Smart kommunikation krymper världen

Doktoranderna i programmet 5GWireless kommer från världens alla hörn. Det som lockar är att medverka till att växla upp trafiken i mobilnäten till generation 5G, med 1000 gånger mer trafik i hastigheter på hundratals Mbit/s. 

Trinh Van Chien, Giovanni Intredonato och Amin Ghazanfari,År 2020 ska vi enligt prognoserna ha 50 miljarder uppkopplade prylar som kommunicerar med varandra, strömmande video i bilen och mängder av sensorer runtom i samhället som känner av inom- och utomhusmiljön. Den femte generationen mobilnät ska knyta samman jordens alla hörn med hundratals Mbit/sekund nästan överallt och ha svarstider på ett fåtal millisekunder.

Emil Björnson– 5G är ett spännande område eftersom det händer så otroligt mycket. Våra doktorander får under sina fyra-fem år vara med på hela resan, från utvecklingen av teorierna till att tekniken är ute på marknaden, säger Emil Björnson, docent och universitetslektor vid Avdelningen för kommunikationssystem.

5G Wireless

Tillsammans med professor Erik G Larsson driver han den svenska delen av Horisont 2020-programmet 5GWireless inom Marie Sklodowska-Curie Innovative Training Networks.

Målen för projektet är flera, förutom de faktiska forskningsresultaten handlar det också om att öka mobiliteten bland unga akademiker - doktoranderna får inte studera i sitt hemland - och lyfta Europas telekomindustri. I projektet ingår 15 doktorander och deras handledare från fem europeiska universitet och utöver det deltar också fem företag, bland dem Ericsson.

– Detta är ett unikt projekt eftersom doktoranderna har handledare från flera av programmets partner. De deltar också i en forskarskola där de får kurser i exempelvis presentationsteknik eller hur man skyddar idéer och söker patent. De har nyligen varit i Dresden, ska till Paris i vår och kommer till LiU i höst, berättar Erik G Larsson.
Erik G Larsson, professor
Forskningen vid LiU handlar om en antenn-teknik kallad Massiv MIMO, ett område där Erik G Larsson och hans forskargrupp ligger långt fram.

Multiple Input, Multiple Output

MIMO står för Multiple Input, Multiple Output och tekniken går i korthet ut på att man ersätter de stora rundstrålande antenner på runt 40 W som finns i dag – långsmala 50 kilos ljusgrå limpor – med hundratals små antenner på kanske 10 mW vardera.
Alla de små antennerna skickar ut tiotals signaler samtidigt åt olika håll men tack vare intelligent signalbehandling får man en stark signal hos de tilltänkta mottagarna och bara en liten störning hos alla andra. Det ger en kombination av låg uteffekt, hög energieffektivitet och en överlägsen kapacitet.

– Vi har en för industrin relevant forskning, men med en teoretisk inriktning. Kärnan i det vi gör är patenterbart, säger Erik G Larsson.
Giovanni Interdonato
En av de tre LiU-doktoranderna i projektet, Giovanni Interdonato, kommer från Italien, är industridoktorand anställd vid Ericsson och har redan bidragit till två patent. Hans forskning handlar om vad som händer om man istället för att samla de många hundra små antennerna på ett ställe sprider ut dem på ett kanske kilometerstort område.

– Jag analyserar matematiskt och simulerar om en distribuerad modell fungerar lika bra. Det är ju större chans att användaren finns i närheten av en antenn om de är utspridda, vi ökar täckningen och effektiviteten, men det ger troligen också en större variation i signalstyrka, säger han.

Trinh Van Chien och Amin GhazanfariAmin Ghazanfari, doktorand från Iran, arbetar i sin tur med att förbättra kommunikationen mellan de olika enheterna inom Massiv MIMO.

– Kan vi tala tystare till dem som är nära och med högre stämma till de torn som ska skicka signalen vidare ökar vi effektiviteten. Det går också åt mindre energi om vi kan viska till varandra på nära håll, exemplifierar han.

Trinh Van Chien, från Vietnam är den tredje LiU-doktoranden i projektet. Han arbetar med lastbalansering, det vill säga hur flera basstationer i systemet kan samverka för att bestämma vilka av dem som ska skicka signaler till vilka mottagare för att få en så hög effektivitet som möjligt.

Push från marknaden

– Det finns en kraftig push från marknaden att få ut 5G-tekniken. Så snart nästa generation är i antågande minskar investeringarna i den föregående generationen. Europas telekomindustri står och stampar just nu, säger Emil Björnson.

Alltsedan det första mobilnätet, NMT, lanserades 1981 har det kommit en ny version vart tionde år. Nästa generation, 5G, förväntas därför vara ute på marknaden 2020.

Kommer vi att ha 5G år 2020?
– Det får vi se, men det som finns ute då kommer att kallas 5G, så har det varit vid tidigare generationsbyten, skrattar Emil Björnson.

Massiv MIMO

MIMO står för Multiple Input, Multiple Output och tekniken innebär att man sätter samman hundratals små antenner på kanske 10 mW vardera i något som kan likna en stor datorskärm.
Alla antennerna skickar tiotals signaler med väl valda tidsfördröjningar. Tidsfördröjningarna väljs så att kopiorna av en signal når fram exakt samtidigt till den mottagare som ska ha signalen, men utspritt över tid hos alla andra mottagare. Det ger en stark signal hos den tilltänkta mottagaren och en liten störning hos alla andra.

Hundra antenner med 10 mW blir 1W som fördelas mellan användarna, väsentligt mindre än de 40 W som dagens antenner använder. Den låga effekten räcker eftersom varje signal har riktverkan. Massiv MIMO ger därför en kombination av låg uteffekt, hög energieffektivitet och en överlägsen kapacitet eftersom många mottagare kan få signaler samtidigt.

Läs mer om 5GWireless

5G nätverk av antenner

Kontakt

Mer forskning 5G

Fler nyheter från LiU