5G: il punto della situazione e cosa ci traghetterà fino al 2020 tra 4,5G e NB-IoT

5G: il punto della situazione e cosa ci traghetterà fino al 2020 tra 4,5G e NB-IoT

Dalla smart home alla realtà virtuale, dalle smart city all'intrattenimento a banda larga in mobilità: le tecnologie 5G mirano a portare delle piccole rivoluzioni nella nostra vita: non le vedremo all'opera su reti commerciali prima del 2020, ma 4,5G (LTE-Advanced) e NarrowBand-IoT puntano a portarci già alcune delle tecnologie che rivoluzioneranno il nostro mondo

di Roberto Colombo pubblicato il nel canale TLC e Mobile
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4,5G e NB-IoT ci traghetteranno verso il 2020

Tutto molto bello, ma dovremo attendere il dispiegamento degli apparati 5G per toccare con mano questo futuro? In realtà nell'ottica del concetto di Long Term Evolution, le tecnologie attuali e quelle in arrivo nei prossimi mesi e anni si muoveranno già in alcune delle direzioni che abbiamo descritto nelle pagine precedenti. Già oggi, infatti, con le tecnologie 4,5G LTE-Advanced, codificate dalla Release 10 in poi del 3GPP, si riesce ad abbattere facilmente il tetto dei 100Mbps per utente, anche facendo leva su concetti come MIMO (multiple input multiple output - che sfrutta più antenne contemporaneamente) e Carrier Aggregation, che combina più bande per sfruttare al massimo la velocità delle connessioni. Oltre che sulla velocità si sta lavorando anche nella direzione dei bassi consumi e dell'ampia copertura, con le tecnologie LTE Cat0 dedicate al mondo dell'IoT e del M2M. La Release 13 del 3GPP porterà però in quest'ultimo campo delle grosse innovazioni grazie al Narrowband Internet of Things (NB-IoT).

Si tratta di un progetto a cui stanno lavorando sin dal 2014 nomi del calibro di Qualcomm, Ericsson, Huawei: quest'ultima ha annunciato nei giorni scorsi di aver stretto un accordo con Vodafone per l'apertura di un Open IoT Lab per lo sviluppo congiunto di prodotti e applicazioni Narrowband Internet of Things, a riprova dell'elevato interesse anche da parte degli operatori per questo tipo di tecnologie, confermato anche dalle mosse nella stessa direzione da parte di China Mobile. Al momento le comunicazioni MTC (machine-type communications) che prevedono l'invio di piccole quantità di dati fanno leva sulle tecnologie GPRS, anche per una questione di costo dei moduli da installare (che spesso vanno a lotti di migliaia per volta). Queste tecnologie però stanno cominciando ad andare strette a un settore in crescita esponenziale: i punti critici sono il consumo della batteria, la copertura, il numero di connessioni possibili per cella e lo stesso costo per unità, che deve essere ulteriormente migliorato.

NB-IoT prende forma nella Release 13 del 3GPP, ormai nelle fasi finali di definizione e nasce come tecnologia che può trovare sviluppo sulla rete LTE, ma anche in quella GSM, 3G WCDMA, ma anche addirittura all'interno delle bande di guardia dell'LTE. Gli ambiti primari di utilizzo sono lo smart metering (i contatori connessi), l'agricoltura, la gestione delle flotte, il monitoraggio remoto di proprietà, veicoli (anche le bici), animali. La semplificazione è uno dei punti chiave dell'NB-IoT anche grazie all'adozione di un approccio monocanale, che semplifica molto l'elettronica che un oggetto deve portare a bordo. Canali che saranno molto più stretti di quelli a cui siamo abituati oggi con l'LTE tradizionale, i cui canali hanno una larghezza minima di 1,4MHz, con un valore tipico operativo di circa 10MHz, le tecnologie NarrowBand IoT saranno in grado di ridurre quell'ampiezza a soli 200KHz, come avveniva sulle reti GSM. Canali più stretti significa anche poterne moltiplicare il numero senza grossi problemi. Inoltre, nel caso dell'implementazione In-Band, si tratta di porzioni di spettro che possono essere utilizzati dalla rete IoT solo quando necessario, restando a disposizione della banda larga mobile quanto le comunicazioni MTC sono assenti.

Come dicevamo la copertura è un tema cruciale parlando di comunicazioni M2M e sensibilità è una parola che va a braccetto con copertura. In termini tecnici per le tecnologie NB-IoT si è lavorato per portare il bilancio di collegamento (in inglese link budget) a 164dB, contro i 144dB delle attuali connessioni GPRS e i 142.7 dB tipici dell'LTE. L'incremento di 20dB di sensibilità si traduce in una copertura sette volte superiore in campo aperto o, in altri termini, pari all'attenuazione che un segnale avrebbe nel passaggio attraverso un muro esterno di un edificio. In pratica le tecnologie NB-IoT saranno in grado di penetrare le mura di casa, laddove GPRS e LTE tradizionale si trovano bloccati fuori. La semplicità dei moduli costruiti con queste specifiche porta con sé anche altri vantaggio, tra i quali un costo unitario che resta sotto il tetto dei 5$. I moduli possono avere una sola antenna e inoltre operando in modalità half-duplex (non possono inviare dati mentre stanno ricevendo, un po' come parlare con un walkie-talkie) possono sostituire il filtro duplex con un semplice switch. Semplicità e sensibilità portano anche a un'autonomia maggiorata, che viene dichiarata poter superare per alcuni tipi di applicazioni anche i 10 anni. Si tratta naturalmente di applicazioni a bassa intensità, con invio di pochi dati in modo discontinuo: in questi casi la gestione ottimizzata dello stand-by, con la possibilità di 'risveglio' dalla rete, è aspetto chiave delle tecnologie NB-IoT.

In conclusione, possiamo dire che le tecnologie 4,5G e NB-IoT ci traghetteranno verso il 2020, data in cui è previsto il dispiego della rete commerciale 5G, facendoci assaggiare già alcune delle sue caratteristiche e cominciando a plasmare la rivoluzione delle telecomunicazioni di cui siamo alle porte, con Smart City, controllo remoto, realtà virtuale, video ad alta risoluzione, guida autonoma e tante altre novità che si apprestano a modificare (speriamo in meglio) la nostra vita quotidiana.

Bibliografia:

Questo articolo è stato costruito partendo da alcuni incontri durante il Mobile World Congress di Barcellona: una round table con Nunzio Mirtillo, Presidente della Regione Mediterranea di Ericsson e dalle lunghe chiacchierate con Renato Lombardi, Responsabile del Centro R&D di Huawei di Segrate, e Fabio Moresi, Responsabile Marketing Wireless Solutions di Huawei.

Per approfodimenti vi segnaliamo alcuni dei materiali che abbiamo utilizzato per approfondire alcuni degli aspetti trattati in questo articolo:
- Overview of 3GPP Release 13 su -> http://www.3gpp.org/release-13
- PDF dal titolo "NB-IoT: a sustainable technology for connecting billions of devices" sul sito Ericsson -> http://www.ericsson.com/res/thecompany/docs/publications/ericsson_review/2016/etr-narrowband-iot.pdf
- Comunicato stampa Huawei al M2M World Congress di Londra dal titolo "Huawei enables NB-IoT application in vertical industries through innovation and collaboration" -> http://www.huawei.com/en/news/2016/4/NB-IoT-application
- Post sul blog Qualcomm dal titolo "Harmonizing the industry on a narrowband IoT (NB-IoT) specification" -> https://www.qualcomm.com/news/onq/2015/09/28/harmonizing-industry-narrowband-iot-specification
- Articolo dal titolo "NarrowBand IOT" sul sito 3GPP -> http://www.3gpp.org/news-events/3gpp-news/1733-niot
- Articolo sulla storia e l'evoluzione del 3GPP -> http://www.3gpp.org/about-3gpp/about-3gpp
- Comunicato stampa congiunto Scania/Ericsson dal titolo "Scania and Ericsson join forces to improve transport efficiency" -> http://www.scania.com/group/en/scania-and-ericsson-join-forces-to-improve-transport-efficiency/
- PDF "Qualcomm 5G Vision Presentation" sul sito Qualcomm -> https://www.qualcomm.com/documents/qualcomm-5g-vision-presentation
- Pagina dal titolo "Sustainable Development Goals" sul sito Ericsson -> http://www.ericsson.com/thecompany/sustainability-corporateresponsibility/global-goals

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18 Commenti
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gd350turbo11 Maggio 2016, 19:51 #1
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Ecco...
Questo è un bel speedtest !
Goofy Goober12 Maggio 2016, 09:53 #2
costa ci traghetterà fino al 5G?

i soliti 2gb al mese (o meglio ogni 4 settimane) di soglia traffico dati
AleLinuxBSD12 Maggio 2016, 09:54 #3
Dubito che qualsiasi innovazione tecnologica riesca a produrre determinati risultati in Italia dove, per motivi commerciali, che niente hanno a che vedere con la parte tecnica, non è consentito all'utenza disporre di soddisfacenti esperienze d'uso, nonostante il costo dei vari abbonamenti.
gd350turbo12 Maggio 2016, 10:07 #4
Bè come rete dati mobile, non siamo messi male...
quello che ci frega sono appunto i 2 gb al mese...
Ma può darsi che allora, tale limite venga superato/abolito, chissa.
roccia123412 Maggio 2016, 10:10 #5
Tutto molto bello...
Ma finchè saremo inchiodati a 2/4 gb ogni 4 settimane o, per alcune offerte fisse, a 30 gb/mese con soglie da 1gb al giorno... di questa ipervelocità non ce ne facciamo nulla.

Già 4G è quasi sprecato...
Goofy Goober12 Maggio 2016, 10:15 #6
Originariamente inviato da: gd350turbo
Bè come rete dati mobile, non siamo messi male...
quello che ci frega sono appunto i 2 gb al mese...
Ma può darsi che allora, tale limite venga superato/abolito, chissa.


La speranza è l'ultima a morire, siam d'accordo... Ma son 8 anni che, dal primo abbonamento mensile a rete dati UMTS (all'epoca) ho il tetto di 2gb che non si è mai smosso, se non ovviamente pagando.
Anzi, in tanti piani base il tetto è sceso a 1gb o meno, quando all'epoca ricordo che inizialmente non c'era niente sotto i 2gb.
roccia123412 Maggio 2016, 10:22 #7
Originariamente inviato da: Goofy Goober
La speranza è l'ultima a morire, siam d'accordo... Ma son 8 anni che, dal primo abbonamento mensile a rete dati UMTS (all'epoca) ho il tetto di 2gb che non si è mai smosso, se non ovviamente pagando.
Anzi, in tanti piani base il tetto è sceso a 1gb o meno, quando all'epoca ricordo che inizialmente non c'era niente sotto i 2gb.


Vero, sono anni che la soglia mensile non si schioda.
gd350turbo12 Maggio 2016, 10:24 #8
Originariamente inviato da: Goofy Goober
La speranza è l'ultima a morire, siam d'accordo... Ma son 8 anni che, dal primo abbonamento mensile a rete dati UMTS (all'epoca) ho il tetto di 2gb che non si è mai smosso, se non ovviamente pagando.
Anzi, in tanti piani base il tetto è sceso a 1gb o meno, quando all'epoca ricordo che inizialmente non c'era niente sotto i 2gb.


Lo so...
Anch'io sono quasi in quella situazione... Ultimamente vodafone mi ha regalato 1 gb, quindi sono a quota 3, ma siamo li...

Come dici giustamente la speranza è l'ultima a morire, speriamo che con questa nuova tecnologia, tale assurdo limite, venga rimosso !
Schiebe12 Maggio 2016, 12:22 #9

2020 ??

L'Italia è gia in ritardo con la liberazione delle frequeze ed ha chiesto di prorogare il tutto al 2022....
Personaggio12 Maggio 2016, 15:09 #10
Originariamente inviato da: Goofy Goober
costa ci traghetterà fino al 5G?

i soliti 2gb al mese (o meglio ogni 4 settimane) di soglia traffico dati


Originariamente inviato da: AleLinuxBSD
Dubito che qualsiasi innovazione tecnologica riesca a produrre determinati risultati in Italia dove, per motivi commerciali, che niente hanno a che vedere con la parte tecnica, non è consentito all'utenza disporre di soddisfacenti esperienze d'uso, nonostante il costo dei vari abbonamenti.


Originariamente inviato da: roccia1234
Tutto molto bello...
Ma finchè saremo inchiodati a 2/4 gb ogni 4 settimane o, per alcune offerte fisse, a 30 gb/mese con soglie da 1gb al giorno... di questa ipervelocità non ce ne facciamo nulla.

Già 4G è quasi sprecato...



In realtà i blocchi commerciali mensili sono per motivi tecnici. Con la decisione di adottare in Europa la Net Neutrality a prescindere dalla tecnologia di accesso non è possibile limitare o rallentare solo alcune tipologie di traffico, quindi viene limitato tutto. Questo perché basterebbe una sola persona sotto un antenna 4G che scarica a manetta con BitTorrent che ne causerebbe la congestione. Sarebbe stato meglio se la NN sarebbe stata valida solo per le tecnologie di accesso di tipo fisso e non per quelle mobili, così avrebbero potuto limitare solo il P2P e basta.
C'è una sostanziale differenza tra mobile e fisso, nelle ADSL classiche la rete di accesso (dal DSLAM in centrale fino a casa) è unica per ogni utenza, l'unico limite per questa tratta è quello fisico, non esiste congestione, che invece si verifica al di là del DSLAM ma quello si tratta di rete di trasporto e alcuni operatori magari risparmiano convogliando più clienti di quelli che dovrebbe.
Con le reti VDSL, la rete di trsporto arriva fino all'armadio stradale, dove è presente un mini DSLAM, da lì il doppino è unico per ogni cliente. Con l'FTTH il cavo unico probabilmente lo si ha solo sul pianerottolo di casa, ma si tratta di fibra quindi parliamo di un limite fisico di almeno 10Gbps, molto più di quanto sia l'offerta commerciale.

Con la rete mobile la rete di accesso (radio, dall'antenna alla sim) è sempre condivisa, per questo motivo la qualità della banda non sarà mai comparabile a quella del fisso, anche se sulla carta si parla di velocità nettamente superiori.

Quindi qlnc sia la rete fissa e qlnc sia la rete mobile, nella prima la parte condivisa di rete è solo in fibra e con un limite fisso di un ordine di grandezza superiore a quello dell'offerta commerciale, nella seconda oltre a condividere rete e possibile congestione nella parte di trasporto con la fissa, anche la parte d'accesso radio è condivisa, con un limite fisico per tutti insieme esattamente uguale a quello dell'offerta commerciale per il singolo utente.

Se dovessimo fare un paragone sull'offerta commerciale fissa come fosse sul Mobile, sarebbe:
Ponendo 10Gbps il limite fisico dell fibra, dare a tutti i clienti un FTTH con banda libera fino a 10GBbps upload o download che sia. Basterebbero un paio di utenti che saturano la banda con BitTorrent e gli altri avrebbero difficoltà ad aprile la pagina di HWU, esattamente come oggi avviene quando in casa una satura la banda con BT e gli altri in famiglia non riescono ad andare sul web, solo che in casa possiamo regolare il traffico in base al servizio, un operatore non può farlo.

Originariamente inviato da: Schiebe
L'Italia è gia in ritardo con la liberazione delle frequeze ed ha chiesto di prorogare il tutto al 2022....


Si è grave ma non troppo, da una parte c'è un motivo valido. In Italia tra canali tv locali e nazionali ne abbiamo circa 500, in tutto il resto d'Europa non si superano mai i 50. Quindi per gli altri paesi ridurre a 1/4 nella 700Mhz bassa, la banda dedicata alla TV non è un problema potendo fornire tranquillamente in futuro 1080p in H265 (attraverso il DVB-T2) per almeno tutti i canali nazionali (generalmente sono meno di 10) e il 720P con le tecnologie attuali per quelle locali. In italia già oggi con H264/Mp4 e DVB-T non riusciamo a superare i 720p perché la banda non basta per tutti, abbiamo un 100io di canali nazionali e ridurre a 1/4 la banda significa passare al DVB-T2 senza nessun miglioramento qualitativo (cambio degli apparati di rete, server più potenti per la codifica e obbligo per i cittadini di cambiare TV più vecchie di un anno o di dover comprare un decoder esterno) Costi che le emittenti e i cittadini non vogliono fare e che dovranno essere risarciti i primi e sovvenzionati i secondi.
Di contro il 5G non dipende dalla banda 700Mhz, anzi neanche la utilizzerà, esso sarà usato dall'LTE per le connessioni sui treni/aerei (più è bassa la frequenza più è facile mantenere un alta velocità di banda con un alta velocità di spostamento). Essendo anche la più penetrante, quindi la migliore per la copertura indoor, perfino meglio del GSM, sarà anche dove viaggerà il VoLTE, che alla fine è un VoIP, solo che sotto l'IP al posto dell'Ethernet ci sono protocolli differenti relativi all'LTE. Il 5G usera bande comprese fra i 6 e i 100Ghz, i canali devono ancora essere definiti. Tra queste bande ci sono quelle usate in campo militare e nei ponti radio (la parabole tonde che si vedono sui pali) ponti radio che verranno dismessi da qui a 5 anni e sostituiti con la fibra. Quindi attualmente sono in possesso della difesa o del ministero dello sviluppo ma cmq affittate agli operatori di telefonia, non ci saranno problemi a riassegnarle.
Le uniche bande più complicate sono quelle usate per i servizi satellitari, ma si tratta cmq di un piccolo spettro basterà saltarle. Quindi per le frequenze relative al 5G non ci saranno problemi di nessun tipo.
L'importanza vera per gli operatori di questa banda è che una volta sfruttata verrà dismesso GSM e UMTS, un grosso vantaggio in termini di minor spesa per consumo elettrico e manutenzione

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