Le tecnologie emergenti che plasmano le future reti 5G

Può sembrare che la quarta generazione della tecnologia delle comunicazioni mobili abbia appena raggiunto le onde radio. Ma la cosiddetta tecnologia 4G è in circolazione in varie forme dal 2006 ed è ora ampiamente disponibile nelle aree metropolitane degli Stati Uniti, dell'Europa e dell'Asia.

Non sorprende quindi che gli specialisti della comunicazione stiano iniziando a pensare alla prossima rivoluzione. Quindi cosa ci porterà il 5G?

Oggi riceviamo alcune interessanti speculazioni da Federico Boccardi ai Bell Labs di Alcatel-Lucent e da un certo numero di amici. Questi ragazzi si sono concentrati sulle tecnologie che hanno maggiori probabilità di avere un impatto dirompente sulla prossima generazione di tecnologie di comunicazione. E hanno individuato tecnologie emergenti che ci costringeranno a ripensare alla natura delle reti e al modo in cui i dispositivi le utilizzano.

La prima tecnologia dirompente che questi ragazzi hanno scoperto cambierà l'idea che le reti radio debbano essere costituite da cellule centrate su una stazione base. Nelle reti attuali, un telefono si connette alla rete stabilendo un uplink e un downlink con la stazione base locale.

Questo sembra destinato a cambiare. Ad esempio, una possibilità sempre più probabile è che le reti 5G si baseranno su una serie di diverse bande di frequenza che trasportano informazioni a velocità diverse e hanno caratteristiche di propagazione molto diverse.

Quindi un dispositivo potrebbe utilizzare una banda come uplink ad alta velocità e un'altra banda per downlink a bassa velocità o viceversa. In altre parole, la rete cambierà in base alle richieste di dati di un dispositivo in quell'istante.

Allo stesso tempo, stanno emergendo nuove classi di dispositivi che comunicano solo con altri dispositivi: sensori che inviano dati a un server, ad esempio. Questi dispositivi avranno la capacità di decidere quando e come inviare i dati nel modo più efficiente. Ciò cambia la rete da una incentrata sulle cellule a una incentrata sui dispositivi.

La nostra visione è che l'architettura cell-centric dovrebbe evolvere in un'architettura device-centric: un dato dispositivo (umano o macchina) dovrebbe essere in grado di comunicare scambiando più flussi di informazioni attraverso diversi possibili insiemi di nodi eterogenei, affermano Boccardi e co.

Un'altra nuova tecnologia prevede l'utilizzo di trasmissioni a onde millimetriche, oltre alla trasmissione a microonde attualmente in uso. Boccardi e compagni affermano che gli immobili a microonde hanno un enorme premio. Ci sono solo circa 600 MHz di esso. E anche se il passaggio dalla TV analogica a quella digitale sta liberando un po' di più lo spettro, è relativamente piccolo, circa 80 MHz, e ha un prezzo enorme.

Quindi è naturale guardare le lunghezze d'onda più lunghe e le frequenze più alte delle trasmissioni di onde millimetriche che vanno da 3 a 300 GHz. Ciò dovrebbe fornire ordini di grandezza aumenti della larghezza di banda.

Ma non sarà del tutto tranquillo. Il problema principale con queste frequenze sono le loro caratteristiche di propagazione: i segnali vengono facilmente bloccati da edifici, condizioni meteorologiche avverse e persino dalle persone stesse mentre si spostano tra il dispositivo e il trasmettitore.

Ma dovrebbe essere possibile mitigare la maggior parte dei problemi utilizzando tecnologie di trasmissione avanzate, come antenne direzionali che commutano in tempo reale quando i segnali vengono bloccati. La propagazione non è una sfida insormontabile, dicono.

La prossima è la tecnologia MIMO o input multiplo in rapido sviluppo. Le stazioni base saranno dotate di più antenne che trasmettono molti segnali contemporaneamente. Inoltre, un dispositivo può avere più antenne per captare e trasmettere più segnali contemporaneamente. Ciò migliora notevolmente l'efficienza con cui una rete può sfruttare le sue frequenze.

Tuttavia, significherà antenne più grandi, magari sparse sulla superficie dei grattacieli. Va bene nelle città moderne con molta superficie che è relativamente facilmente accessibile. Sarebbe più difficile da gestire nelle città più vecchie, dove i pannelli di grandi dimensioni saranno più difficili da nascondere.

I dispositivi più intelligenti dovrebbero anche aiutare a modellare le reti del futuro. Quindi, invece di instradare i segnali dalla stazione base, i dispositivi intelligenti faranno invece questo lavoro, scegliendo tra una varietà di opzioni diverse. Per gli smartphone moderni, questo dovrebbe essere un compito relativamente semplice.

E l'ultima tecnologia dirompente che questi ragazzi identificano è la capacità dei dispositivi di comunicare tra loro senza utilizzare affatto la rete. Boccardi e compagni affermano che questo sarà essenziale per le modalità di utilizzo delle reti future. Ad esempio, una rete di sensori può avere diecimila dispositivi che trasmettono dati sulla temperatura. Sarà più facile se possono inviarlo da un dispositivo all'altro piuttosto che tramite una singola stazione base.

Naturalmente, molti di questi sviluppi pongono sfide tecnologiche significative, ma nessuno di questi dovrebbe essere un ostacolo. Nuove direzioni di ricerca porteranno a cambiamenti fondamentali nella progettazione delle future reti cellulari 5G, affermano con fiducia Boccardi e co.

Il 5G non è una questione di se ma di quando.

Rif: arxiv.org/abs/1312.0229 : Cinque Direzioni Tecnologiche Dirompenti per il 5G

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