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5G il primo cambiamento dopo il GSM

by Filippo Brunelli

Sebbene il termine 5G stia ad indicare la quinta generazione di sistemi di telefonia mobile non si tratta di un semplice evoluzione del 4G come i vari passaggi da 2G (il famoso GSM) a 3G, 4G per finire con il 4,5G  ma di qualcosa di diverso, come il passaggio tra Etacs che era ancora analogico, al GSM digitale
A metà dell’800 Maxwell elaborò le prime formule matematiche sull’elettromagnetismo che ampliavano e completavano gli studi di Faraday; Le ricerche di Maxell aprirono la porta a tutta una serie di studi di altri scienziati tra i quali vi era il tedesco Heinrich Hertz che nel 1886 costruì un apparecchio in grado di generare onde relativamente lunghe ed un altro che poteva riceverle.
Hertz si dimostrò scettico sull’utilità pratica del suo strumento dichiarando ” È priva di qualunque uso pratico (…) è soltanto un esperimento che prova come il maestro Maxwell avesse ragione…” e a chi insisteva interrogandolo sul suo punto di vista su ciò che poteva accadere come conseguenza della sua scoperta ribadiva :”Nulla presumo”. Per fortuna non tutti la pensavano così e l’esperimento di Hertz portò alla creazione della radio.
Le onde radio sono una radiazione elettromagnetiche e, queste ultime, sono presenti praticamente ovunque in natura: la stessa luce visibile è una forma di radiazione elettromagnetica, come le microonde, i raggi X e le onde radio.

Ma cosa sono le radiazioni elettromagnetiche?
La radiazione elettromagnetica può essere trattata secondo due punti di vista: secondo la teoria ondulatoria e secondo la teoria corpuscolare o quantica. Quella che interessa a noi, in questo momento è la teoria ondulatoria secondo la quale la radiazione elettromagnetica si comporta come un’onda che viaggia alla velocità della luce (c) e può essere descritta in termini della sua lunghezza d’onda λ e della sua frequenza di oscillazione ν dove la lunghezza d’onda è la distanza tra i massimi successivi di un onda, mentre la frequenza (ν) è il numero di cicli completi di un onda che passano per un punto in un secondo e l’unità di misura è chiamata Hertz.
Questi due parametri sono legati dall’equazione: λ = c/ν e da qua ricaviamo che la lunghezza d’onda è inversamente proporzionale alla frequenza ovvero aumenta con il diminuire della frequenza.
Per fare un esempio pratico la luce visibile dall’occhio umano è compresa tra una frequenza che varia dai 400 e 700 nanometri.

Onda elettromagnetica

Le onde radio hanno una lunghezza che varia dai 10cm ai 10Km, all’interno di questa lunghezza le frequenze che vengono utilizzate per la radiocomunicazione (Tv, Radio, Telefonia mobile, ecc.) va dai 3 kHz e 300 GHz. Fino ad ora, per la telefonia mobile, si sono utilizzate le frequenze che vanno dai 900 Mhz dei 2G (GSM) ai 2600 Mhz dei 4G (LTE) e tutti i telefoni cellulari 4G di ultima generazione sono in grado di passare da una frequenza all’altra a seconda della copertura. Questo tipo di frequenze hanno delle lunghezze d’onda che non vengono assorbite facilmente nel loro cammino da ostacoli di medie dimensioni, come le case o gli alberi e possono essere trasmesse a distanza perché (come dimostrato da Marconi) vengono riflesse dagli strati ionizzati dell'atmosfera. Sebbene tecnicamente il 4G LTE sarebbe in grado di velocità fino a 300 Mbps, in realtà siamo nell’ordine di 5-12 Mbps in download e 2-5 Mbps in upload, con picchi che scendono tra i 5 e gli 8 Mbps (alcuni test di operatori di telefonia italiani nel 2014 sono arrivati oltre i 30Mbps ma erano solo test in condizioni ottimali).

Come potrà allora il 5G riuscire a superare le velocità attuali?
Immaginiamo le frequenze come un triangolo equilatero con la punta verso il basso, le telecomunicazioni utilizzano le frequenze che si trovano vicino alla punta mentre in alto (nella parte larga) sopra i 24Ghz non vi è praticamente traffico; questo è dovuto al fatto che le onde a quella frequenza hanno lunghezza molto corta e quindi non riescono a superare facilmente gli ostacoli.
La tecnologia 5G utilizzerà tre spettri di frequenza: dai 694-790 Mhz, 3,6 e 3,8 GHz per finire con 26,5 e 27,5 GHz.
Nel primo range di frequenza fanno parte anche le trasmissioni di alcuni canali della televisione digitale ed è uno dei motivi (ve ne sono anche altri come il tipo di compressione del segnale), che si dovranno cambiare i decoder dei televisori non predisposti; questo tipo di frequenza è necessario dato che riesce a passare attraverso gli ostacoli normali (alberi, case, ecc.) pur potendo trasmettere parecchie informazioni. Il secondo gruppo di frequenze offre una buona velocità di connessione ma è più soggetta ad essere bloccata dagli ostacoli. Questo lo possiamo verificare anche nelle nostre case: i router casalinghi utilizzano le frequenze 2,4 e 5Ghz, se utilizzo i 5Ghz avrò una “maggiore” velocità nella comunicazione con il router dato che maggiore la frequenza, maggiore è la velocità con cui trasmette i dati, ma il segnale è “più debole”. L’ultimo gruppo di frequenze hanno una lunghezza d’onda più corta delle precedenti e quindi una frequenza maggiore il che si traduce nella possibilità di trasmettere molto velocemente i dati ma che gli ostacoli sul cammino possono bloccare o diminuire di molto il segnale.
La prima conseguenza dell’utilizzo di queste frequenze è quello che per un utilizzo ottimale del 5G sarà necessario aumentare la copertura delle celle presenti sul territorio e che non sempre sarà possibile utilizzare il 5G al massimo delle sue potenzialità. I più penalizzati saranno, quasi sicuramente, gli utenti che vivono nelle zone rurali nelle quali è più difficile posizionare una grande quantità di ripetitori rispetto che nelle città e, se sono presenti anche alberi, difficilmente sarà possibile avere la copertura sopra i 26 Ghz se si è troppo lontani dai ripetitori dato che l’acqua presente nel tronco e nelle foglie tende ad assorbire le onde più facilmente. È probabilmente la banda che verrà utilizzata maggiormente dagli smartphone nel primo periodo di diffusione del 5G sarà quella compresa tra i 3,6 ed i 3,8 Ghz che offrirà comunque una velocità maggiore del 4,5G.

Il fatto che il 5G utilizzi una frequenza così altra ha destato molte preoccupazioni e leggende metropolitane tra gli internauti tanto da creare veri e propri comitati contro l’utilizzo di questa tecnologia. In realtà non succederà, come sostengono molti, che vi sarà un abbattimento indiscriminato di alberi per dare la possibilità al segnale di arrivare facilmente, ma più probabilmente in futuro nascerà una nuova forma di digital divide tra le zone più o meno servite a causa delle pesanti norme esistenti.
Un'altra delle paure infondate che sono nate è che l’utilizzo delle frequenze così alte possano essere dannose per l’uomo e che le onde del 5G possa cuocerci come i forni a microonde.
In realtà è già da parecchi anni che si parla di eventuali danni che i campi elettromagnetici (in particolare l’uso del cellulare) possono generare nell’uomo ma, malgrado quello che dicono i giudici con una recente sentenza della cassazione, non vi sono prove scientifiche di questo e nessuno scienziato ha potuto portare una dimostrazione che questo sia vero.
È vero che i campi elettromagnetici generano calore (come nei forni a microonde) ma questo tipo di onde hanno lunghezze d'onda che vanno da 1 mm a 30 cm, uno spettro che è sotto quello delle radiazioni infrarosse. Tra le organizzazioni internazionali deputate al monitoraggio della salute delle persone solamente l'Agenzia Internazionale per la Ricerca sul Cancro (IARC) ha classificato i campi elettromagnetici a radiofrequenza (CRF) come cancerogeni di gruppo 2B (nella stessa classifica risultano, ad esempio l’estratto di foglie di Aloe e l’estratto di kava), e considera limitato il grado di correlazione tra l'utilizzo intensivo di telefoni cellulari e lo sviluppo di tumori cerebrali, mentre lo considera non dimostrato scientificamente per tutti gli altri tipi di cancro. Bisogna in fine considerare che la tecnologia 5G si basa su antenne adattative che sono caratterizzate non più da una emissione costante di potenza in tutte le direzioni, ma da una emissione “adattativa” in base al numero di utenze da servire, dalla loro posizione e dal tipo di servizio.
Del 5G si è detto e si dirà molto, ma certamente rappresenta un passo avanti nelle telecomunicazioni soprattutto per l’internet delle cose, ma la preoccupazione vera è che questa nuova tecnologia a causa delle sue limitazioni andrà ad aumentare il gap tecnologico che esiste anziché diminuirlo.
Il Consiglio Europeo, dal canto suo, è convinto che la nuova tecnologia favorirà l'innovazione dei modelli commerciali e dei servizi pubblici ma che in paesi come l’Italia,  con norme molto restrittive sulla radioprotezione, c’è il rischio di rallentare lo sviluppo delle nuove reti ed invita i paesi membri ad adottare le linee guida dell’ICNIRP (International Commission on Non Ionizing Radiation Protection) che rappresentano il massimo riferimento scientifico del settore.

 

BIBLIOGRAFIA
Rif.: Ian Stewart, “Le 17 equazioni che hanno cambiato il modno”, Frontiere, edizione 2019, pp.267-287
Rif.: IARC, https://monographs.iarc.fr/agents-classified-by-the-iarc/
Rif.: O.M.S. : https://www.who.int/en/news-room/fact-sheets/detail/electromagnetic-fields-and-public-health-mobile-phones
Rif.: Camera dei Deputati Servizio Studi: https://www.camera.it/temiap/documentazione/temi/pdf/1105154.pdf
Rif: Arpa Emilia-Romagna: https://www.arpae.it/dettaglio_generale.asp?id=4149&idlivello=2145

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