4G – la tecnologia mobile di quarta generazione

4G - la tecnologia mobile di quarta generazione

4G: Il termine 4G identifica la quarta generazione di servizi per la telefonia mobile. La prima generazione di cellulari (1G) era costituita da una rete analogica estremamente semplice ed orientata solo al traffico voce. Negli Stati Uniti, la Federal Communications Commission (FCC), l’ente che regola il settore delle telecomunicazioni, cominciò la vendita all’asta delle frequenze destinate alle reti 1G nel 1982, e già nel 1985 si potevano contare oltre 340 mila utenti.

La seconda generazione (2G), vide il passaggio verso l’era digitale, con un conseguente maggiore utilizzo dello spettro disponibile e aumento del numero di chiamate supportate. Con il 2G, inoltre, comincia ad essere gestito anche il traffico dati, con velocità inizialmente prossime a quelle dei tradizionali modem dial-up, cioè fino a circa 64 kbps. La prima rete 2G fu realizzata in Finlandia, nel 1991.

L’evoluzione della rete 2G portò poi all’introduzione dello standard GSM (Global System for Mobile communication), basato sulla tecnologia Time Division Multiplexing (TDMA), che è attualmente lo standard per la telefonia mobile con il maggior numero di utenti a livello mondiale. Con il passare degli anni, si fece sempre più impellente la necessità di un maggiore traffico di dati, e una nuova architettura per la telefonia mobile (chiamata 3G) era richiesta per supportare queste nuove funzionalità.

Sebbene l’FCC abbia cominciato a rilasciare le frequenze per questa nuova tecnologia già nel 1994, si sono dovuti aspettare diversi anni prima di vedere una rete 3G vera e propria in funzione. Per colmare quest’attesa, i provider di servizi di telefonia mobile crearono delle reti denominate “2.5G“, il cui scopo era quello di fornire una velocità di commutazione dei pacchetti maggiore, in grado quindi di supportare in modo accettabile anche l’accesso ad Internet.

Nacquero così standard come il GPRS (General Packet Radio Service), che con la versione EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution) permise di arrivare a velocità intorno ai 200 kbps, e supporto per i servizi MMS e WAP. Il compito della 2.5G era comunque limitato ad un aumento della banda disponibile, e viene tuttora fornito dove il 3G non è disponibile. Intorno alla metà degli anni 2000 cominciarono a comparire le prime vere reti 3G, in Giappone, negli USA e quindi in altri paesi. La rete 3G comprende vari tipi di standard, tra cui ricordiamo l’UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) ed è caratterizzata da elevate velocità sia in upload che in download (7.2 Mbps e oltre).

Un aspetto comune a tutti i tipi di tecnologie viste ora è quello di utilizzare tutte un’architettura “cellulare”, nella quale ogni “cella” copre un’area di una certa dimensione (dell’ordine di qualche chilometro) ed il passaggio da una cella ad un’altra (quando quindi ci si sposta utilizzando il cellulare) avviene automaticamente in modo trasparente; ciò permette di associare in modo continuativo ciascun cellulare operativo ad una determinata cella. Nell’immagine seguente è mostrato un classico esempio di “cell tower”, cioè una cella della rete 2G/3G con le caratteristiche antenne radio (è un’immagine nota a tutti noi)

E la quarta generazione (4G) cos’è e cosa comporta? Trattandosi di un’evoluzione rispetto alla precedente, è lecito attendersi un qualcosa in più e dei miglioramenti tangibili. Rispetto però al passaggio 2G->3G (e ancor più nel caso 2G->2.5G), la quarta generazione comporta un cambiamento radicale ed innovativo nell’architettura. Non è più “solo” una questione di servizi aggiuntivi e di maggiore banda disponibile sia in download che in upload, ma si tratta piuttosto di una vera e propria “rivoluzione”.

4G: In cosa consiste questa “rivoluzione”?

Si tratta in sostanza della migrazione verso un’architettura “all IP”, in cui le strutture gerarchiche a più livelli tipiche delle prime tre generazioni di telefonia mobile lasciano il posto ad una rete “flat” basata sull’Internet Protocol (IP), quindi sin dalla nascita orientata alla tecnologia del packet switching. Questo per quanto riguarda l’architettura. Per quanto riguarda invece la tecnologia, le tecniche di Time Division Multiplexing e Code Division Multiplexing vengono sostituite dall’Ortogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM). Le reti 4G utilizzano maggiormente lo spettro di frequenza, con datarate di diversi Mbps e costi operativi inferiori che dovrebbero scendere fino al 20% per megabit, rispetto alle precedenti reti 3G.

Negli Stati Uniti, il provider Sprint ha installato reti 4G basate sul WiMax, e conta entro la fine del 2010 di coprire almeno un terzo del territorio. Il suo principale competitor negli USA è Verizon, la cui rete è basata prevalentemente sulla tecnologia LTE (Long Term Evolution) (entrambe le tecnologie sono basate sull’OFDM).

E’ proprio necessario passare al 4G? Nel 2009, il traffico dati della telefonia mobile ha raggiunto un volume pari a 1 Exabyte (1000 Terabyte), ma si stima che entro il 2017 possa arrivare alla ragguardevole cifra di 1 Zettabyte (1000 Exabyte).

Già ora alcuni provider faticano a sostenere la mole di traffico dati, per cui l’attuale rete 3G non è sufficientemente dimensionata a soddisfare le esigenze future.

La tecnologia 4G “all-IP” è caratterizzata dai seguenti aspetti:

  • “flat” IP – 4G è una rete basata sull’Internet Protocol (IP) ed è flat, nel senso che non ha la complessa struttura gerarchica delle reti adottate dalle tecnologie precedenti. Un minore numero di nodi, fa sì che la rete sia più semplice, “piatta” (flat, appunto), ed i pacchetti dati possono pertanto viaggiare con minori latenze
  • 4G è basata su un architettura open, in perfetto stile Internet. Soprattutto a livello di applicazioni, la filosofia è quella di creare delle API comuni che possano essere utilizzate globalmente per la creazione di nuove applicazioni.

    Google Android, ad esempio, è un progetto sviluppato da Google seguendo i principi cardine di questa filosofia

  • 4G è “device neutral”, cioè i dispositivi mobili possono in genere accedere alle reti 4G, sia che siano di tipo Wi-Fi o WiMAX (questo è un obiettivo che ci si prefigge di raggiungere, non è detto che oggi funzioni già così)
  • 4G è “user-driven” – in modo del tutto analogo alla filosofia del Web 2.0, in cui l’utente ha un maggiore controllo sull’accesso, la creazione e la condivisione dei contenuti, anche nella tecnologia 4G si abbandonerà il paradigma utenti=passivi, provider=attivi per dare maggiore risalto ai desideri dei clienti. Se fino a poco tempo si ragionava pensando al consumatore, ora bisogna pensare alla community
  • le tariffe praticate dai provider saranno più dinamiche e competitive di quelle attuali

5 Comments

  1. Tiziano.Pigliacelli Tiziano.Pigliacelli 18 aprile 2014
  2. slovati slovati 19 aprile 2014
  3. dodo dodo 23 aprile 2014
  4. Tiziano.Pigliacelli Tiziano.Pigliacelli 24 aprile 2014
  5. Giorgio B. Giorgio B. 26 aprile 2014

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