Reti wireless pronte per il 5G grazie al full-duplex

Raddoppiare la capacità di trasmissione delle reti wireless è possibile e senza aggiungere una singola torre. I ricercatori della Rice University, che hanno messo a punto una nuova tecnologia "full-duplex" che consente ai dispositivi senza fili, come tablet e smartphone, di trasmettere e attendere dati usando la stessa frequenza. Fino a oggi questo era possibile solamente usando due frequenze distinte.

Questa tecnologia era al vaglio di numerosi atenei mondiali, come l'Università di Stanford (Reti Wi-Fi: prestazioni raddoppiate, ecco come). I ricercatori della Rice sembrerebbero però essere pronti a offrire questa soluzione al mercato globale.

Upload su Youtube e visite su Facebook a velocità mai viste prima

"La nostra soluzione richiede un minimo di hardware in più, sia per i dispositivi mobile che per le reti, ed è per questo che abbiamo attratto l'attenzione di quasi tutte le aziende che lavorano nel settore wireless al mondo", ha dichiarato Ashutosh Sabharwal, professore di ingegneria elettrica e informatica. "Il grande cambiamento sarà sviluppare nuovi standard wireless per il full-duplex. Mi aspetto che le persone inizieranno a vedere questa tecnologia in pochi anni, quando gli operatori aggiorneranno le reti alla 4.5G o alla 5G".

Nel 2010 Sabharwal e i suoi colleghi avevano dimostrato che è possibile il funzionamento in full-duplex. Questa estate sono riusciti anche a raggiungere un nuovo record prestazionale, grazie a una demo tecnologica in tempo reale che ha prodotto una qualità del segnale almeno 10 volte superiore rispetto ai risultati pubblicati in precedenza.

"Abbiamo mostrato che il nostro approccio potrebbe offrire un throughput superiore e una migliore affidabilità del collegamento rispetto a qualsiasi altra cosa dimostrata finora, il che è un vantaggio per gli operatori wireless", ha affermato Sabharwal. "Dal lato del dispositivo, abbiamo mostrato che possiamo inserire il full duplex come una modalità aggiuntiva sull'hardware esistente. Questo significa che i produttori di dispositivi non devono aggiungere nuovo hardware solo per supportare il full duplex".

Per spiegare il perché la trasmissione wireless full-duplex è stata ritenuta per molto tempo impossibile nel settore wireless, Sabharwal ha usato l'analogia di due persone che stanno in piedi, distanti fra loro, all'interno di un'arena vuota. Se i due individui gridano nello stesso momento, nessuno dei due può sentire quello che sta dicendo l'altro. La soluzione  è avere solamente una persona che parla alla volta e questo è ciò che succede oggi, con i telefoni che usano due differenti frequenze per inviare e ascoltare.

Il team della Rice University ha superato lo scoglio full-duplex usando un'antenna in più e alcuni trucchetti. Riprendendo l'analogia delle persone che gridano, il risultato è che chi grida non può sentire se stesso e perciò sente solamente l'unico altro suono nell'arena, ovvero la persona che sta gridando da lontano. "Inviamo due segnali che si annullano l'un l'altro all'antenna ricevente – le orecchie del dispositivo. L'effetto di cancellazione è puramente locale, quindi l'altro nodo può continuare a sentire ciò che stiamo inviando".

L'idea della cancellazione è relativamente semplice, in teoria, ed era stata proposto qualche tempo fa. Ma nessuno aveva pensato un modo per implementare l'idea a basso costo e senza richiedere nuovo e complessi apparati radio."Abbiamo riproposto la tecnologia denominata MIMO, comune nei dispositivi odierni", ha dichiarato Sabharwal. "MIMO sta per multiple-input multiple-output e usa più antenne per migliorare le prestazioni generali. Abbiamo approfittato delle diverse antenne per il nostro schema full-duplex, ed è il motivo principale per cui tutti gli operatori wireless ritengono adeguata la nostra tecnologia ".

La Rice University ha in programma di far confluire queste soluzione nella "wireless open-access research platform" o WARP. WARP è un insieme di processori programmabili, trasmettitori e altri gadget che rendono possibile ai ricercatori testare nuove idee senza la necessità di costruire nuovo hardware per ogni test. Sabharwal ha affermato che aggiungere il full-duplex a WARP permetterà ai ricercatori d'iniziare a innovare grazie alla scoperta della Rice.

Il team di Sabharwal ha realizzato anche una trasmissione full-duplex asincrona - in cui un nodo wireless può iniziare a ricevere mentre è nel bel mezzo di una trasmissione. La trasmissione asincrona è importante per gli operatori che desiderano massimizzare il traffico sulle loro reti, e il team della Rice è il primo a dimostrare la tecnologia.

"Abbiamo anche sviluppato una teoria preliminare che spiega perché il nostro sistema funziona in questo modo", ha dichiarato Sabharwal. "Questo è importante anche per gli operatori e i produttori di dispositivi, in quanto gli ingegneri non sono incentivati a realizzare qualcosa del genere senza che ne comprendano chiaramente i compromessi fondamentali".