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. 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 frequenze
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
Gli 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 outdoor. I 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
Il 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
Secondo 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 esistenti. In 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.