5G tar form

Artikeln var publicerad i SKEF News nummer 4 2012, sedan publiceringen har METIS2020-projektet tagit form som avser sätta igång arbetet med en 5G standard.

Redan nu har termen 5G börjat figurera trots att ingen riktigt definierat vad det är än. I dagsläget finns inget utkast till 5G-standard och det råder delade meningar om vad som kan förväntas kallas 5G.

I år förväntas 4G vara den gällande tekniken för nya mobilnät och inom några år kommer 3G-nät uppgraderas till 4G för att hantera en ökande trafikmängd. År 2020 är det rimligt att LTE kommer att vara den gällande standarden globalt. Generationsutvecklingen har hittills drivits av hårdvarutillverkare där en ny generation, ett nytt G, inneburit ny teknik, högre hastigheter och per automatik nyförsäljning av basstationer och terminaler.

Ökade kapacitetskrav
Behovet av kapacitet kommer inte att avmattas, utan utvecklingen kommer snarare att kräva en ökad kapacitet i mobilnäten. Jens Zander, professor i radiosystemteknik vid KTH menar att det finns tecken på att vi varje år lär se kapacitetsbehovet fördubblas.

I tidigare generationer mobilnät har operatörerna presenterats färdiga lösningar från hårdvarutillverkarna med små möjligheter att påverka utvecklingen. Vad gäller kommande mobilnät lär det se annorlunda ut. Organisationen NGMN, Next Generation Mobile Network, är ett operatörsinitiativ för att påverka utvecklingen av kommande generationers mobilnät. En av medlemmarna, den japanska operatören NTT Docomo, menar att utvecklingen av 5G påbörjas 2018 och standarden tror man lanseras 2020. Framtida mobilnät ska leverera hög uppkopplingshastighet och god tillgänglighet överallt där användaren för stunden behöver den.

HETNET ett hett nät
Näten skall vara skalbara och kostnadseffektiva plattformar för mobil kommunikation som dynamiskt kan lastbalansera kapaciteten i näten varefter efterfrågan på tillgång ändras. NTT Docomos version samstämmer med den utveckling som kan skönjas på marknaden, även om frågan om termen 5G skall användas, får anses som öppen. Utvecklingen de närmaste åren inom mobilnätet kommer att betyda förtätning av nuvarande nät, därtill lär mer frekvensspektrum behövas. En slutsats är att en övergång till 5G kommer att utgå från 4G och utgöras av en uppdatering av 4G-näten.

Ett faktum som talar för det är tillgången på frekvenser. Att avsätta nya band för 5G är orimligt, nästa generation mobilnät kommer dela frekvenser med dagens nät.

En av visionerna för nästa generations mobilnät är att användaren inte skall känna hastighetsbegränsningar i nätet utan upplevelsen skall vara lika oavsett geografisk plats.

För att lösa kapacitetskraven i framtida mobilnät behövs dels en förtätning av basstationerna dels en ny modell av basstationer för inomhusbruk. Dessa så kallade HETNETs är blandade nät baserade på olika trådlösa tekniker. Så kallade pico-basstationer, inomhusbasstationer, för hem, kontor och gallerior, skall kunna kopplas direkt till fibernät eller cat5-nätverk och etablera lokala mobilnätverk. Tack vare dessa inomhusbasstationer kan de traditionella mobilnäten, utomhusnäten, effektivt avlastas.

– HETNET är viktigt för kommande mobilsystem. En egenskap som vi får se är att näten blir heterogena där den för tillfället bästa kommunikationslänken används oavsett teknologi, säger Fredrik Tufvesson, Docent i radiosystem vid LTH, institutionen för elektro- och informationsteknik.

Utvecklingen av HETNETs tog i somras fart på riktigt när Wi-Fi-alliance presenterade sitt Passpoint-program som för de cellulära teknikerna och wifi närmare varandra. I praktiken kan wifi användas för att lastbalansera de välutnyttjade mobilnäten genom att
mobila enheter automatiskt kan logga in i wifinätverk och utnyttja dem för lastbalansering.

I Kina har liknande tekniker använts ett tag då de inhemska mobilnäten har standarder som inte alla telefoner stödjer. Genom att bygga wifi-nätverk istället har mer än två tredjedelar av trafiken i Kina styrts från mobilnäten till wifi-nätverk. En erfarenhet man dragit av wifi är att frekvenserna kan återanvändas många gånger.

Outnyttjade frekvenser
I en nära framtid kommer Pico-basstationer sannolikt använda wifi i stor utsträckning, medan utvecklingen på längre sikt pekar på att sekundär spektrumanvändning kan bli aktuell. Genom så kallad whitespaceteknik kan för tillfället outnyttjade frekvenser återanvändas för inomhuskommunikation. Med kognitiv radio fattas beslut om vilket frekvensband som för tillfället skall användas. Tekniken har framförallt fördelen att den inte förbrukar mer av naturtillgången frekvensspektrum.

Om man skulle definiera 5G utifrån påverkan av branschens affärsmodeller och sättet vi definierar mobilnät, då är HETNET sannolikt definitionen av 5G. Frågor som vem som skall bygga infrastrukturen, vem som bygger basstationerna inomhus och hur operatörerna ska ta betalt från den som har basstationen hemma är intrikata.

Effektiviserade utomhusnät
Utomhusbasstationerna i framtidens mobilnät kommer kännetecknas av förenklad drift, enklare nätverkshantering och högre energieffektivitet. Kostnaden för varje överfört paket måste minska jämför med dagens nät.

Adaptiva antenner är en viktig komponent för att nå de ökade bandbreddskraven och kommer att användas för att öka datahastigheten utan att samtidigt öka behovet av bandbredd.

Så vad är 5G?
Ett försök att definiera 5G skulle kunna vara ”intelligent trådlös teknik som kan sammankoppla världen utan gränser”. Den stora frågan är om termen 5G inte överskuggas av den intressanta teknikutveckling som ligger framför oss. I framtiden lär 4G eller 5G ta steget från alternativ uppkopplingsväg mot omvärlden till en primär uppkopplingsväg.

– I framtiden kommer vi se mindre tekniska generationsskiften. Benämningen av näten som 4G eller 5G är inte en stor sak, menar Jens Zander vid KTH.