Introduzione alle bande di frequenza 3G

Le reti mobili di terza generazione (3G), lanciate commercialmente nei primi anni 2000, hanno cambiato radicalmente la comunicazione wireless offrendo velocità mobili a banda larga, supporto multimediale e capacità di roaming globali. A differenza dei precedenti sistemi 2G, 3G è stato progettato intorno a uno standard globale unificato conosciuto come International Mobile Telecommunications-2000 (IMT-2000), stabilito dalla International Telecommunication Union (ITU).

Tecnologie 3G globali: UMTS, CDMA2000 e TD-SCDMA

Prima di immergersi in bande regionali, è essenziale capire le tre principali famiglie di interfaccia aerea 3G. Il sistema universale di telecomunicazioni mobile (UMTS), basato su WCDMA, è stato adottato dal 3GPP e divenne lo standard dominante in Europa, Asia e gran parte del resto del mondo. CDMA2000, sviluppato da 3GPP2, è evoluto da 2G CDMA (IS-95) e rimasto forte in Nord America, Corea del Sud, e alcune parti del SudSC.

Frequenza Band Allocations per Regione

La tabella seguente riassume le bande di frequenza principali utilizzate per le reti 3G nelle sei principali regioni geografiche.

  • Nord America:[ 850 MHz (Band 5), 1900 MHz (Band 2), 1700/2100 MHz AWS (Band 4), 800 MHz (Band 0 per CDMA)
  • Europa:[ 900 MHz (Band 8), 1800 MHz (Band 3), 2100 MHz (Band 1)
  • Asia-Pacifico (esclusa la Cina):[ 850 MHz, 900 MHz, 2100 MHz, 1800 MHz, 2100 MHz AWS (alcuni mercati)
  • Cina:[ 850 MHz, 900 MHz, 1900 MHz, 2100 MHz (per TD-SCDMA: 1900-1920 MHz e 2010–2025 MHz)
  • Africa: 850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz, 2100 MHz
  • America Latina:[ 850 MHz, 900 MHz, 1900 MHz, 2100 MHz

America del Nord

Negli Stati Uniti e in Canada, le implementazioni 3G sono state divise tra gli operatori CDMA2000 e UMTS a causa di partecipazioni di spettro storico. La Federal Communications Commission (FCC) e Industry Canada hanno assegnato lo spettro in band che successivamente sono diventate la base per 3G. Le band principali sono:

  • 850 MHz (Band 5):[] Originariamente usato per cellulari AMPS, questa band è stata rifarmed per entrambi CDMA2000 (ad esempio, Verizon, Sprint) e UMTS (AT&T, T-Mobile dopo la ricircolo) e fornisce una copertura eccellente nelle aree rurali e suburbane a causa delle sue caratteristiche di propagazione.
  • 1900 MHz (Band 2):[] La banda PCS (1850-1990 MHz) è stata assegnata negli anni '90 e divenne la banda primaria per gli operatori CDMA2000 come Sprint e Verizon nei mercati urbani densi.
  • 1700/2100 MHz AWS (Band 4): Le bande di Servizi Wireless Avanzati (1710–1755 MHz uplink, 2110–2155 MHz downlink) sono state introdotte nell'asta FCC 2006. T-Mobile USA ha fortemente adottato AWS per il suo rollout 3G UMTS, consentendo servizi di dati a banda larga senza interferire con il 1900 MHz esistente è meno spettro globale.
  • 800 MHz (Band 0):] Usato da alcuni operatori CDMA2000 per la ri-banda digitale AMPS (ad esempio, Sprint iDEN pensionamento). Si sovrappone con la parte inferiore della banda cellulare in alcuni paesi ma è meno standardizzata.

Per esempio, un telefono AT&T 3G ha richiesto 850/1900 MHz UMTS, mentre un telefono Verizon 3G ha bisogno di 800/1900 MHz CDMA2000. La mancanza di una singola banda pan-americana 3G ha portato a complessi accordi di roaming e requisiti di supporto dei dispositivi.

Europa

L'Europa ha guidato lo standard UMTS sotto l'European Telecommunications Standards Institute (ETSI). La Commissione europea ha armonizzato lo spettro per 3G attraverso la direttiva UMTS, assegnando il [2100 MHz (Band 1) come la band principale (1920-1980 MHz uplink, 2110–2170 MHz downlink).

  • 900 MHz (Band 8): Inizialmente riservata al GSM, la banda di 900 MHz (880–915 MHz uplink, 925–960 MHz downlink) è stata aperta per UMTS attraverso il processo di rifinanziamento GSM/UMTS. Vodafone, Orange e altri principali vettori europei schierati 3G a 900 MHz nelle aree rurali per migliorare la copertura e la penetrazione interna.
  • 1800 MHz (Band 3): Questa band (1710–1785 MHz uplink, 1805–1880 MHz downlink) è stata originariamente utilizzata per GSM1800 (DCS). Con l'aumento della domanda 2G, alcuni operatori hanno rifornito una piccola porzione per la capacità UMTS in aree urbane dense, anche se è rimasto più comune per LTE più tardi.
  • 2100 MHz (Band 1):[ Quasi tutti gli operatori europei hanno lanciato UMTS in Band 1. Resta la banda 3G predefinita per molti paesi, offrendo fino a 384 kbps inizialmente, poi evolvendosi fino a HSPA+ con fino a 42 Mbps (dual-carrier). Tuttavia, la sua limitazione di copertura nelle aree rurali ha portato la necessità di rifinanziamento di 900 MHz.

Le reti europee 3G sono state in genere monotecnologie (UMTS/HSPA), ma dal 2010 in poi la maggior parte degli operatori ha schierato LTE come uno strato separato. Il tramonto 3G è iniziato intorno al 2020, con i vettori in Svizzera, Regno Unito e Germania che rifornisce lo spettro per LTE e 5G.

Asia-Pacifico

Asia-Pacific presenta una serie diversificata di allocazioni a banda a causa di diversi ambienti normativi e preferenze tecnologiche.

  • Giappone:] NTT DoCoMo ha lanciato la prima rete 3G commerciale del mondo nel 2001 utilizzando WCDMA in 2100 MHz (Band 1). SoftBank e KDDI hanno anche distribuito 3G nella stessa banda. Inoltre, il Giappone ha usato 800 MHz (Bmed)
  • Corea del Sud: Korea Telecom (KT) e SK Telecom hanno originariamente lanciato reti CDMA2000 1xEV-DO in 800 MHz (Band 0) e successivamente distribuito WCDMA in 2100 MHz (Band 1)]
  • Australia:[] Telstra, Optus e Vodafone hanno usato una combinazione di [850 MHz (Band 5) per UMTS nelle aree rurali e 2100 MHz (Band 1)]] per la capacità urbana.
  • India:] Inizialmente, gli operatori indiani hanno lanciato UMTS 2100 MHz (Band 1)] dopo che il governo ha assalito lo spettro 3G nel 2010.

Asia-Pacifico ha anche visto l'uso di 1500 MHz (Band 21)[ per UMTS in Giappone (KDDI) e 2300 MHz (Band 40) per le implementazioni TD-LTE limitate che non hanno interessato 3G.

Cina

La Cina ha scelto un percorso unico. Il governo ha richiesto uno standard domestico, che porta a TD-SCDMA. China Mobile, il più grande vettore del mondo da parte degli abbonati, è stato incaricato di distribuire TD-SCDMA nel 1900-1920 MHz e 2010–2025 MHz bande

Africa

L'afflusso 3G dell'Africa dipendeva fortemente dai programmi di donazione e dalle decisioni di regolamentazione.

  • 900 MHz (Band 8):[] Usato in tutto il continente per UMTS, sfruttando l'infrastruttura GSM850/900 esistente. Molti operatori hanno lanciato 3G inizialmente su 2100 MHz nelle città e poi aggiunto 900 MHz per l'espansione rurale.
  • 2100 MHz (Band 1):[]] Impiegato nella maggior parte delle città capitali africane da tutti i principali operatori tra cui MTN, Airtel, Vodacom e Orange.
  • 850 MHz (Band 5):[] Usato in diversi paesi dell'Africa occidentale e del Sud Africa (ad esempio, Nigeria, Ghana, Sudafrica) per UMTS e CDMA2000. Zain e altri schierati CDMA2000 in 850 MHz in alcuni mercati dell'Africa orientale.
  • 1800 MHz (Band 3):[] Meno comune per 3G, ma alcuni operatori rifarmed questa band nel 2010 per capacità 3G, soprattutto in Sud Africa.

La copertura della rete 3G dell'Africa rimane irregolare, con molti paesi che si affidano ancora a 2G/3G per la connettività rurale. Il tramonto 3G è più lento come la regione passa a 4G e 5G.

America Latina

L'America Latina presenta un mix di influenze nordamericane ed europee, le bande dominanti per 3G sono:

  • 850 MHz (Band 5):[] Le principali implementazioni in Brasile, Messico, Argentina e Cile da parte di operatori come Claro, Telcel e Movistar.
  • 1900 MHz (Band 2):[] Usato in Messico e alcuni mercati dell'America Centrale da Telefonica e América Móvil per UMTS.
  • 900 MHz (Band 8):] Comune nei paesi andini e sud America del Sud (ad esempio, Perù, Colombia, Cile).
  • 2100 MHz (Band 1):[] Distribuzioni urbane in molte capitali di operatori come Vivo (Brasile) e Claro (Argentina).
  • 1700 MHz AWS (Band 4):[] Usato in Cile, Colombia e Ecuador per UMTS, seguendo l'assegnazione AWS nelle Americhe.

Il tramonto 3G dell’America Latina è già in corso, con molti operatori che riforniscono queste bande per LTE e 5G.

Considerazioni tecniche: Propagazione, velocità di dati e capacità

La scelta della banda di frequenza influisce direttamente sull'esperienza dell'utente. Le frequenze più basse (ad esempio 700-900 MHz) si propagano più lontano e penetrano meglio gli edifici, rendendoli ideali per la copertura in aree suburbane e rurali. Le frequenze più elevate (ad esempio, 1800-2100 MHz) offrono più larghezza di banda per vettore (fino a 5 MHz per UMTS) e possono supportare densità di utenti superiori a causa di dimensioni ridotte delle celle.

  • Coverage vs. Capacità:[[] Una cella 3G a 900 MHz può avere un raggio fino a 30 km in ambienti rurali, mentre una cella di 2100 MHz nelle aree urbane può raggiungere solo 2–3 km a causa di una maggiore perdita e interferenza del percorso.
  • Data Throughput:[] UMTS con HSPA+ (Dual-Cell) può fornire fino a 42 Mbps in 5 MHz di spettro. Utilizzando un dispiegamento di 10 MHz (ad esempio, dual-carrier) in 2100 MHz ha permesso velocità più elevate, ma la disponibilità di spettro limitato questo.
  • Interferenza e riutilizzazione:[[] Le frequenze inferiori sono più sensibili al rumore delle celle adiacenti, richiedendo un'attenta pianificazione della frequenza.
  • Multimode Dispositivi:[] Per vagare in tutte le regioni, i telefoni 3G necessari per supportare più band. Un telefono 3G globale spesso supportava Bands 1, 2, 5 e 8. L'iPhone 4S, ad esempio, supportava UMTS Bands 1, 2, 5, 8. Questa complessità ha portato lo sviluppo di radio definite dal software.

Driver regolatori ed economici

Le scelte di banda di ogni regione sono state fortemente influenzate dalle assegnazioni di spettro storico e dalle aste regolamentari. In Europa, l’asta UMTS del 1998 ha aumentato oltre 129 miliardi di euro, ma l’elevato costo delle licenze di 2100 MHz ha ritardato gli investimenti nella copertura rurale.

  • ITU Raccomandazioni:[ Il documento ITU-R M.1036 definisce le modalità di frequenza preferite per IMT-2000, ma non era obbligatorio.
  • GSMA Harmonization Efforts:[] Il GSMA ha spinto per bande armonizzate per ridurre i costi di roaming, ma ha lottato al di fuori del nucleo di 2100 MHz.
  • Rifinanziamento di 2G Bands:[ Alla fine degli anni 2000, i regolatori in Europa, Africa e Asia hanno permesso agli operatori di rifornire le frequenze GSM per UMTS.
  • Spectrum Trading:[ In mercati come gli Stati Uniti, i mercati dello spettro secondario hanno permesso agli operatori di acquistare o affittare frequenze aggiuntive (ad esempio, AT&T acquisendo spettro da Verizon in 850 MHz).

Impatto sul roaming internazionale

La varietà di bande 3G ha posto sfide per i roamers globali. Un viaggiatore dall'Europa (Bands 1, 8) non poteva connettersi a una rete 3G nordamericana se il dispositivo mancava Band 5 o Band 2. I produttori affrontati questo creando "telefoni del mondo" che includeva più bande, ma questo costo aggiunto. Per esempio, il Nokia N95 aveva quad-band GSM ma solo dual-band UMTS (2100/1900).

Rivestimento del sole 3G e dello spettro

A partire dal 2018, molti operatori hanno iniziato a chiudere le loro reti 3G per recuperare lo spettro per LTE e 5G. Questo tramonto è guidato da un declino del traffico 3G, aumentando la penetrazione del dispositivo LTE/5G e il desiderio di distribuire le larghezze di banda più ampie.

  • Australia:] Optus e Vodafone hanno chiuso 3G entro il 2024; Telstra durante il 2024.
  • Stati Uniti:[ AT&T ha spento la sua rete 3G UMTS nel febbraio 2022; Verizon ha spento CDMA2000 nel 2022; T-Mobile ha eliminato il 3G di Sprint nel 2023.
  • Europa: Molti operatori in Svizzera (Swisscom, 2021), Regno Unito (Vodafone, 2023), e Germania (Deutsche Telekom, 2022) hanno il tramonto 3G. La banda 2100 MHz è in fase di rifinanziamento per LTE (Band 1) e 5G (n1). 900 MHz è in fase di riutilizzo per LTE 5 e 8).
  • Asia:[] Il Giappone NTT DoCoMo ha chiuso 3G nel 2023; SK Telecom in Corea del Sud ha chiuso 3G nel 2022; Cina Mobile ha abbandonato TD-SCDMA nel 2016.
  • Africa:] Alcuni operatori (ad esempio, MTN Sud Africa, Airtel Nigeria) hanno annunciato le linee temporali del tramonto 3G per il 2025-2027, ma molti mercati rurali pesantemente possono mantenere 3G più a lungo a causa della copertura LTE limitata.

La banda 2100 MHz è anche preziosa per la capacità 5G in aree urbane dense. Tuttavia, la transizione deve essere gestita con attenzione per evitare di interrompere l'eredità IoT e servizi di emergenza che dipendono ancora 3G.

Conclusioni

Le bande di frequenza utilizzate per le reti 3G in diverse regioni sono un prodotto di storia, tecnologia, regolazione e forze di mercato. Il mix di banda di 850/1900/1700 UHz, l'affidabilità di Europa su 2100/900 MHz, il patchwork di Asia-Pacifico, l'uso pesante dell'Africa di 900/2100 MHz, e le diverse allocazioni dell'America Latina illustrano la mancanza di vera armonizzazione globale.