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5G, cosa cambia per l’industria elettronica

di Cadlog on 8 Maggio 2019

Il 5G è la prossima rivoluzione tecnologica annunciata, che si prevede porterà grandi cambiamenti nei servizi che potranno essere veicolati digitalmente, con importanti ricadute per i vari operatori del settore e per i consumatori finali. Ma cosa comporterà la graduale adozione del 5G nell’ambito della progettazione e della produzione elettronica?

Un’interessante punto di partenza, per l’esplorazione delle nuove prospettive che si aprono, è il report di Scott Stonham, fondatore di innovationscouts.tech, dall’ultima edizione del Mobile World Congress a Barcellona (#MWC19), il cui tema è stato quello della connettività intelligente.

Il 5G nell’automotive

L’automotive è uno degli ambiti più promettenti. “Rispetto allo scorso anno”, riporta Scott Stonham, “c’è stata meno enfasi sui veicoli autonomi e l’attenzione si è spostata di più sui veicoli connessi. Il concept video di BMW lo ha mostrato fino all’estremo, con l’autista che utilizzava i gesti all’interno della cabina per indicare un ristorante, ottenere informazioni sul menu e prenotare un tavolo, tutto semplicemente indicando e parlando”. L’automotive è uno dei settori rispetto ai quali gli operatori di telecomunicazione hanno le maggiori aspettative. Vodafone ha dichiarato per l’occasione che le auto connesse per loro sono il settore a crescita più rapida, come numero di connessioni.

Ad ogni modo, per quanto riguarda la comunicazione V2x, cioè la comunicazione tra i veicoli ed entità esterne, la tecnologia attualmente più efficace rimane IEEE 802.11p, come si può ricavare dal libro bianco di Siemens che è possibile scaricare alla fine di questo articolo.

Il 5G nella medicina

La medicina è l’ambito dove il 5G può trovare la sua più compiuta applicazione, perché può sfruttare tutte le caratteristiche che sono proprie di questa tecnologia. Sin da quando si è cominciato a parlare di 5G, si è detto che i tre principali scenari di utilizzo della nuova tecnologia fossero:

  1. velocità più elevate;
  2. la capacità di ospitare un numero molto più elevato di connessioni per cella;
  3. un miglioramento significativo dell’affidabilità e della latenza.

Il problema era applicarli a casi d’uso reali. Al MWC di Barcellona si è visto come uno di questi casi potrebbe essere proprio la chirurgia robotica remota, la quale richiede proprio velocità molto elevate, affidabilità garantita e ritardo ultra basso (latenza). Durante l’evento c’è stata la possibilità di assistere al primo intervento al mondo di chirurgia controllata in diretta. Si trattava di un intervento di sigmoidectomia laparoscopica, cioè di asportazione del sigma, la parte terminale dell’intestino crasso. Per i più curiosi riportiamo la parte dello show riguardante proprio l’intervento.

Oltre alla chirurgia remota, ci sono molte altre potenziali applicazioni in ambito medico, dalle app per la donazione del sangue alla spedizione di veicoli di emergenza, al supporto aereo in caso di incidenti o di soccorso. Altri ambiti si prevede possano derivare dalla combinazione di intelligenza artificiale, 5G e IoT, che consentirebbe di dare più senso alla crescente mole di dati proveniente dai dispositivi indossabili.

Il 5G nel gaming

All’estremo opposto dell’utilità pratica troviamo il gaming, l’altro ambito dove le aspettative sono enormi, dal momento che il gioco on line richiede proprio grandi velocità e basse latenze. Potrebbe essere proprio questo il settore di consumo nel quale il 5G potrà svolgere al meglio il ruolo di volano economico, perché il volume d’affari già gigantesco potrebbe trovare un nuovo fertile terreno di sviluppo nel Cloud Gaming, cioè il gioco effettuato direttamente in rete tra giocatori remoti. Una spiegazione del funzionamento del Cloud Gaming possiamo vederla in questo video, nel quale viene mostrato uno schema offerto da Ubisoft. Tale schema evidenzia come – grazie all’ampiezza di banda della rete – il dispositivo del giocatore possa sfruttare la potenza di calcolo dei server remoti.

Le 5 generazioni di telefonia mobile

Il nome 5G sta per quinta generazione, dopo le precedenti 4, che partono dai primi modelli di telefoni con tecnologia analogica della fine degli anni ’70.

Generazione1G2G2.5G303.504GSG
Inizio1970-19801990-20002001-20042004-20052006-20102011-NowSoon (2020)
Larghezza di banda2 Kbps64 Kbps144 Kbps2 MbpsMore than
2 Mbps
1 Gbpsmore than 1 Gbps
TecnologiaAnalog
Cellular
Digital
Cellular
GPRS,
EDGE,
CDMA
CDMA 2000
(1xRT, EVDO)
UMTS, EDGE
EDGE.
Wi-Fi
WiMax LTE
Wi-Fi
wwww
SenderVoiceDigital Voice, SMS,Higher Capacity Packet Size

Data

SMS,
MMS
Integrated
High Quality
Audio, Video &
Data
Integrated High Quality Audio, Video & DataDynamic Information access, Wearable DevicesDynamic Information access, Wearable Devices with AI Capabilities
MultiplazioneFDMATDMA,
CDMA
CDMACDMACDMACDMACDMA
SwitchingCircuitCircuit,
Packet
PacketPacketAll PacketAll PacketAll Packet
Rete principalePSTNPSTNPSTNPacket N/WInternetInternetInternet
HandoverHorizontalHorizontalHorizontalHorizontalHorizontalHorizontal &
Vertical
Horizontal &
Vertical

Fonte: Rehman Talukdar & Mridul Saikia.

Cos’è il 5G e in cosa si differenzia dal 4G

È importante sottolineare che col 5G siamo appena agli inizi. Anzi non si può dire che il 5G sia già una realtà, perché sono pochissime le aree del mondo dove viene offerta la connessione 5G e i telefoni che la supportano ancora non sono in commercio. Ci vorranno almeno un paio d’anni perché si crei una massa critica di aree connesse e di dispositivi. Secondo gli analisti, il 4G rimarrà dominante fino al 2021.

In Italia 5 società si sono aggiudicate le frequenze per il 5G: Vodafone, TIM, Iliad, Wind Tre e Fastweb.

Il 5G si differenzia dalla generazione precedente, cioè quella che stiamo usando adesso, non solo per la velocità molto maggiore, con valori di picco di 20 Gbps, anche se nella realtà pratica è di circa 1,4 Gbps. L’attuale tecnologia 4G (LTE) ha un picco è di circa 4.000 Mbps, che nella pratica diventano 100 Mbps. La lunghezza d’onda è molto piccola, perché le frequenze sono molto alte, fino a 300 GHz. Questo significa che la trasmissione è molto più sensibile sia alla distanza, cioè allontanandosi dall’antenna la potenza diminuisce molto più di quanto non avvenga col 4G, sia agli ostacoli fisici. Dunque servono molte più antenne e questo sta già provocando molte reazioni a causa delle preoccupazioni per la salute. Su quest’ultimo punto è inutile dire che non ci sono evidenze scientifiche definitive e intanto il mercato va avanti per la sua strada.

Un’altra differenza molto importante riguarda il tempo di latenza, che si riduce fino a valori decisamente dal di sotto dei 10 millisecondi, addirittura fino a 1 Ms, secondo alcuni scenari, a confronto con i 20 Ms che è la soglia minima al di sotto della quale il 4G non può scendere, specialmente in presenza di molte connessioni contemporanee. La latenza misura la velocità di risposta di un sistema, definita come l’intervallo di tempo che intercorre fra il momento in cui arriva l’input o segnale a un sistema e il momento in cui è disponibile il suo output.

Infine il 5G di distingue dal 4G per una capacità molto maggiore di gestire più connessioni simultaneamente.

Il 5G nella progettazione elettronica

L’avvento del 5G avrà ovviamente un impatto molto grande nel mondo dell’elettronica, anche se in modo differenziato in base al tipo di applicazione e di dispositivo. Gli smartphone saranno quelli che subiranno il maggior impatto, così come i dispositivi per la realtà virtuale e, in parte, la IoT. Fattori chiave per la progettazione saranno la disponibilità di strumenti adeguati per il test e la misurazione dei parametri temporali, secondo William G. Wong, di Electronic Design.

Wong riporta il parere di Sean D’Arcy, Director of Aerospace and Defense presso Analog Devices, secondo il quale “prima che il 5G diventi disponibile su scala globale, le tecnologie RF incontreranno punti di controllo critici nelle prestazioni. Di grande importanza sarà la disponibilità dello spettro, che sia bassa, media o alta. Al di sotto dei 6-GHz, il livello di copertura sarà realizzato massicciamente tramite MIMO (sistemi dotati di svariati ingressi e uscite) utilizzando l’infrastruttura esistente, seguita poi da una sua densificazione. L’installazione di celle piccole sarà critica per la distribuzione 5G, per poter sfruttare le frequenze più alte”.

Un’osservazione molto interessante è quella fatta da Piyush Sevalia, Executive Vice President of Marketing for SiTime, che ha detto: “Nel 2019, vedremo un crescente interesse per i progressi del timing 5G, in contemporanea con la crescita della distribuzione 5G. Pertanto, le soluzioni di temporizzazione di MEMS prolifereranno, poiché apportano vantaggi esclusivi che non sono offerti dalle soluzioni di temporizzazione tradizionali. In particolare, i mercati 5G e di telecomunicazioni, automotive e IoT trarranno grande vantaggio dalle dimensioni, dall’affidabilità e dalle prestazioni delle soluzioni di temporizzazione MEMS. Ricordiamo che la sigla MEMS sta per Micro Electro-Mechanical Systems (microsistemi elettromeccanici). Essa indica un insieme di dispositivi di varia natura (meccanici, elettrici ed elettronici) integrati in forma altamente miniaturizzata su uno stesso substrato di materiale semiconduttore, ad esempio silicio, che coniugano le proprietà elettriche degli integrati a semiconduttore con proprietà opto-meccaniche”.

“Nel networking e nelle comunicazioni”, dice Sevalia, “i tempi e la sincronizzazione sono essenziali per l’intero sistema. La resilienza della temporizzazione dei MEMS fornisce prestazioni inesauribili, che sono fondamentali per l’implementazione del 5G, quando si propaga in ambienti meno controllati e più difficili. La stessa esigenza di affidabilità e prestazioni dinamiche sta guidando l’uso crescente dei risuonatori MEMS nel settore automobilistico, dove i sistemi devono operare in modo affidabile in condizioni difficili. Nell’IoT, la temporizzazione MEMS fornisce dimensioni ridotte, peso ridotto e bassa potenza”.

Le potenzialità del 5G non devono però far perdere di vista il fatto che l’implementazione delle nuove tecnologie richiede una certa tempistica e nel frattempo l’industria deve andare avanti sulle strade consolidate. Saranno infatti le tecnologie esistenti, quali il 3G e il 4G a guidare le soluzioni IoT, IIoT e dell’Industria 4.0. “La maggior parte delle applicazioni IoT non richiede connettività a larga banda”, avverte Wong. L’LTE-M. In altre parole, la versione M2M (Mobile2Mobile) della specifica di comunicazione wireless LTE, “può offrire 1 Mb / s, mentre le altre opzioni disponibili sono molto più lente. Il 5G consentirà una capacità di trasmissione significativamente più alta, aprendo la strada a nuove applicazioni”.

Tecnologia 802.11p e 5G a confronto per l’automotive

Scarica ora il libro bianco gratuito di Siemens

Ready to roll: Why 802.11p beats LTE and 5G for V2x

Questo libro bianco di Siemens parla di come la comunicazione V2x, che coinvolge i veicoli che scambiano dati tra loro e l’infrastruttura, abbia dimostrato di migliorare la sicurezza del traffico e aumentare l’efficienza dei sistemi di trasporto. La tecnologia di comunicazione a corto raggio (DSRC), basata su IEEE 802.11p, è stata oggetto di un’ampia standardizzazione, sviluppo del prodotto e prove sul campo da parte di tutte le parti interessate, dimostrando ampi vantaggi per l’ambito V2x. A differenza delle tecnologie cellulari, la DSRC è già pronta per l’implementazione V2x ed è in gradi di essere applicata ai casi d’uso V2x più impegnativi.

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