L’elaborazione avanzata del segnale aiuta il 5G a conseguire gli obiettivi di velocità
L’infrastruttura per la telefonia mobile è stata introdotta per la prima volta alla fine degli anni ’80 e da allora ha attraversato diverse generazioni, ognuna più veloce e con maggiori capacità della precedente. Ora siamo arrivati alla quinta generazione, o 5G. La generazione attuale, la 4G, funziona bene per i singoli individui, ma può soffrire di rallentamenti quando grandi gruppi di persone nella stessa zona utilizzano una rete contemporaneamente. Il nuovo standard risolve questo problema di congestione, offrendo potenzialmente un miglioramento della capacità di 1 000 volte rispetto al 4G. Tuttavia, si tratta sostanzialmente di una possibilità teorica, perché il suo conseguimento dipenderà dalla futura disponibilità di determinati miglioramenti tecnologici. A differenza di altri gruppi che studiano la possibilità di spostare la banda radio 5G da sotto i 6 GHz a sopra i 60 GHz, il progetto ADVANTAG5, finanziato dall’UE, affronta il problema della banda larga introducendo la direzionalità nella trasmissione del fascio di onde radio. La ricerca è stata intrapresa con il supporto del programma Marie Skłodowska-Curie. Nel settore delle comunicazioni radio, una gamma di frequenze radio è chiamata banda, di cui a ogni utente, o antenna, viene assegnata una determinata porzione. È come se le singole stazioni radio venissero descritte come emittenti su una determinata frequenza assegnata (chiamata frequenza centrale), mentre in realtà trasmettono anche fuoriuscendo leggermente da una parte e dall’altra della frequenza. «Nei sistemi attuali», spiega il coordinatore del progetto, il dottor Marko Kosunen, «si può usare solo una frequenza centrale alla volta, perché altrimenti le trasmissioni interferirebbero tra loro».
Direzionalità del fascio attraverso l’elaborazione del segnale
L’approccio di ADVANTAG5 consente l’uso duplice di ogni frequenza introducendo una direzionalità controllata dei fasci di onde radio di trasmissione e ricezione. Il beamforming è realizzato attraverso nuovi metodi di elaborazione del segnale, sviluppati dal progetto, i quali prevedono l’elaborazione di segnali digitali multiutente attraverso lo speciale nuovo chip in silicio del progetto. I segnali ricevuti a livello di antenna, che in questo caso è una torre di telefonia mobile, trasportano le informazioni di tutti gli utenti da diverse direzioni. Tutto ciò viene però filtrato in modo che ciascuno dei segnali multipli prodotti dall’elemento di elaborazione del segnale contenga solo informazioni di un utente specifico.
Le nuove antenne aiutano l’elaborazione
Il controllo della direzione del fascio è coadiuvato dai nuovi ricevitori di beamforming, appositamente sviluppati dal gruppo di ricerca, i quali funzionano controllando il campionamento dei segnali ricevuti e combinando i segnali ricevuti attraverso diversi percorsi di antenna. ADVANTAG5 ha anche sviluppato strutture efficienti di trasmettitori digitali, che supportano la trasmissione di più canali da una singola antenna. I ricercatori hanno dimostrato il successo dei nuovi metodi e le nuove apparecchiature, che includono trasmettitori e ricevitori. I risultati sono ora disponibili per la diffusione industriale e il settore ha mostrato un forte interesse in questo senso. Nel frattempo, il gruppo perfezionerà ulteriormente la progettazione. I metodi sviluppati durante il progetto saranno incorporati nell’insegnamento dei corsi di ingegneria delle comunicazioni presso l’Università di Aalto, in Finlandia. «Vedo davvero il nostro lavoro come una svolta in termini di progettazione elettronica in futuro», afferma Kosunen, «perché combina lo sviluppo e l’ottimizzazione dei circuiti con mezzi programmatici, e alla lunga con l’apprendimento automatico, in un modo mai visto prima». Questo lavoro aiuterà l’infrastruttura 5G proposta a funzionare alla velocità promessa, un’accelerazione notevole della velocità dei dati per gli utenti.
Parole chiave
ADVANTAG5, radio, 5G, antenna, elaborazione del segnale, 4G, telefonia mobile, comunicazioni, larghezza di banda
