Con qualche mese di ritardo rispetto alle previsioni, che l’avevano prevista per il mese di marzo, è stata ufficialmente rilasciata la Release 16 dello standard 5G, l’ultima frontiera della tecnologia di rete che sta rivoluzionando lo scambio dati, anche (con questa versione soprattutto) in ambito industriale.
Il 3rd Generation Partnership Project (3GPP), il consorzio che cura la pubblicazione delle specifiche degli standard di comunicazione WAN, ha infatti annunciato il completamento della Release 16 del 5G, “risultato di uno sforzo congiunto volto a potenziare gli aspetti fondamentali di un sistema 5G (quali per esempio copertura, mobilità, potenza, affidabilità) ed espandere la portata del 5G, arrivando a trasformare una vasta varietà di settori”: industria, nuove applicazioni, nuove bande di frequenza.
Sono sei in particolare le aree chiave in cui la nuova release porterà i maggiori benefici, “il cuore dell’evoluzione continua del 5G”, come le definisce John Smee, Vicepresidente della divisione Engineering della società di telecomunicazioni Qualcomm, uno dei principali player di mercato relativamente alla produzione di CPU mobile e modem 5G.
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Industria 4.0 tra le applicazioni target della release 16
Le nuove funzionalità possono rendere il 5G adatto a supportare le applicazioni mission-critical, come l’automazione che sfrutta le tecnologie di Industria 4.0. Un obiettivo è che il 5G NR soddisfi i requisiti di affidabilità più rigorosi (fino al 99,9999%), mantenendo una latenza al livello del millisecondo. Il CoMP (Coordinated multi-point) è uno dei principali abilitatori tecnologici, che utilizza più punti di trasmissione e ricezione (multi-TRP) per creare diversità spaziale con più percorsi di comunicazione. Inoltre è migliorato ulteriormente il multiplexing di servizio, permettendo al traffico a banda larga mobile e mission-critical di coesistere in modo più efficiente nel framework comune 5G NR e supportando funzionalità avanzate come la prioritizzazione dei canali logici e il pre-rilascio del downlink e dell’uplink.
Non-Public-Network e TSN
Per permettere al 5G di supportare diverse implementazioni, la release 16 ha introdotto nuove funzionalità che ne hanno ampliato il raggio d’azione. Il supporto esteso per il Non-Public-Network (NPN) contribuirà ad accelerare le implementazioni della rete privata 5G, come le reti industriali IoT e le reti aziendali. Il Time Sensitive Networking (TSN) consente alle reti 5G di fornire servizi con requisiti stringenti di sincronizzazione e latenza che sono critici per molti casi di utilizzo dell’Industrial IoT (ad esempio, il machine control). Le nuove tecniche di misurazione e mitigazione delle interferenze (come RIM/CLI) consentono un’implementazione robusta e preparano il terreno per il futuro funzionamento dinamico del TDD con la mitigazione delle interferenze base station-to-base station e mobile-to-mobile. L’accesso integrato e il backhaul (IAB) consente alle base station mmWave di essere usate sia come accesso wireless che come backhaul, eliminando così la necessità di nuove implementazioni di fibra ottica quando si densifica la rete. Infine, la Release 16 supporta anche l’eMTC e l’NB-IoT distribuiti nello spettro 5G e gestiti da una rete core 5G per servizi massivi IoT.
La guida autonoma
Un’altra area chiave della Release 16 è il sidelink basato su NR per il cellular-vehicle-to-everything (C-V2X), il meccanismo per la guida autonoma dei veicoli. Le prime release di C-V2X hanno già fornito una sicurezza di base, ma con la release 16 si offrono importanti miglioramenti al sidelink, supportando applicazioni avanzate come la guida coordinata e la condivisione dei sensori. Essa apporta diversi miglioramenti sotto forma di maggiore portata, minore latenza, un multicast affidabile basato sulla distanza, sincronizzazione distribuita e controllo QoS unificato: tutte novità che miglioreranno la guida autonoma e semiautonoma in termini di efficienza e sicurezza. Ma non sarà solo l’automotive a beneficiare di queste innovazioni: il sidelink basato su NR della release 16 potrà essere utilizzato per una vasta gamma di use cases futuri, come le comunicazioni di sicurezza pubblica e le applicazioni commerciali.
Posizionamento preciso
Un’altra applicazione migliorata tramite la release 16 del 5G è quella relativa al posizionamento ad alta precisione, un fattore chiave per molte applicazioni verticali (dalla sicurezza agli spostamenti).
Il vantaggio del posizionamento su base cellulare, che integra i sistemi GNSS esistenti, è che funziona bene sia in ambienti indoor che outdoor. La Release 16 supporta il posizionamento multi/singola cella e basato su dispositivi, definendo un nuovo segnale di riferimento di posizionamento (PRS) utilizzato da varie tecniche di posizionamento 5G come il tempo di andata e ritorno (RTT), l’angolo di arrivo/partenza (AoA/AoD) e la differenza di tempo di arrivo (TDOA). Il posizionamento basato sul tempo di andata e ritorno (RTT) elimina il requisito di una stretta sincronizzazione dei tempi di rete tra i nodi (come necessario nelle tecniche legacy come il TDOA) e offre una flessibilità aggiuntiva nella distribuzione e nella manutenzione della rete. Queste tecniche sono progettate per soddisfare i requisiti del 5G di 3 e 10 metri per i casi di utilizzo all’interno e all’esterno, rispettivamente. Con la release 17, una precisa funzionalità di posizionamento interno porterà una precisione inferiore al metro per i casi d’uso dell’Industrial IoT.
Spettro senza licenza
Un’altra innovazione riguarda lo spettro senza licenza: l’obiettivo per l’espansione del 5G è infatti quello di operare in tutti i tipi di spettro e bande, per portare “più capacità” e “una maggiore flessibilità di implementazione”. La release 16 aggiunge il supporto per lo spettro senza licenza per 5G NR (NR-U) che include due modalità di funzionamento: il License Assisted Acces (LAA) e un’opzione di implementazione autonoma che non richiede alcuno spettro con licenza. La modalità LAA permette agli operatori di telefonia mobile di attingere allo spettro senza licenza per aumentare la larghezza di banda 5G, basandosi su ciò che stanno già facendo con LTE LAA. La modalità standalone NR-U non richiede l’utilizzo di spettro con licenza, cosa che porta i benefici del 5G ad un ecosistema più ampio, inclusi gli operatori di telefonia mobile, i fornitori di servizi, il wireless degli Internet Service Provider (ISP) e gli operatori di rete privata 5G. Inoltre, NR-U può essere utilizzato anche per distribuire il 5G nella nuova banda a 6 GHz. In prospettiva, NR-U servirà come base per le future innovazioni dello spettro, come l’obiettivo della prossima release (la 17): il supporto della banda a 60 GHz senza licenza.
Risparmio energetico e applicazioni mobile
Un’altra area riguarda il risparmio energetico avanzato e la mobilità, per una migliore performance e copertura dei device. Nella Release 16, sono state introdotte molte nuove funzioni di risparmio energetico del sistema, tra cui
- un nuovo Wake Up Signal (WUS) che riduce al minimo il monitoraggio delle segnalazioni di controllo in modalità low power
- una procedura di accesso casuale semplificata (RACH)
- un controllo di aggregazione delle portanti a bassa potenza che spegne in modo efficiente le portanti secondarie quando non sono in uso
Sul fronte della mobilità, per ridurre i tempi di interruzione dell’handover (che è vicino a 0ms) e migliorare ulteriormente le prestazioni di mobilità del dispositivo, arriva l’handover condizionato device-driven, il report precoce delle misurazioni e il recupero dei guasti del gruppo di celle master (MCG) a doppia connettività.
Qualcomm: “Fabbriche sempre più wireless”
“Il settore industriale sta attraversando una trasformazione digitale che coinvolge molti settori, come la vendita al dettaglio, i servizi pubblici, la produzione e la sanità, per citarne solo alcuni”, commenta Sebastiano Di Filippo, Senior Director Business Development di Qualcomm Europe. “Il 5G permetterà alle fabbriche di diventare sempre più wireless, connettendo fra loro macchine, robot, controller, sensori e molti altri dispositivi impiegati negli ambienti industriali. La combinazione delle potenzialità abilitate dalla connettività 5G e di quelle di calcolo legate a machine learning, digital twin, XR, CV e robot collaborativi darà vita a un livello di prestazioni ed efficienza senza precedenti, che si concretizzerà in benefici quali produzione flessibile e manutenzione predittiva. La Release 16 espande il 5G NR a nuove industrie verticali, aprendo nuovi spazi per l’innovazione nell’ambito dell’industrial IoT con nuove capacità”.
Di Filippo cita cinque principali caratteristiche della nuova release dello standard:
- Una comunicazione ultra affidabile e a bassa latenza (eURLLC) con latenze inferiori al millisecondo e un’affidabilità del 99,9999%.
- Supporto per le reti time sensitive (TSN)
- Ethernet industriale senza fili per una produzione più flessibile, aprendo una nuova era per l’Industria 4.0
- Ampliamento delle funzionalità a supporto delle reti 5G private
- Supporto per 5G NR operante in spettro non autorizzato (NR-U)
“Qualcomm sta guidando l’evoluzione del 5G per l’industrial IoT secondo molteplici punti di vista: della tecnologia, della standardizzazione e dello sviluppo del prodotto”, conclude. “Facendo leva sui nostri prodotti esistenti basati sull’industrial IoT basati sull’LTE, siamo stati pionieri nei primi trial di reti private LTE per l’IIoT e oggi stiamo collaborando con molte aziende, ponendo le basi per la transizione al 5G. Le fabbriche connesse del futuro saranno in grado di fare molto di più che portare a termine semplici azioni, potranno prendere decisioni”.
