Anche se le reti mobili 5G sono tuttora in fase di espansione e consolidamento, si sta già pensando al “next step”, ovvero al 6G, che arriverà non prima del 2030. Garantirà non solo velocità di trasmissione dati nell’ordine dei 100-1000 Gbps (10-100 volte il 5G) ma anche la totale interazione tra uomo e macchina, la definitiva affermazione dell’IoT, la telepresenza immersiva olografica, la guida autonoma e molto altro. Scopriamo a che punto sono lo sviluppo e i test delle nuove tecnologie, quali frequenze utilizzerà il 6G e cosa ci permetterà di fare.
I primi progetti di ricerca sulle reti mobili di quinta generazione (5G) sono stati avviati nella seconda metà degli anni 2000, praticamente quindici anni fa, ma solamente tra il 2019 e il 2020 sono stati resi disponibili i primi servizi agli utenti.
In Italia, le prime autorizzazioni provvisorie risalgono al 2017 mentre l’anno successivo sono state assegnate le licenze agli operatori mobili interessati, ovvero Fastweb, Iliad, TIM, Vodafone e Wind Tre, che hanno così potuto costruire la rete e offrire i primi servizi alla clientela.
Dallo scorso luglio, con lo spegnimento della banda UHF 700 MHz da parte dei broadcaster televisivi, anche queste frequenze (banda N28) sono entrate a far parte dello spettro a disposizione del 5G per la copertura delle grandi aree extraurbane.
Nonostante il 5G sia ancora in piena fase di espansione, i laboratori di ricerca e sviluppo di mezzo mondo stanno già occupandosi di quello che sarà il suo futuro erede, ovvero il 6G (sesta generazione). Per il momento ci troviamo ancora nelle prime fasi di esplorazione, con l’intenzione di formalizzare un vero e proprio standard non prima del 2025 e il lancio delle prime applicazioni a partire dal 2030.
Nel dicembre 2020, l’Unione Europea ha lanciato il progetto Hexa-X, che nasce nell’ambito del programma Horizon 2020 per riunire aziende di telecomunicazioni come Nokia e Ericsson, e gli operatori mobili come Telefónica e Orange allo scopo di delineare la roadmap e guidare i futuri sviluppi della tecnologia 6G.
Considerato che il 5G rappresenta già un grande passo in avanti rispetto al 4G, l’intenzione dei ricercatori è quella di incrementare ulteriormente le sue prestazioni in termini di velocità e latenza ma soprattutto di aprire la strada a nuovi servizi, all’intelligenza artificiale e a una nuova concezione del rapporto tra uomo e macchina.
Per permettere tutto questo sarà necessario utilizzare ulteriori bande di frequenza rispetto al 5G e studiare tecnologie capaci di migliorare la copertura dei segnali e la gestione di molteplici dispositivi collegati alla stessa antenna che generano grandi flussi di dati.
Fino a 1 Tbps di velocità e 0,1 ms di latenza
Secondo le prime indicazioni dei laboratori di ricerca e sviluppo, il 6G dovrebbe garantire velocità di connessione molto più elevate e latenze 10-100 volte inferiori rispetto all’attuale 5G. In pratica si potranno raggiungere velocità teoriche di 1 Tbps (1 terabit per secondo, cioè 1000 gigabit per secondo) e latenze di soli 0,1 ms con una efficienza energetica di 10 volte superiore al 5G.
Ricordiamo che quest’ultimo parte da “soli” 50 Mbps ma può arrivare anche a 1 Gbps (20 Gbps previsti nei prossimi anni) mentre la latenza non dovrebbe superare, in teoria, i 4 millisecondi.
L’elevata velocità del 6G e la bassa latenza consentiranno di scaricare grandi quantità di dati in pochi secondi (ad esempio un video 4K da 2TB in meno di 20 secondi), trasmettere contenuti in streaming ad altissima risoluzione (almeno 8K) senza il minimo blocco e ottenere risposte istantanee per le applicazioni interattive.
Nuove bande di frequenza fino a oltre 100 GHz
Per ottenere questi miglioramenti, il 6G non utilizzerà solo le attuali frequenze del 5G e del 4G (destinato a scomparire per far posto alle reti mobili di prossima generazione), ovvero 700 MHz, 800 MHz, 1500 MHz, 1800 MHz, 2100 MHz, 2600 MHz, 3700 MHz e 26 GHz, ma anche quelle sub-millimetriche (THF – Terahertz Frequencies – da 300 a 3000 GHz) oppure intorno ai 100 GHz per le aree densamente popolate, gli slot a 7-20 GHz per le celle urbane e parte dell’attuale banda UHF televisiva (460-694 MHz) per quelle extraurbane. Per tutti gli approfondimenti sullo spettro del 6G vi consigliamo di leggere questo white-paper di Samsung.
Per la banda THF sarà necessario studiare ricetrasmettitori ad alta efficienza capaci di gestire queste frequenze (che si avvicinano alla banda operativa dei radar) mentre nel caso della banda UHF servirà un nuovo refarming o, probabilmente, il definitivo spegnimento delle trasmissioni televisive terrestri che saranno rimpiazzate dallo streaming (che utilizza le reti mobili 4G/5G/6G o fisse FTTC/FTTH).
È bene sapere che le celle THF avranno una copertura molto limitata (nell’ordine dei 10-15 metri) ma garantiranno velocità molto elevate e latenze molto basse per tutte quelle applicazioni che richiedono grandi flussi di dati e tempi di intervento molto rapidi (es.: streaming 4K/8K, guida autonoma, telerobotica, ecc. – vedi sotto). In questo caso sarà necessario installare un gran numero di celle THF o studiare sistemi di comunicazione mesh (come nel Wi-Fi) in grado di creare reti interattive ad altissima velocità.
I primi test sulle trasmissioni THF condotti dai colossi dell’elettronica e delle telecomunicazioni come LG Electronics, Samsung, Ericsson e Nokia, spesso in collaborazione con i grandi istituti di ricerca mondiali e le università più prestigiose (come Fraunhofer-Gesellschaft, Berlin Institute of Technology, Università di Osaka, University of California Santa Barbara e Università di Oulu in Finlandia), sono incoraggianti e, seppur ancora ai primi passi, hanno dimostrato che il 6G diventerà presto una realtà a disposizione di tutti per colmare finalmente il divario tra il mondo digitale e quello reale.
Il ruolo dell’intelligenza artificiale nella gestione dei dati
Secondo Matti Latva-aho, direttore del 6G Flagship dell’Università di Oulu, l’intelligenza artificiale giocherà un ruolo fondamentale nelle future reti 6G: “la rete di nuova generazione dovrà principalmente occuparsi del modo in cui i dati vengono raccolti, elaborati, trasmessi e utilizzati dalle persone”.
Il white-paper “Machine Learning in 6G wireless communication networks”, scaricabile da qui in formato PDF, ipotizza la prospettiva di una intelligenza artificiale applicata a servizi omnipresenti (ubiqui) e applicazioni intelligenti sensibili al contesto che ci seguiranno costantemente e faciliteranno il nostro rapporto con qualsiasi dispositivo elettronico e le infrastrutture digitali delle nostre città.
L’intelligenza artificiale dovrà evitare la congestione della rete smistando in modo efficiente l’enorme quantità di dati prevista tra 10 anni, svolgere calcoli complessi e prendere decisioni critiche in frazioni di secondo.
Immaginiamo un futuro (non troppo lontano) dove la guida autonoma sarà ampiamente diffusa nelle nostre città e gli automezzi (con o senza conducente) dovranno ricevere e inviare grandi quantità di dati per fornire la propria posizione, velocità e il tragitto da compiere, confrontarla con quella delle altre auto e permettere alla rete semaforica di gestire il tutto in modo intelligente ed efficiente per fluidificare il traffico e garantire la priorità dei mezzi di soccorso. In contesti come questi il 6G è la chiave di volta per garantire il supporto necessario e realizzare infrastrutture potenti, veloci ed efficienti.
Extended Reality, ologrammi e cloud computing
Le potenzialità del 6G permettono di espandere notevolmente la gamma dei servizi disponibili già da ora (o prossimamente) con il 5G come IoT/M2M (Internet of Things/Machine-to-Machine), Smart Cities, telemedicina, ecc.
Tra una decina d’anni, i sistemi e le applicazioni di Realtà Virtuale (VR), Realtà Aumentata (AR) e Realtà Mista (MR) porteranno ad un nuovo livello di Realtà Estesa (XR) per creare ambienti e oggetti generati al computer, consentire agli utenti di ritrovarsi in un mondo virtuale o interagire con un mondo virtualmente aumentato (come il Metaverso), utilizzando tecnologie molto più immersive di quelle attuali grazie proprio al 6G e all’evoluzione delle tecnologie digitali (display, visori, sensori, comandi vocali e gestuali, ecc.).
L’Extended Reality potrà essere utilizzata in molteplici ambiti, dall’intrattenimento all’istruzione, dalla medicina all’industria manifatturiera, dalla moda al design.
I progressi nel rendering ad altissima risoluzione abbinati a quelli delle reti mobili di sesta generazione permetterà di creare ologrammi molto più reali e definiti di quelli attuali (come il recente concerto virtuale degli ABBA) sia a scopi ricreativi che educativi, sociali e sanitari.
La telepresenza immersiva olografica aprirà la strada anche a nuove soluzioni di collaborazione remota in ambito lavorativo, educativo e sanitario, riducendo al minimo la necessità di grandi spostamenti e senza il distacco fisico che viviamo attualmente con il telelavoro e la didattica a distanza.
La combinazione tra Extended Reality e display olografici permetterà agli utenti di andare oltre la semplice osservazione e interagire con le “repliche digitali”, ovvero le copie virtuali di entità fisiche reali che agiscono come gemelli digitali in tempo reale, monitorandole ed esplorandole in ambienti virtuali senza vincoli spaziali né temporali.
A tutto questo si aggiungono il cloud processing, gaming & storage che saranno molto più potenti di quelli attuali grazie all’elevata velocità e alla bassa latenza del 6G oltre che per l’evoluzione tecnologica dell’hardware, così da permettere una totale decentralizzazione a tutto vantaggio dell’efficienza, della flessibilità e della sicurezza informatica.
Come spiegano il white-paper e l’eBook Envisioning a 6G_future dei Nokia Bell Labs, nell’era del 6G i mondi digitali, fisico e umano-biologico saranno perfettamente interconnessi tra loro grazie all’innovazione tecnologica e alle ricerche estese nell’ambito dell’ubiquitous computing, ai sistemi di conoscenza intelligente, alla rilevazione mediante sensori di elevata precisione e all’implementazione di nuove interfacce uomo-macchina.
