Snabbare, högre, starkare: Vinter-OS blir startskottet för 5G

Den 9 februari 2018 tänds den olympiska elden under OS-invigningen i Pyeongchang, den lilla vinterskidorten 18 mil öster om Seoul i Sydkorea.

Men det är inte bara premiär för vinter-OS. Det är också första gången som en stor publik får se möjligheterna med 5G, nästa generation mobila system.

Oh Sung-Mok, som är chef för den sydkoreanska mobiloperatören KT:s nätbolag, är övertygad om att Pyeongchang kommer att gå till historien som den allra första 5G-olympiaden. På samma sätt som olympiaden i Tokyo 1964 kopplas ihop med startskottet för färg-tv.

5G-nätet ska göra tävlingarna mer spännande för publiken, hoppas Oh Sung-Mok. Exakt vilka finesser som kommer att visas är fortfarande hemligt, men ett exempel som nämnts är att förse bobåkarna med minikameror, sensorer och 5G-sändare, för att ge publiken en känsla av hur det är att åka iskana i 150 kilometer i timmen. Med det nya mobilnätet går det att snabbt överföra stora datamängder från en kamera till en tv-skärm med väldigt hög upplösning, så kallad ultra hd-tv (förkortat UHDTV).

Det finns också planer på att placera 100 kameror runt konståkarnas isrink för att ge tv-tittarna möjlighet att i varje ögonblick själva välja från vilken vinkel de vill studera piruetterna – och fallen.

Och det talas om speciella virtuella zoner på OS-området, där publiken ska kunna testa VR-glasögon för att följa vad som händer på flera platser samtidigt via ett antal 360-graderskameror.

Dessutom kommer det att finnas en självkörande buss, som är uppkopplad till 5G-nätet. Under resan ska passagerarna kunna se tredimensionella bilder från tävlingarna som ett hologram.

– OS är det första verkligt stora pilotförsöket med 5G. Men det är ett test och inte en kommersiell tjänst. Den slutliga standarden är inte klubbad ännu, påminner Patrick Johansson, chef för telekombolaget Ericsson i Sydkorea.

Det finns inte heller några smarta mobiler i behändigt format som klarar 5G-nätet ännu, inte ens i tekniktokiga Sydkorea, där världens största mobiltelefontillverkare, Samsung, har sin hemvist.

– Det kommer nog att krävas två händer för att hålla i 5G-mobilerna under OS, spår Patrick Johansson.

Vad är då den stora skillnaden mellan dagens 4G-nät och nästa generation, den femte?

Ambitionen med de nya näten är att de ska klara tusen gånger mer datatrafik än i dag och kunna koppla upp 50 miljarder prylar. Nästan överallt ska datahastigheten vara ungefär tio gånger snabbare än i 4G-nätet, men på vissa ställen väsentligt högre än så. Och svarstiderna i nätet, det som branschen kallar latency, ska ner till en tiondel av dagens.

En svarstid på 1 millisekund betyder att ett fjärrstyrt fordon med hastigheten 100 kilometer i timmen får signalen att bromsa efter några centimeters körning i stället för efter en dryg meter som i dagens 4G-nät.

För vanliga konsumenter har de höga hastigheterna i 4G-nätet och de smarta mobilerna redan förändrat vardagen. Vi lajkar varandra från sängen när vi vaknar, gör våra bankärenden under fikarasten och ser på Skavlan på pendeltåget när vi åker hem från jobbet.

Med 5G är det inte vi konsumenter som kommer att påverkas mest, även om exemplen som visas i Pyeongchang kan ge det intrycket. Det ska ses mer som ett marknadsföringsjippo.

Nu är det i stället näringslivet och samhällstjänster, som transporter, vård och skola, som ska revolutioneras.

– Det mest spännande med 5G är helt klart de nya tillämpningarna. Ett exempel är självkörande bilar som kräver korta svarstider och hög tillförlitlighet, säger Patrik Ekvall, forskare på Ericsson, som har över tusen patent och har varit med och utvecklat 3G, 4G och 5G.

Lastbilstillverkaren Scania testar redan 5G för att styra självkörande bussar, verkstadsföretaget SKF fjärrstyr på försök en kullagerfabrik och på Kings College i London har en läkare visat hur man kan operera en patient på distans med hjälp av en handske med haptiska sensorer uppkopplade till 5G-nätet, som förmedlar rörelser.

De högre datahastigheterna i 5G-nätet är förstås en välkommen förbättring, men det är de väsentligt kortare svarstiderna på nätet och möjligheten att hantera avsevärt större datamängder som är avgörande för de nya användningsområdena.

För att släppa loss självkörande fordon i trafiken krävs exempelvis svarstider ner mot 1 millisekund och uppkoppling som inte riskerar att slås ut.

EU-kommissionen går så långt som att kalla 5G för ”blodomloppet för den digitala ekonomin”. Nästa mobilnät ska underlätta utvecklingen av i stort sett allt, från smarta städer till bättre utbildning.

Trots att den slutliga standarden fastställs först år 2020 är det inte bara Sydkorea som sedan flera år aviserat sina 5G-planer. Flera premiärer har kopplats till publikdragande sportevenemang. Ryska operatörer har lovat att visa upp ett 5G-nät under sitt fotbolls-VM 2018, och den japanska operatören NTT Docomo ska ha ett nät som täcker OS-arenorna i Tokyo 2020.

Förra året bestämde sig Telia och Ericsson för att erbjuda 5G-tjänster i Stockholm och Tallinn 2018, med ambitionen att ”bli först med 5G i Europa”. Bolagen slår redan på trumman för den 5G-basstation som finns i Tallinn och erbjuder snabb datatrafik till ett kryssningsfartyg i hamnen.

I USA testas 5G för mobila tjänster, men också som alternativ till fiber för den sista biten ut mot företag och hushåll. Där genomför Ericsson också ett antal 5G-projekt för industriella tillämpningar.

Även de amerikanska operatörerna satsar på att bli först i världen med 5G. Tidigare talade operatören Verizon om en kommersiell lansering av 5G redan 2017, men inte nu längre.

– Fast 2018, ja då kommer vi att få se kommersiella lanseringar av 5G i USA, försäkrar Arun Bhikshesvaran, stabschef för Ericsson i Nordamerika.

Men han är lika övertygad om att det dröjer innan vanliga konsumenter kan använda det nya nätet med sin mobil.

– I små smarta mobiler finns nog 5G inbyggt först i mitten av 2019, säger han.

5G är också en bricka i industripolitiken. Alla regeringar vill vinna kampen om herraväldet i mobilbranschen. Det handlar om jobb och tekniskt ledarskap. Första steget är att få ett så stort inflytande som möjligt över den viktiga 5G-standarden.

Det senaste årets uppmärksamhet på 5G-premiärer har fått EU-kommissionens ordförande Jean-Claude Juncker att lansera en 5G-plan för att påskynda utvecklingen i EU. Juncker vill att operatörer och medlemsländer ska samordna sina lanseringsplaner och att de första 5G-näten i EU ska vara på plats redan 2018.

EU-kommissionen räknar med att privata företag ska investera över 234 miljarder euro, över 2 100 miljarder kronor, i infrastruktur och tjänster för 5G under det kommande decenniet. 5G ska också ge två miljoner nya jobb, enligt prognoserna.

Men Sveriges digitaliseringsminister, Peter Eriksson, tycker att utvecklingen går för långsamt. Det är därför han vill att Norden och de baltiska staterna ska agera draglok för 5G-satsningen inom EU. ”Vi ska inte vänta på övriga Europa”, sa han i våras.

För den svenska telekomjätten Ericsson handlar satsningen på 5G om att vinna eller försvinna. Bland huvudkonkurrenterna märks kinesiska Huawei och finländska Nokia. De nordiska bolagen har längst erfarenhet av mobila system, men Huawei har mest pengar och dubbelt så många forskare och utvecklare som Ericsson och Nokia tillsammans.

5G är alltså Ericssons, men därmed också Sveriges, viktigaste forskningsprojekt. Mobiljätten är landets största exportör, en av de största arbetsgivarna och har överlägset flest anställda som jobbar med forskning och utveckling i Sverige.

I takt med den allt intensivare mediebevakningen av 5G, har även kritiska röster uppmärksammats. De påminner om 3G-hysterin runt år 2000, då uppblåsta förhoppningar och frekvensauktioner för hundratals miljarder kronor resulterade i tuffa tider för mobilbranschen.

Bland kritikerna märks William Webb, tidigare chef för Ofcom, som är den brittiska motsvarigheten till Sveriges PTS, Post- och telestyrelsen. Han utvecklar sina argument i boken The 5G myth, som publicerades förra året.

Där skriver han bland annat att de tekniska framstegen inte är tillräckliga för att förverkliga ambitionen med 5G och att mobiloperatörerna inte har råd med utbyggnaden. Att 5G-satsningen ändå fortsätter beror på att tillverkarna vill sälja ny utrustning, forskarna vill få forskningsanslag och EU-kommissionen drömmer om att 5G ska skapa tiotusentals jobb, menar han.

Jens Zander, professor i radioteknik och vetenskaplig chef för forskningscentrumet Wireless@kth i Kista, håller med.

– Ingen i systemet har intresse av att säga att kejsaren är naken.

Han tycker att det vore bättre att utveckla 4G än att satsa på 5G.

Andra kritiker anser att mobilbolagen talar för lite om utmaningarna vad gäller säkerhet och integritet. Ett samhälle där allt är uppkopplat överallt hela tiden blir mer sårbart för intrång i såväl datasystem som människors vardag.

– 5G lär påskynda uppkopplingen av mängder av små enkla apparater. Det ökar risken för virus- och hackerattacker, eftersom vi tenderar att skydda billiga prylar i mindre utsträckning än exempelvis våra datorer, säger Torbjörn Fängström, programchef på det strategiska innovationsprogrammet Internet of Things vid Uppsala universitet.

Han påminner om när oskyddade, uppkopplade övervakningskameror infekterades av ett virus förra året, och följden blev att stora sajter som Twitter, Spotify och Amazon stängdes ner.

I Sydkorea hörs ingen 5G-kritik inför vinter-OS. Där är det möjligheterna som står i centrum. Chefen för den sydkoreanska biltillverkaren Hyundais enhet auto intelligence, Hwang Seung Ho, talar gärna om den nya mobilteknikens stora potential för bilbranschen, men betonar samtidigt att han inte räknar med att 5G får någon större påverkan på bilarna förrän om tio år.

Ingen tvivlar på att den femte mobilgenerationen är på väg, även om det dröjer innan vi vanliga konsumenter kan dra nytta av 5G- tjänster i annat än försöksverksamhet.

Medan vi väntar på 5G funderar forskarna redan på möjligheterna med 6G, den sjätte generationens mobilnät.

– Jag tror att det blir ett intelligent nät, som kan anpassa sig efter användarnas behov i realtid. Med en biljon uppkopplade sensorer kommer det också att kunna förutse händelser som trafikkaos och sprickbildningar i en bro, säger Jan Rabaey, professor och vetenskaplig chef på Wireless research center vid Berkeley university i Kalifornien.

Den första mobilgenerationen lanserades 1981, den andra 1991 och den tredje 2001. Sedan gick det lite snabbare. Sverige och Norge blev först i världen med 4G redan i december 2009, och den kommersiella 5G-premiären väntas 2018.

– Så jag tror på 6G redan 2028, säger Jan Rabaey.

De Tekniska nyheterna i 5G

Med högre frekvenser och massor av antenner ska 5G klara snabbare datahastighet och kortare svarstider. Fredrik Tufvesson, professor i radiosystem på Lunds universitet, pekar ut tre saker som skiljer 5G från 4G.

1. Mindre celler
För att kunna erbjuda högre datahastigheter och hantera fler uppkopplingar placeras basstationerna tätare i 5G-nätet än i dagens 4G-nät. Så skedde också vid övergången från 3G- till 4G-nätet. Anledningen är att tätare nät ger mindre störningar mellan användare, vilket i sin tur möjliggör både högre datahastighet och högre kapacitet.

Ambitionen är att 5G ska kunna ge ”hundratals Mbit/s nästan överallt” och en topphastighet på vissa platser på 10 000 Mbit/s, vilket motsvarar 10 Gbit/s. I dagens 4G-nät utlovar Telia en normalhastighet på mellan 10 och 60 Mbit/s och en topphastighet på 300 Mbit/s.

– Förtätningen i nätet är i sig kanske ingen teknisk revolution men en viktig del av 5G. På sikt kanske vi får egna basstationer hemma, som kan kopplas till operatörernas stora nät, säger Fredrik Tufvesson.

2. Högre frekvenser
5G används högre frekvenser än i 4G-nätet. Dels för att de lägre frekvenserna är rätt fulla av dagens mobiltrafik, dels för att högre frekvenser möjliggör större bandbredd och därmed högre datahastighet i näten.

Nackdelen är att höga frekvenser dämpas mer. Men med avancerade antenner går det att fokusera antennens utbredning i ett antal smalare ”strålar” för att nå längre. Ungefär som när man stryper öppningen i vattenslangen för att nå längre bort i trädgården.

– Forskare har tittat på användningen av höga frekvenser, eller millimetervågor, som branschen säger, sedan början av 1990-talet, men då var lösningen för dyr, säger Fredrik Tufvesson.

Nu har forskarna tagit fram en arkitektur i kretsarna som gör dem mindre känsliga för den höga frekvensen.

– Det har inte krävt något tekniskt genombrott, men avancerad utveckling för att bemästra komplexiteten. Det handlar om att få en mängd antenner att gå i takt och kunna styra signalerna i olika riktningar. Samspelet mellan antennerna i basstationen och mobilen måste förstås också fungera för att strålarna ska hitta varandra, säger Fredrik Tufvesson.

Genom att använda många antenner per basstation kan man också sända ut de riktade signalerna till många mobilanvändare samtidigt, vilket ökar kapaciteten i nätet.

Under vinter-OS i Sydkorea används frekvensen 28 000 MHz. I 4G-nätet i Sverige används band från 450 MHz till 2 600 MHz.

3. Fler antenner – färre störningar
I de avancerade 4G-nätens basstationer sitter fyra antenner. Fler antenner har varit svårt att använda eftersom signalerna då stör varandra.

Men behöver det verkligen vara så? undrade forskaren Tom Marzetta på Bell labs i USA. I en uppmärksammad forskningsrapport 2010 föreslog han att med ”oändligt många” antenner skulle radiosignalen bli stabilare, eftersom alla besvärande reflektioner då skulle ta ut varandra.

Många ifrågasatte att hans teoretiska resonemang skulle fungera i praktiken.

Fredrik Tufvesson och hans kolleger började testa de nya tankarna 2011, och såg att hypotesen stämde. På Lunds universitet byggdes världens första testbädd för massive mimo, som mobilbranschen kallar tekniken med massor av antenner. På Youtube kan man se hur Lundaforskarna har placerat 100 antenner på ett tak och hur tre forskare nere på parkeringsplatsen går med var sin cykelvagn full med utrustning för att simulera gångtrafikanter med mobiltelefoner. För att dessutom testa hur bra de hundra antennerna kunde följa snabbrörliga mobiler, körde forskarna runt med två bilar så fort de kunde på parkeringen.

– De kom upp i 50 kilometer i timmen och lösningen fungerade. Men det gällde att elektroniskt rikta var och en av de 100 antennerna på rätt sätt, säger Fredrik Tufvesson.

I det första 5G-nätet i Sydkorea kommer flertalet basstationer att ha 64 antenner vardera. Hur många basstationer som kommer att användas är inte officiellt. Men det uppges handla om mellan tio och 100 stycken.