La durata media del ciclo di sviluppo per una generazione di telefoni cellulari è di 10 anni.

Con le prime implementazioni della tecnologia 6G programmate per il 2030, nel 2025 siamo a circa metà del ciclo di sviluppo.

Sebbene ci vorranno ancora 2-3 anni prima che venga completato il primo standard 3GPP per il 6G, questo è il momento giusto per riflettere sulle ricerche attuali e sui trend economici che devono essere prese in considerazione per garantire il successo del 6G.

Trend commerciali

Nel contesto del 6G, tenere conto dell'attuale situazione economica aiuta a capire perché alcune tecnologie e applicazioni sono considerate più importanti di altre.

Negli ultimi anni abbiamo affrontato una pandemia globale, conflitti armati, interruzioni delle catene di approvvigionamento e una costante minaccia di recessione. La combinazione di incertezze economiche e la richiesta di ingenti investimenti nell'infrastruttura 5G ha generato un clima finanziario prudente per lo sviluppo del 6G.

Il mercato della telefonia mobile sta cambiando, passando da un modello di crescita a un modello focalizzato sulla profittabilità. Il numero di contratti di telefonia mobile da parte dei consumatori sta iniziando a livellarsi. Inoltre, i consumatori conservano più a lungo i loro dispositivi.

La combinazione di queste due forze di mercato sta spingendo l'industria ICT a riconsiderare nuovi modelli di business, per esempio, il concetto di sviluppare interfacce di programmazione delle applicazioni in grado di operare sopra la rete.

Contemporaneamente, si cerca di rendere le reti quanto più efficienti possibile per abbattere i costi operativi. Il 5G consuma meno energia per bit rispetto al 4G, tuttavia il numero di bit trasmessi oggi è esponenzialmente maggiore rispetto a 10 anni fa.

Nel 5G vengono usati tecniche per la riduzione della potenza, e il 6G ha l'opportunità di integrarle nativamente e di apportare ulteriori miglioramenti. Ciò consentirà di ridurre i costi operativi delle reti 6G a lungo termine, affrontando anche le sfide globali legate al Net Zero e alla sostenibilità.

La domanda di servizi di comunicazione wireless cresce, anche se il numero di smartphone venduti nei mercati più avanzati si sta stabilizzando

Nonostante il desiderio di investire in nuove infrastrutture da parte dei fornitori di telecomunicazioni sia diminuito, permane una chiara esigenza di arrivare alla tecnologia 6G. La domanda di servizi cellulari continua a crescere e tali esigenze non possono essere soddisfatte solo con la tecnologia esistente.

Le lezioni apprese dal 5G saranno utili anche per il 6G, ad esempio evitare di avere troppe opzioni di suddivisione dell’architettura di rete e saltare la modalità non-standalone, passando direttamente alla modalità standalone. Allo stesso tempo, l'IA (intelligenza artificiale) e il calcolo quantistico stanno maturando. Entrambe le tecnologie rappresentano una minaccia per la sicurezza della tecnologia cellulare attuale. L'IA costituisce un'opportunità straordinaria per l'innovazione, che si verifica una sola volta in una generazione.

Considerando tutto ciò, è probabile che il 6G rappresenti un'evoluzione tecnologica che sfrutterà i notevoli miglioramenti all'infrastruttura e allo stack dei protocolli, già iniziati con il 5G. Man mano che questa tecnologia di base matura, può fungere da base per rivoluzionare le applicazioni e i casi d'uso della tecnologia cellulare.

Trend tecnologici

Alla base del 6G si trova l'espansione dello spettro di frequenze. È necessario un nuovo spettro di frequenze per aumentare la capacità e le bande più promettenti per il 6G sono quelle comprese tra 7 e 24 GHz (o "FR3" o la banda medio-alta).

La banda compresa tra 7 e 15 GHz ha caratteristiche di propagazione vantaggiose ed è lo spettro che l'industria ICT sta promuovendo affinché venga riservato per la trasmissione cellulare con licenza. Esistono molti operatori storici in questo settore e occorre affrontare le questioni normative.

La condivisione dello spettro è una soluzione proposta per mitigare alcune di queste problematiche, ma storicamente la condivisione dello spettro non è stata la soluzione ideale. Grazie ai progressi dell'IA, che è particolarmente adatta per l'ottimizzazione di sistemi complessi come le reti wireless, nuove soluzioni per la condivisione dello spettro offrono grandi potenzialità per il 6G.

Potenziali applicazioni dell'intellgenza artificiale nelle future reti 6G

I miglioramenti delle tecnologie MIMO hanno rappresentato un punto chiave in ogni release del 3GPP, a partire dalla release 15, e questo trend continuerà. Il passaggio a bande leggermente più alte rende possibile l'evoluzione del MIMO massivo grazie a antenne di dimensioni ridotte. La possibilità di integrare più elementi d'antenna nei sistemi MIMO senza aumentarne drasticamente le dimensioni è un altro modo con cui si sta cercando di risolvere il problema dell'efficienza spettrale.

Si prevede che la tendenza a rendere le reti più disaggregate, aperte e definite dal software prosegua anche nel 6G. Pur avendo ottenuto risultati deludenti sinora, le soluzioni basate sull'architettura O-RAN sono tutt’altro che un fallimento.

Date le attuali tensioni geopolitiche, l'O-RAN rappresenta una priorità per la politica pubblica negli Stati Uniti. Questa pressione favorirà ulteriori investimenti e l'evoluzione delle architetture Open RAN. Un altro aspetto importante del passaggio all'O-RAN è che favorisce l'innovazione.

La possibilità di sviluppare app da eseguire nel controllori RIC (RAN Intelligent Controller) , ad esempio, offre un modo per contribuire allo sviluppo stack al di fuori del 3GPP, il che risulta utile per le piccole imprese e i ricercatori accademici che non dispongono delle risorse necessarie per partecipare alla definizione degli standard. 

Il 6G mira a risolvere molteplici applicazioni, ma due di esse hanno una notevole rilevanza nel settore: le reti non terrestri (NTN) e le nuove tecniche di comunicazione e percezione integrata (JCAS - Joint Communications And Sensing o ICAS - Integrated Sensing And Communications).

L'uso dei satelliti per offrire connettività rappresenta un'opzione promettente per realizzare una copertura globale su una scala che è stata a lungo auspicata, ma difficile da realizzare. Il prezzo per costruire e lanciare un satellite è diminuito significativamente negli ultimi 5 anni. Ma resta da vedere se il business case avrà successo nel lungo periodo.

Nel contesto del 3GPP, si sta lavorando per standardizzare le forme d'onda e le strategie di gestione della mobilità. Nuovi modelli di canale vengono creati, anche per tenere conto di un canale 3D in cui i segnali possono provenire dallo spazio.

I nuovi modelli di canale sono anche importanti per le applicazioni di rilevamento per tenere conto del backscatter e delle caratteristiche delle forme d'onda utilizzate per il sensing, come nel caso del radar. La capacità di ottenere informazioni sul mondo fisico attraverso il canale delle comunicazioni può risultare utile in applicazioni come la guida autonoma, la produzione e per attività come il riconoscimento dei gesti. Non è ancora chiaro come verrà utilizzato il JCAS, ma l'aggiunta di capacità di sensing alle reti wireless rappresenta un modo per aumentare il valore delle reti.

Alla base di tutti i progressi tecnologici del 6G c'è l'IA. Come già accennato, questa tecnologia è in grado di ottimizzare reti wireless complesse in modi che gli esseri umani non riescono a fare. Si stanno conducendo ricerche su come l'IA possa essere impiegata in vari ambiti, dall'ottimizzazione dell'efficienza energetica al riconoscimento delle forme d'onda, fino ai miglioramenti delle informazioni sullo stato del canale (CSI - Channel State Information).

Il 3GPP è attivamente impegnato per sviluppare un quadro che consenta l'integrazione dell'IA negli standard dei cellulari, ma rimangono molte sfide da superare.

Esistono alcune aree in cui l'IA è già impiegata, ma molti dei possibili utilizzi dell'IA richiedono ulteriori ricerche prima che siano disponibili. Prima che i modelli di AI possano essere implementati, è necessario che vengano addestrati. L'accesso ai dati di addestramento per le applicazioni dei cellulari è limitato. I provider di telecomunicazioni dispongono dei dati, ma per molte ragioni, tra cui la privacy dei clienti, i dati non verranno condivisi (o potrebbero esserlo a un costo elevato).

Permangono dubbi sulla quantità dei dati di addestramento necessari e con quale frequenza i modelli debbano essere riaddestrati, e i ricercatori stanno lavorando attivamente per comprendere questo aspetto. Una volta completato l'addestramento, i modelli di IA dovranno essere consolidati e verificati al fine di garantire un funzionamento affidabile, predittivo e migliore, prima che sostituiscano i metodi tradizionali. Verificare i modelli di IA all'interno delle reti full stack in tempo reale è un passaggio fondamentale, ma complesso, per valutare questo tipo di prestazioni. Si stanno svolgendo test limitati, ma ne servono molti altri.

Il 3GPP è attivamente impegnato per sviluppare un quadro che consenta l'integrazione dell'IA negli standard dei cellulari, ma rimangono molte sfide da superareL'intelligenza artificiale è stata pubblicizzata come soluzione per migliorare l'efficienza energetica delle reti wireless. Tuttavia, l'IA attuale necessita di un elevato fabbisogno energetico e l'inserimento dei modelli IA in una rete wireless comporta il rischio di utilizzare più energia totale rispetto a non apportare alcun cambiamento.

L'IA sta maturando rapidamente, analogamente alla tecnologia delle GPU. È probabile che, in futuro, l'efficienza energetica legata all'uso dell'IA migliori. Fino a quel momento, il settore wireless deve comprendere meglio il compromesso energetico tra l'uso di metodi tradizionali e l'IA. Attualmente non esiste un metodo standard di settore per valutare questo aspetto.

Sono state proposte alcune idee e metodologie, ma è necessario approfondire ulteriormente il lavoro. È necessario che il settore wireless trovi un metodo per misurare e confrontare in modo preciso il consumo energetico delle reti tradizionali e di quelle potenziate dall'IA. La ricerca in questo campo è iniziata e si prevede che migliorerà nei prossimi uno o due anni.

Complessivamente, l'IA sta modificando profondamente il modo in cui viene utilizzata la potenza di calcolo, e il settore ICT sta cercando di sfruttare questa nuova potenza. La prima release del 3GPP che integrerà gli elementi di studio sul 6G inizierà a metà del 2025, fornendo maggiore chiarezza sula tecnologia che verrà adottata o esclusa per il lancio iniziale del 6G. La tempistica del 6G consentirà di capitalizzare la potenza dell'IA. Rappresenterà la generazione di cellulari più efficiente e sostenibile fino ad oggi. E, con un po' di fortuna, aprirà nuove strade per la connessione e l'interazione dell’umanità.

*Sarah LaSelva lavora come Responsabile Marketing Prodotto, RF e Wireless presso Emerson Test and Measurement