Che cos'è un'antenna per piccole celle? Guida completa

Il concetto di tecnologia small cell e le antenne small cell sono diventate sempre più popolari nei moderni sistemi di rete grazie alla loro capacità di fornire una communicazione efficiente anche in aree con una domanda molto elevata. Le antenne per celle di piccole dimensioni sono diventate un prodotto di successo grazie alle loro dimensioni compatte e al peso ridotto, combinate con le loro elevate prestazioni e l'alta efficienza, ideali per molti ambienti come aree urbane, stadi, aeroporti, smart city e persino aree rurali. Questo articolo illustra il concetto di piccole celle e l'importanza delle antenne per piccole celle, le loro caratteristiche, i pro e i contro, le applicazioni e molto altro ancora.

Introduzione alla tecnologia Small Cell

Le piccole celle sono nodi di accesso radio a bassa potenza, compatti e tipicamente con una portata e una potenza di uscita inferiori rispetto alle torri cellulari tradizionali. Vengono generalmente utilizzate insieme alla rete macro, integrandone e migliorandone le prestazioni. La tecnologia delle piccole celle svolge un ruolo fondamentale nel potenziamento delle prestazioni di una rete, migliorandone la capacità, la copertura e la qualità del servizio, rendendole essenziali per supportare i sistemi di rete nelle aree densamente popolate. Con la transizione verso le architetture di rete 5G e oltre, la tecnologia delle piccole celle sarà una componente cruciale. La tecnologia small cell sarà estremamente utile nelle aree con un'elevata domanda di reti wireless, come le aree urbane, gli stadi, i centri commerciali e altri luoghi affollati. Le antenne per celle di piccole dimensioni sono l'elemento più importante per la creazione della tecnologia delle celle di piccole dimensioni. Questi dispositivi sono disponibili in varie dimensioni e con diversi parametri di prestazione, come portata, livelli di potenza e fattori di forma, e possono essere utilizzati sia in ambienti interni che esterni. Possono supportare e funzionare con diverse tecnologie wireless, tra cui 3G, 4G e 5G. Sono comode da maneggiare e flessibili, il che le rende facili da installare su lampioni, pali della luce, edifici, ecc. Il tipo migliore di antenna per celle di piccole dimensioni varia a seconda del caso d'uso. a seconda del caso d'uso. In generale, la tecnologia delle piccole celle porterà i punti di accesso più vicini agli utenti finali, riducendo così il traffico di rete, migliorando la velocità e la qualità dei dati e, infine, offrendo una migliore esperienza agli utenti.

L'evoluzione delle reti cellulari

La tecnologia si è sviluppata a passi da gigante negli ultimi decenni. Nel corso delle generazioni di reti cellulari sono entrate in gioco diverse tecnologie. Con le tecnologie 5G e successive, le massicce quantità di utenti e i requisiti di alta velocità dei dati, latenza minima e così via, le antenne per piccole celle sono diventate un componente fondamentale.

Caratteristiche delle antenne per piccole celle

L'antenna svolge il ruolo più importante in una rete di piccole celle. Le antenne delle piccole celle sono progettate e costruite per fornire una copertura localizzata e una maggiore capacità di rete. Le antenne per celle di piccole dimensioni sono in grado di comunicare con i dispositivi degli utenti finali attraverso segnali RF e sono in grado di ricevere e trasmettere questi segnali wireless su diverse bande di frequenza allocate per le diverse reti nelle bande 3G, 4G LTE o 5G. Le antenne per piccole celle, come suggerisce il nome, sono più piccole e compatte delle tradizionali antenne per stazioni base e possono essere facilmente montate e installate nella maggior parte dei luoghi. Questo le rende comode e utili per fornire una copertura localizzata entro un raggio d'azione specifico. L'area di copertura di un'antenna per celle di piccole dimensioni dipende dai parametri delle sue prestazioni, come il guadagno, le bande di frequenza operative, la forma e le configurazioni dell'antenna e le condizioni ambientali operative. Le antenne per piccole celle sono in genere distribuite come una rete di nodi interconnessi con un controllore centralizzato che coordina le prestazioni tra le antenne per piccole celle e la rete macrocellulare con le normali stazioni base, ottimizzando l'allocazione delle risorse e riducendo al minimo le interferenze tra le piccole celle vicine. Le antenne delle celle di piccole dimensioni devono essere collegate alla rete principale e questo avviene solitamente attraverso connessioni di backhaul che utilizzano cavi in fibra ottica o collegamenti wireless. La corretta integrazione delle antenne delle piccole celle con le macro celle garantirà agli utenti una connettività senza soluzione di continuità.

Quali sono i principali vantaggi dell'implementazione delle celle di piccole dimensioni?

• Le antenne per piccole celle possono estendere la copertura delle reti mobili cellulari, soprattutto in aree ad alta densità. Ciò aumenta la capacità complessiva della rete ed è quindi ideale per aggiungere capacità agli ambienti in cui la domanda di connettività di rete è in aumento, come ad esempio nelle aree densamente popolate, metropolitane o commerritoriali. Le antenne per piccole celle sono utili anche per fornire connettività di rete ad aree in cui i segnali di altre macro celle potrebbero essere deboli o non disponibili.  

• Le antenne per celle di piccole dimensioni sono generalmente più economiche delle antenne per stazioni base tradizionali.

• Le antenne per celle di piccole dimensioni sono generalmente più facili e veloci da installare e utilizzare. Le dimensioni compatte e il design rendono le antenne per piccole celle flessibili e utilizzabili in un'ampia gamma di applicazioni.

• Le antenne delle piccole celle sono in grado di supportare un numero maggiore di utenti, poiché sfruttano meglio lo spettro disponibile con e senza licenza. Sono progettate per essere più efficaci delle celle macro. Le antenne delle piccole celle possono riutilizzare le stesse frequenze perché i loro obiettivi sono generalmente concentrati su aree uniche e di piccole dimensioni.

• La perdita di segnale e le interferenze nelle antenne delle piccole celle sono limitate, in quanto sono generalmente posizionate molto vicino agli utenti finali. Ciò si traduce anche in un trasferimento di dati più veloce e in una minore latenza, ideale per fornire un'esperienza utente di qualità e senza interruzioni.                                                                                                                                                                                                                                                          

Tipi di antenne per piccole celle

Le antenne per piccole celle sono disponibili in tre modelli principali: microcelle, picocelle e femtocelle.

• Microcella:

Le antenne per microcelle sono le più vicine, sia in termini di aspetto che di prestazioni, alle antenne per macrocelle, che sono i tipi di antenne tipicamente presenti. Le antenne per microcelle hanno generalmente una portata di due chilometri o meno, ma a seconda dell'antenna possono arrivare fino a qualche decina di chilometri. Le antenne per microcelle sono solitamente utilizzate nelle aree urbane esterne, dove le antenne macro hanno una copertura limitata e una densità elevata. Le antenne per microcelle possono essere utilizzate per fornire servizi di rete localizzati con una maggiore copertura e capacità. Queste antenne sono le più costose tra i tipi di piccole celle e possono supportare la capacità più elevata.

• Cella Pico:

Le antenne Pico cell hanno un'area di copertura più piccola rispetto alle microcelle. In genere possono communicare in un raggio d'azione di 200 m o meno, ma alcune antenne Pico cell possono estendere il loro raggio d'azione fino a qualche chilometro. Sono utilizzate esclusivamente per applicazioni all'aperto e al chiuso e si trovano in luoghi come centri commerciali, aeroporti o edifici per uffici.

• Femtocellula:

Le antenne femtocellulari hanno aree di copertura ancora più piccole e una potenza inferiore rispetto alle antenne picocellulari. La loro portata è generalmente di circa 40 metri o meno, ma può estendersi fino a qualche centinaio di metri. Le stazioni base sono progettate principalmente per l'uso interno in ambienti residenziali o di piccole imprese. Le antenne femtocellulari possono collegarsi alla connessione locale a banda larga di un utente per fornire una copertura cellulare localizzata entro un raggio limitato, migliorando così la copertura interna e la potenza del segnale per i dispositivi dell'utente finale. Le antenne femtocellulari hanno generalmente un costo inferiore.

Le specifiche e i parametri di prestazione dei diversi tipi di antenne per celle di piccole dimensioni possono variare in base ai diversi fornitori e produttori. La scelta di un tipo specifico di antenna per celle di piccole dimensioni per un caso d'uso dipende da diversi fattori, tra cui l'area di copertura desiderata, la densità di utenti, i requisiti di traffico dati e l'ambiente di implementazione previsto. Rispetto alle antenne per macrocelle, le antenne per piccole celle possono fornire una migliore coerenza e affidabilità all'interno del loro raggio d'azione limitato.

Sintesi

La scelta del tipo di small cell più adatto dipende dallo scenario applicativo specifico, dalla densità di utenti, dai requisiti di copertura e dalle esigenze di traffico dati.

Progressi tecnologici

Le antenne per celle di piccole dimensioni fanno parte della moderna rivoluzione tecnologica della communicazione. Le tecnologie Beamforming e MIMO (Massive Input Massive Output) svolgono un ruolo fondamentale nelle antenne per celle di piccole dimensioni. Il beamforming è la capacità di adattare il diagramma di radiazione delle antenne per celle di piccole dimensioni a uno scenario particolare, applicando a ciascun elemento dell'antenna spostamenti di ampiezza e fase relativi, in modo che i segnali di uscita si sommino coerentemente in determinati angoli e annullino distruttivamente i segnali di uscita reciproci in determinati angoli. Il MIMO massivo si ha quando un numero molto elevato di antenne viene distribuito alla stazione base, migliorando l'efficienza energetica e l'efficienza spettrale delle reti wireless. I sistemi MIMO sono in grado di gestire i frequenti handoff nelle reti a piccole celle, migliorando la qualità complessiva dell'intera rete.

Il ruolo delle piccole celle nelle reti 5G

La tecnologia delle piccole celle è fondamentale per le reti 5G per molte ragioni e alcune delle più importanti sono illustrate di seguito.

• Aumento della capacità: Le reti 5G sono caratterizzate da una maggiore velocità dei dati e da una minore latenza rispetto alle reti 3G o 4G. Le reti 5G operano tipicamente con bande di frequenza elevate e hanno portate di trasmissione brevi. Le antenne per piccole celle sono ideali per l'implementazione della rete in aree altamente popolate con maggiori esigenze di capacità, grazie alla loro copertura localizzata e alla minore potenza di trasmissione.

• Architettura di rete più densa: Le reti 5G devono soddisfare una quantità massiccia di utenti e con velocità di trasmissione dati elevate. L'architettura a piccole celle è solitamente costituita da un gran numero di stazioni base a bassa potenza collegate in uno schema specifico con un controllore centrale in modo concentrato. In questo modo si ottiene un'architettura di rete più granulare che migliora la copertura, la capacità e le prestazioni complessive della rete.

• Tecnologia a onde millimetriche: Le reti 5G operano in bande di frequenza a onde millimetriche e quindi supportano velocità di trasmissione dati estremamente elevate, ma hanno una capacità di propagazione limitata. I segnali 5G a onde millimetriche sono facilmente soggetti ad attenuazione da parte di ostacoli come edifici e fogliame. Le piccole celle sono estremamente utili nell'implementazione di distribuzioni mmWave, in quanto possono portare i segnali più vicino all'utente.

• Copertura interna migliorata: Il 5G è estremamente importante per le applicazioni indoor come le case intelligenti, gli uffici intelligenti e l'automazione industriale e richiede una connettività di rete altamente stabile e affidabile. Le antenne per piccole celle sono ideali per queste applicazioni indoor, in quanto possono essere facilmente installate negli edifici per migliorare la copertura, la capacità e la velocità dei dati.

• Slicing di rete e Edge Computing: Il 5G utilizza un concetto di network slicing che consente di assegnare le risorse di rete su richiesta a casi d'uso o servizi specifici. Le celle di piccole dimensioni sono anche in grado di facilitare la suddivisione della rete, fornendo risorse dedicate e connettività personalizzata per applicazioni specifiche in un'area specifica. Le piccole celle supportano anche l'edge computing, avvicinando le risorse di rete agli utenti e riducendo la latenza, il che le rende ideali per le applicazioni in tempo reale.

• Mobilità senza soluzione di continuità e Handovers: La tecnologia 5G deve fornire una connettività ininterrotta e senza interruzioni per un numero enorme di utenti. Le celle di piccole dimensioni possono essere estremamente utili per la creazione di reti affidabili, di qualità e senza interruzioni, perché quando le celle di piccole dimensioni sono integrate con la rete macrocellulare, consentono agli utenti di spostarsi senza problemi tra le diverse aree di copertura delle diverse stazioni base senza perdere la connettività.  

Applicazioni delle antenne per piccole celle

• Urbano:

Le antenne per piccole celle sono un metodo economicamente vantaggioso per implementare le reti nelle aree urbane, dove la domanda non è uniforme. Le antenne per piccole celle possono scaricare il traffico dalla rete macrocellulare e contribuire a colmare le lacune di copertura, migliorando la qualità complessiva del servizio di rete, la capacità, la velocità dei dati e la portata. Le antenne a piccole celle possono essere facilmente montate su lampioni, pali della luce o edifici per fornire una copertura localizzata.

• Stadi:

Gli stadi hanno esigenze specifiche in termini di connettività di rete, in quanto hanno in media un numero ridotto di utenti nelle ore non di punta, mentre durante gli eventi o gli spettacoli nello stadio si verifica un'impennata del numero di utenti e la richiesta di connettività di rete aumenta in modo esponenziale. Le antenne per piccole celle possono essere utilizzate in questi scenari per far fronte all'elevata domanda e per supportare la rete macrocellulare principale nella gestione del traffico durante le ore di punta.

• Aeroporti:

Le celle di piccole dimensioni sono utilizzate esclusivamente in ambienti chiusi, come gli aeroporti, che spesso registrano un intenso traffico di utenti e devono fornire una copertura affidabile. Le antenne per le piccole celle possono contribuire a migliorare la potenza del segnale, la capacità e la velocità dei dati all'interno degli edifici, offrendo agli utenti una migliore esperienza di rete.

• Città intelligenti:

Le città intelligenti sono per lo più alimentate dalla tecnologia 5G, che richiede elevate velocità di trasmissione dei dati, bassa latenza e la necessità di supportare un numero massiccio di utenti. Le antenne per piccole celle svolgono un ruolo cruciale, operando nelle bande di frequenza più elevate e nelle architetture di rete più dense richieste dalle città intelligenti. Esse avvicinano la rete agli utenti e consentono un uso più efficiente dello spettro disponibile.

• Connettività rurale:

Le antenne per piccole celle possono essere estremamente utili per la creazione di reti in aree rurali o remote, dove le reti macrocellulari tradizionali potrebbero non essere realizzabili. In questo modo si estenderà la copertura wireless alle aree non servite, riducendo al minimo il divario digitale.

Sfide nell'implementazione delle piccole celle

• Acquisizione del sito:

Con la diffusione delle reti 5G, le antenne per le piccole celle devono essere installate in un'architettura densificata. Tuttavia, l'installazione di un gran numero di antenne occupa molto spazio e può anche diminuire il valore della proprietà in cui vengono installate. Acquisire uno spazio sufficiente senza disturbare l'ambiente può essere una sfida. L'acquisizione di siti per le antenne per celle di piccole dimensioni può anche richiedere innumerevoli permessi, contratti di locazione, pratiche burocratiche e così via, il che non è certo l'ideale.

• Gestione delle interferenze:

Poiché le antenne delle celle di piccole dimensioni sono tipicamente distribuite in modo raggruppato, la progettazione dell'architettura, del posizionamento e dell'orientamento può essere piuttosto impegnativa, in quanto devono essere posizionate in modo da ridurre al minimo le interferenze tra ciascuna antenna delle celle di piccole dimensioni e le interferenze tra le antenne delle celle di piccole dimensioni e le antenne delle celle macro.

• Spese generali finanziarie:

L'implementazione di una configurazione di antenne per piccole celle può essere piuttosto impegnativa dal punto di vista finanziario. I costi di implementazione, di funzionamento e di manutenzione delle antenne per celle di piccole dimensioni sono solitamente più elevati rispetto all'utilizzo di ripetitori o relè tradizionali. L'implementazione di un gran numero di antenne per celle di piccole dimensioni in una regione richiede un budget maggiore.

Conclusione

La tecnologia delle piccole celle è diventata fondamentale nel mondo della communicazione di oggi. Nel mondo moderno, per raggiungere i livelli di prestazioni previsti in termini di velocità dei dati, copertura e qualità del servizio, ridurre al minimo le interferenze e la latenza, superare le limitazioni delle bande di frequenza più elevate e supportare la maggiore densità di dispositivi connessi, le antenne per celle di piccole dimensioni sono estremamente importanti. Le antenne per celle di piccole dimensioni sono disponibili in diversi modelli e la scelta del modello adatto dipende dall'ambiente operativo e dai requisiti di prestazione dell'applicazione specifica. In conclusione, la tecnologia delle piccole celle è uno strumento importante per la crescente domanda di connettività wireless.