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

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