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5G
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- ELETTRONICA OGGI 443 - MARZO 2015
Tecnologie 5G
ai blocchi di partenza
L
a corsa alle tecnologie di comunica-
zione wireless appare irrefrenabile. I
fornitori di servizi stanno in questo
periodo preparando le infrastrutture per
implementare sui terminali mobili le comu-
nicazioni 4G che consentiranno una connet-
tività Internet molto più efficiente rispetto
alle attuali reti 3G. Per le connessioni 4G
Long Term Evolution (LTE) si parla, infatti,
di 300 Mbps in downlink e 150 Mbps in
uplink contro i 14,4 e 5,76 Mbps dei miglio-
ri 3G High Speed Packet Access (HSPA),
ossia venti volte meglio. Tuttavia, la
Federal
Communications Commission (FCC)
statuni-
tense registra dal 2009 al 2014 una crescita
della richiesta mondiale di banda di ben
35 volte da parte del traffico wireless e
ciò ha preoccupato gli esperti del settore e
indotto i laboratori ha spingere più in avanti
le ricerche sulla quinta generazione delle
comunicazioni mobili.
D’altro canto, le caratteristiche di qualsivo-
glia canale di comunicazione rispondono al
teorema di Shannon, che definisce la capacità di trasporto
dei segnali attraverso un mezzo trasmissivo, ossia il massimo
ritmo di trasmissione ottenibile come funzione proporzionale
al rapporto fra la banda del segnale e il rumore elettroma-
gnetico presente. Ciò significa che nelle comunicazioni mo-
bili per riempire ancor di più l’etere di informazioni bisogna
aumentare in proporzione la larghezza della banda, ovvero la
potenza di trasmissione. Fino alle tecnologie 4G i ricercatori
si sono focalizzati sui segnali con banda sotto i 6 GHz, perché
si è pensato che oltre non fosse conveniente e richiedesse
energie troppo elevate per una tecnologia con volumi di uti-
lizzo planetari.
La svolta è avvenuta dopo che Ted Rappaport, del centro
di ricerca
NYU Wireless
dell’Università di New York, ha di-
mostrato che nelle comunicazioni wireless
si possono utilizzare anche le microonde
di frequenza più elevate meglio note come
onde millimetriche (EHF, Extremely High
Frequency) perché hanno lunghezza d’onda
di una manciata di millimetri. Rappaport ha
sperimentato svariati collegamenti mmWa-
ve a 28, 38, 60, 71 e 76 GHz nei quali ha
ottenuto velocità di trasmissione da 2 fino
a ben 6 Gbit/s. Il passo avanti è dovuto al
fatto che con una banda e una velocità di
canale di questo livello è possibile perfezio-
nare le tecnologie di trasmissione Multiple-
Input Multiple-Output (MIMO) e aumentare
la banda istantanea disponibile per ogni
collegamento persino a 2 GHz, ossia cento
volte più larga rispetto agli attuali 20 MHz,
grazie al trasferimento sincrono di ben 128
segnali in parallelo. Ciò significa spalmare le
connessioni su più sottoportanti e moltipli-
care l’efficienza spettrale in termini di bit al
secondo per ogni Hertz di banda, ottenendo
una densità di bit per canale notevolmente
maggiore, proprio perché suddividendo i segnali complessi
in più componenti è possibile accrescere la capacità di Shan-
non disponibile nell’etere di parecchi ordini di grandezza.
Questo approccio consentirebbe di implementare collega-
menti Internet confrontabili con quelli terrestri e perciò si
capisce perché le comunicazioni 5G suscitino tanto interesse
sul mercato. Va detto che l’elevata frequenza può suscitare
dubbi sulla salubrità delle onde millimetriche utilizzate molto
vicino al cervello ma, secondo la normativa vigente, fino a
300 GHz si parla ancora di onde non ionizzanti, che non han-
no energia sufficiente per rompere i legami delle molecole
del DNA se non con esposizioni di forte intensità prolunga-
te nel tempo e perciò valgono le stesse precauzioni valide
per gli attuali telefonini, che consigliano di mantenere una
Lucio Pellizzari
Oltre le comunicazioni 4G si va sulle onde
millimetriche e National Instruments sta già
preparando le piattaforme di prototipazione per
le reti wireless 5G in via di sviluppo presso molti
laboratori
Fig. 1 – National Instruments ha già
pronta una piattaforma completa per
i test sulle comunicazioni 5G e propo-
ne il modulo NI 5791 per la prototipa-
zione delle Software Defined Radio
su LabVIEW