Le nuove tecnologie spesso seguono il classico ciclo di hype di Gartner, passando dall'innovazione iniziale all'entusiasmo eccessivo e alla disillusione fino all'illuminazione e alla produttività finale. Il 5G non fa eccezione. Mentre i titoli audaci e l’hype che circonda il 5G lasciano il posto alla realtà pratica, sia i sostenitori che i critici concordano sul fatto che una serie di problemi tecnici devono essere risolti prima che il 5G raggiunga il suo pieno potenziale. Le reti 5G basate su frequenze di onde millimetriche (mmWave) nella gamma da 24 GHz a 40 GHz sono le più promettenti per la connettività wireless a larghezza di banda elevata e bassa latenza. Tuttavia, mmWave la tecnologia pone inoltre sfide significative in termini di propagazione RF e ostacoli all’implementazione di reti 5G superveloci su larga scala che i progettisti devono affrontare per sbloccare il potenziale del 5G ovunque.
Trasformazione 5G: reti wireless con velocità simili a quelle della fibra
L'evoluzione cellulare è infinita: messaggi di testo abilitati 2G, 3G ha portato la connettività Internet mobile e 4G ha introdotto lo streaming video mobile. 5G New Radio, la quinta generazione di tecnologia cellulare, è destinata a succedere all'attuale 4G LTE, offrendo velocità dati di picco 100 volte più veloci del 4G, insieme a una larghezza di banda notevolmente più elevata, una latenza inferiore, una maggiore disponibilità e una copertura più coerente.
Il 5G sarà un catalizzatore per l'innovazione nel modo in cui viviamo, lavoriamo e ci connettiamo, trasformando le industrie e migliorando le nostre vite in modi che dobbiamo ancora immaginare. Proprio come la proliferazione delle comunicazioni in fibra ad alta velocità ha rivoluzionato Internet, le reti 5G supereranno la connettività mobile ovunque. Le velocità del 5G simili alla fibra con disponibilità dello spettro 10× offuscheranno i confini tra l'accesso cablato e wireless nelle nostre case, uffici, fabbriche e città.
Le applicazioni che beneficiano delle prestazioni senza pari del 5G includono veicoli completamente autonomi, comunicazioni da veicolo a veicolo, edifici intelligenti e città intelligenti, telemedicina, robotica medica, realtà virtuale e aumentata, servizi mobili basati su cloud. Un aumento esponenziale dei dispositivi connessi per l'Internet delle cose e le fabbriche intelligenti, i magazzini e le arene sportive IoT industriali saranno tra i primi a beneficiare delle reti 5G private.
mmWave: la tecnologia 5G che tutti noi desideriamo
Proprio come ci sono molteplici gusti di Wi-Fi e tecnologie wireless Bluetooth con caratteristiche e livelli di prestazioni diversi, gli operatori di telefonia mobile stanno lanciando diversi tipi di 5G con differenze significative in termini di velocità e latenza in base allo spettro utilizzato.
Esistono due tipi principali di reti 5G:
- Le reti superveloci mmWave 5G si basano su bande ad altissima frequenza che vanno da 24 GHz a 40 GHz e anche superiori, offrendo prestazioni incredibilmente veloci, ampia larghezza di banda e "fattore wow" che la maggior parte delle persone si aspetta dal 5G. Questa è la gamma di frequenza 5G che consente film a figura intera in secondi anziché in minuti.
- Le reti 6G sub-5-GHz – ciò che la maggior parte delle persone sta attualmente sperimentando nel loro servizio 5G – supportano bande a media e bassa frequenza inferiori a 6 GHz. Le bande a bassa frequenza sono inferiori a 1 GHz e le bande medie vanno da 3.4 GHz a 6 GHz.
Comprendere le differenze tra ogni tipo di tecnologia 5G è fondamentale per affrontare le sfide di implementazione e soddisfare le aspettative degli utenti finali in termini di larghezza di banda e latenza. Il tipo di 5G che la maggior parte degli utenti riceve oggi sui propri smartphone non è il 5G multi-gigabit ultraveloce che si aspettano immediatamente.
Le reti 4G LTE sono notevolmente più lente delle reti mmWave 5G, con velocità di download 4G che vanno da circa 35 Mbit/s a oltre 50 Mbit/s. mmWave può fornire velocità fino a 5 Gbit/s, notevolmente più veloci di quanto è possibile con 4G LTE. Le velocità di rete 6G sub-5-GHz rientrano tra le velocità mmWave e LTE. Mentre le reti sub-6-GHz superano il 4G LTE in termini di throughput, latenza e larghezza di banda, non raggiungono le prestazioni mmWave.
La maggior parte degli utenti consumer e aziendali non pagherà il premio per passare dal 4G al 5G a meno che non vedano notevoli miglioramenti in termini di velocità dei dati, latenza e larghezza di banda. mmWave è l'unica forma di tecnologia 5G che offre un'esperienza utente notevolmente superiore. È il 5G che tutti vorremmo.
Lancio di mmWave 5G: sfide e opportunità
L'enorme potenziale della tecnologia mmWave comporta grandi sfide. Le velocità della rete mmWave nel mondo reale variano notevolmente a seconda della portata, dei blocchi del segnale e della vicinanza alla torre 5G o alla piccola cella più vicina. Sebbene le reti mmWave 5G siano ultra veloci, sono anche a corto raggio. Per ricevere i segnali mmWave, gli utenti devono trovarsi all'interno di un blocco o due di una torre 5G senza ostacoli alla linea di vista (LOS). I segnali mmWave ad alta frequenza vengono facilmente bloccati da edifici, muri, finestre e fogliame, riducendo ulteriormente la portata 5G disponibile (Figure 1 ). Per ottimizzare la copertura, i gestori devono installare numerose piccole celle ad alta densità, aumentando i costi di implementazione delle reti mmWave su larga scala.
Figura 1: Le sfide dei provider di servizi per le implementazioni rapide di 5G mmWave includono una portata del segnale limitata, requisiti di linea di vista, scarsa penetrazione nell'edificio, copertura e connettività. (Fonte: Movandi) Clicca per ingrandire l'immagine.
A causa della sua copertura e dei limiti di LOS, la tecnologia mmWave è più adatta per ambienti urbani densi. A causa della sua limitazione della portata, mmWave non è una scelta pratica per le aree suburbane e rurali, che sono meglio servite da reti 4G LTE e 6G sub-5-GHz più facili da implementare e più convenienti. L'ampia diffusione delle reti mmWave 5G richiederà un'ampia installazione sotterranea di cavi in fibra. Fino a quando ciò non accadrà, i vettori continueranno a fare affidamento sull'infrastruttura di rete esistente mentre il mercato passerà al 5G. Inoltre, gli smartphone di oggi non supportano tutti i tipi di 5G. Tuttavia, Apple e Samsung dovrebbero lanciare nuovi prodotti per smartphone abilitati al 5G nel prossimo futuro.
Sebbene la portata, la propagazione del segnale e le limitazioni LOS siano il "tallone d'Achille" di mmWave, le tecnologie avanzate come le enormi uscite multiple a più ingressi, gli array di antenne miniaturizzati, il beamforming adattabile e i ripetitori attivi intelligenti possono affrontare efficacemente queste sfide.
I ripetitori attivi intelligenti risolvono i problemi di propagazione del segnale 5G amplificando i segnali mmWave ed estendendo la portata e la copertura delle reti basate su mmWave in ambienti esterni e all'interno degli edifici. I ripetitori attivi funzionano aumentando i segnali mmWave, consentendo loro di penetrare nei muri e altri blocchi e piegarsi intorno agli edifici per superare i problemi di LOS senza la necessità di ingombranti progetti di antenne o costosi backhaul in fibra (Figure 2 ).
Quando implementato all'interno di un edificio, un ripetitore intelligente amplifica un segnale debole e può illuminare un'intera stanza, migliorando le esperienze di connettività dell'utente finale e delle applicazioni. L'uso diffuso di ripetitori attivi su tutte le reti 5G consente ai fornitori di servizi di lanciare servizi 5G mmWave ottimizzati per interni, esterni e mobili a costi inferiori del 50%.
Figura 2: Soluzioni come i ripetitori attivi basati su BeamX di Movandi possono aumentare la copertura delle stazioni base mmWave del 90% per meno del 40% del costo del capex. (Fonte: Movandi) Clicca per ingrandire l'immagine.
Tutti i principali operatori negli Stati Uniti stanno testando le reti mmWave, fornendo disponibilità nelle principali città e quartieri selezionati. Il 6G sub-5-GHz è attualmente più ampiamente disponibile di mmWave, con i principali operatori che stanno implementando reti 5G a bassa frequenza a molti clienti nelle aree urbane.
Gli operatori di livello 1 stanno migrando alla tecnologia mmWave per soddisfare i requisiti di capacità di rete, poiché si prevede che la domanda dei clienti supererà la capacità al di sotto dei 6 GHz entro il 2023, con più operatori che stanno già implementando reti 5G basate su mmWave. Mentre i critici di mmWave sostengono che le reti sub-6-GHz offrono una copertura migliore rispetto a mmWave e richiedono meno nodi radio di nuova generazione (gNB), lo spettro limitato sub-6-GHz alla fine richiederà l'implementazione di più gNB. Inoltre, mmWave ad alta larghezza di banda aiuterà ad alleviare la crescente congestione della rete nelle aree urbane affollate, come arene sportive, sale da concerto e aeroporti.
Mentre è in corso la transizione alle reti 5G, c'è ancora una lunga strada da percorrere prima che il 5G sostituisca il 4G LTE, realizzando la promessa di velocità mmWave ultraveloci e bassa latenza. La tecnologia mmWave è la chiave per sbloccare il potenziale del 5G. Per raggiungere gli ambiziosi obiettivi del 5G di bassa latenza, larghezza di banda elevata, velocità più elevate e ampia copertura, i principali operatori e i fornitori di soluzioni mmWave stanno lavorando insieme per superare queste sfide fondamentali.