Mentre il 5G mmWave deve ancora decollare, la ricerca sul 6G è già iniziata. Ma cos’è esattamente il 6G e quali sono le aree emergenti da tenere d’occhio?
Di seguito una panoramica sul 6G, a partire dalle frequenze 6G, le tendenze di sviluppo tecnologico e le applicazioni 6G degne di nota, il tutto tratto dall’ultimo rapporto di ricerca IDTechEx, “Mercato 6G 2023-2043: tecnologia, tendenze, previsioni, protagonisti”. Questo rapporto fornisce una visione critica e prospettive commerciali per questo settore emergente.
La frequenza è importante
Nel 5G, le bande sub-6 GHz (3,5-6 GHz) e a onde millimetriche (mmWave, 24-100 GHz) sono le due nuove bande dello spettro coperto. Nel 6G, le gamme di frequenza prese in considerazione comprendono la banda di frequenza da 7 a 20 GHz, la banda W (oltre 75 – 110 GHz), la banda D (da 110 GHz a 175 GHz), le bande tra 275 GHz e 300 GHz e la gamma THz (0,3-10 THz). Le bande tra 7 e 20 GHz sono prese in considerazione per la necessità di una copertura che consenta applicazioni mobili e “in movimento” per numerosi casi d’uso 6G. Le bande W e D sono interessanti sia per l’accesso 6G che per le reti Xhaul (ad esempio fronthaul e backhaul). È necessario prendere in considerazione una soluzione che soddisfi gli obiettivi di entrambi i servizi. A partire dal settembre 2022, le allocazioni di spettro a livello mondiale non andranno oltre i 275 GHz. Tuttavia, sono state individuate bande di frequenza nella gamma 275-450 GHz per l’implementazione di applicazioni di servizi fissi e mobili terrestri, nonché di servizi di radioastronomia, esplorazione della Terra e servizi di ricerca spaziale nella gamma 275-1.000 GHz.
Cosa promette il 6G e quali sono le sfide?
Sfruttando l’ampia larghezza di banda nella banda di frequenza THz, il 6G dovrebbe consentire una velocità di trasmissione dati di 1 Tbps. Tuttavia, questa velocità è molto difficile da raggiungere, poiché è richiesta un’ampia larghezza di banda continua, ma in realtà le larghezze di banda disponibili per l’uso sono limitate e suddivise su diverse bande. Un altro aspetto è che l’efficienza spettrale è un compromesso diretto con il rapporto segnale/rumore (SNR) richiesto per il rilevamento. Più alto è l’SNR richiesto, più breve diventa la portata rispettiva a causa delle limitazioni della potenza trasmessa alle alte frequenze e del rumore aggiunto. A titolo di esempio, il prototipo di trasmettitore phase array in banda D all’avanguardia di Samsung dimostra attualmente la distanza di viaggio più lontana di 120 m, ma raggiunge solo 2,3 Gbps. Altri gruppi mostrano velocità di trasmissione dati più elevate, ma la distanza di trasmissione via etere è solo a livello di centimetri.
Requisiti
Per migliorare ulteriormente la portata del collegamento e la velocità di trasmissione dei dati, nella progettazione di una radio 6G è necessario tenere conto di diversi requisiti. Ad esempio, la selezione di semiconduttori appropriati per aumentare la portata del collegamento è fondamentale, scegliendo materiali a bassa perdita con una piccola costante dielettrica e una perdita di tan per evitare una perdita di trasmissione sostanziale. Per ridurre ulteriormente la perdita di trasmissione, è necessaria una nuova strategia di packaging che integri strettamente i componenti RF con le antenne. Tuttavia, è necessario ricordare che, man mano che i dispositivi diventano sempre più compatti, la gestione della potenza e del calore diventa ancora più critica.
Oltre alla progettazione dei dispositivi, anche la strategia di distribuzione della rete è un’area cruciale di ricerca per affrontare le sfide legate all’NLOS e al consumo energetico. Si sta studiando, ad esempio, la creazione di un ambiente elettromagnetico (EM) eterogeneo e intelligente, utilizzando un’ampia gamma di tecnologie, come le superfici intelligenti riconfigurabili (RIS) o i ripetitori.
Applicazioni 6G
Un cambiamento significativo del 6G rispetto alle generazioni di comunicazione precedenti è l’inclusione di reti non terrestri, un elemento chiave dello sviluppo del 6G che consente alle architetture di rete 2D convenzionali di funzionare nello spazio 3D. Le piattaforme a bassa quota (LAP), le piattaforme ad alta quota (HAP), i veicoli aerei senza pilota (UAV) e i satelliti sono esempi di reti non terrestri (NTN). La Cina ha inviato il primo satellite 6G al mondo nel novembre 2020. Quest’anno Huawei ha testato le reti NTN 6G utilizzando satelliti LEO (Low Earth Orbit). Sempre più attività in questo settore dimostrano che le reti NTN saranno sicuramente un trend di sviluppo fondamentale.
Oltre alle comunicazioni, si prevede che il 6G possa entrare nel mondo del rilevamento, dell’imaging, della cognizione wireless e del posizionamento preciso. L’anno scorso Apple ha brevettato la sua tecnologia di sensori THz per il rilevamento dei gas e l’imaging negli iDevice. Huawei ha anche testato diversi prototipi di Integrated Sensing and Communication (ISAC). Sono in corso molti altri studi e prove per sfruttare appieno il potenziale delle bande di frequenza 6G THz.
