Come funziona il 5G?

Un Po' di Storia...

1G era cellulare analogico.

Le tecnologie 2G, come CDMA, GSM e TDMA, sono state la prima generazione di tecnologie cellulari digitali.

Le tecnologie 3G, come EVDO, HSPA e UMTS, hanno portato la velocità da 200 kbps a pochi megabit al secondo. 

Le tecnologie 4G, come WiMAX e LTE, sono state il primo balzo in avanti incompatibile e stanno ora scalando fino a centinaia di megabit e persino velocità a livello di gigabit.

5G offre tre nuovi aspetti:
– maggiore velocità (per spostare più dati)
– minore latenza (per essere più reattivi) e la possibilità di collegare molti più dispositivi contemporaneamente (per sensori e dispositivi intelligenti).

L’attuale sistema 5G, noto come 5G-NR, non è compatibile con 4G. Ma tutti i dispositivi 5G, per iniziare, avranno bisogno del 4G perché si appoggeranno su di esso per effettuare le connessioni iniziali prima di scambiare fino a 5G dove è disponibile. Questo è tecnicamente noto come una rete “non autonoma” o NSA. Successivamente, le nostre reti 5G diventeranno “standalone” o SA, non richiedendo la copertura 4G per funzionare. Ma passeranno alcuni anni.

Anche il 4G continuerà a migliorare con il tempo. Il modem Qualcomm X24, che sarà integrato nella maggior parte dei telefoni Android 2019, supporterà velocità 4G fino a 2 Gbps. I veri vantaggi del 5G saranno di grande capacità e bassa latenza, oltre i livelli che le tecnologie 4G possono raggiungere.

Come funziona il 5G

Come altre reti cellulari, le reti 5G utilizzano un sistema di siti di celle che dividono il loro territorio in settori e inviano dati codificati tramite onde radio. Ogni sito di celle (le antenne) deve essere connesso a un backbone di rete, tramite una connessione backhaul cablata o wireless.

Le reti 5G utilizzano un tipo di codifica chiamato OFDM, che è simile alla codifica utilizzata da 4G LTE. L’interfaccia aerea sarà progettata per una latenza molto più bassa e una maggiore flessibilità rispetto a LTE.

Il nuovo sistema è progettato anche per operare su canali molto più grandi di 4G, per trasportare dati a velocità più elevate. Mentre la maggior parte dei canali 4G sono 20 MHz, collegati insieme fino a 160 MHz alla volta, i canali 5G possono arrivare a 100 MHz, e fino a 800 MHz alla volta. Questa è un’autostrada molto più ampia, ma richiede anche blocchi di onde radio più grandi e chiari di quelli disponibili per 4G.

Le reti 5G devono essere molto più intelligenti dei sistemi precedenti, poiché stanno manipolando molte più celle e molto più piccole che possono cambiare dimensione e forma. Il 5G sarà in grado di potenziare la capacità di quattro volte rispetto ai sistemi attuali sfruttando ampie larghezze di banda e tecnologie di antenna avanzate.

L’obiettivo è di avere velocità molto più elevate e una capacità molto più elevata per settore, con una latenza molto più bassa rispetto al 4G. Gli enti standard coinvolti puntano a velocità di 20 Gbps e 1 ms di latenza, momento in cui iniziano a verificarsi cose molto interessanti.

Qual è la frequenza?

5G funziona principalmente in due tipi di onde radio: inferiore e superiore a 6 GHz.

Le reti 5G a bassa frequenza, che utilizzano bande cellulari e Wi-Fi esistenti, sfruttano una codifica più flessibile e dimensioni di canale più grandi per raggiungere velocità superiori del 25-50% rispetto a LTE. Queste reti possono coprire le stesse distanze delle reti cellulari esistenti e in genere non necessitano di ulteriori siti di celle.

Le reti più provinciali rimarranno probabilmente con il 5G a banda bassa, poiché le bande a bassa frequenza hanno una vasta portata dalle torri.

Per ottenere velocità super-alte, multi-gigabit, i vettori si rivolgono prima a frequenze più nuove, molto più alte, note come onde millimetriche. Nelle bande cellulari esistenti, sono disponibili solo canali relativamente stretti perché lo spettro è occupato e pesantemente utilizzato. Ma fino a 28 GHz e 39 GHz, sono disponibili ampie fasce di spettro per creare grandi canali per velocità molto elevate.

Queste bande sono state utilizzate prima per il backhaul, collegando le stazioni base ai collegamenti Internet remoti. Ma non sono mai stati utilizzati per dispositivi consumer, perché la potenza di elaborazione portatile e le antenne miniaturizzate non erano disponibili. Anche i segnali a onda millimetrica scendono più velocemente con la distanza rispetto ai segnali a bassa frequenza, e l’enorme quantità di dati che trasferiscono richiederà più connessioni a Internet su rete fissa. Quindi i provider cellulari dovranno utilizzare molte stazioni base più piccole e di potenza inferiore (in genere in uscita da 2-10 watt) piuttosto che meno macrocelle più potenti (che emettono 20-40 watt) per offrire velocità multi-gigabit che le reti a onde millimetriche.

Fortunatamente per loro, i vettori hanno già installato quelle “piccole celle” in molte grandi città, per aumentare la capacità durante l’era 4G. Quindi hanno solo bisogno di inserire una radio extra sul sito esistente per renderlo 5G. In alcuni casi i vettori stanno avendo difficoltà a convincere le città a lasciare che aggiungano piccole celle ai quartieri periferici. Questo è simile ai precedenti problemi sulla creazione di servizi cellulari in molte di queste città. Per quello che vale, le piccole celle tendono ad essere molto meno potenti delle macro celle usate per i sistemi cellulari 2G fino a 4G: 2-20 watt rispetto ai 20-40 watt per le macrocelle.

C’è una terza serie di onde radio che vengono utilizzate, il che potrebbe essere un punto debole: la banda media. Queste frequenze, che vanno da 3,5 GHz a 7 GHz, sono leggermente al di sopra delle attuali bande cellulari ma hanno quantità di spettro (e velocità) che iniziano ad assomigliare ad un’onda millimetrica.

Il 5G è ormai una solida realtà, ed anche sulle nostre barche possiamo sfruttare questa tecnologia, grazie ad antenne appositamente studiate per l'utilizzo in mare.

Ormai tutti i principali operatori mobile italiani offrono ai loro clienti delle offerte che prevedono la connettività 5G .

La copertura non coinvolge ancora l’intero territorio italiano, mentre i cittadini dei principali capoluoghi hanno più fortuna: ma è solo questione di tempo prima che la rete 5G, anche in Italia, sia accessibile a tutti, grazie anche all'acquisizione della Banda 700 occupata in passato dai segnali radio televisivi, che assicurerà un segnale stabile anche negli interni.

In Italia la rete 5G sfrutta altre due bande di frequenze: a 3,6 GHz e a 26 GHz. Quest’ultima è inedita per le reti mobili, mentre viene già usata in altri settori da molto tempo.

Network slicing

Il network slicing (concettualmente "partizionamento verticale della rete") è una architettura di rete che consente di definire sulla stessa infrastruttura fisica un insieme di reti logiche e/o virtuali tra di loro indipendenti in grado di funzionare contemporaneamente, a efficienza piena e senza interferenze come se avessero ognuna una rete fisica dedicata.Ogni "fetta" di rete è quindi a tutti gli effetti una rete completa appositamente ritagliata per soddisfare tutti i requisiti di una particolare applicazione

Questa tecnologia svolge un ruolo centrale per le reti mobili 5G che sono concepite per supportare in modo efficiente un'ampia quantità di servizi con requisiti di livello di servizio (Service Level Requirement, SLR) molto differenti. La realizzazione di questa visione come rete orientata ai servizi si basa sui concetti del software-defined networking (SDN) e della virtualizzazione delle funzioni di rete (Network Functions Virtualization, NFV) che consentono, con un elevato livello di automazione, di implementare e gestire come indipendenti partizioni di rete flessibili e scalabili che si appoggiano sulla stessa infrastruttura fisica comune.

Da un punto di vista del modello di business, ogni partizionamento della rete è amministrato da un operatore virtuale di rete mobile (Mobile Virtual Network Operator, MVNO). Il gestore dell'infrastruttura affitta le sue risorse fisiche agli operatori virtuali che condividono la stessa rete fisica e, a seconda della disponibilità di risorse assegnate, ogni MVNO può a sua volta realizzare le sue "network slice" personalizzate o adattate alle varie applicazioni offerte ai suoi utenti. Questo consente alla rete 5G di poter essere utilizzata a tutti gli effetti come Internet Service Provider su infrastruttura di tipo mobile.