Scienza Tecnologia 5G a cosa serve e scenario di utilizzo

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aprile 7, 2020
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DESCRIZIONE

5G è la quinta generazione di tecnologie di comunicazione wireless a supporto delle reti di dati cellulari. L’adozione su larga scala è iniziata nel 2019 e oggi praticamente tutti i fornitori di servizi di telecomunicazione nei paesi sviluppati stanno aggiornando la propria infrastruttura per offrire funzionalità 5G. La comunicazione 5G richiede l’uso di dispositivi di comunicazione (principalmente telefoni cellulari) progettati per supportare la tecnologia.

Lo spettro di frequenza del 5G è diviso in onde millimetriche, banda media e banda bassa. La banda bassa utilizza un intervallo di frequenza simile al predecessore, 4G. L’onda millimetrica 5G è la più veloce, con velocità effettive spesso inferiori di 1-2 Gbit / s. Le frequenze sono superiori a 24 GHz, raggiungendo fino a 72 GHz, che è al di sopra del limite inferiore della banda di frequenza estremamente alta. La portata è breve, quindi sono necessarie più celle. Le onde millimetriche hanno difficoltà a attraversare molti muri e finestre, quindi la copertura interna è limitata.

La banda media 5G è la più diffusa, in oltre 30 reti. Le velocità in una banda larga da 100 MHz sono generalmente inferiori di 100–400 Mbit / s. In laboratorio e occasionalmente sul campo, la velocità può superare un gigabit al secondo. Le frequenze distribuite vanno da 2,4 GHz a 4,2 GHz. Sprint e China Mobile utilizzano 2,5 GHz, mentre altri sono prevalentemente tra 3,3 e 4,2 GHz. Molte aree possono essere coperte semplicemente aggiornando le torri esistenti, riducendo i costi. Le reti di fascia media hanno una portata migliore, avvicinando il costo al costo del 4G.

La banda bassa 5G offre una capacità simile al 4G avanzato. Negli Stati Uniti, T-Mobile e AT&T hanno lanciato servizi a bassa banda nella prima settimana di dicembre 2019. Il Neville Ray del CTO di T-Mobile avverte che le velocità sui loro 5G a 600 MHz potrebbero essere inferiori di 25 Mbit / s. AT&T, che utilizza 850 MHz, fornirà di solito anche meno di 100 Mbit / s nel 2019. Le prestazioni miglioreranno, ma non possono essere significativamente superiori ai solidi 4G nello stesso spettro.

Verizon, AT&T e quasi tutti i fornitori di 5G nel 2019 hanno latenze tra 25–35 millisecondi. La “latenza aerea” (tra un telefono e una torre) nell’attrezzatura del 2019 è di 8-12 ms. La latenza verso il server, più indietro nella rete, aumenta la media a ~ 30 ms, il 25–40% in meno rispetto al tipico 4G distribuito. L’aggiunta di “Edge Server” vicino alle torri può ridurre la latenza a 10-20 ms. Una latenza inferiore, come 1 ms spesso propagandato, è lontana anni e non include il tempo al server.

Il progetto industriale 3GPP definisce qualsiasi sistema che utilizza il software “5G NR” (5G New Radio) come “5G”, una definizione che è diventata di uso generale alla fine del 2018. In precedenza, alcuni riservavano il termine 5G per i sistemi che offrono velocità di download di 20 GHz condiviso richiesto da ITU IMT-2020. 3GPP presenterà il proprio NR 5G all’ITU. Oltre ai tradizionali servizi di operatore mobile, il 5G NR risponde anche a requisiti specifici per le reti mobili private che vanno dall’IoT industriale alle comunicazioni critiche.

Scenario di utilizzo

L’ITU-R ha definito tre usi principali per il 5G. Sono Enhanced Mobile Broadband (eMBB), Ultra Reliable Low Latency Communications (URLLC) e Massive Machine Type Communications (mMTC). Solo eMBB è distribuito in 202-; URLLC e mMTC sono lontani diversi anni nella maggior parte delle località.

Enhanced Mobile Broadband (eMBB) utilizza il 5G come progressione dai servizi a banda larga mobile 4G LTE, con connessioni più veloci, throughput più elevato e maggiore capacità.

Le comunicazioni a bassa latenza (URLLC) ultra affidabili si riferiscono all’uso della rete per applicazioni mission-critical che richiedono uno scambio di dati solido e senza interruzioni.

La Massive Machine-Type Communications (mMTC) verrebbe utilizzata per connettersi a un gran numero di dispositivi, la tecnologia 5G collegherà alcuni dei 50 miliardi di dispositivi IoT connessi. La maggior parte utilizzerà il Wi-Fi meno costoso. I droni, che trasmettono tramite 4G o 5G, aiuteranno nelle attività di ripristino di emergenza, fornendo dati in tempo reale per i soccorritori. La maggior parte delle auto avrà una connessione cellulare 4G o 5G per molti servizi. Le auto autonome non richiedono il 5G, poiché devono essere in grado di funzionare laddove non dispongono di una connessione di rete. Mentre gli interventi a distanza sono stati eseguiti su 5G, la maggior parte degli interventi a distanza verrà eseguita in strutture con una connessione in fibra, di solito più veloce e più affidabile di qualsiasi connessione wireless.

Velocità

Le velocità 5G varieranno da ~ 50Mbit / sa oltre 2Gbit / s all’inizio. Il 5G più veloce, noto come mmWave, offre velocità fino a 2 Gbit / s e oltre. Al 3 luglio 2019, mmWave aveva una velocità massima di 1,8 Gbit / s sulla rete 5G di AT&T.

I sub-6 GHz 5G (banda media 5G), di gran lunga i più comuni, generano solitamente tra 100 e 400 Mbit / s, ma avranno una portata molto più ampia di mmWave, specialmente all’aperto.

Lo spettro a banda bassa offre la copertura dell’area più lontana ma è più lento degli altri.

La velocità 5G NR nelle bande sub-6 GHz può essere leggermente superiore rispetto al 4G con una quantità simile di spettro e antenne, anche se alcune reti 3GPP 5G saranno più lente di alcune reti 4G avanzate, come la rete LTE / LAA di T-Mobile, che raggiunge oltre 500 Mbit / s a ​​Manhattan [18] e Chicago. La specifica 5G consente anche LAA (License Assisted Access), ma LAA in 5G non è ancora stata dimostrata. L’aggiunta di LAA a una configurazione 4G esistente può aggiungere centinaia di megabit al secondo alla velocità, ma questa è un’estensione di 4G, non una nuova parte dello standard 5G.

La somiglianza in termini di throughput tra 4G e 5G nelle bande esistenti è perché il 4G si avvicina già al limite di Shannon sulle velocità di comunicazione dei dati. Le velocità 5G nello spettro delle onde millimetriche meno comuni, con la sua larghezza di banda molto più abbondante e una gamma più breve, e quindi una maggiore reusabilità di frequenza, possono essere sostanzialmente più alte.

Latenza

Nel 5G, la “latenza aerea” nella spedizione di apparecchiature nel 2019 è di 8-12 millisecondi. La latenza al server deve essere aggiunta alla “latenza aerea”. Verizon riporta che la latenza nella distribuzione anticipata del 5G è di 30 ms: i server perimetrali vicini alle torri possono ridurre la latenza a 10-20 ms. 1–4 ms sarà estremamente raro per anni fuori dal laboratorio.




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