Bakgrund
Allt sedan det första mobilnätet lanserades 1981 har en ny generation mobilnät dykt upp ungefär vart tionde år. Från början var det röstsamtal som kunde överföras via mobilnäten, därefter gick det att skicka bilder. Med 4G kunde man även överföra filmer. Den mobila trafiken ökar kraftigt hela tiden, det behövs effektivare nät för en snabbare kommunikation och högre datakapacitet. Människor förbrukar mer och mer trådlös data och genom den nya tekniken går det att tillgodose de växande behoven av överföring av exempelvis filmer och annan kommunikation.
Världens telekombolag laddar nu för nästa generations mobila telenät, 5G. Massiv-MIMO-teknik för trådlös kommunikation har blivit en huvudkomponent för de framtida 5G-näten. Tekniken innebär ett paradigmskifte i hur man bygger basstationer.
MIMO står för Multiple Input, Multiple Output och innebär att man ersätter de stora, oflexibla antenner som finns idag med större grupper av små antenner på en basstation. Tack vare en effektiv signalbehandling kan det gemensamma elektromagnetiska fältet från de många små antennerna riktas i en mycket smal stråle mot den plats där mottagaren, sensorn eller mobilen befinner sig. Genom att sätta upp fler antenner och processa signalerna som skickas och tas emot från antennerna på rätt sätt, kan oöverträffade mängder överföras.
Trafiken i näten ökar med 70-80 procent per år. 5G-näten kan komma att bli många gånger effektivare än dagens 4G. Det innebär bland annat att datatrafiken kan fungera utan störningar i stora folksamlingar, att den har en överlägsen kapacitet och hög energieffektivitet.
Konceptet med Massiv-MIMO-tekniken uppfanns på Bell Laboratories i USA runt 2010. De flesta i forskarvärlden var då skeptiska, bland annat därför att den digitala elektroniken ansågs vara alltför komplex och kostsam.
Erik G Larsson Foto Thor Balkhed
Erik G Larsson, professor i kommunikationssystem vid Institutionen för systemteknik (ISY), Avdelningen för kommunikationssystem på LiU, insåg dock snabbt potentialen och
Emil Björnson Foto Magnus Johanssoninitierade forskningen inom Massiv-MIMO i Sverige. Sedan 2009 har han därför bedrivit forskning inom området och är därmed pionjär inom tekniken. Han och hans forskargrupp, där bland annat även biträdande professor Emil Björnson ingår, bedriver idag världsledande forskning inom Massiv-MIMO-tekniken. Det är nu många länder som följer efter.
Samverkan och resultat
Redan 2009 inledde Erik G Larsson och hans forskargrupp ett samarbete med Ericsson Research.
– Han berättade om sitt nya ämne Massiv-MIMO, vi tyckte det var högintressant och började samarbeta. Vi bidrog med pengar till den första LiU-doktoranden inom området och har därefter stöttat flera, säger Gunnar Bark, forskningsledare på Ericsson Research.
LiU-forskarnas och Ericssons samverkan har utvecklats mycket positivt genom åren.
– Vi har hela tiden varit öppna och haft ett ömsesidigt förtroende gentemot varandra. På så vis har vi kunnat säkerställa ett långsiktigt bilateralt samarbete, som har resulterat i att Ericsson sedan flera år är en av LiU:s åtta strategiska partner, påpekar Gunnar Bark.
Tack vare samarbetet med LiU har Ericsson blivit ett av de världsledande företagen inom Massiv MIMO-teknik. Företaget har tidigt kunnat arbeta med produktutveckling, vilket innebär stora konkurrensfördelar.
Samarbetet har även lett till att Ericsson tagit dryga 20 patent på metoder inom 5G-tekniken med LiU-forskare som meduppfinnare.
– Det här är en standardiseringstung industri. Standarden avgörs av vem som har de bästa metoderna och den bästa tekniken. Det är viktigt för oss att ha så stor del av vår egen teknik i standarden. Eftersom Ericsson varit tidiga med nyckeltekniken på grund av duktiga LiU-forskare har vi fått en flygande start, fortsätter Gunnar Bark.
För LiU:s del har det täta samarbetet med Ericsson bland annat inneburit att forskarna fått relevanta problemställningar att jobba med. Ericsson har också rekryterat civilingenjörer och doktorer från LiU.
LiU-forskningen har även lett till samarbeten med andra företag, däribland elektroniktillverkare och mobiloperatörer som kunnat kommersialisera forskningsresultaten.
Även akademiska samarbeten med andra forskare har startat efterhand. Ett tätt samarbete har exempelvis skett med en forskargrupp inom elektroinformationsteknologi vid Lunds tekniska högskola, LTH. LiU- och LTH-forskare har samarbetet kring flera vetenskapliga artiklar som inneburit stora akademiska genomslag.
LiU-teamets arbete med Massiv-MIMO har resulterat i fyra IEEE ComSoc Best Paper Awards, över 20 patentansökningar som förvärvats av Ericsson, ett hedersdoktorat, över tio tusen citeringar i Google Scholar och två böcker (Cambridge University Press, Now Publishers).
– Vår forskning har en direkt påverkan både på näringslivet, samhället och civilingenjörsutbildningarna, konstaterar Erik G Larsson.
Till forskarlaget har också knutits flera doktorander som hela tiden bidrar med ny och aktuell kunskap. Ett par av gruppens alumni, doktorander och postdocs bygger nu upp egna forskargrupper.
Forskningen inom Massiv-MIMO kommer även framtida civilingenjörer till del. Studenterna utbildas för morgondagens industri och de får numera en grundutbildning i tekniken, något som fortfarande är sällsynt både i Sverige och världen.
Forskningen vid LiU har uppmärksammats med priser och stora forskningsanslag. Som ett exempel kan nämnas att Erik G Larsson 2019 utsågs till en av årets Wallenberg Scholars för att tillsammans med sina medarbetare utveckla ny teknik för trådlös kommunikation och fjärravkänning, bortom 5G. Det är forskning som kan handla om nya algoritmer för trådlösa sensormätningar, fjärravkänning med nya typer av antenner, förbättring av maskininlärningsalgoritmer och nya sätt att angripa säkerhetsproblem.
– Det är väldigt positivt att vi nu kan fokusera på det som är vetenskapligt mest relevant och utmanande. Den trådlösa tekniken har utvecklats under en längre tid och det känns roligt och stimulerande att få arbeta lite mer långsiktigt än vad industrin tänker sig i dagsläget, säger Erik G Larsson.