Cos'è il 4G (rete cellulare di quarta generazione)?
4G è la quarta generazione di reti cellulari. Rilasciate per la prima volta al pubblico nel 2009, le reti 4G offrivano velocità di trasmissione dati significativamente più veloci, latenza inferiore e un uso più efficiente dello spettro delle radiofrequenze. Oggi, oltre il 50 percento di tutte le connessioni mobili avviene su reti 4G.
Due rami principali della tecnologia sono stati commercializzati come 4G: LTE (Long Term Evolution) e WiMax. Molte applicazioni Internet of Things si basano su 4G LTE o su "categorie" specializzate di esso: LTE-M (Long Term Evolution for Machines) e LTE-Cat 1 (categoria uno).
Quando è uscito il 4G?
Tecnicamente, le prime reti 4G commercializzate sono uscite nel 1998, ma non sono diventate ampiamente disponibili al pubblico fino al 2009. Tuttavia, c'è un certo dibattito sul fatto che le prime forme di queste tecnologie fossero tecnicamente 4G. I vettori hanno utilizzato l'etichetta, ma la loro tecnologia non ha soddisfatto gli standard per il 4G definiti dall'International Telecommunications Union (ITU). Le loro velocità di punta erano troppo lente.
Le reti 4G si basano su uno standard ITU denominato International Mobile Telecommunications-Advanced (IMT-Advanced), che specifica velocità di download di picco fino a 100 Mbps in un veicolo in rapido movimento e fino a 1 Gbps quando l'utente è in movimento o fermo, e velocità di caricamento di picco fino a 50 Mbps, molte volte superiori alle velocità 3G. Le prime versioni di WiMax e LTE erano significativamente più lente, ma Mobile Network Operators (MNO) sostiene che queste reti rappresentassero una nuova generazione di tecnologia cellulare perché:
- Non erano retrocompatibili
- Era necessario implementare una tecnologia in grado di soddisfare le specifiche IMT-Advanced
- Erano significativamente più veloci del 3G
Nel 2010, l'ITU ha formalmente accettato questi argomenti e ha riconosciuto che LTE e WiMax potevano essere considerati 4G.
Cosa c'è di diverso nel 4G?
Le reti 4G sono state progettate per ospitare un volume molto più ampio di dispositivi cellulari e attività Internet più pesanti come lo streaming di video ad alta definizione. Di conseguenza, avevano bisogno di implementare tecnologie di telecomunicazione che non erano state utilizzate nelle generazioni precedenti.
Ecco un paio di modi in cui il 4G fa un uso più efficiente dello spettro RF e facilita velocità di trasmissione dati più elevate.
Ingresso multiplo, uscita multipla (MiMo)
Le trasmissioni radio incontrano tutti i tipi di interferenze ambientali provenienti da edifici, caratteristiche geografiche e persino dall'atmosfera. Ciò fa sì che il segnale prenda più percorsi dall'antenna al ricevitore e distorce la trasmissione. Questo fenomeno è noto come "multipathing" e per più di 100 anni è stato visto come una debolezza intrinseca nella trasmissione radio. Ma MiMo lo sfrutta .
Multiple Input, Multiple Output (MiMo) è un'architettura di trasmissione che utilizza più antenne e ricevitori per creare diversi percorsi per una singola trasmissione. Il ricevitore può differenziare i segnali e ridurre la distorsione causata dal multipathing, aumentando notevolmente l'efficienza della rete.
Accesso multiplo a divisione di frequenza ortogonale (OFDMA)
OFDMA consente a più dispositivi di trasmettere contemporaneamente attraverso lo stesso canale. Divide le trasmissioni in parti e assegna frequenze diverse a utenti diversi, quindi è meno probabile che le trasmissioni simultanee interferiscano tra loro.
4G e Internet Of Things
Il 4G LTE non è stato progettato pensando ai dispositivi IoT. È stato creato per soddisfare i modi in cui i consumatori utilizzano gli smartphone e soddisfare la domanda di maggiori velocità di trasmissione dati e un servizio più resiliente.
La trasmissione più veloce dei dati non è il fattore più importante per la maggior parte dei produttori di IoT. Se stai creando un'applicazione IoT, probabilmente sei più preoccupato per la copertura, i costi, il consumo energetico e la redditività a lungo termine. Vuoi che il tuo dispositivo:
- Connettiti ovunque ti trovi
- Durare il più possibile
- Mantieni bassi i costi
Con questo in mente, 4G LTE non è l'ideale per la maggior parte dei casi d'uso. Le sue velocità di trasmissione dati esponenzialmente maggiori comportano il 50 percento in più di consumo energetico. E se stai implementando a livello globale, potresti aver bisogno di più modem, perché LTE utilizza 27 diverse bande di frequenza e il tuo dispositivo può accedere solo alle bande supportate dal tuo modem.
Tuttavia, ci sono alcune applicazioni in cui ha senso dipendere dall'elevata velocità di trasmissione dei dati, dalla bassa latenza e dalla mobilità del 4G, come l'intrattenimento in auto o i sistemi diagnostici o le applicazioni che coinvolgono la trasmissione video, come le telecamere di sicurezza.
In generale, più una rete è complessa, più energia utilizza e più costa operare.
Ma questa tecnologia ha anche aperto la porta ad alcune reti cellulari più specializzate che sono progettati per l'Internet delle cose.
LTE-M
Long-Term Evolution for Machines (LTE-M), noto anche come Long-Term Evolution Machine-Type Communication, è un tipo di Low Power Wide Area Network (LPWAN) che unisce velocità di trasmissione dati elevate con funzionalità di risparmio energetico e componenti convenienti.
Uno dei maggiori vantaggi della connettività LTE-M è che i moduli LTE-M costano circa un terzo dei moduli LTE, ma consentono comunque ai dispositivi IoT di utilizzare l'infrastruttura 4G LTE. Consente inoltre ai dispositivi di utilizzare la modalità di risparmio energetico (PSM) e la ricezione discontinua (DRX) per ridurre il consumo energetico in modalità inattiva.
Rispetto al fratello, Narrowband IoT (Nb-IoT) , LTE-M utilizza meno energia durante la trasmissione di volumi più grandi (velocità dati più elevate significano che richiede meno tempo per la trasmissione) e implementazioni globali più semplici. Pochissime reti Nb-IoT supportano il roaming dalla rete di un operatore all'altra, quindi le distribuzioni in nuovi paesi di solito richiedono nuovi contratti e nuovi moduli di identità degli abbonati (SIM).
L'utilizzo della connettività LTE-M garantisce un'eccellente copertura globale ora e nei prossimi anni. Gli operatori stanno ancora espandendo le loro reti 4G e si stima che entro il 2025 i due terzi di tutte le connessioni mobili saranno 4G .
Il 4G è adatto alla tua applicazione IoT?
Il 4G è la tecnologia cellulare più utilizzata. Ma questo non significa che sia l'ideale per la tua applicazione. Se ha senso per il tuo caso d'uso, ti connetteremo alle reti 4G ovunque tu debba implementare. Se c'è una scelta migliore per i tuoi dispositivi, come LTE-M, ti spiegheremo le tue opzioni e ti faremo configurare.
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