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Con le specifiche tecniche e tecnologiche ormai definite e i primi smartphone 5G ready ormai in rampa di lancio, si può dire che la strada verso la nuova tecnologia di comunicazione cellulare è ormai spianata. In diverse parti del pianeta, infatti, si stanno già sperimentando le prime reti cellulari 5G – in Italia, ad esempio, procede a ritmo serrato il progetto Bari-Matera 5G – e l'annuncio dei primi smartphone 5G ready dovrebbe essere ormai questione di mesi, se non settimane.
Un entusiasmo, quello generato attorno al 5G, giustificato dalle grandi potenzialità di questa nuova tecnologia comunicativa. Le chiamate con lo smartphone e la navigazione Internet ultraveloce, infatti, sono solamente uno dei tanti aspetti di una tecnologia a dir poco poliedrica. Il 5G, tanto per fare altri esempi, dovrebbe favorire il definitivo sviluppo delle smart car connesse; garantire vantaggi all'interno degli impianti produttivi automatizzati con dispositivi dell'industria 4.0; essere in grado di fornire banda dati a sufficienza per supportare il crescente ecosistema di dispositivi IoT.
Il segreto della velocità
È innegabile, però, che l'aspetto che maggiormente attira le attenzioni degli utenti sia quello della velocità. Secondo i primi test compiuti sul campo, la connessione 5G è in grado di garantire una velocità media di 1,4 gigabit al secondo, con picchi di 5 gigabit sufficienti per trasmettere in streaming, contemporaneamente e senza problemi di buffering, ben 50 film con risoluzione 4K. Tanto per fare un raffronto, la velocità media in Italia, stando all'ultimo Speedtest Global Index di Ookla del dicembre 2017, è di 32 megabit o 0,032 gigabit al secondo.
Dietro queste velocità così elevate si nascondono entità piccolissime, quasi microscopiche. Il "segreto" della connettività 5G, infatti, sta nella capacità di sfruttare lo spettro di banda millimetrico (ovvero la porzione di frequenze radio corrispondenti alle onde elettromagnetiche con lunghezza d'onda dell'ordine del millimetro), posto al vertice dello spettro radio.
Aggirare le interferenze
Fino a oggi le onde della banda millimetrica non avevano mai suscitato l'interesse da parte delle aziende e delle istituzioni che, per un motivo o per un altro, avevano avuto a che fare con le telecomunicazioni senza fili. E il perché è presto detto: nonostante la garanzia di performance elevate, le onde radio millimetriche hanno una portata limitata e sono particolarmente soggette alle interferenze, di qualunque genere o natura esse siano.
Per garantire il trasferimento dei pacchetti dati tra due punti di una rete basata su banda millimetrica, infatti, è necessario che mittente e destinatario siano in linea di vista. Ossia, non devono esserci ostacoli fisici che possano schermare, anche parzialmente, le onde. Anche una persona che si trovasse a passare nel "percorso" compiuto dalle onde potrebbe causare l'interruzione del collegamento e impedire il trasferimento dei dati. Va da sé che, prima di definire gli standard della nuova tecnologia cellulare, gli esperti del 3GPP abbiano dovuto trovare un modo per aggirare le interferenze e far sì che il segnale radio non venisse interrotto tanto facilmente.
Come funziona il 5G
La soluzione trovata dai tecnici e dagli ingegneri del consorzio che si occupa di definire gli standard delle telecomunicazioni cellulari ha due nomi ben precisi: beamforming e beamtracking. Questi due processi saranno impiegati continuativamente, sia dagli strumenti di controllo dei ponti radio, sia dai chip 5G montati all'interno degli smartphone, delle auto a guida autonoma e dai macchinari dell'Industria 4.0.
Nello scenario più semplice, le antenne utilizzeranno i principi del beamforming (traducibile con "dare forma al fascio di luce") per dirigere il segnale con estrema precisione e avere così la certezza di coprire con il segnale della banda millimetrica le aree maggiormente affollate ed evitare così ostacoli e interferenze. Sfruttando, magari, anche l'effetto "carambola" per far rimbalzare il segnale su alcune superfici e indirizzarlo in direzione opposta. I dispositivi ricettori, invece, faranno ampio uso del beamtracking (in pratica i metodi per "seguire il fascio di luce") per individuare il segnale più forte nelle loro vicinanze ed evitare, così di perdere la connessione alla rete dati con troppa facilità.
Si tratta di uno scenario particolarmente semplificato, dal quale sono stati eliminati "artificialmente" tutti i fattori di possibile disturbo. In questa loro attività, tanto gli impianti di trasmissione quanto i dispositivi riceventi dovranno fare i conti con variabili più o meno prevedibili. Un'antenna posizionata all'interno di un ufficio, ad esempio, dovrebbe tenere in considerazione che superfici metalliche riflettono il segnale emesso, mentre superfici in cemento lo "assorbono" e non possono essere utilizzate per l'effetto carambola. Per non parlare, poi, degli effetti di disturbo prodotti da oggetti in legno, ceramica, plastica o qualunque altro materiale possa trovarsi all'interno di un ambiente piccolo, ma molto eterogeneo, come quello di un ufficio.
Per massimizzare le prestazioni degli smartphone 5G ready, i produttori si apprestano ad adottare tecniche tutt'altro che convenzionali. Per evitare che la stessa mano con cui si afferra il telefono possa coprire completamente l'antenna e interrompere così la chiamata in corso o rallentare la navigazione web, si è pensato di collocare le antenne ai quattro vertici del dispositivo. In questo modo dovrebbe essere impossibile – o quanto meno molto complicato – riuscire a interrompere la connessione anche se si dovesse sfruttare il segnale della banda millimetrica.
