In quanto tecnologia di continuità, quali problemi può risolvere il 5G?

La costruzione del 4G da parte dei tre principali operatori nazionali è in pieno svolgimento. Qualche giorno fa è stato reso noto che è iniziata la pianificazione tecnica preliminare del 5G e che aziende come Huawei hanno iniziato a investire nei lavori di sviluppo. In quanto tipica tecnologia di continuità, l'arrivo del 5G sembra inevitabile, ma vale la pena di discuterne la necessità.

Dalla prima generazione di tecnologia di comunicazione wireless analogica all'attuale tecnologia 4G, l'idea generale della nuova generazione di tecnologia di comunicazione che sostituirà la precedente generazione di tecnologia di comunicazione è quella di raggiungere un'efficienza di utilizzo dello spettro sempre maggiore e costi unitari di chiamata o dati inferiori.

La prima generazione di tecnologie di comunicazione wireless è una tecnologia analogica che utilizza l'accesso multiplo a divisione di frequenza e l'efficienza di utilizzo dello spettro è molto bassa. Lo scopo originario del GSM era quello di utilizzare la tecnologia digitale per sostituire quella analogica, migliorare la qualità delle chiamate vocali, aumentare l'efficienza di utilizzo dello spettro e ridurre i costi di rete. Si può affermare che il GSM sia la tecnologia di comunicazione wireless di maggior successo fino ad oggi, poiché consente il roaming globale. Il GSM risolve principalmente il problema delle chiamate vocali, ma con l'aumento della domanda di dati mobili è stata proposta la tecnologia di comunicazione mobile di terza generazione (3G). La principale caratteristica tecnica della tecnologia di comunicazione di terza generazione è l'uso della tecnologia di accesso multiplo a divisione di codice (CDMA). Quando i paesi di tutto il mondo hanno constatato gli enormi vantaggi della tecnologia delle comunicazioni mobili, hanno proposto tre tecnologie di comunicazione indipendenti, determinando di fatto la divisione della rete globale 3G. Il roaming globale è molto meno comodo del GSM. Durante lo sviluppo del 3G, sono state proposte molteplici versioni, parallelamente all'evoluzione della tecnologia. La velocità del servizio dati è in aumento, ma a causa dei limiti della tecnologia CDMA, l'efficienza di utilizzo dello spettro sarà limitata e, con l'avvento del 4G, il suo sviluppo si è definitivamente fermato.

La rete 4G è una rete basata sui servizi dati e il suo più grande vantaggio è il miglioramento della velocità dei dati. La differenza tecnica più importante rispetto al 3G è l'adozione della codifica OFDM, che ha notevolmente migliorato l'efficienza nell'utilizzo dello spettro. Inoltre, l'unica differenza tra FDD e TDD è l'interfaccia aerea, e possono in realtà essere considerate un'unica tecnologia. Le reti 4G non supportano i canali vocali come le reti 2G/3G. Possono supportare i servizi vocali dopo aver adottato la tecnologia VoLTE. In realtà si tratta di un telefono IP. Il volume di dati dei servizi vocali è molto ridotto rispetto ai servizi dati. Dopo l'implementazione del VoLTE, si può affermare che la capacità del servizio vocale delle reti 4G sarà pressoché illimitata. Similmente alla conversione analogico-digitale del protocollo GSM, si prevede che il protocollo 4G otterrà lo stesso successo. Lo svantaggio maggiore delle reti 4G è l'elevato numero di bande di frequenza globali. Attualmente sono 44 le bande di frequenza 4G assegnate dal 3GPP, con frequenze che vanno da 700 MHz a 3,6 GHz. Ciò rende la progettazione del terminale molto complicata. Ad esempio, gli attuali telefoni cellulari nazionali a rete completa devono supportare GSM/CDMA/WCDMA/TDSCDMA/EVDO/TDD-LTE/FDD-LTE, con un massimo di 17 bande di frequenza. Nonostante il supporto di così tante bande di frequenza, il roaming globale richiede comunque l'utilizzo della rete GSM.

L'aumento della velocità di trasmissione dei dati della rete 4G è dovuto in parte all'acquisizione di maggiori risorse di spettro. La larghezza di banda di frequenza supportata dal 4G è variabile, fino a 20 MHz. Grazie al supporto di un'ampia larghezza di banda e alla codifica efficiente OFDM, è possibile raggiungere una velocità di download massima di 150 Mbps secondo lo standard CAT4. La funzione di aggregazione delle portanti (CA) è quella di raggiungere velocità di download più elevate quando più frequenze portanti lavorano insieme. Questo serve anche a raggiungere velocità più elevate ottenendo una banda di frequenza più ampia. Il prezzo da pagare è che il telefono cellulare deve supportare più chip di ricezione RF e antenne. Per poter utilizzare una rete così veloce, è necessario che l'utente sia l'unico a utilizzare la rete attuale. Se più persone utilizzano contemporaneamente la rete mobile, i 150 Mbps vengono condivisi e, più persone la utilizzano, più lenta sarà la velocità. Il motivo è la natura aperta delle reti mobili. Gli utenti condividono l'attuale banda di frequenza e l'uso del 4G sarà seriamente congestionato in luoghi densamente popolati. È anche per questa caratteristica che gli operatori non riescono a ridurre i costi a un livello tale da consentire agli utenti di utilizzarlo a loro piacimento, come avviene con le reti cablate. Ad esempio, se una stazione base ha un raggio di copertura di 300 metri e 100 persone utilizzano la rete mobile per guardare video contemporaneamente, la rete sarà estremamente occupata. Su una rete cablata, 1.000 persone che guardano video contemporaneamente non rappresentano un problema. Per risolvere il problema delle aree densamente popolate, la soluzione attuale adottata dagli operatori è quella di adottare la tecnologia microcellulare e aumentare il numero di stazioni base in un'area ridotta. La tecnologia della diversità spaziale rappresentata dalle antenne intelligenti è ancora immatura. Questa tecnologia richiede che l'antenna trasmetta in una sola direzione e attualmente non vi è alcuna speranza di risolvere questo problema tecnologico.

L'obiettivo generale della tecnologia 5G è quello di aumentare la velocità di comunicazione dei dati riducendo al contempo il costo dei servizi dati unitari. Le principali tecnologie attualmente annunciate, come l'implementazione di reti ad alta densità, la tecnologia multi-antenna, la velocità utente, la potenza di trasmissione, l'efficienza energetica e altre tecnologie chiave, non hanno nulla a che fare con il 5G in sé e possono essere risolte nell'ambito del 4G. Ciò che il 5G deve fare è risolvere il problema dell'efficienza nell'utilizzo dello spettro. Inoltre, i problemi causati dall'apertura delle reti mobili in 4G persistono anche nell'era del 5G. Il costo dell'implementazione di reti dense è molto elevato e risolve solo problemi puntuali, ma non quelli superficiali. Esiste una soluzione più economica al problema: il WIFI. Per motivi economici, il WIFI non richiede infrastrutture complesse come stazioni base e centri di rete. La sua velocità di sviluppo è molto più rapida di quella della tecnologia delle comunicazioni mobili. Lo standard 802.11ad può già raggiungere una velocità di comunicazione di 5 Gbps. Inoltre, il WIFI è stato una soluzione puntuale fin dall'inizio e non c'è alcun problema superficiale. Inoltre, grazie al suo basso costo, non è un problema distribuire più punti.

Per semplificare, il 5G in realtà deve risolvere un solo problema: quello di guardare video in movimento. Altri vantaggi, come il roaming globale garantito da un unico standard e dalla progettazione semplificata dei terminali, non saranno realizzati perché le bande di frequenza globali non sono più unificate e non è possibile realizzare filtri programmabili. Poiché lo standard 5G può risolvere solo un problema, il 5G arriverà? Come ogni tecnologia in continua evoluzione, il 5G arriverà sicuramente. La cosiddetta tecnologia continua implica che tutte le aziende di questo gruppo si trovino in una situazione di dilemma del prigioniero. Se non ci riesci tu, possono farlo gli altri. Se i tuoi risultati sono scadenti, altre aziende ti supereranno, quindi potrai solo dare il massimo nella successiva tecnologia continua. Per spezzare questo circolo è necessario distruggerlo dall'esterno. Attualmente questo cerchio è molto stabile perché la domanda di servizi dati da parte degli utenti fa riferimento alle reti cablate. Gli utenti non sono ancora del tutto soddisfatti delle reti cablate, quindi le reti mobili hanno maggiori margini di sviluppo. Per spezzare questo circolo vizioso, è necessario soddisfare le esigenze degli utenti in termini di velocità e prezzo della comunicazione dati, senza però creare troppi inconvenienti. Credo che il Wi-Fi gratuito fornito dalle aziende Internet possa spezzare questo circolo vizioso.

Vincitore del Qingyun Plan di Toutiao e del Bai+ Plan di Baijiahao, del Baidu Digital Author of the Year 2019, del Baijiahao's Most Popular Author in the Technology Field, del Sogou Technology and Culture Author 2019 e del Baijiahao Quarterly Influential Creator 2021, ha vinto numerosi premi, tra cui il Sohu Best Industry Media Person 2013, il China New Media Entrepreneurship Competition Beijing 2015, il Guangmang Experience Award 2015, il China New Media Entrepreneurship Competition Finals 2015 e il Baidu Dynamic Annual Powerful Celebrity 2018.