Sebbene le aziende di tutto il mondo abbiano creato l'infrastruttura wireless più recente, nota come 4G LTE, un nuovo dispositivo con 96 antenne sta prendendo forma in un laboratorio della Rice University in Texas, e potrebbe contribuire a definire la prossima generazione di tecnologia wireless.
Il sistema "Rice", noto come Argos, rappresenta il sistema più grande mai costruito e servirà da banco di prova per un concetto chiamato "massive MIMO"
MIMO, o "multiple-input multiple-output", è una tecnica di rete wireless progettata per trasferire dati in modo più efficiente utilizzando più antenne per sfruttare un fenomeno naturale che si verifica quando i segnali vengono riflessi mentre si dirigono verso un ricevitore. Questo fenomeno, noto come multipath, può causare interferenze, ma il MIMO modifica la temporizzazione delle trasmissioni dati per aumentare la velocità di trasmissione utilizzando questi segnali riflessi.
La tecnologia MIMO è già utilizzata nel 4G LTE e nell'ultima versione del Wi-Fi, denominata 802.11ac, ma in genere prevede solo poche antenne di trasmissione e ricezione. Il Massive MIMO estende questo approccio utilizzando più antenne, o addirittura centinaia. Aumenta ulteriormente la capacità concentrando efficacemente i segnali sui singoli utenti, consentendo l'invio simultaneo di numerosi segnali sulla stessa frequenza. Infatti, una versione precedente di Argos, con 64 antenne, ha dimostrato che la capacità di rete poteva essere incrementata di oltre 10 volte.
"Con un maggior numero di antenne si possono servire più utenti", afferma Lin Zhong, professore associato di informatica alla Rice University e co-responsabile del progetto. Inoltre, aggiunge, l'architettura permette di scalare facilmente fino a centinaia o addirittura migliaia di antenne.
La tecnologia Massive MIMO richiede una maggiore potenza di elaborazione perché le stazioni base inviano i segnali radio in modo più diretto ai telefoni che cercano di riceverli. Questo, a sua volta, richiede ulteriore potenza di calcolo. L'obiettivo del banco di prova Argos è quello di valutare i vantaggi ottenibili in un ambiente reale. I processori distribuiti in tutta la struttura consentono di testare diverse configurazioni di rete, incluso il funzionamento in parallelo con un'altra classe emergente di stazioni base, note come small cell, che servono aree di piccole dimensioni.
"Il Massive MIMO è un progetto intellettualmente interessante", afferma Jeff Reed, direttore del centro di ricerca wireless del Virginia Tech. "Ci si chiede: quanto è scalabile il MIMO? Quante antenne possono trarne vantaggio? Questi progetti cercano di rispondere a queste domande.".
Un'alternativa, o forse un approccio complementare, a un potenziale standard 5G potrebbe essere l'utilizzo di frequenze estremamente elevate, intorno ai 28 gigahertz. Le lunghezze d'onda a questa frequenza sono circa due ordini di grandezza inferiori rispetto alle frequenze utilizzate oggi dalle comunicazioni cellulari, consentendo di posizionare un maggior numero di antenne nello stesso spazio, come in uno smartphone. Tuttavia, poiché i segnali a 28 gigahertz vengono facilmente bloccati da edifici, vegetazione e persino pioggia, sono sempre stati considerati inutilizzabili, tranne che in applicazioni specializzate a vista.
Tuttavia, Samsung e la New York University hanno collaborato per affrontare questo problema, anche utilizzando array di antenne multiple. Questi inviano lo stesso segnale attraverso 64 antenne, suddividendolo per ottimizzare le prestazioni e modificando dinamicamente quali antenne vengono utilizzate e la direzione di invio del segnale per evitare interferenze ambientali.
Nel frattempo, alcuni esperimenti si sono concentrati sul superamento dei limiti dell'attuale tecnologia 4G LTE. In teoria, questa tecnologia può raggiungere velocità di 75 megabit al secondo, sebbene in situazioni reali la velocità effettiva sia inferiore. Tuttavia, alcuni studi suggeriscono che sia possibile ottenere velocità ancora maggiori combinando flussi di dati provenienti da più canali wireless.
Nuove ricerche condotte presso Argos e altri laboratori wireless contribuiranno a definire un nuovo standard per la telefonia 5G. Qualunque siano i dettagli, è probabile che includerà una maggiore condivisione dello spettro, trasmettitori più piccoli, nuovi protocolli e nuove architetture di rete. "Introdurre una nuova tecnologia wireless è un'impresa enorme", afferma Marzetta.
Di David Talbot, MIT
