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Il nuovo sistema non è caratterizzato da una tecnologia innovativa di accesso, ma dai requisiti di qualità del servizio che dovranno essere rispettati di Maurizio Dècina Emeritus Professor, Politecnico di Milano

Sistemi cellulari 5g: visione e requisiti di servizio

Le varie generazioni dei sistemi radiomobili cellulari si sono succedute nel tempo con scadenza decennale. Mentre i sistemi 1g sono i precursori analogici, i sistemi 2g (Gsm) di seconda generazione nascono nel 1990 e usano la tecnologia radio di accesso Tdma (Time Division Multiple Access). I sistemi 3g (Umts) nascono nel 2000 e adottano la tecnologia Cdma (Code Division Multiple Access), mentre i sistemi 4g (Lte) nascono nel 2010 e impiegano l’innovativa tecnologia Ofdm (Orthogonal Frequency Division Mutiplexing). Progressivamente la banda dedicata ad Internet si è allargata arrivando ai 100 Mbit/s di download dei primi sistemi Lte. Col sistema Lte Advanced si raggiungerà 1 Gbit/s, verso la fine di questa decade, il 2020, anno in cui nascono i sistemi 5g.

Ma, a differenza delle altre generazioni industriali, il sistema 5g non è fortemente caratterizzato da una innovativa tecnologia di accesso. Si parla invece dei requisiti di qualità del servizio che il 5g dovrà rispettare, in termini ad esempio di massima velocità di download (da 10 Gbit/s in su) e di massima latenza (1ms). Per ottenere elevate velocità di download sarà necessario operare su porzioni di spettro grandi almeno quanto quelle dello Lte (da 20 MHz a 80 MHz in carrier aggregation per l’Lte Advanced) esplorando nuove porzioni dello spettro radio ed adottando tecniche di “small cells” e di “massive Mimo” (Multiple Input Multiple Output).

La figura allegata illustra i requisiti tecnici che i sistemi 5g dovranno rispettare per soddisfare tre categorie di servizi: la continuità della customer experience in mobilità (volume dei dati, velocità di download e velocità del movimento); i servizi mission critical, quali energia, trasporti e sanità, (latenza, affidabilità e tempi di creazione dei servizi); i servizi di massa per l’Internet of Things (IoT- numero di dispositivi/sensori serviti, efficienza energetica dei dispositivi/sensori).

Quindi, nel caso dei sistemi 5g la visione è quella di una nuova generazione radiomobile cellulare che deve gestire efficacemente tre differenti tipi di traffico:

• Alto throughput, per servizi video e di realtà aumentata
• Bassa energia, massive IoT per sensori con batterie a lunga vita (10 anni)
• Bassa latenza e alta affidabilità per servizi IoT mission critical.

Inoltre, i sistemi 5g soddisfano i requisiti e contribuiscono alla digitalizzazione dei mercati verticali della IoT (cellular eats IoT!):

• Traporti e automobilismo, manifattura, media & entertainment, energia, sanità e benessere, cibo e agricoltura, ecc.

Infine, i sistemi 5g devono essere sostenuti da una tecnologia sostenibile e scalabile per trattare efficacemente:

• Crescita drammatica del numero di terminali (all’inizio del 5g, nel 2020, ci saranno 50 miliardi di dispositivi connessi; nel 2030, all’alba dei sistemi 6g, le “cose” si conteranno in milioni di miliardi?)
• Crescita sostenuta del traffico (50-60% Cagr)
• Reti eterogenee (diverse interfacce radio e diversi protocolli standard per connettere dispositivi di utente/smartphone e sensori IoT)

Le infrastrutture 5g promettono maggiore efficienza ed efficacia in termini di consumi di energia, tempi di creazione del servizio e flessibilità nell’uso dell’hardware. La scalabilità e l’agilità nella gestione e creazione dei servizi 5g saranno infatti garantite dall’impiego diffuso di tecnologie di Cloud e di Mobile Edge Computing (Mec) in una topologia di rete caratterizzata dall’uso in-door e out-door delle piccole celle (tranne che nelle aree suburbane e rurali). Le tecnologie di virtualizzazione della rete saranno estensivamente impiegate sia nel nucleo (Nfv/Sdn – Network Function Virtualization/Software Defined Networks) che ai bordi della rete stessa (ad esempio: C-Ran – Cloud Radio Access Network: virtualizzazione delle base station).