5G: tutto ciò che devi sapere

Cos’è il 5G
Il 5G è una nuova tecnologia wireless (“senza fili”, ossia senza cablaggio) utilizzata per la trasmissione di informazioni sia mediante connessioni di tipo persona-persona che persona-macchina e macchina-macchina.
Se la prima tipologia di applicazione, quella per le comunicazioni persona-persona, costituisce una evoluzione dei servizi di telefonia mobile e di trasmissione dati, con un significativo miglioramento nelle prestazioni, le applicazioni relative alle trasmissioni persona-macchina e macchina-macchina riguardano lo sviluppo di nuovi servizi.
Il campo di applicazione di questi nuovi servizi è molto ampio e va, per fare alcuni esempi, dalla telemedicina alla domotica, dal pilotaggio di droni all’automazione di processi industriali e all’automotive, dove è alla base anche delle sperimentazioni sull’auto a guida autonoma.
Molti di questi sviluppi tecnologici possono avvenire grazie ad una delle più importanti specifiche tecniche del 5G: quella del basso tempo di latenza, che esprime la rapidità con cui un sistema risponde ad un impulso e che risulta inferiore di più di dieci volte rispetto a quello tipico del 4G.
Il settore delle telecomunicazioni è, quindi, solo uno dei numerosi campi di applicazione della tecnologia 5G che, per la grande varietà di servizi riguardanti interazioni tra macchine, prende il nome di internet delle cose (IoT – Internet of Things).
La maggiore efficienza della tecnologia 5G (maggiore velocità, minore tempo di latenza, possibilità di connettere moltissimi dispositivi, codifica ottimizzata del segnale elettromagnetico) unita all’utilizzo di particolari tipologie di “antenne intelligenti” (smart antennas) apre la strada alla diffusione di servizi innovativi diminuendo l’esposizione di chi non usa il cellulare.

Come funzionano le antenne 5G?
Le antenne “intelligenti” (smart) utilizzate da alcuni ripetitori 5G hanno un funzionamento molto innovativo: a differenza di quelle esistenti sinora, non trasmettono più un segnale di copertura con distribuzione spaziale sul territorio che non varia nel tempo, ma attivano sequenzialmente una serie di fasci (fasci di servizio), accesi per intervalli di tempo brevissimi, dell’ordine del millisecondo (beamsweeping), operando un po’ come la luce emessa da un faro. Quando uno di questi fasci rileva la presenza di un utente che ha bisogno di comunicare con il ripetitore, l’antenna genera un segnale specifico puntato verso l’utente o il gruppo di utenti (beamforming), che viene attivato solo per il tempo della comunicazione (fascio di traffico). Questi fasci sono molto stretti nella direzione dell’utente che richiede il servizio.

Quali sono le frequenze della radiazione emessa?
I sistemi 5G opereranno in Italia nelle bande di frequenza 694-790 MHz (sinora in uso alle emittenti TV e disponibili per il servizio 5G dal 1° luglio 2022), 3.6-3.8 GHz (frequenze molto vicine a quelle dei segnali di telefonia mobile LTE già utilizzate dagli operatori telefonici) e 26.5-27.5 GHz (vicine a quelle già in uso per trasmissioni satellitari).
Al momento, si sta sviluppando prevalentemente la rete 5G dedicata ai terminali mobili, che lavora sulla banda di frequenze intorno a 3.7 GHz.
La banda a 700 MHz, disponibile a partire dal 2022, verrà dedicata a servizi 5G che potranno garantire la copertura anche delle aree in cosiddetto digital divide, cioè in quei comuni italiani più svantaggiati per la ricezione dei segnali e, conseguentemente, per la fruizione dei servizi associati alle telecomunicazioni.
La banda a frequenza maggiore (26.5-27.5 GHz) in questa fase è poco utilizzata e solo per la fornitura di servizi a banda larga (no telefonia mobile).

Le attuali stazioni radio base possono essere utilizzate anche per il 5G?
Le stazioni radio base attuali possono essere utilizzate anche per il 5G previa riconfigurazione radioelettrica che consenta di inserire i relativi trasmettitori, adeguando o meno le antenne installate; tali riconfigurazioni sono soggette a SCIA da presentare al Comune e all’Agenzia. Infatti, le antenne non sono legate ad una specifica tecnologia: sono strutture opportunamente assemblate che, se adeguatamente alimentate, emettono un campo elettromagnetico (segnali telefonici, radiotelevisivi, segnali di allarme, trasmissione dati, ecc.) con specifiche caratteristiche del diagramma di radiazione orizzontale e verticale. Le antenne funzionano in una o più bande di frequenza.
Nel passare dalla prima generazione (o 1G o telefonia analogica) al 2G, al 3G e al 4G si è progressivamente passati da antenne tipicamente utilizzate per una sola banda di frequenza (quindi ad esempio una antenna per il GSM e una antenna per il DCS), ad antenne dual-band in grado di trasmettere due bande di frequenza fino alle più recenti multi-banda in grado di trasmettere molte bande di frequenza. Questo ha notevolmente ridotto l’impatto visivo della stazione radio base, richiedendo meno occupazione di spazio fisico sul traliccio e l’eliminazione di sbracci su cui posizionare le antenne necessarie.
Quindi le antenne esistenti, se della tipologia multibanda, possono essere utilizzate per trasmettere il segnale 5G, in particolare alla frequenza 700 MHz.
Questo è inoltre quello che già succede oggi quando un operatore vuole trasmettere un segnale 5G un pò meno performante, utilizzando gli apparati di un impianto 4G già esistente. La tecnologia 4G e quella 5G vengono opportunamente “mescolate” e il segnale risultante viene trasmesso dall’antenna tradizionale che già c’era. Questa tecnologia si chiama DSS (Dynamic Spectrum Sharing – Condivisione dinamica dello spettro) e vuol dire che l’operatore manda i 2 segnali 4G e 5G “mescolati” contemporaneamente sulla stessa antenna (di tipo tradizionale). I cellulari 4G useranno la porzione 4G del segnale, mentre quelli 5G useranno quella 5G. Attualmente, le prime applicazioni di questo uso condiviso utilizzano soprattutto le frequenze dell’LTE-1800 e, in maniera residuale, quelle dell’LTE-2600.
Nel caso, invece, l’operatore intenda utilizzare le antenne “attive” (con il beamforming) serve in generale adeguare la stazione con specifiche antenne che forniscono tale funzionalità. Parallelamente all’introduzione della tecnologia 5G, infatti, è stata introdotta la tecnologia delle cosiddette “antenne intelligenti” (o smart antennas) che prevede di integrare le strutture metalliche che compongono un’antenna tradizionale con un modulo che comprende il generatore di segnale e l’amplificatore.
Di fatto, queste antenne diventano degli apparecchi “attivi” che possono generare in base alla richiesta dell’utenza dei segnali concentrati in fasci molto stretti e orientati solo dove c’è un utente con un cellulare che vuole connettersi (beamforming). Le antenne trasmettono quindi le informazioni in modo mirato in direzione dell’utente per assicurargli la migliore velocità e allo stesso tempo ridurre le emissioni nelle altre direzioni. La loro emissione è quindi “adattativa”, cioè cambia in base al numero di utenze da servire, alla loro posizione e al tipo di servizio.
Siamo abituati ad associare il 5G con le antenne intelligenti, ma in realtà le antenne intelligenti sono state sviluppate anni fa (quando il 5G ancora non esisteva) usando la tecnologia 4G.
Volendo (se i costruttori le implementassero) le antenne intelligenti si potrebbero usare anche con le precedenti tecnologie 2G o 3G.

Cosa accade se all’esposizione dei CEM delle precedenti tecnologie si aggiunge il 5G?
Qualsiasi sia la tecnologia utilizzata (1G-2G-3G-4G-5G) il rispetto dei limiti di legge deve essere sempre garantito: questo vuole dire che la somma dei contributi delle antenne che operano con le diverse tecnologie (1G+2G+3G+4G+5G) di tutti i gestori deve sempre garantire i livelli complessivi di legge pari a 6 V/m. Infatti, in Italia in tutte le abitazioni e, più in generale, nei luoghi dove sia possibile una permanenza giornaliera per più di quattro ore, non deve essere superato il valore di campo elettrico di 6 V/m (valore di attenzione), inteso come media nelle 24 ore, a qualsiasi frequenza nell’intervallo 100 kHz – 300 GHz.
Il D.P.C.M 8 luglio 2003 conferma che tali limiti si applicano indistintamente per qualsiasi tecnologia e/o applicazione radio (sistema trasmissivo) che ha come scopo l’emissione di sorgenti di campo elettromagnetico.
È compito della autorità delegate ai controlli delle emissioni (le Agenzie ambientali) verificare nel parere preventivo a ciascuna nuova installazione che il valore di attenzione di 6 V/m sia sempre rispettato, anche qualora il 5G venga implementato negli stessi siti in cui sono già presenti le tecnologie di telecomunicazioni precedenti.
Per legge, l’installazione di nuove tecnologie non può e non deve portare al superamento del valore di attenzione cautelativamente vigente in Italia (6 V/m), in quanto tale valore di attenzione è espresso in termini di somma dei contributi dovuti a tutti gli impianti presenti.

L’aumento dei sistemi di “antenne intelligenti” per il 5G aumenterà l’esposizione ai campi elettromagnetici?
L’installazione di un numero di antenne più distribuito sul territorio comporta una minore potenza irradiata da ciascuna di esse rispetto alla situazione di un unico impianto che deve garantire una copertura spaziale elevata. L’uso di antenne dotate di regolazione dinamica della potenza consentirà di usare in maniera più efficiente lo spettro elettromagnetico. Le antenne intelligenti o dinamiche o adattative (beam-forming) sono capaci di regolare, direzionare e concentrare in modo dinamico la loro potenza verso l’utenza da servire e che richiede il collegamento solo in quel momento. La loro dislocazione sarà capillare ed è questo che permetterà di trasmettere con gli utenti a potenze più basse.
Le antenne adattative, grazie all’irradiazione di un fascio altamente direttivo, trasmettono le informazioni (dati) in modo mirato in direzione dell’utente per assicurare la migliore velocità ed allo stesso tempo ridurre le emissioni dei CEM nelle altre direzioni e dunque perseguire una riduzione dei livelli di campo elettromagnetico.
L’utenza sarà esposta ai CEM solo nei brevi intervalli di tempo in cui si trova nella direzione di uno di questi fasci mentre sta richiedendo il servizio di “scarico – carico” dati. Questa è la grande differenza con le tecnologie di generazioni precedenti che, per generare e trasferire i segnali, necessitavano di un’esposizione continua su aree abbastanza ampie e di potenza maggiore rispetto a quella necessarie al 5G.

Le onde millimetriche sono nocive?
Le Onde elettromagnetiche alle frequenze più elevate (Onde Centimetriche e Millimetriche) durante la loro propagazione non riescono a penetrare attraverso edifici o comunque a superare ostacoli. Inoltre queste vengono facilmente assorbite dalla pioggia e dalle foglie, per questo motivo l’utilizzo di tali onde renderà necessario installare numerosi ripetitori che saranno utilizzati nelle “small cells” o microcelle, corrispondenti ad aree di territorio dal raggio che può andare da poche decine di metri a meno di un km. Per tali motivi, queste onde potranno essere utilizzate maggiormente in luoghi specifici senza ostacoli (quali aeroporti, stazioni, stadi) o per assicurare la copertura dei servizi cosiddetti a banda larga presso le abitazioni (tecnologia FWA).
Le onde millimetriche sono riflesse o assorbite solo superficialmente a livello della pelle, senza quindi penetrare all’interno del corpo.

La tecnologia 5G porterà ad un aumento dei livelli di esposizione?
Premesso che gli aspetti di carattere sanitario non sono di diretta competenza delle Arpa, si ritiene opportuno segnalare un recente studio pubblicato dall’ISS, che risulta ad oggi essere la posizione ufficiale sui rischi per la salute legati ai CEM: Rapporto ISTISAN 19/11 (link esterno al sito Web dell’Istituto Superiore di Sanità)
Il 5G, come le precedenti e ad oggi utilizzate tecnologie di telefonia mobile, non richiede segnali elettromagnetici di intensità tale da indurre aumenti significativi della temperatura corporea dei soggetti esposti. Possono quindi essere esclusi gli effetti termici noti dei campi elettromagnetici. Il rispetto dei limiti di esposizione e del valore di attenzione comporta che i livelli di esposizione della popolazione siano molto inferiori alle soglie per gli effetti termici e con la prevista installazione di numerose antenne che copriranno aree di territorio di più ridotta dimensione “small cells” che pertanto permetteranno potenze più basse di quelle attuali, le esposizioni dovrebbero essere più uniformi e con picchi di emissione più bassi in prossimità delle antenne rispetto alla situazione attuale.
I campi elettromagnetici prodotti dalle precedenti tecnologie ed anche dal 5G non appartengono alle radiazioni ionizzanti dello spettro elettromagnetico, pertanto non sono in grado di interagire direttamente con il DNA e dunque di causare mutazioni che possono favorire la cancerogenesi.

Contemporaneità del segnale 5G può portare al superamento dei livelli di legge?
Nel caso in cui in una piazza, in uno stadio o in una stazione si concentrino per un dato periodo connessioni attraverso i fasci delle antenne intelligenti che si attivano su richiesta dell’utente, la somma di questi fasci non può superare il limite previsto dalla legge. Questo perché in fase di valutazione preventiva per il rilascio dell’autorizzazione i fasci d’irradiazione sono valutati nella situazione peggiore d’esercizio (attivazione contemporanea di tutti i lobi dell’antenna intelligente). In altre parole, l’attivazione contemporanea dei fasci d’irradiazione che sommati coprono una specifica area non possono superare i limiti di legge come non li potevano superare le antenne a fascio fisso delle precedenti tecnologie, indipendentemente dal numero e dalla posizione degli utenti connessi.

Si assisterà ad un aumento del consumo energetico?
L’aumento delle antenne per la tecnologia 5G è dovuto al fatto di gestire celle più piccole per permettere un numero maggiore di collegamenti contemporanei. Avere celle più piccole significa necessità di meno potenza da irradiare e pertanto meno elettricità da consumare. Gli impianti, inoltre, invieranno verso l’area di copertura non tutta la potenza disponibile, ma solo quella necessaria all’utente che ha richiesto il servizio di collegamento. Calibrando dunque la potenza sulle necessità reali e non, come la precedente tecnologia, in maniera costante, diminuiranno i consumi energetici.

Le Arpa e gli Enti di controllo sono in grado di misurare i CEM del 5G?
Le ARPA sono sempre in grado di valutare il rispetto dei limiti e valori indicati dalla normativa, quantificando il campo elettromagnetico presente durante i rilievi.
Il rilascio sul mercato di strumentazione di misura in grado di “interpretare” la trama digitale del segnale utilizzato da una nuova tecnologia è sempre successiva all’introduzione della tecnologia stessa, in particolare successiva anche al rilascio dei primi apparati trasmissivi e dei relativi terminali mobili (i telefoni cellulari). La capacità di “interpretare” il segnale digitale, però, non è in alcuna relazione con la capacità di misurare il valore di campo elettromagnetico presente. Essa attiene solo alla possibilità di verificare sperimentalmente durante i rilievi quanta parte del segnale stava trasmettendo la stazione radio base rispetto al massimo possibile. Questa tecnica di estrapolazione (del massimo valore di campo misurabile in un certo punto di misura, a partire dal valore effettivamente misurato) è ovviamente una garanzia ulteriore rispetto alla misura in sé, e indispensabile per valutazioni su intervalli temporali più ampi.
Per le finalità di cui sopra, le Agenzie sono impegnate in un costante e costoso turn-over della strumentazione di misura che, per i motivi esposti, non potrà mai essere contemporaneo all’introduzione di una nuova tecnologia. Attualmente, non sono ancora disponibili guide tecniche specifiche sui metodi di misura, che definiscano un metodo condiviso anche a livello internazionale.
Nel corso dell’evoluzione delle telefonia cellulare, con l’introduzione di tecnologie sempre più performanti e complesse, le tecniche di misura e di estrapolazione sono state parallelamente aggiornate dagli enti tecnici normativi, in particolare dal CEI (Comitato Elettrotecnico Italiano).
Le Agenzie collaborano con il CEI alla stesura di queste norme, mettendo a disposizione l’enorme bagaglio di esperienza maturato nel tempo, ora strutturato all’interno del Sistema Nazionale per la Protezione dell’Ambientale (SNPA), a cui appartengono tutte le Agenzie ambientali e l’ISPRA (vedi anche SNPA e gestori: confronto sulle procedure autorizzative per impianti 5G).

[a cura di Arpat]