di Sarah Yost, Senior Product Manager, National Instruments
Dicembre 2017 ha segnato una svolta importante per lo standard wireless: la prima metà della fase 1 dello standard 5G New Radio (5G NR) è stata approvata dal consorzio 3GPP. Un’altra tappa fondamentale a giugno di quest’anno sarà l’approvazione della seconda metà della fase 1 dello standard 5G NR. Una volta definiti gli standard, si procederà con la validazione attraverso prove sul campo e test di pre-release dei dispositivi e delle infrastrutture commerciali sviluppati sulla base di questi standard.
Il lancio commerciale del 5G è ormai prossimo. Al Mobile World Congress di febbraio sono state effettuate numerose dimostrazioni del 5G con lo scopo di promuovere le alte velocità promesse e di mostrare applicazioni d’effetto come la realtà virtuale. Confrontando il Mobile World Congress del 2018 con quello del 2017, i progressi della tecnologia sono a dir poco straordinari. Uno degli aspetti più impressionanti del 5G è che non rappresenta soltanto un nuovo standard mobile. Esiste un intero ecosistema costruito attorno allo standard che comprende una vasta gamma di settori e applicazioni.
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L’importanza delle performance
A differenza degli standard precedenti, il 5G include volutamente dati quantitativi sulle performance per attivare applicazioni al di fuori dei tradizionali casi d’uso della banda larga mobile. Naturalmente è presente un valutatore di performance in relazione ai miglioramenti apportati alla banda larga mobile avanzata in 5G. Tuttavia esistono ulteriori parametri di performance volti all’aumento del numero di dispositivi connessi simultaneamente alla rete, oltre a una specifica per la latenza. L’aumentata connettività dei dispositivi consentirà di abilitare l’Internet of Things (IoT) e l’Industrial Internet of Things (IIoT) a una portata che non può essere raggiunta dalle sole capacità LTE odierne. Le specifiche di latenza terranno conto delle applicazioni in cui sia necessaria una comunicazione deterministica (si pensi a qualsiasi applicazione in cui è coinvolta una vita umana) o in cui la tecnologia interagisca in tempo reale con l’uomo. Se ognuno di questi tre ambiti di specifica consente casi d’uso nuovi ed estesi, è la combinazione di tutti e tre che sta creando un ricco ecosistema di applicazioni intorno al 5G. Il grafico seguente mostra il modo in cui le diverse applicazioni trarranno vantaggio dai vari parametri di prestazione del 5G.
5G e LTE
Come accennato in precedenza, la release di dicembre dello standard da parte del 3GPP è solo la prima di una lunga serie di versioni. Il 5G seguirà un ciclo di progettazione simile a quello dell’LTE, per il quale gli standard e gli aggiornamenti si sono succeduti numerosi negli ultimi nove anni. LTE è stato introdotto con la release 8 del 3GPP. Attualmente, il 3GPP sta lavorando per finalizzare la release 15. La release 15 includerà le specifiche 5G NR.
A dicembre è stato fissato lo standard per un caso d’uso specifico del 5G NR chiamato Non-Stand Alone (NSA). Quando a giugno 2018 la release 15 sarà disponibile, includerà NSA 5G NR e le specifiche per il caso d’uso Stand Alone (SA). Il caso d’uso NSA 5G NR è importante perché funzionerà utilizzando la rete centrale dell’LTE. Ciò significa che non è necessario sviluppare e installare nuove infrastrutture per operare con l’NSA 5G NR. La versione SA utilizzerà una rete centrale 5G e molto probabilmente richiederà l’installazione di nuove apparecchiature di rete. Nel corso dei prossimi mesi, i ricercatori eseguiranno un lavoro accurato per finalizzare lo standard del caso d’uso per SA 5G NR e i fornitori progetteranno l’hardware in grado di supportare il caso d’uso stand-alone una volta disponibile.
L’hardware è ormai pronto
Il 2018 sarà un anno importante per il 5G. Oltre alla release 15 del 3GPP, assisteremo anche all’arrivo del 5G sul mercato consumer. Al Mobile World Congress, Huawei ha mostrato una stazione base 5G, Samsung l’Inter Operability Device Testing (IODT) con la sua stazione base 5G NR a 28 GHz e Qualcomm ha presentato un IODT destinato all’utente finale in grado di operare a 28 GHz con stazioni base fornite da Ericsson e Nokia. Queste presentazioni dimostrano che i produttori di apparecchiature dispongono di hardware ormai pronto per l’utilizzo e Qualcomm sul proprio sito Web indica chiaramente come proprio obiettivo rendere il 5G una realtà commerciale nel 2019.
Realtà virtuale su rete cellulare
Con l’inizio del roll-out del 5G e della sua disponibilità su larga scala, inizierà a emergere una serie di nuove tecnologie e applicazioni. La creazione dello standard 5G, che ha lo scopo di aggiungere disposizioni su latenza e capacità alle specifiche ufficiali, inizia a rendere fattibili applicazioni che solo pochi anni fa sembravano futuristiche. La realtà virtuale (VR, Virtual Reality) ne rappresenta un perfetto esempio. Per avere un’esperienza di VR completa, devono essere presi in considerazione alcuni aspetti chiave. Innanzitutto, gli utenti desiderano avere una visione completa a 360 gradi del mondo virtuale da esplorare. Ciò significa che le telecamere devono acquisire costantemente video ad alta definizione a 360 gradi. Questi video devono quindi essere trasferiti dalla telecamera alla stazione base cellulare. Da lì, devono essere trasmessi in streaming all’utente finale. Le elevate velocità di trasmissione dei dati promesse dal 5G sono in grado di portare a termine facilmente questa attività e di fornire un flusso di dati sufficiente per lo streaming a più utenti contemporaneamente. L’altro aspetto molto importante della VR è la latenza. Quando si gira la testa indossando un caschetto VR, l’ambiente virtuale intorno all’utente deve ruotare in meno di 1 ms. Il cervello percepisce le latenze superiori a 1 ms e ciò provoca un forte senso di nausea nella maggior parte delle persone. Le maggiori velocità combinate della banda larga mobile e il requisito di latenza inferiore a 1 ms del 5G renderanno possibile la VR su una rete cellulare.
La realtà virtuale esiste da anni in varie forme, tuttavia la possibilità di disporne su una rete cellulare renderà possibili nuove applicazioni. Molto richiesto è l’utilizzo per eventi sportivi. Immaginate di guardare una partita di calcio dal punto di vista di un giocatore. O di trovarvi virtualmente nell’area di rigore e vedere l’azione che si svolge dal vivo intorno a voi. Si è assistito a una piccola dimostrazione di questo tipo di tecnologia all’inizio dell’anno durante le Olimpiadi di Pyeongchang. Sulla pista di pattinaggio sono state collocate cento telecamere che trasmettevano in streaming a un padiglione tecnologico. Il pubblico presente nel padiglione poteva indossare caschetti VR e assistere alle competizioni come se fosse stato sulla pista.
Il 5G per lo smart manufacturing
La capacità del 5G di mettere in rete un numero di dispositivi 100 volte maggiore permetterà all’Internet of Things (IoT) e all’Industrial Internet of Things (IIoT) di decollare. L’IoT ha cominciato a muovere i primi passi e sul mercato sono in costante aumento i dispositivi connessi a Internet. Sul mercato consumer tali dispositivi possono risultare utili o interessanti oppure semplicemente stravaganti. Per il settore industriale invece l’IIoT offre nuove, interessanti caratteristiche e funzionalità a beneficio delle fabbriche intelligenti. Quando ogni macchina e dispositivo in un impianto di produzione è in grado di trasmettere costantemente dati statistici di stato ed efficienza, le apparecchiature possono essere riparate prima che si rompano ed è potenzialmente possibile evitare del tutto i problemi. Combinando l’IIoT con la realtà aumentata (AR, Augmented Reality), l’apprendimento automatico e l’intelligenza artificiale (AI, Artificial Intelligence), i tecnici avranno la possibilità di visualizzare lo stato e le informazioni del macchinario attraverso occhiali AR o con un tablet posto nei pressi del macchinario, e l’AI può contribuire a diagnosticare rapidamente i problemi. Il 5G dispone del potenziale per rendere la produzione futura più veloce, economica e sicura.
La guida autonoma
I veicoli autonomi sono probabilmente una delle applicazioni migliori e più attese che saranno rese possibili dal 5G. Attualmente, i veicoli che funzionano autonomamente lo fanno utilizzando una combinazione di più sensori e l’elaborazione di immagini e video. Le future auto a guida autonoma dovranno essere dotate di numerosi sensori e avere la capacità di elaborare i dati provenienti da tali sensori. L’aggiunta di comunicazioni veicolari è necessaria per rendere possibile l’adozione su larga scala di auto a guida autonoma. In poche parole, i veicoli avranno bisogno di comunicare tra loro.
La comunicazione veicolo-veicolo verrà utilizzata per condividere le informazioni sulle condizioni stradali e ambientali, nonché le informazioni sul percorso come la segnalazione anticipata di segnali di stop o svolte a sinistra. I veicoli dovranno inoltre essere in grado di comunicare con diverse tipologie di dispositivi come stazioni base cellulari e altri dispositivi smart quali illuminazione intelligente o segnali stradali in grado di trasmettere condizioni stradali o dati ambientali ai veicoli in transito. Il lavoro di ricerca che si occupa di questa tematica viene chiamato Vehicle to Everything, o comunicazioni V2X. L’aspetto della latenza del 5G sarà fondamentale per ottenere informazioni sui veicoli. Ad esempio, non frenare abbastanza rapidamente di fronte a un ostacolo a causa di una latenza eccessiva nel canale di comunicazione potrebbe causare ferite o la morte ai passeggeri del veicolo. Comunicazioni ultra-affidabili sono un requisito imprescindibile per le V2X. Anche la notevole capacità di trasmissione dei dati nel 5G avrà un ruolo rilevante nelle comunicazioni V2X. Un’automobile ferma al semaforo potrebbe scaricare e caricare informazioni sulla posizione da una stazione base vicina. Ciò consente alle vetture di fungere da centri di raccolta dati dei sensori, ma l’elaborazione può essere effettuata nella stazione base o potenzialmente nel cloud. Con il miglioramento della tecnologia di elaborazione, gli aggiornamenti potranno essere trasferiti all’infrastruttura cellulare e le auto più vecchie potrebbero comunque trarre vantaggio da tali aggiornamenti senza dover apportare modifiche al loro hardware.
Mentre la revisione attuale della specifica del consorzio 3GPP non include alcun requisito per le comunicazioni V2X, il 5G costituisce uno standard in evoluzione e la release di dicembre 2017 è stata solo la prima di una lunga serie. La tempistica illustrata nella figura 1 mostra la programmazione per la release 16 alla fine del 2019 e rappresenta la fase 2 del 5G NR. Gli attuali studi di ricerca indicati nel corso della fase 2 includono l’accesso integrato alle reti di backhaul (Integrated Access Backhaul) per l’elaborazione centralizzata di backhaul, affrontando le sfide della condivisione dello spettro senza licenza per comunicazioni mobile e V2X. Il 3GPP si propone di affrontare questi e altri temi nel corso della fase 2. Sebbene il 5G verrà introdotto nei prodotti commerciali tra la fine del 2018 e il 2019, la fase di ricerca del 5G è ancora in corso.
Poiché gli standard 5G sono consolidati e i dispositivi con capacità 5G iniziano a fare il proprio ingresso sul mercato, avvertiremo sempre di più l’impatto globale del 5G. Sarà parte integrante di molti aspetti della vita quotidiana, dall’intrattenimento alle città intelligenti. Indubbiamente questo è solo l’inizio di una nuova e avvincente era della tecnologia wireless.
