Articoli di approfondimento - Tecnologie radio avanzate per comunicazioni 4G più chiare
"L'LTE (Long Term Evolution) è uno dei più recenti standard commerciali per la comunicazione wireless ad alta velocità, che si basa su tecnologie di rete GSM/EDGE e UMTS/HSPA. Oltre a offrire una gamma di miglioramenti della rete centrale e una maggiore funzionalità, il principale punto forte dell'LTE è la promessa di una maggiore capacità della rete e velocità di trasferimento. In teoria LTE offre velocità di download di fino a 300 Mbps e velocità di upload di 75 Mbps, vale a dire circa 10 volte più veloce del 3G. Gli operatori non sostengono che le loro reti siano in grado di raggiungere tali velocità nel mondo reale attuale, ma promettono ai clienti LTE grandi aumenti di velocità rispetto al 3G. E mentre alcuni clienti possono già avvalersi di tali velocità, altri ne sono ancora esclusi. "La velocità pubblicizzata è essenzialmente il picco della velocità ed è possibile raggiungerla solo se si è accanto alla stazione di base in condizioni radio perfette e nessun altro usa la rete e comunque anche così non è dimostrato che sia possibile ottenerla in condizioni reali", spiega Alexandre Gouraud, un project manager di R&S presso il Wireless Interfaces Lab di Orange, in Francia. "Per gli utenti medi, la velocità di trasmissione dei dati è molto minore e per coloro che si trovano ai confini della zona di copertura è ancora più bassa". Gouraud sottolinea che ogni cambiamento di versione e generazione di tecnologia mobile ha avuto come conseguenza un fattore di circa 10 di differenza tra la velocità di trasmissione di picco e la velocità media in una cellula (la zona di copertura di una stazione di base cellulare) e un ulteriore fattore di 10 di divergenza tra la velocità media e quella ottenuta dagli utenti che si trovano ai confini di una cellula. Nel caso degli standard LTE, questo è successo in parte perché l'LTE era in competizione con WiMAX come tecnologia ad alta velocità alternativa e gli sviluppatori si sono concentrati sulle velocità di trasmissione di picco per vincere la battaglia. "Era importante mostrare il rendimento migliore e tutti si concentravano sulle velocità di picco, mentre le estremità della cellula sono state praticamente ignorate", osserva Gouraud. "Evidentemente per gli operatori questa non è una cosa positiva visto che alcuni clienti avranno esperienze di bassa copertura e di velocità di trasmissione dei dati molto più basse di quelle pubblicizzate". Per risolvere questo problema e cercare di assicurare un servizio equo a tutti gli utenti LTE, Orange insieme a 14 partner, tra cui altri operatori mobili, rivenditori di attrezzature e istituti di ricerca, ha sviluppato e testato tecniche per migliorare il rendimento alle estremità della cellula. Il loro lavoro, svolto nell'ambito del progetto Artist4G ("Advanced radio interface technologies for 4G systems") e sostenuto con quasi 8,7 milioni di euro di finanziamenti da parte della Commissione europea, sta avendo come risultato aggiornamenti dello standard LTE che saranno sicuramente messi in commercio nel prossimo futuro. Concentrarsi sull'interferenza L'interesse del team, coordinato da Gouraud, si è concentrato su due aspetti chiave delle reti cellulari: la riduzione delle interferenze e le tecniche avanzate di trasmissione del segnale. "Se volete migliorare il rendimento alle estremità della cellula, ci sono due modi per farlo. Uno è di intensificare la rete aggiungendo più antenne e rendendo le cellule più piccole, per esempio, ma questo è costoso. Il secondo metodo consiste nell'occuparsi dell'interferenza", spiega il manager tecnico di Artist4G. L'interferenza in una rete mobile si può immaginare un po' come le chiacchiere di fondo durante una festa. Poiché avvengono molte conversazioni contemporaneamente, può risultare difficile concentrarsi sulla voce della persona con cui si parla. Se invece fosse possibile identificare facilmente queste altre conversazioni e separarle dalla propria, sarebbe più facile escluderle. È questo - in termini molto semplificati - l'approccio che i ricercatori di Artist4G hanno adottato per cancellare l'interferenza all'estremità di ricezione in modo da migliorare la velocità di trasmissione dei dati e la copertura. Anche se sono state ideate reti mobili moderne intorno al concetto dell'"ortogonalità", dal termine greco per "dritto" e "angolo", che si riferisce alla mancanza di sovrapposizione, la realtà è che i segnali trasmessi si incroceranno sempre, creando dei gradi di interferenza. Anche se l'interferenza si può evitare per quanto possibile al trasmettitore, bisogna occuparsene anche a livello del ricevitore. "L'ortogonalità non esiste in pratica, ci sono sempre delle interferenze. Quindi invece di progettare una rete intorno a segnali ortogonali, prendiamo atto del fatto che ci saranno delle interferenze. Se accettiamo questo, allora possiamo sfruttare l'interferenza al ricevitore e collegarci alle tecnologie del sistema per eliminarla", spiega Gouraud. Tra le altre tecniche, il team di Artist4G ha sviluppato e implementato un nuovo quadro per migliorare il CoMP (trasmissione multipunto coordinata), una tecnologia MIMO (entrate multiple e uscite multiple) che usa antenne multiple per servire gli utenti all'estremità della cellula da due o più stazioni di base. Hanno lavorato inoltre su ricevitori iterativi per decodificare sia il segnale centrale che l'interferenza ed eliminare quest'ultima. Il team ha anche dimostrato la formazione del fascio acustico in 3D nel quale un segnale viene diretto verso il ricevitore non solo lungo il piano orizzontale come adesso ma anche verticalmente, riducendo di molto l'interferenza. Per quanto riguarda i relè, il team ha lavorato su relè mobili, che potrebbero essere messi sul tetto di un'auto o di un autobus, per migliorare la copertura, e sull'uso dei cosiddetti relè tipo 2 che estendono i segnali da una stazione di base madre, con un controllo delle risorse migliore rispetto ai relè tipo 1 che si comportano come stazioni di base. "Abbiamo sviluppato hardware prova di concetto e abbiamo condotto un esperimento sul campo su larga scala usando 15 stazioni base a Dresden e una parte della tecnologia è stata dimostrata in occasione del Mobile World Congress 2012 a Barcellona", spiega Gouraud. "I risultati sono molto promettenti". Il project manager spiega che i partner hanno dato circa 150 contributi alle revisioni in corso degli standard LTE e la maggior parte della tecnologia che hanno sviluppato sarà probabilmente usata a scopo commerciale. "I diversi partner stanno usando i risultati del nostro lavoro internamente e stiamo anche considerando il lancio di un progetto di follow up per continuare la ricerca", dice Gouraud. Artist4G ha ricevuto finanziamenti di ricerca attraverso il Settimo programma quadro (7º PQ) dell'Unione europea. Collegamento al progetto su CORDIS: - 7º PQ su CORDIS - Scheda informativa del progetto Artist4G su CORDIS Collegamento al sito web del progetto: - Sito web del progetto "Advanced radio interface technologies for 4G systems" Altri collegamenti: - Sito web dell'Agenda digitale della Commissione europea