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Nuove tecniche per migliorare le performances del 5G

Una nuova tecnologia sviluppata dai ricercatori dell'Università di San Diego permette di superare alcuni dei limiti del 5G millimetrico e promette alta velocità e segnale stabile, anche con molti ostacoli fisici
Nuove tecniche per migliorare le performances del 5G FASTWEB S.p.A.

Chi ha già avuto modo di provare la nuova rete 5G ha scoperto che è velocissima, ma anche che non sempre si ottengono le migliori prestazioni possibili quando si è sotto copertura 5G. Ciò è dovuto al fatto che dietro le reti 5G non c'è una sola tecnologia, bensì un complesso e numeroso gruppo di protocolli di trasmissione diversi e, soprattutto, di tante bande di frequenza. Le due più note, ma non le uniche, sono le "Sub-6" e le "mmWave". Cioè le frequenze sotto i 6 GHz e le cosiddette "onde millimetriche" tra 24,25 GHz e 52,6 GHz. 

Chi conosce almeno un po' la fisica delle onde radio sa già che al salire delle frequenza sale anche la quantità di informazioni che è possibile trasportare ma, allo stesso tempo, si accorcia di molto la distanza che le onde possono percorrere. Le onde di maggior frequenza, poi, attraversano con più difficoltà i muri spessi, gli alberi, le persone e altri ostacoli comunemente presenti nelle nostre affollatissime città. Una recente ricerca dell'Università della California di San Diego ha trovato un primo metodo per avere la botte piena e la moglie ubriaca: prestazioni elevatissime, senza problemi di portata né di ostacoli.

Il miglior 5G, senza limiti di distanza

5gGli odierni sistemi 5G ad alta frequenza trasportano i dati inviando un raggio d'onda millimetrica simile a un laser tra una stazione base e un ricevitore, tipicamente da un ripetitore ad uno smartphone. Se qualcosa o qualcuno si frappone nel percorso di quel raggio, la connessione viene bloccata completamente o quasi: nella migliore delle ipotesi c'è un drastico calo delle performance, nella peggiore non c'è proprio segnale 5G e il cellulare ripiega sulla rete 4G.

Dinesh Bharadia, professore di ingegneria elettrica e informatica presso l'Università della California, spiega che il motivo è semplice: se fai affidamento su un solo fascio di onde elettromagnetiche, allora basta bloccare quel fascio per bloccare l'intero servizio. La soluzione, quindi, consiste nell'usare più fasci contemporaneamente. Per farlo, i ricercatori hanno trovato una soluzione intelligente: dividere ogni raggio d'onda millimetrica in più raggi e fare in modo che ogni raggio prenda un percorso diverso nel percorso dalla stazione di trasmissione al ricevitore. 

L'idea è quella di aumentare le possibilità che almeno un raggio raggiunga il ricevitore, anche quando c'è un ostacolo: alcuni incontreranno un ostacolo e saranno bloccati, altri no e arriveranno a destinazione.

I ricercatori hanno creato un sistema in grado di usare contemporaneamente più onde millimetriche per trasmettere il segnale 5G, e questo sistema ha funzionato sia nei test indoor che outdoorI risultati sono stati eccellenti: si è raggiunta una velocità di 800 Mbps con un'affidabilità del 100%, il che significa che il segnale non solo non è mai caduto, ma non ha neanche perso forza mentre l'utente si spostava intorno a ostacoli come scrivanie, pareti e sculture all'aperto. Anche per quanto riguarda la distanza massima di connessione i risultati sono stati molto buoni: nei test all'aperto il sistema ha mantenuto la connettività fino a 80 metri di distanza.

L'algoritmo che migliora il 5G

5gIl sistema di trasmissione 5G appena descritto, ovviamente, è molto più complesso di quanto si possa pensare. La difficoltà principale sta nel decidere come deviare le onde radio ad altissima frequenza, affinché la trasmissione resti stabile e potente.

Non si tratta di un sistema che trasmette in direzione casuale ma, al contrario, di un sistema che decide in modo raffinato dove trasmettere ogni singolo raggio

Inizialmente la trasmissione è omnidirezionale e alcune onde vengono assorbite dagli ostacoli, altre riflesse e altre ancora arrivano dritte al dispositivo di ricezione. Tutti questi risultati vengono registrati dal nuovo sistema di trasmissione ed elaborati tramite un algoritmo di intelligenza artificiale che, in pratica, crea una mappa virtuale dei dintorni e apprende un tentativo dopo l'altro quali sono i percorsi migliori per le onde millimetriche.

Una volta decisi i percorsi, le onde vengono fate viaggiare nelle direzioni stabilite. Se tutto va bene (perché né gli ostacoli, né il dispositivo ricevente, si sono mossi) allora allo smartphone arriva un segnale pieno e potentissimo, veicolato da praticamente tutti i raggi inviati dalla trasmittente. Se tutto va male, al contrario, almeno alcuni raggi sono arrivati a destinazione.

Nella maggior parte dei casi, ovviamente, si ottiene una via di mezzo tra lo scenario migliore e quello peggiore.

La cosa molto vantaggiosa di questo approccio è la sua efficienza energetica: non vengono inviate più onde elettromagnetiche rispetto ad un sistema di trasmissione normale, né si usa una potenza maggiore, ma i risultati sono comunque superiori perché con il metodo usato fino ad ora gran parte delle onde millimetriche non arrivano a destinazione. Infine, questo sistema si avvale di un secondo algoritmo che ricalcola tutti i parametri se il sistema si accorge che il dispositivo di ricezione si muove di frequente. Ad esempio, perché l'utente sta usando il telefono in auto, su un mezzo pubblico o mentre cammina. 

Una tecnologia pronta per il mercato

5gSecondo il professor Bharadia questo nuovo sistema di trasmissione dei dati su rete 5G potrebbe diventare presto una realtà per tutti: non è necessario alcun nuovo hardware per implementare la nuova tecnologia e tutto il sistema è anche conforme ai protocolli 5G esistentiIn questo momento il team di ricerca è al lavoro per scalare la tecnologia e renderla ancora più efficiente in scenari di utilizzo reali, con centinaia o migliaia di utenti connessi contemporaneamente alla stessa microcella 5G, in ambienti urbani reali con moltissimi ostacoli in movimento.

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