Interview: På Aalborg Universitet sidder der en stribe forskere, som skal være med til at definere - og ikke mindst finde frem til - den teknologi, der skal bygge infrastrukturen til den næste generation af det mobile netværk, kaldet 5G.
Læs også: På vej: Så ekstremt hurtig bliver 5G - download en hel HD-film på et sekund
Netværksstrukturen er fuldstændig anderledes, end den vi anvender med 4G. Og selv om vi først kan forvente 5G i 2020, er mange teknologiske spørgsmål allerede på plads.
"På en stribe områder er vi allerede rigtig, rigtig langt med 5G-netværket," fortæller Preben Mogensen, der både er ansat i Nokia's forskningsafdeling i Aalborg og samtidig er professor på Aalborg Universitet på Institut for Elektroniske Systemer.
Standarderne, der skal definere det næste netværk, er slet ikke blevet fastlagt endnu.
På teknologisiden har forskerne dog et ganske godt overblik over, hvilken vej tingene skal udvikles, og hvordan man i praksis kan levere den massive dækning og de enorme hastigheder, som 5G kommer til at byde på.
Det fortæller 5G forskningslederen fra Nokia, der huserer på universitetet.
"Vi er i en meget spændende fase af 5G, fordi der ikke er defineret noget endnu. Så alle meninger og fantasier er i princippet i spil i forhold til, hvordan netværket kommer til at se ud," fortæller Preben Mogensen.
Denne idé- og udviklingsfase, hvor industri, forskere og politikere fletter tanker, fortsætter i 2015, hvorefter de standarder, der er nødvendige, begynder at bliver defineret fra 2016 og fremefter.
"Den første version af 5G vil være klar til kommercielt brug omkring 2020," siger han.
Er det ikke en meget stram tidsplan for en standardisering af et så omfattende og globalt projekt? Der er massevis af interessenter, der vil have indflydelse, og det må være svært at blive enige?
"For bare et år siden var der enorme forskelle på, hvad forskellige firmaer mente, og hvad tidsplanen for 5G var. Men der er sket en stor udvikling indenfor det seneste år. Alle spillerne har nærmet sig hinanden, og der er næsten fuldstændig konsistens i opfattelsen af, at 5G bliver klar i 2020," fortæller Preben Mogensen.
"På trods af geografiske og konkurrencemæssige forhold er vi i øjeblikket partnere, og der er ret stor enighed på vores konferencer om emnet."
Udfordringen er dog stadig at blive helt enige om teknologi og funktioner, før standarderne kan komme sikkert i hus.
Ud over det internationale samarbejde om rammerne foregår der også en intens konkurrence om at udvikle den nødvendige teknologi og få patenter i hus.
Her er den lille danske Aalborg-forskningsafdeling en vigtig brik i Nokia-puslespillet.
Læs også: 5G-arbejdet ind i afgørende fase: Alt dette er på spil
Teknologi frem for applikationer
Selv om der ikke er defineret standarder, er alle enige om, at 5G skal levere større kapacitet, og at hastigheden skal være meget, meget hurtigere, end vi kender i dag.
Ligeledes skal der være en mere ensartet brugeroplevelse, end vi har i dag.
"I dag afhænger datahastigheden meget af, hvor man befinder sig i forhold til de master, der giver forbindelse til netværket. Det skal vi have elimineret i 5G, hvor der skal være en langt mere harmonisk og konstant dækning."
De næste generationer af software og multimedier, som skal transporteres over 5G, er ikke det store problem. For det handler primært om hastighed og opløsning, mens eksempelvis nye muligheder i realtidsdata fra maskine til maskine giver nye perspektiver.
"I dag er en opdateringshastighed på en time, mellem en fjernaflæst måler og en computer, høj. I et 5G-netværk vil der være tale om realtidsopdateringer, det giver mulighed for beslutningsgrundlag baseret på data on the fly. Det er både meget udfordrende og helt nyt."
Med dette i baghovedet er forskerne i fuld gang med at udvikle teknologi.
"Vi arbejder ud fra vores forventning om, hvad teknologien kan tilbyde. Det kan vi i stort omfang regne os frem til. Så må vi designe teknologien så fleksibel, at den kan tilpasses applikationerne, der kommer," fortæller Preben Mogensen om forskningsgruppens udgangspunkt.
"Det gør vi også med historien i bagagen. Ser vi 10 år tilbage, er der kommet en række tjenester, eksempelvis til streaming, som vi slet ikke var klar over dengang. Det samme vil ske med 5G-tjenester, og derfor tager vi udgangspunkt i teknologierne i stedet for at spå om fremtidens applikationer."
Et af de pejlemærker, som bruges i teknologiudviklingen, er stigningen i trafik.
"Vi forventer en trafikudvikling på faktor 10.000 mellem 2010 og 2030, og det bygger vi teknologien på. Selv om 5G kommer i 2020, så designer vi ud fra en forventning om, hvad der bliver nødvendigt frem til 2030 eller et muligt 6G," fortæller Preben Mogensen
Det er ikke muligt, at netværket forbruger energi med en faktor 10.000, som trafikudviklingen lægger op til, og de teknologier, som Aalborg-folkene arbejder med, viser da også en flad kurve, når det handler om energiforbrug i 5G. Med andre ord ser det ud til, at 5G kommer til at forbruge den samme mængde energi, som det netværk vi har i dag.
"Vi ser meget på en optimering af energiforbruget af netværket og en længere batterilevetid af terminalerne. Vi har visioner om en batterilevetid på op til 10 år for nogle typer terminaler."
Fuld fart frem
Noget af det, man skal have på plads i forbindelse med 5G, er en forsinkelse (latency) på under et millisekund og en tophastighed på mere end 10 gigabit per sekund.
Der er dog stadig lidt uenighed om, hvilket mål der skal sættes for minimumsbrugerraterne, men der er tale om hastigheder på mere end 100Mbit per sekund praktisk talt overalt i byområder selv under høj netværksbelastning, som må betegnes som meget tilfredsstillende i forhold til det, vi kender i dag. Bemærk i øvrigt, at det er minimum mobile datahastigheder, der tales om.
For at få den fart, og et dækkende netværk, kræver det en ny type - og langt flere - celler.
"For at få en fornuftig dækning skal der måske sættes celler op på hver eneste lygtepæl i en by. Det er meget omfattende, og vil kræve helt anderledes regler for opsætning. I dag skal teleselskaberne spørge om lov, hver gang der skal sættes en celle op. 5G vil kræve samlede aftaler, med eksempelvis en hel kommune, hvis der skal bygges et tæt netværk med fuld dækning. Til gengæld bliver cellerne mindre og mindre, så de ikke fylde så meget i landskabet," siger han og fortsætter:
"En af de store udfordringer ved 5G er denne fysiske udbygning af netværket. Det vil være meget omfattende, og det vil kræve en politisk vilje at sætte de mange basestationer op med så kort afstand."
Den korte afstand mellem de celler, der skal holde styr på netværkstrafikken, skyldes blandt andet, at de nye celler skal arbejde i nye frekvensområder for at opnå den høje datahastighed.
"I dag benytter vi et spektrum på under 6,5 gigahertz. Til 5G ser vi på frekvenser på helt op til 100 gigahertz. Det betyder både nogle praktiske og nogle teknologiske udfordringer. Man kan ikke bare opskalere den teknologi, vi anvender i dag," siger han.
5G teknologien, med de mange små celler, handler i stort omfang om at fjerne digital støj fra de nærliggende celler.
"Vi bruger meget forskningstid på at finde teknologier, der renser signaler for støj. Fjernede vi ikke støjen, vil det svare til, at vi alle sammen står i en kirke og råber i munden på hinanden. Ingen vil få glæde af noget som helst," eksemplificerer Preben Mogensen.
Med hensyn til det politiske handler det også om, at frekvenserne allerede benyttes eksempelvis af militæret, til radarsignaler eller satellitkommunikation.
Hvis man vil bruge dem til 5G, er der altså nuværende brugere, der skal afgive deres frekvensområder, og det sker absolut ikke fra den ene dag til den næste.
Naturen er til besvær
Det sidste store element i en god løsning er en robust forbindelse ud til brugeren.
Og her giver de høje frekvensområder en alvorlig udfordring for selv meget kloge hoveder.
For at opnå de høje datahastigheder skal brugeren rammes med en præcis netværks-stråle fra en celle, der er rettet direkte mod brugerens enhed.
Der er dog den ulempe, at signalkvaliteten er ret følsom over for strålens retning, og at den ikke bliver brudt.
Udfordringen består blandt andet i noget så banalt som, at blade på et træ kan komme i vejen og dæmpe signalet
"Samtidig kan de høje frekvensbånd, lidt populært sagt, ikke bøje om hjørner eller omkring personer. Derfor skal signalerne reflekteres rundt, eller brugeren skal hele tiden have frit udsyn til en celle."
Man kan reflektere radiosignalet via en hård flade som en væg, men at følge det stærkeste radiosignal og sikre en god forbindelse er en udfordring, når brugeren bevæger sig.
"Det gør signalfordelingen meget kompliceret, og det kan eksempelvis være nødvendigt at installere flere celler i et enkelt rum, såldes at en bruger altid hurtigt kan skifte til den celle, der giver bedst signal. Det er en stor praktisk netværksudfordring ved at anvende de meget høje frekvensbånd til 5G. Samtidig er det en stor forskningsmæssig udfordring, ligegyldigt om man hedder Nokia, Samsung eller Huawei."
Hvor langt er I med en netværksarkitektur, der kan bruges til 5G?
"Vi er meget langt, men der er nogle hurdler, der skal overvindes. Der er eksempelvis spørgsmålet om radioudbredelsen ved de høje frekvenser, vi stadig skal forstå ordentligt."
"Med de små celler forsvinder forbindelsen hurtigt, når brugeren eksempelvis kører i bil, og derfor arbejder vi meget med løsninger, så en bruger hurtigt skal kunne hoppe fra celle til celle uden at miste netværksforbindelsen," fortæller Preben Mogensen.
Forskere på Aalborg Universitet arbejder i øjeblikket hen imod et 5G-system for små celler, der dækker frekvensbåndet op til 30 gigahertz, og de har stor succes med løsninger til at bortfiltrere den digitale støj fra de mange små celler.
Når det handler om systemdesign for 5G, er der altså allerede tænkt mange kloge tanker i Aalborg, som skal forsyne brugere og industri med skyhøje hastigheder i den næste generation mobile netværk i 2020 og frem.
Læs også:
Huawei: 5G er så potent, at vores viden om it og netværk skal genstartes
