Se devo trarre una morale da un convegno cui ho partecipato la settimana scorsa a San Jose nella Silicon Valley sul futuro delle reti di telecomunicazioni fra 20 anni, nel 2035, essa è che bisogna guardare al futuro cominciando a progettarlo sin da oggi. Per progettare il futuro, però, bisogna guardare con attenzione al passato. Non a caso il grafico che correda questo articolo ha una proiezione di quarant’anni: i vent’anni che ci precedono e i vent’anni che ci succederanno. La mia slide illustra l’evoluzione della capacità di banda offerta dai backbone ottici a lunga distanza così come da tutte le tecnologie di accesso, siano esse di tipo radio, su rame, o su fibra ottica. Se guardiamo agli ultimi vent’anni, vediamo che nel 1995 il GSM offriva 10kbit/s per canale. Se qualcuno mi avesse detto allora che dopo appena vent’anni, nel 2015, avremmo raggiunto i 100Mbit/s per canale come avviene oggi con l’LTE, non ci avrei creduto.
Abbiamo assistito a una crescita strepitosa, oltre ogni previsione. Le WLAN hanno avuto un incremento dal Mbit/s del 1995 ai 700-800Mbit/s consentiti dall’ultima generazione di tali tecnologie. In sostanza, quasi un 1Gbit/s di incremento ottenuto in neanche un ventennio.
Il rame è passato dai 128kbit dell’ISDN del 1995 fino ai circa 100Mbit/s del VDSL-Vectoring. Esso si sta proiettando verso la tecnologia G.Fast che al 2020 promette capacità dell’ordine del Gbit/s, pur se su distanze molto piccole: non più di 50-100 metri. Molto interessanti sono gli sviluppi dell’accesso in fibra ottica grazie all’evoluzione delle tecnologie GPON. Siamo partiti da 2,5 Gbit/s ma oggi, in particolare in Giappone, Corea e altri Paesi dell’Asia-Pacifico, la tecnologia GPON consente capacità di 10Gbit/s.
Mi pare poi importante sottolineare che grazie alla tecnologia di multiplazione delle lunghezze d’onda, già oggi i backbone ottici presentano capacità dell’ordine dei 50-100 Tbit/s. Il passato e il presente li abbiamo ben chiari.
Alla domanda “Che succederà nei prossimi vent’anni?” l’unica risposta seria da dare è che nessuno è stato mai capace di prevedere i vent’anni futuri, tanto più se si sta parlando di evoluzione tecnologica. Ciò non significa che non si debba provare a cogliere le direzioni di marcia del futuro.
Nella slide a fianco ho presentato l’ipotesi più semplice: che l’andamento esponenziale di crescita nei vent’anni dal 1995 al 2015 si mantenga uniforme anche nei vent’anni a venire. È un’ipotesi semplice e drastica, ma mi sembra la migliore su cui ragionare.
Per quanto riguarda il rame, nel giro dei prossimi 5-7 anni si arriverà a sfruttarne il limite di capacità, ottenendo con la tecnologia G.Fast velocità dell’ordine del Gbit/s, però su distanze di 50-100 metri. E qui terminerà l’evoluzione della tecnologia del rame. Grandissima valenza ha invece la fibra ottica. La multiplazione di colore nelle fibre ottiche di accesso (WDM, wavelength division multiplexing) consentirà al WDM-PON prestazioni attorno ai 100Gbit/s già nei prossimi 5 anni. Attorno al 2025, con l’arrivo del NG-PON2 la capacità trasmissiva salirà attorno al Tbit/s. Si tenga presente che un Tbit/s può essere ottenuto con un menù fino a 100 colori, mentre ciascuno di essi consente velocità fino a 100Gbit/s, con le tecnologie attualmente impiegate nei backbone e che sono scalabili nelle tecnologie di accesso. La fibra ottica continuerà ad essere la grande portante del futuro, arrivando sino ad un ipotetico 100Tbit/s.
È importante, però, considerare che la fibra monomodale dei backbone ha un suo limite teorico: 560 Tbit/s (un Tbit/s significa 1.000Gbit/s!). Secondo i Bell Labs, questo limite sarà prevedibilmente raggiunto nel 2025. Dopodiché, la fibra monomodale non avrà più capacità di crescita: bisognerà ricorrere a tecnologie di tipo nuovo. La nuova tecnologia che sarà impiegata nell’ottica è la stessa oggi impiegata nella radio.
Con l’LTE oggi si riescono ad ottenere 100 Mbit/s con 20 MHz di spettro. Ciò è possibile grazie al MIMO, la multiplazione spaziale che consente di usare vari link in parallelo invece di un solo link tra sorgente e destinazione.
Nell’LTE abbiamo l’8×8 fino al 16×16; per la quinta generazione, l’LTE beyond, si parla di massive MIMO: 128, 256, 1024 canali spaziali! Lo stesso meccanismo si può utilizzare sulle fibre ottiche: ritornando alle fibre multimodali e multiplando nello spazio il limite dei 560Tbit/s per un numero di modi pari a 4, 8, 16, 32 e così via. Vediamo le conseguenze .
LTE oggi funziona a 100Mbit/s con 20MHz di spettro. L’Lte advanced ha circa 1 Gbit di capacità ed è paragonabile all’802.11 ac/ad, il WiFi di ultima generazione capace di 700-800Mbit/s usando però 100MHz di spettro, 4-5 volte di più di quanto chiede l’LTE per ottenere 100Mbit/s. Però per andare ai 10 Gbit/s di cui si parla per l’LTE beyond, lo spettro da impiegare è dell’ordine dei GHz.
Tuttavia le basse frequenze non sono adatte per dare un GHz. Bisogna andare su frequenze elevate: 10-20-40GHz. In conclusione, WLAN e radiomobile convergono verso l’idea rivoluzionaria delle celle di piccola dimensione, celle di 50-100 metri di copertura a elevatissima frequenza, in grado di dare capacità dell’ordine di 10Gbit/s fino ad arrivare ad un ipotetico Tbit/s.
Questo se supportate da una rete fatta di fibre ottiche e di un numero enorme di base station. Se in Italia abbiamo 24 milioni di abitazioni e 6 milioni di edifici, ci vorrà circa un milione di base station per servire questa enorme ramificazione di microcelle e femtocelle.
Ciò che il grafico qui pubblicato dice con grande chiarezza è che è arrivato il momento per il nostro Paese di lanciare un grande piano di cablaggio in fibra ottica così da consentire alla fibra di arrivare così vicina all’edificio da servire quel milione di base station concepite come access point di microcelle e femtocelle. Il futuro che ci attende è già alle porte.
I temi trattati in questo articolo sono argomenti di un’intervista video rilasciata dal prof. Dècina in occasione dell’evento di Between “Capri 2014 Cambiare x Cambiare” :
