5G per il mondo smart

È opinione diffusa che la vera rivoluzione dell'Internet of Things sarà causata solo dalla divulgazione della rete Internet mobile di quinta generazione. Questa rete sarà ancora creata, ma il business non ci sta guardando ora con l'introduzione dell'infrastruttura IoT.

Gli esperti si aspettano che il 5G non sia un'evoluzione, ma una completa trasformazione della tecnologia mobile. Ciò dovrebbe trasformare l'intero settore associato a questo tipo di comunicazione. Nel febbraio 2017, durante una presentazione al Mobile World Congress di Barcellona, ​​​​un rappresentante di Deutsche Telekom ha persino affermato che a causa di gli smartphone cesseranno di esistere. Quando diventerà popolare, saremo sempre online, con quasi tutto ciò che ci circonda. E a seconda del segmento di mercato che utilizzerà questa tecnologia (telemedicina, chiamate vocali, piattaforme di gioco, navigazione web), la rete si comporterà in modo diverso.

Velocità della rete 5G rispetto alle soluzioni precedenti

Durante lo stesso MWC sono state mostrate le prime applicazioni commerciali della rete 5G – anche se questa dicitura fa sorgere qualche dubbio, perché non si sa ancora quale sarà effettivamente. Le ipotesi sono del tutto inconsistenti. Alcune fonti affermano che il 5G dovrebbe fornire velocità di trasmissione di decine di migliaia di megabit al secondo a migliaia di utenti contemporaneamente. La specifica preliminare per il 5G, annunciata qualche mese fa dall'International Telecommunication Union (ITU), suggerisce che i ritardi non supereranno i 4 ms. I dati devono essere scaricati a 20 Gbps e caricati a 10 Gbps. Sappiamo che l'ITU vuole annunciare la versione finale della nuova rete questo autunno. Tutti sono d'accordo su una cosa: la rete 5G deve fornire una connessione wireless simultanea di centinaia di migliaia di sensori, che è la chiave per l'Internet delle cose e dei servizi onnipresenti.

Aziende leader come AT&T, NTT DOCOMO, SK Telecom, Vodafone, LG Electronic, Sprint, Huawei, ZTE, Qualcomm, Intel e molte altre hanno chiarito il loro supporto per accelerare la tempistica della standardizzazione 5G. Tutte le parti interessate vogliono iniziare a commercializzare questo concetto già nel 2019. D'altra parte, l'Unione Europea ha annunciato il piano 5G PPP () per determinare la direzione dello sviluppo delle reti di prossima generazione. Entro il 2020 i paesi dell'UE devono rilasciare la frequenza di 700 MHz riservata a questo standard.

La rete 5G è un dono delle nuove tecnologie

Le singole cose non hanno bisogno del 5G

Secondo Ericsson, alla fine dello scorso anno, 5,6 miliardi di dispositivi erano in funzione in (, IoT). Di questi, solo circa 400 milioni hanno funzionato con reti mobili e il resto con reti a corto raggio come Wi-Fi, Bluetooth o ZigBee.

Il vero sviluppo dell'Internet of Things è molto spesso associato alle reti 5G. Le prime applicazioni delle nuove tecnologie, inizialmente nel settore delle imprese, potrebbero apparire tra due o tre anni. Tuttavia, possiamo aspettarci l'accesso alle reti di nuova generazione per i singoli clienti non prima del 2025. Il vantaggio della tecnologia 5G è, tra l'altro, la capacità di gestire un milione di dispositivi assemblati su un'area di un chilometro quadrato. Sembrerebbe un numero enorme, ma se si tiene conto di ciò che dice la visione dell'IoT città intelligentiin cui, oltre alle infrastrutture urbane, sono collegati veicoli (comprese le auto a guida autonoma) e domestici (casa intelligente) e dispositivi da ufficio, così come, ad esempio, negozi e merci in essi immagazzinate, questo milione per chilometro quadrato cessa di sembrare così grande. Soprattutto nel centro cittadino o in zone ad alta concentrazione di uffici.

Tieni presente, però, che molti dispositivi collegati alla rete e i sensori posti su di essi non richiedono velocità molto elevate, perché trasmettono piccole porzioni di dati. Internet ultraveloce non è necessario per un bancomat o un terminale di pagamento. Non è necessario disporre di un sensore di fumo e temperatura nel sistema di protezione, informando, ad esempio, un produttore di gelati sulle condizioni nei frigoriferi nei negozi. Non sono necessarie velocità elevate e bassa latenza per il monitoraggio e il controllo dell'illuminazione stradale, per la trasmissione di dati dai contatori di elettricità e acqua, per il controllo remoto tramite smartphone di dispositivi domestici connessi all'IoT o nella logistica.

Oggi, nonostante disponiamo della tecnologia LTE, che ci consente di inviare diverse decine o addirittura centinaia di megabit di dati al secondo su reti mobili, una parte significativa dei dispositivi che operano nell'Internet delle cose utilizza ancora Reti 2G, cioè. è in vendita dal 1991. Norma GSM.

Per superare la barriera dei prezzi che scoraggia molte aziende dall'utilizzare l'IoT nelle loro attività attuali e quindi ne rallenta lo sviluppo, sono state sviluppate tecnologie per costruire reti progettate per supportare dispositivi che trasmettono piccoli pacchetti di dati. Queste reti utilizzano sia le frequenze utilizzate dagli operatori mobili che la banda senza licenza. Tecnologie come LTE-M e NB-IoT (denominato anche NB-LTE) operano nella banda utilizzata dalle reti LTE, mentre EC-GSM-IoT (denominato anche EC-EGPRS) utilizza la banda utilizzata dalle reti 2G. Nella gamma senza licenza, puoi scegliere tra soluzioni come LoRa, Sigfox e RPMA.

Tutte le opzioni di cui sopra offrono un'ampia gamma e sono progettate in modo tale che i dispositivi finali siano il più economici possibile e consumino meno energia possibile, e quindi funzionino senza cambiare la batteria anche per diversi anni. Da qui il loro nome collettivo - (basso consumo energetico, lungo raggio). Le reti LPWA che operano nelle gamme disponibili per gli operatori mobili necessitano solo di un aggiornamento software. Lo sviluppo di reti commerciali LPWA è considerato dalle società di ricerca Gartner e Ovum come uno degli eventi più importanti nello sviluppo dell'IoT.

Gli operatori utilizzano diverse tecnologie. L'olandese KPN, che lo scorso anno ha lanciato la sua rete nazionale, ha scelto LoRa ed è interessata a LTE-M. Il gruppo Vodafone ha scelto NB-IoT: quest'anno ha iniziato a costruire una rete in Spagna e ha in programma di costruire una rete del genere in Germania, Irlanda e Spagna. Deutsche Telekom ha scelto NB-IoT e annuncia che la sua rete sarà lanciata in otto paesi, inclusa la Polonia. La spagnola Telefonica ha scelto Sigfox e NB-IoT. Orange in Francia ha iniziato a costruire una rete LoRa e poi ha annunciato che avrebbe iniziato a implementare reti LTE-M dalla Spagna e dal Belgio nei paesi in cui opera, e quindi probabilmente anche in Polonia.

La costruzione della rete LPWA potrebbe significare che lo sviluppo di uno specifico ecosistema IoT inizierà più velocemente rispetto alle reti 5G. L'espansione dell'una non esclude l'altra, perché entrambe le tecnologie sono essenziali per le smart grid del futuro.

È probabile che le connessioni wireless 5G necessitino comunque di molto энергия. Oltre alle suddette gamme, lo scorso anno dovrebbe essere lanciato un modo per risparmiare energia a livello di singoli dispositivi. Piattaforma web Bluetooth. Sarà utilizzato da una rete di lampadine intelligenti, serrature, sensori, ecc. La tecnologia consente di connettersi ai dispositivi IoT direttamente da un browser Web o da un sito Web senza la necessità di applicazioni speciali.

Visualizzazione della tecnologia Web Bluetooth

5G prima

Vale la pena sapere che alcune aziende perseguono la tecnologia 5G da anni. Ad esempio, Samsung lavora alle sue soluzioni di rete 5G dal 2011. In questo periodo è stato possibile ottenere una trasmissione di 1,2 Gb/s in un veicolo che si muoveva ad una velocità di 110 km/h. e 7,5 Gbps per un ricevitore fisso.

Inoltre esistono già reti sperimentali 5G realizzate in collaborazione con diverse aziende. Tuttavia, al momento è ancora troppo presto per parlare dell'imminente e veramente globale standardizzazione della nuova rete. Ericsson lo sta testando in Svezia e Giappone, ma i piccoli dispositivi consumer che funzioneranno con il nuovo standard sono ancora lontani. Nel 2018, in collaborazione con l'operatore svedese TeliaSonera, la società lancerà le prime reti 5G commerciali a Stoccolma e Tallinn. Inizialmente lo farà reti urbane, e dovremo aspettare fino al 5 per il 2020G "full-size". Anche Ericsson ce l'ha primo telefono 5G. Forse la parola "telefono" è la parola sbagliata, dopotutto. Il dispositivo pesa 150 kg e devi viaggiare con esso in un grande autobus armato di strumenti di misurazione.

Lo scorso ottobre è arrivata dalla lontana Australia la notizia del debutto della rete 5G. Tuttavia, questi tipi di segnalazioni dovrebbero essere affrontati a distanza: come fai a sapere, senza uno standard e una specifica 5G, che è stato lanciato un servizio di quinta generazione? Questo dovrebbe cambiare una volta concordato lo standard. Se tutto andrà secondo i piani, le reti 5G pre-standardizzate faranno la loro prima apparizione alle Olimpiadi invernali del 2018 in Corea del Sud.

Onde millimetriche e minuscole cellule

Il funzionamento della rete 5G dipende da diverse importanti tecnologie.

Stazione base prodotta da Samsung

Prima connessioni ad onde millimetriche. Sempre più dispositivi si connettono tra loro o a Internet utilizzando le stesse frequenze radio. Ciò causa perdita di velocità e problemi di stabilità della connessione. La soluzione potrebbe essere quella di passare alle onde millimetriche, ad es. nella gamma di frequenza di 30-300 GHz. Attualmente sono utilizzati in particolare nelle comunicazioni satellitari e nella radioastronomia, ma il loro principale limite è stato il loro corto raggio. Un nuovo tipo di antenna risolve questo problema e lo sviluppo di questa tecnologia è ancora in corso.

La tecnologia è il secondo pilastro della quinta generazione. Gli scienziati si vantano di essere già in grado di trasmettere dati utilizzando onde millimetriche su una distanza di oltre 200 m E letteralmente ogni 200-250 m nelle grandi città potrebbero esserci, ad esempio, piccole stazioni base con un consumo energetico molto basso. Tuttavia, nelle aree meno popolate, le "celle piccole" non funzionano bene.

Questo dovrebbe aiutare con il problema di cui sopra Tecnologia MIMO nuova generazione. MIMO è una soluzione utilizzata anche nello standard 4G in grado di aumentare la capacità di una rete wireless. Il segreto sta nella trasmissione multi-antenna sul lato trasmittente e ricevente. Le stazioni di nuova generazione possono gestire otto volte più porte di oggi per inviare e ricevere dati contemporaneamente. Pertanto, il throughput della rete aumenta del 22%.

Un'altra tecnica importante per il 5G è quella "beamforming“. È un metodo di elaborazione del segnale in modo che i dati vengano consegnati all'utente lungo il percorso ottimale. aiuta le onde millimetriche a raggiungere il dispositivo in un raggio concentrato piuttosto che attraverso una trasmissione omnidirezionale. Pertanto, la potenza del segnale viene aumentata e le interferenze vengono ridotte.

Il quinto elemento della quinta generazione dovrebbe essere il cosiddetto full duplex. Il duplex è una trasmissione bidirezionale, cioè quella in cui la trasmissione e la ricezione di informazioni è possibile in entrambe le direzioni. Full duplex significa che i dati vengono trasmessi senza interruzione della trasmissione. Questa soluzione viene costantemente migliorata per ottenere i parametri migliori.

 

Sesta generazione?

Tuttavia, i laboratori stanno già lavorando su qualcosa di ancora più veloce del 5G, anche se, ancora una volta, non sappiamo esattamente quale sia la quinta generazione. Gli scienziati giapponesi stanno creando una futura trasmissione di dati wireless, per così dire, la prossima, sesta versione. Consiste nell'utilizzare frequenze da 300 GHz e superiori, e le velocità raggiunte saranno di 105 Gb/s su ciascun canale. La ricerca e lo sviluppo di nuove tecnologie sono in corso da diversi anni. Lo scorso novembre sono stati raggiunti 500 Gb/s utilizzando la banda terahertz a 34 GHz, quindi 160 Gb/s utilizzando un trasmettitore nella banda 300-500 GHz (otto canali modulati a intervalli di 25 GHz). ) - ovvero risultati molte volte superiori alle capacità attese della rete 5G. L'ultimo successo è il lavoro di un gruppo di scienziati dell'Università di Hiroshima e dei dipendenti Panasonic allo stesso tempo. Le informazioni sulla tecnologia sono state pubblicate sul sito web dell'università, le ipotesi e il meccanismo della rete terahertz sono stati presentati a febbraio 2017 alla conferenza ISSCC a San Francisco.

Come sapete, un aumento della frequenza di funzionamento non solo consente un trasferimento dei dati più rapido, ma riduce anche notevolmente la possibile portata del segnale e aumenta anche la sua suscettibilità a tutti i tipi di interferenza. Ciò significa che è necessario costruire un'infrastruttura abbastanza complessa e densamente distribuita.

Vale anche la pena notare che le rivoluzioni - come la rete 2020G prevista per il 5 e poi l'ipotetica rete terahertz ancora più veloce - comportano la necessità di sostituire milioni di dispositivi con versioni adeguate ai nuovi standard. È probabile che ciò rallenterà in modo significativo... il tasso di cambiamento e farà sì che la rivoluzione prevista diventi effettivamente un'evoluzione.

essere continuato Numero argomento nell'ultimo numero del mensile.