In che modo le soluzioni di misura e collaudo di Rohde & Schwarz aiutano a costruire il mondo di domani

La quarta rivoluzione industriale

Questa è la prima volta nella storia relativamente giovane delle comunicazioni wireless che gli smartphone (precedentemente chiamati telefoni cellulari) non sono l’obiettivo principale della nuova fase di sviluppo. Il nuovo standard è ottimizzato anche per l’internet delle cose, per i miliardi di dispositivi connessi presenti nelle nostre case, nelle nostre strade e nelle nostre fabbriche. Ma il 5G avrà probabilmente il maggiore impatto nell’industria, e non solo perché le macchine connesse in modalità wireless, così come intere linee di produzione, potranno comunicare quasi in tempo reale. L’intelligenza artificiale (IA) consentirà di correggere autonomamente e rapidamente anche le più piccole deviazioni e irregolarità nelle prime fasi della produzione attraverso l’uso di petabyte di dati che vengono memorizzati e analizzati nel cloud.

Il maggiore utilizzo della realtà virtuale porterà anche a una maggiore efficienza. I prodotti e i processi potranno essere modellati virtualmente, e quindi in modo conveniente, anche quando non esistono ancora. Ciò consentirà ai progettisti di verificare accuratamente i prototipi ancora prima che vengano costruiti. I dipendenti non dovranno più consultare valanghe di manuali per familiarizzare con i nuovi processi. E i clienti dall’altra parte del mondo potranno riparare i loro macchinari da soli, tramite l’assistenza remota.

Nell’industria manifatturiera, altamente competitiva, la produzione intelligente è un vero asso nella manica, in quanto significa che anche i Paesi dove il costo del lavoro è elevato potranno ancora una volta diventare luoghi di produzione attraenti. Le normative tedesche consentono di attivare reti 5G locali gestite privatamente, note come reti di campus. In altri Paesi, l’idea è che le grandi società di comunicazione mobile mettano in opera e gestiscano tali sottoreti locali come servizio commerciale da offrire sul mercato. Quando tali reti vengono utilizzate nell’automazione di fabbrica, è sempre necessario verificare la qualità di queste reti per garantire le prestazioni richieste.

I servizi eHealth garantiscono la disponibilità di cure mediche. Ovunque.

La disponibilità di una connessione a banda larga su un’area quanto più ampia possibile può fungere da equalizzatore tra le condizioni di vita nelle aree urbane e rurali. Nelle aree scarsamente popolate dove c’è carenza di personale medico e di infrastrutture, il 5G permetterà alla telemedicina di essere veramente all’altezza del suo potenziale. I consulti video trasportano virtualmente i medici specializzati ovunque siano necessari. In futuro, i medici saranno anche in grado di accompagnare a distanza o eseguire interventi chirurgici (assistiti da robot), ma solo se i dati vengono trasferiti rapidamente, in modo affidabile e a prova di errori. Quando si valuta la TAC di una vittima di ictus, non ci possono essere ritardi. E i sensori per il monitoraggio remoto delle funzioni vitali non possono fallire: devono essere fornitori di dati affidabili e duraturi.

Tali scenari dimostrano che il nuovo standard è un prodigio della tecnica e che offre caratteristiche eccezionali, tra cui una velocità di trasmissione dei dati significativamente più alta. L’Unione Internazionale delle Telecomunicazioni (ITU) parla di fino a 20 gigabit/s nel programma IMT-2020. Questo valore è circa 20 volte più veloce di quello possibile con le reti LTE, il suo predecessore. Per inciso, il 5G non sostituirà affatto lo standard LTE. Le reti LTE continueranno a essere la spina dorsale delle comunicazioni mobili per molti anni a venire.

Il vero punto di svolta è altrove. “Il 5G consente di sviluppare applicazioni completamente nuove e più impegnative, in cui l’utente finale è spesso una macchina piuttosto che un essere umano”, spiega Jeremy Carpenter, Program Manager Mobile Network Testing presso Rohde & Schwarz. “Fino a oggi l’evoluzione delle comunicazioni mobili si è concentrata su una copertura più ampia e su la garanzia di velocità dei dati più elevate. Ora l’attenzione è rivolta all’affidabilità, alla bassa latenza e alla capacità.” (vedere grafico)

La sfida delle onde millimetriche

Saranno necessarie larghezze di banda maggiori per poter raggiungere le velocità di dati trasmissione dati a cui si punta, ma non c’è spazio per loro nelle attuali bande di frequenza inferiori a 6 GHz assegnate ai servizi mobili. Si è quindi deciso che il 5G utilizzerà la gamma di frequenza fino a circa 7 GHz e fino a 52 GHz nella gamma delle onde millimetriche. Le bande di frequenza più significative a livello commerciale sono quelle a 3,5 GHz, 28 GHz e 39 GHz. La larghezza di banda per portante sarà di solito di 100 MHz, con fino a 400 MHz possibili nella gamma delle onde millimetriche.

Un nuovo approccio: il beamforming

I segnali radio hanno una portata significativamente inferiore nella gamma delle onde millimetriche rispetto allo spettro di frequenza inferiore utilizzato nelle reti LTE, quindi sono necessarie più antenne e stazioni di base per ottenere una buona copertura di rete. Ecco perché gli operatori di rete scelgono di utilizzare il beamforming per il 5G. Il beamforming è una tecnica che aumenta l’efficienza del sistema. In passato, i segnali venivano irradiati uniformemente su tutta l’area, mentre con il 5G il fascio della stazione base può essere concentrato e orientato elettronicamente nella direzione desiderata. Ciò consente di ottimizzare i segnali e i rapporti segnale-rumore e di rivolgersi in modo selettivo ai dispositivi mobili. Tuttavia, ciò richiede di utilizzare un numero significativamente maggiore di elementi di antenna per ogni cella radio. Il beamforming modifica i requisiti per le soluzioni di misura e collaudo perché nella gamma delle onde millimetriche devono essere utilizzati metodi di test over-the-air (via radio) invece di soluzioni di prova basate su segnali condotti (via cavo).

Rohde & Schwarz apre la strada: soluzioni complete per una tecnologia rivoluzionaria

“Le tecnologie e le soluzioni tecniche di base sono complesse. Per garantire l’interoperabilità e il funzionamento affidabile delle reti, tutte le funzionalità previste devono essere accuratamente verificate molto prima che il 5G possa passare dalle sperimentazioni di laboratorio alle applicazioni reali sul campo. È necessario effettuare test su singoli componenti, come antenne, stazioni base complete, dispositivi finali, così come verificare la qualità dei servizi offerti da una rete di comunicazione mobile”, afferma Reiner Stuhlfauth, Technology Manager di Rohde & Schwarz. Nella eBook 5G New Radio (NR), Reiner Stuhlfauth e altri esperti di Rohde & Schwarz illustrano i fondamenti e le procedure alla base dell’architettura e delle tecnologie di trasmissione utilizzate nelle reti 5G-NR.

“Il 5G è un sistema molto flessibile in cui i parametri possono essere ottimizzati in base alle applicazioni, ad esempio per gli scenari Industria 4.0 o per la trasmissione di dati agli smartphone”, spiega Meik Kottkamp di Technology Management Wireless in Rohde & Schwarz e co-autore della pubblicazione. “Questa flessibilità, che deriva dall'utilizzo delle bande di frequenze più alte e dalla grande disponibilità di larghezze di banda, è ciò che rende il 5G così attraente. Allo stesso tempo, è anche un aspetto che impone dei requisiti molto esigenti, sia per i nostri sviluppatori che per i nostri clienti.”

Sfida accettata

Rohde & Schwarz, società specializzata nel settore della misura e collaudo e fornitore di servizi completi per l'ottimizzazione delle reti 5G NR, offre la più ampia gamma di soluzioni per l’intero ecosistema delle comunicazioni mobili, dalla generazione e l'analisi dei segnali di test alla verifica della qualità del servizio percepita dei clienti di una rete di comunicazioni mobile. Fin dai primi giorni del 2G, la prima generazione di reti di comunicazioni mobili basata su tecnologie digitali, Rohde & Schwarz si è impegnata nel lavoro pionieristico che precede lo sviluppo di un'infrastruttura di rete ed è diventata un protagonista affermato e apprezzato dai principali produttori di infrastrutture, chipset e dispositivi per l’utente finale.