Cos'è il 5G e come cambierà il mondo?

La rete mobile di quinta generazione è denominata 5G. Si tratta di una nuovissima tecnologia wireless onnicomprensiva, compatibile con le reti 1G, 2G, 3G e Reti 4G. La rete 5G sta per rappresentare la prossima generazione di reti cellulari wireless, oltre l'attuale 4G Long Term Evolution (LTE). Si prevede che offrirà velocità di trasmissione dati più elevate di 1-10 Gbps, maggiore ampiezza di banda di 4000 Mbps, latenza inferiore di 1 ms, efficienza energetica di 90%, affidabilità di 99,9%, capacità di dati mobili di 10 Tb e maggiore durata della batteria rispetto alle reti 4G. Con servizi a banda larga di dati e applicazioni in tempo reale unici nel loro genere, il 5G promette di soddisfare le crescenti esigenze degli utenti fornendo miliardi di connessioni affidabili e una massiccia communicazione Internet-of-Things (IoT). Sarà in grado di integrare numerose tecnologie e tecniche moderne che le generazioni precedenti non potevano supportare a causa della loro limitata capacità e compatibilità.

Chi ha inventato e possiede il 5G

5G fa parte del percorso evolutivo delle reti wireless cellulari. Non è stata inventata o è di proprietà di una società o di un paese in particolare, ma è il risultato degli sforzi compiuti da diversi ricercatori, produttori e fornitori di servizi. Il 3^rd Progetto di partenariato per la generazione (3GPP) è l'organizzazione responsabile della definizione delle specifiche di ogni tecnologia cellulare, compreso il 5G. L'organizzazione sta svolgendo un ruolo significativo nella progettazione della rete 5G, considerando la tecnologia dell'interfaccia radio aerea, gli standard di communicazione, lo spettro, i livelli di servizio, ecc. Tuttavia, l'industria delle telecomunicazioni di ogni Paese sta cercando di essere il primo ad annunciare la completa implementazione commerciale della rete 5G secondo gli standard definiti dal 3GPP.

Come funziona il 5G?

Inizialmente, la rete 5G viene distribuita sopra le reti 4G esistenti per lanci di base commerapeutici. Questa parte dello standard di rete 5G è chiamata Non-Standalone (NSA). Si tratta di un canale dati extra veloce collegato all'infrastruttura 4G LTE esistente per gestire il piano di controllo e il traffico pesante. Man mano che la tecnologia 5G si evolverà, porterà con sé una nuova architettura di base 5G e gestirà l'intera rete da sola, definita rete 5G Standalone (SA).

La tecnologia e i principi operativi alla base del 5G sono gli stessi del 4G LTE, ma più perfezionati. Come il 4G, il 5G utilizza la tecnica Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) per una trasmissione e una ricezione dei dati rapida ed efficiente dal punto di vista delle risorse. I servizi di rete innovativi e migliorati del 5G sono dovuti alla New Radio (NR), un'interfaccia aerea più flessibile, capace, scalabile ed espandibile. Fornisce servizi mobili a banda larga ad alta velocità che migliorano notevolmente l'esperienza dell'utente e la qualità del servizio (QoS).

Architettura di rete 5G

L'architettura della rete 5G è composta da due parti principali:

1. Rete di accesso radio (RAN): 

La RAN copre la parte di accesso della rete che comprende le piccole celle, le macro celle, le stazioni base (eNB), le apparecchiature delle celle e le apparecchiature degli edifici e delle abitazioni utilizzate per trasferire i dati degli utenti alla rete centrale. Il 5G migliorerà la connettività degli utenti periferici distribuendo varie piccole celle, femtocelle, picocelle e microcelle sopra il livello delle macrocelle, fornendo una forte copertura di rete e colmando le lacune, soprattutto ai margini delle celle. Queste piccole celle opereranno sulla banda di frequenza delle onde millimetriche (mmWave), una nuova caratteristica del 5G che sarà utile in luoghi che richiedono una portata di segnale più breve, come le postazioni di lavoro.

Le macro celle funzioneranno come nel 4G LTE, ma il livello di prestazioni delle torri sarà migliorato grazie alla tecnologia multiple-input-multiple-output (MIMO). Come indica il nome, il MIMO è costituito da un gran numero di antenne che consentono la trasmissione e la ricezione multiple simultaneamente. Il suo design ad antenna massiccia offre numerosi vantaggi agli utenti e ai fornitori di servizi, come la connettività di un maggior numero di utenti, un migliore utilizzo delle risorse della rete, un accesso più rapido, una migliore gestione del traffico dati e una minore latenza.

2. Rete centrale:

La rete centrale del 5G è è stata progettata in modo tale da poter integrare molte tecnologie innovative basate sul cloud, grazie alle quali gli utenti rimarranno virtualmente connessi tra loro e gestiranno tutti i loro dati e le loro operazioni via Internet con una risposta più rapida e un tasso di perdita dei dati inferiore. La rete centrale 5G comprende anche server distribuiti, che forniscono servizi istantanei con una latenza inferiore. La rete core è anche responsabile della gestione delle caratteristiche fondamentali del 5G, tra cui la virtualizzazione delle funzioni di rete (NFV), la rete definita dal software (SDN) e lo slicing di rete.

Quali sono le bande di frequenza 5G nel mondo?

Abbiamo introdotto cosa sono le bande di frequenza 5G Nei dettagli, attualmente le bande di frequenza operative del 4G LTE sono fino a 6 GHz. Tuttavia, la tecnologia 5G sarà in grado di operare in bande di frequenza comprese tra 30 GHz e 300 GHz. Questo è il motivo alla base della velocità di rete superveloce e della connettività costante. Tuttavia, la banda di frequenza iniziale per il 5G è inferiore a 6 GHz, in particolare tra 3,3 GHz e 3,8 GHz. La tecnologia mmWave del 5G opererà al di sopra di 6 GHz, tra 26 GHz e 28 GHz. mmWave fornirà un raggio di copertura più breve e una maggiore capacità di accommodare il massimo degli utenti con prestazioni innegabilmente migliori rispetto alle reti cellulari precedenti. Inoltre, secondo alcune ricerche, in futuro il 5G riutilizzerà anche le bande a bassa frequenza esistenti, poiché l'utilizzo delle reti convenzionali si riduce a causa della loro incapacità di supportare applicazioni e servizi di nuova generazione.

Caratteristiche principali del 5G

Il 5G sarà un'era di connettività in cui tutti e tutto saranno connessi tra loro, compresi gli esseri umani, i dispositivi, gli oggetti e le macchine. Questa tecnologia imminente è composta da numerose caratteristiche che sono i fattori chiave alla base delle sue prestazioni e della sua efficienza di alto livello. Vediamo nel dettaglio quali sono queste caratteristiche:

1. MIMO massivo

È una delle caratteristiche più importanti delle reti 5G, in quanto è in grado di supportare più trasmissioni e ricezioni di dati simultaneamente attraverso un gran numero di antenne. Le dimensioni della rete massiva Antenna MIMO è simile a quello convenzionale 3G o Antenne 4G ma la sua capacità sarà molto più elevato rispetto a questi ultimi. Copre la gamma di frequenze Sub-6 GHz più elevata (come 3,5 GHz) e dispone di un ampio guadagno di multiplazione per ottenere una maggiore capacità e una connettività affidabile.

2. Sub-6 GHz

La frequenza Sub-6 GHz comprende le frequenze a banda media come il Wi-Fi, che vanno da 3 a 6 GHz. Antenne di rete 5G utilizzerà principalmente questo spettro a medio raggio, in quanto consente alle piccole celle di fornire servizi al chiuso e ai potenti NodeB evoluti (eNB) di soddisfare i requisiti di copertura all'aperto. La tecnologia 5G, che copre distanze maggiori, opererà in una banda di frequenza bassa, come quella inferiore a 800 MHz.

3. Formazione del fascio

Tra le molte altre tecnologie 5G efficaci, Il beamforming svolge un ruolo fondamentale per consentire alla rete di esprimere il suo massimo potenziale. Permette alla rete di antenne direzionali 5G per trasmettere fasci direzionali stretti verso il dispositivo dell'utente specifico, dopo aver scelto il canale di trasmissione dati più efficiente verso di esso. Il beamforming riduce anche le interferenze con gli utenti vicini grazie ai suoi fasci focalizzati, fornendo così servizi di alta qualità e una copertura di rete complessiva. Utilizza un array di antenne sfasate che focalizzano il fascio verso la direzione desiderata.

4. mmWave

Come discusso in precedenza, l'mmWave offre una larghezza di banda molto elevata e una frequenza compresa tra 17 GHz e 110 GHz. Essendo una tecnologia a corto raggio, sarà distribuita principalmente in aree densamente popolate per supportare il massimo degli utenti con la sua alta velocità e capacità e mitigare le interferenze.

5. Slicing di rete

La capacità del 5G di supportare un gran numero di utenti che accedono contemporaneamente a servizi diversi è dovuta al network slicing.. Il network slicing crea più reti virtuali su un'architettura fisica condivisa. Queste reti virtuali sono poi dedicate a utenti, servizi, applicazioni o operatori specifici, a seconda delle loro esigenze.

6. Virtualizzazione delle funzioni di rete (NFV)

Consente al software virtualizzato su hardware off-the-shelf commercial di sostituire le funzioni di rete su dispositivi dedicati, come bilanciatori di carico, router e firewall. L'NFV semplifica le funzioni di rete e migliora la progettazione della rete e l'erogazione dei servizi. Consente ai service provider di creare servizi che generano maggiori entrate e aumentano la produttività.

7. Rete definita dal software (SDN)

Consente al 5G di progettare, gestire e controllare la rete in modo efficiente. SDN separa il piano di controllo e il piano di inoltro della rete, consentendo così di programmare direttamente il controllo della rete. In parole più semplici, il piano di controllo non è più collegato all'hardware della rete e il flusso di dati può essere controllato esternamente attraverso un'entità software chiamata controller, situata tra i dispositivi di rete e le applicazioni.

Dove viene utilizzato il 5G?

Le tre aree di servizio principali del 5G comprendono: IoT massivo potenziato, banda larga mobile e communicazione mission-critical. Il 5G è in fase di sperimentazione e implementazione in molti campi per fornire varie applicazioni e migliorare le prestazioni lavorative. Di seguito sono riportate alcune delle applicazioni caratteristiche del 5G:

1. Rete mobile ad alta velocità

Il 5G fornirà un'esperienza eccezionale ad alta velocità con trasmissione audio e video in tempo reale. Ridurrà significativamente la latenza fino a 1 ms, un aspetto molto critico per la guida autonoma e le applicazioni mission-critical. Dall'industria manifatturiera a quella navale, ogni settore lavorerà in modo efficiente con la rete mobile 5G.

2. Internet delle cose (IoT)

L'IoT si evolverà con l'aiuto del 5G, che fornisce velocità e capacità superveloce a centinaia e migliaia di dispositivi per communicare tra loro e rimanere sempre connessi. Il 5G IoT migliorerà il modo in cui le persone gestiscono le loro attività personali e lavorative fianco a fianco. Permetterà la creazione di reti industriali ad alta velocità, lo streaming video e il mobile computing. I settori che beneficeranno dell'IoT 5G comprendono l'automotive, i trasporti, le smart city, le fabbriche intelligenti, l'agricoltura intelligente, i servizi pubblici intelligenti, la smart grid, l'agricoltura, la vendita al dettaglio, la sicurezza, la sorveglianza e la sanità.

3. Intrattenimento e multimedia

Il 5G fornirà un'esperienza video ad altissima definizione da qualsiasi parte del mondo sul proprio dispositivo mobile. I video in 4K non richiederanno tempo per essere scaricati e gli eventi live saranno trasmessi in tempo reale, poiché il 5G è in grado di fornire 120 fotogrammi al secondo e una qualità video a più alta gamma dinamica (HDR) senza buffering.

Differenze tra le precedenti generazioni cellulari e il 5G?

La rete cellulare 1G è stata introdotta nel 1984 con una velocità di trasmissione dati di 2,4 Kbps. Si trattava di una tecnologia analogica con servizio vocale di base. Il 2G è stato introdotto nel 1990 con una velocità di trasmissione dati di 64 Kbps. Ha introdotto gli standard digitali ed è stata progettata per la voce. Nel 1998 è arrivata la rete 3G con una velocità di trasmissione dati di 2 Mbps. Ha fornito agli utenti servizi vocali e a banda larga mobile, ma con una qualità del servizio degradata. Il 5G offre una velocità e una capacità di dati molto più elevate rispetto alle generazioni precedenti. La rete 4G è arrivata nel 2011 con una velocità di trasmissione dati di 100 Mbps. Ha introdotto protocolli basati su IP e servizi a banda larga di alta qualità. Si prevede che l'imminente era del 5G supererà tutte le generazioni precedenti grazie alla velocità di trasmissione dei dati da 10 a 100 Gbps, alla latenza estremamente bassa e all'elevata larghezza di banda.

Quanto è veloce il 5G?

La velocità del 5G ricevuta dall'utente dipenderà da vari fattori, come la posizione dell'utente, il dispositivo dell'utente e il numero di utenti connessi alla rete alla volta. Tuttavia, una cosa è garantita: la velocità di trasmissione dati del 5G sarà significativamente superiore a quella del 4G/4G LTE. Il 4G supporta una velocità di picco di 150 Mbps e una velocità media di 10 Mbps. Il 4G LTE supporta una velocità di picco tra 300 Mbps e 1 Gbps e una velocità media tra 15 Mbps e 50 Mbps. Si prevede invece che il 5G supporterà velocità di dati di picco fino a 20 Gbps e velocità di dati medie superiori a 100 Mbps. Ciò significa che il 5G sarà almeno 100 volte più veloce della tecnologia 4G LTE. Tuttavia, queste sono le velocità di trasmissione dati teoriche della rete 5G. Le velocità di trasmissione dati reali saranno diverse a seconda della crescita e del tipo di rete 5G. Secondo il rapporto analitico di Ookla raccolto nel secondo trimestre del 2022, la velocità di download 5G negli Stati Uniti è stata di 187,33 Mbps, raggiunta da T-Mobile, in testa. Al secondo posto Verizon Wireless con una velocità di download di 113,52 Mbps e al terzo AT&T con 71,54 Mbps. Si prevede quindi che il 5G impiegherà un po' di tempo per raggiungere velocità di picco così elevate, dato che attualmente si trova nella fase iniziale di distribuzione.

Il 5G è disponibile ora?

Sebbene la distribuzione iniziale del 5G sia già iniziata in molti Paesi sviluppati, tra cui Corea del Sud, Cina, Giappone, Europa e Stati Uniti, la sua completa diffusione commerciale è prevista entro il 2025, con 3,6 miliardi di connessioni 5G. La Cina e gli Stati Uniti stanno procedendo alla distribuzione del 5G a un ritmo molto più elevato rispetto ad altri Paesi.

Conclusione

Il 5G promette di rivoluzionare il mondo della communicazione con la sua connettività ad alta velocità e tecnologie innovative mai sperimentate prima. Porterà le persone molto più vicine tra loro e cambierà la metodologia di lavoro di ogni settore, rendendolo più efficiente e produttivo.