De la salutul ”Aloha” din Hawai la sistemul de comunicații 5G.

De la salutul ”Aloha” din Hawai la sistemul de comunicații 5G.

O scurtă istorie WLAN – 80 de ani  de radiocomunicații digitale.

Explozia fulminantă a radiocomunicațiilor digitale a făcut din planeta ”Terra” un ”sat” mondial. Este extrem de ușor să stai de vorbă ”face to face” cu un prieten din Noua Zeelandă cu telefonul mobil și ”WathsApp”. De curând am avut ocazia să mă văd / aud cu prietenul Nicu YO4XZ care era în vizită la unul din fii lui în Noua Zeelandă. La fel de ușor a devenit să-ți comanzi centrala termică din cabana de la munte cu un SMS. În continuare o scurtă prezentare , fără pretenții de amănunte cronologice sau tehnice pentru radioamatorii YO, pentru a vedea de unde au plecat și unde au ajuns performanțele în comunicațiile digitale comerciale. Fără nici o discriminare, trebuie să menționăm, că această ”revoluție” s-a manifestat și la nivelul radiocomunicațiilor specifice serviciului de amator. Modurile de lucru s-au diversificat și au devenit din ce în ce mai performante. Sistemele noi de modulație, aparatura radio de ultimă generație și informatica (calculatoare și programe) au contribuit la această spectaculoasă evoluție. De curând am văzut defilând pe ”cascada” modernului mod de lucru FT8 precum și a altor sisteme de comunicații digitale (suita PSK, suita WSJT-x, ș.a.) nenumărate stații din toate districtele YO. Comunitatea noastră a primit cu plăcere și competență integrarea în noile tehnologii.

  1. Să parcurgem într-o scurtă recapitulare acest drum!

Am revăzut de curând o semnalare din revista Chip 4/2015 pag.76 pe care am încercat să o pun în antiteză cu noua ”revoluție” care se prefigurează în radiocomunicațiile sistemului 5G.

Sus, în fotografia de brevet, se vede ideea saltului de frecvență propus ca metodă de protecție contra interceptărilor. Pe acest prim concept s-a dezvoltat prima rețea radio cu salt de frecvență.

  1. WLAN ALOHA.

În limba Hawaiană ”aloha”semnifică un salut de afecțiune, de iubire. A fost adoptat ca acronim pentru o rețea radio. Despre acest sistem de comunicație radio vom discuta pe scurt în continuare. ALOHAnet, cunoscut și sub denumirea de ALOHA System sau pur și simplu ALOHA, a fost un sistem de rețele de calculatoare de pionierat dezvoltat la Universitatea din Hawai. ALOHAnet a intrat în funcțiune în iunie 1971, oferind prima demonstrație publică a unei rețele wireless de pachete de date. ALOHA a fost inițial creată cu numele Additive Links on-line Hawai Area. Pentru prima dată ALOHAnet a folosit o nouă metodă de acces mediu (acces aleatoriu ALOHA). Pentru funcționarea sa a fost folosită o frecvență experimentală în benzile de UHF deoarece atribuțiile de frecvență pentru comunicațiile către și de pe un computer nu erau disponibile pentru aplicații comerciale în anii 1970. Dar chiar înainte ca astfel de frecvențe să fie atribuite, existau alte două mijloace media disponibile pentru aplicarea unui canal de tip ALOHA – cabluri coaxiale și canalele pentru sateliți. În anii ’70, accesul aleator ALOHA a fost folosit în rețeaua de cablu Ethernet pe cabluri coaxiale și apoi în rețeaua de satelit Marisat (acum Inmarsat).

La începutul anilor 1980, frecvențele pentru rețelele mobile au devenit disponibile, iar în 1985 au fost alocate frecvențe adecvate pentru ceea ce a devenit cunoscut sub numele de Wi-Fi. Aceste evoluții de reglementare au făcut posibilă utilizarea tehnicilor de acces aleatoriu ALOHA atât în rețelele Wi-Fi, cât și în rețelele de telefonie mobilă.

Canalele ALOHA au fost utilizate într-un mod limitat în anii 1980 în telefoanele mobile 1G pentru scopuri de semnalizare și control. La sfârșitul anilor 1980, grupul european de standardizare GSM care a lucrat la sistemul GSM de comunicații mobile pan-europene a extins foarte mult utilizarea canalelor ALOHA pentru accesul la canalele radio din telefonia mobilă. În plus, mesajele text SMS a fost implementată în telefoanele mobile 2G. La începutul anilor 2000, canalele ALOHA suplimentare au fost adăugate la telefoanele mobile 2.5G, 3G și 4G cu introducerea pe scară largă a GPRS, folosind un canal de acces aleatoriu ALOHA, combinat cu o versiune a sistemului de rezervare ALOHA.

  1. Ce este 5G și ce ne promite viitorul 5G?

În contrast față de generațiile anterioare, 5G este mai mult decât un alt set de tehnologii, motiv pentru care va necesita un upgrade masiv al echipamentelor, oferind acces nelimitat la informație și abilitatea de a distribui date oriunde, oricând, de către oricine și despre orice spre beneficiul oamenilor, al afacerilor și al societății. Printr-o abilitate fără precedent de a împărtăși informația, oamenii și industriile colaborează mai mult, creând soluții care combină domenii diferite de expertiză, răsturnând în acest fel modele tradiționale de business. Această transformare trans-industrială a creat nevoia de a dezvolta conectivitatea wireless pentru a cincea generație de tehnologie mobilă. Comparativ cu generațiile precedente de tehnologie dedicate comunicării wireless, inclusiv 4G, rațiunea pentru dezvoltarea 5G este aceea de a extinde capacitatea de bandă largă a rețelelor mobile și de a oferi capacități specifice nu doar pentru consumatori, ci și pentru diferite industrii și pentru societate în genere, dezlănțuind astfel potențialul Internetului Lucrurilor (Internet of Things – IoT).

  1. Principalele așteptări pentru 5G.

Pentru a face posibilă conectivitatea pentru o plajă foarte largă de aplicații cu noi caracteristici și cerințe variate, capacitățile accesului la wireless 5G trebuie să se extindă mult dincolo de capacitățile generațiilor precedente de comunicații mobile.

  1. Cerințele generale ale 5G sunt:
  • De 10 până la 100 de ori mai mare rata utilizării datelor, obținând 1Gbit/s până la 20Gbit/s pentru clustere urbane dense.
  • Un volum de date mobile pe arie de 1.000 de ori mai mare / atingând valori de densitate de trafic ≥ 10 Tb/s/km2;
  • Un număr de 1.000 de ori mai mare de aparate conectate, atingându-se o densitate de ≥ 1M terminale / km2;
  • 10 ani de viață a bateriilor pentru dispozitivele mari M2M (senzori, actuatori, contoare inteligente etc.);
  • Ultra-low cost pentru aparatele M2M (machine to machine);
  • Acoperire crescută pentru dispozitivele M2M (machine to machine);
  • Răspuns ultra-rapid, atingând o latență de 1 ms pentru (e.g.) comunicații de tipul Vehicul către Vehiculși de 5 ms pentru (e.g.) Internetul tactil;
  • Fiabilitate ultra-crescută în obținerea unor pierderi de pachete de 1 din 100 de milioane transmise;
  • Securitate foarte puternică (e.g. Sistemul asigurărilor de sănătate/ guvern / încredere financiară);
  1. Componentele tehnologice cheie adiționale pentru soluția accesului la radio 5G includ:
  • Tehnologii avansate multi antenă, de tip ”massive MIMO” și ”3D beam forming”;
  • Transmisii ultra-lean pentru a reduce interferențele cauzate de resursele de semnal comune și pentru a maximiza eficiența resurselor;
  • Duplex flexibil în anumite desfășurări de rețele locale izolate (Dynamic FDD și/sau TDD);
  • Acces/backhaul integration, în care accesul fix sau wireless împărtășesc aceeași tehnologie și același spectru global;
  • RAN Virtualization care îmbunătățește eficiența de rețea și performanța făcând posibil ca Funcțiile Rețelei Virtuale (VNF) să fie centralizate pe o platformă comună care suportă atât 4G cât și 5G;
  • Conectivitate inteligentă în care ariile de acoperire 5G și 4G se suprapun, permițând rețelei să se ancoreze solid și să direcționeze inteligent datele pe baza cerințelor aplicației și a valabilității resurselor de rețea, sporind transferul de date combinat al resurselor 4G și 5G;
  • Reducerea latenței (a întârzierilor de transmisie) pentru scurtarea procedurilor de acces și modificarea structurii cadru pentru a permite accesul instantaneu în rețea și transmisii mai frecvente.
  • O componentă cheie a accesului radio 5G este o interfață aeriană inovatoare numită Noul Radio (NR), care a fost proiectată în primul rând pentru noul spectru de benzi. În industrie și în mediul academic se știe că succesul 5G va depinde mai ales de o diversitate de frecvențe active de spectru care acoperă benzi de frecvențe joase, medii și înalte. Multe administrații par să echivaleze 5G cu benzi de peste 24GHz. Acesta este cazul viziunii WRC-15 pentru IMT-2020, și pentru FCC care a exprimat o intenție de a elibera benzile de 28GHz și de 39GHz. Se așteaptă ca, în orizontul apropiat, NR să emigreze către benzi sub 6GHz, ocupând eventual benzi mobile existente de sub 3GHz.

O excelentă prezentare a filozofiei, tehnologiilor și performanțelor 5G este expusă în:

https://media.telekom.ro/images/docs/Legal_docs/Mobile/Press_backgrounder_ro.pdf

Câteva detalii despre Aloha se pot găsi la:

https://en.wikipedia.org/wiki/ALOHAnet

Adio fire! Totul va fi de acum radio: ”mobil și interconectat”

Credeați s-au vă imaginați așa ceva în anii de glorie ai radioamatorismului analogic? Cum puteau radioamatorii să nu țină cont de această evoluție? În consecință și-au construit și ei propriile sisteme și aplicații de comunicații digitale!

Nou! Nou! Nou!

Radioamatorii americani și-au adus și ei aminte de această invenție care a restructurat peste ani din temelii radiocomunicațiile digitale și a publicat o scurtă notiță în QST din februarie 2018 pag.45 despre actrița de film Hedy Lamarr autoarea acestei propuneri. Vedeți în continuare acestă notă.

Aloha și 5G  un .pdf pentru o eventuală descărcare.

Generațiile vin, generațiile trec și până la urmă totul ajunge istorie.

Comentariile sunt închise.