5G vs 6G: cos'è e quando sarà qui? / 5G vs. 6G: What is it and when will it be here?

 5G vs 6G: cos'è e quando sarà qui?5G vs. 6G: What is it and when will it be here?


Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa


Si prevede che l'infrastruttura 6G sarà costruita sul 5G con alcune aggiunte critiche che divergono dalle tradizionali tecnologie cellulari contemporanee. / The 6G infrastructure is expected to be built upon 5G with some critical additions that diverge from the traditional contemporary cellular technologies. Fonte: AdobeStock


La realizzazione del 5G è a buon punto con gli

 operatori di rete mobile (MNO) in molte città che

 stanno già implementando l'infrastruttura in città

 selezionate in tutti gli Stati Uniti L'inclusione di

 tecnologie relativamente nuove compreso l'uso di

 nuovi blocchi di spettro in gamme di frequenza più

 elevate, installazione estesa di piccole celle

 esterne, un'infrastruttura SATCOM non terrestre e

 massicce stazioni base MIMO (mMIMO) insieme

 alla densificazione delle macro-celle e alla rete di

 backhaul wireless, contribuiscono tutti a soddisfare

 gli indicatori chiave di prestazione (KPI) 5G che

 erano stati originariamente fissati nel 2015

 all'interno dell'IMT-2020. Ciò, ad esempio, include

 la latenza di 1 ms nelle comunicazioni a bassa

 latenza ultra affidabili (uRLLC), da 10 a 100 volte

 la velocità di trasmissione dati 4G per la banda

 larga mobile avanzata (eMBB) e la durata della

 batteria di 10 anni per comunicazioni di tipo

 macchina massiva (mMTC) .

Questo, tuttavia, è solo un trampolino di lancio per

 la connettività 6G in cui si prevede di raggiungere

 la connettività quasi istantanea per supportare

 processi futuri affamati di larghezza di banda con

 media olografici, intelligenza artificiale (AI) /

 apprendimento automatico (ML), dispositivi

 indossabili intelligenti, veicoli autonomi,

 dispositivi per la realtà del pendolarismo,

 rilevamento e mappatura 3D. Ciò pone la

 domanda: cos'è esattamente il 6G e quando sarà

 disponibile? Questo articolo mira a fornire una

 risposta di base discutendo le differenze tra queste

 due generazioni di reti cellulari, con dettagli sulla

 visione futura del 6G e delle sue tecnologie di

 supporto.

Casi d'uso 5G e alcune tecnologie di supporto


Già nel 2012 ci fu un brusio intorno allo sviluppo

 del 5G con piani di superamento delle velocità e

 della copertura 4G LTE. Servire tutte le

 applicazioni sfruttando in modo intelligente più

 tecnologie di accesso radio (multi-RAT) per servire

 meglio i clienti. Nel 2020, c'erano 26 miliardi di

 dispositivi connessi a Internet a livello globale, si

 prevede che aumenterà fino a quasi 40 miliardi

 entro il 2025 e quasi 50 miliardi entro il 2030,

 l'anno in cui si prevede che il 6G inizierà a

 soddisfare le richieste del mercato. Con il numero

 di dispositivi collegati e le applicazioni wireless

 che richiedono molta larghezza di banda, il 5G

 probabilmente non sarebbe in grado di soddisfare i

 requisiti di velocità e capacità per supportare il

 numero di dispositivi collegati. Tuttavia,

 analogamente a come il 5G è costruito

 sull'infrastruttura 4G con componenti aggiuntivi, il

 6G dovrebbe fare affidamento sulla rete 5G

 consolidata.

Come affermato in precedenza, la visione 5G si è

 concentrata principalmente sul servire tre

 applicazioni: eMBB, uRLLC e mMTC. Queste tre

 applicazioni, tuttavia, richiedono una

 pianificazione della rete mirata sull'ottimizzazione

 rispettivamente della velocità effettiva, della

 latenza e della copertura. L'applicazione eMBB è

 particolarmente impegnativa negli ambienti urbani

 densi dove ci si aspetta un'installazione massiccia

 di piccole celle esterne e un'estesa rete sotterranea

 in fibra ottica per supportare le richieste di traffico

 e throughput dal centro urbano. Per questo motivo,

 c'è stato un grande sforzo per realizzare la

 tecnologia di comunicazione a onde millimetriche

 (mmW) per le reti mobili, uno spazio dello spettro

 che era tradizionalmente utilizzato esclusivamente

 per scopi militari e scientifici per radar e imaging.


Ciò ha proliferato la ricerca basata su mmW su

 antenne, ricetrasmettitori RF e processi di

 fabbricazione in modo che siano più prontamente

 integrati nell'attrezzatura dell'utente. Tutto questo

 viene fornito con la potenza tipica (EIRP) e i

 requisiti / considerazioni di propagazione che sono

 nativi dei componenti e delle reti cellulari. Ciò è

 stato particolarmente impegnativo considerando la

 perdita di percorso alle frequenze mmW: il segnale

 ad alta frequenza si attenua notevolmente sulla

 distanza causando la necessità di collegamenti in

 linea di vista (LoS) a distanze ravvicinate. Inoltre, i

 segnali di frequenza mmW tendono a diffondersi

 su un ostacolo rispetto alla sua controparte a bassa

 frequenza che spesso può diffrangere attorno a un

 ostacolo.

Le applicazioni uRLLC si basano su una rete

 altamente sincronizzata, con throughput medio-

bassi, con una densità di dispositivi molto

 elevata. Tuttavia, anche la sicurezza pubblica e le

 applicazioni mediche devono avere una bassa

 latenza e comunicazioni affidabili. Ad esempio, in

 un'applicazione di chirurgia remota in cui un

 chirurgo deve avere un piccolo ritardo di tempo tra

 il controller e l'apparecchiatura. Questo tipo di

 comunicazioni richiede una dorsale di backhaul

 dedicata, errori di tempo ridotti nel percorso di

 sincronizzazione / catena dell'orologio

 dall'orologio di riferimento primario (PRTC) fino

 all'orologio trasparente delle telecomunicazioni (T-

TC), con una qualità end-to-end rigorosa di

 obiettivi di servizio (QoS).

Le applicazioni mMTC corrispondono quasi

 direttamente alla proliferazione di dispositivi IoT

 nei vertici del settore, dal commerciale

 all'industriale. Ciò è supportato dalla presenza in

 continua crescita di nuovi protocolli IoT e dal

 mercato per le piattaforme di sviluppo IoT,

 portando dati precedentemente sconosciuti nel

 cloud per analisi e feedback complessi. La rete per

 questo tipo di comunicazione non ha i vincoli di

 larghezza di banda di eMBB né i rigorosi requisiti

 di latenza di uRLLC, piuttosto, rigide aspettative di

 durata della batteria / manutenzione dei nodi

 insieme alla copertura nelle aree non collegate del

 globo. I protocolli di risparmio energetico e le

 tecniche di raccolta dell'energia vengono utilizzati

 in questi nodi compatti con posizionamento

 intelligente al fine di garantire la connettività

 ideale insieme agli aggiornamenti del firmware

 OTA per una manutenzione minima dopo

 l'installazione.

Cosa dovrebbe supportare il 6G?


Le applicazioni hanno una naturale progressione

 verso un'esperienza virtuale più onnipresente con

 applicazioni AR / VR, Internet tattile insieme a

 un'analisi / modellazione predittiva intensiva

 tramite la proliferazione dell'elaborazione

 dell'intelligenza artificiale (AI) all'interno di detti

 dispositivi. Questi spingono le tecnologie attuali al

 livello successivo. L'esperienza di realtà mista

 (MR) utilizza oggetti 3D e intelligenza artificiale

 per fornire un'esperienza fluida e coinvolgente con

 una connessione 6G ad alta integrità.

Un esempio di ciò sarebbero le comunicazioni

 olografiche in cui le videoconferenze

 convenzionali sono aumentate con una proiezione

 realistica per un'immagine tridimensionale. Il

 concetto di robot connessi e sistemi autonomi per

 fornire servizi di base come la consegna di posta /

 pacchi richiede anche una connessione wireless ad

 alta fedeltà per consentire il feedback appropriato

 necessario per controllare le destinazioni di tali

 apparecchiature.

Altre future applicazioni wireless includono

 un'interfaccia cervello-computer (BCI) in cui gli

 apparecchi possono essere controllati tramite un

 percorso di comunicazione tra il cervello 

dell'utente e il front-end RF del dispositivo. Questo

 può essere esteso al campo medico con dispositivi

 indossabili medici che tracciano / monitorano la

 salute di un paziente mentre è in hospice. Strutture

 industriali completamente automatizzate con

 elaborazione intensiva richiederanno una

 connessione affidabile al cloud per eseguire le

 complesse analisi dei dati necessarie per il

 controllo remoto e l'analisi predittiva.

Questo controllo può variare in base al sottosistema

 industriale, inclusi i sistemi di localizzazione in

 tempo reale (RTLS) per il monitoraggio, i controlli

 degli attuatori per il braccio robotico, i robot

 mobili autonomi (AMR) e i veicoli a guida

 automatica (AGV) per il monitoraggio /

 manutenzione dell'impianto, visione artificiale

 Sistemi (MV) per la garanzia della qualità e

, naturalmente, il monitoraggio / controllo delle

 apparecchiature attraverso ampie reti di sensori

 wireless (WSN). L'IoT dovrebbe proliferare su

 Internet of Everything (IoE), dove ci si aspetta un

 coordinamento autonomo tra un numero enorme di

 sensori e dispositivi connessi in remoto, che

 forniscono tutti feedback sul suo stato a Internet. I

 cinque potenziali casi d'uso per 6G possono

 includere quanto segue  :

  • Banda larga mobile avanzata plus (eMBB Plus)
  • Grandi comunicazioni (BigCom)
  • Comunicazioni sicure ultra affidabili a bassa latenza (SURLLC)

  • Comunicazione integrata 3D (3D-InteCom)
  • Comunicazioni di dati non convenzionali (UCDC)

Questi sono basati sui tre principali casi d'uso 5G

 (eMBB, uRLLC e mMTC) in cui eMBB plus è un

 passo evolutivo oltre eMBB. BigCom, tuttavia, si

 concentra sull'ubiquità del servizio

 indipendentemente dall'ubicazione (ad esempio,

 città fitta, rurale, remota, ecc.). Il caso d'uso di

 uRLLC si basa su SURLLC per comunicazioni

 militari e industriali che richiedono alta

 affidabilità, determinismo e sicurezza.

Il caso d'uso di 3D-InteCom si riferisce alla

 copertura garantita dall'integrazione di componenti

 non terrestri come satelliti e droni, elevando la

 copertura 2D della terra a uno spazio più

 3D. L'applicazione di UCDC è più divergente dai

 casi d'uso cellulari tradizionali in quanto si

 riferisce a tecnologie avanzate che non sono ancora

 incorporate nella vita di tutti i giorni, comprese le

 comunicazioni olografiche, Internet tattile e BCI.


In che modo il 6G supporterà questa connettività?


Si prevede che l'infrastruttura 6G sarà costruita sul

 5G con alcune aggiunte critiche che divergono

 dalle tradizionali tecnologie cellulari

 contemporanee. Uno degli aspetti principali del 6G

 è l'incorporazione dello spettro terahertz da 0,1

 THz a 10 THz. Questo enorme blocco di spettro

 aggiuntivo ha la larghezza di banda per supportare

 la connettività necessaria attraverso l'uso di

 ricetrasmettitori elettronico-fotonici fotonici e

 ibridi. Il vantaggio di questa tecnologia rispetto

 alla maggior parte delle tecnologie mmW è che

 non è richiesto un collegamento in linea di vista

 (LoS). Un'architettura senza cella è chiamata a

 supportare 6G in cui l'apparecchiatura utente (UE)

 è collegata alla RAN invece che a una cella

 singola. Ciò può essere realizzato attraverso la

 stretta integrazione di diverse tecnologie di

 comunicazione (ad esempio, sub-6 GHz, mmW,

 THz, e comunicazioni a luce visibile (VLC)) in cui

 i dispositivi 6G possono supportare tutte queste

 radio eterogenee all'interno del dispositivo. Questo

 elimina le lacune nella copertura che derivano dai

 passaggi di consegne.

È prevista anche una maggiore copertura 3D del

 globo laddove l'attuale copertura del suolo è

 costruita su piattaforme non terrestri come droni,

 palloni e satelliti LEO / MEO / GEO. Il concetto di

 virtualizzazione della rete introdotto nel 5G

 dovrebbe essere realizzato all'interno del 6G con

 un'architettura di rete disaggregata e la

 virtualizzazione dei livelli di controllo 

dell'accesso medio (MAC) e fisico (PHY) del

 modello OSI che tipicamente richiedono hardware

 dedicato. Come si può vedere, i KPI del 6G

 differiscono notevolmente dal 5G e quindi

 richiedono tecnologie innovative per supportare

 questa connettività.


Rendere il 6G una realtà


Ci sono già iniziative di ricerca avviate in diversi

 paesi per realizzare il 6G. In Finlandia, l'Università

 di Oulu ha avviato la ricerca finlandese sul 6G nel

 2018. La FCC ha aperto lo spettro da 95 GHz a 3

 THz per licenze sperimentali, aprendo opportunità

 di ricerca per collegamenti di comunicazione ottica

 / fotonica negli Stati Uniti A partire dal 2019,

 Corea del Sud e Cina ha iniziato a mettere insieme

 gruppi di lavoro dedicati alla ricerca 6G tra

 aziende, dipartimenti governativi e

 università. Inutile dire che il 6G è una piattaforma

 nascente. Tuttavia, tra le potenziali nuove soluzioni

 tecnologiche e i KPI, diventerà il nuovo traguardo

 per l'innovazione oltre il 5G.


ENGLISH


The realization of 5G is well on its way with

 mobile network operators (MNOs) in many cities

 already deploying the infrastructure in select cities

 all over the U.S. The inclusion of relatively new

 technologies including the use of new spectrum

 blocks in higher frequency ranges, extensive

 installation of outdoor small cells, a non-terrestrial

 SATCOM infrastructure, and massive MIMO

 (mMIMO) base stations along with the

 densification of macro-cells and the wireless

 backhaul network, all contribute to meeting the 5G

 key performance indicators (KPIs) that was

 originally set in 2015 within the IMT-2020. This,

 for instance, includes the 1 ms latency in ultra-

reliable low latency communications (uRLLC), 10

 to 100 times the 4G data rate for enhanced mobile

 broadband (eMBB), and 10 year battery life for

 massive machine type communications (mMTC).

 Parameters such as these along with the strict

 capacity (1000x), perception of availability

 (99.999%), and perception of coverage (100%)

 requirements supports the ever-increasing

 bandwidth demands put on wireless networks

 globally.

This, however, is merely a stepping stone for 6G

 connectivity where near-instant connectivity is

 anticipated to be achieved in order to support

 future, bandwidth hungry processes with

 holographic media, artificial intelligence

 (AI)/machine learning (ML), smart wearables,

 autonomous vehicles, commuting reality devices,

 sensing and 3D mapping. This begs the question:

 What exactly is 6G and when will it be available?

 This article aims to provide a basic answer by

 discussing the differences between these two

 generations of cellular networks, with detail on the

 future vision of 6G and its supporting

 technologies.

5G use cases and some supporting technologies


As early as 2012 there was buzz around the

 development of 5G with plans of it vastly

 surpassing 4G LTE speeds and coverage. Serving

 any and all applications by smartly leveraging

 multiple radio access technologies (multi-RAT) to

 better serve customers. As of 2020, there were 26

 billion internet-connected devices globally, this is

 anticipated to increase to almost 40 billion by 2025

 and nearly 50 billion by 2030—the year that 6G is

 expected to begin filling market demands. With the

 number of connected devices and bandwidth-

hungry wireless applications, 5G would likely not

 be able to meet the speed and capacity

 requirements to support the number of connected

 devices. However, similar to how 5G is built upon

 the 4G infrastructure with additional components,

 6G is expected to rely on the established 5G

 network.

As stated earlier, the 5G vision has been mainly

 focused on serving three applications: eMBB,

 uRLLC, and mMTC. These three applications

 however, require focused network planning around

 optimizing throughput, latency, and coverage

 respectively. The eMBB application is particularly

 challenging in dense urban environments where

 there is expected to be a massive installation of

 outdoor small cells as well as an extensive

 underground fiber optic network to support the

 traffic and throughput demands from the urban

 center. Because of this, there has been a major

 effort around realizing millimeter-wave (mmW)

 communications technology for mobile networks

—a spectrum space that was traditionally

 exclusively utilized for military and science

 purposes for radar and imaging.

This has proliferated mmW-based research in

 antennas, RF transceivers, and fabrication

 processes so that they are more readily integrated

 into user equipment. This all comes with the

 typical power (EIRP) and propagation

 requirements/considerations that are native to

 cellular components and networks. This has been

 particularly challenging considering the path loss

 at mmW frequencies—the high frequency signal

 attenuates greatly over distance causing the need

 for line-of-sight (LoS) links at close distances.

 Moreover, mmW frequency signals tend to scatter

 at an obstacle as opposed to its low frequency

 counterpart that can often diffract around an

 obstacle.

The uRLLC applications rely upon a highly

 synchronized network, at low-to-medium

 throughputs, with a very high device density.

 However, public safety and medical applications

 are also required to have low latency and reliable

 communications. For instance, in a remote surgery

 application where a surgeon must be little time

 delay between the controller and equipment. This

 type of communications requires a dedicated

 backhaul backbone, low time errors in the

 synchronization path/clock chain from the primary

 reference time clock (PRTC) down to the telecom

 transparent clock (T-TC), with stringent end-to-end

 quality of service (QoS) goals.

The mMTC applications almost directly correspond

 to the proliferation of IoT devices in industry

 vertices from commercial to industrial. This is

 supported by the ever-growing presence of new

 IoT protocols and the marketplace for IoT

 development platforms, bringing previously

 unknown data to the cloud for complex analysis

 and feedback. The network for this type of

 communication does not have the bandwidth

 constraints of eMBB nor the stringent latency

 requirements of uRLLC, rather, strict battery

 life/node maintenance expectations along with

 coverage in the unconnected areas of the globe.

 Power saving protocols and energy harvesting

 techniques are used in these compact nodes with

 smart placement in order to ensure ideal

 connectivity along with OTA firmware updates for

 minimal maintenance after installation.

What is 6G expected to support?


The applications have a natural progression to more

 a ubiquitous virtual experience with AR/VR

 applications, tactile internet along with intensive

 predictive analysis/modeling via the proliferation

 of artificial intelligence (AI) processing within said

 devices. These push current technologies to the

 next level. The mixed reality (MR) experience uses

 3D objects and AI to provide a seamless,

 immersive experience with a high integrity 6G

 connection.

An example of this would be holographic

 communications where conventional video

 conferences are augmented with a realistic

 projection for a three-dimensional image. The

 concept of connected robots and autonomous

 systems to provide basic services such as

 mail/package delivery also requires a high-fidelity

 wireless connection to enable the proper feedback

 necessary to control the destinations of such

 equipment.

Other future wireless applications include a brain-

computer interface (BCI) where appliances can be

 controlled via a communication path between the

 user’s brain and the device's RF front-end. This

 can be extended to the medical field with medical

 wearables tracking/monitoring a patient's health

 while they are in hospice. Entirely automated

 industrial facilities with intensive computing will

 require a reliable connection to the cloud in order

 to perform the complex data analytics necessary

 for remote control and predictive analysis.

This control can range according the industrial

 subsystem including real-time location systems

 (RTLS) for monitoring, actuator controls for

 robotic-arm, autonomous mobile robots (AMRs)

 and automated guided vehicles (AGVs) for plant-

(MV) systems for quality assurance, and naturally,

 the monitoring/control of equipment through

 extensive wireless sensor networks (WSNs). IoT is

 expected to proliferate to the internet of everything

 (IoE) where there is expected to be autonomous

 coordination among a massive number of remotely

 connected sensors and devices, all providing

 feedback on its status to the internet. The five

 potential use cases for 6G can include the

 following :

  • Enhanced mobile broadband plus (eMBB Plus)
  • Big communications (BigCom)
  • Secure ultra-reliable low-latency communications (SURLLC)

  • 3D integrated communications (3D-InteCom)
  • Unconventional data communications (UCDC)

These are built upon the three major 5G use cases

 (eMBB, uRLLC, and mMTC) where eMBB plus is

 an evolutionary step beyond eMBB. BigCom

 however, focuses on service ubiquity regardless of

 location (e.g., dense urban, rural, remote, etc). The

 use case of uRLLC is built upon with SURLLC for

 military and industrial communications that require

 high reliability, determinism and security.

The use case of 3D-InteCom refers to the coverage

 granted from the integration of non-terrestrial

 components such as satellites and drones, raising

 the 2D coverage of the earth to a more 3D space.

 The application of UCDC is most divergent from

 traditional cellular use cases as it refers to

 advanced technologies that are not yet incorporated

 into everyday life including holographic

 communications, tactile internet, and BCI.

How will 6G support this connectivity?


The 6G infrastructure is expected to be built upon

 5G with some critical additions that diverge from

 the traditional contemporary cellular technologies.

 One major aspect of 6G is the incorporation of the

 terahertz spectrum from 0.1 THz to 10 THz. This

 massive block of additional spectrum has the

 bandwidth to support the connectivity needed

 through the use of photonic and hybrid electronic-

photonic transceivers. The benefit of this

 technology over most mmW technology is that a

 line-of-sight (LoS) link is not required. A cell-less

 architecture is called upon to support 6G where

 user equipment (UE) is connected to the RAN as

 opposed to a singular cell. This can be realized

 through the tight integration of difference

 communication technologies (e.g., sub-6 GHz,

 mmW, THz, and visible light communications

 (VLC)) where 6G devices can support all these

 heterogeneous radios within the device. This

 eliminates the gaps in coverage that come with

 handovers.

More 3D coverage of the globe is also envisioned

 where the current ground coverage is built upon

 non-terrestrial platforms such as drones, balloons

 and LEO/MEO/GEO satellites. The concept of

 network virtualization that was introduced in 5G is

 anticipated to be realized within 6G with a

 disaggregated network architecture and the

 virtualization of the medium access control (MAC)

 and physical (PHY) layers of the OSI model that

 typically require dedicated hardware. 

As can be seen, the KPIs of 6G differ greatly from

 5G and therefore require innovative technologies

 to support this connectivity.

Making 6G a Reality

There are already research initiatives kicked-off in

 different countries in order to realize 6G. In

 Finland, the University of Oulu kickstarted Finnish

 6G research in 2018. The FCC opened up the 95

 GHz to 3 THz spectrum for experimental licenses,

 opening up research opportunities for

 optical/photonic communication links in the U.S.

 As of 2019, South Korea and China began putting

 together working groups dedicated to 6G research

 between companies, government departments, and

 universities. It goes without saying that 6G is very

 much a nascent platform. However, between the

 potential new technological solutions and the KPIs,

 it will become the new goalpost for innovation

 beyond 5G.

Da:

https://electronics360.globalspec.com/article/16447/5g-vs-6g-what-is-it-and-when-will-it-be-here?uid=%2D1474234620&uh=f9d092&md=210405&mh=05ff22&Vol=Vol16Issue4&Pub=59&LinkId=2061058&keyword=link%5F2061058&itemid=366221&frmtrk=newsletter&cid=nl



Commenti

Post popolari in questo blog

Paracetamolo, ibuprofene o novalgina: quali le differenze? / acetaminophen, ibuprofen, metamizole : what are the differences?

Sci-Fi Eye: il nostro futuro urbano / Sci-Fi Eye: Our Urban Future

Caratteristiche del fungo corallo. Il corallo mortale / Characteristics of the coral mushroom. The deadly coral