De nye teknologier, der former fremtidens 5G-netværk

Det kan se ud som om, at fjerde generation af mobilkommunikationsteknologi først lige har ramt æteren. Men såkaldt 4G-teknologi har eksisteret i forskellige afskygninger siden 2006 og er nu bredt tilgængelig i storbyområder i USA, Europa og Asien.

Det er da ingen overraskelse, at kommunikationsspecialister begynder at tænke på den næste revolution. Så hvad vil 5G bringe os?

I dag får vi nogle interessante spekulationer fra Federico Boccardi hos Alcatel-Lucents Bell Labs og en række venner. Disse fyre har fokuseret på de teknologier, der med størst sandsynlighed vil have en forstyrrende indvirkning på den næste generation af kommunikationsteknologi. Og de har fundet frem til nye teknologier, der vil tvinge os til at genoverveje netværkets natur og måden, enheder bruger dem på.

Den første forstyrrende teknologi, som disse fyre har fundet på, vil ændre ideen om, at radionetværk skal bestå af celler centreret på en basestation. I nuværende netværk forbinder en telefon til netværket ved at etablere et uplink og et downlink med den lokale basestation.

Det ser ud til at ændre sig. For eksempel er en stadig mere sandsynlig mulighed, at 5G-netværk vil stole på en række forskellige frekvensbånd, der bærer information med forskellige hastigheder og har meget forskellige udbredelseskarakteristika.

Så en enhed kan bruge et bånd som et uplink med høj hastighed og et andet bånd til at downlinke med en lav hastighed eller omvendt. Med andre ord vil netværket ændre sig i henhold til en enheds datakrav på det tidspunkt.

Samtidig opstår der nye klasser af enheder, som kun kommunikerer med andre enheder: sensorer, der sender data til en server, for eksempel. Disse enheder vil have mulighed for at bestemme, hvornår og hvordan dataene skal sendes mest effektivt. Det ændrer netværket fra et cellecentreret til et enhedscentreret.

Vores vision er, at den cellecentrerede arkitektur skal udvikle sig til en enhedscentreret: en given enhed (menneske eller maskine) skal være i stand til at kommunikere ved at udveksle flere informationsstrømme gennem flere mulige sæt af heterogene noder, siger Boccardi og co.

En anden ny teknologi vil involvere brug af millimeterbølgetransmissioner ud over den mikrobølgetransmission, der i øjeblikket er i brug. Boccardi og co siger, at mikrobølgeejendomme kommer til en enorm præmie. Der er kun omkring 600MHz af det. Og selvom skiftet fra analogt til digitalt tv frigør noget mere af spektret, er det relativt lidt, omkring 80MHz, og kommer til en enorm pris.

Så det er naturligt at se på de længere bølgelængder og højere frekvenser af millimeterbølgetransmissioner, der spænder fra 3 til 300 GHz. Dette skulle give stigninger i størrelsesordener i båndbredden.

Men det bliver ikke helt glat. Hovedproblemet med disse frekvenser er deres udbredelseskarakteristika - signalerne blokeres let af bygninger, tungt vejr og endda af mennesker selv, når de bevæger sig mellem enheden og senderen.

Men det burde være muligt at afbøde de fleste problemer ved at bruge avancerede transmissionsteknologier, såsom retningsbestemte antenner, der skifter i realtid, når signaler bliver blokeret. Formering er ikke en uoverkommelig udfordring, siger de.

Dernæst er den hurtigt udviklende multiple input-multiple output eller MIMO-teknologi. Basestationer vil blive udstyret med flere antenner, der sender mange signaler på samme tid. Hvad mere er, kan en enhed have flere antenner til at opfange og transmittere flere signaler på én gang. Dette forbedrer dramatisk effektiviteten, hvormed et netværk kan udnytte sine frekvenser.

Det vil dog betyde større antenner, måske spredt ud over overfladen af ​​skyskrabere. Det er fint i moderne byer med masser af overfladeareal, der er relativt let tilgængeligt. Det ville være sværere at administrere i ældre byer, hvor store paneler vil være sværere at skjule.

Smartere enheder bør også være med til at forme fremtidens netværk. Så i stedet for at signaler bliver dirigeret af basestationen, vil smarte enheder udføre dette job i stedet for at vælge mellem en række forskellige muligheder. For moderne smartphones burde det være en forholdsvis ligetil opgave.

Og den sidste forstyrrende teknologi, som disse fyre identificerer, er enheders evne til at kommunikere med hinanden uden overhovedet at bruge netværket. Boccardi og co siger, at dette vil være afgørende for de måder, hvorpå fremtidige netværk vil blive brugt. For eksempel kan et sensornetværk have ti tusinde enheder, der transmitterer temperaturdata. Det vil være nemmere, hvis de kan sende det fra én enhed til den næste i stedet for gennem en enkelt basestation.

Selvfølgelig udgør mange af disse udviklinger betydelige teknologiske udfordringer, men ingen af ​​disse bør være showstoppere. Nye forskningsretninger vil føre til grundlæggende ændringer i udformningen af ​​fremtidige 5G-mobilnetværk, siger Boccardi og co selvsikkert.

5G er ikke et spørgsmål om, men hvornår.

Ref: arxiv.org/abs/1312.0229 : Fem forstyrrende teknologivejledninger til 5G

skjule