5G: le Reti del Futuro

03/21 • 5 min • Copia link

Le notizie di torri radio incendiate arrivano da tutto il mondo, testimoni di una paura diffusa. Nel seguente articolo proviamo a capire cos’è il 5G.

Cos’è il 5G

5G sta per “quinta generazione” e si riferisce alle nuove reti mobili che sostituiranno le 4G. Il miglioramento sta nel fornire una maggiore velocità nei download e ridurre il tempo di latenza, permettendo un utilizzo più efficiente dei dispositivi che lo adoperano.

Per capire come funziona è utile conoscere la storia delle precedenti generazioni.

Un po’ di storia

La telecomunicazione di prima generazione trova il primo utilizzo da parte degli Europei e degli Americani intorno agli anni Cinquanta. Questo sistema rivoluzionario si basava sulle considerazioni di fisici quali Maxwell ed Hertz riguardo le onde elettromagnetiche, che avrebbe permesso una trasmissione di dati analogici (“wireless”). I dispositivi utilizzati erano però di dimensioni eccessive, quindi la NTT creò telefoni cellulari più adeguati nel 1979. Il troppo “rumore” (segnale indesiderato) inevitabilmente trasmesso rappresentava comunque una grossa limitazione.   

Radiolinja sviluppò il 2G nel 1991 e trasformò la trasmissione dei segnali convertendo i dati da una forma analogica ad una digitale. In questo modo il rumore poteva essere filtrato e i dati crittografati, cosicché solo il destinatario potesse accedervi. Questa nuova tecnologia permetteva anche l’accesso a internet ai telefoni cellulari, ma la larghezza di banda risultò insufficiente dopo poco tempo.

Nei primi anni del 2000 NNT introdusse il 3G, che prevedeva una velocità di trasmissione fino a 7,2 Mbit/s, di molto superiore al 2G.

Nel 2009 venne lanciata da Oslo e Stoccolma la telecomunicazione di quarta generazione, che forniva numerosi miglioramenti rispetto ai suoi predecessori. La velocità di download e upload venne notevolmente aumentata, la crittografia migliorata e la latenza ridotta ( il tempo di risposta era di appena 50ms).

Appena un anno dopo, NTT cominciò a studiare come implementare il 5G e produsse una lista di requisiti che una tecnologia deve rispettare per essere considerata di quinta generazione.

Cos’è il 5G: le regole

I produttori dei servizi di trasmissione dovranno quindi rispettare delle regole per garantire una connessione più rapida ed efficiente, tra cui:

  • Velocità di trasmissione di dati fino a 10 Gbit/s
  • Latenza di 1ms
  • Capacità di gestire fino a 1 000 000 dispositivi per km2
  • 99.999% di affidabilità
  • Riduzione del 90% del consumo energetico

Come funziona il 5G?

Affinché i requisiti vengano soddisfatti, è necessario introdurre o implementare alcune tecnologie.

Uno dei fondamenti della tecnologia 5G è il Massive MIMO (Multiple-Input Multiple-Output), che si riferisce al grande numero di antenne sia alla sorgente del segnale che al ricevitore. I principali vantaggi riguardano l’efficienza spettrale ed energetica. Inoltre si riduce il “costo” computazionale degli algoritmi e il rumore è minimizzato. Con la tecnologia MIMO si creano numerosi percorsi tra trasmettitore e ricevitore, ma con la rete già affollata a causa del 4G ciò può risultare difficile. Le onde millimetriche (a frequenza >24GHz) permettono di creare canali di maggiore larghezza di banda come i “beamforming”, fasci di segnali direzionati nel modo più preciso possibile verso l’utente. In questo modo si evitano interferenze con altre onde e il ricevitore può recepire più flussi di dati.

Le onde millimetriche hanno però difficoltà a viaggiare attraverso gli ostacoli (come cemento e pioggia), quindi entrano in gioco le “Small Cells”, piccole sottostazioni a bassa potenza. Le small cells permettono ai segnali di viaggiare per lunghe distanze e di aggirare gli ostacoli. Infatti, ogni volta che un’onda incontra un’infrastruttura può appoggiarsi alla sottostazione e passare direttamente a quella più vicina. Inoltre, le small cells evitano che la rete mobile saturi a causa dell’eccessivo traffico di dati.

Un’altra tecnologia fondamentale per il 5G è il “Full Duplex”. Per comprendere il suo scopo occorre sapere che fino ad ora, per trasmettere e ricevere dei segnali, i dispositivi dovevano operare su frequenze diverse o attendere che l’informazione sia ricevuta prima di rispondere (pensiamo ai walkie talkie). Grazie ai full duplex è possibile ricevere e trasmettere dati contemporaneamente e sulla stessa frequenza. In questo modo è possibile ridurre drasticamente la latenza ed aumentare la velocità di trasmissione.

Cos’è il 5G: a che punto siamo?

Le sperimentazioni in Italia sono iniziate nel 2017 in tre aree: Milano, Prato e L’Aquila, Bari e Matera. Il progetto prevedeva una sperimentazione della durata di 4 anni con il coinvolgimento di partner commerciali tra cui Open Fiber, Wind Tre, Vodafone, Tim, Fastweb e Huawei. Alla fine del 2020 la rete di quinta generazione si è ampliata e ora copre le città principali della nostra penisola, con una diffusione maggiore al Nord. Uno studio del 2020 ha rilevato che il 5G in Italia è il più veloce tra i paesi del G7. Nulla a che vedere con gli Emirati Arabi Uniti, primi in classifica.   

Come possiamo usare il 5G?

L’utilizzo più vicino a noi riguarda gli smartphone,  che vedono una connessione internet più veloce e stabile e un miglioramento nella qualità delle telefonate. La possibilità di trasmettere un gran numero di dati in poco tempo diventa essenziale anche per dispositivi medici indossabili o per i veicoli a guida autonoma. Si hanno vantaggi sul fronte delle realtà aumentate e virtuali, oltre che sul campo della ricerca. L’aspetto più importante è che, se il 5G venisse diffuso in tutto il mondo, si potrebbero raggiungere anche i paesi più rurali.

Conclusione

Come oggi pensiamo con nostalgia ai lettori CD, un giorno anche le tecnologie della quinta generazione ci sembreranno obsolete. Il progresso non accenna a fermarsi e presto ci troveremo a parlare di 6G, perennemente insoddisfatti e assetati di conoscenza.

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