IRIS2 e il 5G “spaziale” in Europa: i nodi da affrontare

I futuri sviluppi tecnologici del 5G si sovrappongono con sempre maggiore frequenza con considerazioni di natura geopolitica non solo per il dibattito legato agli aspetti di sicurezza nazionale, ma anche per la necessità garantire una connettività estesa a livello globale. È abbastanza condivisa la considerazione che i sistemi 5G in Europa sono dispiegati con una rapidità inferiore alle attese.

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L’attenzione dell’Unione Europea verso le dotazioni infrastrutturali delle reti di telecomunicazione a banda larga (non solo wireless) è rafforzata dalla consapevolezza che molte altre reti, come quelle per la distribuzione energetica, le reti ferroviarie, le reti stradali e tutte le principali reti nazionali dipendono, e dipenderanno sempre maggiormente, dalle reti di telecomunicazioni. È in via di definizione la proposta di regolamento comunitario denominata Gigabit Infrastructure Act, che intende creare una cornice regolamentare per gli Stati membri ai fini della riduzione dei costi per il dispiegamento delle reti a larga banda e, conseguentemente, per ridurne i tempi di realizzazione.

La dimensione geopolitica propria delle esigenze di sicurezza e degli obiettivi di copertura globale, già evidente per i sistemi terrestri, trova la sua massima espressione nell’ambito delle attività spaziali che impattano intrinsecamente la sfera della politica globale. Basti ricordare che la NATO ha riconosciuto lo spazio come dominio operativo alla pari dei domini terrestre, marittimo, aereo e cyber e i Paesi dell’Alleanza da qualche anno hanno approvato l’espansione della clausola di difesa collettiva anche per attività ostili su assetti spaziali di uno degli Stati membri, sia che vengano messe in atto dalla Terra o direttamente nello Spazio.^[1]

Non sfugge che negli anni il continuo progresso che ha caratterizzato i sistemi di difesa impiegati in ambito militare così come gli strumenti utilizzati a garanzia della sicurezza dei cittadini e nell’ambito della Protezione civile ha determinato un forte legame con i sistemi spaziali. I sistemi satellitari forniscono oggi servizi di telecomunicazione, localizzazione e telerilevamento indispensabili per garantire la difesa del territorio e gli interessi strategici degli Stati.

La potenzialità dei sistemi satellitari ha condotto il Parlamento Europeo, nell’ambito del Secure Connectivity Programme, ad approvare una nuova iniziativa che avrà tempi di realizzazione rapidissimi.

Le attività spaziali europee per una connettività sicura, IRIS².

In ambito comunitario, anche nel settore delle attività non militari, è maturata la consapevolezza di un contesto geopolitico in cui crescono le minacce informatiche e ibride. Sono definiti nuovi obiettivi strategici in materia di sicurezza e resilienza che richiedono un miglioramento delle capacità di comunicazioni satellitari dell’UE, verso soluzioni con livelli di sicurezza più elevati, minore latenza e maggiore larghezza di banda.

L’urgenza è dettata anche dalla osservazione, fatta propria dal Parlamento Europeo, sul ruolo dei sistemi satellitari privati (il riferimento è chiaramente a SpaceX di Elon Musk) nell’ambito del conflitto russo-ucraino. Il Parlamento ha ritenuto che la criticità del ruolo giocato dai sistemi satellitari commerciali imponga invece una iniziativa con forte connotazione pubblica.

A questo riguardo, va segnalata anche una particolare sensibilità da parte dell’Unione Europea verso le criticità derivanti dalle infrastrutture spaziali, non ultimo il problema dei detriti e delle collisioni, in un momento storico caratterizzato da una maggiore facilità di lancio da parte di soggetti privati, dalla nascita del fenomeno del turismo spaziale e, come già detto, dalla sempre maggiore dipendenza sia in ambito civile che militare dalle tecnologie di telecomunicazione satellitare.

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La roadmap di IRIS²

Affrontando le sfide attuali e future, sostenendo al contempo l’autonomia e la sovranità digitale del continente, l’Unione Europea ha dunque presentato un piano ambizioso per lo sviluppo di IRIS² (leggi IRIS square, ndr) (Infrastructure for Resilience, Interconnectivity and Security by Satellite): il nuovo sistema di connettività sicura, basato su costellazioni satellitari multiorbitali, dovrà iniziare le operazioni già nel 2024 e sarà completato entro il 2027.

In considerazione dei tempi strettissimi, è già stato aperto un tender molto ben articolato, dal quale emerge che l’infrastruttura IRIS² deve essere vista come una infrastruttura governativa, composta da elementi spaziali e terrestri, che a propria volta racchiude sia infrastrutture condivise (pubblico/privato) che infrastrutture private autonome, puramente commerciali.

L’infrastruttura governativa e quella condivisa saranno di proprietà dell’Unione Europea, mentre l’infrastruttura commerciale sarà finanziata dal concessionario del servizio che ne sarà anche proprietario.

I servizi, in fase di tender, sono classificati come servizi HardGov, servizi LightGov e servizi commerciali. I primi sono servizi riservati agli utenti autorizzati dai Governi e basati sulle infrastrutture che abbiamo definito governative: servizi da cui dipende la sicurezza nazionale rientrano chiaramente in questa categoria. I servizi LightGov, come i precedenti, sono ancora riservati ad utenti autorizzati dai Governi, ma si basano sulle infrastrutture condivise e quelle commerciali. Anche i servizi commerciali, infine, rivolti al mercato, si basano sulle infrastrutture condivise e quelle commerciali.

Fra gli obiettivi prioritari del tender rientra la necessità di garantire la fornitura dei servizi Hardgov entro il 2027, la copertura globale, la fornitura di servizi completi con il livello di prestazioni richiesto, la robustezza del sistema e la disponibilità del servizio in Europa. Fra gli obiettivi prioritari viene sottolineata anche la disponibilità di terminali per gli utenti governativi, per entrambi i servizi Hardgov e Lightgov, a un costo accessibile attraverso l’uso di standard aperti e soluzioni non proprietarie, inclusa la rete non terrestre 5G.

Per completezza, a questo punto, appare utile richiamare alcune caratteristiche generali del segmento spaziale del 5G, o più precisamente delle Non Terrestrial Networks previste dal 3GPP.

Le Non Terrestrial Networks del 5G

Prendendo in prestito la definizione del 3GPP, definiamo le Non Terrestrial Networks (NTN) reti, o segmenti di reti, che utilizzano per la trasmissione:

• Veicoli spaziali: satelliti (compresi i satelliti in orbita terrestre bassa (LEO), i satelliti in orbita terrestre media (MEO), i satelliti in orbita terrestre geostazionaria (GEO) e i satelliti in orbita altamente ellittica (HEO))

• Veicoli aviotrasportati: Piattaforme ad alta quota (HAP, High Altitude Platforms) che comprendono sistemi aerei senza pilota (UAS, Unmanned Aircraft System) tutti operanti ad altitudini tipicamente comprese tra 8 e 50 km, quasi stazionari.

Nella figura che segue^[2] è graficamente sintetizzata la definizione del 3GPP.

Nella tabella che segue sono sintetizzate le caratteristiche principali delle quattro tipologie di orbite/sistemi, che prende spunto ed espande una classificazione presentata in una survey sul 5G e oltre ^[3].

La tabella non dà indicazioni sulle prestazioni attese perché dipendono da scelte sistemistiche non necessariamente legate alle classi orbitali. In termini generali, si può osservare che le orbite basse sono più indicate verso applicazioni caratterizzate da elevate velocità di trasmissione (es. broadband in aree remote) che giustificano anche investimenti più elevati in stazioni terrestri, mentre per applicazioni a basso traffico (es. IoT, emergenze, messaggistica) appaiono più indicate orbite con un’impronta sulla superficie terrestre più elevata, anche se non va dimenticato che i recentissimi servizi di emergenza disponibili su alcuni modelli di smartphone interagiscono con satelliti in orbita bassa (LEO).

Le bande di frequenza adoperate sono numerose e richiederanno una analisi ad hoc.

Quale relazione con i sistemi 5G?

Come anticipato, sulle economie di scala e quindi sul costo e la disponibilità dei terminali si gioca una partita che non può prescindere dalla evoluzione dei sistemi non terrestri 5G e del futuro 6G.

Inoltre, come appare facile prevedere, fra i servizi commerciali previsti da IRIS² rientra naturalmente la copertura di aree remote, di mari e cieli, per le quali una copertura delle reti commerciali terrestri diventa problematica o antieconomica. Anche a questo riguardo, le sovrapposizioni di mercato con gli obiettivi delle attività di standardizzazione del 3GPP appaiono evidenti.

Si apre quindi il tema della relazione tra sistemi commerciali terrestri e non terrestri. Una prima valutazione conduce a ritenere che questa relazione avrà le caratteristiche di una integrazione funzionale che sfrutterà la complementarità fra le due tecnologie.

Più delicato è il tema della armonizzazione delle bande di frequenza tra le comunicazioni cellulari e satellitari, argomento complesso che sta ricevendo attenzione a livello internazionale. Le decisioni prese anche in regioni geograficamente distanti tendono ad influenzarsi reciprocamente. Nei fatti, la coesistenza fra i sistemi, anche in presenza di bande di frequenza separate, non è banale, in particolare per la possibile interferenza sugli elementi terrestri delle reti satellitari, in considerazione della differenza tra le geometrie in gioco e dei livelli di potenza significativamente diversi.

Di alcuni di questi aspetti si occuperà già la prossima Conferenza Mondiale delle Radiocomunicazioni (WRC-23) che si terrà a fine anno a Dubai, ma il tema assumerà sempre maggior rilievo nei prossimi anni in considerazione che la sempre maggiore efficienza delle operazioni di messa in orbita di satelliti anche di piccole dimensioni condurrà ad una sempre maggiore penetrazione delle Non Terrestrial Networks.

Note

1. Comitato Parlamentare per la Sicurezza della Repubblica. Relazione sull’attività svolta dal 1° gennaio 2021 al 9 febbraio 2022 ↑
2. 5G from Space: An Overview of 3GPP Non-Terrestrial Networks ↑
3. F. Rinaldi et al.: Non-Terrestrial Networks in 5G & Beyond: A Survey. IEEE Access. September 2020 ↑