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Tecnologia 5G: comunicazioni mobili 5G

Tecnologia 5G: comunicazioni mobili 5G

Il sistema di comunicazioni mobili 5G fornisce un livello di prestazioni molto più elevato rispetto alle precedenti generazioni di sistemi di comunicazioni mobili.

La nuova tecnologia 5G non è solo la prossima versione delle comunicazioni mobili, che evolve da 1G a 2G, 3G, 4G, ma fornisce un nuovo approccio che offre connettività onnipresente.

La tecnologia 5G è molto diversa. I sistemi precedenti si erano evoluti guidati maggiormente da ciò che si poteva fare con la tecnologia più recente. La nuova tecnologia 5G è stata guidata da applicazioni pubblicitarie per usi specifici.

Le comunicazioni mobili 5G sono state guidate dalla necessità di fornire connettività onnipresente per applicazioni diverse come comunicazioni automobilistiche, controllo remoto con feedback in stile tattile, enormi download di video, nonché applicazioni con velocità di trasmissione dati molto bassa come sensori remoti e ciò che viene definito il IoT, Internet of Things.

Il 5G è in grado di fornire una flessibilità molto maggiore e quindi è in grado di supportare una gamma molto più ampia di applicazioni, dai requisiti di Internet of Things a bassa velocità di dati fino a velocità di dati molto elevate e applicazioni a latenza molto bassa.

Standardizzazione 5G

Come tutti i sistemi ampiamente utilizzati, le comunicazioni mobili 5G sono regolate da una serie di standard. Basandosi su 2G GSM, 3G UMTS e poi 4G LTE, lo standard 5G rientra negli auspici del 3GPP - Third generation Partnership Project.

3GPP ha un numero di diversi gruppi di lavoro, ognuno dei quali si occupa di diversi elementi degli standard richiesti. Si avvalgono di esperti del settore che danno il loro tempo e sono sponsorizzati da importanti società di comunicazioni mobili. In questo modo gli standard vengono scritti e sviluppati.

Avendo una principale organizzazione del settore che controlla gli standard, le parti interessate sono in grado di influenzare gli standard per garantire che si ottenga la funzionalità richiesta. Inoltre, poiché lo standard è internazionale, non solo le diverse aziende possono lavorare su diversi elementi del sistema e sapere che interopereranno, ma anche per l'utente, sono disponibili funzionalità come il roaming e di conseguenza il costo di telefoni, chiamate, ecc. del risparmio di scala, ecc.

Gli standard 3GPP vengono aggiornati come versioni specifiche: ciascuna versione raffina gli elementi già descritti e introduce nuove funzionalità. Le versioni precedenti contenevano gli standard per GSM, UMTS e LTE. Quando il 5G ha iniziato a essere sviluppato, anche questo è stato incorporato negli standard.


Rilasci 3GPP
Versione 3GPPData di rilascioDettagli
Versioni precedenti--GSM, UMTS e LTE
Versione 14Metà 2017Elementi sulla strada per il 5G
Versione 15Fine 2018Specifica 5G Fase 1
Versione 162020Specifica 5G Fase 2
Versione 17~ Settembre 2021

Le nuove versioni contengono anche aggiornamenti per i sistemi precedenti: la versione 14, ad esempio, conteneva molti nuovi elementi di funzionalità per LTE, nonché aggiornamenti, ecc., Per UMTS e GSM.


Panoramica dei sistemi cellulari 5G

Con l'evoluzione delle diverse generazioni di telecomunicazioni cellulari, ognuna ha apportato i propri miglioramenti. Lo stesso vale per la tecnologia 5G.

  • Prima generazione, 1G: Questi telefoni erano analogici e furono i primi telefoni cellulari o cellulari ad essere utilizzati. Sebbene rivoluzionari nel loro tempo, offrivano livelli molto bassi di efficienza e sicurezza dello spettro.
  • Seconda generazione, 2G: Questi erano basati sulla tecnologia digitale e offrivano una migliore efficienza dello spettro, sicurezza e nuove funzionalità come messaggi di testo e comunicazioni a bassa velocità di trasmissione dati.
  • Terza generazione, 3G: Lo scopo di questa tecnologia era fornire dati ad alta velocità. La tecnologia originale è stata migliorata per consentire dati fino a 14 Mbps e oltre.
  • Quarta generazione, 4G: Si trattava di una tecnologia interamente basata su IP in grado di fornire velocità di trasmissione dati fino a 1 Gbps.
  • Tecnologia 5G: Quando il 5G è stato postulato per la prima volta, sono stati presentati numerosi casi d'uso: trasferimento dati ad altissima velocità quando i download di video diventano più grandi e più comuni; controllo remoto con bassa latenza - esempi di veicoli autonomi che comunicano con infrastrutture rad per fornire un trasporto sicuro, nonché l'esempio di chirurghi esperti in grado di eseguire interventi chirurgici delicati a distanza utilizzando un collegamento 5G, entrambi questi esempi richiedono comunicazioni mobili a latenza molto bassa; maggiore capacità per comunicazioni di dati generali; capacità di ospitare una velocità di trasmissione dati molto bassa e comunicazioni occasionali per Internet of Things, IoT dove è necessaria una durata della batteria molto lunga.

Piuttosto che offrire solo più di ciò che era nelle precedenti generazioni di comunicazioni mobili, la tecnologia 5G doveva offrire nuove funzionalità e connettività onnipresente. Ciò richiederebbe non solo l'uso di stazioni base in uscita che potrebbero essere convertite in 5G, ma anche molte più piccole celle.

Requisiti 5G

Come preliminari per il lavoro per il nuovo sistema di comunicazioni mobili 5G, sono stati stabiliti i requisiti di contorno. Questi erano A definiti dall'ITU come parte di IMT2020. Anche ora con il 5G come sistema di comunicazioni mobili attivo, è utile fare riferimento a questi requisiti.


Prestazioni wireless 5G consigliate
ParametroPrestazioni consigliate
Velocità dati massimaAlmeno 20 Gbps in downlink e 10 Gbps in uplink per stazione base mobile. Ciò rappresenta un aumento di 20 volte sul downlink su LTE.
Densità di connessione 5GAlmeno 1 milione di dispositivi connessi per chilometro quadrato (per abilitare il supporto IoT).
Mobilità 5GAccesso da 0 km / ha "500 km / h di veicoli ad alta velocità".
Efficienza energetica 5GLe specifiche 5G richiedono interfacce radio che siano efficienti dal punto di vista energetico quando sotto carico, ma che cadano rapidamente in una modalità a basso consumo energetico quando non sono in uso.
Efficienza spettrale 5GDownlink a 30 bit / Hz e uplink a 15 bit / Hz. Ciò presuppone MIMO 8x4 (8 strati spaziali in basso, 4 strati spaziali in alto).
Velocità dati 5G nel mondo realeLa specifica "solo" richiede una velocità di download per utente di 100 Mbps e una velocità di caricamento di 50 Mbps.
Latenza 5GIn circostanze ideali, le reti 5G dovrebbero offrire agli utenti una latenza massima di soli 4 ms (rispetto ai 20 ms per LTE).

Sistema di comunicazione 5G

Il sistema di comunicazioni mobili 5G rappresenta un importante cambiamento nel modo in cui operano le reti di comunicazioni mobili. Sono state definite e implementate nuove topologie di rete, reti di accesso e simili.

  • 5G New Radio, 5G NR: 5G new radio è il nuovo nome per la rete di accesso radio 5G. Consiste dei diversi elementi necessari per la nuova rete di accesso radio. Utilizzando una tecnologia molto più flessibile, il sistema è in grado di rispondere alle diverse e mutevoli esigenze degli utenti mobili sia che si tratti di un piccolo nodo IoT, sia di un utente con dati elevati, stazionario o mobile.
  • Rete principale 5G NextGen: Sebbene le distribuzioni iniziali del 5G utilizzassero la rete principale delle reti LTE o forse anche 3G, la rete doveva passare a una struttura molto più piatta per fornire la capacità di dati e la bassa latenza necessarie.

Tecnologie 5G

Il 5G incorpora anche molte tecnologie, molte delle quali nuove, per consentirgli di fornire gli altissimi livelli di prestazioni richiesti.

Le tecnologie per le comunicazioni mobili 5G includono:

  • Forme d'onda e modulazione: Una delle discussioni principali durante lo sviluppo del 5G era basata sul tipo di forma d'onda da utilizzare. Alla fine lo schema era basato sull'OFDM, con formati di modulazione effettivi dipendenti dal collegamento e questi includono QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM e per l'uplink quando viene utilizzato DFT-OFDM, è possibile utilizzare π / 2-BPSK.

    Per il futuro, potrebbero essere sviluppate altre forme di forma d'onda, ma attualmente la forma d'onda è basata sull'OFDM.


  • Accesso multiplo: Anche in questo caso è stata discussa una varietà di schemi di accesso, ma per la 5G New Radio è stato implementato OFDMA. Per il downlink è stato utilizzato CP-OFDM e per l'uplink è stato possibile utilizzare CP-OFDM o DFT-OFDM.

  • Comunicazioni a onde millimetriche: Le comunicazioni mobili a onde millimetriche non sono state implementate per le implementazioni iniziali del sistema di comunicazioni mobili 5g poiché la tecnologia per comunicazioni a onde millimetriche convenienti non era stata sufficientemente sviluppata. L'uso di mmWave per le comunicazioni mobili 5G richiederà un gran numero di stazioni base per fornire la copertura richiesta.

    In preparazione per l'implementazione di mmWave, le frequenze vengono assegnate e rientrano nella serie di allocazioni FR2 (intervallo di frequenza 2).


  • Massive MIMO con raggio sterzante: Le tecnologie dell'antenna per il 5G hanno fornito opportunità significative per il miglioramento delle prestazioni rispetto al 4G. Sebbene MIMO sia stato utilizzato con 4G LTE, la tecnologia è stata portata oltre.

    È stata inoltre adottata la tecnologia Beam-Steering per consentire ai fasci dell'antenna del trasmettitore e del ricevitore di essere focalizzati verso i cellulari con i quali stanno comunicando. Ogni cellulare può avere il proprio raggio, utilizzando la tecnologia avanzata dell'antenna, e questo focalizza la potenza trasmessa dove è richiesta e riduce le interferenze tra i cellulari. Ciò fornisce un significativo miglioramento delle prestazioni.


  • Reti dense: La riduzione delle dimensioni delle celle fornisce un uso molto più efficace dello spettro disponibile. Mentre le grandi macro celle saranno conservate per le comunicazioni generali, molte più piccole celle verranno utilizzate per garantire che la capacità di dati possa essere fornita.

    L'uso di celle più piccole offre una frequenza di riutilizzo molto maggiore e, di conseguenza, l'intera rete può fornire un livello significativamente maggiore di capacità di dati. Poiché l'utilizzo dei dati sta aumentando rapidamente, questo è un requisito chiaro e urgente.

Queste sono alcune delle principali tecniche sviluppate e discusse per l'uso all'interno del 5G.

Cronologia e date 5G

La tecnologia 5G si è sviluppata rapidamente. Le prime implementazioni reali sono state attivate nel 2019 e presto sono seguite ulteriori distribuzioni. Sebbene ci fossero alcuni problemi iniziali, molti hanno notato un aumento significativo della velocità.

Sono stati lanciati nuovi telefoni per accogliere la nuova tecnologia e questi hanno consentito agli utenti di sfruttare velocità di download molto più elevate.

Molti paesi desideravano implementare rapidamente la tecnologia 5G poiché comunicazioni efficaci consentono la crescita economica e sono viste come un elemento essenziale della vita e dell'industria moderna.

Nota su cronologia e cronologia 5G:

Le comunicazioni mobili 5G erano in fase di sviluppo per un certo numero di anni prima che venissero implementate per la prima volta, e anche allora la distribuzione anche per diversi anni. La storia della tecnologia 5G ha coinvolto molte persone e aziende prima che fosse distribuita con successo e ampiamente utilizzata.

Per saperne di più Storia del 5G.

La tecnologia delle comunicazioni mobili 5G si sta sviluppando rapidamente e sta diventando la tecnologia verso cui tutti si stanno muovendo. Non solo sarà in grado di soddisfare le velocità super veloci richieste, ma sarà anche possibile soddisfare i requisiti di bassa velocità di dati per le applicazioni IoT e IIoT. In quanto tali, le comunicazioni mobili 5G saranno in grado di comprendere un numero enorme di applicazioni diverse e di ospitare molti tipi di dati diversi.

Argomenti sulla connettività wireless e cablata:
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