L’architettura delle reti 5G

L’architettura delle reti 5G è altamente avanzata. Altamente avanzati sono gli elementi di rete e i device che su essa operano, ma è proprio grazie a questo ecosistema elaborato che i provider possono implementare value-added services (VAS).

Il modello sistemico del 5G è interamente basato su Internet Protocol (IP) e progettato per le reti wireless e mobili. Il sistema comprende un terminale principale per gli utenti e quindi una serie di tecnologie di accesso radio indipendenti e autonome. Ognuna delle tecnologie radio è considerata come il collegamento IP per il mondo esterno di Internet.

Come funziona

Come altre reti cellulari, le reti 5G sfruttano, come abbiamo visto nel nostro articolo “5G: Come crescono le reti cellulari”, una rete di siti cellulari che coprono il loro territorio suddividendolo in settori ed inviano dati codificati attraverso onde radio. Ogni stazione radiomobile progettata, come spiegato in “Reti geografiche wireless: Organizzazione della rete cellulare“, deve essere collegata a una rete core, tramite una connessione di backhaul cablata o wireless.

Le reti 5G utilizzano un tipo di codifica chiamato OFDM, che è simile alla codifica utilizzata da 4G LTE, ma con una air interface progettata per una latenza molto più bassa e una maggiore flessibilità rispetto a LTE.

Il sistema 5G è progettato per funzionare su canali molto più ampi del 4G e ciò al fine di supportare velocità di connessione più elevate. Mentre la maggior parte dei canali 4G sono ampi 20 MHz, affasciati insieme fino a 160 MHz alla volta, i canali 5G possono essere ampi fino a 100 MHz, con affasciamenti fino a 800MHz alla volta.

Le reti 5G devono essere molto più intelligenti dei sistemi precedenti in quanto, come abbiamo visto nel nostro articolo “5G: Dalle macrocelle alle femtocelle”, devono gestire molte più celle che possono essere molto più piccole. Anche sfruttando le macro celle esistenti, 5G sarà comunque in grado di aumentare la capacità di quattro volte rispetto ai sistemi attuali sfruttando larghezze di banda più ampie e le tecnologie di antenna avanzate. La maggior parte degli operatori inizialmente integrerà le reti 5G con le reti 4G esistenti per fornire continuità di servizio.

L’obiettivo è quello di avere la disponibilità di velocità molto più elevate e capacità molto più elevate per settore di antenna, a latenza molto inferiore rispetto al 4G: l’obiettivo è di velocità di 20 Gb/s e 1 ms di latenza.

Il 5G prevede la Master Core technology quale punto di convergenza per tutte le tecnologie che hanno impatto sulle reti wireless esistenti. È interessante notare che, il design di Master Core facilita l’operatività in multimode parallelo come tra la modalità di rete IP e la modalità di rete 5G.

In questa modalità, 5G Master Core controlla tutte le tecnologie di rete Radio Access Network (RAN) e Different Access Networks (DAT). Poiché la tecnologia gestisce tutte le nuove distribuzioni basate su 5G, è efficiente, semplice e potente.

Una rete mobile, e la rete 5G non fa eccezione, ha due componenti principali, la rete di accesso radio e la rete core.

La Radio Access Network

La Radio Access Network è costituita da vari tipi di strutture, tra cui celle, torri, sistemi dedicati in-building e sistemi domestici che collegano gli utenti mobili e i dispositivi wireless alla rete principale core.

Le micro celle saranno una caratteristica importante delle reti 5G, in particolare alle nuove frequenze di onde millimetriche dove le distanze coperte sono molto brevi. Per fornire una connessione continua, microcelle, picocelle e femtocelle saranno distribuite in cluster a seconda di dove gli utenti richiedono la connessione. Ciò andrà a complementare la rete di macro celle che fornisce ampie copertura del territorio.

Le celle macro 5G utilizzeranno antenne MIMO (ingresso multiplo, uscita multipla) che hanno più elementi o connessioni per inviare e ricevere più dati contemporaneamente. Il vantaggio per gli utenti è che più persone possono connettersi contemporaneamente alla rete e mantenere una velocità effettiva elevata. Le antenne MIMO sono spesso indicate come MASSIVE MIMO a causa del gran numero di elementi e connessioni multiple dell’antenna; tuttavia, la dimensione fisica è simile a quella delle antenne esistenti della stazione base 3G e 4G.

La Core Network

La Core Network è la rete dati che gestisce tutte le connessioni vocali, dati e internet mobili provenienti dalla Radio Access Network. Per il 5G, la rete core è stata riprogettata per una migliore integrazione con i servizi basati su Internet e cloud e include anche server distribuiti attraverso la rete che migliorano i tempi di risposta riducendo la latenza.

Molte delle funzionalità avanzate del 5G, inclusa la virtualizzazione delle funzioni e il Network Slicing per diverse applicazioni e servizi, saranno gestiti nella Core Network.

Il sezionamento della rete consente un modo intelligente per segmentare la rete per un particolare settore, azienda o applicazione. Ad esempio, i servizi di emergenza potranno operare su una sezione di rete indipendentemente dagli altri utenti.

Anche il Network Function Virtualization (NVF), ossia la possibilità di creare un’istanza di funzioni di rete in tempo reale in qualsiasi posizione desiderata all’interno della piattaforma cloud degli operatori, è gestita nella core network. Le funzioni di rete utilizzate per l’esecuzione su hardware dedicato, ad esempio un firewall e la crittografia in locale, possono operare sul software in una macchina virtuale. NVF è fondamentale per consentire l’efficienza e l’agilità di velocità per supportare nuove applicazioni aziendali ed è una tecnologia importante per i core 5G.

Bibliografia:

• 5G Technologies, Ajit Singh
• https://www.ngmn.org/
• https://www.itu.int/en/Pages/default.aspx
• https://www.fcc.gov/