Con l'avvicinarsi del lancio di 5g, rimangono delle domande

Un paio di settimane fa ho partecipato al Summit 5G di Brooklyn alla Tandon School of Engineering della NYU, dove sono stato colpito dai progressi compiuti nella costruzione di reti 5G e dall'incertezza che ancora esiste sugli usi e sull'economia del 5G in generale.

Molti partecipanti mi hanno assicurato che avrei effettivamente utilizzato un telefono 5G entro il vertice del prossimo anno e la maggior parte era convinta che avremo bisogno delle nuove reti per gestire gli aumenti del traffico.

Ricorda che il 5G non è una singola tecnologia, ma una varietà di tecnologie che lavorano insieme. Copre una vasta gamma di spettro dalla banda bassa (come 600 MHz), che può percorrere lunghe distanze ma con velocità relativamente più lente; alla banda media (come 2, 5 o 3, 5 GHz); alla banda alta (come 28 o 39 GHz, a volte chiamato onda millimetrica o mmWave), che può essere molto veloce - ho sentito gli ingegneri parlare di velocità teoriche di 5 o più Gbps - ma non viaggia molto lontano.

Gli standard mobili sono per lo più definiti dall'ente di standard 3GPP, un gruppo che comprende praticamente tutti i principali attori dell'ecosistema mobile globale e che ha sviluppato gli standard di base per 3G (come suggerisce il nome) e 4G LTE (originariamente a lungo termine evoluzione dello standard 3G). In genere questi standard vengono infine adottati dall'ente per gli standard di comunicazione ITU ancora più ampio. 3GPP ha rilasciato nuove versioni dei suoi standard su base quasi annuale e si sta dirigendo verso una specifica 5G che si concentra su tre aree principali: banda larga mobile potenziata (eMBB), comunicazioni a bassa latenza ultra affidabile (URLLC) e comunicazioni di tipo macchina di grandi dimensioni (MMTC).

Di questi, il primo è quello che di solito pensiamo come un'applicazione per i consumatori - che rende i nostri telefoni più veloci - ed è su questo che si baserà la maggior parte delle distribuzioni iniziali del 5G. (Alcune prime reti saranno anche implementate per la connessione wireless fissa). Le altre due aree, URLLC e mMTC, sono principalmente per applicazioni industriali o aziendali, sebbene possano avere applicazioni consumer, e ho continuato a sentir parlare di veicoli autonomi con VR mobile, anche se mi sembra più un'applicazione di nicchia.

Ma potrebbero essere queste applicazioni più industriali e commerciali che si evolvono davvero insieme agli standard 5G; dopo tutto, stiamo già vedendo telefoni promettenti "gigabit LTE" su reti 4G, ed è difficile immaginare quali applicazioni richiederanno maggiore velocità per i singoli consumatori. Tuttavia, la velocità aggiuntiva e il design della rete promessi dal 5G potrebbero essere necessari solo per gestire il traffico in crescita. Parlerò di più sui casi d'uso nel mio prossimo post.

Reti pronte per l'uso

Melissa Arnoldi, Presidente di Technology & Operations for AT&T Communications, ha sottolineato la necessità di reti che gestiscano più traffico in modo più efficiente, indipendentemente dall'applicazione. Ha affermato che la rete mobile dell'azienda ha registrato una crescita del traffico dati del 360.000 percento dal 2007 e "non ci sono segni di rallentamento". Il video rappresenta attualmente oltre la metà del traffico e si aspetta che cresca fino al 75% entro il 2020.

Il 5G è necessario per gestire questo traffico, nonché per abilitare applicazioni come la realtà aumentata e virtuale, i veicoli autonomi e i droni, ha detto Arnoldi, osservando che le auto a guida autonoma richiedono connettività ad alta affidabilità e latenza quasi in tempo reale, idealmente inferiore a 5 millisecondi.

La gestione di questo traffico richiederà reti definite da software, ha affermato Arnoldi, rilevando che AT&T è stato il principale driver dietro ONAP (Open Network Automation Platform). Prevede che AT&T trasferirà il 65 percento del suo traffico su reti definite da software entro la fine dell'anno.

AT&T intende essere il primo vettore statunitense a disporre del 5G standard mobile entro la fine dell'anno, in 12 città. Ha discusso di un pilota di vendita al dettaglio che l'azienda ha gestito a Waco, in Texas, che presentava centinaia di utenti in un negozio al dettaglio per dimostrare come mmWave poteva funzionare in un ambiente simile, e i piloti di Kalamazoo e South Bend, dove la società ha creato una fine 5G rete end-to-end e ha visto che i segnali mmWave potevano offrire velocità di 1 Gbps fino a 900 piedi senza impatto a causa del tempo e dei segnali che penetrano nei materiali meglio del previsto.

La velocità è eccitante, ha detto Arnoldi, ma la latenza è il grande cambiamento. Successivamente ha descritto le applicazioni, come la vendita al dettaglio, con realtà virtuale e aumentata immersiva e segnaletica digitale anziché manichini; assistenza sanitaria; produzione; finanza, con cose come gli sportelli automatici che offrono video tramite wireless fisso 5G; sicurezza pubblica; e trasporto.

Bill Stone, vicepresidente dello sviluppo tecnologico e della pianificazione di Verizon, ha definito il 5G una soluzione multiuso che consente agli operatori di "sfruttare il software e suddividere la rete per diversi casi d'uso". Per Verizon, il wireless fisso sarà la prima fetta di rete, ma è solo un caso d'uso e sarà rapidamente seguito dalla banda larga mobile, ha affermato Stone.

Il supporto di Verizon al Verizon 5G Tech Forum ha contribuito ad accelerare il processo 3GPP e, sebbene i primi prodotti di Verizon non saranno completamente basati su standard, intendeva passare molto rapidamente allo standard 3GPP. Ha enfatizzato i piani dell'azienda per l'uso di blocchi di spettro più grandi ove possibile, aumentando la densità di piccole cellule e spostandosi su MIMO (antenne multiple) in bande mmWave, nonché aumentando il numero di antenne in altre bande.

Stone ha detto che Verizon prevede di essere il primo con il wireless fisso 5G e ha osservato che nei test potrebbe già fornire un servizio a 80 Gbps a 2000 piedi dal nodo. Ma ha detto che la società conta su una sola rete, con più sezioni, e che la priorità dell'azienda è "Mobile, Mobile, Mobile". Guardando oltre, tuttavia, ha affermato che un cloud abilitato per il 5G e un "bordo intelligente", nonché le applicazioni di automazione industriale, guideranno nuovi casi d'uso.

Seizo Onoe, Chief Technology Architect di NTT Docomo, ha parlato di come Docomo stia collaborando con settori specifici (automobilistico, ferroviario, edile, sanitario ecc.) Sull'introduzione del 5G. Un argomento può essere avanzato per introdurre il 5G anche se le nuove applicazioni sono incerte, ha detto, solo perché gli operatori possono vedere una maggiore capacità di dati con un miglior costo per bit.

Onoe ha ribadito la sua tesi dello scorso anno, secondo cui la generazione precedente esplode spesso poco prima del lancio del successivo, come è accaduto con il 3G potenziato (HSPA +) prima del lancio del 4G LTE, e che l'industria ha registrato storicamente un grande successo solo con generazioni numerate. Tuttavia, ha suggerito che la collaborazione intersettoriale potrebbe cambiarlo, poiché vediamo svilupparsi nuove applicazioni.

Sono stato molto interessato alla sua idea che il 5G potrebbe essere l'ultima generazione quando si tratta di grandi innovazioni tecnologiche. Onoe ha affermato che mentre una particolare tecnologia ha definito ciascuna delle generazioni precedenti, 5G è in realtà una combinazione di tecnologie, quindi 5 potrebbe essere il numero finale a meno che non siamo in grado di inventare una nuova innovazione tecnologica. Tuttavia, ha osservato che "espedienti di marketing" potrebbero significare che vedremo un numero futuro e che, sebbene possa essere ingannevole, "è libertà".

L'evoluzione del 5G

Molte delle presentazioni hanno approfondito la tecnologia e gli standard e come si stanno evolvendo.

Peiying Zhu, un Huawei Fellow, ha spiegato come 3GPP abbia attualmente approvato la versione 15 del suo standard, inclusa una versione non standalone (NSA), che descrive come i dispositivi 5G potrebbero funzionare su una rete basata principalmente sulla stessa infrastruttura di 4G LTE reti. Ha detto che il lavoro si sta muovendo rapidamente verso una versione standalone (SA) di quello standard (uno in cui sia le radio che il core della rete sono progettati per il 5G), così come il lavoro su una Release 16, che aggiungerà più funzionalità.

La versione 15 supporta principalmente una maggiore larghezza di banda mobile (eMBB), mentre le versioni successive dovrebbero soddisfare una gamma più ampia di requisiti IoT, tra cui "comunicazioni ultra affidabili e a bassa latenza, accesso wireless fisso e comunicazioni di tipo macchina di grandi dimensioni", ha detto Zhu.

La versione 15 include una "Nuova radio 5G", con una varietà di nuove funzionalità, e Zhu ha parlato dell'impatto che avranno i vari cambiamenti. Ha discusso di come i test che utilizzano lo spettro a 3, 5 GHz hanno mostrato un miglioramento 10 volte dell'esperienza dell'utente, con un decimo della latenza e un decimo del costo per bit delle soluzioni esistenti, rendendo il 5G molto impressionante per una banda larga mobile potenziata. E Zhu ha discusso di altri dettagli che potrebbero far parte della versione 16 o successive della specifica che consentirebbe altre applicazioni.

Mikael Höök, direttore di Radio Research per Ericsson Research, ha anche discusso dell'evoluzione dello standard mentre si dirige verso la visione ITU-2020. Ha parlato di come la nuova radio sia "ultra-magra" (nel senso che riduce le interferenze e si spegne quando non è in uso), offrendo allo stesso tempo la compatibilità futura, in modo da poter aggiungere nuove funzionalità. Anche lui ha notato come può utilizzare più antenne, ha parlato a bassa latenza e ha detto che l'ampio spettro offre molte funzionalità diverse.

Höök ha sottolineato che questo può funzionare in molte applicazioni diverse, dalla copertura molto rapida in strade e piazze trafficate, all'offerta di wireless fissa in ambienti suburbani. Ha anche parlato di automazione industriale.

In una discussione del panel che è seguita, si è discusso molto se la nuova radio fosse appropriata per le applicazioni Internet of Things (IoT), con Höök che menzionava gli standard 4G esistenti, come NB-IOT, e altri, tra cui Zhu e Nokia Antti Toskala, parlando di nuovi casi d'uso dell'IoT che potrebbero richiedere una larghezza di banda maggiore o una latenza inferiore.

In ambito industriale, alcuni panelisti hanno cercato di rispondere a una domanda su come il 5G si confronta con gli standard IEEE 802 (Wi-Fi), che in genere funzionano su uno spettro senza licenza. Höök ha affermato che in alcuni casi lo spettro senza licenza è abbastanza buono, ma non quando sono necessari "cinque nove di affidabilità". Toskala ha sottolineato funzionalità come l'autenticazione 3GPP e i servizi offerti dalle società di telecomunicazioni, ma alcuni tra il pubblico hanno insistito su questo. Zhu ha parlato di come il 5G è progettato per la coesistenza, in modo che gli standard basati sia su 5G che su 802 possano funzionare nelle stesse posizioni.

Parlando del 5G negli smartphone, Arun Ghosh di AT&T, direttore del gruppo Advanced Wireless Technology per AT&T Labs, ha affermato che esiste ancora la questione di un modello di business, poiché LTE funziona abbastanza bene. Ghosh ha affermato che il 5G è molto più incentrato su altri casi aziendali, come nei veicoli autonomi, in cui la presenza di un gran numero di auto collegate può aiutare in aree come la prevenzione delle collisioni. Ma quasi tutti i partecipanti al panel concordano sul fatto che nel prossimo futuro dovremmo aspettarci che i telefoni supportino sia lo spettro 5G che 4G LTE, nonché lo spettro sia mmWave sia tradizionale (sotto i 6GHz).

Tutti i membri del panel hanno praticamente concordato con Ian Wong di National Instruments, che ha affermato che "l'onda millimetrica funziona meglio del previsto". Molti sembravano anche d'accordo con Zhu, il quale affermava che sarebbe stato bello avere bande globali per 5G, e sosteneva 3, 5 GHz come una di queste bande.

5G e oltre

Mentre il 5G si sta appena preparando per il suo primo lancio, la ricerca continua a portarlo al livello successivo. Molti oratori hanno parlato dei prossimi passi negli standard, ma altri si sono concentrati maggiormente sulla ricerca futura.

Thyaga Nandagopal, vicedirettore della divisione Computing and Communication Foundations (CCF) della National Science Foundation, ha parlato dell'importante ricerca svolta nelle università e nei laboratori nazionali, ma ha aggiunto che esiste una "valle della morte" tra queste istituzioni e corporazioni. Per cercare di colmare questa lacuna, NSF ha creato un programma chiamato Platforms for Advanced Wireless Research (PAWR), in cui un consorzio del settore e NSF contribuiscono ciascuno con $ 50 milioni per creare quattro piattaforme su scala urbana per fare test per la prossima generazione sistemi wireless. Queste piattaforme sono progettate per fornire accesso aperto ai ricercatori per testare idee per nuovi sistemi.

I primi due sistemi sono a Salt Lake City e New York. A Salt Lake City, l'Università dello Utah e la Rice University stanno creando progetti noti come POWDER (piattaforma per la ricerca sperimentale basata sui dati wireless aperta) e RENEW (un ecosistema riconfigurabile per la tecnologia wireless end-to-end di prossima generazione).

A New York, il progetto si chiama COSMOS (Cloud Enhanced Open Software Defined Mobile Wireless Tested for City-Scale Deployment), che sarà gestito da NYU Wireless, Columbia e Rutgers. COSMOS è stato progettato per testare una varietà di nuove tecnologie in un ambiente urbano complesso. Altre due piattaforme sono previste per essere designate entro luglio 2019.

Infatti alla conferenza, Ted Rappaport, della NYU Tandon e un direttore fondatore della NYU Wireless, hanno notato di essere rimasto colpito dalla velocità di adozione della tecnologia mmWave. Ha scritto alcuni dei primi articoli sull'argomento ed è stato determinante nel fondare la NYU Wireless nel 2012 e la conferenza di Brooklyn 5G nel 2014. Poi, ha detto, c'era scetticismo sul fatto che mmWave potesse funzionare; da allora è stato accettato ed è sulla strada della commercializzazione.

Alla domanda se la proliferazione di piccole cellule con la tecnologia mmWave potrebbe rappresentare una nuova preoccupazione per la salute, Rappaport ha affermato che mentre "non si può provare un negativo", le frequenze radio utilizzate sono sei ordini di grandezza al di sotto della frequenza necessaria per le radiazioni ionizzanti del tipo creato dai raggi X (che sono correlati con una maggiore probabilità di cancro). Inoltre, ha notato che le piccole cellule e le antenne direzionali riducono sia la potenza che l'incidenza del contatto, e mi ha indicato uno studio del National Institutes of Health che ha co-scritto intitolato "Safe for Generations to Come" che lo conferma.

Più tardi, Rappaport mi ha mostrato la ricerca che lui e altri all'università stanno facendo su cose come l'uso dello spettro a 140 GHz per comunicazioni ancora più veloci, forse per alcuni standard futuri. Altri alla conferenza stavano anche parlando di 90 GHz e frequenze più alte nella banda D.

Tutto dipende dalla tua prospettiva; da un lato, il 5G potrebbe avvicinarsi al traguardo, in termini di essere finalmente pronto per il lancio. Dall'altro, per molti versi è appena iniziato.