Che cos’è il 6G?

Il 6G è la nuova generazione di sistemi di comunicazione wireless mobili, destinata a fornire una connettività wireless più inclusiva e sostenibile. La ricerca e lo sviluppo del 6G puntano a migliorare notevolmente le prestazioni dei sistemi di comunicazione 5G attuali; le reti 6G funzionano infatti più velocemente, gestiscono larghezze di banda maggiori e funzionano con latenze inferiori.

Di conseguenza, i sistemi 6G possono abilitare nuove applicazioni come la realtà virtuale e la realtà aumentata (VR/AR), l’intelligenza artificiale (IA), le auto, l’industria e l’automazione connesse, la copertura ubiqua attraverso reti non terrestri (NTN), la comunicazione e il rilevamento congiunti e le comunicazioni wireless a bassa potenza.

Quando passerai al 6G, potrai accelerare la progettazione di sistemi 6G con MATLAB^® e i suoi strumenti di comunicazione wireless.

• Sfrutta gli algoritmi aperti, modificabili e personalizzabili in MATLAB come punto di partenza per la progettazione 6G.
• Testa continuamente i progetti con le semplici funzionalità di generazione di forme d’onda personalizzate, connettività hardware e modellazione IA in MATLAB.
• Ottimizza contemporaneamente i componenti digitali, RF e di array di antenne dei sistemi 6G, per poter esplorare lo spazio di progettazione multidimensionale più efficacemente.

Timeline del 6G

Ogni generazione di standard di comunicazione wireless dura circa 10 anni prima di passare alla generazione successiva. Lo standard 5G fu pubblicato per la prima volta nel 2018 come parte della 3GPP Release 15 e sta crescendo in modo incrementale. Ad esempio, il prossimo standard 5G che sarà pubblicato nel 2024 (Release 18) sarà conosciuto come 5G Advanced. Nel frattempo sono in corso le ricerche per lo sviluppo dei sistemi 6G di prossima generazione. La maggior parte degli osservatori stima che l’organismo per gli standard ITU (International Telecommunication Union) pubblicherà il documento IMT-2030, che stabilirà la visione e i requisiti per il 6G, intorno al 2026. Nell’ambito del Third Generation Partnership Project (3GPP) verranno sviluppate poi le specifiche dello standard 6G, per soddisfare quei requisiti, tra il 2028 e il 2030.

Applicazioni 6G

Anche se i requisiti per i sistemi 6G non sono ancora stati definiti, molti esperti credono che le reti 6G si baseranno sul successo dei sistemi 5G e 5G-Advanced e che renderanno possibili le seguenti nuove applicazioni:

• Realtà estesa multisensoriale e aptica, in grado di supportare vari dispositivi, una più alta velocità di trasmissione dati e una latenza molto inferiore
• Streaming multimediale volumetrico e telepresenza, che consentono il contenuto volumetrico, set di dati 3D e presenza olografica
• Industria e automazione connesse, che supportano l’IoT industriale e la connettività Massive Machine Type Communication (mMTC) in settori come l’agricoltura meccanizzata e la telemedicina
• Veicoli autonomi e sistemi a sciame, che migliorano le comunicazioni V2X, le auto, i droni e i robot connessi
• Copertura estrema e connettività universale, per colmare il “divario digitale” e consentire alle persone in aree isolate, rurali e poco servite di connettersi utilizzando reti non terrestri (NTN) con comunicazioni satellitari 
• Bassissima potenza ed energia zero, per raccogliere energia direttamente da onde radio e ridurre notevolmente il consumo di energia in sistemi wireless

Principali tecnologie abilitanti per il 6G

Anche se le specifiche esatte dei sistemi 6G non sono ancora state definite, gli esperti credono che le seguenti tecnologie abilitanti siano responsabili dell’introduzione di nuove applicazioni e funzionalità:

• Nuove frequenze, compresa la comunicazione sub-THz
• Intelligenza artificiale e Machine Learning
• Superfici intelligenti riconfigurabili (RIS)
• Comunicazione e rilevamento congiunti
• Nuove forme d’onda digitali

Nuove frequenze, compresa la comunicazione sub-THz

L’utilizzo di nuove frequenze in gamma (da 7 a 24 GHz) e nella gamma sub-THz (oltre 100 GHz) farà molto probabilmente parte dei sistemi di comunicazione 6G. Ciò consentirà a sua volta di adottare nuove metodologie di gestione dello spettro e di favorire un aumento delle prestazioni in termini di rate e velocità dei dati, aumentando la capacità della rete 6G e la larghezza di banda di trasmissione e riducendo al contempo le interferenze di rete.

Comunicazione e rilevamento congiunti

Il 6G sfrutterà l’integrazione delle funzioni di localizzazione e rilevamento di una rete wireless con le sue funzioni di comunicazione. Questo migliorerà particolarmente le prestazioni in scenari di comunicazione indoor acquisendo e inviando alla rete informazioni migliori sullo spazio interno, la portata, le barriere e il posizionamento. Inoltre, con l’introduzione di nuove frequenze nello spettro sub-THz, i sistemi 6G possono aprire la strada a un rilevamento molto accurato sfruttando tecnologie simili ai radar.

Intelligenza artificiale e Machine Learning

Le tecniche di intelligenza artificiale e di Machine Learning sono già previste dai sistemi 5G-Advanced. È probabile che questo trend continui con le reti 6G che utilizzano metodologie basate sull’IA e sui dati, per eseguire operazioni quali configurazione, ottimizzazione e organizzazione autonoma al meglio. Lo standard di comunicazione wireless 6G supporterà interfacce aeree basate sull’IA per migliorare funzioni quali la compressione e la codifica congiunte, il beamforming, la compressione delle informazioni sullo stato dei canali (CSI) e il posizionamento.

Superfici intelligenti riconfigurabili

La ricerca del 6G potrebbe anche attingere al potenziale delle superfici intelligenti riconfigurabili (RIS), che ci consentono di controllare la propagazione dei segnali tra un trasmettitore e un ricevitore in modo dinamico e programmatico. La tecnologia ci permette di riflettere e deviare attivamente i segnali in arrivo dalle superfici cambiando le proprietà elettriche e magnetiche del loro materiale.

Modellazione e simulazione del 6G con MATLAB

Con MATLAB, 5G Toolbox™ e altri strumenti di comunicazione wireless basati su MATLAB, è possibile modellare e simulare subito sistemi di comunicazione wireless 6G e valutare l’impatto delle loro tecnologie abilitanti.

• Crea e ottimizza la proprietà intellettuale (IP) per il 6G con le funzioni aperte di MATLAB e paragona le innovazioni ai benchmark esistenti.
• Esplora la generazione di forme d’onda 6G al di là dei parametri consentiti nell’attuale standard 5G (con nuove gamme di frequenza, larghezze di banda, numerologie).
  
• Scala le simulazioni per massive MIMO, larghezze di banda più grandi e frequenze di campionamento più elevate. Gestisci simulazioni grandi e che richiedono molto tempo distribuendole su più core, cluster o sul Cloud e sfruttando le GPU.
• Esegui una modellazione di componenti RF più rapida e accurata per nuove frequenze mmWave e sub-THz.
• Simula la perdita di propagazione e i modelli canale in gamme di frequenza mmWave e sub-THz.
• Modella reti non terrestri (NTN) eseguendo simulazioni end-to-end a livello di link, la modellazione di scenari, la propagazione e la visualizzazione dell’orbita.
• Esplora il rilevamento RF e rileva la presenza di eventi o persone in una scena analizzando le forme d’onda RF.
• Esamina l’effetto delle superfici intelligenti riconfigurabili (RIS) sulle prestazioni del sistema nel complesso.
• Applica tecniche di intelligenza artificiale (IA), tra cui il Machine Learning, il Deep Learning e i workflow del Reinforcement Learning per risolvere problemi di comunicazione wireless 6G.