Dal 1G al 5G: come sono cambiate negli anni le reti mobile?

Dal 1G al 5G: come sono cambiate negli anni le reti mobile?

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 ovunque, 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.

Tutti sapevano che era una rivoluzione, ma nessuno poteva immaginare che avrebbe portato alle reti moderne ed al 5G.

In questo articolo vediamo come sono cambiate le reti di telefonia ed internet mobile negli anni, fino ad arrivare all’odierna, discussa e contestata, rete 5G.

Rete mobile 1G

La cosiddetta rete 1G si riferisce alla prima generazione della tecnologia cellulare wireless. Inaugurata nel 1979 da Nippon Telegraph and Telephone (NTT) nell’area metropolitana di Tokyo, era uno standard ancora in gran parte analogico, che ha portato la prima vera rivoluzione tecnologica: sono gli anni del TACS (Total Access Communication System, in italiano Sistema di Comunicazione ad Accesso Totale) e dell’idea di un telefono senza fili.

Ha un grosso limite però: su ogni banda di frequenza poteva comunicare un solo utente alla volta, a causa della tecnologia utilizzata.

Rete mobile 2G

La seconda generazione 2G di reti cellulari è anche la prima rete digitale. Nasce con lo standard GSM. Era il 1991: più banda, quindi più velocità, e nuovi servizi disponibili come SMS ed il collegamento alla rete via WAP. Si ha il primo vero cambiamento socio-culturale: con le reti 2G debuttano i messaggi SMS. Brevi messaggi di 160 caratteri, che hanno cambiato letteralmente il modo di relazionarsi agli altri!

Rete mobile 3G

La terza generazione di reti Internet Mobile arriva agli inizi del 2000 in Corea del Sud ed in Giappone, mentre in Italia debutta solo nel 2005. Alla base di questa generazione c’è lo standard UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), che a sua volta si basa su un’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. La velocità di download passa da 384 Kbps a 21Mbps, portando Internet sui telefoni mobili: il 3G, infatti, è lo standard dei primi smartphone.

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La rete mobile 3G LTE

Dopo la rete 3G e prima della 4G arriva 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.

Rete mobile 4G

La nostra vita inizia a cambiare radicalmente: il Blackberry porta le mail sul cellulare, Apple lancia l’App Store nel 2008, arrivano le videochiamate e si va oltre gli SMS grazie a Whatsapp. La storia del 4G o LTE, la quarta generazione di reti Internet Mobile, inizia il 27 Giugno 2011, quando viene pubblicato il bando per l’assegnazione delle licenze. La velocità di download aumenta di gran lunga (passa a 326,4 Mbps), creando le condizioni per l’esplosione delle attuali comunicazioni e possibilità mobili: streaming video in HD e 4K, streaming musicale in alta qualità e l’Internet delle Cose (IoT), con dispositivi sempre connessi e controllabili ovunque. I pagamenti online, grazie alla stabilità del 4G, si diffondono notevolmente, portando anche alla nascita delle criptovalute come i Bitcoin.

Nel giro di pochi anni emerge però 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.

5G

Fig.1– Evoluzione delle reti Internet Mobile

Ed ora arriva il turno della rete Internet Mobile 5G.

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Focus 5G: Cosa è, come funziona e cosa cambia

Il termine 5G (acronimo di 5th Generation) indica l’insieme di tecnologie di telefonia mobile e cellulare, i cui standard definiscono la quinta generazione della telefonia mobile con una significativa evoluzione rispetto alla tecnologia 4G/IMT-Advanced. Grazie alla sua tecnologia innovativa, permette di connettere nello stesso momento un gran numero di dispostivi garantendo un’altissima affidabilità, assicurando una velocità più elevata di connessione, una minore latenza e prestazioni migliori rispetto all’attuale 4 LTE. Le frequenze di trasmissione del segnale previste per la tecnologia 5G sono: 700 MHz (quella attualmente utilizzate dalle TV), 3600-3800 MHz e 26 GHz (sfruttamento di onde elettromagnetiche che utilizzano frequenze più alte rispetto a quelle usate oggi).

5G

Fig.2 – Distribuzione bande di frequenza per Operatore in Italia [Fonte: Piano nazionale di ripartizione delle frequenze]

Questo permette di avere una trasmissione di dati decisamente più veloce, purché si abbiamo distanze tra ricevitore ed emettitore ridotte: trasmissione dati più sensibile agli ostacoli!
La Next Generation Mobile Networks Alliance definisce generalmente con “5G” uno standard in grado di soddisfare i seguenti scenari:

  • velocità: 100 volte superiore di quella del 4G. La velocità potenziale massima di 20 Gbps (Giga bit per secondo) permette di scaricare rapidamente grandi quantità di dati. Es.: il download di un film richiede qualche secondo. La sua velocità è direttamente proporzionale al numero di clienti che si connetteranno alla rete.
  • consumo energetico: le celle 5G hanno un consumo energetico molto limitato anche quando saranno sotto carico e dovranno essere dotate di una modalità di risparmio energetico quando non saranno utilizzate.
  • capacità: il 5G aumenta la capacità di trasmissione dati.
  • latenza: il 5G ha un tempo di intervallo tra l’invio del segnale e la sua ricezione da 30 a 50 volte inferiore al 4G. Ciò permette di comandare a distanza e in tempo reale dispositivi e apparecchi (veicoli a guida autonoma, operazioni chirurgiche a distanza, gestione del traffico di strade, porti e aeroporti, ecc.) e di monitorare in tempo reale lo stato delle infrastrutture (IoT, Internet of things o Internet delle cose).
  • densità: il 5G permette di collegare fino a un milione di oggetti per km2, 100 volte di più che il 4G, senza impattare sulla velocità di connessione. In particolare, quest’ultima caratteristica è quella che dovrebbe consentire lo sviluppo dell’Internet delle cose. In futuro le reti non saranno più quindi a servizio dei soli dispositivi mobili (quali smartphone o telefoni cellulari), ma anche della comunicazione tra oggetti, come ad esempio la possibilità di “dialogo” con numerosi elettrodomestici di uso comune, o tra dispositivi e sensori di vario tipo (per esempio, la possibilità di un veicolo di colloquiare con la strada).

Entro la fine del 2024 si stima che il 5G raggiungerà oltre il 40% della popolazione globale e che ci saranno 1,5 miliardi di abbonamenti alla nuova tecnologia. Le reti 5G saranno reti di reti, per l’utilizzo di “Small Cell” (soluzione tecnica molto simile al MIMO) che posizionate in maniera capillare garantiranno un elevato grado di copertura in ogni ambiente: più antenne ma con potenze di emissione più basse.

5G

Fig.3 – Emissione di onde elettromagnetiche 4G/5G [Fonte: ARPAE]

Settori interessati dal 5G

Di seguito vengono descritti i principali ambiti ed i relativi Use Cases relativi al WIFI 5G, possibili grazie alle caratteristiche di questa nuova tecnologia, descritte in precedenza.

  • Internet delle cose (IoT): Il 5G supporta sensori di ogni genere, in grado di fornire grandi moli di dati ai sistemi in cloud, per poi essere elaborati attraversi nuovi approcci Big Data e di intelligenza artificiale. Al crescere dei dispositivi, l’Internet delle Cose avrà bisogno del 5G per l’erogazione di servizi avanzati.
  • Automotive: sarà possibile sviluppare una serie di applicazioni che renderanno più sicura la circolazione degli autoveicoli in autostrade e centri abitati, trasformando dunque l’autoveicolo in una parte integrante della “smart city” del futuro. L’obiettivo sarà anche quello di renderli meno inquinanti rispetto a quanto lo siano oggi e soprattutto ancora più sicuri, grazie anche a quella che sarà la capacità di interfacciarsi tra di loro.
  • Smart Home: qualsiasi dispositivo elettronico presente in casa, potrà essere potenzialmente connesso grazie al 5G. Elettrodomestici, prodotti per l’illuminazione, apparati energetici e di riscaldamento, tutto nella logica di poter essere coadiuvati da servizi avanzati, completamente a disposizione dell’utente finale.
  • Produzione industriale e logistica: il 5G consentirà di eliminare i vincoli che, attualmente, impediscono l’automazione della produzione. Questo sarà possibile facendo largo uso di robot e intelligenza artificiale, che verranno ovviamente coadiuvati dalla bassa latenza del nuovo standard di rete. Discorso analogo per la logistica e nella movimentazione delle merci.
  • Salute e benessere: verranno introdotte nuove modalità di interazione con i pazienti, che dovranno essere raggiunti ovunque si trovino. Non solo ma, grazie al 5G, sarà anche possibile sottoporli a screening avanzati già a bordo del mezzo di primo soccorso, senza dimenticare le possibilità di assistenza in remoto per le malattie croniche o per i decorsi post operatori.
  • Intrattenimento: smartphone e tablet saranno sempre più al centro della fruizione dei contenuti multimediali in mobilità, il gaming potrà finalmente spostarsi sui sistemi cloud, l’offerta televisiva potrà totalmente traslare sulla rete internet.

Il 5G costituisce una vera e propria rivoluzione delle attuali reti di comunicazione, che non riguarda solo le prestazioni tecniche e relative performance offerte agli utilizzatori, ma che sarà “guidata” nel suo sviluppo di business dagli ecosistemi e dagli Use Case dei “Clienti”. La rete di quinta generazione non rivoluzionerà esclusivamente il mercato delle telecomunicazioni, ma impatterà a cascata su tutti i settori che, sfruttando le nuove connessioni veloci, potranno offrire servizi sempre più innovativi. I principali attori di questi mercati non si limiteranno quindi ad acquistare i servizi offerti dalle Telco, ma influenzeranno attivamente lo sviluppo delle reti per renderle quanto più possibile compatibili con i loro bisogni.

Il Paese non può permettersi di rimanere indietro, in balia di pregiudizi immotivati, esitazioni conservatrici o inammissibili resistenze burocratiche. Vogliamo una rete 5G solida e performante, che acceleri la rinascita dell’Italia, anche attraverso interventi normativi che accentrino le responsabilità delle autorizzazioni, garantendo adeguati limiti emissivi e liberando le diverse amministrazioni dall’assedio di posizioni irrazionali e antiscientifiche.

Il 5G, è un obiettivo necessario, va realizzato rapidamente per il futuro dell’Italia.

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Luisa Daraio è un Ingegnere Edile abilitato alla professione, Tecnico Competente in Acustica Ambientale e Coordinatore per la sicurezza CSP e CSE. Da sempre interessata al mondo delle costruzioni, ha iniziato il suo percorso lavorativo già durante l’università, collaborando, in maniera continuativa, con uno studio tecnico. Laureata alla Facoltà di Ingegneria della Federico II di Napoli, dal 2017 ha sviluppato conoscenze e competenze nel settore BIM, infrastrutture per le telecomunicazioni e progettazioni impiantistica e sostenibile. Dal 2019 è iscritta nell’ENTECA (Elenco Nazionale dei Tecnici Competenti in Acustica Ambientali).

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