Precise positioning: l’approccio ibrido GPS – 5G promette una svolta

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Precise positioning: l’approccio ibrido GPS – 5G promette una svolta

Conoscere la posizione in modo sempre più preciso è un’esigenza diffusa. Presto diventerà una pretesa anche da parte del mondo consumer, ma le attuali tecnologie di precise point positioning sono “riservate” a pochi soggetti, almeno per ora. HYPER -5G nei prossimi due anni punta a renderle disponibili a tutti, unendo i pro e compensando i contro di GPS e 5G. Un obiettivo ambizioso, che i ricercatori del Politecnico di Milano perseguono supportati da vari partner tecnologici, ma ostacolati dai ritardi del 5G stesso. Ritardi che stanno trasformando il progetto di ricerca in un’avventura creativa e sempre più collaborativa. 

27 Set 2022

di Marta Abba'

Finora riservato ad alcuni settori “critici”, in mercati come l’automotive e le smart city, il precise positioning è diventato una urgente necessità. La loro crescita esponenziale richiede infatti questo upgrade di localizzazione, atteso anche dai tanti consumer abituati a usufruire di performance high level per ogni tipo di servizio offerto.

Malgrado i suoi ritardi e le sue pecche, oggi si può sfruttare il 5G per mettere i sistemi di posizionamento di precisione a disposizione di tutti. Una missione ambiziosa, ma che promette impatti importanti in svariati campi, in primis quello dei veicoli autonomi e connessi. Senza un Precise Positioning System (PPS), infatti, “per ora rimangono in box”.

Posizione ibridata e corretta, posizione precisa

Basato su una rete di satelliti in orbita attorno alla Terra, il GNSS permette di localizzare un dispositivo in qualsiasi parte del globo si trovi. È l’unica tecnologia esistente in grado di rispettare questa promessa, non garantendo però la massima precisione. Non senza quella preziosa correzione che il Precise Point Positioning (PPP) può fornire.

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Questo servizio ha infatti il compito di mitigare gli inevitabili errori del GNSS, e quindi del GPS, puntando sul gioco di squadra. Per raffinare la stima della posizione, infatti, predispone una rete di ricevitori connessi in grado di stimare parametri sia di sincronizzazione di clock dei satelliti, sia delle loro orbite, per individuare le correzioni da applicare agli output.

Per ora il PPP resta un “lusso” riservato alle aziende in grado di costruirsi la propria rete di sensori o di pagare un servizio ad hoc. Lo sarà ancora per poco, grazie a HYPER-5G. Questo progetto mira, infatti, a “democratizzarlo” e renderlo real time, combinando 5G e GPS, connettività e localizzazione, entrambe su scala globale.

Una sfida tecnologica che l’ESA ha finanziato con 500 mila euro nell’ambito del Navigation Innovation and Support Program (NAVISP). La squadra che l’ha lanciata è composta dal Politecnico di Milano, dal suo spin off GReD e dal system integrator AlgoWatt, supportati da Vodafone e dalla giapponese Magellan Systems Japan.

L’obiettivo in sé e il contesto “rallentato” dal 5G in cui i ricercatori si trovano a operare, fa sembrare insufficienti i 24 mesi concessi. Qualsiasi risultato raggiunto da questo innovativo approccio ibrido per il posizionamento basato su 5G e GNSS, risulterà comunque prezioso. Sarà infatti un primo passo verso una più ampia integrazione di diverse tecnologie emergenti per il PPS.

HYPER-5G, una doppia scommessa sul futuro del 5G

Per estendere il servizio PPP su scala mondiale, in real time, HYPER-5G combina le informazioni ottenute da GPS e 5G ottenendo un filtro di localizzazione ibrido. L’obiettivo finale, spiega Mattia Brambilla (RTDA presso il Politecnico di Milano), è “stimare precisamente la posizione di un dispositivo già in grado di individuare la sua distanza dai satelliti e dalle antenne 5G a cui è connesso”.

Mentre le simulazioni procedono a ritmo intenso, la parte pratica del progetto è una quotidiana sfida tecnologica. Per vincerla i ricercatori stanno sfoderando elasticità e creatività, ottimizzando tutte le risorse, gli strumenti e le informazioni attualmente a disposizione.

Sulla carta sembra tutto molto semplice. I sistemi necessari per fornire un posizionamento dall’ibridazione di informazioni GPS e 5G sono di uso comune. Satelliti che forniscono osservazioni GPS sia ai dispositivi degli utenti finali, sia all’infrastruttura di comunicazione 5G, incaricata di garantire la connessione wireless e le informazioni di posizionamento sui segnali 5G. “Sono hardware facilmente integrabili anche in uno stesso dispositivo. Entrambi inviano i propri dati ad un algoritmo che li combina fornendo come output una stima della posizione, ibrida, combinata e corretta. Miriamo a un livello di precisione sotto il metro per abilitare applicazioni per guida autonoma, droni e robot industriali o aeroportuali” aggiunge Brambilla.

Tra le righe di questo semplice iter, si celano ingombranti complessità. Tutte riguardanti la tecnologia 5G, la “zavorra” che detta i tempi del progetto. La prima doccia fredda per i ricercatori è stata il trovarsi a fare i conti con una precisione ben peggiore di quella dichiarata dallo standard. “Ciò crea un rilevante gap tra prestazioni ottenibili a livello simulativo e pratico. In attesa della versione 16 dello standard 5G, per la localizzazione dobbiamo sfruttare ciò che offre la rete. Riconvertiamo segnali già usati per altri scopi” spiega Brambilla.

Durante i lavori è emerso anche un problema di desincronizzazione tra singole stazioni radio, da stimare e correggere perché fortemente impattante sugli output di localizzazione. Un task aggiuntivo da inserire, che si unisce ad un ritardo con cui fare i conti. Quello dell’intero settore 5G, focalizzato quasi unicamente sulle telecomunicazioni. “Ad oggi, per gli hardware 5G la localizzazione non è il target primario, ne esistono pochi quindi in grado di fornire le informazioni necessarie per HYPER-5G. Ultimamente stiamo però assistendo a un’evoluzione in questa direzione. Il 2023 potrebbe riservarci delle piacevoli sorprese” racconta Brambilla.

Il progetto “scade” ufficialmente a febbraio 2024, fino all’ultimo il team è pronto ad aggiornarlo sull’onda delle nuove tecnologie in arrivo. E guarda anche al 6G che, in un ipotetico scenario di lungo termine, permetterebbe di ottenere performance sorprendenti. Sia in termini di precisione, sia soprattutto in termini di copertura. Grazie ad una maggiore densità di antenne 6G, potremmo contare su stime di localizzazione raffinate, in real time, in ogni angolo del mondo.

Doppia competizione nel futuro del PPP, tra aziende e tra operatori 5G

Anche se non immediata, questa prospettiva solletica le ambizioni di chi già oggi scalpita all’idea di veder sfrecciare su strada auto autonome e connesse. “Sono la prima applicazione del PPP anche per motivi di sicurezza. Acquisirebbero velocità e maggiore capacità di evitare ostacoli, beneficiando anche di una migliore gestione del traffico. Ciò vale soprattutto nelle zone urbane, dove il 5G riesce a migliorare fortemente le modeste performance del GPS” racconta Brambilla.

Sempre nel mondo della navigazione, HYPER-5G sarebbe accolto a braccia aperte anche da pedoni e ciclisti, servizi di mobilità o aeroportuali, costruttori di droni.

Il settore dell’agricoltura, già abituato a usare il GPS, potrebbe finalmente implementare a pieno i paradigmi delle smart farm. Anche l’edilizia, la logistica e il monitoraggio ambientale sfrutterebbero il PPP per migliorare le proprie performance. La domanda da parte del mercato, quindi, già in questa fase, non manca. La risposta che il team intende fornire è duplice, user-based e network-based.

Nel primo caso la fusione tra le misurazioni 5G e GPS effettuate dal dispositivo da localizzare e i dati provenienti dalle infrastrutture 5G e GNSS viene eseguita al suo interno. Il dispositivo utente riceve quindi varie informazioni e deve stimare la posizione con un algoritmo proprio. Allo stesso tempo le può utilizzare anche per altri scopi, per esempio integrandole ad altri dati per elaborare previsioni e valutazioni strategiche.

Nel secondo caso, il dispositivo utente non ha invece alcun controllo dell’algoritmo perché l’intero processo di posizionamento si svolge all’interno dell’infrastruttura 5G e GPS stessa. Il dispositivo da localizzare riceve quindi solo il suo posizionamento “finale”: stessa precisione ma con un effetto “black box”.

HYPER-5G vuole sviluppare tutte e due le soluzioni per confrontarne i benefici e le prestazioni finali. L’idea è di proporle entrambe al mercato, aprendo due nuovi spazi di competizione attorno al PPP, paralleli. Nello scenario user-based la sfida è tra aziende utenti, tra chi sviluppa il miglior algoritmo di ibridazione e sfrutta al meglio tutte le informazioni ricevute. In quello network-based, invece, i protagonisti diventano gli operatori 5G che conquistano l’opportunità di ampliare la propria offerta includendo servizi di localizzazione ad alta precisione

Marta Abba'

Giornalista

Laureata in Fisica e giornalista, per scrivere di tecnologia, ambiente e innovazione, applica il metodo scientifico. Dopo una gavetta realizzata spaziando tra cronaca politica e nera, si è appassionata alle startup realizzando uno speciale mensile per una agenzia di stampa. Da questa esperienza è passata a occuparsi di tematiche legate a innovazione, sostenibilità, nuove tecnologie e fintech con la stessa appassionata e genuina curiosità con cui, nei laboratori universitari, ha affrontato gli esperimenti scientifici.

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