Den framväxande tekniken som formar framtida 5G-nätverk

Det kan tyckas som om den fjärde generationens mobilkommunikationsteknik precis har slagit ut i etern. Men så kallad 4G-teknik har funnits i olika skepnader sedan 2006 och är nu allmänt tillgänglig i storstadsområden i USA, Europa och Asien.

Det är då ingen överraskning att kommunikationsspecialister börjar fundera på nästa revolution. Så vad kommer 5G att ge oss?

Idag får vi några intressanta spekulationer från Federico Boccardi på Alcatel-Lucents Bell Labs och ett antal kompisar. Dessa killar har fokuserat på den teknik som med största sannolikhet kommer att ha en störande inverkan på nästa generations kommunikationsteknik. Och de har hittat framväxande teknologier som kommer att tvinga oss att ompröva nätverkens natur och hur enheter använder dem.

Den första störande tekniken som dessa killar har hittat kommer att förändra tanken att radionätverk måste bestå av celler centrerade på en basstation. I nuvarande nätverk ansluter en telefon till nätverket genom att upprätta en upplänk och en nedlänk med den lokala basstationen.

Det ser troligt ut att förändras. Till exempel är en allt mer sannolik möjlighet att 5G-nätverk kommer att förlita sig på ett antal olika frekvensband som bär information i olika hastigheter och har väldigt olika utbredningsegenskaper.

Så en enhet kan använda ett band som en upplänk med hög hastighet och ett annat band för att nedlänka med en låg hastighet eller vice versa. Med andra ord kommer nätverket att ändras i enlighet med en enhets databehov vid det ögonblicket.

Samtidigt dyker det upp nya klasser av enheter som bara kommunicerar med andra enheter: sensorer som skickar data till en server till exempel. Dessa enheter kommer att ha möjlighet att bestämma när och hur data ska skickas mest effektivt. Det ändrar nätverket från ett cellcentrerat till ett enhetscentrerat.

Vår vision är att den cellcentrerade arkitekturen ska utvecklas till en enhetscentrerad arkitektur: en given enhet (människa eller maskin) ska kunna kommunicera genom att utbyta flera informationsflöden genom flera möjliga uppsättningar av heterogena noder, säger Boccardi och co.

En annan ny teknik kommer att innebära användning av millimetervågsöverföringar, utöver den mikrovågsöverföring som för närvarande används. Boccardi och co säger att mikrovågsfastigheter kommer till en enorm premie. Det finns bara cirka 600MHz av det. Och även om bytet från analog till digital-tv frigör lite mer av spektrumet, är det relativt lite, cirka 80 MHz, och kommer till ett enormt pris.

Så det är naturligt att titta på de längre våglängderna och högre frekvenserna för millimetervågsöverföringar som sträcker sig från 3 till 300 GHz. Detta bör ge storleksordningsökningar i bandbredd.

Men det kommer inte att gå helt smidigt. Det största problemet med dessa frekvenser är deras utbredningsegenskaper - signalerna blockeras lätt av byggnader, hårt väder och till och med av människor själva när de rör sig mellan enheten och sändaren.

Men det borde vara möjligt att mildra de flesta problem med hjälp av avancerad överföringsteknik, som riktningsantenner som växlar i realtid när signaler blockeras. Förökning är ingen oöverstiglig utmaning, menar de.

Nästa är den snabbt utvecklande multipla input-multiple output- eller MIMO-tekniken. Basstationer kommer att utrustas med flera antenner som sänder många signaler samtidigt. Dessutom kan en enhet ha flera antenner för att ta upp och sända flera signaler samtidigt. Detta förbättrar dramatiskt effektiviteten med vilken ett nätverk kan utnyttja sina frekvenser.

Det kommer dock att innebära större antenner, kanske utspridda över skyskrapors yta. Det är bra i moderna städer med mycket yta som är relativt lättillgänglig. Det skulle vara svårare att hantera i äldre städer där stora paneler blir svårare att dölja.

Smartare enheter bör också bidra till att forma framtidens nätverk. Så istället för att signaler dirigeras av basstationen, kommer smarta enheter att göra det här jobbet istället och välja mellan en mängd olika alternativ. För moderna smartphones borde det vara en relativt enkel uppgift.

Och den sista störande tekniken som dessa killar identifierar är förmågan för enheter att kommunicera med varandra utan att använda nätverket alls. Boccardi och co säger att detta kommer att vara avgörande för hur framtida nätverk kommer att användas. Till exempel kan ett sensornätverk ha tiotusen enheter som sänder temperaturdata. Det blir lättare om de kan skicka det från en enhet till nästa snarare än via en enda basstation.

Naturligtvis innebär många av dessa utvecklingar betydande tekniska utmaningar, men ingen av dessa bör vara showstoppers. Nya forskningsriktningar kommer att leda till grundläggande förändringar i utformningen av framtida 5G-mobilnät, säger Boccardi och co med tillförsikt.

5G är inte en fråga om om utan när.

Ref: arxiv.org/abs/1312.0229 : Fem störande teknikanvisningar för 5G

Dölj