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Se oggi siamo tutti in grado di connetterci a Internet da un comune smartphone, di vedere un video su YouTube o un film su Netflix mentre siamo sull'autobus, di sapere dove dobbiamo andare grazie a Google Maps mentre siamo in auto, è perché più di quarant'anni fa, in Giappone, è nata la prima rete mobile cellulare commerciale.
Era la cosiddetta rete 1G, cioè di prima generazione, ed è stata inaugurata nel 1979 da Nippon Telegraph and Telephone (NTT) nell'area metropolitana di Tokyo. Tutti sapevano che era una rivoluzione, ma nessuno poteva immaginare che avrebbe portato alle reti moderne e al 5G. Ecco come è andata questa storia, che ha cambiato il mondo per sempre.
La rete mobile 1G
Il termine 1G si riferisce alla prima generazione della tecnologia cellulare wireless. Era uno standard ancora in gran parte analogico, che venne sviluppato per tutti gli Anni '80 anche in altri Paesi oltre al Giappone, dove è nato. Il Nordic Mobile Telephone (NMT), l'Advanced Mobile Phone System (AMPS), il TACS (Total Access Communications System), il C-450, il Radiocom 2000, il TMA e il RTMI erano tutti standard di rete cellulare analogici di prima generazione che furono creati in quell'epoca in giro per il mondo.
Usavano frequenze radio solitamente sopra i 150 MHz, non potevano essere utilizzate per scambiare dati ma solo voce ed avevano costi talmente alti (sia per i terminali che per le chiamate) da essere un lusso. Le reti 1G avevano un grosso limite: su ogni banda di frequenza poteva comunicare un solo utente alla volta, a causa della tecnologia utilizzata. Cioè la TDMA, Time Division Multiple Access.
La rete mobile 2G
La seconda generazione (2G) di reti cellulari è anche la prima digitale. Nasce con lo standard GSM e la prima implementazione commerciale è quella dell'operatore Radiolinja in Finlandia, nel 1991. La digitalizzazione porta con sé anche una grande novità: la crittografia delle trasmissioni. Inoltre, la rete 2G è molto più efficiente rispetto alla 1G, poiché permette di connettere più utenti contemporaneamente alla stessa banda di frequenza, grazie alla nuova tecnologia CDMA, Code Division Multiple Access. È con le reti 2G, infine, che debuttano i messaggi SMS.
La rete mobile 2.5G
La rete mobile 2G ebbe vita abbastanza lunga: dieci anni, fino alla diffusione dello standard GPRS (General Packet Radio Service) con cui nasce la cosiddetta rete 2.5G, di seconda generazione e mezza. È con la rete 2.5G che Internet inizia a diventare mobile, visto che lo standard GPRS permette l'invio e la ricezione di pacchetti di dati attraverso le onde radio della connessione cellulare. La velocità è ancora molto bassa: 57.6 Kbit/s in download e di 14.4 Kbit/s in upload. I costi, invece, sono parecchio alti: in Italia a inizio millennio si pagavano anche 3 centesimi di euro per ogni kb scaricato o inviato.
La rete mobile 3G
La rete di terza generazione (3G) nasce su scala commerciale di nuovo in Giappone, nel 2005. Alla base di questa generazione c'è lo standard UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), che a sua volta si basa su una evoluzione del CDMA usato a partire dalla rete 2G. Le frequenze utilizzate iniziano a moltiplicarsi occupando anche bande di frequenza più elevate: 850, 900, 1800 e 2100 MHz.
Con questa generazione di reti cellulari lo Stato inizia a incassare cifre notevoli con l'assegnazione delle frequenze agli operatori mobili tramite asta. Quella italiana del 2000 per 5 licenze UMTS, ad esempio, ha portato nelle casse dello Stato in totale 26.750 miliardi di lire. Ma nel Regno Unito lo Stato incassò il triplo, in Germania quattro volte tanto.
Con l'UMTS la velocità massima della connessione a Internet sale moltissimo: fino a 21 Mb/s (teorici), che si traducono in un massimo di 7,2 Mb/s sui cellulari compatibili con il protocollo HSDPA (a sua volta parte dello standard UMTS). In realtà, però, questi erano solo i valori limite che raramente venivano raggiunti.
La rete mobile 3G LTE
Dopo la rete 3G e prima della 4G venne il tempo, nel 2008, della rete 3G LTE, cioè Long Term Evolution, un termine con il quale si indica l'evoluzione di uno standard di comunicazione per migliorarne le prestazioni. La cosa importante del 3G LTE è l'introduzione nelle reti mobili della tecnologia MIMO, Multiple Input, Multiple Output. Grazie all'utilizzo di più antenne, un terminale MIMO può scambiare più dati contemporaneamente, tanto che la velocità massima teorica in download sale a 326,4 Mbit/s e quella in upload a 86,4 Mbit/s. Con il 3G LTE gli utenti hanno iniziato ad assaggiare la connessione mobile veloce, che poi è diventata il cavallo di battaglia delle reti 4G.
La rete mobile 4G
La base tecnica delle reti 4G viene sviluppata in Giappone già a fine 2005, ma le prime reti mobili commerciali di quarta generazione arrivano in Europa solo nel 2009. La rete 4G convive per molti anni con la 3G e questo genera inizialmente un bel po' di confusione nell'offerta commerciale italiana: gli utenti, che adesso possono usare Internet ad alta velocità, vogliono sempre più gigabyte di traffico inclusi nella loro offerta ma gli operatori spesso offrono solo parte del traffico alla velocità del 4G e il resto a quella del 3G.
Con il tempo, però, la copertura della rete 4G si estende a gran parte della popolazione italiana e la velocità si stabilizza su valori reali molto interessanti: tra i 15 e i 25 Mb/s veri, non teorici. Ciò è possibile grazie all'uso di frequenze ben più alte di quelle usate per le reti 3G (2,3 GHz, 2,5 GHz e 3,5 GHz) e a numerosi affinamenti tecnologici che permettono di trasferire sempre più dati contemporaneamente.
Nel giro di pochi anni, con lo sviluppo impetuoso dell'industria dei contenuti in streaming, del gaming online e con la nascita dell'Internet of Things, inizia ad emergere il vero limite della rete 4G. Che non è la velocità, ma la latenza, cioè il tempo che intercorre tra la richiesta di un dato e il suo effettivo arrivo allo smartphone dell'utente.
La rete mobile 4.5G
Come è successo con la rete 3G, anche la 4G ha avuto una sua LTE. Anzi due: la rete 4G Plus (detta anche LTE Advanced) e la 4.5G (la LTE Advanced Pro). Con queste evoluzioni del 4G la velocità massima di download è salita moltissimo, fino a 500 Mb/s, ma la maggior parte delle offerte commerciali italiane sono state limitate a 150-300 Mb/s. Alla base di queste prestazioni c'è l'uso di tecnologie che troveremo poi anche nel 5G, come un MIMO massiccio e l'aggregazione di diverse bande di frequenza per il trasferimento rapido di dati verso un solo utente.
La rete mobile 5G
Il 5G è il futuro, anche se è già realtà con i primi ripetitori montati dagli operatori italiani al posto dei precedenti ripetitori 3G. La rete mobile di quinta generazione è la più complessa mai ideata fino ad ora, perché nasce per essere "abilitante" per altre tecnologie. A differenza delle precedenti reti, infatti, la 5G ha un concorrente temibile: il Wi-Fi 6, che aspira a diventare lo standard per le trasmissioni ad alta velocità ma a breve raggio.
Il 5G, per questo, gioca su due tavoli usando frequenze molto diverse tra loro: la banda di frequenza 694-790 MHz, quella 3,6-3,8 GHz e quella 26,5-27,5 GHz. Le frequenze più basse hanno una portata nettamente maggiore, ma una velocità di trasferimento dati inferiore. Le frequenze tra 26,5 e 27,5 GHz sono velocissime, ma con una portata persino inferiore a quella del Wi-Fi 6 (che usa le bande di frequenza 2,4 GHz, 5 GHz e, in prospettiva, anche quelle a 1 e 6 GHz). Il grande vantaggio del 5G, quindi, è la flessibilità: grazie alla tecnologia "adaptive beam switching", infatti, gli smartphone 5G possono saltare da una frequenza all'altra per ottimizzare la potenza del segnale o la velocità dati, in base alle necessità del momento. Questo permette anche agli operatori di rete di gestire meglio molto più carico per molti più utenti: una velocità realistica, ad esempio, è di 1 Gb/s reali disponibili per molti utenti contemporaneamente in uno spazio ristretto, come lo stesso piano di un edificio. Ma non solo: le connessioni simultanee salgono a centinaia di migliaia per ogni trasmettitore. E, infine, il vantaggio più grande di tutti: una latenza bassissima, nell'ordine dei 5 millisecondi.
