luce delle recenti offerte di ADSLsenza-fili dei principali operatori mobili. E’ infatti noto che, alle frequenze intorno ai 2 GHz,
la penetrazione del solo muro perimetrale di un edificio in mattoni comporta perdite di
potenza dell’ordine di 10-20 dB. In generale, questo tipo di ostacoli si traduce nella necessità
di usare modulazioni più robuste (ad esempio, QPSK in luogo di una delle varie modulazioni
QAM previste), con la conseguente riduzione in termini di efficienza spettrale e perdita della
capacità complessiva della cella.
Il servizio UMTS900 può essere offerto appoggiandosi a siti già allestiti per GSM all'interno
delle aree servite dall'operatore, con il beneficio aggiuntivo legato alla possibilità di riusare
parte dei sistemi di irradiazione ivi presenti (antenne e feeder di antenna). All’atto pratico,
l'operatore ha quindi solo bisogno di aggiungere un nuovo cabinet per le funzioni di base
8
station UMTS, o sostituire gli apparati esistenti con apparati multimodo GSM+UMTS, a
seconda delle caratteristiche logistiche del sito (il che rappresenta comunque un costo
marginale rispetto all'allestimento di un sito UMTS ex-novo), come illustrato in Figura 3.
Figura 3: Integrazione al cabinet della stazione radio base GSM per il supporto di UMTS a
900 MHz (fonte: UMTS Forum)
In aree rurali, dove sono presenti punti di interesse che possono attrarre maggiori densità di
utenti (luoghi turistici, aeroporti), UMTS900 può essere usato per fornire copertura ad
ombrello a bassa capacità, garantendo la connettività su tutto il territorio; tale copertura può
essere integrata da una o più celle UMTS a 2 GHz in corrispondenza di luoghi di interesse per
offrire la banda aggiuntiva richiesta, come mostrato in Figura 3.
In aree urbane, l'impiego di UMTS attraverso il refarming della banda GSM900 e la
conversione dei siti GSM richiede maggiore attenzione, data la struttura complessa della
copertura GSM, articolata in macro-, micro- e pico-celle. Un fattore di importanza non
marginale è la possibile interferenza co-canale tra siti UMTS e GSM dello stesso
operatore nella fase di refarming (cioè in presenza di una copertura ibrida a 900 MHz,
con celle vicine che usano la stessa frequenza pur offrendo servizio GSM ed UMTS.
Secondo un'analisi dei vantaggi derivanti dal refarming della banda GSM900, pubblicata da
ISCO International, Inc. [2], UMTS900 permetterà agli operatori europei di raggiungere il
100% della popolazione con i servizi mobili a larga banda.
9
1.1.1.2 Il transito attraverso HSPA+
L'aumento di banda disponibile (soprattutto in downlink) introdotto da tecnologie 3.5G basate
su HSPA è stato, come abbiamo visto, il motore trainante della crescita del traffico mobile
osservato negli ultimi due anni. Una parziale risposta alla richiesta di incremento di velocità
viene dalla release 7 di 3GPP, che ha introdotto HSPA+ (o evolved HSPA, eHSPA). HSPA+
consiste in un semplice upgrade delle odierne reti HSPA, definito per proteggere gli
investimenti degli operatori sulle reti HSPA, che solo recentemente hanno raggiunto la
maturità tecnica e attratto notevole interesse dell’utenza. HSPA+ mette a disposizione un
percorso evolutivo strategico per gli operatori incumbent GSM-HSPA, in quanto fornisce
prestazioni equivalenti a quelle attese da LTE per allocazioni di spettro di 5 MHz, con
semplici investimenti incrementali. HSPA+ aumenta la capacità delle reti HSPA (ma solo in
parte, limitandosi ad un incremento del 20%) e ne riduce la latenza al di sotto di 50 msec.
Alcuni operatori (3 Scandinavia, Vodafone Spain, CSL Hong Kong) dispongono già di reti
che implementano la prima fase di HSPA+ con modulazione 64QAM, in grado di raggiungere
un tasso trasmissivo di picco in downlink pari a 21.6 Mb/s su bande di 5 MHz. In prospettiva,
HSPA+ con modulazione 64QAM e tecniche avanzate di antenna come 2x2 MIMO
potrebbero realizzare un tasso di picco teorico di 42 Mb/s in downlink e 11.5 Mb/s in uplink.
Non è da escludere che, nell'attuale congiuntura economica, molti operatori decidano di far
fruttare per un periodo più lungo i loro investimenti tecnologici, preferendo un più prudente,
ed economico, upgrade della loro rete a HSPA+, rispetto alla ristrutturazione che sarebbe
richiesta da LTE (come illustrato nelle sezioni seguenti). Tuttavia, ci sono alcune evidenti
limitazioni di HSPA+ nei confronti di LTE, che potrebbero avere impatto su questa logica:
il tasso di picco pari a 21.6 Mb/s reso possibile da 64QAM, anche se richiede solo minimi
upgrade degli apparati delle stazioni radio base (eNodeB), si applica solo in condizioni
favorevoli di propagazione, in pratica solo al centro della cella, vicino all'antenna della
stazione radio base
la versione a 42 Mb/s, che rappresenta la scelta più naturale, richiede, oltre all'upgrade
dell'eNodeB, anche apparati di antenna MIMO (nel sito e nei terminali)
1.1.1.3 La migrazione verso LTE
LTE (Long Term Evolution) è generalmente identificato come “la” tecnologia 4G. LTE è
10
basato su trasmissione OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) e realizzato
secondo il paradigma “all-IP”. Molti prevedono che LTE sarà la tecnologia scelta dalla
maggior parte degli operatori mobili. LTE è stato pensato per permettere totale compatibilità
con le tecnologie 3G esistenti in termini di integrazione e possibilità di handover, dando
l’opportunità agli operatori di prevedere un’introduzione graduale, appoggiandosi sulla rete
preesistente per continuità del servizio. LTE supporta mobilità elevata e roaming globale, e,
grazie all’uso di antenne direzionali, consente di sfruttare il riuso spettrale per aumentare la
capacità delle celle. Grazie ad OFDM e a modulazioni aggressive, fornisce agli utenti una
vera banda larga mobile, con throughput utente netti misurato in condizioni “realistiche”
dell’ordine di decine di Mb/s e latenze di poco superiori ai 10 ms.
Lo standard LTE è stato definito assicurando flessibilità nell’uso dello spettro, e offre agli
operatori la possibilità di collocazione in bande di frequenza disponibili (risultato di refarming
o di digital dividend) o su porzioni di spettro appena liberalizzate: lo spettro minimo contiguo
richiesto è di appena 1.4 MHz, pur potendo raggiungere i 2x20 MHz (su bande di frequenza
accoppiate), secondo le esigenze della rete dell’operatore.
Essendo una tecnologia all-IP, LTE, attraverso il suo Evolved Packet Core (EPC), può
interconnettersi ed effettuare handover con altre tecnologie basate su IP, quali Wi-Fi e DSL
(ad esempio, attraverso le funzionalità dello standard IEEE 802.21 per l’handover verticale tra
reti eterogenee). In particolare, gli scenari di convergenza fisso/mobile prospettati da LTE
danno agli operatori l’occasione di definire strategie innovative per “abbattere” il muro tra la
connessione a casa dell’utente ed il mondo esterno.
Come sarà illustrato in dettaglio nel seguito, più di venti operatori in tutto il mondo hanno
manifestato l’impegno ad adottare LTE. Se per gli operatori 3G attuali in Europa Occidentale
e Stati Uniti, la scelta è più controversa per le ragioni esposte (transizione su HSPA+ per far
fruttare su tempistiche più lunghe gli investimenti nella rete 3G e 3.5G), molti operatori GSM
ed EDGE in paesi in via di sviluppo vedono in LTE l’opportunità di migrare su un sistema
ormai maturo, saltando a pié pari la tecnologia 3G ed approdando direttamente al 4G,
garantendosi ampi margini di operatività e di crescita per gli anni futuri.
Secondo ABI Research, saranno più di 32 milioni gli utenti LTE nel 2013 [3], nonostante le
previsioni sulle tempistiche dell’adozione di LTE non lo vedano in campo prima del 2010. Le
conclusioni a cui giunge ABI Research sono dettate dal fatto che i principali operatori mobili
(NTT Docomo, China Mobile, Vodafone, Verizon Wireless, T-Mobile, AT&T, solo per
11
citarne alcuni) hanno annunciato di voler adottare LTE. Vale infine la pena di citare che la
NGMN (Next Generation Mobile Networks) Alliance, un gruppo globale che raccoglie il 70
per cento degli operatori mobili, ha approvato LTE come la prima tecnologia che risponde ai
requisiti definiti dalla NGMN stessa per l’evoluzione verso il 4G.
1.1.2
WIMAX COME TECNOLOGIA 4G
Se la roadmap per l’adozione di LTE da parte degli operatori mobili presenta, pur attraverso
percorsi articolati, delle chiare opportunità, meno chiare sono le prospettive per l’evoluzione
verso 4G offerte da IEEE.
Benché WiMax presenti tratti comuni con le tecnologie 4G di 3GPP (elevata efficienza
spettrale, trasmissione basata su OFDM, uso di MIMO e smart antennas), le due soluzioni
appaiono difficilmente confrontabili per quanto attiene le caratteristiche di mobilità dei
terminali. Mentre l’uso di WiMax come tecnologia per l’accesso fisso a larga banda
sull’ultimo miglio (basata sullo standard IEEE 802.16-2004) ha dei modelli di impiego ben
delineati, il supporto per la mobilità, definito dallo standard IEEE 802.16e o Mobile WiMax,
stenta a prendere piede. Uno dei motivi delle difficoltà di penetrazione è l’incompatibilità di
802.16-2004 e 802.16e, che costringe gli operatori WiMax ad usare due linee di prodotti
differenti, o a convergere sul solo 802.16e scegliendolo anche per l’accesso fisso, per il quale
non è ottimizzato.
Secondo Visant Strategies [4], esistono due percorsi che WiMax mobile può seguire: Topdown e Bottom-up. Il primo richiede che i maggiori operatori adottino e inizino ad installare
WiMax, abbandonando, in altre parole, la migrazione in corso verso LTE. Uno scenario assai
improbabile, come ampiamente discusso in precedenza. Il percorso Bottom-up ipotizza invece
una partenza con investimenti moderati ed installazioni limitate in paesi emergenti dell’Asia,
dell’Europa orientale e dell’America latina, così come da parte di operatori di nicchia negli
Stati Uniti ed in Europa occidentale. Questo scenario ha maggiori probabilità di realizzazione,
anche se il rischio è quello di assistere ad una crescita lenta e faticosa della rete, a causa delle
piccole dimensioni e ridotte possibilità economiche degli operatori, che comporta quindi il
rischio di non riuscire a raggiungere la massa critica necessaria per rientrare degli
investimenti.
Con ogni probabilità, WiMax è quindi destinato a restare limitato ad un mercato di
dimensione considerevolmente ridotta rispetto a LTE, e principalmente orientato all’utenza
12
fissa (stanziale o nomadica) e con limitato supporto alla connettività in fase di mobilità. In
ragione di queste considerazioni, anche se terminali di tipo SmartPhone multimodo
LTE/HSPA/WiMax stanno timidamente emergendo, è lecito attendersi che la fetta più
consistente del mercato delle schede WiMax sia orientato a laptop e netbook [5].
1.2 STATO DELL’ARTE NELLA DEFINIZIONE DELLA TECNOLOGIA LTE
I requisiti che costruttori di apparati ed operatori stanno prendendo come riferimento
nella recente fase di allestimento dei testbed funzionali derivano direttamente dalla
Release 8 di LTE, preparata in seno a 3GPP [6]. Al suo interno, così come riassunto nelle
sezioni seguenti, si descrivono le modifiche introdotte ad LTE per quanto attiene alla
core network e alla rete di accesso radio. Della prima, la cui architettura è altresì nota
con il termine “SAE” (Service Architecture Evolution), si evidenzia nel seguito il
supporto nativo di un’architettura “all IP” in grado di garantire throughput elevato e
bassa latenza, pur mantenendo compatibilità con (e mobilità verso) sistemi legacy
(HSPA e GPRS) e non 3GPP (come WiMAX). Della seconda, si illustrano più avanti gli
schemi di trasmissione in uplink e downlink, i meccanismi per sfruttare lo spettro in
modo flessibile, le tecniche di trasmissione ad antenne multiple e le soluzioni per
limitare l’interferenza intercella.
Figura 4 - L’evoluzione della Core Network da 3G a LTE
13
1.2.1
Core network e SAE
Anche se l’esame della core network dei sistemi 4G non è l’obiettivo di questo documento, si
include in questo paragrafo un riassunto degli aspetti chiave della SAE, da un lato per
completezza, dall’altro per chiarire alcuni riferimenti e rimandi necessari alla discussione
dell’accesso radio di LTE. Il cardine dello sviluppo della SAE definita da 3GPP nella Release
8 è stata la specifica del cosiddetto evolved packet core (EPC), ossia di una core network
multi-accesso che permette agli operatori di unificare sotto un’architettura core comune sia
l’accesso radio di derivazione 3GPP (LTE, 3G e 2G), che l’accesso radio non 3GPP
(WLAN/WiMAX), che l’accesso fisso (DSL, Ethernet). I tre paradigmi attorno a cui ruota la
definizione di EPC sono: la mobilità e la compatibilità con i sistemi legacy, la gestione delle
policy, la sicurezza.
Figura 5: L’evoluzione della Core Network da 3G a LTE
Riguardo al primo paradigma, l’EPC prevede la standardizzazione delle interfacce e delle
procedure preposte al roaming tra diverse tecnologie radio. L’architettura SAE è considerata
“flat” nel senso che prevede due soli nodi sul piano utente: la base station “evoluta”, o
eNodeB, e il gateway, come illustrato in Figura 5. L’archittetura flat permette di ridurre il
numero di nodi attraverso cui transitano i dati utente e le informazioni di segnalazione.
L’eliminazione dell’RNC e l’inclusione delle sue funzioni nell’eNodeB, permette a questi
ultimi di gestire direttamente l’handover. Ma la differenza principale rispetto alla core
network attuale risiede proprio nella architettura “all-IP”, con supporto limitato al solo traffico
IP (che quindi non richiede più tunneling o gateway per attraversare il core). I servizi vocali
stessi, la cui implementazione diverrà parte dell’IMS (IP multimedia system) già previsto
nelle reti 3G, saranno trasportati su connessioni a pacchetto; questo richiede che sia
mantenuta continuità tra sistemi per il trasporto della voce a commutazione di circuito e
sistemi VoIP a pacchetto. La compatibilità con le reti 3G, necessaria ad effettuare handover a
bassa latenza, sarà mantenuta attraverso meccanismi di segnalazione che interfacciano
l’SGSN (Signaling GPRS Service Node) e l’EPC.
In tema di gestione delle policy, il framework è quello già definito dalla release 7, ossia il
Policy and Charging Control (PCC), che massimizza il controllo dell’operatore su tutte le
funzioni di gestione della qualità di servizio e di fatturazione, indifferentemente dal tipo di
elemento di rete.
14
Infine, gli aspetti di sicurezza inclusi nella definizione di EPC coinvolgono l’intero percorso
end-to-end, inclusi eventuali transiti su reti eterogenee.
1.2.2
L’interfaccia radio
Lo schema di base della trasmissione radio in LTE si articola secondo metodi differenti, a
seconda della direzione di transito dell’informazione.
-
In downlink, LTE utilizza OFDM. La trasmissione di simboli avviene quindi su un
gran numero di sottoportanti a banda stretta, rendendo così la trasmissione robusta
rispetto a fenomeni di dispersione temporale su canale radiomobile selettivo in
frequenza (tipici invece della trasmissione di segnali a banda stretta senza OFDM).
Allo stesso tempo, OFDM semplifica l’elaborazione e l’equalizzazione del segnale in
banda base, riducendo i costi e il consumo energetico del terminale ricevente.
-
In uplink, a causa del limitato budget energetico, il parametro più importante risulta
essere proprio l’efficienza energetica del terminale: per questo motivo, la tecnica
trasmissiva adottata in LTE è basata su Single Carrier FDMA (SC-FDMA): il segnale
in banda base è codificato in trasmissione calcolando la trasformata discreta di Fourier
(DFT), applicandovi lo spreading OFDM e quindi ricalcolando la trasformata discreta
inversa. L’accesso multiplo è garantito combinando opportunamente tra le varie
sorgenti i coefficienti della trasformazione numerica di Fourier.
Le trasmissioni SC-FDMA hanno quale proprietà principale un basso rapporto tra potenza di
picco e potenza media, il che aumenta la resa energetica dei terminali [7].
Sempre a livello fisico, i dati sono: (i) codificati mediante FEC; (ii) modulati usando, a
seconda delle condizioni del canale, QPSK, 16-QAM o 64-QAM; (iii) assegnati per la
trasmissione ad apparati multipli di antenna (MIMO); (iv) modulati OFDM, con o senza DFT.
La gestione delle ritrasmissioni e la multiplazione dei flussi dati è demandata ai livelli
protocollari RLC, MAC. La Figura 6 illustra i ruoli dei tre livelli inferiori dell’architettura
LTE.
Il segnale trasmesso è organizzato in trame composte di 10 sotto-trame della durata di 1 ms,
sulle quali si esegue H-ARQ e a cui si riferisce il feedback sullo stato del canale che permette
di scegliere in modo adattativo e con granularità finissima il tipo di modulazione e la potenza
più adeguata per la trasmissione (“channel scheduling”). Queste tecniche di schedulazione
adattativa della trasmissione, grazie ad OFDM, possono essere impiegate dai sistemi LTE sia
15
nel dominio del tempo (con granularità di 1 ms, come appena evidenziato) che in quello della
frequenza (con granularità di 180 kHz).
Figura 6: Struttura protocollare LTE (Fonte: Communications Magazine)
LTE prevede di organizzare la trasmissione in modalità sia FDD (Frequency Division
Duplex) che TDD (Time Division Duplex). Nel caso di FDD, sono previste due frequenze
accoppiate per le portanti in uplink e in downlink; durante ogni trama di 10 ms le trasmissioni
in uplink e downlink possono avvenire simultaneamente, stabilendo relazioni uno-a-uno tra
sottotrame delle rispettive trame uplink e downlink per facilitare le procedure di controllo e
segnalazione. Nel caso di TDD, è invece prevista un’unica frequenza portante e le
trasmissioni uplink e downlink sono sempre separate nel tempo all’interno della stessa cella;
per ottenere flessibilità di trasmissione nelle due direzioni, sono previste diverse periodicità
per l’uplink e il downlink, così come diversi rapporti di uso (da un rapporto 2:3 tra downlink e
uplink, fino a 9:1); venendo a mancare la relazione uno-a-uno tra downlink e uplink, il TDD
16
richiede procedure di segnalazione più complesse.
L’uso dell’una o dell’altra modalità sarà una scelta dell’operatore, anche se tale scelta sarà
condizionata dalla particolare situazione di regolamentazione dello spettro e in particolare
sarà legata alla presenza o meno di bande accoppiate (che rendono naturale la scelta di FDD).
Con la modalità FDD, grazie alla definizione di canali dedicati per uplink e downlink, in
condizioni di interferenza da celle vicine su una delle due frequenze FDD, l’operatore può
scegliere di assegnare quella più disturbata al flusso downlink, dove la maggiore potenza
erogata mitiga gli effetti dell’interferenza. D’altro canto, TDD permette maggiore libertà nella
gestione di flussi asimmetrici nelle direzioni uplink/downlink, variando la durata delle
sottotrame di uplink e downlink della trama TDD. In passato, la disponibilità di modalità
FDD e TDD, alquanto diverse tra loro nel trattamento del segnale radio, ha portato alla
necessità di terminali dual-mode (relativamente poco diffusi) e alla scelta di fatto degli
operatori di supportare la sola modalità FDD nella rete UMTS. In LTE, virtualmente tutta
l’elaborazione dei segnali di livello fisico è identica sia che si tratti di FDD che di TDD,
rendendo economicamente convenienti i terminali dual-mode, e, di conseguenza, l’uso delle
due modalità trasmissive da parte degli operatori al fine di ottimizzare il servizio secondo i
vantaggi esposti sopra.
Un altro degli elementi-chiave di LTE, previsto fin dalle prime release delle specifiche 3GPP,
è il supporto per trasmissioni multi-antenna. La progettazione dei terminali LTE non ha mai
esulato dal prevedere almeno due (se non quattro) antenne riceventi, il che ha permesso di
pianificare il resto dell’architettura dell’accesso radio in modo da sfruttare la diversità delle
antenne in ricezione. LTE supporta inoltre diversità in trasmissione, multiplazione spaziale,
beamforming e tecniche avanzate come multiple-input-multiple-output (MIMO) per utenti
singoli ed utenti multipli (come illustrato in Figura 7).
La diversità in trasmissione prevista da LTE trova impiego in primo luogo per i canali di
segnalazione comune in downlink: non essendo possibile la schedulazione fine, utente per
utente, che tenga conto della qualità istantanea del canale, si fa ricorso a tecniche in diversità
per aggiungere ulteriore robustezza. Un discorso analogo si può fare per la trasmissione della
voce: il basso bit rate dei flussi VoIP non giustifica infatti il ricorso a schedulazione adattativa
con la granularità prevista da LTE.
17
Figura 7: Supporto per antenne multiple in LTE (fonte: Communications Magazine)
L’applicazione di antenne multiple alla stazione radiobase e al terminale permette di fornire
trasmissioni simultanee di flussi dati in parallelo (chiamati layers nello standard LTE,
derivato dalla terminologia MIMO) su un singolo canale radio. Il risultato è un incremento del
bit rate di picco che la cella è in grado di offrire. Ad esempio, nel caso di quattro antenne
(MIMO 4x4) al trasmettitore e al ricevitore, da uno a quattro flussi dati possono essere inviati
in parallelo sullo stesso canale radio, aumentando così il tasso massimo di trasmissione di un
fattore quattro. Questo risultato si ottiene attraverso una tecnica di beamforming nota come
“precoding”, che permette, in caso di ricevitore con antenna singola e singolo layer in
trasmissione, di
massimizzare la potenza del segnale attraverso l’assegnazione di pesi
opportuni ad ogni copia del layer trasmessa da ciascuna delle antenne multiple. In caso di
antenne riceventi multiple, i diversi layer (in numero inferiore o uguale al numero delle
antenne) sono assegnati alle antenne in trasmissione con pesi opportuni su ogni antenna. La
determinazione dei pesi avviene attraverso procedure a diversi gradi di complessità che usano
le informazioni sullo stato del canale inviate dal ricevitore ed hanno lo scopo di massimizzare
il throughput all’uscita del ricevitore.
LTE prevede l’ortogonalità (e quindi la completa separazione teorica) tra i codici usati dagli
utenti sia nella direzione uplink che nella direzione downlink. Di conseguenza, l’unica
interferenza alle trasmissioni di una cella proviene dalle celle adiacenti, da utenti che usano
codici già usati nella cella in questione. Questo problema, particolarmente rilevante per gli
18
utenti che si trovano vicini al bordo della cella, richiede un uso oculato dei meccanismi di
controllo di potenza in uplink. Infatti, inibire l’uso di certe frequenze agli utenti di bordo cella
può dare luogo a una riduzione della banda disponibile più consistente del guadagno di
efficienza spettrale determinato dall’elevato SINR che si crea in assenza di interferenza.
Pertanto, LTE prevede meccanismi di coordinamento di interferenza inter-cella (ICIC), che in
sostanza consistono in una strategia di schedulazione delle trasmissioni e di scelta dinamica
delle frequenze che prevede l’uso di frequenze complementari da parte di flussi uplink
provenienti da utenti di bordo cella di celle adiacenti, senza limitare l’uso di alcuna parte dello
spettro. Attraverso alcuni indicatori, la cella che implementa le tecniche ICIC comunica alle
celle adiacenti su quali parti dello spettro intende allocare gli utenti di bordo cella. Altri
indicatori aggiornano le informazioni sul livello di interferenza osservato dagli utenti in ogni
parte della cella, consentendo un raffinamento dinamico della scelta delle frequenze per
l’uplink. Questi meccanismi richiedono la nozione di posizione dell’utente all’interno della
cella e in relazione ad altre celle; tale informazione è derivata dal processo di locating, tipico
delle reti cellulari, con cui un terminale utente misura i livelli di potenza delle celle adiacenti
ai fini di programmare gli handover.
1.2.3
LTE Advanced
Anche se operatori e costruttori di apparati hanno trovato una faticosa convergenza intorno
alla Release 8 di LTE, le attività preliminari alla standardizzazione delle architetture che
dovranno superare LTE sono già state avviate da 3GPP lo scorso anno. In un documento
chiamato “Requirements for Further Advancements for E-UTRA” [8], 3GPP ha tratteggiato le
linee guida dell’evoluzione di LTE, in risposta ai requisiti di “IMT Advanced” imposti da
ITU. Tali linee, ancora in fase embrionale di sviluppo, presentano gli obiettivi di LTE evoluto
(non di un sistema totalmente nuovo) e posso essere così riassunte:
-
Aggregazione di portanti: più portanti su bande di 20 MHz possono essere aggregate
fino a 100 MHz di banda complessiva, per garantire tassi di trasmissione molto
elevati;
-
Relaying: estensione della copertura al di fuori della singola cella grazie alla
ritrasmissione da parte di utenti in posizione intermedia;
-
Trasmissioni multiantenna estese: uso di MIMO 8x8;
-
Trasmissione/ricezione coordinata multipunto: uso simultaneo di celle adiacenti per la
19
trasmissione e ricezione congiunta da/verso utenti di bordo cella (evoluzione di ICIC
cui si è fatto cenno sopra).
1.3 COMMITMENT DEGLI OPERATORI E SVILUPPO DEGLI
APPARATI LTE
L’adozione di LTE da parte degli operatori è attesa non prima del 2010, quando gli apparati di
rete ed i terminali utente avranno raggiunto la piena maturazione. In questa sezione,
effettueremo una breve panoramica sulle intenzioni di adozione di LTE dei principali
operatori di telecomunicazioni [9][10].
-
Verizon Wireless, Vodafone e China Mobile hanno condotto attività congiunte di
sperimentazione di LTE, valutando in particolare le modalità FDD e TDD. Verizon
Wireless ha acquisito quasi metà dello spettro a 700 MHz negli USA e prevede di
usare questa banda per il lancio di LTE nella prima metà del 2010. Anche se la
partnership con Verizon è attiva, Vodafone non prevede un lancio così ravvicinato di
LTE, preferendo curare spazi di crescita della propria rete HSPA (che salirà a 16 Mb/s
nei prossimi mesi).
-
AT&T Mobility, che si è aggiudicato la seconda parte dello spettro USA a 700 MHz,
ha anch’esso LTE tra i propri obiettivi a lungo termine (metà del 2011).
-
NTT DoCoMo, che ha dato dimostrazione di bit rate di 250 Mb/s in downlink e di 50
Mb/s in uplink, lancerà LTE nel 2010.
-
Telstra ha una roadmap che prevede la migrazione ad HSPA+, prima di LTE.
-
La svedese TeliaSonera Mobile Networks prevede di usare per LTE due bande
accoppiate da 20 MHz l’una, acquisite in un’asta pubblica della banda a 2.6 GHz nel
maggio 2008. Nello scorso mese di gennaio, TeliaSonera ha annunciato di volere
rendere operativo LTE nella città di Stoccolma nel 2010.
-
France Telecom/Orange, impegnata in trial di LTE, ha in calendario di introdurlo nella
propria rete a partire dal 2011.
-
T-Mobile inizierà tra alcuni mesi le proprie sperimentazioni di LTE, dando il via
all’offerta al pubblico nel 2011.
-
Aircell, fornitore di accesso mobile a bordo di velivoli commerciali, prevede di
avviare il servizio LTE nel 2011.
-
20
Bell Canada e Telus cooperano allo sviluppo di una rete HSPA su scala nazionale in
Canada entro il 2010, con evoluzione a LTE in data non precisata.
-
3 Irlanda sta implementando HSPA, evolverà ad HSPA+ ed ha in programma il lancio
di LTE nel 2011.
-
Tele2 in Svezia e Telenor in Norvegia stanno cooperando (in una joint venture
denominata Net4 Mobility) alla realizzazione di una rete LTE che copra le due nazioni
nelle bande a 900 MHz e a 2600 MHz.
La tabella seguente riassume i piani di lancio di LTE dei principali operatori mondiali.
Paese
USA
USA
USA
Svezia
Norvegia
Giappone
Giappone
Canada
Canada
Canada
USA
USA
Irlanda
Germania
France
Cina
Cina
Nuova Zelanda
1.3.1
Operatore
Inizio previsto servizio LTE
Verizon
2010
MetroPCS
2010
CenturyTel
2010
Telia Sonera
2010
TeliaSonera
2010
NTT DoCoMo
2010
KDDI
2010
Rogers Wireless
2010
Telus
2010
Bell Canada
2010
Aircell
2011
AT&T Mobility
2011
Hutchinson 3
2011
T-Mobile
2011
Orange
2011
China Mobile
2011
China Telecom
2011-2
Telecom NZ
2011-2
Fonte: GSA – Global mobile Suppliers Association
Analisi delle piattaforme LTE e testbed funzionali degli operatori
1.3.1.1 Apparati LTE
Gli apparati che supporteranno LTE saranno in primo luogo telefoni cellulari, ma l’ampia
gamma di servizi che LTE è in grado di offrire determinerà il suo impiego anche in notebook,
netbook, console per videogiochi e videocamere, solo per citare gli apparati di maggior
diffusione. Alla data odierna, nessun vendor è in grado di fornire soluzioni complete per
l’accesso radio LTE, nè dal lato operatore nè dal lato utente. Tuttavia, diversi annunci,
21
talvolta corredati da risultati di test funzionali, si sono susseguiti nell’ultimo anno. Ne citiamo
alcuni:
-
Sony Ericsson ha annunciato nel 2008 una piattaforma abilitata ad LTE, chiamatata
M700, indicando nel 2009 la data prevista per la release commerciale. I prodotti basati
su M700 sono attesi per il 2010 [11].
Inoltre, esattamente un anno fa, Ericsson ha dato dimostrazione al Mobile World
Congress di Barcellona della prima chiamata telefonica end-to-end basata su
tecnologia che si può ricondurre ad LTE [12].
-
Qualcomm ha annunciato per il 2009 il rilascio di una famiglia di prodotti
(MDM9xxx-series) in grado di supportare UMTS, HSPA, EV-DO ed LTE [13].
Questa piattaforma è stata oggetto di una dimostrazione nel febbraio 2009, in cui
Qualcomm ha utilizzato interfacce di rete con supporto MIMO 2x2 in downlink e
SIMO 1x2 in uplink, in modalità FDD a 10 MHz. Le velocità rilevate a livello fisico
in downlink e uplink si sono assestate, rispettivamente, a 23 Mb/s e 11.5 Mb/s [14].
-
LG ha annunciato nel dicembre 2008 di aver sviluppato indipendentemente il primo
chipset per modem LTE, da incorporare in terminali mobili di nuova generazione. Il
rilascio di apparati commerciali è stato genericamente individuato nell’anno 2010
[15].
-
Infineon ha rilasciato il chip SMARTi™ che realizza le funzioni di transceiver LTE su
bande di estensione 5, 10, e 20 MHz fino a portanti di 3 GHz [16]
Sul versante degli operatori, si registrano un’iniziativa rivolta a definire le specifiche per i
futuri apparati LTE da integrare nella rete dell’operatore: Verizon Wireless ha infatti
pubblicato [17] una raccolta di specifiche tecniche di cui i terminali dovranno essere in
possesso per essere utilizzati sulla rete LTE di Verizon operante a 700 MHz, di cui si prevede
il lancio commerciale nel 2010.
1.3.1.2 Testbed Funzionali
Infine, è meritevole di attenzione l’iniziativa denominata LSTI: LTE SAE Trial Initiative,
[18] formata da un gruppo di oltre 30 vendor e operatori (tra i quali figurano i principali attori
del mercato radiomobile mondiale: Alcatel-Lucent, Ericsson, Nokia, Nokia Siemens
Networks, Nortel, Orange, T-Mobile, Vodafone, China Mobile, Huawei, Samsung). Nel
febbraio 2009, LSTI ha rilasciato i risultati di trial di apparati LTE/SAE, dopo aver
22
completato una fase di test il cui obiettivo era di dimostrare i benefici di LTE/SAE in termini
di prestazioni e funzionalità in ambiente “reale”, oltre che in laboratorio. I risultati sono
relativi a misure di prestazioni quali la qualità di comunicazioni VoIP su LTE, le velocità di
picco in download che gli utenti si possono attendere, in diverse condizioni realistiche di
qualità del canale, affollamento della cella e mobilità.
I risultati salienti posso essere riassunti nei seguenti punti:
-
Indipendentemente dalle condizioni del canale radiomobile, le prestazioni misurate
dall’utente finale risultano sempre superiori di due-tre volte quelle ottenute da HSPA
in condizioni analoghe
-
Nelle condizioni più favorevoli (unico utente nella cella, terminale non in movimento)
e con apparati in grado di rispondere a quasi tutte le specifiche LTE (banda disponibile
di 20 MHz, MIMO 4x4 con modulazione 64 QAM e tecnica di accesso FDD in
downlink, SIMO 1x2 con modulazione 16 QAM e tecnica di accesso TDD in uplink),
sono stati osservati bit rate di picco al livello fisico pari a: (i) in DL, 320 Mb/s in
laboratorio e 255 Mb/s sul campo; (ii) in UL, 60 Mb/s in laboratorio e 50 Mb/s sul
campo. In tutti i casi, riportati nella Figura 8, i risultati si sono rivelati in linea, e nella
maggior parte dei casi assai superiori, rispetto alle specifiche tecniche richieste da
3GPP (almeno 100 Mb/s di picco in downlink e almeno 50 Mb/s di picco in uplink).
Rispetto ai risultati osservati per il caso uplink occorre però sottolineare che la
mancata disponibilità di terminali in grado di supportare la modulazione 64 QAM ha
determinato prestazioni con ampio margine di miglioramento. Vale la pena ricordare
che risultati analoghi, pur se limitati a set di laboratorio, erano stati riportati da
Ericsson più di un anno fa [19].
-
Le latenze osservate sono ampiamente accettabili per il tipo di reattività richiesta dalle
applicazioni supportate da LTE (in particolare VoIP e video on demand). In
particolare, sono state provate le seguenti latenze:
o Piano di controllo (instaurazione end-to-end di una chiamata voce, tempo
necessario per commutare il terminale dallo stato idle allo stato active): da 70 a
100 ms, contro un target 3GPP fissato a 100 ms.
o Piano utente (invio di pacchetti di ‘ping’ da terminale mobile ad un server su
rete Internet): tra 10 e 15 ms su link pre-schedulato, da 15 a 25 ms su link
creato on-demand (si veda Figura 9). Si osservi che il link pre-schedulato è il
23
caso tipico in cui opera VoIP, podendo disporre di una minima quantità di
risorse predisposte in anticipo dall’eNodeB; il link on-demand si rifà invece al
caso del web-browsing, in cui le richieste di banda giungono all’eNodeB in
modo asincrono e non prevedibile.
o Interfaccia Radio (invio di pacchetti di ‘ping’ da terminale mobile a eNodeB):
tra 7 e 13 ms, contro un target 3GPP fissato a 10 ms, come illustrato in Figura
9.
o
Handover tra celle LTE sono stati compiuti a velocità di 100 km/h ed oltre. Si
osservi che LTE non supporta il soft handover tipico delle reti WCDMA, ed
implementa un “hard” handover per il quale sono stati misurati tempi di
interruzione del servizio inferiori ai 50 ms, contro il target 3GPP di 300 ms.
LSTI non è stato tuttavia in grado di riportare un set esteso di risultati di test di
handover tra eNodeB di costruttori diversi.
Figura 8: Bit rate di picco misurati in campo e in laboratorio (fonte: LSTI Forum)
24
Figura 9: Latenza misurata sul piano utente e nell'interfaccia radio (fonte: LSTI Forum)
1.4 BIBLIOGRAFIA
[1]
Deployment of UMTS in 900 MHz band – UMTS FORUM White Paper
[2]
http://www.iscointl.com/news_info.htm
[3]
http://www.abiresearch.com/press/1152LTE+Network+Subscribers:+From+Zero+to+32+Million+in+Three+Years
[4]
http://www.visantstrategies.com
[5]
http:// networkworld.com
[6]
“Technical Specifications and Technical Reports for a UTRAN-based 3GPP system”,
3GPP TR 21.101
[7]
H. G. Myung, J. Lim, and D. J. Goodman, “Single Carrier FDMA for Uplink Wireless
Transmission”, IEEE Vehicular Technology Magazine, vol. 1, no. 3, Sep. 2006, pp.
30-38
[8]
“Requirements for Further Advancements for E-UTRA”, 3GPP TR 36.913
[9]
http://www.gsacom.com/news/gsa_269.php4
[10]
http://www.umts-forum.org
[11]
http://www.ericsson.com/ericsson/press/releases/20080401-1205240.shtml
[12]
http://www.ericsson.com/ericsson/press/releases/20080210-1190029.shtml
[13]
http://www.qualcomm.com/news/releases/2008/080207_ Qualcomm_to_Ship.html
[14]
http://www.qualcomm.com/common/documents/articles/LTE_Tech_ Demo.pdf
[15]
http://www.lge.com/us/press-release/article/lg-develops-worlds-first-lte-handset-
25
modem-chip.jsp
[16]
http://www.infineon.com/cms/en/product/channel.html?channel=
db3a3043163797a6011649c97e7a0734
[17]
http://www.verizonwireless-opendevelopment.com
[18]
http://www.lstiforum.com
[19]
P. Beming, et al., “LTE-SAE architecture and performance”, Ericsson Review, no.3,
2007
26
2
SEZIONE 2: NUOVE TENDENZE NEL RADIO SPECTRUM
MANAGEMENT
Questa sezione del documento tratta degli aspetti tecnici legati al paradigma chiamato
Cognitive Radio (CR). L’idea base del Cognitive Radio è l’utilizzo dinamico delle frequenze,
che possono essere impiegate da dispositivi radio basati su diverse tecnologie e ogni qualvolta
ne esistano le condizioni (uso “opportunistico” delle frequenze).
In particolare, l’uso di terminali di comunicazione che implementino il paradigma CR
permettere all’utente:
(i) di determinare quali porzioni dello spettro sono disponibili e, nel caso di bande date in
concessione, di rilevare la presenza di utenti “licenziati” (spectrum sensing),
(ii) di selezionare il canale con la qualità migliore, tra quelli disponibili (spectrum
decision),
(iii) di coordinarsi con altri utenti dotati di terminali CR nell’accesso al canale selezionato
(spectrum sharing),
(iv) di cambiare canale di frequenza quando viene rilevata la presenza di utenti licenziati
(spectrum mobility).
Il documento descrive i componenti fondamentali dell’architettura di rete, tipicamente
suddivisi in due gruppi di utenti: quelli che compongono la rete primaria (primary network) e
quelli che compongono la rete Cognitive Radio (CR network), detta anche secondaria. Inoltre,
sono illustrati i protocolli ed algoritmi che permettono al terminale di acquisire informazioni
sull’uso e la qualità dello spettro dall’ambiente circostante, e lo rendono riconfigurabile, ossia
capace di ricevere e trasmettere su una vasta gamma di frequenze e di usare tecnologie di
trasmissione e di accesso diverse.
Il documento riporta infine l’attività in corso in seno al Working Group IEEE 802.22, che da
diversi anni sta lavorando alla produzione di un documento di riferimento per l’uso di
tecniche Cognitive Radio nelle bande radio della televisione analogica. Anche se inquadrato
in un contesto nordamericano in cui già oggi vaste aree del territorio non sono coperte da
alcun segnale televisivo e sono quindi le naturali destinatarie di sistemi 802.22, IEEE punta a
definire tecniche Cognitive Radio per la condivisione di spettro televisivo inutilizzato per
27
fornire accesso a banda larga a zone rurali, a bassa densità abitativa o difficilmente
raggiungibili.
2.1 IL PARADIGMA COGNITIVE RADIO
2.1.1
Principi e generalità
Le reti di comunicazione via wireless operano sulla base di un’allocazione fissa dello spettro
delle frequenze, determinata, in ogni nazione, dagli enti preposti. Tipicamente le frequenze
sono cedute in concessione ad aziende o enti detentori di una licenza, e tali licenze ne
consentono l’uso per lunghi periodi e su vaste regioni geografiche. Recentemente, tuttavia,
sono emersi due fatti di grande rilievo: spesso le frequenze allocate per servizi specifici sono
utilizzate solo in minima parte, e frequenze concesse in uso ad aziende sono effettivamente
impiegate solo in certe aree territoriali mentre risultano non utilizzate in zone extra-urbane e
scarsamente abitate. A testimonianza di ciò, negli Stati Uniti d’America la Commissione
Federale per le Comunicazioni (Federal Communications Commission, FCC) ha osservato
che l’uso temporale e spaziale delle frequenze attualmente allocate varia tra un minimo del
15% fino a un massimo dell’85% ed ha sottolineato come in molte bande di frequenza il
limitato accesso allo spettro dovuto alle presenti regolamentazioni sia un problema maggiore
della scarsità di frequenze disponibili dovuto ai limiti fisici dello spettro.
Tali osservazioni evidenziano come sia necessario rivedere la divisione tra le porzioni di
spettro il cui uso è concesso tramite licenze e le porzioni “libere”, nonché le leggi che
regolano l’assegnazione e l’utilizzo delle bande di frequenza.
Una possibile soluzione che permetterebbe un uso più efficiente e flessibile delle bande di
frequenza è rappresentata dal paradigma chiamato Cognitive Radio.
L’idea base del
Cognitive Radio (CR) è un utilizzo dinamico delle frequenze, che possono essere impiegate
da dispositivi wireless basati su diverse tecnologie e ogni qualvolta ne esistano le condizioni
(uso “opportunistico” delle frequenze). In particolare, l’uso di terminali di comunicazione che
implementino il paradigma CR permetterebbe all’utente:
(i) di determinare quali porzioni dello spettro sono disponibili e, nel caso di bande date in
concessione, di rilevare la presenza di utenti “licenziati” (spectrum sensing),
(ii) di selezionare il canale con la qualità migliore, tra quelli disponibili (spectrum
decision),
28
(iii) di coordinarsi con altri utenti dotati di terminali CR nell’accesso al canale selezionato
(spectrum sharing),
(iv) di cambiare canale di frequenza quando viene rilevata la presenza di utenti licenziati
(spectrum mobility).
Al fine di implementare tali funzionalità, devono essere sviluppati nuovi protocolli ed
algoritmi, in particolare al livello fisico, al livello di controllo di accesso (MAC) e di rete
(Figura 10). Tali protocolli ed algoritmi devono rendere il terminale
(i) capace di acquisire informazioni sull’uso e la qualità dello spettro dall’ambiente
circostante ed operare sulla base di tali informazioni, e
(ii) riconfigurabile, ossia capace di ricevere e trasmettere su una vasta gamma di
frequenze e di usare tecnologie di trasmissione e di accesso diverse (ad esempio
diversi tipi di modulazione, livelli di potenza trasmessa, tecnologie di
comunicazione).
Un elemento fondamentale di un terminale di utente cognitive radio è inoltre il
ricetrasmettitore (transceiver) e, in particolare, la parte di front-end, solitamente realizzata in
hardware, e il modulo software che opera l’elaborazione del segnale in banda base. Queste
componenti devono essere in grado di raccogliere ed elaborare segnali (anche molto deboli),
simultaneamente da un’ampia gamma di frequenze.
La parte di front-end amplifica il segnale ricevuto ed effettua la conversione
analogico/digitale. Nella parte di elaborazione del segnale in banda base, il segnale è
modulato/demodulato. Ogni componente deve essere controllato tramite un bus così da poter
essere riconfigurato sulla base delle caratteristiche dell’ambiente circostante e delle
condizioni di occupazione delle bande di frequenza.
29
Figura 10: Architettura Protocollare di un nodo Cognitive Radio
2.1.2
Architettura delle reti di comunicazione Cognitive Radio
Le reti di comunicazioni via wireless atte ad operare in modalità cognitive radio (Cognitive
Radio Networks) devono presentare un’architettura sufficientemente generale da rendere il
sistema flessibile e adattabile a diversi condizioni e scenari applicativi.
Come mostrato in Figura 11, i componenti fondamentali dell’architettura di rete possono essere
suddivisi in due gruppi: la rete primaria (primary network) e la rete CR (CR network), detta
anche secondaria.

La rete primaria. E’ una rete dove gli utenti, detti primari, hanno la licenza di operare in
una certa banda di frequenza. Può essere dotata di infrastruttura e, in questo caso, le
attività degli utenti primari sono controllate dalle cosidette stazioni base primarie. Esempi
sono le reti cellulari di seconda e terza generazione. Le prestazioni degli utenti primari
non dovrebbero essere alterate in alcun modo dalla presenza sulla stessa porzione di
spettro di utenti privi di licenza.

La rete secondaria. Tale rete non ha una licenza per operare in una certa banda di
frequenza. Gli utenti CR devono essere in grado di operare sia nelle bande licenziate sia in
quelle non licenziate. Quando operano nelle bande licenziate, devono poter rilevare la
presenza di utenti primari e, in caso, potersi spostarsi immediatamente su bande di
frequenza diverse. Nelle bande non licenziate, tutti gli utenti CR hanno pari diritti.
30
Pertanto, occorre definire protocolli ed algoritmi per un’efficiente condivisione dello
spettro non licenziato. Inoltre, la rete CR può operare in modalità ad hoc, ossia sfruttando
comunicazioni dirette fra terminali di utente, o includere stazioni base CR, la cui funzione
principale è l’assegnazione di porzioni di spettro diverse alle varie reti CR. Per gli utenti
CR sono quindi possibili le seguenti modalità di accesso.
o Accesso tramite stazioni base CR: gli utenti accedono alle stazioni base CR
usando frequenze licenziate o non licenziate. In ogni caso, poiché la
comunicazione avviene entro la rete CR, la strategia per l’utilizzo dello spettro può
essere indipendente dall’allocazione fatta nella rete primaria. Rimane ovviamente
valido il vincolo di “assenza di interferenza” di utenti CR nei confronti di utenti
primari.
o Accesso alla rete CR ad hoc: gli utenti CR comunicano fra loro usando bande
licenziate o non licenziate. Rimane valido il vincolo di “assenza di interferenza”
nei confronti di utenti primari.
o Accesso alla rete primaria: gli utenti CR possono accedere alla rete primaria
usando le corrispondenti bande licenziate. I terminali di utente CR devono essere
dotati di un livello di controllo di accesso (MAC) altamente riconfigurabile, al fine
di poter accedere a diverse reti primarie basate su tecnologie diverse (ad esempio,
FDMA/TDMA come in GSM/GPRS o CDMA come in UMTS).
31
Figura 11: Architettura di rete Cognitive Radio
2.1.3
Obiettivi e funzionalità delle reti cognitive radio
Come già osservato, le reti CR pongono numerose sfide tecnologiche dovute alla necessità sia
di assicurare la coesistenza con reti primarie sia di fornire i livelli di servizio richiesti dalle
diverse applicazioni di utente. Gli obiettivi principali possono dunque essere sintetizzati come
segue:
1. assenza di interferenza: le reti CR non dovrebbero causare interferenza alle reti
primarie,
2. garanzia di qualità del servizio: nella scelta della banda di frequenza dove operare,
le reti CR devono tenere in conto della capacità disponibile e della qualità della
trasmissione sul canale radio, in modo da soddisfare i vincoli esistenti sulla qualità di
servizio fornita,
3. comunicazioni trasparenti all’utente: tutte le operazioni svolte da un terminale CR
devono essere trasparenti all’utente; ciò include i cambi di canale di frequenza su cui il
terminale opera, che possono rendersi necessari per la comparsa di utenti primari o per
32
la variazione delle condizioni di propagazione, di interferenza, o di carico di traffico
sul canale attualmente utilizzato.
Per il raggiungimento di tali obiettivo è necessario che un terminale CR svolga le seguenti
funzioni.
2.1.3.1 Rilevazione di segnale (spectrum sensing).
Il terminale CR deve essere in grado di individuare porzioni di spettro disponibili. In
caso di bande licenziate, ciò vuol dire individuare canali di frequenza dove non siano
presenti utenti primari e prontamente rilevare la comparsa di utenti primari. Nel caso
di bande non licenziate, occorre invece individuare canali di frequenza con un livello
di interferenza accettabile.
Le principali tecniche per effettuare tali operazioni possono essere suddivise nelle
seguenti categorie.

Rilevazione di un trasmettitore primario. In questo caso, ponendosi in ascolto
di una vasta porzione di spettro, il terminale CR deve poter rilevare qualsiasi
segnale, anche molto debole, proveniente da un utente primario. Le tecniche
esistenti consentono di rilevare sequenze di simboli noti trasmessi da utenti
primari, o il livello di energia sul canale o di rilevare l’intrinseca periodicità
esistente nei segnali modulati. Tutte e tre questi approcci però presentano alcuni
inconvenienti: il primo richiede conoscenza a priori dell’informazione trasmessa
dal segnale generato dell’utente primario, la seconda si rivela spesso inaffidabile
generando falsi postivi, la terza presenta un’elevata complessità computazionale e
richiede lungi tempi di osservazione del canale.
Inoltre, indipendentemente dall’approccio utilizzato, le misurazioni effettuate da
un singolo utente CR possono essere necessariamente fallaci. Come mostrato in
Figura 12, infatti, un utente CR può non essere in grado di individuare un
trasmettitore primario e creare inconsapevolmente interferenza ad un ricevitore
primario, a causa della distanza dal trasmettitore primario o degli effetti di
propagazione sul canale radio quali shadowing e fading. Tali difficoltà possono
essere parzialmente superate sfruttando la cooperazione tra utenti CR, che possono
condividere le proprie misurazioni giungendo a rilevazioni complessive più
33
affidabili. Ovviamente in questo caso il prezzo da pagare è dovuto al traffico
aggiuntivo che gli utenti CR generano per scambiarsi le proprie misure.
Figura 12: Ambiguità nell'individuazione di un utente primario

Rilevazione di un ricevitore primario. Una tecnica assai conveniente per rilevare
la presenza di utenti primari consiste nell’individuazione di ricevitori primari.
Questi possono essere rilevati misurando la potenza di leakage emessa
dall’oscillatore locale del front-end. Il livello di tale potenza tuttavia è
estremamente basso e di fatto attualmente questa tecnica può essere applicata con
successo solo per rilevare ricevitori di segnale televisivo.

Gestione del livello dell’interferenza. Recentemente la FCC ha stabilito [1] che i
terminali CR possono operare nella bande licenziate purchè il livello di
interferenza totale sperimentato dai ricevitori primari sia al di sotto di un limite
massimo consentito (il cosidetto inetrefernce temperature). Tuttavia ad oggi non è
chiaro il valore al quale tale limite debba essere fissato nei diversi scenari
applicativi e come un terminale CR possa valutare il livello di potenza emesso in
modo il livello di interferenza a un ricevitore primario non ecceda il limite
consentito. Come noto infatti, il livello di interferenza dipende dalla posizione
dell’interferente rispetto al ricevitore e dalle condizioni di propagazione sul canale
radio.
2.1.3.2 Selezione del canale di frequenza (spectrum decision).
La scelta della banda di frequenza su cui operare dipende ovviamente dalla
disponibilità della banda, in particolare nel caso di banda licenziata non devono essere
34
presenti utenti primari, e dalla qualità ossia dal livello di interferenza misurato sul
canale di frequenza. I passi da effettuare sono i seguenti.
1) Valutare l’interferenza causata a utenti primari. Nel caso vi siano ricevitori
primari, occorre stabilire il livello di potenza che l’utente CR può utilizzare senza
causare
un
peggioramento
delle
prestazioni
dell’utente
primario.
La
determinazione del livello di potenza permesso consente all’utente CR di stimare
la capacità di canale disponibile.
2) Valutare l’attenuazione. All’aumentare della frequenza a cui si opera,
l’attenuazione subita dal segnale mentre di propaga nel mezzo trasmissivo
aumenta e quindi si riduce la portata trasmissiva di un terminale CR.
3) Probabilità di errore. A seconda del livello di interferenza misurato sul canale,
del livello di potenza trasmissiva consentito, delle condizioni di propagazione e
dello schema di modulazione adottato, la probabilità di errore sul canale cambia.
4) Latenza. All’aumentare della probabilità di errore e del numero di utenti che già
utilizzano tale banda, la probabilità di fallimento delle trasmissioni aumenta,
portando dunque ad un incremento del numero di volte che un pacchetto di traffico
deve essere ritrasmesso e in generale al tempo necessario affinchè l’informazione
giunga correttamente a destinazione.
5) Probabilità di comparsa di un nuovo utente primario. Basandosi su modelli
statistici relativi all’utilizzo delle varie bande licenziate, è possibile stabilire la
probabilità che in certi canali di frequenza al momento liberi possano iniziare ad
operare utenti primari e che quindi sia necessario per l’utente CR effettuare un
cambio di banda.
2.1.3.3 Condivisione della banda selezionata con altri utenti CR (spectrum sharing).
La natura condivisa del canale radio richiede il coordinamento dei tentativi di
trasmissione tra utenti CR. In questo caso, la condivisione di banda dovrebbe
comprendere molte delle funzioni tipiche di un protocollo MAC, nonché affrontare
molti dei problemi tipici della progettazione di un protocollo MAC. Questi ultimi
possono essere riassunti e classificati nel seguente modo:
Architettura centralizzata o distribuita
35
Nel caso dell’architettura centralizzata, l’allocazione dello spettro e le procedure di
accesso sono controllate da un’entità centralizzata, a cui sono inoltrati i risultati delle
procedure distribuite di rilevazione del segnale così che sia in grado di costruire una
mappa di allocazione dello spettro. Inoltre l’entità centralizzata potrebbe cedere in uso
le frequenze ad alcuni utenti per un tempo limitato, definito dalla tipologia degli utenti
(in questo caso potrebbero essere applicati meccanismi di leasing già sperimentati con
successo in molti protocolli di rete, come ad esempio DHCP per l’assegnazione
dinamica degli indirizzi IP).
Nel caso dell’architettura distribuita, l’allocazione dello spettro è demandata
all’implementazione di politiche locali, da cui traspaiono, ad esempio, le diverse
esigenze di qualità di servizio degli utenti. Rispetto alla soluzione centralizzata,
l’architettura distribuita ha il pregio di non fare affidamento ad un unico point of
failure, anche se a costo maggiore overhead dovuto allo scambio di messaggi di
segnalazione tra utenti CR.
Cooperazione nella condivisione
Soluzioni cooperative sfruttano la disponibilità e la condivisione di misure di
interferenza effettuate da ciascun nodo, in modo da quantificare gli effetti della
trasmissione di un nodo su nodi limitrofi e modificare la porzione di spettro usata dai
nodi. Soluzioni non cooperative hanno ovviamente l’inconveniente di ridurre l’uso
dello spettro a causa delle interferenze generate tra i nodi, ma sono più semplici da
implementare.
Condivisione Overlay/Underlay
Questa distinzione riguarda la possibilità, per gli utenti CR, di accedere solo a porzioni
dello spettro non usate (i cosiddetti white space) da utenti in possesso di licenza
(condivisione Overlay), oppure, usando tecniche mutuate dalle trasmissioni a spettro
allargato, accedere a porzioni di spettro sottoutilizzate da utenti con licenza, per i quali
le trasmissioni CR appaiono come rumore di fondo (condivisione Underlay).
Quest’ultimo tipo di condivisione permette l’uso di più banda, al costo di maggiore
complessità negli apparati di trasmissione.
36
2.1.3.4 Cambio di canale di frequenza (spectrum mobility).
Dopo che un utente CR riesce a catturare una porzione di spettro ed iniziare le
trasmissionio, l’eventuale ricomparsa dell’utente primario richiede un immediato
cambio di canale di frequenza. Si determinerebbe quindi un vero e proprio “handover”
tra frequenze diverse, con l’attivazione dei meccanismi del caso, in vari punti dello
stack protocollare. Al momento, non esistono lavori in letteratura che diano spunti
adeguati su come affrontare in modo efficace, e con quali protocolli farlo, il problema
dello spectrum mobility, anche se l’esperienza maturata nel settore delle reti cellulari
per quanto attiene l’handover di chiamate tra frequenze della stessa cella o di celle
diverse è fonte di spunto.
2.2 ATTIVITÀ DI STANDARDIZZAZIONE
Nell’attesa di una normativa nazionale o europea che regolamenti il settore, lo sforzo di
standardizzazione portato avanti da IEEE a partire dal 2004 è la spia di un vasto interesse
da parte di diversi vendor per l’utilizzo delle tecniche Cognitive Radio. Il riferimento è al
Working Group IEEE 802.22, che da diversi anni sta lavorando alla produzione di un
documento di riferimento per l’uso di tecniche Cognitive Radio nelle bande radio della
televisione analogica. La produzione del documento finale dello standard è prevista per
la prima metà del 2009 (non risulta ancora disponibile alla data di stesura di questa
relazione) e pertanto di seguito si tratteggeranno solo le linee guida della bozza del
documento di lavoro [3]. Anche se inquadrato in un contesto nordamericano in cui già
oggi vaste aree del territorio non sono coperte da alcun segnale televisivo e sono quindi
le naturali destinatarie di sistemi 802.22, IEEE punta a definire tecniche Cognitive Radio
per la condivisione di spettro televisivo inutilizzato per fornire accesso a banda larga a
zone rurali, a bassa densità abitativa o difficilmente raggiungibili. La scelta della banda
televisiva risponde, ovviamente, alle qualità favorevoli di tali frequenze in termini di
propagazione (anche in assenza di line-of-sight), bassa interferenza da parte di altre
tecnologie industriali e dimensione contenuta delle antenne.
2.2.1
L’architettura 802.22
Facendo riferimento alle classificazioni introdotte nei paragrafi precedenti, osserviamo
che IEEE 802.22 punta ad un uso in assenza di interferenza verso l’utente primario
37
utilizzando (i) riferimenti geografici contestualizzati con un database che fornisce la
distribuzione sul territorio dell’utenza primaria e (ii) funzioni di rilevazione di segnale.
In particolare, le reti WRAN (Wireless Regional Area Network, come sono definite le
reti in grado di applicare IEEE 802.22) hanno l’obiettivo di fornire accesso a banda
larga ad aree di raggio intorno ai 30 km (fino ad un massimo di 100 km) in una
configurazione con nodi fissi che comunicano secondo una modalità puntomultipunto.
La rete è quindi strutturata intorno ad una stazione radiobase (BS) in grado di
coordinare l’accesso di un massimo di 255 apparati utente stanziali (CPE, Consumer
Premise Equipments). I CPE dovrebbero essere equipaggiati con antenne direzionali
poste ad almeno 10m dal suolo (in configurazione analoga alle attuali antenne
riceventi del sistema televisivo). Il throughput minimo previsto si aggira sugli 1.5
Mb/s in downloink e 384 kb/s in upstream.
L’uso di frequenze particolamente basse ha lo svantaggio di esaltare le componenti di
auto-interferenza dovute al multipath. In particolare, è stato stimato [2] che il livello
fisico, grazie alle proprietà di OFDM, riesce a compensare il multipath fino a
dispersioni temporali di 37 s.
Lo standard 802.22 si preoccupa di definire soltanto il livello fisico e il livello MAC.
2.2.2
Il livello fisico
Per ciò che riguarda il livello fisico, le tre funzionalità principali sono:
 Trasmissione/ricezione dei segnali: le bande di frequenza interessate si
estendono dai 54 agli 862 MHz, a seconda delle normative sull’emittenza
televisiva dei vari stati. L’interfaccia radio è basata su OFDMA con 2048
sottoportanti ed usa solo la modalità TDD (per la difficoltà di individuare
bande accoppiate in ambiente CR, anche se FDD è prevista quale sviluppo
futuro). Non è previsto il supporto per MIMO, né l’uso di tecniche di
beamforming a causa della dimensione delle antenne ricetrasmittenti. I dati
trasmessi sono inviati con segnali modulati come QPSK, 16-QAM o 64QAM, e protetti da codifiche di canale più o meno robuste.

Rilevazione dei segnali: in 802.22,
sia la BS che i CPE effettuano
rilevazione di segnale di tre diverse categorie: televisione analogica,
38
televisione digitale e apparati a bassa potenza come i microfoni senza fili.
Lo standard definisce i requisiti della rilevazione attraverso quattro
parametri: sensibilità del ricevitore, tempo di rilevazione del segnale,
probabilità di rilevazione e probabilità di falsi allarmi.

La geolocalizzazione e l’uso di database: 802.22 richiede l’uso di apparati
stanziali, la cui posizione deve essere nota con uno scarto non superiore ai
15m per la BS e non superiore ai 100m per i CPE. E’ richiesto che gli
apparati siano equipaggiati con un dispositivo di geolocalizzazione (GPS o
Galileo). L’uso di un database di frequenze fornisce informazioni sulle
frequenze occupate da utenti con licenza nell’area in cui lavorano i nodi
della WRAN.
2.2.3
Il livello MAC
Sfruttando la configurazione punto-multipunto, la trasmissione in direzione downlink è
gestita tramite trame temporali in cui i dati per i CPE sono schedulati dalla BS. In uplink,
la capacità disponibile è divisa tra gli utenti secondo una modalità on-demand che tiene
conto delle richieste effettuate dagli utenti stessi, una tipologia di interazione già presente
in altre tecnologie come Hiperlan II e WiMax. Il livello MAC è anche responsabile delle
procedure di advertising della BS verso i CPE: all’inizio di ogni trama temporale in
downlink, la BS invia uno speciale preambolo ed un’intestazione di controllo su tutti i
canali rilevati liberi secondo le procedure di rilevazione del segnale (e secondo le
informazioni del database delle frequenze). Tutti i CPE che “sentono” il preambolo e
decodificano le informazioni nell’intestazione di controllo possono associarsi alla BS.
Si osservi infine che il livello MAC gestisce anche la coesistenza di diverse WRAN,
ciascuna coordinata da una diversa BS, su aree contigue dove la vicinanza può
determinare problemi di interferenza co-canale.
2.3 BIBLIOGRAFIA
[1]
FCC, ET Docket No 03-322 Notice of Proposed Rule Making and Order, Dec. 2003.
[2]
Stevenson et al., IEEE 802.22: The First Cognitive Radio Wireless Regional Area
Network Standard, Communications Magazine, vol 47 (1), pp. 130-138, Jan. 2009.
[3]
“IEEE P802.22/D1.0 Draft Standard for Wireless Regional Area Networks Part 22:
39
Cognitive Wireless RAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY)
Specifications: Policies and Procedures for Operation in the TV Bands,” Apr. 2008.
40
3
SEZIONE 3: Calcolo del Costo-Opportunità per l’utilizzo
dello spettro radio
3.1 INTRODUZIONE
Questa parte del documento rappresenta la sintesi di un lavoro di ricerca volto a verificare
l’applicabilità di meccanismi di mercato alla gestione dello spettro frequenziale, in particolare
a quelle sue porzioni che a causa dell’avanzamento tecnologico e dell’incremento di
efficienza dei sistemi di comunicazione risultano non più necessarie alla fornitura di un
servizio consolidato.
La metodologia scelta per effettuare questa valutazione si basa su un modello proposto da
Aegis (2004 e 2005)1 ed applicato dall’OFCOM in Gran Bretagna, che riassume
considerazioni collegate principalmente al raggiungimento di una maggiore efficienza
economica nell’uso dello spettro. Questo è stato modificato cercando di inserire
considerazioni più prettamente ingegneristiche e personalizzandolo per la realtà italiana.
E’ necessario segnalare come tutti i valori numerici emersi siano la conseguenza di un elevato
numero di ipotesi ed assunzioni e siano pertanto da considerare con opportuna attenzione.
3.2 GLI AIP (ADMINISTERED INCENTIVE PRICES) E LE LORO
PROPRIETÀ ECONOMICHE
Gli AIP (Administrative Incentive Prices) sono nati in UK e si basano sul metodo
sviluppato nel 1996 da NERA Economic Consulting e Smith System Engineering Limited2,
introdotto nel 1998 con il Wireless Telegraphy Act.
Gli AIP sono definiti come tariffe imposte ai possessori di licenze o a coloro che
vantano diritti sullo spettro. Queste tariffe sono stabilite dal regolatore e riflettono il costo
marginale per l’uso dello spettro stesso, che si riferisce al costo opportunità calcolato
osservando come la sostituibilità di una risorsa produttiva complementare varia in risposta ai
1
Aegis Systems Ltd., Indepen Consulting Ltd. and Warwick Business School (2004), "An economic study to review
spectrum pricing"; Aegis Systems Ltd., Indepen Consulting Ltd (2005), "Study into the potential application of AIP
to spectrum used for Terrestrial TV & Radio Broadcasting".
2 Study into the use of Spectrum Pricing, Study for the Radiocommunications Agency, NERA and Smith System
Engineering Limited, April 1996.
http://www.ofcom.org.uk/static/archive/ra/topics/spectrum-price/documents/smith/smith1.htm
41
cambiamenti d’uso di una porzione marginale dello spettro3.
Si tratta del calcolo di quale dovrebbe essere l’alternativa migliore se una particolare
porzione di spettro non fosse disponibile. Tale costo opportunità è calcolato come la
differenza del costo degli input produttivi che dovrebbe essere sostenuto qualora ad un
utilizzatore dello spettro fosse negato l’accesso ad una piccola frazione di spettro. Questi costi
addizionali dipendono dal tipo di applicazione e dalla tecnologia utilizzata e consistono nel
minimo costo stimato per fornire il servizio con l’alternativa economicamente più vantaggiosa
tra quelle disponibili.
Tale metodo si basa sui principi generali dell’economia secondo i quali le aziende,
quando spinte da adeguati incentivi, scelgono e gestiscono le risorse in modo da minimizzare i
propri costi di produzione complessivi. Quando le risorse (in questo caso particolare lo
spettro) sono gestite efficacemente, la situazione è descritta come efficiente 4.
I livelli di prezzo determinati dall’applicazione dell’AIP, quindi, segnalerebbero il
valore della risorsa e garantirebbero una migliore allocazione e utilizzo della frequenza in
base a considerazioni di mercato: se l’AIP di una frequenza è considerato troppo elevato, chi
detiene la risorsa potrebbe essere indotto a rilasciare le frequenze; tali frequenze potrebbero
così essere rimesse nel mercato ed assegnate a chi è in grado di utilizzarle in modo più
efficiente ed è quindi presumibilmente disposto a pagare di più. Gli AIP sono, pertanto, uno
strumento che tende ad attribuire un valore vicino al valore di uso di una risorsa scarsa. Questi
valori devono però essere ricalcolati in modo ciclico per tener conto dei diversi usi potenziali
che lo spettro può avere a seguito di cambiamenti tecnologici e di mercato.
All’inizio, all’adozione degli AIP, i prezzi erano calcolati secondo il costo-opportunità
dello spettro basato sul tipo d’uso che si faceva della risorsa, come suggerito dall’approccio
NERA Smith. I prezzi erano fissati poi a meno del 50% del costo-opportunità calcolato.
In seguito, nel 2002, la Cave Review5 suggeriva che gli AIP avrebbero dovuto essere
3
Si veda, per ulteriori dettagli, Cave M., C. Doyle, W. Webb, (2007) “Essentials of Modern Spectrum Management”
4
Cambini C. Sassano A. e Valletti T. (2007), "Le concessioni sullo spettro delle frequenze", in U. Mattei, in E.
Reviglio e S. Rodotà, "Invertire la rotta. Idee per una riforma della proprietà pubblica", Il Mulino, Bologna
5 Review of Radio Spectrum Management, Study for Department of Trade and Industry and Her Majesty’s Treasury,
Martin Cave, March 2002
http://www.ofcom.org.uk/static/archive/ra/spectrum-review/2002review/1_whole_job.pdf
42
applicati a livelli più realistici tra le diverse bande di frequenza. Inoltre i valori dei prezzi
applicati allo spettro risultavano, secondo Cave, troppo bassi rispetto al costo-opportunità
della risorsa. Il report affermava, quindi, fortemente che i prezzi avrebbero dovuto venire
fissati al pieno costo-opportunità dove si verifica scarsità di spettro in una particolare banda.
Nella sua risposta alla Cave Review, il Governo ha stabilito che la metodologia per la
fissazione delle tariffe avrebbe dovuto essere rivista. Di conseguenza, nel 2003 fu
commissionato al consorzio composto di Indepen, Aegis e Warwick Business School6 un
aggiornamento dell’analisi NERA Smith sulla fissazione dei prezzi, per impostare una
metodologia che avrebbe potuto essere applicata in maniera più ampia alle altre aree d’uso
dello spettro. Il report ha allargato il concetto di valore marginale in modo da includere il
valore degli usi alternativi delle bande in aggiunta all’uso esistente.
Con le annual fees introdotte tramite gli AIP si va al di là del semplice recupero dei
costi amministrativi, e si perseguono numerosi obiettivi di gestione:

Efficienza e miglior uso dello spettro frequenziale

Valorizzazione economica dello spettro come risorsa pubblica

Innovazione dei processi e dei servizi che utilizzano frequenze

Competizione nell’uso delle frequenze e tra tecnologie

Soddisfazione della domanda attuale e prospettica
Nella review sulla procedura di gestione dello spettro commissionata dal governo
britannico, Cave sosteneva che (paragrafo 7):
“The fundamental mechanism by which the spectrum regime could contribute to
economic growth is through ensuring that users face continuous incentives towards
more productive use of this resource. The review considers that these incentives
should be financial and based on the opportunity cost of spectrum use. In this way,
spectrum would be costed as any other input into the production process. Price
signals about the cost of using spectrum would be disseminated throughout the
economy. This information should enable dispersed economic agents to make their
own judgements about their use of spectrum and the alternatives open to them to
meet their organizational goals”.
6
“An economic study to review spectrum pricing” by Indepen, Aegis Systems and Warwick Business School, 2004,
http://www.ofcom.org.uk/research/radiocomms/reports/independent_review/spectrum_pricing.pdf
43
Nonostante i loro eccellenti propositi, bisogna notare tuttavia che non tutte le frequenze
sono adatte per l’impiego degli AIP. Nel decidere le bande di frequenza e i servizi per i quali
dovrebbero essere applicati i prezzi incentivanti in UK viene adottato un mini test che
risponde ad alcuni criteri:
1. Esiste un eccesso di domanda per lo spettro attualmente o in un futuro prossimo per
gli usi esistenti?
2. Lo spettro può essere utilizzato per altri scopi e, nel caso, c’è un eccesso di domanda
da altri usi?
3. È praticamente possibile incassare le tariffe degli AIP dati i vincoli possibili dovuti
all’evasione o all’uso illegale?
4. Ci sono delle procedure, dei fattori politici o impedimenti di altro tipo che
rendendo difficoltoso l’uso degli AIP?
3.2.1
L’impiego degli AIP in Gran Bretagna
Per quanto riguarda l’applicazione pratica del modello AIP, ad oggi solo pochi paesi
basano la definizione dei canoni annuali per l’uso dello spettro sul principio che questi
debbano riflettere il costo opportunità della risorsa. Tra questi figurano l’Australia, che da
diversi anni basa il calcolo dei prezzi per l’uso dello spettro su un meccanismo simile.
Nonostante ciò, l’Unione Europea, nel nuovo quadro regolamentare comunitario, fa esplicito
riferimento alla possibilità di introdurre nuovi oneri economici finalizzati all’utilizzo
efficiente dello spettro (art. 4 della Direttiva Comunitaria 2002/77/CE della Commissione
Europea).
La Gran Bretagna è il paese europeo dove questi meccanismi di prezzi amministrati
sono stati utilizzati in modo rilevante.
Nelle Tabelle 1 e 2 sono riassunti alcuni dei principali valori di riferimento emersi negli
studi Indepen Aegis (2004 e 2005). Si può notare come non vi sia necessariamente
corrispondenza tra i costi opportunità calcolati e le tariffe suggerite. Le tariffe, infatti, tengono
in conto delle particolarità delle singole frequenze e spesso sono soggette a specifici fattori
correttivi.
Si osservi inoltre che per considerare in maniera appropriata i valori riportati il lettore
debba fare riferimento alla fonte, e tenere in conto delle ipotesi espresse per le rispettive
valutazioni. In sede di calcolo dei costi opportunità le principali assunzioni riguardano le
44
stime dell’area e della popolazione coperta dal servizio, dei costi delle attrezzature, del livello
di traffico e di congestione: la sensibilità al variare di tali valori risulta peraltro molto elevata.
45
Tabella 1: Costi opportunità calcolati da Indepen Aegis Systems e Warwick Business
School (2004). Valori espressi per MHz.
Broadcasting
Servizi Mobili
Servizi Fissi
Tipologia d’uso
Fixed links
FWA (Fixed Wireless Access)
Note
Media pesata
Canale
Collegamento 2x1 MHz
Principale Driver
132 £
Tecnologia usata
Alternativa via cavo
considerata
Area di copertura
Satellite
1 MHz per stazione terrestre
Tra i 581£ ed i
33.296£
28.000 £
PMR (Private Mobile Radio)
PAMR (Public Access Mobile
Radio)
Costi simili a quelli dei PAMR
Mobile Data / Tracking
Services
Paging and CBS (Common Costi simili a quelli dei PMR
Base Stations)
Costi simili a quelli dei PMR
Scanning Telemetry
Cellular Services (2G)
2x1 MHz
1,24milioni £
Popolazione coperta
2x1 MHz
1,27milioni £
Livello di traffico
2x1 MHz
1,68milioni £
Livello di traffico
Analogue Television
1 MHz
1 milione£
Digital Television
1 MHz
1,2 milioni £
Popolazione coperta e
costi tecnologia
satellitare
Popolazione coperta e
costi tecnologia
satellitare
1 MHz
Tra i 468.000£ ed i
1,65 milioni£
Costo delle stazioni di
terra
2x1 MHz (sopra i 3 GHz)
25.580 £
C.o. della banda a 13
GHz usata per
collegamenti fissi
Sound Broadcasting
Altamente variabile con le assunzioni 2x1 MHz per stazione base
Valore in
Sterline /anno
C.o. non stimato per eccessiva
incertezza
Aeronautical Communications
Altri Servizi
C.o. non stimato ma riferito ad altri
usi a seconda dei casi
46
Programme making and special
events
Il valore marginale non può essere
Science and Technology
Ministry of Defence
stimato. Si fa riferimento ad altri usi:
servizi mobili sotto i 3 GHz e
collegamenti fissi al di sopra.
Il valore marginale non può essere
stimato. Si fa riferimento ad altri usi.
Lo spettro sopra ai 3 GHz viene
stimato sulla base della banda a 13
GHz usata per collegamenti fissi
Tabella 2: Valori degli AIP proposti da Indepen Aegis Systems e W
School (2004) . Valori espressi per MHz.
S
e
rv
iz
iF
is
s
i
Servizio
Note
Fixed Links
FWA (Fixed Wireless Access)
Tariffa per la
stazione terrestr
Satellite
B
ro
a
d
c
a
s
tin
g
S
e
rv
iz
iM
o
b
ili
PMR (Private Mobile Radio)
PAMR (Public Access Mobile
Radio)
Mobile
Data
/
Tracking
Services
Paging
and
CBS
(Common
Base Stations)
Scanning Telemetry
Cellular Services (2G)
Analogue Television
Digital Television
A
ltriS
e
rv
iz
i
Making
Science and Technology
Ministry of Defence
Tariffe come quelle dei Cellular
Services
Tariffe come quelle dei Cellular
Services
Tariffe come quelle dei PAMR
Tariffe come quelle dei PMR
Tariffe come quelle dei PMR
2x1 MHz
Fonte: Report Indepen e Aegis sul
broacasting (2005)
Fonte: Report Indepen e Aegis sul
broacasting (2005)
Tariffe applicabili
stazioni di terra
1 MHz
2 MHz
in aree sature alle
-
and Tariffe fissate a seconda dei casi con
-
Aeronautical Communications
Programme
Special Events
Canale
Tipo di collegamento: 7,5 GHz, 14 MHz
Tipo di collegamento: 7,5 GHz, 28 MHz
Tipo di collegamento: 7,5 GHz, 56 MHz
Tipo di collegamento: 13 GHz, 7 MHz
Tipo di collegamento: 4 GHz, 30 MHz
Tariffe come quelle dei Fixed Links
riferimento ad altri usi sotto e sopra i 3
GHz
Tariffe applicabili ad esclusione delle
bande NATO
-
Come quantificazione delle risorse economiche in gioco, si riportano nella Tabella 3
sottostante gli introiti annui da AIP che sono effettivamente percepiti in Gran Bretagna per i
diversi servizi d’uso dello spettro, con l’unica eccezione del broadcasting, per il quale non si
parla di AIP. Solo per i servizi di comunicazione pubblici e privati, gli AIP in Gran Bretagna
ammontano circa 164 milioni di sterline annui, pari a circa 250 milioni di euro l’anno.
Tabella 3: Ricavi annui da AIP in Gran Bretagna, esclusi i servizi di broadcasting
Valore 2004/2005
(in migliaia di £)
Valore 2005/2006
(in migliaia di £)
818
931
Amateur and citizen’s band
1,030
883
Broadcasting
2,454
4,001
Business radio
15,187
11,838
Fixed links
18,203
20,895
Maritime
1,723
2,031
Programme making and special events
1,145
1,412
Public Wireless Networks
63,868
63,011
Science and Technology
112
745
Satellite
928
974
24,314
55,398
Per tipologia d’uso
Aeronautical
Ministry of Defence
Total
132,168
164,094
(Fonte: Chris Doyle, “AIP Market prices boost efficiency”, Spectrum Tracker, March 2007)
Si tenga in conto che in Tabella 2 la voce relativa a broadcast si riferisce a tariffe
diverse dagli AIP e che l’applicazione effettiva degli AIP anche ai servizi televisivi sarà
effettivo solamente a partire dal 20147.
L’estensione dell’applicazione degli AIP è stato recentemente oggetto di studio anche
per i servizi radio digitali e per il broadcasting, sia analogico sia digitale (Aegis, 2005). Si
consideri a riguardo delle valutazioni di Aegis (2005) che per le frequenze radio digitali DAB
i valori medi dello spettro sono stati valutati pari a circa i £3,5 milioni/MHz mentre per quelli
tradizionali si hanno valori che oscillano tra i £0,9 milioni/MHz per le frequenze AM e i £1,8
milioni/MHZ per quelle FM. Inoltre i valori suggeriti da Aegis al regolatore britannico per
frequenze televisive UHF si aggirano introno ai £500.000/MHz/anno.
48
Tenendo quindi in conto anche degli eventuali incassi delle frequenze radiotelevisive
(circa 300MHz a £500.000/MHz/anno), il regolatore britannico si può attendere dai canoni di
circa 300 milioni di sterline annue, ossia 450 milioni di euro l’anno.
I risultati dell’applicazione degli AIP a marzo 2007 consistono, oltre agli introiti
annuali già segnalati, in 28MHz di spettro rilasciato nella fascia sotto i 3GHz, ed in 160MHz
di spettro rilasciato nella fascia 3-10GHz, da parte sia del settore pubblico che privato.8
3.3 DESCRIZIONE DEL MACRO MODELLO
Per definire in modo rigoroso un valore del costo-opportunità marginale utilizzabile
come base per l’introduzione di un meccanismo di mercato, abbiamo costituito un modello
economico-ingegneristico capace di considerare i principali parametri in gioco.
Nell’ottica di costruire un unico modello capace di valutare il costo opportunità
marginale dello spettro per un ampio numero di applicazioni e frequenze centrali è opportuno
partire dalla definizione dell’area per cui si vuole ottenere il costo opportunità marginale, che
determina alcuni parametri utilizzati come input fondamentali, come la capacità trasmissiva
complessiva richiesta sull’area (per le trasmissioni bidirezionali) e la popolazione raggiunta e
quella esclusa dal servizio nel caso di una riduzione di un’unità marginale dello spettro
disponibile (per le trasmissioni broadcast).
Successivamente è necessario valutare il costo per elemento trasmissivo, definito come
un insieme di elementi passivi e attivi, interconnessioni, alimentazioni e strutture collocate nel
medesimo sito geografico che costituiscono l’elemento minimo di una rete trasmissiva e
specifico per ogni tecnologia. La valutazione di quest’ultimo si basa sul progetto di un nodo
trasmissivo campione, definito come un insieme di strutture e elementi collocati nel
medesimo sito geografico, e rappresentativo dei nodi installati sull’area oggetto di analisi.
Ottenuti gli elementi che lo compongono, si calcola il suo costo annuo in termini di
ammortamenti, manutenzioni, oneri finanziari e costi di gestione, richiedendo valutazioni a
produttori, fornitori e operatori del settore ed effettuando una comparazione con la letteratura
disponibile e con le esperienze effettuate in altri paesi.
7
Ofcom, Future pricing of spectrum used for terrestrial broadcasting, 2005, par.1.38
8
Chris Doyle, “Administered Incentive Pricing: Market prices boost efficiency”, Article in Spectrum Tracker, March
2007
49
Dopo aver ricavato i parametri fondamentali e di costo, il modello è applicato alla banda
di frequenze oggetto di valutazione attraverso l’“unità marginale di spettro”. Con questo
strumento si definisce, per ogni tecnologia, la minima ampiezza di banda utilizzabile in modo
economicamente accettabile per fornire il servizio oggetto di analisi. In altre parole, si
definisce la minima dimensione di spettro che può subire un aumento o una diminuzione
marginale, che dovrebbe riflettere l’importo minimo che è (o che potrebbe essere) di beneficio
pratico per l’operatore. Per la maggior parte delle applicazioni la scelta dell’unità marginale di
spettro consiste nella selezione di un’ampiezza di banda definita all’interno degli standard di
riferimento, effettuata sulla base della maggiore o minore popolarità tra gli operatori esistenti
e della relativa disponibilità di apparati commerciali adatti a sfruttarla al meglio.
Analizzando i diversi servizi erogabili con l’utilizzo di radiofrequenze è emerso come
per valutare la differenza di costo determinata da un incremento o da una riduzione marginale
di spettro sia necessario distinguere tra servizi di trasmissione bidirezionale e servizi di
broadcasting, a causa di peculiarità tecniche e di utilizzo che rendono impossibile una
valutazione omogenea.
La figura seguente riepiloga la struttura del modello.
50
3.4 LO SCHEMA BIDIREZIONALE
La categoria dei servizi bidirezionali comprende tutte quelle applicazioni che richiedono
una comunicazione tra apparati in due direzioni, che può essere tra gli apparati lato utente e i
nodi di rete (es. telefonia mobile, WiMax, PMR, ecc...) oppure tra apparati dello stesso tipo
(es. ponti radio fissi). Il calcolo del valore marginale dello spettro per questi servizi si basa
sull’assunzione che questo sia strettamente positivo solamente in aree ad alta densità di
popolazione, dove i nodi di rete sono utilizzati al massimo della capacità disponibile. Il
ragionamento si basa sul fatto che in queste condizioni è possibile studiare il valore marginale
dello spettro svincolandosi da considerazioni trasmissive e di propagazione, che limiterebbero
fortemente la generalità dei risultati trovati. In aree a bassa densità, infatti, vi sono alte
probabilità che il riuso delle frequenze sia effettuato in modo ottimale, tale da non richiedere
l’utilizzo di tutta la banda allocata. In questa condizione il costo opportunità marginale di
un’unità incrementale di spettro potrebbe essere trascurabile.
Un fattore critico per la corretta determinazione del costo opportunità marginale è il
calcolo della capacità totale del servizio necessaria sull’area analizzata. La sua derivazione si
51
basa sull’analisi di dati storici di traffico e su considerazioni statistiche.
Se il servizio si basa sulla fornitura di circuiti, si è scelta come unità di misura l’Erlang
(un’unità adimensionale utilizzata nella telefonia come misura statistica del volume di traffico
di telecomunicazione), mentre se il servizio è caratterizzato dalla fornitura di capacità
trasmissiva a pacchetto, l’unità di misura corrispondente è costituita dai Megabit al secondo.
Mentre la capacità gestibile da un singolo nodo è calcolata direttamente, il traffico totale
sull’area si ricava da stime degli operatori presenti. Qualora queste non siano disponibili è
possibile riportare risultati ottenuti in aree differenti ma con caratteristiche comparabili, tali da
permettere l’adattamento dei valori.
Il calcolo per ottenere il costo-opportunità marginale si basa sul confronto tra due
configurazioni di rete: la prima realizzabile con la banda ad oggi disponibile, la seconda
conseguibile con un incremento o una riduzione di un’unità marginale (elementare) di banda.
Normalmente si verifica che per garantire una capacità predeterminata con minor banda
disponibile è necessario incrementare il numero di nodi trasmissivi limitandone il raggio di
copertura. L’incremento dei nodi trasmissivi ha un impatto sulla struttura di costo
dell’operatore sia in termini di investimento (acquisto di apparati e allestimento) sia in termini
di manutenzione e gestione (la complessità della rete cresce in modo pseudo esponenziale con
il crescere del numero dei nodi).
Dal confronto tra le due configurazioni si ricava il differenziale annuo di costo per
l’operatore, che costituisce il risparmio (o il maggior costo) determinato dalla disponibilità o
meno di un’unità di banda aggiuntiva. Questo valore, diviso per l’ampiezza (in MHz)
dell’unità marginale di spettro, esprime il differenziale di costo per megahertz, che può essere
assunto come valore marginale per 1 MHz di spettro.
3.5 LO SCHEMA BROADCAST
Mentre nel caso di trasmissione bidirezionale è possibile superare le problematiche
relative alla conformazione del territorio applicando il calcolo a nodi saturi (utilizzati al
massimo della capacità disponibile), quando si parla di trasmissione broadcast non è possibile
trascurare né le peculiarità del territorio, né il posizionamento dei trasmettitori esistenti,
perché un trasmettitore broadcast non può saturarsi e il suo scopo principale è quello di
raggiungere la maggior copertura possibile dell’area considerata.
52
Come per il modello bidirezionale il valore marginale dello spettro deriva dal confronto
tra due configurazioni di rete, ma in questo caso la differenza di banda, anziché richiedere
l’installazione di nodi aggiuntivi, determina la creazione di zone d’ombra nella copertura.
Come primo caso si utilizza la configurazione esistente nel territorio oggetto di analisi, mentre
nel secondo si osserva quale porzione del territorio e della popolazione non viene raggiunta
dal servizio.
La popolazione che si trova così in aree prive di copertura deve essere raggiunta con
tecnologie differenti. La tecnologia che risulta più adatta e meno costosa per la copertura di
ampie aree è quella satellitare, che viene quindi utilizzata come miglior sostituto del servizio
terrestre. Il differenziale di costo per l’operatore, che risulta dal confronto tra le due
configurazioni, rappresenta il costo opportunità marginale per un’unità elementare di banda,
da cui si può facilmente ricavare il costo opportunità marginale per 1 MHz.
Come detto precedentemente, l’area sotto analisi deve essere accuratamente definita in
termini geografici, in modo tale da rendere possibile l’esatta descrizione dei trasmettitori
presente sul territorio e la loro copertura in termini di popolazione servita. Qualora non si
disponga di fonti affidabili relative al numero di utenti raggiunti da ciascun trasmettitore, è
necessario effettuare almeno una simulazione di copertura, con un dettaglio sufficiente a
rendere possibile l’individuazione su mappa dei centri abitati raggiunti, da cui si può ricavare
una stima della popolazione9.
È anche possibile estendere ad un territorio più vasto le considerazioni ricavate per una
sua porzione, accettando una riduzione della previsione della stima.
In seguito all’eliminazione di un’unità marginale di banda, si verifica che una parte di
utenza non è più coperta dal servizio; l’operatore deve quindi provvedere a duplicare la
propria infrastruttura di rete, in modo tale da recuperare l’utenza persa con un servizio
alternativo. La necessità di modificare la propria rete e di fornire all’utente apparati idonei alla
ricezione del servizio con la nuova tecnologia generano costi supplementari, che costituiscono
il costo opportunità marginale dello spettro modificato.
9 Quando si parla di utenza è necessario specificare come la sua accezione possa variare a seconda del servizio
analizzato; nel corso della trattazione, in cui analizzeremo unicamente la televisione digitale terrestre, questa è
considerata pari al numero di nuclei famigliari.
53
3.6 IL MODELLO DI COSTING
La complessità nel valutare il costo tecnologico o per elemento trasmissivo risiede nella
specificità di ogni tecnologia, che richiede configurazioni e apparati significativamente
diversi, oltre che nella difficoltà insita nella determinazione dei periodi di ammortamento e
nel calcolo dei tassi di sconto.
Per costo tecnologico si intende il costo che un operatore deve sostenere per acquisire
un insieme di apparati adatti alla sostituzione del servizio broadcast, mentre per elemento
trasmissivo si intende un insieme di elementi passivi e attivi, interconnessioni, alimentazioni e
strutture collocate nel medesimo sito geografico che costituiscono l’elemento minimo di una
rete trasmissiva. A seconda del tipo di applicazione questo può assumere il nome di nodo,
cella, segmento di diffusione, ecc...
Le voci che determinano il costo di un nodo possono generalmente essere suddivise in:
 costo delle logiche, degli apparati e delle interconnessioni “operative”, in cui
figurano le antenne, i filtri, gli apparati trasmissivi interni ed esterni, gli apparati
di supporto, sincronizzazione gestione, i cablaggi e la protezione per
l'alimentazione (UPS, gruppo elettrogeno, quadro elettrico);
 costo di allestimento, che può avvenire in campo aperto (con la costruzione di un
traliccio o di altra infrastruttura idonea) oppure su edificio, tramite l’ancoraggio di
strutture metalliche a strutture esistenti in calcestruzzo; costo di interconnessione
con la rete dell’operatore, per il quale si è ipotizzato che possano coesistere otto
tecnologie (satellite bidirezionale, fibra ottica, HDSL, WiMax, Hiperlan, ponte
radio IP-Ethernet, ponte radio pdh, ponte radio Stm1) e che queste siano utilizzate
su una percentuale dei nodi di rete10.
Il costo tecnologico, invece, si basa su un dettaglio inferiore a quello utilizzato per
ricavare il costo di un elemento trasmissivo ed è ottenuto tramite richieste di offerta e indagini
di mercato.
10 Solo nel caso in cui l’interconnessione sia necessaria, condizione verificata per la fornitura di tutti i principali
servizi di comunicazione che utilizzano frequenze.
54
3.7 COSTO OPPORTUNITÀ PER LA BANDA 470-846MHZ –DVBT IN
ITALIA
E’ interessante analizzare il costo-opportunità per lo spettro adibito alle trasmissioni
digitali terrestri. Si procede comparando i valori e le assunzioni con quelle effettuate da
Indepen, Aegis e Warwick Business School per lo spettro adibito alla televisione analogica in
Inghilterra.
La valutazione in Gran Bretagna considera la presenza di due emittenti pubbliche,
ciascuna dotata di tre canali fisici di trasmissione e prevede la liberazione di due canali da
8MHz, per una riduzione totale pari a 16MHz, assumendo implicitamente che le due emittenti
si accordino per ridurre i costi derivanti dalla riduzione di banda.
Considerando le caratteristiche del mercato italiano, la nostra valutazione propone due
scenari: il primo in cui ogni emittente nazionale dotato di tre canali trasmissivi è considerato
un soggetto indipendente, che in seguito alla rimozione di un canale di 8 MHz, si dota
autonomamente di tutta la struttura necessaria a fornire il servizio alternativo; il secondo in
cui i due principali operatori nazionali si accordano e in seguito optano per la riduzione di due
canali (per un totale di 16 MHz) e predispongono congiuntamente l’infrastruttura alternativa.
Questa considerazione, unita ad una differente valutazione dell’utenza che si trova ad
essere privata del servizio (si considera una rete isofrequenziale, in cui la rimozione di un
canale determina il completo offuscamento della copertura sull’area di valutazione),
determina un valore differente per il costo opportunità di 1MHz di banda adibito al servizio
trasmissivo digitale terrestre.
Includendo effetti dovuti all’inflazione (8,2% in quattro anni) e paragonando il valore al
MHz ottenuto nel 2005 dallo studio Aegis (“Study into the potential application of
Administered Incentive Pricing to spectrum used for Terrestrial TV and Radio Broadcasting”,
2005) applicando il tasso di cambio Sterlina/Euro in vigore all’epoca (1,5) si ottiene la
seguente tabella di confronto.
55
Luogo di
valutazio
ne
Inghilterra
Anno
Modello
Popolazione
coperta dal
servizio
58,8 Milioni
2005
Indipenden
Aegis (pp. 75)
Inghilterra
2005
Indipenden
Aegis (pp. 75)
58,8 Milioni
Inghilterra
2005
Indipenden
Aegis (pp. 77)
58,8 Milioni
Italia
2009
Cambini-Garelli
60,05 Milioni
Italia
2009
Cambini-Garelli
60,05 Milioni
Tipologia di
costo
Costo di
migrazione da
Analogico a
Satellite
Costo di
migrazione da
Analogico a
DTT
Costo di
migrazione da
DTT a Satellite
con
condivisione
costo satellite
Costo di
migrazione da
DTT a Satellite
Costo di
migrazione da
DTT a Satellite
con
condivisione
costo satellite
Valore
per
1MHz
€ 3,5
Milioni
€ 1,7
Milioni
€ 4,4
Milioni
€ 5,0
Milioni
€ 4,0
Milioni
Si procede descrivendo la successione di passi per il calcolo del valore delle frequenze
televisive digitali.
3.7.1
passi dell’analisi
Il modello è applicato inizialmente alla Regione Sardegna, l’unica di cui disponiamo dati
sufficientemente completi per quanto riguarda la transizione dal sistema analogico a quello
digitale. Le considerazioni sono poi estese a tutto il territorio nazionale.
1) Si identifica l'unità di frequenza marginale. L'unità di frequenza marginale per il
segnale digitale consiste nell’apportare una variazione nel numero di canali fisici di
trasmissione per un multiplex del servizio pubblico (la valutazione Aegis prevede la
variazione per due multiplex). Si passa da 3 a 2 canali fisici, considerando
nell’infrastruttura la presenza di un apparato trasmissivo di backup per un canale.
56
Passare da 24 MHz a 16 MHz comporta che la copertura di un canale sia azzerata
(Aegis stima arbitrariamente una riduzione nella copertura pari al 5%)
2) Si stimano gli utenti persi con la riduzione marginale di spettro. Assumendo che il
rapporto tra la popolazione residente e il numero delle famiglie sia pari a 0,3589 (Istat)
il numero dei nuclei famigliari totali in Italia è pari a 21,5 Milioni (Aegis considera
una perdita lorda di utenza pari a 1,3 Milioni di utenti su una base di 28,5 Milioni di
nuclei famigliari)
3) Si considera che una parte degli utenti considerati sia già servita da servizi
sostitutivi. In UK si assume che TV via cavo o satellite siano servizi sostitutivi del
segnale analogico per il 35% degli utenti al tempo dello switchover. In Italia questo
valore è pari al 30,2% degli utenti. Di conseguenza gli utenti che perderanno ogni
copertura sono 14,8 Milioni. Il risultato rappresenta il numero di nuclei famigliari
effettivi che perde la copertura del segnale.
4) Si assume che per dotare questi utenti di servizi sostitutivi quali cavo o satellite si
debba sostenere un costo unitario per nucleo famigliare. Si considera un costo per
fornire il servizio via satellite pari a 27 euro, nell’ipotesi di trasferire interamente
all’utente i costi di installazione. Questo importo è ammortizzato su un periodo di 10
anni ed è calcolato il costo annuale equivalente ad un tasso dell’8,64%.
5) Dal costo totale per provvedere i servizi sostitutivi si sottraggono i mancati costi che
sarebbero stati sostenuti nel provvedere il segnale digitale terrestre. Si riporta tale
risparmio al costo annuale equivalente all 8,64%.
6) Di conseguenza il costo netto annuale che si deve sostenere per coprire le aree
scoperte con il satellitare è di circa 40,5 milioni di Euro.
7) Considerando che tale costo-opportunità deve essere messo in relazione con la
quantità di banda di frequenza rilasciata, che è equivalente a 8 MHz, il costoopportunità è uguale a € 5,07 Milioni/MHz.
Il primo passo per ricavare il costo opportunità delle frequenze assegnate al servizio
televisivo digitale terrestre in Italia è stato quello di utilizzare come riferimento il territorio
della Sardegna, in quanto questa è la prima regione ad aver completato lo “switch-off”
57
(transizione dal sistema televisivo analogico a quello digitale), presentando quindi una
documentazione di riferimento completa. Le fonti principali su cui si basano le considerazioni
e i valori contenuti nei paragrafi seguenti si basano sui seguenti elementi:

Delibera n. 53/08/CONS (Piano di assegnazione delle frequenze per il servizio
di radiodiffusione televisiva in tecnica digitale nella Regione Sardegna in
previsione dello switch off) con i relativi allegati e relazioni tecniche;

“Masterplan” con cui la Fondazione Ugo Bordoni (FUB) ha gestito la
transizione per lo switch-off nella regione nel mese di ottobre 2008;

Modello di valutazione britannico per il broadcast digitale redatto da Aegis “An
economic study to review spectrum pricing”.
Come previsto dal modello “broadcast” il costo-opportunità è calcolato nell’ipotesi di
provvedere, in seguito alla rimozione di un’unità marginale di spettro adibito a trasmissioni
televisive su digitale terrestre, un servizio sostitutivo via satellite.
Va notato come in questa analisi le frequenze digitali terrestri siano considerate
solamente dal punto di vista della fornitura del servizio televisivo terrestre. Una valutazione
più approfondita richiederebbe di tenere in conto gli altri servizi che il digitale terrestre rende
possibili. Infatti, nel momento in cui servizi come televisione ad alta definizione, televisione
mobile o pay per view avranno una maggiore diffusione, le considerazioni ottenute in questo
paragrafo dovranno essere riviste.
I valori ricavati si possono, quindi, considerare conservativi.
3.7.1.1 Definizione dell’unità marginale di spettro
La quantità differenziale di spettro che un operatore può variare, nel caso del digitale
terrestre, corrisponde al Multiplex (detto brevemente Mux). Con questo termine si fa
riferimento alla tecnologia del multiplexing11, attraverso la quale più canali di contenuto sono
trasmessi contemporaneamente sullo stesso canale fisico. In Sardegna i canali fisici sono di 7
MHz per la banda VHF e di 8 MHz per la banda UHF. Si assume come unità marginale un
canale fisico di 8MHz
58
3.7.1.2 Definizione dell’area di applicazione
Gli obiettivi di copertura dei Mux sono molto differenti tra di loro, quindi per valutare
l’unità spettrale la scelta del Mux valutato non è indifferente.
Per calcolare la popolazione servita dai diversi Mux e per fare delle considerazioni su
quale selezionare per la valutazione, si è cominciato ottenendo la percentuale di copertura
della popolazione per ogni canale di trasmissione (Mux). Le informazioni relative alla
copertura risultano disponibili a livello aggregato di popolazione, a livello aggregato di
territorio e a livello di dettaglio provinciale.
Ottenuta questa informazione, si è proceduto moltiplicando i valori della copertura
provinciale di ogni canale per i valori totali di popolazione registrata all’anagrafe12, ottenendo
così la popolazione potenziale coperta dal segnale.
Nel caso di presenza anche di una sola antenna nella provincia di assume che la
popolazione coperta sia pari alla copertura potenziale dal trasmettitore, in caso contrario la
popolazione coperta si ipotizza nulla. Questa è evidentemente un’approssimazione, in quanto
un’antenna posizionata sul terreno di una provincia potrebbe trasmettere in buona parte anche
nelle province limitrofe. Il territorio inoltre presenta un’orografia con caratteri montagnosi e
collinari e si assume che il segnale di ogni antenna risulti ben delimitato e confinato
all’interno della provincia su cui è localizzato. Si assume inoltre che non vi sia copertura
proveniente dalle regioni più prossime, data la caratteristica insulare della Sardegna.
Per ottenere le informazioni di cui sopra si è utilizzato un database contenente per ogni
provincia della Sardegna l’elenco di tutti i comuni13. Dal “masterplan” si sono rilevati per
ogni Mux i comuni di ubicazione dei trasmettitori.
A questo punto si tratta di scegliere quale Mux utilizzare ai fini del calcolo del costoopportunità della risorsa spettrale.
La soluzione migliore appare quella di calcolare il valore del costo opportunità per ogni
Mux, mostrando come le valutazioni dello spettro siano sensibili rispetto ai diversi livelli di
11
Nelle telecomunicazioni, il multiplexing è il meccanismo secondo cui più flussi di dati sono trasmessi su un singolo
collegamento fisico.
12
Come risultanti dai tabulati ISTAT http://demo.istat.it.
13
http://www.mondosardegna.net/alllang/comuni/comuni.php?LANG=ita&ord=COMUNE&groupnew=OT .
59
copertura della popolazione. Tuttavia il valore da utilizzare per l’eventuale determinazione del
valore di un AIP è quello del costo opportunità corrispondente alla minor copertura della
popolazione. Questo è vero se si suppone di applicare un AIP al territorio di riferimento
(Sardegna) e se si suppone che il valore del costo-opportunità cresca in maniera direttamente
proporzionale con la copertura della popolazione (così che ad una minore copertura
corrisponde una stima più conservativa del costo-opportunità).
Il Mux che copre meno popolazione è quello di Mux6-RAI, che tuttavia, è riservato alla
sperimentazione della tv DVB-H, e non alle trasmissioni DVB-T. Appare quindi più
conveniente evitare di considerare un caso tanto particolare e selezionare la seconda
alternativa, costituita dal Mux di ReteCapri (che, sebbene risulti essere una emittente
nazionale, ottiene bassa copertura perché le frequenze sono usate parzialmente per il
coordinamento internazionale).
Si ipotizza che il rapporto Mux/popolazione raggiunta sia mediamente uniforme sul
territorio nazionale, da cui si ricava come per la copertura di quest’ultimo siano utilizzati circa
il 1.125 nodi trasmissivi. Il dato è avvalorato dal numero di stazioni trasmittenti e ripetitrici in
possesso di RaiWay, gestore degli apparati RAI, che sono 2.314. Se si considera che per ogni
nodo trasmissivo il nostro modello ipotizza l’esistenza di 0,5 ripetitori e di 0,29 gap filler,
otteniamo un totale di 2.025 stazioni necessarie per la copertura dell’intero territorio
nazionale.
3.7.1.3 Determinazione del costo-opportunità netto
La determinazione del costo opportunità consiste nel calcolo dei costi netti totali per il
passaggio sul satellite dell’utenza che non è più raggiunta dal servizio terrestre (depurati dei
mancati costi dovuti alla gestione dei trasmettitori del segnale terrestre), in seguito alla
risuzione di banda. Tale valore, stimato per l’intero canale fisico su cui opera un Mux, deve
essere diviso per il numero di MHz del Mux considerato.
Analizzando i costi-opportunità calcolati per i Mux della regione Sardegna, ordinati per
valori crescenti, non vi sono differenze importanti sulla base della distinzione tra emittenti
locali e nazionali, ma le differenze nascono sulla base della popolazione coperta14. Per questa
ragione il principale driver che determina l’ammontare del costo-opportunità è la popolazione
60
raggiunta.
3.7.2
Modello
Le tabelle seguenti mostrano il modello di calcolo utilizzato per ricavare il costo
opportunità marginale dello spettro adibito alla trasmissione televisiva digitale in Italia, nello
scenario che prevede che i due principali operatori nazionali si accordino per condividere i
costi per la fornitura di un servizio sostitutivo.
La “Configurazione 1” rappresenta la situazione iniziale, in cui gli operatori hanno a
disposizione sei canali fisici complessivi.
Nella “Configurazione 2” è inibito l’accesso a due canali, quindi rispetto alla
situazione iniziale (3 canali per operatore) si ottengono 4 canali totali utilizzabili dai due
operatori. Secondo l’assegnazione attuale lo spettro disponibile per il servizio televisivo è
riepilogato come segue:
Frequenza centrale
Banda totale disponibile
N° Canali
Banda per canale
174-230,470606, 606-870
454
44
8
MHz
(da 57 totali)
MHz
La tabella seguente riepiloga la variazione di canali tra le due configurazioni oggetto di
confronto:
Unità elementare di banda (MHz)
N° canali per nodo di trasmissione
Configurazione 1
16
6
Configurazione 2
16
4
Si stima poi il numero di impianti necessari per determinare una copertura ottimale del
territorio sotto analisi.
Nell’applicazione alla situazione italiana abbiamo ipotizzato che il numero di impianti
cresca linearmente con l’utenza presente nell’area e che il rapporto Impianti/Utenti si
mantenga identico a quello ottenuto per la regione Sardegna, dove a fronte di una popolazione
di 1.667.172 abitanti sono presenti 87 trasmettitori. Estendendo il rapporto al territorio
14
Si tenga presente che popolazione coperta e numero di utenti sono direttamente proporzionali.
61
italiano, che presenta una popolazione di 60.054.511 di abitanti (Censimento Istat 2001)
otteniamo i valori in tabella. Si tratta di un’evidente semplificazione, che può portare ad una
stima distorta del risparmio per l’operatore derivante dalla dismissione (mancata
implementazione) di due canali terrestri.
Numero impianti necessari per la copertura del
territorio analizzato
1125
Popolazione sul territorio analizzato
Rapporto Famiglie/Popolazione
60.054.511
0,3589
Numero famiglie servite dal servizio televisivo
sul territorio analizzato
21.553.564
E’ ora necessario analizzare quale parte della popolazione sia già raggiunta da servizi
alternativi (servizio satellitare, televisione via cavo o IPtv). In Italia la rete televisiva cablata è
pressoché inesistente e il servizio Iptv, fornito principalmente dall’operatore Fastweb,
raggiunge una penetrazione inferiore all’1%.
L’unico fornitore che permette una fruizione del servizio alternativa a quello terrestre è
Sky, che raggiunge circa il 30% della popolazione.
% utilizzo satellite
% utilizzo iptv
% utilizzo cable tv
Utenza già servita da servizi sostitutivi
30,24%
1,00%
0,00%
6.733.333
L'eliminazione di un'unità elementare di banda determina l'impossibilità di raggiungere
con i canali oggetto di oscuramento le famiglie sul territorio considerato, ad esclusione di
quelle che hanno servizi sostitutivi.
Sottraendo all’utenza totale quella già servita da servizi sostitutivi si ottiene la riduzione
netta di utenza dovuta alla riduzione di banda tra le due configurazioni.
Perdita di utenza dovuta all'eliminazione
un'unità elementare di banda
14.820.231
Dal momento che stiamo cercando di ricavare il costo-opportunità marginale dello
62
spettro per un periodo annuale è necessario trasformare gli investimenti sostenuti per il
dispiegamento della rete in valori annuali di ammortamento, che tengano conto anche del
costo-opportunità del capitale e dei costi di manutenzione, posti arbitrariamente pari a 5000
Euro per impianto.
Periodo di ammortamento (anni)
Manutenzione
10
5000
Il tasso utilizzato per tenere in considerazione il costo-opportunità del capitale è
ricavato secondo il modello WACC, Weighted Average Cost of Capital, utilizzando parametri
tipici del mercato delle telecomunicazioni, ricavati dall’analisi delle performance di borsa e di
bilancio dei principali operatori europei.
Wacc
Tasso di interesse privo di rischio
% presa a debito
Beta
Aliquota di tassazione
Premio di rischio sul debito
Premio di rischio sul capitale
0,0868
0,05
0,5
1
0,33
0,03
0,07
Il costo annuale per ogni impianto è riassunto nella tabella seguente, mentre i valori di
investimento da cui deriva, ricavati ricostruendo le caratteristiche di un impianto medio, sono
riepilogate in Allegato I. La differenza di costo tra le due configurazioni è determinata dal
fatto che nella Configurazione 2 il numero di Mux è inferiore.
Costi di impianto
N° medio di link di dorsale per cella
Configurazione 1
€ 156.453,75
1
Configurazione 2
€ 123.524,21
1
Si sceglie come migliore alternativa il servizio satellitare, che è il più adatto a coprire
ampie aree con costi contenuti. Il costo per la fornitura del servizio sostitutivo è formato da
due elementi: il costo per la predisposizione della piattaforma trasmissiva e quello necessario
per dotare gli utenti del sistema ricevente (decoder).
Ipotizziamo che la piattaforma
trasmissiva sia noleggiata da un fornitore come Eutelsat, Intelsat o Telespazio, cui abbiamo
63
richiesto valutazioni budgetarie, riepilogate nella tabella seguente. Si ipotizza che gli operatori
affittino un canale trasmissivo adatto a garantire un servizio di alta qualità, paragonabile a
quello ottenibile su un canale fisico da 8MHz con il DVB-T.
Costo per la diffusione
satellitare
N* Canali
38000000
2
(affitto per 10 anni)
19000000
Costo annuo satellite
broadcast per un canale
(equivalente al mux 8MhZ)
1900000
E’ anche necessario fornire agli utenti un decoder adatto a ricevere il servizio. Da una
valutazione di prezzi end-user per un largo numero di decoder satellitari otteniamo che il
prezzo medio di acquisto si colloca intorno a 35 Euro.
Per ricavare il costo che l’operatore deve sostenere per ogni utente è necessario
considerare l’effetto volume determinato dall’acquisto di grossi quantitativi e i costi dovuti
alla preconfigurazione e alla gestione (handling e spedizione) degli apparati. Ipotizziamo che
il costo unitario per l’operatore sia pari a 42 Euro (in linea con le stime Independ Aegis),
comprensivi della smart card che contiene i codici identificativi e di crittografia.
Costo per la ricezione satellitare
Decoder
Smart Card
42
40
2
Se si moltiplica il costo per impianto per il numero di nodi presenti sull’area
considerata e nella Configurazione 2 si aggiungono i costi dovuti alla fornitura del servizio
sostitutivo, si ottengono i costi seguenti, che portano ad un costo-opportunità marginale per lo
spettro pari a 4M€.
64
Costo annuo complessivo per l'operatore
Differenziale di costo per la variazione
di un'unità elementare di banda
Differenziale di costo per 1 MHz
3.7.3
Configurazione 1
€ 175.972.137,29
Configurazione 2
€ 240.400.848,46
€ 64.428.711,16
€ 4.026.794,45
Analisi di sensitività
A questo punto si è tentato di considerare se i valori dei costi opportunità calcolati
possiedano un ordine di grandezza che permetta un confronto con i canoni televisivi
attualmente pagati15.
Il costo opportunità per la Sardegna, provenendo da considerazioni su base regionale,
potrebbe essere utilizzato solamente per un confronto approssimativo con i canoni pagati dalle
televisioni locali. Tuttavia bisogna notare come il costo opportunità non rappresenti in
maniera diretta una proposizione di prezzo, e come un paragone tra i due valori, sebbene
immediato, non sia in principio totalmente corretto. Questo perché il calcolo degli AIP tiene
conto di più costi-opportunità, calcolati anche su bande adiacenti ed usi alternativi. A questo
si aggiunge anche il fatto che solitamente essi vengono rivisti al ribasso. Tuttavia si osservi
che un’emittente locale che nel sistema analogico trasmetteva su 2 MHz, con un canone
massimo di 17.776€ all’anno (come cap sull’1% del fatturato), avrebbe un costo opportunità
di 328.746€.
Si osservi che, anche supponendo da una parte una valutazione eccessiva del costoopportunità e dall’altra un valore troppo basso del canone attuale pagato, il divario è tale da
indicare che lo spettro sia essenzialmente sottovalutato. Parallelamente si potrebbe supporre
che il “cap” sull’importo del canone, previsto per sostenere le piccole televisioni locali,
costituisca in realtà una forte sovvenzione statale che andrebbe rivista sulla base di opportune
considerazioni economiche.
Analizzando un’estensione del modello all’intera realtà italiana, effettuata considerando
la linearità del modello e inserendo al suo interno la popolazione totale che sarà raggiunta dal
servizio televisivo digitale sul territorio italiano16 si nota come il valore del costo opportunità
per 1 MHz di banda assuma una serie di valori centrali intorno ai 5,0 milioni di euro.
15
Si ricordi che i canoni di concessione sono ad ora fissati all’1% del fatturato degli emittenti televisivi.
16
Ipotizzata equivalente a quella raggiunta dal servizio analogico.
65
Se ipotizziamo di applicare questo valore alle due principali emittenti nazionali, Rai e
Mediaset, otteniamo che per l’utilizzo di tre Multiplex ciascuna dovrebbe versare allo Stato
una cifra pari a circa 144 milioni di euro l’anno.
Si consideri che, secondo Ofcom, l’attuale sistema di pagamento per l’insieme dei
cinque programmi analogici inglesi si attesta intorno ai 330 milioni di sterline annui, suddivisi
in circa 70-75 milioni per BBC1, BBC2, ITV e Channel 4 e 30-35 milioni per Channel Five.
Dunque circa 80-90 milioni di euro annui per le maggiori emittenti analogiche. Bisogna anche
considerare che ITV ha pagato, nel 2005, 80 milioni di sterline di canone e Channel Five 10
milioni.
Considerando i canoni pagati dagli operatori nazionali, come già segnalato nel caso
delle televisioni locali, si nota come essi non riflettano minimamente il costo-opportunità
dello spettro da essi utilizzato ed introducono un’inefficienza economica ed un extra profitto
per le emittenti, che si traduce in riduzione del benessere collettivo.
Se si ipotizza che le due principali emittenti nazionali (che utilizzano 3 canali da 8MHz
ciascuna) possano affrontare congiuntamente i costi relativi ad una diminuzione dello spettro
disponibile, si può verificare la seguente situazione:
66

Ad entrambe le emittenti è precluso l’accesso ad un canale, per un totale di riduzione di
spettro di 16MHz

Le emittenti decidono di sopportare congiuntamente i costi per la fornitura del decoder
satellitare all’utenza, che utilizzeranno per fornire entrambi i canali rimasti senza
copertura

Il costo per la fornitura del servizio satellitare (affitto del canale broadcast sul satellite) si
incrementa da 1.900.000 Euro/anno a 3.800.000 Euro/anno (ipotizziamo un incremento
lineare del costo)

Si assume un costo della fornitura del decoder di € 42 (40€ per il decoder e 2€ per la
smart card) – in linea con quanto sviluppato da Aegis (2005)
Il differenziale di costo emergente per gli operatori è pari a 64,4 Milioni di Euro/anno, che
diviso per l’ampiezza dello spettro complessivo (16MHz) porta ad un costo-opportunità
marginale per 1 MHz di spettro pari a 4,026 Milioni di Euro. Se il costo del decoder
scendesse a 25€ più 2€ di smart card, il costo al MHz scenderebbe a 1,9 € milioni di euro.
3.8 ANALISI DEL COSTO-OPPORTUNITÀ PER LE BANDE 900MHZ E
2100MHZ PER IL SERVIZIO UMTS IN ITALIA
L’analisi del costo-opportunità per lo spettro adibito alle trasmissioni UMTS deve
tenere in considerazione il fatto che questa tecnologia è progettata per fornire servizi su due
mercati storicamente indipendenti (fonia mobile e trasmissione dati), configurandosi a tutti gli
effetti come un sistema di trasporto e terminazione multi-uso.
Per tenere in considerazione l’evoluzione tecnologica e l’allargamento del mercato dei
servizi si è suddivisa l’analisi in tre fasi, in ciascuna delle quali si osserva una particolare
combinazione di assetto tecnologico e domanda di servizi, soprattutto a larga banda.
67
1) 3G-UMTS
2) 3G-UMTS/HSDPA
3) 3G-HSUPA/HSDPA
• Capacità di picco
DL: 0.384
UL: 0.064-0.128
• Capacità di picco
DL: 1.8
UL: 0.064-0.128
• Capacità di picco
DL: 3.6
UL: 2.4
• Capacità tipica
DL: 0.22-0.26
UL: 0.064-0.128
• Capacità tipica
DL: 0.7
UL: 0.064-0.128
• Capacità tipica
DL: 1.5
UL: 1.0
• Latenza elevata
(180-300ms)
• Latenza ridotta
(80-120ms)
• Latenza ridotta
(80-120ms)
Dimensione del mercato
Figura 13 - Fasi dell’analisi. Fonte: Umtslink.at, valori di capacità espressi in Mbit/s
Dal punto di vista degli standard 3GPP, organizzazione che emette le linee guida per le
trasmissioni UMTS, le release considerate sono la 99 (prima versione con interfaccia
CDMA), la 5 (introduzione di HSDPA) e la 6 (introduzione di HSUPA).
Rel.99
Rel.4
Rel.5
Rel.6
Rel.7
Rel.8
Evoluzione degli
standard 3GPP
Figura 14 - –Evoluzione degli standard UMTS con indicazione delle Release considerate
nell’analisi
Dal momento che il modello utilizzato per il calcolo del costo-opportunità marginale
ipotizza che lo spettro abbia un costo-opportunità positivo solamente in aree ad alta densità di
popolazione, condizione per cui si assume che le celle siano vicine al livello di saturazione
della capacità, il valore ottenuto per lo spettro a 900MHz e 2100MHz è identico.
Questa semplificazione, effettuata per evitare di dover considerare la morfologia del
territorio e le caratteristiche della propagazione all’interno del modello, porta all’ottenimento
di valori del costo-opportunità marginale per lo spettro destinato al servizio UMTS
68
sicuramente conservativi.
I valori ottenuti nelle tre fasi dell’analisi per l’applicazione del modello al territorio
italiano sono riepilogati nella tabella seguente:
Costo/opportunità
marginale per
1MHz di banda
3G-UMTS
3G-UMTS/HSDPA
3G- HSUPA/HSDPA
€ 4,2 Milioni
€ 6,1 Milioni
€ 10,5 Milioni
E’ possibile creare una tabella di raffronto tra i valori per MHZ ottenuti in fase di
assegnazione delle licenze e quelli che emergono dall’applicazione del modello presentato
nelle pagine seguenti.
Luogo di
valutazione
Francia
Germania
Regno
Unito
Italia
Italia
Italia
Italia
Italia
3.8.1
Anno
Modello
2001
Beauty contest
Asta in tornate
multiple
Asta in tornate
multiple
Asta in tornate
multiple
Beauty contest
CambiniGarelli –Fase 1
CambiniGarelli –Fase 2
CambiniGarelli-Fase 3
2002
2002
2002
2009
2009
2009
2009
Popolazione
coperta dal
servizio
59,7 Milioni
€ 19,6 Milioni
Valore per
MHz/person
a
€ 0,33
83,2 Milioni
€ 17,5 Milioni
€ 0,21
59,7 Milioni
€ 4,2 Milioni
€ 0,07
60,05 Milioni
€ 12,1 Milioni
€ 0,2
60,05 Milioni
€ 8,9 Milioni
€ 0,14
60,05 Milioni
€ 4,2 Milioni
€ 0,069
60,05 Milioni
€ 6,1 Milioni
€ 0,101
60,05 Milioni
€ 10,5 Milioni
€ 0,174
Valore per
1MHz
I passi dell’analisi
Per ottenere il costo-opportunità marginale si applica il modello da noi sviluppato nell’ambito
di una valutazione generale dello spettro avviata dalla Fondazione Ugo Bordoni per il
Ministero delle Comunicazioni italiano nel 2008.
1) Si identifica l’area di applicazione, in questo caso il territorio italiano
69
2) Si identifica l'unità di frequenza marginale. L'unità di frequenza marginale per il
sistema UMTS consiste in due canali di 5MHz utilizzati rispettivamente per uplink e
downlink (tecnologia FDD – Frequency Division Duplex)
3) Si identifica il numero di utenti che utilizzano il servizio nell’area di riferimento e si
stima la banda media utilizzata da ognuno di essi in orari di punta e in zone ad alta
densità, dove le celle sono vicine alla saturazione
4) Si stima il numero di celle necessarie per fornire il servizio in aree ad alta densità di
popolazione, dove le celle sono in saturazione, nell’ipotesi che non sia disponibile
un’unità marginale di spettro aggiuntiva.
5) Si stima il numero di celle necessarie per fornire il servizio nel caso in cui si renda
disponibile un’unità di spettro aggiuntiva
6) Si ricava la differenza di costo tra le due configurazioni di rete (determinata dal
numero di celle necessarie) e si determina il costo-opportunità per un’unità marginale di
spettro sull’area di valutazione
70
$$
1- Area di applicazione
5MHz
Upload
1920
1980
UL
4- Stima del numero di
celle con spettro attuale
5MHz
Download
2110
Costo
per cella
2170
Costoopportunità
DL
2- Unità marginale di spettro
6-Differenza di costo
$$
5- Stima del numero di
celle con spettro aggiuntivo
3- Utilizzatori e consumi
Figura 15 - – Passi dell’analisi
3.8.2
FASE 1 - Valutazione del costo opportunità marginale per il servizio 3GUMTS
3.8.2.1 Definizione dell’unità marginale di spettro
La quantità differenziale di spettro che un operatore può variare, nel caso del sistema
UMTS, corrisponde a 10MHz, pari a due canali da 5MHz (UL e DL) separati da circa
200MHz, come definito dallo standard 3GPP.
3.8.2.2 Definizione dell’area di applicazione
La valutazione è effettuata per l’intero territorio italiano. Sebbene le caratteristiche di
concentrazione della popolazione abbiano una variabilità significativa all’interno del
territorio, la struttura del modello che prevede l’utilizzo della capacità della cella e della
popolazione totale come unici driver per la determinazione dell’architettura di rete, permette
di effettuare un’approssimazione e di analizzare l’intero territorio/popolazione italiana.
3.8.2.3 Determinazione del traffico atteso sulla rete
Dal momento che la stima del traffico atteso sulla rete in situazioni di limite di capacità
è un fattore estremamente critico per la determinazione del costo opportunità sono stati
utilizzati due approcci differenti, che hanno portato a risultati comparabili.
71
Determinazione del traffico atteso sulla rete – Primo metodo
Si è determinato inizialmente il numero di utenti che usufruiscono del servizio. Considerando
la Delibera 541/08/CONS dell’Autorità per le Garanzie nelle Comunicazioni e l’avvio nel
2007 da parte della Commissione europea dell'iter finalizzato al ritiro della Direttiva GSM del
1987, che disponeva, per le bande a 900 MHz (esclusa la banda ex TACS) ed a 1800 MHz,
l'utilizzo esclusivo della tecnologia GSM, è possibile ipotizzare che nei prossimi anni la si
assisterà ad una progressiva migrazione degli utenti dal GSM all’UMTS. I dati utilizzati
all’interno dell’analisi riflettono la situazione odierna e sono stati ricavati come segue:
-
Tim – 2009, First Quarter Financial Results
-
Tre Italia – 2009, Corporate portal
-
Vodafone Italia – Utenti totali dal Corporate Portal, utenti UMTS stimati sulla base
del rapporto ricavato per Tim
-
Wind – Utenti totali dal “JP Morgan Global High Yield &Leveraged Finance
Conference”, utenti UMTS stimati sulla base del rapporto ricavato per Tim
Vodafone IT
Tim
Tre
Wind
N° Totale Stimato Utenti UMTS in Italia
5,6 Milioni
7,4 Milioni
8,4 Milioni
2,6 Milioni
24 Milioni
Si ipotizza che solamente il 70% del traffico generato da questi utenti sia in aree ad alta
densità.
Il passo successivo riguarda la stima del traffico medio generato da ciascun utente.
Per effettuare questa valutazione, in assenza di dati diretti ricavabili dagli operatori di
rete, si ipotizza che per la fase 1 l’utente, durante un’ora di picco, scarichi 10 Mbits ad una
velocità di 384 kbits/s, 2 Mbits ad una velocità di 144 kbits/s 17.
Prendendo come riferimento il rapporto tra il numero di utenti totali sulla rete (16
Milioni) e i secondi di traffico generati (24 Miliardi in un anno) per Wind si ricava che
mediamente un utente rimane al telefono 240 secondi al giorno, nell’ipotesi che non ci sia
variabilità significativa tra i giorni feriali e festivi. Se si ipotizza che un terzo di queste
17
Adattamento da Umts World, 2004
72
chiamate cadano in ore di picco, si ricava che un utente medio utilizza il telefono per
effettuare una chiamata da 80 secondi in momenti di picco.
Ipotizziamo inoltre che il 20% dei dati debba essere ritrasmesso a causa delle
condizioni della rete, introducendo un fattore di correzione di 1,2 sui dati ricavati. Le
assunzioni sul traffico medio sono ricavate da Umts World, 2004, con un lieve adattamento
alla realtà italiana.
Per quanto riguarda la Fase 2, si ipotizza che in un’ora di picco un utente scarichi 40
Mbit ad alta banda, 10 Mbit a bassa banda ed effettui una chiamata da 80 secondi. Nella Fase
3 si ipotizza quindi che in un’ora di picco un utente scarichi 60 Mbit ad alta banda, 10 Mbit a
bassa banda ed effettui una chiamata da 80 secondi18.
La tabella seguente riepiloga le assunzioni effettuate.
Traffico dati ad alta banda (Mbit) in un'ora
di picco
Traffico dati a bassa banda (Mbit) in
un'ora di picco
Traffico dati dovuto alla voce (s) in un'ora
di picco
Occupazione traffico voce (Mbit/s)
Ritrasmissioni
Banda media per utente (Mbit/s)
Capacità richiesta
Fase 1
Fase 2
Fase 3
5
20
25
2
10
15
80
80
80
0.0122
1.2
0.0026
44
0.0122
1.2
0.0103
176
0.0122
25
0.0136
233
Determinazione del traffico atteso sulla rete – Secondo metodo
Il secondo metodo si basa sulle stime di traffico, crescita e sviluppo del servizio UMTS
sviluppate da Assinform e Cisco Systems. Si ipotizza che la Fase 1 raggiunga la maturità
nell’anno 2009, la Fase 2 nel 2010 e la Fase 3 nel 2011.
18
Applicazione di tassi di crescita stimati elaborando dati di mercato Gartner (2008) e Sirmi (2008)
73
Si ipotizza inoltre che il 90% del traffico sia generato in giorni lavorativi, che il 70% di
quest’ultimo sia in aree ad alta densità e che il 10% del traffico sia generato in un’ora di
punta, ottenendo una stima della capacità richiesta alla rete.
Capacità richiesta (Gbit/s)
Fase 1
47
Fase 2
115
Fase 3
267
Si effettua quindi una media tra i valori ottenuti con i due metodi, ricavando i seguenti
valori:
Capacità richiesta (Gbit/s)
Fase 1
45,5
Fase 2
145,5
Fase 3
250
3.8.2.4 Determinazione del costo-opportunità netto
Le tabelle seguenti mostrano il modello di calcolo utilizzato per ricavare il costo
opportunità marginale dello spettro adibito al servizio UMTS in Italia.
La “Configurazione 1” rappresenta la situazione iniziale, in cui ciascun operatore ha a
74
disposizione tre canali fisici complessivi.
Nella “Configurazione 2” si rende disponibile per un operatore un canale aggiuntivo,
con ampiezza di banda pari all’unità marginale di spettro.
Secondo l’assegnazione attuale lo spettro disponibile per il servizio umts è riepilogato come
segue (da notare che si ipotizza che esista una suddivisione uniforme dello spettro tra i quattro
operatori esistenti – Tim, Vodafone, Wind e H3G - anche se questa situazione non riflette
l’effettiva situazione di mercato, particolarmente in seguito alla rassegnazione delle frequenze
inizialmente aggiudicate a IPSE, avvenuta il 9 giugno 2009).
Frequenza centrale
Banda totale disponibile
Banda disponibile per operatore
1920-1980 e 2110-2170 MHz
120 MHz
30 MHz
La tabella seguente riepiloga la variazione di canali tra le due configurazioni oggetto di
confronto:
Banda per canale (MHz)
N°Layer
N° Settori per nodo
Unità elementare di banda
(MHz)
N° Unità elementari per
settore (canali)
Configurazione 1
10
4
3
Configurazione 2
10
4
4
10
10
1
1
Nei sistemi Cdma l’interferenza, la qualità del servizio prevista e la qualità accettata
determinano la capacità del sistema. Il link budget è utilizzato per calcolare la massima
perdita sul percorso radio e la massima copertura di una cella e include un margine per
l’interferenza. Per questo, all’aumentare del livello di carico la copertura si riduce, creando di
fatto una correlazione tra la copertura e la capacità di una cella.
I possibili rate offerti agli utenti variano da 15 Kbit/s (SF =256) a 960 kbit/s (SF = 4)
75
Slot Format
#i
0
1
2
3
4
5
6
Channel Bit Rate
(kbps)
15
30
60
120
240
480
960
Channel Symbol
Rate (ksps)
15
30
60
120
240
480
960
SF
Ndata
256
128
64
32
16
8
4
10
20
40
80
160
320
640
Se si stima che la capacità della cella sia 900kbit/s 19, ognuna può essere dimensionata
per circa 129 utenti.
Dovendo soddisfare una capacità aggregata pari a 45,5 Gbit/s e considerando come
capacità della cella 0,9 Mbit/s, ricaviamo che per soddisfare la domanda nella situazione in
cui l’operatore ha a disposizione tre canali da 10MHz è necessario posizionare almeno 6778
nodi, mentre nel caso in cui questo abbia a disposizione un canale aggiuntivo da 10 MHz il
numero di nodi si riduce a 5083. Dal momento che il numero di nodi calcolato non tiene in
considerazione le problematiche esistenti su un territorio reale, si applica un coefficiente di
1.3 tra i nodi ricavati dalla valutazione teorica e quelli effettivamente necessari, raggiungendo
così 8811 nodi per la configurazione 1 e 6608 nodi per la configurazione 2.
Il tasso utilizzato per tenere in considerazione il costo-opportunità del capitale è
ricavato secondo il modello WACC, Weighted Average Cost of Capital, utilizzando parametri
tipici del mercato delle telecomunicazioni, ricavati dall’analisi delle performance di borsa e di
bilancio dei principali operatori europei.
Tasso di interesse privo di rischio
% presa a debito
Beta
Aliquota di tassazione
Premio di rischio sul debito
Premio di rischio sul capitale
Wacc
0,05
0,5
1
0,33
0,03
0,07
0,0868
Tenendo in considerazione la delibera numero 3/06 Cons. AGCOM che determina il
costo del capitale per gli operatori pari al 12,4%, si è effettuata una media tra i valori,
ottenendo un WACC medio pari al 10,54%, che sarà utilizzato nell’analisi.
76
La rete di accesso, schematizzata nella figura seguente, è costituita dall’UTRAN (UMTS
Terrestrial Radio Access Network) ed è composta da elementi chiamati Node B e da
RNC(Radio Network Controller).
Il nostro interesse si rivolge verso la valutazione degli elementi “Node B” e RNC e delle
interconnessioni tra di essi, in quanto il valore utile per la valutazione del differenziale di
costo tra le due configurazioni di rete emerge unicamente da questi elementi.
Il Node B è l’elemento che dialoga concretamente con il terminale mobile sfruttando
l’interfaccia radio ed è collegato all’RNC attraverso l’interfaccia Iub. Questo esegue le
seguenti operazioni al fine di fornire copertura radio e servizi in un’area:
-
Modulazione/demodulazione;
-
Utilizzo dei codici (assegnati dall’RNC);
-
Misure di qualità del canale radio;
-
Controllo di potenza ;
-
Diversità di ricezione/trasmissione (presenza di due antenne).
Il Radio Network Controller (RNC) è un elemento di rete intelligente a cui sono
attestati più node B che provvede a instradare il traffico verso gli MSC o gli SGSN a seconda
del servizio. Svolge le seguenti funzioni:
-
19
Gestione della chiamata;
Air Interference Cell Capacity of WCDMA Systems, Qualcomm.
77
-
Controllo del carico;
-
Accettazione di nuove chiamate;
-
Gestione dei codici;
-
Procedure di Handover.
Il costo annuale per ogni impianto è riassunto nella tabella seguente, mentre i valori di
investimento da cui deriva, ricavati ricostruendo le caratteristiche di un impianto medio, sono
riepilogate in Allegato I. La differenza di costo tra le due configurazione è determinata dal
fatto che nella Configurazione 2 il numero di settori installati per ogni nodo è inferiore.
Costi di impianto
Configurazione 1
€ 62.400
Configurazione 2
€ 74.400
Se si moltiplica il costo di impianto per il numero di nodi necessari per soddisfare la domanda
sull’area considerata si ottengono i costi seguenti, che portano ad un costo-opportunità
marginale per lo spettro pari a 4,3 M€.
Configurazione 1 Configurazione 2
N° Nodi necessari in zone ad alta
densità
Costo annuo complessivo per
l'operatore
Differenziale di costo per la variazione
di un'unità elementare di banda
Differenziale di costo per 1 MHz
3.8.3
5477
4108
€ 99,923,287.33
€ 58,151,542.62
€ 41,771,744.70
€ 4,177,174.47
FASE 2 - Valutazione del costo opportunità marginale per il servizio
UMTS/HSDPA
Per la valutazione di Fase 2 si mantengono inalterate le assunzioni su area di
applicazione, unità di frequenza marginale e numero di utenti, mentre varia il tipo di servizio
richiesto e la capacità della singola cella.
Si assume inoltre che gli investimenti per l’infrastruttura di accesso siano analoghi a
quelli utilizzati per il servizio Umts Release 99.
HSDPA utilizza una potenza di trasmissione costante con fast link adaptation, con
modulazione e codice variabili per tenere conto delle differenti condizioni di propagazione del
segnale, quindi la banda di picco raggiungibile da un terminale è funzione della sua posizione
(distanza dall’antenna) e delle condizioni di propagazione.
78
Questa modalità operativa è significativamente differente da quella utilizzata
dall’UMTS Release 99, dove la potenza di trasmissione è adattata in modo tale da raggiungere
un rapporto segnale/rumore predefinito.
Per questo motivo e per il fatto che la tecnologia HSDPA spesso condivide lo stesso
carrier dell’umts Release 99 è estremamente difficile valutare in modo analitico la capacità di
una cella HSDPA, mentre risultano consistenti i valori ricavati tramite simulazione.
Si utilizza un modello presentato da Qualcomm (Air Interference Cell Capacity of
WCDMA Systems, 2007) che prevede tre scenari con differenti mix di utenti ed effettuando
una media dei risultati ricavati si ottiene come una capacità media di una cella HSDPA nel
caso in cui il carrier non sia condiviso è di 1,97 Mbit/s.
Utilizzeremo come dato di capacità questo risultato, pur essendo consapevoli che
un’eventuale condivisione di carrier può determinare una riduzione della capacità anche
significativa (600Kbit/s se HSDPA utilizza il 30% della potenza disponibile sul nodo,
1500Kbit/s se utilizza l’80% della potenza disponibile); non consideriamo gli effetti dovuti al
soft handover.
Dovendo soddisfare una capacità aggregata pari a 145,5 Gbit/s e considerando come
capacità del settore 1,97 Mbit/s, ricaviamo che per soddisfare la domanda nella situazione in
cui l’operatore ha a disposizione tre canali da 10MHz è necessario posizionare almeno 16044
nodi, mentre nel caso in cui questo abbia a disposizione un canale aggiuntivo da 10 MHz il
numero di nodi si riduce a 9256.
Se si moltiplica il costo di impianto per il numero di nodi necessari per soddisfare la
domanda sull’area considerata si ottengono i costi seguenti, che portano ad un costoopportunità marginale per lo spettro pari a 11,3 M€.
N° Nodi necessari in zone ad alta
densità
Costo annuo complessivo per
l'operatore
Differenziale di costo per la
variazione di un'unità elementare di
banda
Differenziale di costo per 1 MHz
Configurazione 1
Configurazione 2
8042
4640
€ 146,725,212.78
€ 85,388,478.43
€ 61,336,734.35
€ 6,133,673.43
79
3.8.4
FASE 3 - Valutazione del costo opportunità marginale per il servizio
HSUPA/HSDPA
Come già segnalato per la Fase 2, anche per la Fase 3 si mantengono inalterate le
assunzioni su area di applicazione, unità di frequenza marginale, numero di utenti e costi di
infrastruttura.
Si considera che la rete sia interamente costituita da canali HSUPA (High Speed Uplink
Packet Access)/ HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), situazione che rispetto alla
Fase 2 mantiene inalterata la capacità in download ma aumenta in modo significativo la
capacità in upload. Si ipotizza che questo incremento di capacità dell’uplink unitamente
all’evoluzione del mercato determini un incremento della banda richiesta dagli utenti.
Dovendo soddisfare una capacità aggregata pari a 264 Gbit/s e considerando come
capacità del settore 1,97 Mbit/s, ricaviamo che per soddisfare la domanda nella situazione in
cui l’operatore ha a disposizione tre canali da 10MHz è necessario posizionare almeno 22360
nodi, mentre nel caso in cui questo abbia a disposizione un canale aggiuntivo da 10 MHz il
numero di nodi si riduce a 12900.
Se si moltiplica il costo di impianto per il numero di nodi necessari per soddisfare la
domanda sull’area considerata si ottengono i costi seguenti, che portano ad un costoopportunità marginale per lo spettro pari a 15,8 M€.
Configurazione 1 Configurazione 2
N° Nodi necessari in zone ad alta densità
13818
7972
€ 252,105,176.59
Costo annuo complessivo per l'operatore
Differenziale di costo per la variazione di
€ 105,389,577.91
un'unità elementare di banda
Differenziale di costo per 1 MHz
€ 10,538,957.79
€ 146,715,598.68
3.9 CONSIDERAZIONI
Se è vero che i risultati ottenuti con l’applicazione del modello sono dipendenti da
alcune assunzioni sulla penetrazione di mercato dei servizi e sul comportamento competitivo
degli operatori, le valutazioni si prestano ad essere utilizzate come un input strutturato per le
decisioni del regolatore italiano, che può in tal modo avere un termine di riferimento per
valutare da un lato l’evoluzione dell’assetto normativo e di regolamentazione (evoluzione del
80
sistema tradizionale di allocazione e assegnazione delle frequenze) e dall’altro per tarare gli
importi pagati dagli operatori per l’uso della risorsa scarsa frequenziale.
Il modello può anche essere utilizzato come strumento per effettuare un confronto
internazionale omogeneo sul valore delle varie porzioni di spettro.
3.10 ALLEGATO I - DETTAGLIO DEGLI INVESTIMENTI NECESSARI PER
L’IMPIANTO DI UN NODO TRASMISSIVO DVB-T
Costo segmenti di distribuzione e
diffusione di un nodo digitale
terrestre
N° Mux
N° SFN Adapter
N° NA+Remux
N° Ricevitori GPS
N° Modulatori COFDM
+Trasmettitori
N °medio Gap filler per trasmettitore
N° Medio ripetitori per trasmettitore
Mux
SFN Adapter
NA+Remux
Ricevitore GPS
Modulatore COFDM +Trasmettitore
2000W
Modulatore COFDM +Trasmettitore
5000W Hi power
% trasmettitori Hi power
Ripetitore
Gap Filler
Antenna
Numero antenne
Filtri
Cablaggio radio (al m)
Metri cablaggio
Logica di interconnessione
Alimentazione
Configurazione 1
Configurazione 2
€ 817.940
€ 603.600
7
7
7
7
5
5
5
5
7
5
0,29
0,5
€ 15.000
€ 7.500
€ 21.000
€ 12.000
€ 28.000
€ 55.000
0,3
€ 22.000
€ 8.000
€ 5.000
1
0
€ 100
€
60
€ 1.500
€ 5.000
81
Costo allestimento in campo
libero
Individuazione sito
Terreno (100 mq) acquisto (o affitto
per 5 anni)
Progetto traliccio
Traliccio (60m)
Fabbricato tecnico (shelter)
Installazione traliccio (fondazioni+
montaggio, 10ggx 3 persone+ scavo+
trasporto+gru)
Allacciamento elettrico
Installazione apparati
Autorizzazioni e licenze
Costo rete di distribuzione
% di celle collegate con satellite
% di celle collegate con ethernet
licenziato
Costo satellite (affitto per 5 anni)
Costo ponte fast ethernet (con
licenze per 5 anni)
€ 72.880
€ 1.000
€ 10.000
€ 2.500
€ 35.000
€ 5.000
€ 11.780
€ 3.000
€ 2.600
€ 2.000
€ 95.000
0,4
0,6
€ 80.000
€105.000
3.11 ALLEGATO II - DETTAGLIO DEGLI INVESTIMENTI NECESSARI PER
L’IMPIANTO DI UN NODO TRASMISSIVO UMTS
Costo logiche di un nodo
Chassis
N° Schede per chassis
Scheda IDU
Scheda ODU
Antenna
Numero antenne
Filtri
Cablaggio radio (al m)
Metri cablaggio
Logica di interconnessione
Alimentazione
RNC
Rapporto RNC/Node B
82
€ 62,400
Configurazione 1
€ 4,500
3
€ 4,000
€ 4,000
€ 3,000
3
€ 1,000
€ 100
24
€ 1,500
€ 5,000
€ 45,000
0.3
€ 74,400
Configurazione 2
€ 4,500
4
€ 4,000
€ 4,000
€ 3,000
4
€ 1,200
€ 100
32
€ 1,500
€ 5,000
€ 45,000
0.3
Costo allestimento in campo libero
Individuazione sito
Terreno (100 mq) acquisto (o affitto per 11
anni)
Progetto traliccio
Traliccio (30m)
Fabbricato tecnico (shelter)
Installazione traliccio (fondazioni+
montaggio, 10ggx 3 persone+ scavo+
trasporto+gru)
Allacciamento elettrico
Installazione apparati
Autorizzazioni e licenze
€ 102,280
€ 1,500
€ 102,280
€ 1,500
€ 55,000
€ 55,000
€ 3,000
€ 14,000
€ 5,000
€ 3,000
€ 14,000
€ 5,000
€ 11,780
€ 11,780
€ 3,000
€ 3,000
€ 6,000
€ 3,000
€ 3,000
€ 6,000
Costo allestimento su edificio
€ 95,800
€ 95,800
Individuazione sito
Acquisto spazio (o affitto per 11 anni)
Traliccio (5m)
Installazione traliccio (montaggio+
ancoraggio, 4ggx2 persone)
Allacciamento elettrico
Installazione apparati
Autorizzazioni e licenze
€ 1,500
€ 80,000
€ 2,500
€ 1,500
€ 80,000
€ 2,500
€ 2,000
€ 2,000
€ 800
€ 3,000
€ 6,000
€ 800
€ 3,000
€ 6,000
83
Costo interconnessione con la dorsale
% di celle collegate in fibra
% di celle collegare in hdsl
% di celle collegate con wimax
% di celle collegate con hiperlan
% di celle collegate con ethernet licenziato
% di celle collegate con pdh (8x2?)
% di celle collegate con stm-1
€ 149,964
0.39
0.2
0
0
0
0.3
0.11
€ 149,964
0.39
0.2
0
0
0
0.3
0.11
Costo fibra (affitto per 11 anni)
Costo HDSL 2Mbit/s (affitto per 11 anni)
Costo Wimax dorsale
Costo Hiperlan dorsale
Costo ponte fast ethernet (con licenze per 11
anni)
Costo ponte pdh (con licenze per 11 anni)
Costo ponte stm-1 (con licenze per 11 anni)
€ 224,400
€ 108,240
€ 10,000
€ 5,000
€ 224,400
€ 108,240
€ 10,000
€ 5,000
€ 70,000
€ 70,000
€ 70,000
€ 180,000
€ 70,000
€ 180,000
84
4
SEZIONE 4 – “White spaces” e dividendo esterno nello
scenario italiano
4.1 PREMESSA
Questa relazione tecnica ha l’obiettivo di illustrare i risultati delle attività del gruppo di lavoro
del Dipartimento di Informatica e Sistemistica
nell’ambito del Work Package 3.1 del
Progetto ISBUL. L’attività del gruppo di lavoro si è concentrata sulla valutazione simulativa
del “dividendo digitale” che il nostro Paese può ricavare dal processo di transizione dalla
tecnologia analogica alla tecnologia digitale nelle trasmissioni televisive terrestri.
Per “dividendo digitale” si intende la porzione di spettro resa disponibile dalla
digitalizzazione delle trasmissioni radio-televisive. Come è noto, la radio e la televisione
analogica utilizzano attualmente le frequenze della Banda UHF e VHF. Queste frequenze, ed
in particolare quelle della banda 800MHz, sono particolarmente preziose per i servizi a
“banda larga” in mobilità in quanto garantiscono il compromesso ottimale tra dimensione
delle antenne dei ricevitori e dimensione delle aree di servizio.
Il passaggio alla codifica digitale delle trasmissioni televisive terrestri (c.d. switch-off
analogico) rende possibile una razionalizzazione nell’uso di questa preziosa risorsa spettrale.
La tecnologia digitale consente, infatti, di trasmettere più programmi sulla stessa frequenza
(due in alta definizione e cinque in definizione standard) e di utilizzare una sola frequenza
(SFN network), in luogo delle tre necessarie per trasmettere un programma analogico, per
realizzare una rete (multiplex) su tutto il territorio nazionale. Siamo quindi in presenza di un
incremento da sei a quindici volte dell’efficienza spettrale (programmi per frequenza).
Questa capacità trasmissiva incrementale può essere destinata ad un aumento (in quantità e
qualità) dell’offerta di programmi televisivi ma anche all’introduzione di nuovi servizi IMT
(Wimax, LTE) in una banda che, come abbiamo detto, possiede caratteristiche propagative
ottimali e quasi uniche.
Queste considerazioni sono state alla base della decisione di destinare, a partire dal 2015 e su
base co-primaria, i canali dal 61 al 69 della banda UHF ai servizi che appartengono alla
famiglia IMT (WiMax e LTE tra gli altri) che la ITU (International Telecommunication
Union) ha assunto nella sua Conferenza Mondiale del 2007 (WRC-07). Nei suoi Atti Finali, la
85
WRC-07 ha lasciato ai singoli Stati ed al Coordinamento internazionale la decisione sull’uso
di queste frequenze per servizi diversi da quelli televisivi nel periodo transitorio 2007-2015.
Questo tema è ovviamente presente anche nell’agenda della Conferenza Mondiale delle
Radio-Comunicazioni che si terrà nel 2012 (WRC-2012). L’Unione Europea ha già deciso di
sostenere una posizione comune favorevole ad un uso armonizzato della banda 790-862 MHz
per il servizio radiodiffusione (GE-06) e per i servizi IMT, con l’ovvia condizione del rispetto
dei necessari rapporti di protezione tra i diversi servizi che utilizzano la banda in
condivisione.
Più recentemente, la Commissione Europea ha predisposto la Raccomandazione C(2009)
8287/2 “Facilitating the release of the digital dividend in the European Union”. La
Raccomandazione (preceduta e supportata da significativi Atti di Indirizzo del Parlamento
Europeo e dai pareri tecnici del Radio Spectrum Policy Group) è motivata dai vantaggi
generati, per i cittadini dell’Unione, dalla maggior efficienza nell’uso dello spettro. Premessa
indispensabile per l’uso più efficiente della banda 800 MHz è, per la Commissione,
l’anticipazione del passaggio allo scenario “tutto digitale”, scenario nel quale ci si attende
almeno tre ricadute positive sul mercato, tre “dividendi” per gli utenti e per le imprese:
L’aumento del numero e della qualità dei programmi offerti ai propri utenti;
La disponibilità di nuovi canali per consentire l’ingresso sul mercato di nuovi “broadcaster”
con beneficio per la concorrenza e per il pluralismo (dividendo interno al mondo televisivo);
La liberazione risorse frequenziali per le telecomunicazioni mobili nella banda televisiva
intorno agli 800MHz (dividendo esterno).
In particolare la Raccomandazione C(2009) 8287/2 specifica: “… Member States should
support regulatory efforts towards harmonised conditions of use in the Community of the
790-862 MHz sub-band for electronic communications services other than, and in addition to,
broadcasting services, and refrain from any action that might hinder or impede the
deployment of such communications services in that sub-band”.
Dunque, la posizione della Commissione e dei suoi organi tecnici è chiara. Dal 2012 la banda
800 MHz dovrà essere utilizzata in modo co-primario dai servizi di “broadcasting” e IMT, i
due servizi dovranno “convivere” in modo armonico e non dovranno essere assunte iniziative
atte ad impedire o limitare il dispiegamento di tali servizi di comunicazione nella predetta
sotto-banda.
86
La questione centrale, a questo punto, è quella di definire il processo che dovrà condurre
al coordinamento di utilizzazioni diverse della banda UHF nei vari Paesi dell’Unione. Un
processo che non potrà non essere specifico per ogni stato membro. Siamo dunque di fronte
alla necessità di progettare una nuova transizione mentre sono ancora in corso le procedure
per lo spegnimento dell’analogico e la convergenza al Piano Digitale (Radio-Televisivo) di
Ginevra 2006.
Gli Stati Uniti e la Germania (facilitati dalla grande diffusione della TV via cavo) hanno già
completato il processo di spegnimento della TV analogica. Gli Stati Uniti hanno anche già
allocato, con un asta competitiva, alcuni dei canali liberati. AT&T ha pagato 3 canali (su tutto
il territorio degli Stati Uniti) 4.75 miliardi di dollari. In Germania, l’assegnazione della banda
800 alle telecomunicazioni mobili è uno dei cardini del Piano Banda Larga. Anche la Francia,
la Svizzera, i Paesi Scandinavi ed il Regno Unito prevedono l’assegnazione della banda
800MHz alle telecomunicazioni mobili alla fine del processo di “switch-over”. Nel
complesso, tutti i principali paesi europei, gli Stati Uniti e il Giappone dedicheranno almeno
72MHz di banda al dividendo digitale esterno.
In Italia la situazione è molto più complessa. In uno spettro televisivo totalmente e
capillarmente occupato trovano spazio più di 700 reti locali e 21 reti nazionali (analogiche e
digitali). A questa difficile eredità dello scenario analogico e alla necessità di garantire gli
investimenti e la continuità alle emittenti attualmente in servizio si somma l’esigenza,
sottolineata dalla Commissione Europea con l’apertura di una procedura di infrazione, di
evitare una trasposizione uno-a-uno dell’attuale configurazione delle reti e di garantire
l’accesso alla risorsa spettrale da parte di nuovi operatori.
Dunque, nel nostro Paese l’obiettivo è quello di assicurare un’eredità digitale alle centinaia di
emittenti esistenti e, al tempo stesso, un dividendo interno a nuovi entranti nel mercato
87
televisivo. Tutto questo deve essere realizzato utilizzando le 56 frequenze della banda
televisiva (incluse le 9 frequenze destinate al dividendo digitale esterno).
L’AGCOM, con la Delibera 181/CONS del 2009, ha previsto la realizzazione di 21 multiplex
realizzati in modalità prevalentemente SFN (macro-aree) e ad estensione nazionale. Cinque di
questi multiplex saranno assegnati a nuovi operatori con una gara e costituiranno il dividendo
digitale interno italiano. Nel successivo Capitolo 2 illustreremo le caratteristiche tecniche
generali delle reti SFN previste dalla Delibera 181/CONS, delle problematiche inerenti alla
realizzazione di multiplex ad estensione regionale e sub-regionale destinati all’emittenza
locale e delle modalità di coordinamento internazionale dei multiplex nazionali e locali.
Come vedremo, l’uso intensivo dello spettro garantito dalle reti SFN (coordinate a livello
internazionale) può consentire al nostro Paese di corrispondere alle esigenze di continuità
operativa di decine di operatori nazionali e di centinaia di operatori locali ma, al tempo stesso,
rende estremamente difficile il contestuale utilizzo della risorsa spettrale per servizi diversi
dal “broadcasting” televisivo.
Insomma, l’Italia, pur essendosi data un calendario di “switch-off” che le consentirà di
concludere lo spegnimento dell’analogico per il 2012, potrebbe avere significative difficoltà a
seguire la Raccomandazione della Commissione Europea per quel che concerne l’uso
armonizzato della banda 800MHz come dividendo digitale esterno.
Queste significative difficoltà non implicano, tuttavia, la scelta definitiva di non utilizzare la
banda 800MHz per le telecomunicazioni mobili. È infatti inevitabile che, a lunga scadenza,
l’Italia debba armonizzare l’uso di questa banda con gli altri Paesi europei. Dunque, è
necessario immaginare un nuovo processo di transizione, una “roadmap”, che consenta di
allocare la banda 800 MHz ai servizi IMT senza penalizzare gli investimenti e la continuità
aziendale dei “broadcaster” assegnatari di frequenze nella banda 800Mhz.
Come detto, non si tratta di una “doppia transizione” solo italiana. Anche la Francia, ad
esempio, ha dovuto pianificare un processo in due fasi: nella prima fase verranno assegnate
agli operatori frequenze “compatibili” con le assegnazioni del Piano di Ginevra del 2006
mentre nella seconda fase verrà “liberata” la banda 800 MHz con una limitata ri-assegnazione
agli operatori.
La situazione italiana è però molto diversa da quella francese. In Francia esiste
essenzialmente un solo “operatore di rete” (TDF) e, dunque, il processo di ri-assegnazione e
88
cambio delle frequenze operative coinvolge una sola organizzazione ed è quindi più semplice.
In Italia, invece, ogni “broadcaster”, dal più grande operatore nazionale alla emittente locale
con un solo impianto, gestisce la propria rete (integrazione verticale). Questo assetto ha reso e
renderà estremamente complesso il passaggio analogico-digitale. La scelta di realizzare reti
SFN, se coerentemente applicata, semplificherà, invece, un eventuale processo di liberazione
della banda 800 MHz. Infatti, al termine della prima fase dello “switch-off”, in ogni bacino di
servizio una frequenza sarà utilizzata da un solo operatore e quindi sarà possibile decomporre
il processo di ri-assegnazione in maniera flessibile ed efficiente.
Resta, tuttavia, il problema di liberare una porzione di spettro senza disporre, come
l’amministrazione francese, di frequenze alternative per ospitare i “broadcaster” che saranno
costretti a lasciare le frequenze in banda 800 MHz. Nel nostro Paese si dovrà progettare un
processo nel quale lo spettro possa essere condiviso tra “broadcaster” ed operatori TLC in
modo tecnicamente ed economicamente accettabile. Tutto dipende dunque dalle condizioni
tecniche ed economiche di “convivenza” tra il “broadcasting” radio-televisivo ed i servizi
IMT.
Per condizioni tecniche intendiamo la possibilità di condividere la stessa frequenza, con una
qualità del servizio accettabile, da parte di due servizi diversi. Si tratta di un tema di grande
interesse internazionale che negli Stati Uniti e nel Regno Unito ha sollevato un diffuso
dibattito sulla riusabilità dei cosiddetti “white spaces” da parte di apparati in grado di sondare
lo spettro (cognitive radio) alla ricerca di canali non utilizzati (i cosiddetti “white space
devices” o WSD). Le condizioni economiche sono invece legate ai diversi costi di “roll out”
delle reti di “broadcasting” e della famiglia IMT, ai diversi scenari di fruizione dei servizi
veicolati da queste reti e all’intersecarsi di strategie di “business” diverse e delle quali sarà
fondamentale valutare la compatibilità.
L’attività del gruppo di lavoro dell’Università di Roma “La Sapienza” nell’ambito del WP3.1
si è dunque focalizzata sulla valutazione delle condizioni tecniche di convivenza, in alcuni
scenari significativi, tra i servizi diffusivi televisivi in tecnica digitale e i servizi wireless della
famiglia IMT. I risultati di questa analisi verranno illustrati nel capitolo 3.
89
4.2 COORDINAMENTO INTERNAZIONALE E RETI SFN
4.2.1
1.1
Accordo di Ginevra 2006
La Conferenza Regionale delle Radiocomunicazioni (RRC-06), si è tenuta a Ginevra dal 15
maggio al 16 giugno 2006 sotto l’egida dell’ITU ed ha avuto come oggetto la pianificazione
del servizio di radiodiffusione terrestre sia televisiva (DVB-T) che radiofonica (T-DAB) in
tecnica digitale.
La Conferenza di Ginevra ha approvato un piano di assegnazione delle risorse frequenziali
basato su “allotment” (aree in cui è consentito l’utilizzo di una specifica frequenza e nelle
quali il servizio è protetto dall’interferenza proveniente da paesi confinanti) e su “assignment”
(impianti trasmittenti di cui sono definiti e conosciuti la frequenza di esercizio e i parametri
tecnici e che, con quelle caratteristiche, possono essere attivati e registrati nel Master Register
dell’ITU con una minima attività di coordinamento).
Allotment e assignment forniscono dunque, rispettivamente, diritti di protezione e diritti d’uso
su specifiche frequenze. Durante la fase preparatoria e durante la Conferenza stessa, furono
creati tavoli negoziali bilaterali o multilaterali con le nazioni confinanti e, nell’ambito di dette
negoziazioni furono identificate delle aree rilevanti, corrispondenti agli insiemi di allotment di
amministrazioni confinanti giudicati come potenzialmente interferenti dalle amministrazioni
interessate. Successivamente, applicando il principio base dell’ITU dell’equa ripartizione
delle risorse radioelettriche tra le nazioni coinvolte, i canali televisivi sia in banda III VHF
che in banda IV e V UHF furono ripartiti, al fine di evitare interferenze reciproche, tra gli
allotment appartenenti alle aree rilevanti.
I risultati di tali negoziazioni furono formalizzati e siglati dalle amministrazioni nella forma di
“accordi di principio” (principles agreement) e la loro formalizzazione definitiva fu rimandata
ad una successiva fase di coordinamento bilaterale tra le varie amministrazioni (a titolo di
esempio
nella
successiva
figura
viene
riportata
l’area
rilevante
concordata tra
l’amministrazione italiana e le amministrazioni delle nazioni adriatiche in sede di Conferenza
di Ginevra del 2006).
90
4.2.2
Reti SFN ad estensione nazionale
Le reti digitali terrestri possono essere realizzate in due diverse modalità. Una modalità simile
a quella adottata per le reti analogiche e che prevede l’uso di frequenze diverse in bacini
contigui (modalità MFN – multi-frequency network) ed una modalità che, sfruttando
pienamente le potenzialità della tecnologia OFDM, realizza reti nelle quali gruppi di bacini
contigui (macro-aree) o anche tutti i bacini di servizio nazionali utilizzano la stessa frequenza
(modalità SFN single-frequency network).
La modalità MFN semplifica la transizione in contesti ordinati in quanto consente la
trasformazione delle reti analogiche in reti digitali senza modificare lo schema di ri-uso delle
frequenze. Il Piano definito dalla Conferenza di Ginevra è un Piano MFN e tutti i paesi
europei, con l’eccezione dell’Italia, hanno pianificato le proprie reti televisive in modalità
MFN.
Ad esempio la Francia ha deciso di utilizzare 40 delle 49 frequenze della banda UHF (le
frequenze della banda 800 MHz saranno destinate al “dividendo esterno” e quelle della banda
VHF alla radio digitale) per realizzare 13 multiplex digitali (due dei quali destinati alle
91
trasmissioni mobili in tecnica DVB-H). Come si vede, dunque, la Francia utilizzerà,
mediamente, tre frequenze per multiplex in uno schema MFN.
Una rete MFN, come le reti analogiche, ha una minor efficienza spettrale (numero di
programmi per frequenza) e tende ad utilizzare lo spettro in modo meno intensivo delle reti
SFN. A titolo di esempio si veda lo schema di riuso immaginato dalla Francia (tratto dalla
presentazione di Francois Rancy al Seminario Bordoni del 14 gennaio 2008) per il canale 39
della banda UHF. Come si vede, il canale è utilizzato in aree di servizio (allotment) separate e
non è utilizzato in vaste zone del territorio francese.
Il Regno Unito ha pianificato soltanto 6 multiplex digitali (tre dedicati al servizio pubblico e
tre destinati al servizio commerciale). Questo significa che la struttura MFN delle reti inglesi
lascerà ancora più spazio inutilizzato rispetto a quelle francesi. A conferma di questa
circostanza, si veda la figura seguente, tratta dallo studio sul riuso dello spettro predisposto
dalla National Wireless Grid per l’OFCOM, che mostra una ipotesi di copertura dei tre
“multiplex” di servizio pubblico nel Regno Unito (dai 71 siti principali). Ciascun colore
rappresenta una diversa “tripla” di frequenze utilizzata dai tre multiplex di servizio pubblico.
Come si vede, ogni frequenza della stessa “tripla” (stesso colore) è ripetuta in aree a
92
significativa distanza mentre la copertura del “multiplex” è assicurata dall’insieme delle
frequenze utilizzate. Le tre frequenze associate al colore rosso sono utilizzate, ad esempio,
solo in un bacino di servizio e possono essere riutilizzate ovunque purché ad opportuna
distanza e con opportuni accorgimenti tecnici.
In conclusione, la modalità di pianificazione MFN è preferibile ai fini di una semplice
transizione nei Paesi in cui l’uso dello spettro sia già ordinato ma assicura una minore
capacità trasmissiva per il “broadcasting” e pone il problema della destinazione del cosiddetto
“interleaved” spectrum (ovvero la porzione di spettro non utilizzata in vaste zone del Paese).
L’Italia ha caratteristiche totalmente diverse da quelle degli altri Paesi Europei. L’uso dello
spettro è stato finora caotico e disordinato. Le reti analogiche sono nate e si sono sviluppate al
di fuori di qualsiasi regola di pianificazione e di buon uso dello spettro. Decenni di evoluzione
non pianificata hanno creato un “equilibrio interferenziale” che consente la legittima attività
di centinaia di emittenti locali e decine di emittenti nazionali. Si tratta di un equilibrio
interferenziale che (a) non consente l’accesso allo spettro a nuovi operatori, (b) genera un
enorme interferenza sui paesi confinanti e (c) viene pagato da molti operatori (soprattutto
locali) in termini di bassa qualità del servizio.
Nessuna di queste tre condizioni potrà essere accettata nello scenario digitale. La
Commissione Europea ha infatti avviato una procedura di infrazione verso l’Italia, imponendo
al nostro Paese di aprire l’accesso allo spettro a nuovi operatori; procedura di infrazione alla
93
quale l’AGCOM ha risposto con la delibera 181/CONS del 2009 della quale parleremo tra
breve.
Per quello che riguarda l’interferenza verso i Paesi confinanti (punto b) ricordiamo che l’Italia
ha sottoscritto gli Atti Finali della Conferenza di Ginevra 2006 e che nessuno dei Paesi
confinanti è più disposto ad accettare che il principio dell’accesso equo alle risorse spettrali
sia apertamente violato dall’Italia. Infine, la bassa qualità del servizio, accettabile nelle
trasmissioni analogiche che consentivano uno “smooth downgrading” della qualità di
ricezione, non lo sarà più in digitale dove interferenza e scarsa copertura provocano un brusco
passaggio alla totale assenza di servizio.
E dunque l’Italia è stata costretta ad immaginare una modalità di pianificazione dello spettro
televisivo che le consentisse di:
rendere disponibili risorse aggiuntive per almeno 5 nuovi entranti nel mercato televisivo
rispettare i vincoli di coordinamento internazionale;
massimizzare la capacità trasmissiva disponibile per consentire una continuità di servizio a
centinaia di emittenti nazionali e locali.
Queste esigenze hanno suggerito all’AGCOM di pianificare i futuri “multiplex” digitali
utilizzando il modello SFN e non più il modello MFN che aveva ispirato, anche in Italia, i
Piani delle Frequenze del 1998 (analogico) e del 2003 (digitale). Infatti, la pianificazione SFN
(per macro-aree pluri-provinciali o aree tecniche) è l’unica che possa consentire, allo stesso
tempo, la massimizzazione del numero di multiplex realizzabili e il rispetto del principio
dell’accesso equo allo spettro alla base della convivenza europea.
Nella figura che segue è rappresentato il significativo miglioramento, in termini di efficienza
spettrale, garantito dalle reti pianificate in modalità SFN. Da due multiplex MFN che
utilizzano 8 frequenze, trasportano 10 programmi e lasciano, ovviamente, ampie zone di “riusabilità” si passa ad un utilizzo intensivo dello spettro, una frequenza per operatore, 6
“multiplex” realizzabili con 6 delle frequenze utilizzate dai “multiplex” MFN, 30 programmi
(o 12 in alta definizione) e 2 frequenze liberate (per il dividendo esterno) in tutta l’area
tecnica.
94
The “SFN solution”
MFN-DIGITAL NETWORK:
• Different channels in neighboring areas
• 8 channels  2 multiplex
• 10 programs ( 4 in HD)
• Re-usable in white spaces only
MFN Network 1
Mux 1
MFN Network 2
Mux 2
Mux 3
DIGITAL SFN NETWORK:
• 1 channel per operator
• same channel in “large areas” (Sardinia)
• 6 digital multiplexes (2 unused)
• 30 programs (or 12 in HD)
Mux 4
Mux 5
Mux16
Bisogna anche aggiungere che, come abbiamo osservato, la pianificazione MFN è preferibile
in uno scenario analogico ordinato in quanto consente una più agevole transizione. In Italia,
invece, siamo in presenza di uno scenario certamente disordinato ed inefficiente (il c.d. “far
west delle frequenze”) e di fronte al pericolo di una transizione 1-a-1 (ogni impianto
analogico si trasforma in un impianto digitale) che finisse con il conservare anche in digitale
tutti gli squilibri e le barriere all’ingresso dello scenario analogico.
E dunque, con la delibera 181/CONS del 2009 l’AGCOM ha decisamente optato per la
pianificazione in modalità SFN e previsto la realizzazione di 21 “multiplex” nazionali che
utilizzino, ciascuno, una sola frequenza su tutto il territorio nazionale. Nella delibera 181
l’Autorità ha anche indicato che 5 dei 21 multiplex dovranno essere assegnati mediante una
procedura di gara aperta e trasparente e che 3 di questi 5 multiplex dovranno essere assegnati
a nuovi entranti nel mercato (rispondendo, in questo modo alla minaccia di apertura di una
procedura di infrazione europea). Nella Delibera 181/CONS, l’AGCOM ha anche specificato
che, nel rispetto dei vincoli imposti dal coordinamento internazionale, dovrà essere
massimamente garantita alle emittenti nazionali e locali la continuità del servizio e la
protezione degli investimenti effettuati.
95
4.2.3
Coordinamento Internazionale
Abbiamo detto nel precedente paragrafo che l’AGCOM ha scelto, per il nostro Paese, uno
schema di pianificazione SFN. Abbiamo anche sottolineato come sia indispensabile
coordinare le reti SFN realizzabili nel nostro Paese secondo le procedure stabilite dalla
Conferenza di Ginevra del 2006.
In questo paragrafo vogliamo discutere la difficoltà tecnica di coordinare schemi di
pianificazione e destinazioni d’uso diverse. Infatti, come abbiamo visto, tutti i principali Paesi
europei pianificheranno un minor numero di “multiplex” digitali in modalità MFN,
dedicheranno l’intera banda VHF alla radiofonia e almeno i 72 MHz della banda 800 MHz
alle telecomunicazioni mobili mentre l’Italia destinerà l’intera banda UHF e la gran parte
della banda VHF alla realizzazione di “multiplex” televisivi.
Di conseguenza, i principali Paesi europei dovranno affrontare e risolvere il problema del
riutilizzo delle frequenze inutilizzate nello schema MFN (interleaved spectrum) e
dell’attivazione di servizi non previsti dalla Conferenza di Ginevra e della “convivenza” di
servizi di “broadcasting” e di telecomunicazioni mobili sia all’interno dei confini nazionali
che attraverso le frontiere. L’Italia, al contrario, non avrà il problema del riutilizzo dello
spettro in quanto lo schema SFN è estremamente efficiente e garantisce un’altissima densità
di trasmettitori che utilizzano la stessa frequenza, mentre avrà la necessità di utilizzare la
stessa frequenza anche al di fuori degli allotment previsti dalla Conferenza di Ginevra (che
immaginava anche per
l’Italia uno schema MFN) e, soprattutto, di utilizzare tutte le
frequenze dello spettro nel rispetto del principio di accesso equo alle risorse spettrali.
E’ dunque interesse comune rivedere (a soli tre anni dalla firma) le conclusioni della
Conferenza di Ginevra e demandare al coordinamento bilaterale la definizione di nuove
regole di coordinamento.
L’Italia non è (fortunatamete) sola a chiedere un’interpretazione flessibile delle regole di
Ginevra. Tutti gli altri Paesi europei hanno interesse a negoziare un coordinamento al di fuori
di un rigido sistema di allotment che consenta l’avvio coordinato ed armonico di nuovi servizi
e nuove tecnologie.
A tal fine, è in corso un’intensa attività di coordinamento con i paesi confinanti, soprattutto
Francia, Svizzera e Vaticano per l’utilizzo e l’incremento in maniera armonizzata e non
interferenziale delle risorse spettrali usabili da ogni singolo paese. Tale attività è prevedibile
96
sarà da svolgere fino al completo switch-off del sistema televisivo analogico sia in Italia che
nei paesi radio-elettricamente confinanti, con l’intendimento di poter utilizzare tutto l’insieme
delle 56 frequenze disponibili in banda VHF e UHF.
Come detto, l’utilizzo dell’intero spettro destinato alle trasmissioni radio-televisive richiede,
per essere accettato dalle amministrazioni confinanti, un approccio rispettoso del principio
dell’accesso equo alle risorse frequenziali (“equitable access”). In particolare, la necessità di
coordinare reti basate su tecnologie diverse nella stessa banda di frequenze ha condotto l’Italia
ad adottare una proposta di coordinamento internazionale asimmetrico, basata sul principio
delle soglie sull’interferenza cumulativa e originariamente formulata dall’amministrazione
svizzera. Lo schema di coordinamento asimmetrico è così strutturato:
Nella banda VHF-III l’Italia garantisce che la somma in potenza dei segnali emessi da
impianti italiani operanti alla frequenza associata a ciascun allotment estero di GE06 sarà, in
ogni punto di quell’allotment, inferiore ad una soglia specifica per la radiofonia digitale e
definita in fase di coordinamento bilaterale. L’amministrazione estera garantisce il rispetto di
un vincolo simmetrico per gli allotment DVB-T assegnati all’Italia dalla Conferenza di
Ginevra del 2006.
Nella banda UHF (IV e V), con l’eccezione dei canali (61-69) se l’amministrazione estera ha
deciso di utilizzare la banda 800 MHz per il “digital dividend”, le due amministrazioni
concordano una partizione dei canali disponibili in due gruppi di uguale cardinalità (che
verranno detti nel seguito canali o frequenze preferenziali). Operata la partizione, l’Italia
garantisce che la somma in potenza dei segnali emessi da impianti italiani operanti ad una
qualsiasi frequenza preferenziale per l’amministrazione estera sarà, in ogni punto dell’area di
coordinamento estera, inferiore ad una soglia specifica per il servizio DVB-T e definita in
fase di coordinamento bilaterale. L’amministrazione estera garantisce il rispetto di un vincolo
simmetrico per tutte le frequenze preferenziali italiane.
Nel caso in cui l’amministrazione estera abbia deciso di utilizzare la banda 800 MHz per il
“digital dividend”, l’Italia garantisce che la somma in potenza dei segnali emessi da impianti
italiani operanti a ciascuna frequenza di quella banda sarà, in ogni punto dell’area rilevante in
territorio estero, inferiore ad opportune soglie definite in fase di coordinamento bilaterale. Le
soglie saranno diverse per la sotto-bande destinate all’uplink e al downlink del servizio
mobile. L’amministrazione estera garantisce che gli impianti delle reti mobili rispetteranno
97
opportune soglie in ogni punto della porzione italiana dell’area rilevante.
Il metodo di coordinamento asimmetrico consente un totale disaccoppiamento dei processi di
pianificazione nei due paesi radio-elettricamente confinanti. In particolare, la disponibilità
della stessa frequenza in tutta l’area rilevante e il metodo “a soglie” consentono all’Italia e ai
Paesi confinanti di pianificare servizi differenti (reti televisive, reti radiofoniche o reti mobili)
in aree esposte all’interferenza anche al di fuori degli schemi imposti dalla Conferenza di
Ginevra.
Inoltre, per l’Italia sarà possibile utilizzare tutte le 48 frequenze della banda UHF e le 7
frequenze della banda VHF (si esclude il canale 12 interamente dedicato alla radiofonia)
fermo restando che sulle frequenze preferenziali dell’amministrazione estera le reti italiane
non godranno di alcuna protezione.
Questo schema di coordinamento è stato messo a punto e largamente condiviso negli incontri
bilaterali che l’amministrazione italiana ha avuto con la Francia e la Svizzera ed è coerente
con gli accordi di principio sottoscritti alla Conferenza di Ginevra 2006 dall’Italia con i paesi
adriatici (Austria, Slovenia, Croazia, Montenegro, Albania e San Marino). In quegli accordi,
infatti, i paesi che si affacciano sull’Adriatico avevano concordato di dividere le 48 frequenze
della banda UHF in due gruppi di 24 frequenze, uno preferenziale per l’Italia e l’altro
preferenziale i paesi del gruppo Adriatico.
4.3 CONVIVENZA TRA “BROADCASTING” DIGITALE TERRESTRE E
SERVIZI IMT – LO SCENARIO
Nel capitolo precedente abbiamo brevemente descritto i risultati della Conferenza di Ginevra
2006, le caratteristiche dei due principali schemi di pianificazione (MFN e SFN) e lo schema
di coordinamento internazionale asimmetrico discusso nei tavoli di coordinamento. Si tratta di
premesse indispensabili alla descrizione del lavoro tecnico oggetto di questo capitolo: la
descrizione e l’analisi di uno scenario di convivenza tra “broadcasting” digitale terrestre e
servizi di telecomunicazioni mobili.
La descrizione dello scenario di convivenza deve inevitabilmente iniziare con una valutazione
della specificità
italiana (così come determinata dall’evoluzione storica e dalle recenti
decisioni AGCOM). Come detto, la situazione italiana è unica in Europa. L’Italia ha optato
per la pianificazione SFN e, quindi, per una massimizzazione dell’efficienza spettrale e per un
98
uso intensivo dello spettro. Inoltre, l’Italia è forzata, dall’altissimo numero di operatori locali
e dalle garanzie di continuità aziendale che la delibera 181/CONS ha fornito a tutti gli
operatori italiani legittimamente operanti, ad utilizzare anche le frequenze della banda 800
MHz per le trasmissioni televisive. Le Raccomandazioni europee non forzano, infatti, l’Italia
a liberare la banda 800 MHz ma lasciano, almeno fino al 2015, la decisione di come utilizzare
quelle preziose frequenze ai singoli stati nazionali. L’unica richiesta è quella di rispettare
regole “eque” di coordinamento internazionale. Sarebbe dunque molto difficile per l’Italia
rinunciare alla capacità trasmissiva di 9 “multiplex” e, considerato che il numero di
“multiplex” nazionali è fissato in 21, porre questa rinuncia quasi esclusivamente a carico
dell’emittenza locale.
Dunque l’Italia non avrà, a breve termine, un dividendo digitale e, a causa della pianificazione
di reti (SFN) che utilizzano in modo intensivo lo spettro, non avrà “white spaces” estesi come
quelli dei Paesi che adotteranno uno schema di pianificazione MFN (Francia, UK, Svizzera,
etc.).
L’Italia disporrà di risorse da destinare al dividendo esterno solo nelle aree tecniche in cui la
richiesta delle emittenti legittimamente operanti (essenzialmente locali) sarà inferiore alle
risorse disponibili.
La disponibilità di un dividendo esterno limitato a breve termine è dunque un fatto, qualunque
sia la valutazione che di questo fatto si voglia dare. E’ altrettanto certo, tuttavia, che a mediolungo termine (dopo il 2012) anche l’Italia dovrà armonizzare la sua banda 800 MHz con
quella degli altri Paesi Europei e aprirla all’uso degli operatori mobili. Tale scelta sarà poi
inevitabile in prospettiva più lunga (dopo il 2015), quando la Rete (convergente) di Nuova
Generazione raggiungerà l’utenza fissa con connessioni fisse a larghissima banda e l’utenza
mobile con le tecnologie wireless di quarta generazione.
La domanda centrale allora diviene la seguente: quali meccanismi regolamentari favoriranno
lo sviluppo, nella banda 800 MHz, dei servizi di banda larga mobile e il progressivo
abbandono di questa porzione di spettro da parte del “broadcasting” televisivo, come nel resto
d’Europa.
L’ipotesi di questo studio è che il meccanismo regolamentare che meglio potrà garantire una
progressiva trasformazione dell’uso della banda 800 MHz nel senso appena descritto è quello
di una assegnazione contemporanea delle frequenze agli operatori televisivi e agli operatori
99
mobili.
Ai primi nel rispetto dei diritti acquisiti (“legacy”) o con le nuove regole di gara per i nuovi
entranti. Ai secondi, invece, mediante una procedura di asta competitiva a spettro occupato
analoga a quella che ha portato, negli Stati Uniti, all’assegnazione delle frequenze UHF
nell’asta FCC del 2008.
I diritti d’uso degli operatori televisivi dovrebbero avere carattere “primario” ma essere
limitati nel tempo (ad esempio fino al 2015) mentre quelli degli operatori mobili dovrebbero
essere limitati all’esterno delle aree di servizio degli operatori televisivi ma avere durata più
lunga (ad esempio pari a quella delle licenze UMTS).
Durante il periodo di “coabitazione”, l’operatore mobile dovrebbe limitarsi ad utilizzare le
frequenze nelle aree non servite dall’operatore televisivo, con diritti simili a quelli previsti per
gli utilizzatori dello spettro “interleaved” nel Regno Unito o dei “white spaces” negli Stati
Uniti. Un eventuale anticipo sui tempi della sostituzione del servizio televisivo con il servizio
mobile dovrebbe essere lasciato alla libera negoziazione tra operatore mobile e operatore
televisivo.
In questo quadro, la valutazione delle condizioni tecniche di “convivenza” tra i due servizi e
della estensione delle rispettive aree di servizio è, con tutta evidenza, un obiettivo di grande
rilevanza per tutti gli “stakeholders”. Lo è per il regolatore ai fini della definizione dei diritti
d’uso dello spettro e lo è per gli operatori e per i responsabili della politica industriale ai fini
della valutazione economica di un eventuale “switch-off” anticipato in specifici bacini di
servizio.
Anche per questo motivo, nel Regno Unito, l’OFCOM ha commissionato dettagliati studi
tecnici finalizzati alla valutazione dell’interferenza reciproca tra i servizi IMT e quelli DVB-T
(Era Technology 2007-2008), per la valutazione degli effetti dell’interferenza internazionale
(Mason 2007) e per una valutazione preliminare del servizio sullo spettro “interleaved”
(National Grid Wireless 2007).
Nello scenario italiano, a causa dell’uso intensivo dello spettro, la valutazione deve essere
essenzialmente concentrata sull’interferenza co-canale (ovvero tra trasmettitori che operano
alla stessa frequenza) e riguardare il “trade-off” tra l’uso televisivo e l’uso mobile dello
spettro.
100
In tutti gli studi dedicati all’analisi simulativa delle possibili interazioni tra servizio mobile e
servizio “broadcasting”, la valutazione è sempre stata limitata alla interferenza tra terminali
riceventi e trasmettitori20. Anche le indicazioni che OFCOM (Documento di consultazione:
Digital Dividend: Cognitive Access, Febbraio 2009) e FCC (Decisione “white spaces” del 411-2008) sono limitate alla definizione di soglie sotto le quali è possibile attivare il servizio
secondari senza interferire sul servizio primario. Inevitabilmente, le soglie sono calcolate nel
“caso peggiore”, immaginando cioè che il servizio primario sia ai limiti di ricevibilità.
Come si vede nella figura successiva, tratta dal documento di consultazione OFCOM del
febbraio 2009, il livello con il quale la popolazione del Regno Unito riceve il segnale sui
canali 23, 34 e 54 è distribuito tra un livello di -72 dBm e -9 dBm. L’80% della popolazione
riceve il segnale ad un livello superiore ai -45 dBm, eppure il livello di sensibilità (potenza
minima per il servizio) assunto dallo studio ERA e dalla consultazione OFCOM è, per ovvi
motivi prudenziali, posto a -72 dB. A partire da questo valore OFCOM (ed FCC) pongono a 114 dBm (un valore molto basso) il livello del segnale primario in presenza del quale può
essere attivato un servizio secondario (esistenza di un “white space”) senza pericolo di
generare interferenze distruttive. Si tratta, certamente, di un livello che garantisce al 100% il
servizio primario ma che non consente, tuttavia, di valutare in modo realistico l’estensione
delle aree di “condivisibilità” della risorsa spettrale.
20
B. Randawa, I. Parker - Conducted measurements to quantify different type of interference in the DDR
frequency spectrum
ERA-OFCOM Report 2007-0632
101
Infatti, nelle aree dove la popolazione riceve il segnale primario (“broadcasting” televisivo)
con un livello più alto (ad esempio il 50% della popolazione riceve un segnale di livello
superiore a -30 dB) il servizio secondario potrebbe essere attivato senza diminuire in modo
sostanziale la qualità del servizio televisivo.
Per questo motivo, in questo studio abbiamo deciso di analizzare la “compatibilità” tra servizi
diversi confrontando l’estensione delle aree di servizio televisive e mobili al crescere del
numero di impianti attivati. A tale scopo, si è analizzata, con valutazioni basate sulla
simulazione dei due servizi, la relazione esistente tra l’incremento marginale degli utenti
televisivi e il numero degli utenti dei servizi a banda larga perduti all’accensione di ogni
nuovo impianto di “brodcasting”.
Tale valutazione è
stata effettuata in modo incrementale, ordinando gli impianti per
popolazione servita decrescente e valutando sia l’andamento della popolazione servita
dall’operatore televisivo e che l’estensione delle aree servite dall’operatore mobile alla
progressiva accensione (nell’ordine detto sopra) di tutti i trasmettitori della rete digitale SFN.
Vediamo in dettagli le ipotesi alla base della simulazione dei due servizi.
102
4.3.1
Valutazione del servizio e dell’interferenza delle reti di “broadcasting”
La valutazione dell’estensione delle aree di servizio delle reti di “broadcasting” è stata
effettuata con le metodologie attualmente utilizzate per la pianificazione nazionale e per il
coordinamento internazionale.
In ciascuno dei 9 canali della banda 800 MHz (61-69) è stata definita una rete di riferimento,
realizzata in modalità SFN e con i parametri relativi alla modulazione 64QAM (FEC 2/3)
riportati negli Atti Finali della Conferenza di Ginevra 2006. La rete di riferimento è stata
pianificata in modo tale da massimizzare la copertura di popolazione servita al 90% di
“Location Probability” e da rispettare i vincoli imposti dalle regole di coordinamento
internazionale asimmetrico descritti nel paragrafo 1.3.
L’attenuazione del segnale elettro-magnetico causata dall’orografia e dai “clutter”
(urbanizzazione, vegetazione, etc.) è stata calcolata con il modello standard ITU-1812 e con
riferimento al modello digitale del territorio SRTM della Nasa.
Il campo interferente è stato valutato sommando con il metodo “power-sum” i campi
interferenti all’1% del tempo ricevuti dai trasmettitori della rete di riferimento italiana e dagli
assignment dei paesi confinanti registrati negli Atti Finali del Piano di Ginevra del 2006
(interferenza internazionale).
4.3.2
Valutazione dell’estensione dell’area di servizio delle reti mobili
La valutazione accurata dell’estensione del servizio delle reti mobili richiede un’analisi
dinamica e statica del servizio molto più complessa da effettuare rispetto a quella necessaria
per il servizio televisivo. Per una precisa valutazione del numero di utenti serviti è infatti
necessario disporre di informazioni di dettaglio quali la distribuzione nel territorio delle “base
station”, la dettagliata conoscenza 3D dell’uso del suolo, l’uso di algoritmi di valutazione
dell’attenuazione adatti ad un ambiente urbano (ray tracing), il tipo e la qualità del servizio
richiesto dagli utenti, le tecniche di “power control” utilizzate.
In effetti però, ai fini di una valutazione di massima del “trade-off” tra l’uso mobile e l’uso
televisivo della Banda 800 MHz è forse sufficiente analizzare con metodi di simulazione più
tradizionali uno scenario tipo che rappresenti in modo approssimato la realtà senza giungere
alla drastica semplificazione di utilizzare la soglia OFCOM-FCC (-114 dBm). Una
semplificazione, quest’ultima, che corrisponderebbe all’assunzione estrema che tutti gli utenti
103
interessati ricevano il segnale televisivo al livello di sensibilità.
Lo scenario tipo è definito nel modo seguente:
Il territorio è decomposto in areole elementari di 2.5 Km di lato.
Il servizio televisivo viene valutato secondo le regole descritte nel paragrafo 2.1
Si ipotizza che in ciascuna areola all’esterno dell’area di servizio televisiva (ovvero, in
ciascuna areola non servita dal “broadcaster” al 90% di “location probability”) sia presente
una “base station” UMTS (Node B) posta a 20 metri dal suolo.
In accordo con i parametri definiti nella relazione ERA21, si ipotizza che gli utenti siano
collegati in modalità HSDPA (modulazione 16 QAM) su un canale simmetrico e con bit-rate
netto di 384 kbps.
Sempre in accordo con le ipotesi delle misure ERA, si assume che la “base station” abbia un
“load factor” tra il 50 e il 60% e che la potenza di “uplink” sia pari a -25 dBm.
In queste condizioni (si veda la figura seguente), le misure ERA indicano in -10dB l’entità del
Rapporto di Protezione del servizio mobile da un interferente co-canale DVB-T.
L’areola viene considerata “servita” della “base station” associata (e dunque dalla rete
mobile) se la somma dei segnali interferenti DVB-T (power-sum degli interferenti all’1% del
tempo valutati a 20 metri di altezza) è inferiore alla soglia di 82 dBV/m (corrispondenti ai 25 dBm del segnale utile) più 10 dB di rapporto di protezione.
21
B. Randawa, I. Parker - Conducted measurements to quantify different type of interference in the DDR
frequency spectrum –
ERA-OFCOM Report 2007-0632 – 3.6 DVB-T into UMTS Node B
104
Alcuni commenti allo scenario prima di presentare i risultati ottenuti.
Innanzitutto osserviamo che lo scenario in esame valuta la “convivenza” tra i due servizi
tenendo conto del rapporto C/I (segnale utile/disturbo) e quindi è molto meno prudenziale dei
criteri basati su una soglia valutata nel caso di ricezione al limite della soglia di sensibilità.
D’altra parte, abbiamo già osservato che l’uso di una soglia uguale a quella definita
dall’OFCOM (o dall’FCC) di -114 dBm (-7 dBV/m) ci condurrebbe immediatamente alla
conclusione di totale incompatibilità tra i servizi nello scenario di uso “denso” dello spettro
scelto dall’Italia.
Al contrario, lo scopo di questo studio è, lo ripetiamo, quello di fornire una valutazione delle
condizioni tecniche, anche estreme, di “convivenza” tra i due servizi che sia utilizzabile da
parte del regolatore, degli operatori e delle amministrazioni pubbliche. Dal primo al fine di
definire le regole di assegnazione contemporanea dello spettro e dagli altri per valutare il
“trade-off” tra l’uso televisivo e l’uso mobile della banda 800MHz.
La seconda osservazione è che lo scenario proposto non tiene in conto l’interferenza delle
“base station” sul segnale televisivo. Per valutare questo effetto si sarebbe dovuta ipotizzare
una struttura “realistica” della rete mobile e valutare l’attenuazione del segnale emesso dalle
“base station”. Come detto, questa valutazione non è immediata e verrà senza dubbio inserita
in future versioni dello scenario. Per il momento, si è ritenuto sufficiente (punto 2 dello
105
scenario) limitare la valutazione del servizio mobile alle sole areole elementari non
appartenenti all’area di servizio televisiva.
4.4 CONVIVENZA TRA “BROADCASTING” DIGITALE TERRESTRE E
SERVIZI IMT – RISULTATI E CONCLUSIONI
Lo scenario descritto nel capitolo precedente è stato valutato con riferimento a due delle 16
aree tecniche che saranno oggetto della procedura di progressivo “switch-off” analogico nel
nostro Paese. Si sono scelte, in particolare, l’area tecnica Piemonte Orientale-Lombardia e
l’area tecnica Toscana-Umbria. Il motivo della scelta è che nel primo caso siamo in presenza
di un’area nella quale i limiti di potenza sugli impianti delle emittenti televisive italiane sulle
frequenze della banda 800MHz sono meno stringenti, mentre nel secondo caso il
coordinamento internazionale asimmetrico descritto nel primo capitolo, costringe gli operatori
italiani a limitare le potenze degli impianti operanti nella banda 800 MHz per rispettare le
soglie previste nel territorio francese. Questa limitazione ha, con tutta evidenza, un effetto
sulle aree di servizio televisive e, dunque, crea la possibilità di un maggior utilizzo mobile
delle frequenze della banda 800 MHz.
4.4.1
Area Tecnica Piemonte Orientale- Lombardia
La rete di riferimento (sul canale 66) che massimizza il servizio nell’Area Tecnica Piemonte
Orientale-Lombardia definita in questo studio è costituita da 82 impianti (localizzati in
altrettanti siti di trasmissione). L’andamento della copertura di popolazione corrispondente
all’attivazione progressiva di questi impianti è riportato nella figura successiva (curva blu)
mentre l’andamento della popolazione residente nelle areole elementari servite dalla rete
mobile (punto 7 dello scenario) è rappresentato dalla curva verde.
106
100
90
80
70
60
%PopolaTV
%PopolaMobile
50
40
30
20
10
0
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76 79 82
Come si vede, l’attivazione progressiva degli 82 impianti comporta un incremento dell’utenza
televisiva servita con il classico andamento concavo mentre il decremento delle aree servite
dalla rete mobile è molto più marcato all’inizio (corrispondente all’attivazione degli impianti
televisivi a massima copertura) e converge, quando l’intera rete di riferimento televisivo è
accesa, ad un valore che potremmo definire di dividendo digitale strutturale (8% circa).
Nell’analizzare questi dati è molto importante ricordare che gli incrementi marginali di
copertura della rete televisiva corrispondono a costi crescenti più che linearmente (dovuti
essenzialmente al costo della rete di distribuzione, non più realizzabile a “rimbalzo”).
Dunque, nella valutazione economica dell’uso dello spettro dobbiamo sempre ricordare che le
coperture marginali sono a minimo beneficio per l’utente e a massimo costo per il
“broadcaster”.
Infine è interessante osservare come il numero medio di siti attivati dalle emittenti locali nel
nostro paese sia di poco superiore a 10, con centinaia di emittenti con meno di 3 impianti
operativi. Questo basso numero di impianti per rete è giustificato, come già detto, dagli alti
costi da sostenere per le coperture marginali e dall’assenza dell’obbligo, per le emittenti
locali, di realizzare una copertura universale.
Nel caso dell’Area Tecnica Piemonte Orientale – Lombardia una rete di “broadcasting” in
linea con la media nazionale e costituita da soli 10 impianti raggiungerebbe il 65% della
popolazione dell’area tecnica (le aree più densamente abitate) e consentirebbe alla rete mobile
di raggiungere il 20% della popolazione residente nelle aree marginali (tipicamente in digital
divide). Nelle mappe seguenti visualizziamo le aree di servizio televisive (blu) e le aree
107
servite dalla rete mobile (verde) dopo l’attivazione di 1, 10, 40 e 82 impianti.
4.4.2
Area Tecnica Toscana-Umbria
Nell’Area Tecnica Toscana-Umbria, al contrario della precedente, la massima copertura
raggiungibile dall’emittente televisiva sul canale 66 è limitata dalla necessità di rispettare i
vincoli di coordinamento internazionale asimmetrico verso la Francia, che utilizza questo
canale della Banda 800 MHz per il servizio mobile ”uplink”. Questi vincoli impongono una
limitazione della potenza degli impianti in Toscana e, di conseguenza, la rete di riferimento
televisiva ottimizzata e coordinata lascia ampie zone non coperte nelle provincie costiere (veri
e propri “white spaces”).
108
La rete di riferimento è costituita da 67 impianti (localizzati in altrettanti siti di trasmissione);
la popolazione nell’area di servizio televisiva rimane di poco al di sotto dell’80% mentre la
popolazione servita dalla rete mobile decresce più lentamente (40% con 10 impianti attivati) e
converge ad un dividendo digitale strutturale del 20%.
100
90
80
70
60
%PopolaTV
%PopolaMobile
50
40
30
20
10
0
1
3
5
7
9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67
109
Nelle mappe seguenti visualizziamo le aree di servizio televisive (blu) e le aree servite dalla
rete mobile (verde) dopo l’attivazione di 1, 10, 40 e 67 impianti.
Come previsto, la rete mobile a regime sarà essenzialmente concentrata nelle aree (“white
spaces”) non servite dal “broadcasting” televisivo.
110
5
SEZIONE 5: How to regulate Spectrum ? A
methodological introduction.
5.1 INTRODUCTION
Wireless services will undergo a major expansion in the next decade. The generally accepted
view is that this will provoke an increased need for radio spectrum. Major technological
changes are under way as well, which might help in improving its efficient use, but also
warrant savvier management methods 22.
Spectrum uses are of a highly diverse nature, as illustrated opn UK data on the following
chart:
Source: Ofcom, 2008
It could be thought that an economic approach would rely on cost-benefit analysis (CBA).
22
This document has strongly benefited from the research being carried out in 2006-07 within the European Commission
Specific Support Action SPORTVIEWS (Spectrum Policies and Radio Technologies for Viable Wireless Services, Contract
No 027297, www.sportviews.org). However, the author carries sole responsibility for the views expressed. They do not in
particular necessarily reflect those of the European Commission or the SPORTVIEWS consortium partners.
111
CBA, however, cannot be applied across the board as there are no reasonable common
metrics between all the uses like defence and public safety benefits on the one hand, and
commercial activities like mobile telephony on the other hand. The former should be subject
to effectiveness rules, i.e. cost minimisation for a pre-determined level of performance to be
achieved. Only for the latter can alternative uses of spectrum can only be assessed in terms of
efficiency, i.e. through cost benefit analysis and market mechanisms, within a distinct and
coherent category of services where costs and benefits correspond to reality. The distinction
between spectrum use categories consistent enough in terms of services for similar rules to
apply properly, can only be the result of policy determinations.
The impact assessment guidelines proposed here:
Explore the whole range of choices available to regulators and industry in establishing a radio
spectrum management policy by expanding beyond the standard trilogy of Command and
Control, Market and collective use.
Organise and clarify the expanded set of alternatives to be considered.
List the criteria whereby the necessary choices and decisions can be made.
It is probable an overall radio spectrum management policy comprises a plurality of the
regimes we will define, depending on the impact assessment of the diverse wireless services
areas. The most efficient regime can then be determined within each spectrum use category.
Let us now look at the criteria decision-makers at international, regional, and national levels
can resort to when going through the four steps constitutive of spectrum policy choices.
5.2 FOUR STEPS OF SPECTRUM MANAGEMENT REGIMES
ASSESSMENT FOR A SPECIFIED SET OF SERVICES
A spectrum management regime comprises four dimensions that have to be successively
analysed in what is a logical order, although iterations might be implied. The concepts and
alternative approaches must be explored at the following levels:
Allocation of Frequencies to services: Harmonisation or neutrality?
Technology: Standards or neutrality?
Usage Rights Definition: Exclusive, eased or collective?
112
Assignment Modes: Auctions/Trading, Administrative, Hybrid? We will successively
examine the above issues and alternatives.
5.2.1
Step 1: Allocation of frequencies: Service harmonisation or service
neutrality?
5.2.1.1 Definitions
Harmonisation is intended as allocating a frequency band or set of frequency bands for a
service application or category of services. It consists in defining measures at international
(ITU), regional (Europe, America, Asia), and national levels and poses limitations on service
neutrality. It is to be noted the term “service” is not understood the same way in the EU,
where a service is to be defined independent of the supporting technology/platform (platform
neutrality), and the ITU, where services are associated with platforms. Harmonisation usually
has a dynamic dimension, involving making sure spectrum in the same frequencies is released
in due time on enough markets.
There can be harmonised bands where justified, and non-harmonised bands elsewhere in the
spectrum. This leads to a distinction between possible situations: no harmonisation all across
the spectrum (or commercial spectrum) and harmonisation for distinct wireless services sets
(“clusters”), of a combination of both. The primary imperative in this area is interference
management requirements.
From this perspective, the critical questions to be answered when making choices of
harmonisation versus non-harmonisation, and of standardisation versus non-standardisation,
consist in the practical, future-oriented evaluation of two categories of factors. In short, the
general trade-offs in matters of spectrum harmonisation and wireless technology
standardisation are as follows.
5.2.1.2 Harmonisation or Service neutrality? Impact assessment
On the two issues of harmonisation and standardisation, it is to be noted the existing literature
provides neither positive nor negative compelling evidence on their overall necessity and
superiority to non-harmonisation and non-standardisation. Moreover, the existing literature
does not provide either a locally applicable toolbox of criteria to make easily the proper
choices. The evidence itself is not yet conclusive. For instance, in the very popular area of
mobile communications services, the jury is still out on the outcome of the confrontation
113
between the GSM-UMTS standardisation line of action in Europe and the agnostic approach
adopted by the U.S. and Korea.
Industry associations, however, at least in Europe, have taken a contrarian view on service
and technology neutrality in mobile services, and emphasised the benefits of harmonisation
and standardisation in two recent studies (GSMA and UMTS Forum, 2006).
Harmonisation is meant to minimise interferences, reduce cross-border coordination
requirements and ensure roaming facilities. The benefits for consumers result from the lower
network planning expenses and lower prices of devices. The costs of harmonisation are the
inefficiency costs incurred from local or overall suboptimal usage of the spectrum resource,
administrative costs and slower innovation.
Harmonisation
• Reduces interferences
• Reduces cross-border coordination
requirements
• Ensures roaming facilities and crossborder mobility
• Lower network planning costs and lower
prices of devices.
Neutrality
• Reduces interferences
• Reduces cross-border coordination
requirements
• Ensures roaming facilities and crossborder mobility
• Lower network planning costs and lower
prices of devices.
In other words, the question to be answered by decision-makers is:
How much does the lack of, or only partial, harmonisation (like in the case of GSM bands in
Europe and the US) impact the cost of network equipment, terminals and services?
This can be summarised in the following table:
If the cost differential induced in a set of
wireless applications by lack of
harmonisation is low :
If the differential is high
Economies of scale apply to the whole
industry, even a non-harmonised frequency
bands regime
Harmonisation must prevail
Tab. 1 - Decision-making: Harmonisation costs and benefits
It then can be said:
-
Lemma 1: Harmonisation costs and benefits
If the cost differential induced at network gear and device levels by lack of harmonisation
is low, economies of scale apply to the whole industry, even in a non-harmonised
frequency bands regime. If the differential is high, harmonisation must prevail.
114
5.2.2
Step 2: Technology: Standardisation or neutrality
5.2.2.1 Definitions
Standardisation is intended as designating a technology or set of technologies to provide a
category of service. It aims to ensure that the equipment used meets the technical
requirements specified in technical product standards, or specifications, in order to provide
market advantage in terms of better coexistence or interoperability, cross-border roaming,
economies of scale, etc. Standards can be determined by public bodies such as ETSI, or the
market (industry-led), and then mandated by regulation or not. It is assumed that
standardisation can only reasonably occur in a harmonised context.
For reasons of clarity, it is important to draw this distinction between harmonisation and
standardisation. Harmonisation of frequency bands, is an option at frequency allocation level,
standardisation takes place at technology level. There can be harmonisation with, or without,
standardisation. There are obvious relationships between the two, as technical standards have
to cope with the physical qualities of frequencies. Yet harmonisation and standardisation do
not necessarily go hand in hand. Various technical standards, or even non-standardised
technologies, can possibly be used in harmonised bands.
5.2.2.2 Impact assessement
It is generally accepted that there is a direct negative relation between production scale and
the costs of manufactured products. Standardisation leading to an increase in scale is intended
to lower the costs. The argument against (costs of-) standardisation (government or even
industry-led) is that it creates a lock-in, which slows or even precludes the introduction of
innovative, unexpected and un-expectable technologies. The risk is then that the industry is
stuck with inferior technology. At the highest conceptual level, dynamic efficiency must
prevail upon static considerations: innovation being by essence largely unpredictable,
government-led standardisation would have to be avoided and industry-led standardisation to
be carefully monitored to avoid the establishment of barriers to entry. Eventually, the tradeoff is between lower costs made possible by economies of scale on the plus side and potential
barriers to entry for innovative new technologies on the minus side.
115
Standardisation
•
Larger production scale => Lower
the costs
Adaptive search for best technology
time and investment consuming
•
-
•
•
Technology Neutrality
No obstacle to introduction of
innovative, unexpected and unexpectable technologies
No risk to be stuck with inferior
technology
Lemma 2: Rate of technical progress and standardisation
If it can be safely assumed that technical progress for network equipments and terminals
in a significant period under consideration (10-15 years) can be anticipated, or
accommodated within designated standards or standard categories, the benefits of
standardisation apply. If too much uncertainty regarding future technologies exists, or if
a careful examination of developments in the labs leads us to assume there is a risk of
major disruptive changes, avoiding standardisation is the safe bet. Game theory or
probabilities can be of use in the decision-making process.
The question about standardisation is: how much is lost in terms of extra costs for consumers
if terminals have to combine two or more standards? Is our grasp of the technological
paradigm in wireless for the next 10-15 years strong enough to aim at the benefits of
standardisation, or is there a risk we might miss valuable opportunities, like those offered for
instance by sharing, collective use and DFS, and in what timeframe?
In total, the trade-off is between, on the plus side, lower costs made possible by economies of
scale, on the minus side, potential barriers to entry for innovative new technologies.
5.2.3
Step 3: Usage rights options
5.2.3.1 Definitions
In the spectrum context, the following categories of usage rights can be defined: There can be:
Exclusive property rights (without easements)
Property rights with easements: they make provisions for sharing, overlay, underlay, and
Dynamic Frequency Selection (DFS). DFS can be intended in a restrictive sense as the
possibility of shifting between a set of predetermined harmonised bands, or, more extensively,
as the possibility of shifting across large areas of the spectrum. It is compatible with all nonexclusive property based regimes. The SPORT VIEWS project has examined the potential
116
interest of introducing reasoned easements. This perspective of disaggregating property rights
to benefit from technology evolution has been extensively explored by Martin Cave 23.
Collective use, the third type of usage rights, became popular as “commons” in the late
nineties with the advent of WiFi and was promoted as a far-reaching, future-oriented model.
The possible extent of collective use and, conversely, of property rights, was extensively
explored in an EU Study 24.
5.2.3.2 Assessement of usage rights

Exclusive property rights
Property rights, in the area of spectrum, are favourably described as fostering efficient use,
allowing more players to access the resource, and, when combined with trading, introduce an
element of smooth and efficient neutrality in accordance with economic optimality criteria.
Many advocate that they must be exclusive (without easements), to confer the licensees the
benefit of a “clean spectrum”, free of interferences.
The costs and potential risks include the creation of entry barriers in access to non-replicable
resources, fragmentation, hoarding, pre-emption, market dominance, foreclosure of new
entrants, in a context of vertical and horizontal integration, thus creating a potentially harmful
situation with no remedies.
•
•
•
•
PLUS Side
Fostering efficient use
Clear responsibilities in interference
management
Allowing more actors to have access to
the resource
With trading, introduce smooth and
efficient neutrality
MINUS Side
• Entry barriers in access to non-replicable
resources,
• Fragmentation
• Hoarding, pre-emption, market
dominance, foreclosure of new
entrants, in a context of vertical and
horizontal integration
An interpretation of the obligations formally or informally imposed on operators by regulators
to subcontract part of their capacity to MVNOs is precisely that they have had to mitigate the
23 Cave M., New spectrum-using technologies and the future of spectrum management: a European policy perspective;
OFCOM May 2006
24
Legal, economic and technical aspects of collective use of spectrum in the European Community, Final Report by Mott
MacDonald Ltd, Aegis Systems Limited, IDATE, Independent Ltd and Wik Consult
117
exclusive character of the licenses by imposing or inducing some kind of sharing.

Property rights with easements
The introduction of easements would be justified by recent advances in low power and
dynamic frequency selection (DFS), also called dynamic spectrum access networks
(DySpaN), They have led some to think that spectrum efficiency would be increased by
easements permitting sharing, overlay, underlay, without harmful interference. Conditions
might also be attached to usage rights pursuant to objectives democratically set by policy
makers.
PLUS Side
Recent advances in low power and dynamic
frequency selection (DFS, DySpaN),
permitting Sharing, Overlay -vertical,
Underlay – horizontal, without harmful
interference

MINUS Side
Non-clean spectrum. Interferences to
be managed
Collective use
Collective use refers to access to license-exempt bands, an “etiquette” limiting, but not
preventing interferences.
The pluses and minuses of Collective use are summarised in the table below:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
PLUS Side
Low entry barriers
Quickly addresses niche applications
Certainty of obtaining access
Less demand for licensed spectrum
Innovation (anti-monopoly)
Public infrastructure
Freedom of speech/cultural diversity
Light licensing
Private commons, Experimental
commons
MINUS Side
•
•
Technical restrictions and higher
risk of interference
Risk that the complexity and cost of
devices will be increased
The EU study on collective use presents an up-to-date assessment of the potential extent of
118
this category of usage rights 25.

Deciding on spectrum usage rights
In deciding on the nature of spectrum usage rights, successive stages have to be considered.
The first is the maximum extension of collective use, which is in harmony with the public
good nature of spectrum. Second is the reality and feasibility of “flexible” technologies
justifying easements in the property rights category, and possibly collective use. This has to
be assessed on a “best knowledge” basis. Third is the relevance and institutional acceptability
of the property-rights framework in the radio frequency spectrum area. It actually confronts
decisions-makers with difficult social and political choices, very much related to the general
institutional setting and mood in each country: the extension of property-rights meets less
resistance in the UK and U.S. than in other countries.
5.2.4
Step 4: Assignment modes of spectrum usage rights
5.2.4.1 Definitions
There are two main categories of usage right assignment modes:
Comparative administrative procedures, which include:
Pure administrative licensing procedures. It is to be noted Administered procedures can
involve a financial fee (beyond administrative costs recovery) in the form of incentive pricing.
This remains within the category of administrative control.
Hybrid modes, such as administrative procedures with a bidding price as part of a weighted
multi-criterion formula. They can, for instance, put together the contribution to local and
regional broadband development and a financial element. There is a price component, but the
licence-issuing procedure remains under administrative control.
Auctions resulting in exclusive property rights, which represent the quintessential market
solution for the assignment of spectrum usage rights. Trading is a complement to this
approach for secondary markets.
25 Study on Legal, economic and technical aspects of collective use of spectrum in the European Community by Mott
MacDonald Ltd, Aegis Systems Limited, IDATE, Indepen Ltd and Wik Consult
119
5.2.4.2 Impact assessment of spectrum assignment modes

Administrative assignment procedures/hybrid procedures
Regulators have made significant efforts over the last decade to keep up with market changes
and innovations. Some contend, however, that administrative methods might have reached a
limit and that the situation and inconsistencies in spectrum management regimes actually
hinder the deployment of new technologies. Advocates of administered neutrality, intended as
neutrality achieved within an administered setting, argue that the complexity of spectrum
usage, namely the prevention of interferences, demands strong control mechanisms. They add
that even if it represents some costs, those are smaller than those induced by the
multiplication of conflicts and litigations that would occur in their absence. There should be a
trade-off between the costs induced by sub-optimal administrative procedures and the
technical monitoring, adjustment costs and litigation costs they help avoid.
Hybrid procedures (administrative with bidding as a criterion among others) have the positive
effect of combining:
- Welfare considerations
- Domestic and international security concerns
- Preserving national or regional champions to a certain degree
- Capturing rents (possibly by maintaining them?).
Some governments, not all, are willing to implement this set of criteria and design their
procedures accordingly. Others favour a more radical market approach across the board.

Auctions/trading
Whether market mechanisms in the form of auctions and trading can bring competition and
efficiency in spectrum usage is hotly debated. Some agencies are optimistic that competition
will take place. The pro-market line of reasoning taken by the FCC Task Force 2002 report
and the Radio Agency Martin Cave 2002 reports refer to the respectable consideration that the
introduction of market mechanisms optimises the usage of spectrum, as of any other resource.
It would basically seem that the same holds for the policy orientations upheld by the
European Commission: what they propose, not without merit, is an extension to spectrum of
the general internal market principles, which are the backbone of the EU economic
120
propositions. As for trading, it is usually thought of as a way either to correct initial flaws in
allocation or assignment, or to allow for changes over time.
Looking at exclusive property rights assigned through auctions and trading, whatever the
harmonisation and standardisation context, many NRAs question their ability to foster
competition and efficiency in spectrum usage on the grounds that strategic use and significant
market power lurk around the corner. They dispute the view held by the FCC and OFCOM
that, should Significant Market Power situations arise, they could be dealt with through
standard generic competition monitoring rules and procedures. They argue exclusive property
rights on limited resources intrinsically build up to barriers to entry and have a negative
impact on neutrality.
The table below summarises the overall alternatives arranged in a 4-step decision tree
designing nine spectrum management regimes:
121
5.3 II. NINE SPECTRUM MANAGEMENT REGIMES:
STEP 1
STEP 2
STEP 3
Frequency
Allocation:
Harmonisati
on Or Not
Technologies
Standardisation
or not
Usage rights
Standardisation
Property rights:
Exclusive
(no technology
neutrality)
Harmonised
spectrum
Property
rights: with
Easements
Collective use
Property
rights:
Exclusive
(no service
neutrality)
Property
rights: with
Easements
Technology
Neutrality
Collective use
NO Standardisation
Property
rights:
Exclusive
Service
neutrality
NO
Harmonisatio
n
Property
rights: with
Easements
Collective use
STEP 4
Spectrum
assignment mode
Spectrum
Management
Regime #
1a Standard Command
and Control (CC)
1b Technology
a/ Administrative
Control/Property
Assignment
rights (PR) Market
Procedure/Hybrid b/
2a Mitigated CC with
Auctions/Trading
easements
2b Technical CC+
Mitigated Market
License-exempt
3 CC Collective
4a Technology
neutrality in CC
context
a/Administrative
4b Harmonised
Assignment
Frequencies/Neutralit
Procedure/Hybrid b/
y in usage rights
Auctions/Trading
5a Controlled
neutrality
5b Harmonised
neutrality Plus
6 Standard 'Commons'
License-exempt
Regime
7a Administered
Neutrality
7b Pure market
regime:
a/Administrative
libertarian
Assignment
8a Technology
Procedure/Hybrid b/
Neutrality/Administer
Auctions/Trading
ed semi-PR Market
8b Mitigated Market
regime: semilibertarian
License-exempt
9 California Dream
The standard trilogy is present in this table: We recognise regime 1a as the traditional
Command and Control model. Regime 7b qualifies as a full property-based market regime:
one single market process combining flexible frequency allocation and technical choice.
Regime 6 is the “commons” model.
What this table illustrates, however, is a diversity of regimes broader that usually exposed.
Before looking into the grounds on which each of these regimes could be pragmatically
122
justified, let us provide some brief descriptions. Regime 1b, for instance, combines a hybrid
of command and control at a frequency allocation and technology level, and auctions for
property rights assignment. Harmonisation (at allocation level) is thus compatible with some
degree of market mechanisms, at assignment level, as seen in the UMTS case in Europe. This
represents some kind of limited neutrality: sticking to harmonised allocation at an upper level,
with market at assignment level. It could be said to fall into a category of “harmonised
neutrality.”
Hybridisation can also occur between comparative administrative procedures and auctions, as
in regime 4a Technology neutrality in Command and Control context exemplified by the 2006
“Wimax” authorisation procedure in France. It combined qualitative elements submitted to
administrative evaluation, like the contribution to regional development, with financial bids. It
can also be presented as auctions with room for negotiations and mediation by the regulator.
As the regulator retains the upper hand in the mix of criteria, we consider it to fall, as a
variant, into the administrative procedures category, rather than the auctions category.
Regime 5b Harmonised neutrality Plus seems like an interesting combination of harmonised
frequencies, technical neutrality, and easements on property rights acquired through auctions,
thus accommodating some of operators’ preferences, as well as possibilities of sharing and
dynamic frequency selection.
Not all regimes are representative of realistic alternatives, but homage should be paid to
regime 9 California Dream, which embodies the vision of a vast radio spectrum commons,
supposing that the technologies exist to support it.
We have shown that neutrality and efficiency in spectrum management has to be considered
at various levels and can be combined in a variety of ways. Let us now expose the iteration of
pragmatic considerations at four levels of analysis leading to the choice of a spectrum regime,
or, more precisely to spectrum regimes in defined wireless areas.
It is too early to provide a fact-based assessment of each of the nine spectrum regimes
presented. It is also true that agencies in charge of spectrum, tend to adopt a careful and
progressive approach to changes in management methods; the road to a competitive spectrum
market is more evolutionary than revolutionary. The specifications and restrictions attached to
the frequency usage plan are progressively softened or lifted, and possibly changed into an
orientation framework. In this sense, the variety of spectrum regimes presented in this paper
123
can provide a map on which an evolutionary path from one spectrum regime to another may
be traced, alongside evolutions in wireless technologies and spectrum usage. The actual
implementation of cognitive radio, dynamic frequency selection, for instance, could warrant
an extension of easements over time.
Given the strong interaction of decisions on frequency bands, service applications, and
technology assessments, which constitutes the basic foundation of the choice of a spectrum
management regime, it is advisable to operate those choices for relevant sets of bands,
services, and technology areas, which we call wireless clusters
26
. Such clusters would
include, for instance, mobile voice and television, fixed wireless access, professional mobile
radio, collective use, public safety, etc.27 In this perspective, some wireless clusters would go
through transitions over time from one spectrum regime to another, in order to implement
changes required by demonstrated positive technological changes. Instead of a war of
doctrines between command and control, market and commons, we could have, when
required for a cluster of wireless services, an evolutionary process over time between
progressive spectrum regimes.
26
27
SPORT VIEWS Study Report May 2007, www.sportsview.org
Ibid
124
NOMENCLATURA
3GPP: Consorzio tra gruppi di standardizzazione e operatori di telecomunicazioni con
l’obiettivo di collaborare a definire i sistemi cellulari di terza e quarta generazione.
3GPP2: Equivalente di 3GPP con connotazione nordamericana e asiatica.
ARQ (H-ARQ) – Automatic Retransmission reQuest (Hibrid-): tecnica di recupero di errore
che consiste nella ritrasmissione di dati la cui ricezione non è confermata dal ricevitore. Nel
caso ‘Hybrid’, ai dati è aggiunta una piccola quantità di codifica di canale per recuperare un
minimo numero di errori sui bit senza ricorrere alla ritrasmissione.
Beamforming: tecnica di elaborazione dei segnali che realizza la trasmissione di onde radio
verso direzioni preferenziali agendo su fase e ampiezza del segnale emesso da una schiera di
antenne.
EV-DO – EVolution-Data Optimized: tecnologia per sistemi di telecomunicazione mobili di
terza generazione, definita da 3GPP2.
FDD – Frequency Division Duplex: tecnica di accesso che permette la comunicazione
bidirezionale tra due sorgenti, ciascuna della quali trasmette su una frequenza distinta.
FDMA – Frequency Division Multiple Access: tecnica di accesso in cui ogni sorgente di
informazione trasmette su frequenze diverse, senza interferenze reciproche.
HSPA – High-Speed Packet Access: evoluzione di UMTS verso i sistemi di quarta
generazione; comunemente indicato come sistema 3.5G; talora si differenzia la tecnologia che
si applica solo in downlink (o solo in uplink) come HSDPA (o HSUPA).
IMT – International Mobile Telecommunications: standard per sistemi di telecomunicazioni
mobili di terza generazione definito da ITU.
LTE - Long Term Evolution: termine generico con cui si indica l’insieme di specifiche per
sistemi di quarta generazione predisposte da 3GPP all’interno della raccolta di standard nota
come Release 8.
MIMO – Multiple Input Multiple Output: tecnica di comunicazione che prevede l’uso di
antenne multiple in trasmissione e ricezione per aumentare il throughput del canale radio
senza usare risorse di banda aggiuntive.
NodeB (eNodeB): elemento della RAN di UMTS (o di LTE) che si interfaccia con il
terminale mobile attraverso la UTRA (o la E-UTRA) e con la core network attraverso il RNC
(Radio Network Controller). LTE prevede che l’eNodeB si interfacci direttamente alla core
network, eliminando l’RNC.
125
OFDM – Orthogonal Frequency Division Multiplexing: modulazione digitale a portanti
multiple, in grado di offrire ottime prestazioni nei confronti dell’interferenza intersimbolica e
delle interferenze a banda stretta.
RAN – Radio Access Network: porzione della rete mobile composta dai terminali utente e
dagli apparati radio delle stazioni base, in comunicazione tra loro attraverso il canale radio.
SNR (SINR) – Signal-to-Noise-Ratio (Signal-to-Interference-Noise-Ratio): Rapporto tra la
potenza del segnale e la potenza del rumore di disturbo (a cui si aggiunge eventualmente la
potenza del segnale interferente nel caso di SINR); è direttamente proporzionale alla qualità
del segnale ricevuto.
TDD – Time Division Duplex: tecnica di accesso che permette la comunicazione
bidirezionale tra due sorgenti, ciascuna delle quali trasmette in uno di due sottointervalli di
una trama.
TDMA – Time Division Multiple Access: tecnica di accesso in cui ogni sorgente di
informazione trasmette in intervalli temporali diversi, senza interferenze reciproche.
UMTS – Universal Mobile Telecommunications System: tecnologia per sistemi di
telecomunicazione mobili di terza generazione, definita da 3GPP.
UTRA (E-UTRA) – (Evolved-) UMTS Terrestrial Radio Access: definizione dell’interfaccia
radio di UMTS (o di LTE nel caso di E-UTRA).
WiMAX: Nome commerciale della famiglia di standard IEEE 802.16, proposto quale rete di
accesso per sistemi di quarta generazione.
126