Lte, la promessa della connettività mobile

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L'industria delle comunicazioni mobili nacque verso la fine degli anni '80 come propaggine della centenaria industria telefonica. Lo standard Gsm fu dapprima definito con il solo servizio vocale, al quale si aggiunse successivamente il servizio Sms (Short message service) a bassa priorità, che divenne il primo servizio dati wireless globale. Potrà forse sorprendere, ma questo primo servizio dati mobile ha generato lo scorso anno, in tutto il mondo, circa 100 miliardi di dollari di utili. Tuttavia, da allora, sono cambiate molte cose. La telefonia mobile è diventata una commodity, sempre più soppiantata dai servizi dati Internet, come la messaggistica istantanea e i social network. Oggi, la crescita più imponente è nelle applicazioni e nei servizi ad alta intensità multimediale. Anche se, all'epoca del 3G, gli operatori faticavano a monetizzare i dati, oggi il valore di una banda larga mobile, affidabile e di alta qualità consente di generare nuovi utili. Ecco perché gli operatori stanno rapidamente adottando il 4G Lte, lo standard di telecomunicazioni più rapido di sempre. L'Lte rappresenta un grande balzo in avanti sia per la larghezza di banda che per la qualità dei servizi offerti dai dispositivi mobili, a prescindere che siano per applicazioni uomo-uomo, uomo-macchina o macchina-macchina. Questa connettività wireless accessibile, ad alta larghezza di banda, di alta qualità e a bassa latenza sta creando molte nuove opportunità di business, inimmaginabili solo pochi anni fa.


Nuove opportunità per gli operatori
Tradizionalmente, gli operatori cercavano di spremere utili dai servizi vocali a tempo, ricorrendo a modelli pay-per-use per il traffico dati. Tuttavia, il successo della telefonia mobile causò un livellamento verso il basso dei profitti, dovuto all'aspra lotta per la conquista di nuove quote di mercato. I servizi dati potevano essere un'opportunità per compensare il calo degli utili dei servizi vocali, ma gli operatori iniziarono ad applicare tariffe pay-per-use e a produrre contenuti e servizi propri, la maggior parte dei quali furono completamente snobbati dai clienti. Poi, con la proliferazione delle Dsl ad alta velocità e delle reti via cavo, ci fu uno spettacolare aumento delle applicazioni e del traffico Internet. La banda larga ad alta intensità multimediale iniziò presto a svolgere un ruolo centrale nella vita quotidiana di centinaia di milioni di persone nei paesi sviluppati. L'iPhone, lanciato dalla Apple nel 2007, era il primo telefono che consentiva un accesso completo al Web e diede il via alla rivoluzione della Internet mobile. L'iPhone di prima generazione supportava solo l'Edge (a 236 kb/s), ma sebbene la larghezza di banda fosse relativamente bassa, fu un immenso successo perché offriva un'esperienza Web completa consentendo di bypassare i servizi walled garden degli operatori. Improvvisamente, gli operatori adottarono per il traffico dati formule di tipo “all you can eat” e questo, insieme a una straordinaria proliferazione di nuove app, diede il via alla rivoluzione dello smartphone. Diverse generazioni di iPhone dopo, gli utenti Internet mobili si aspettano un'esperienza paragonabile a quella della reti cablate, sia direttamente che tramite il Wi-Fi ad alta velocità. Attualmente, i video di YouTube, Iptv, Netflix, Hulu ecc. causano il maggiore consumo di larghezza di banda Internet, seguiti dalla condivisione di file su siti come Google Drive, MediaFire, FilesTube e RapidShare. Il resto del traffico, compresi navigazione sul Web, VoIP e videogiochi, rappresenta complessivamente solo il 20% della larghezza dei banda totale consumata nel 2014. Le reti 2G sono ormai inadeguate e molte stanno per essere riconvertite al 4G. Le reti 3G presentano limitazioni legate al protocollo ed è per questo che, per i più affamati di larghezza di banda, gli operatori stanno rapidamente passando all'infrastruttura 4G Lte.

La larghezza di banda è solo uno dei vantaggi dell'Lte
L'Lte presenta quattro vantaggi fondamentali rispetto alle tecnologie precedenti:
• È progettato da zero per un'alta larghezza di banda, con velocità di download di 150 Mb/s e di upload di 50 Mb/s su singola portante oppure di 300 Mb/s + 100 Mb/s in modalità Carrier Aggregation (2 x 20 MHz). È sufficiente per un flusso di 8 canali Hdtv simultanei, un livello di domanda raramente richiesto in pratica.
• La larghezza di banda può essere condivisa in modo efficiente tra un alto numero di abbonati. In questo modo, è possibile trasferire dati su vari dispositivi in modo economicamente conveniente e gestire simultaneamente il traffico ad alta larghezza di banda uomo-uomo e a bassa larghezza di banda macchina-macchina.
• Le spese operative risultano ridotte grazie all'architettura di rete più semplice e alla migliore efficienza spettrale (doppia rispetto a Hspa e 30 volte maggiore rispetto a Umts).
• La latenza in tempo reale è ideale per teleconferenze, streaming di video e videogiochi. La latenza massima garantita dall'Lte è di circa 10 ms, inferiore alla soglia di percezione umana. L'insieme di queste caratteristiche consente di fornire agli utenti servizi dati mobili accessibili e di alta qualità, in grado di supportare efficacemente applicazioni interattive e ricche di contenuti, come video on-demand, social media, voce, Web, videogiochi e applicazioni su cloud.

L'Lte crea l'ultimo miglio wireless
L'Lte offre agli utenti mobili l'esperienza della banda larga via cavo/Dsl. Con la diminuzione dei costi, l' "ultimo miglio" Lte sostituirà le connessioni Dsl e via cavo lungo i cavi telefonici in rame, in via di invecchiamento. In questo modo, verrà a crearsi un ambiente quasi esclusivamente wireless ai confini di Internet. L'Lte è già presente nei router mobili che creano gli hotspot Wi-Fi nei trasporti pubblici, negli eventi, nei centri cittadini, nei condomini e nelle località remote in cui non è possibile installare altre infrastrutture di rete di comunicazione.

Applicazioni uomo-uomo
Anche se gli utenti in genere accedono allo stesso tipo di contenuti sia con dispositivi mobili che fissi, i dati di localizzazione consentono di dare vita a nuovi modelli di utilizzo, come ricerche sensibili alla posizione fisica e realtà aumentata. Grazie a un accurato sistema si localizzazione Gps/Gnss, l'Lte può mettere a disposizione degli utenti mobili un'ampia gamma di nuovi servizi ricchi di contenuti video e sensibili alla posizione fisica, come servizi informativi per lo shopping e il turismo oppure servizi di navigazione multimediale per consentire agli utenti di interagire con le destinazioni prima ancora di raggiungerle. Verranno anche introdotte nuove applicazioni per i social media, mentre quelle attualmente basate su testo e immagini utilizzeranno sempre di più i video, essendo più facilmente accessibili.

Il cloud incontra i terminali mobili
Le applicazioni e i dati degli utenti e dei professionisti stanno migrando in misura sempre crescente sul cloud, come dimostra il successo di Google Drive, SalesForce e GoToMeeting. Molte applicazioni consentono agli utenti di interagire tra loro e di archiviare o elaborare dati sul cloud. Poiché i server possono essere a migliaia di chilometri di distanza, la rapidità di accesso e la riduzione al minimo del ritardo (latenza) durante l'upload e il download sono di importanza fondamentale per creare una risposta che sia percepita come istantanea. Sotto questo aspetto, l'Lte è la prima rete cellulare a raggiungere le prestazioni richieste. Per questo, il cloud e l'Lte sono tecnologie complementari: la disponibilità dell'una incoraggia l'adozione dell'altra.

Applicazioni macchina-macchina Lte
Diversamente dalle interazioni uomo-uomo, le comunicazioni macchina-macchina richiedono generalmente una velocità di trasmissione dati relativamente bassa, con una forte enfasi sulla bassa potenza e sui bassi costi di realizzazione. Per questo motivo, sono in fase di creazione nuove specifiche Lte relative a questo tipo di comunicazioni, altrimenti dette Lte-Mtc. In questa configurazione, la nuova specifica Lte Category 0 rappresenta un sistema essenziale con una velocità di trasmissione dati simile alla tradizionale tecnologia Gsm 2G, utilizzata fino a oggi per le comunicazioni M2M. Tuttavia, la specifica Lte Cat0, e quella Cat 00 di prossima generazione, garantiranno prestazioni superiori e una riduzione del consumo di energia e dei costi, pur adattandosi perfettamente alle infrastrutture di rete Lte esistenti degli operatori. Grazie a una combinazione di Lte a banda larga e Lte-Mtc a banda stretta, stanno già emergendo alcuni nuovi casi di utilizzo delle comunicazioni M2M:

  • monitoraggio di distributori automatici e visualizzazione di video promozionali;
  • terminali di vendita al dettaglio che mostrano dimostrazioni sui prodotti o assistenza ai clienti in tempo reale;
  • videocamere di sorveglianza wireless remote;
  • terminali di telemedicina per fornire diagnosi e cure in remoto;
  • insegne multimediali e pubblicitarie;
  • riconoscimento facciale per i sistemi di sicurezza delle abitazioni;
  • router wireless per sistemi di infotainment all'interno dei veicoli;
  • droni video senza pilota utilizzati per la sicurezza, il traffico, gli incidenti, il controllo delle folle e i sistemi antincendio.

La comprovata bassa latenza dell'Lte è essenziale per le applicazioni nelle quali il tempo è un fattore cruciale, come nei sistemi di controllo industriale, sicurezza dei veicoli, controllo del traffico e sistemi finanziari. In questi casi, i tempi di reazione sono di importanza fondamentale, che si tratti di robot industriali o transazioni finanziarie automatizzate. Ben presto, i dispositivi connessi alle reti radio cellulari saranno più numerosi degli utenti umani.
L'assenza di cablaggi rende le reti Lte aziendali ad alta larghezza di banda semplici e rapide da installare. Potranno essere quindi gestite in remoto riducendo al minimo i componenti hardware e i costi IT associati.
Nonostante le nuove capacità ed entusiasmanti opportunità offerte da questa tecnologia, il traffico crescerà fino a occupare tutta la larghezza di banda Lte disponibile, come è sempre avvenuto con tutti i precedenti standard mobili. Tuttavia, sono allo studio molte nuove tecniche, come l'aggregazione delle portanti, la tecnologia Mimo multi antenna e il beamforming, che dovrebbero allontanare di molto questa evenienza, per quanto ci è dato sapere.

Connettività a prova di futuro
Con il graduale superamento delle reti 2G e 3G, l'Lte è destinato a diventare, e a rimanere per molto tempo, lo standard di tutte le reti cellulari. Molti operatori M2M considerano già l'Lte l'unica scelta per le applicazioni di servizio a lungo termine e, secondo Fierce Wireless, nel dicembre 2014 si contavano già 497 milioni di abbonati Lte. Quando si utilizzano dispositivi wireless cellulari in località remote, la riconfigurazione dei modem per centinaia o migliaia di unità comporta costi molto alti. Per questo, nei limiti del possibile, è consigliabile progettare l'infrastruttura con un occhio alle future tecnologie. Ciò significa progettare subito utilizzando la tecnologia Lte, sia essa necessaria o no, oppure utilizzare componenti hardware a prova di compatibilità futura, in modo da rendere i più economici possibile gli aggiornamenti del modem. Essendo uno dei principali produttori di modem cellulari, u-blox risponde a questa sfida fornendo ai suoi clienti modem su Pcb in configurazione nidificata. In altri termini, i moduli modem cellulari 2G, 3G e 4G sono tutti installabili sulla stessa scheda a circuiti stampati. Di conseguenza, non sarà necessario sostituire le schede a circuiti stampati quando u-blox introdurrà versioni migliorate dei suoi moduli. Inoltre, u-blox offre una gamma completa di moduli a innesto con fattore di forma mini PCIe, oltre al nuovissimo PCIe M.2. Evoluzioni e aggiornamenti sono estremamente semplici grazie al ricco portafoglio di Api standard. TOBY-L2 è la più recente serie di moduli modem Lte progettati per il funzionamento Cat.4. I moduli a montaggio superficiale in formato Lga, dei quali esistono diverse varianti, misurano 24,8 x 35,6 x 2,8 mm e sono molto semplici da installare, anche quando lo spazio è limitato. A seconda della versione seleziona, possono essere utilizzati sulla maggior parte delle reti Lte in Nord America, Europa e Asia, oltre che su alcune reti in Sud America.

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