Progetto MTCOM: la scienza dietro il 5G privato marittimo

Cosa succede quando un segnale 5G lascia la città e si spinge in mare aperto?

Implementare reti 5G private in mare presenta sfide di propagazione ben diverse da quelle degli ambienti urbani, principalmente per via delle riflessioni sulla superficie e del comportamento del segnale sull'acqua aperta. I segnali viaggiano sopra l'acqua, si riflettono sulla superficie e interagiscono con l'ambiente in modi che possono complicare i sistemi di comunicazione.

Sono esattamente le domande esplorate da MTCOM, un progetto dedicato allo sviluppo di un sistema di controllo costiero per il porto di La Spezia. L'obiettivo è consentire il monitoraggio e la gestione affidabili di droni marittimi autonomi (USV – Unmanned Surface Vehicles) tramite una rete 5G privata operante in un ambiente complesso.

Il progetto è coordinato da SMA-RTY, insieme a diversi partner: Infocom, EdgeLab, Sitep e l'Università di Genova, ciascuno con competenze che spaziano dall'infrastruttura di rete alla ricerca scientifica e alla validazione sperimentale.

Per capire meglio il lavoro dietro il progetto, abbiamo parlato con i suoi protagonisti per conoscere più da vicino le loro attività e il ruolo che hanno avuto in MTCOM.

Abbiamo iniziato con il Prof. Mirco Raffetto, ricercatore dell'Università di Genova, il cui gruppo ha studiato come si comportano le onde elettromagnetiche sopra il mare, un elemento chiave per rendere possibile la connettività 5G marittima.

Può raccontarci qualcosa in più sul suo gruppo di ricerca e sul lavoro che svolgete all'Università di Genova?

All'Università di Genova i ricercatori lavorano solitamente in gruppi specializzati che si concentrano su temi specifici.

Nel mio caso, mi occupo di campi elettromagnetici, studiando come si comportano le onde elettromagnetiche, sia nella didattica sia nella ricerca. Il mio gruppo è attualmente composto da tre ricercatori che lavorano su questo tema. All'interno del progetto MTCOM, tuttavia, abbiamo collaborato anche con due colleghi del gruppo di telecomunicazioni: Raffaele Bolla e Roberto Bruschi.

La loro competenza riguarda i sistemi di telecomunicazione, mentre il mio lavoro si concentra sul livello fisico, ovvero il comportamento delle onde elettromagnetiche che rendono possibili le comunicazioni radio.

Cosa vi ha spinto a unirvi a MTCOM dopo il contatto di SMA-RTY?

Ci sono state due ragioni principali.

Primo, l'ambiente marittimo è strategicamente importante per l'Università di Genova e per il territorio. Qualsiasi attività di ricerca legata al mare è quindi particolarmente rilevante per noi.

Secondo, il progetto stesso era perfettamente allineato con i nostri interessi di ricerca. MTCOM prevedeva lo studio di collegamenti radio tra una stazione base e un drone navale, tema direttamente legato alla propagazione elettromagnetica, una delle nostre aree di ricerca principali.

In più, il progetto analizzava le prestazioni all'interno di una rete 5G privata, di forte interesse per i ricercatori di telecomunicazioni coinvolti nel progetto. Unirsi a MTCOM è stato quindi del tutto naturale.

In cosa è consistita concretamente la vostra attività di ricerca all'interno del progetto?

Uno degli obiettivi principali di MTCOM era capire che tipo di prestazioni si possono ottenere collegando un drone navale a una stazione base tramite un collegamento radio 5G.

Il nostro lavoro si è concentrato sul comportamento fisico di quel collegamento, in particolare su come le onde elettromagnetiche viaggiano sopra il mare, uno scenario in realtà piuttosto impegnativo.

Impegnativo? Cosa rende il mare così insidioso?

Quando un segnale viaggia sopra il mare, non segue soltanto un percorso diretto tra la stazione base e il drone.

Parte del segnale viene anche riflessa dalla superficie dell'acqua. Queste riflessioni creano molteplici percorsi di propagazione che possono interferire con il segnale diretto e potenzialmente degradare la qualità della comunicazione.

Nella pratica, il mare si comporta come una gigantesca superficie riflettente che interagisce continuamente con il segnale radio.

Quindi la vostra ricerca si è concentrata proprio sulla comprensione di queste variazioni del segnale?

Esattamente. Per studiare questo fenomeno abbiamo sviluppato uno strumento di simulazione che stima la potenza del segnale ricevuto in questo tipo di collegamenti radio.

Tiene conto delle riflessioni e delle caratteristiche di propagazione tipiche degli ambienti marittimi, aiutandoci a modellare il comportamento del collegamento tra la stazione base e il drone navale.

Questo tipo di analisi è cruciale per mantenere il collegamento radio forte e stabile. Se la potenza del segnale ricevuto diventa troppo bassa, la comunicazione non può sostenere gli elevati data rate richiesti da sistemi a banda larga come il 5G.

Quali risultati sono emersi dal vostro lavoro?

Il risultato principale del nostro lavoro è il simulatore stesso, in grado di prevedere le prestazioni dei collegamenti radio tra una stazione base costiera e droni navali.

Gli ingegneri possono usarlo per stimare la potenza del segnale in condizioni diverse e quindi progettare sistemi di comunicazione prima di dispiegarli fisicamente sul campo.

E il simulatore è affidabile?

Affronteremo questo punto nella fase successiva, particolarmente importante: i test sperimentali condotti in mare genereranno dati di misura reali, che verranno poi confrontati con le previsioni del simulatore. Se coincideranno, sarà la conferma dell'affidabilità del modello.

Una volta validato, questo strumento diventa molto prezioso perché permette di simulare scenari e progettare sistemi senza dover ricorrere sempre a costosi test sul campo.

Cosa si porta a casa, personalmente, dalla partecipazione a questo progetto?

Per i ricercatori, una delle cose più entusiasmanti è chiudere il cerchio tra teoria e sperimentazione.

In molti progetti di ricerca le università si concentrano sullo sviluppo di modelli e simulazioni, ma raramente hanno l'opportunità di vedere quei modelli testati in ambienti operativi reali.

In questo caso, grazie a SMA-RTY e agli altri partner, il progetto sta arrivando fino alla validazione sperimentale sul campo. Questo tipo di riscontro, dal punto di vista della ricerca, vale oro.

Come si è trovato a lavorare con i partner?

La collaborazione è stata eccellente. SMA-RTY è stata la nostra interfaccia principale nel progetto, poiché gestiva la rete 5G privata e ha integrato il collegamento radio nel sistema.

Le scadenze sono state rispettate, il lavoro era ben organizzato e il coordinamento molto professionale. Onestamente, questo livello di organizzazione non è sempre comune nei progetti di ricerca, quindi è stato molto apprezzato.

Nel complesso, è stata una collaborazione davvero positiva.