Il 5G è da tempo sulle labbra di tutti, e nel frattempo sono state create le prime reti e sono stati effettuati i primi test. Ma che tipo di vantaggi porta realmente il 5G? Come cambierà l’infrastruttura delle reti cellulari? E che dire della tecnologia LTE? È necessario far migrare tutti i progetti direttamente al 5G?

Per poter valutare se e quando le aziende dovrebbero supportare il 5G, è opportuno dare uno sguardo alle tre aree principali del 5G. Avendo inoltre obiettivi diversi, esse promettono miglioramenti di diverso tipo:

eMBB (Enhanced Mobile Broadband), con velocità di trasferimento dati fino a 20 Gbps, è adattata per le applicazioni digitali personali e per le applicazioni con requisiti di banda elevati, come i video HD e la realtà virtuale e aumentata. Qui, il trasferimento dati ad alta velocità assicura il caricamento ultra-veloce delle pagine Internet, di modo che lo streaming video sia ininterrotto.

mMTC (massive Machine Type Communication) fornisce una copertura di rete completa e stabile nelle aree urbane con una densità di connessione di dispositivi MTC molto elevata. Nella fase finale dello sviluppo della tecnologia 5G, verranno supportati un milione di collegamenti di questo tipo per chilometro quadrato, ossia innumerevoli dispositivi saranno in grado di trasmettere e ricevere dati contemporaneamente all’interno della stessa cella radio senza interferire tra loro. Ciò relega al passato i problemi di connessione in uno stadio affollato o in un padiglione.

uRLLC (ultra-Reliable and Low Latency Communication) fornisce, con latenze inferiori a 1 ms, i requisiti per le applicazioni con temporizzazioni critiche nelle quali l’affidabilità è un parametro importante, se non cruciale. Questa tecnologia supporta la comunicazione per la guida autonoma, Car-to-Car- e  Car-to-Everything, oltre alla manutenzione predittiva basata sul cloud computing.

Una nuova infrastruttura per il 5G

Le prime soluzioni 5G eMBB basate sulla versione 15 del 3GPP sono già presenti sul mercato. Tuttavia, con la maggior parte di esse non è possibile ottenere i 20 Gbps annunciati. Ciò è dovuto al fatto che le bande LTE/sub-6GHz esistenti (Intervallo di Frequenza 1, FR1) di solito non dispongono di una larghezza di banda sufficiente. Ecco perché il 5G richiede nuove bande: le bande ad altissima frequenza alle onde millimetriche da 24 a 100GHz (FR2).

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Esse richiedono un’infrastruttura mobile completamente nuova. Infatti una torre radio LTE copre un raggio di diversi chilometri quadrati. I segnali alle onde millimetriche, invece, raggiungono solo al massimo 1 km di distanza, e non in modo uniforme come i segnali LTE, ma solo in una direzione.

Il fatto che un così grande numero di aziende stiano già lanciando i loro progetti 5G EMBB è dovuto alla banda di frequenza 5G n78 (3,3-3,8GHz). Su quest’ultima è possibile installare reti mobili private o di proprietà dell’azienda, le cosiddette reti campus. Ciò consente alle aziende di rendersi in gran parte indipendenti dagli operatori di telefonia mobile e di assicurarsi un vantaggio competitivo nella realizzazione della fabbrica intelligente.

Long Term Evolution (LTE) è all’altezza del suo nome

L’introduzione del nuovo standard 5G NR (New Radio) rende i progetti LTE esistenti obsoleti? La preoccupazione non è casuale, dopo tutto, molte bande di frequenza 5G FR1 si sovrappongono a quelle delle reti LTE. Tuttavia, è possibile dare il via libera: con tecnologie come la condivisione dinamica dello spettro (DSS), diversi standard, come LTE e 5G, possono condividere la stessa banda di frequenza.

Inoltre, 5G NR supporta anche LTE IoT In-band, ossia LTE-M e NB-IoT. Il nome Long Term Evolution (LTE) manterrà le sue promesse. Le ultime soluzioni LTE-M e NB-IoT sono già disponibili e assicurano la conformità alla versione 14 dello standard 3GPP. Con ogni nuova versione dello standard 3GPP, entrambe le tecnologie verranno ulteriormente sviluppate fino a quando non diventeranno finalmente 5G mMTC, a partire da oggi con la versione 16 del 3GPP. Ciò significa che i dispositivi IoT LTE che ora utilizzano LTE-M e NB-IoT possono continuare tranquillamente a funzionare sotto 5G NR. Questo vale sia per l’utilizzo in reti 5G pure (Stand Alone, SA), dove 5G NR gira su una rete 5G core, sia per l’utilizzo nella variante Non-Stand-Alone (NSA), dove 5G NR gira su una rete core 4G/EPC (Evolved Packet Core).

Ciò non solo consente ai progetti LTE e LTE-IoT di continuare a operare senza soluzione di continuità in una rete 5G, ma è anche consigliabile lanciare già da oggi una soluzione LTE M/NB-IoT per applicazioni mMTC, in modo da non perdere la connettività in un secondo momento.

I componenti per i primi passi verso il 5G

Chi vuole iniziare fin da subito con il 5G, può già trovare i componenti adatti presso Rutronik. Per la realizzazione di una connessione eMBB, la scheda 5G/LTE di Telit è una delle prime a supportare la versione 15 del 3GPP per il 5G con frequenze Sub-6 FDD e TDD, oltre a MMWave, LTE, WCDMA e GNSS. Su rete 5G, è possibile raggiungere fino a 5.5Gbps verso l’utente e 2.7Gbps verso il ripetitore, su 4G si hanno ancora 2.4Gbps downlink e 211Mbps uplink. Con un fattore di forma standard M.2 (NGFF) e un intervallo di temperature operative compreso fra -40°C e +85 °C, la scheda è adatta per l’accesso a rete fissa wireless ad alta potenza di router e gateway aziendali, dispositivi mobili interni ed esterni (CPE), per la trasmissione video e la videosorveglianza. Nella variante FN980, la scheda è disponibile anche come soluzione pura 5G/LTE sub-6GHz.

Per le applicazioni mMTC nello specifico, Telit ha ampliato la propria famiglia XE310 con il modulo ME310G1. Il supporto alla versione 14 dello standard 3GPP Cat M1/NB2 con modalità di risparmio energetico (PSM) e ricezione discontinua estesa (eSRX) rende possibili applicazioni IoT a basso consumo energetico con una durata estesa della batteria. Questo è ideale per le applicazioni con migliaia o milioni di dispositivi IoT in cui, oltre all’efficienza energetica, il basso costo è più importante della velocità di trasferimento dati, come le apparecchiature medicali, i sensori per il fitness, i sensori industriali, i contatori intelligenti e simili. Con una perdita di accoppiamento massima (MCL) fino a +15 dB/+20 dB, il modulo fornisce anche una copertura superiore e quindi una migliore penetrazione negli edifici rispetto ai precedenti standard LTE cellulari.

Anche Nordic Semiconductor dispone, con il modulo SiP (System in Package) nRF9160, di una soluzione per LTE-M e NB-IoT (versione 13 del 3GPP). Il SiP estremamente compatto e altamente integrato è pre-certificato per il funzionamento a livello globale. Nel package da 10x16x1mm, integra una MCU applicativa, una CPU Arm® Cortex™ M33 con tecnologie di sicurezza Arm TrustZone® e Arm CryptoCell, un modem LTE, un front-end RF e un’unità per la gestione dell’alimentazione. Per il tracciamento di beni con posizionamento esatto, esiste una variante con supporto al GPS. Con numerose interfacce e periferiche digitali e analogiche, l’nRF9160 è ideale per collegare i dispositivi a Internet per le comunicazioni mobili, la logistica e il monitoraggio delle risorse, per i contatori intelligenti, per le smart city, per le infrastrutture intelligenti, per l’agricoltura intelligente, per i dispositivi indossabili e medicali.

Antenne per applicazioni 5G

Anche le antenne per il 5G sono già incluse nel portafoglio prodotti di Rutronik: con un intervallo di frequenze compreso fra 698 e 6000MHz, l’antenna a dipolo a banda ultra-larga della serie W3554 di PulseLarsen è adatta non solo per le applicazioni 5G, ma anche per le applicazioni 2G, 3G e 4G, oltre che per le applicazioni GNSS, WiFi, Bluetooth, Bluetooth a basso consumo, Zigbee e le bande ISM a 868, 915, 2400 e 5000 MHz. L’antenna PCB misura appena 30x120x0,2 mm.

 

 

L’antenna 5G SMD W3415 compatta di PulseLarsen copre tutte le bande sub-6GHz (4G e 5G) e tutto questo con dimensioni di appena 40x7x3mm. Con la presenza di più antenne su una scheda, la tecnologia MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) 5G può essere sfruttata in modo ottimale. Un’antenna viene utilizzata come antenna principale e un’altra come antenna variabile.

Potenza, risorse di calcolo e altri aspetti da considerare con il 5G

Per la costruzione di una rete campus proprietaria, sono disponibili gli alimentatori 5G speciali di FSP. Essi sono adatti per il supporto alle stazioni base, alle reti di accesso, ai data center o ai singoli dispositivi di rete. Con il portafoglio prodotti ampliato e rivisto dal produttore, l’esigenza di progettare autonomamente gli alimentatori è ormai un ricordo del passato.

Con le soluzioni di Asus, Advantech e Intel, Rutronik è anche in grado di sviluppare soluzioni complete specifiche per il cliente per l’elaborazione delle informazioni in rete. Qualora l’ampio portafoglio prodotti del distributore non coprisse tutte le richieste dei clienti, Rutronik, in qualità di membro della 5G Campus Alliance, può contare anche su numerose società partner.

Conclusione

Per la copertura globale della rete 5G, l’infrastruttura cellulare cambierà drasticamente, soprattutto attraverso le reti campus. La forza trainante in questo cambiamento è data dai miglioramenti forniti dai profili applicativi del 5G. Chiunque si affida già da oggi alla tecnologia LTE non deve temere il 5G: LTE continuerà ad esistere anche sotto il 5G.

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