Vad är så revolutionerande med 5G?

Människan har varit känd för sin anpassningsbarhet och kontinuerliga strävan efter tekniska förbättringar så långt tillbaka vi kan minnas (alltså sedan vi uppfann hjulet). Ända sedan vi började leva i sociala samhällen har en av trenderna i vår ständigt föränderliga livsstil varit behovet av kommunikation och sammankoppling. Ur detta hänseende har digitala, mobila kommunikationssystem konstant utvecklats för att uppfylla människors behov (1G … 4G, 5G just nu och 6G under nästa decennium …)

Att kombinera 5G-teknik med andra tekniker, som artificiell intelligens (AI), IoT, 3D-utskrifter och mer, kommer att förändra sättet som konsumenter lever och interagerar, i industrier såväl som i samhället. Förbättringarna som 5G möjliggör kommer att öka utbudet av möjligheter tack vare sin förmåga att tillhandahålla mer utbredd nätverkstäckning, pålitliga nätverksanslutningar och snabbare dataöverföring.

Den huvudsakliga användningen för tidigare mobila nätverkstekniker har varit att sammankoppla människor. 5G bör expandera bortom detta och är designat för att sammankoppla allt och alla.

Jämförelse av mobila nätverksgenerationer

Vi tar ett steg tillbaka för att se hur mobila nätverk har utvecklats:

1G gav oss möjligheten att prata och vara mobila på samma gång. Den underliggande tekniken var analog röst, utan några ytterligare tjänster ovanpå det.

Mobila 2G-nätverk introducerade digitala nätverkstjänster. Utöver röstkommunikation kunde vi även skicka SMS och nyttja tilläggstjänster som röstbrevlåda, nummerpresentatör, roaming etc. Det var då mobildata introducerades, med väldigt låga hastigheter (minns ni GPRS?) på några kilobits per sekund.

I och med 3G började vi att se potentialen för mobildata, och framförallt med 3,5G (ikonen H+ på mobildataikonen, en förkortning av HSPA, High Speed Packet Access). Vi kunde använda internettjänster med hastigheter mätta i megabits per sekund.

Sedan kom 4G (även om vissa kallade det för LTE – Long Term Evolution), som möjliggjorde alla IP-tjänster och gav oss en snabb bredbandsupplevelse på mobiltelefoner, i samma klass som ADSL eller kabelinternet. För första gången fick vi se internethastigheter på tiotals megabits per sekund, och ibland till och med hundratals megabits per sekund.

Med 4G LTE fick vi hastigheter på våra mobiltelefoner som praktiskt taget låg i linje med fasta bredbandstjänster, vilket gav oss samma möjligheter som om vi jobbade på en PC hemma eller på kontoret. Så vad kommer härnäst?

Vad är 5G?

5^e generationens mobilnätverk, eller helt enkelt 5G, är den kommande revolutionen för mobilteknik.

Upp till 5G har utvecklingen av mobiltekniker möjliggjort betydande ökningar av taket för bithastigheten, generation efter generation. Så hur skiljer sig 5G från 4G och de andra tidigare generationer?

Den huvudsakliga förbättringen med 5G jämfört med 4G går bortom förbättringar i datahastigheten, eftersom det medför förbättringar inom andra prestandafaktorer, som är nödvändiga för andra kritiska kommunikationsanvändningar. Ur detta hänseende kommer 5G, utöver att nå gigabithastigheter, att utöka mobiltjänsterna bortom mobilt internet till IoT (sakernas internet) och kritiska kommunikationssegment.

Nu ska vi ta en titt på lite tekniska data om vad 5G baseras på.

Med 5G börjar vi att använda det så kallade ”högbandet” – radiovågor med kort distans som inte har använts för tidigare mobila nätverkstekniker.

5G kan köras på olika frekvensband, vilket leder till tre väldigt olika typer av 5G-upplevelser: låg, mellan och hög. Låg- (mindre än 1 GHz) och mellanbanden (2,3–6 GHz) är på liknande frekvensomfång som redan använts i tidigare mobilnätverk, och till och med för radion/TV-band.

All uppståndelse handlar om 5G på högbandet, eller millimetervågor – radiovågor i spannet 20–100 GHz. Dessa radiovågor har inte använts för av konsumenter tidigare, men de har använts för specifika radio- och telekomanslutningar i decennier. När det kommer till användning för konsumenter så har de väldigt kort räckvidd, med täckning på ett par hundra meter från tornen. Men de utgör en möjlighet att använda en stor del av ett oanvänt spektrum, vilket innebär väldigt höga hastigheter som kan nå flera gigabits per sekund. Men på grund av dålig täckning kommer högbandet bara att användas på platser med hög densitet, såsom högskoleboenden och fotbollsarenor.

Vad är så revolutionerande med 5G?

5G kommer att revolutionera mobiltjänster genom att tillföra förbättringar inom tre områden: större kanaler (för snabbare dataöverföring), lägre latens (för snabbare respons) och förmågan att ansluta till fler enheter samtidigt (för sensorer och smarta enheter) med lägre energiförbrukning.

Större kanaler och snabbare datahastighet är självförklarande. Som vi nämnde i den tidigare paragrafen kommer kapaciteten hos 5G-basstationer och den tillgängliga mobildatahastigheten för användare att räknas i gigabit. 5G-tekniken tillhandahåller nya (mycket bredare än tidigare) frekvensband såväl som bredare spektral bandbredd per frekvenskanal, vilket i slutänden leder till ”högre hastighet”.

Men de andra områdena (latens och anslutningsbarhet) är vad som verkligen särskiljer 5G från resten av mobilteknikerna.

Generellt kan man säga att latens är tiden från att din enhet skickar ett meddelande till att den får ett svar, eller fördröjningen mellan att skicka och få information. ”Låg latens” är till exempel vad som tillhandahåller interaktivitet i realtid för tjänster som använder sig av molnet; det är till exempel nyckeln till självkörande bilar.

Den högre kapaciteten hos 5G-basstationerna kommer att tillåta fler enheter att ansluta samtidigt och omedelbart, och låg energiförbrukning kommer låta anslutna enheter att vara i drift i flera månader eller år utan mänsklig handpåläggning.

Om vi sammanfattar några av de huvudsakliga tekniska fördelarna med 5G är det alltså:

• Möjlighet till gigabithastigheter på mobila enheter, alltså 1–10 Gbps.
• Latens på en millisekund (tur och retur, ände till ände).
• Lägre batteriförbrukning, mycket längre batteritid.
• Gigantiskt antal stödda enheter.
• Dess kognitiva radioteknik möjliggör för olika versioner av radioteknik att dela samma spektrum på ett effektivt sätt.
• 1000x bandbredd per enhetsområde.
• Runt 90 % mindre användning av nätverksenergi.

Användningar för 5G

Allt vi nämnt hittills låter väldigt bra, men vad innebär det för den vanliga användaren? Jag fattar, gigabithastigheter och sånt, men vilka andra tjänster kommer 5G att möjliggöra?

Vi tar en titt på några av industrivertikalerna som är menade att förbättras i och med introduktionen av 5G-tjänster:

• Bilindustrin, mobilitet
• Autonoma (självkörande) och anslutna bilar är förmodligen en nyckelanvändning för 5G-aktivering. Men för att aktivera sådana tjänster ligger fokus på snabbare svarstid (extremt låg latens) snarare än snabb dataöverföring.
• 5G-tekniker kan leverera tjänster på en millisekund (1 ms) med 5G. Vi ska försöka förklara det.
• En millisekund är 1/1000 sekund. Människans reaktionsförmåga på visuell stimulans ligger i snitt på 250 ms, eller ¼ sekund. Med rätt träning kan människor bli så snabba som 190–200 ms, medan proffs (racingförare, stridspiloter, professionella datorspelare) kan nå 100–120 ms.
• Det innebär att din bil kan reagera 250 gånger snabbare än du.
• Om vi tar det till en teknik- och kommunikationsnivå så kan en uppkopplad bil reagera (nästan) omedelbart på tillgänglig, inkommande information och dela eller sprida sina reaktioner bakåt till andra fordon, vägsignaler eller andra typer av sensorer, och allt på några millisekunder.
• En bil som kör i 100 km/h förflyttar sig 27,6 meter per sekund, eller 2,7 centimeter varje millisekund. I en nödsituation är reaktionssträckan runt 30 meter innan man stampar på bromsen. Om vägsensorerna upptäcker en oväntad händelse på vägen hade en uppkopplad bil med reaktionstid på 1 ms bara rullat mindre än tre centimeter.
• Telemedicin
• Alltså internapplikationer med superlåg latens för att uppnå responstid på mänsklig nivå. Samtidigt som vi ser exponentiell tillväxt inom nanoteknik kommer 5G att möjliggöra nanokirurgi, och bortom det kan utvecklingen av känslig utrustning för telemedicin göra det möjligt för kirurger att utföra medicinska ingrepp med enheter för virtuell verklighet från var som helst på planeten.
• När det handlar om liv eller död är pålitlighet dessutom vitalt.
• 5G-nätverks pålitlighet anges som kapaciteten att leverera 99,999 % av datapaketen utan fel på 1 ms, och antyder 99,999 % tillgänglighet hos själva nätverket.
• Underhållning, media och spel
• Påverkan från taktilt internet kommer även att revolutionera spelindustrin. Nya kapacitets- och latensförbättringar kommer leda till vidareutveckling av gränssnitten för virtuell verklighet, och fler mänskliga sinnen kommer att användas i dessa virtuella verklighetsapplikationer och upplevelser (i dagsläget använder vi bara det enklaste, alltså syn och hörsel, men vad sägs om känsel, doft, smak …?), eftersom dessa applikationer kommer kunna matcha svarstiden för människans sinnen. I och med det kommer vi att expandera till fler och fler spelalternativ, bredare multimediamöjligheter, möjlighet att ansluta var som helst, noll latens, snabbare svarstid och högkvalitativt ljud och HD-video som kan överföras till mobiltelefoner utan att kompromissa med ljud- och videokvalitet.
• Logistik, tillverkning
• Drönare och fjärrstyrda robotar har funnits ett bra tag nu, men dess användare har alltid begränsats av att behöva vara nära enheten för att ha en kommunikationskanal att kontrollera den med. Det kommer att bli ett minne blott, för tack vare 5G:s låga latens kan fjärrpiloter kontrollera fordon på avstånd utan lagg. Och eftersom 5G har högre bandbredd kan de få pålitliga videoströmmar från flera kameror på fordonet för att se vart de är på väg. Föreställ dig att man kontrollerar en underhållsdrönare som skannar ett kraftledningstorn från ett operationscenter; eller att skicka ut leveransdrönare till varje hörn av landet från ett centraliserat lagerkontrollcenter.
• Utbredd IoT-adoption
• 5G-teknik väntas släppa lös ett massivt ekosystem av IoT (sakernas internet), där nätverk kan möta kommunikationsbehov för miljarder anslutna enheter, med rätt kompromisser vad gäller hastighet, latens och kostnad. Dessa anslutna enheter kommer att vara allt från smarta hem- och byggnadsvaror till jordbrukssensorer, väderstationer och underjordiska sensorer.
• 5G-teknik levererar effektiv överföring av mindre datatrafik (alltså från olika mätare, som parkeringsautomater, vattenmätare, vindmätare), bred områdestäckning och djup genomträngning, som är viktigt för underjordiska sensorer, trafik, parkering, jordbruk … Utöver fördelarna med täckning och genomträngning möjliggör 5G låg strömförbrukning, vilket borde låta dessa enheter drivas av ett batteri i flera år.
• Samtidig översättning
• Föreställ dig enheter för översättning i realtid, precis som i Star Trek! Med latens på 1 ms är vi ett steg närmre det.

Dödar 5G fåglar?

Lyckligtvis inte.

Alla de stackars fåglarna i Nederländerna (i händelsen som detta påstående baseras på) dog faktiskt av förgiftning.

Tyvärr sammanföll den utbredda implementeringen av 5G med Covid-krisen, och beskylldes för alla samhällets problem – från cancer och Covid till inbyggda chipp och stekta hjärnor. Lyckligtvis är dessa påståenden helt påhittade, utan några som helst vetenskapliga fakta att backa upp dem med. 5G med lågband och mellanband baseras på radiofrekvenser som använts i decennier. Frekvensspektrumet för 5G:s lågband är samma som UHF TV-banden, som är utbrett använda sedan introduktionen TV-sändningarna började på 1950-talet. Frekvensspektrumet för mellanbandet har använts sedan 1963 och är hyfsat lika (inte samma, givetvis) som frekvenserna som redan använts av tidigare mobilgenerationer, Wi-Fi, Wimax etc.

Rädslan för det okända lägger därefter mest krut på 5G:s högband, eller frekvensbandet med millimetervågor. Spridningen och täckningen för detta band är av kortdistanstypen, vilket leder till många mindre uppkopplingsplatser (pico- eller nanoantenner), vilket i sin tur gör det mer synligt jämfört med tidigare generationer av mobilnätverk. Men dessa enheter har väldigt låg effekt (generellt 2–10 watt, jämfört med en standardbasstations 20–40 watt). Vetenskapliga studier visar att 5G-millimetervågorna faktiskt är så svaga att de inte ens tränger genom mänsklig hud och dessutom blockeras av alla hinder utomhus, som kläder, blad, hud och även hårda hinder, som glas, väggar …

Slutsats

5G för oss, slutkonsumenten, innebär inte bara snabbare mobilt internet, utan i huvudsak internetuppkoppling för många fler föremål än vi ser idag.

Premissen med 5G är att möjliggöra en helt uppkopplad värld, när som helst och var som helst. Detta är inte bara ett simpelt teknologiskt kliv, utan omvälvande på så sätt att man väntar sig att en massiv adoption av 5G skulle kunna driva en fjärde industriell revolution. Vi kan vänta oss en redig åktur när vi ser vad 5G, som möjliggörare av kommunikation, kommer att tillföra utvecklingen av tekniker som redan existerar, men som saknat kommunikationsmedel: artificiell intelligens, IoT, 3D-utskrift, fjärrstyrda enheter etc.

Författare: Dejan Talevski, senior projektledare, telekomdivisionen