En avgörande skillnad mellan 5G och dagens mobilstandarder är att rummet adderas som en tredje frihetsgrad bredvid tid och frekvens.

– Optimeringen av modulation och kodning i de tidigare generationerna är så bra att det är svårt att göra så mycket mer för att lyfta kapaciteten, säger Håkan Andersson som är ansvarig för 5G radio på Ericsson.

Istället är det rummet – i form av lobstyrning och mimo till flera användare – som ska öka kapaciteten men då måste basstationens breda antenn med 120 graders lobvinkel i sidled ersättas med en antenn som kan rikta energin till en viss mottagare genom att forma en smal antennlob. Därmed kan samma frekvensband betjäna flera användare samtidigt.

Tekniken kan bland annat användas för att låta de smala loberna från flera basstationer följa en och samma terminal för att på så sätt ge den högre datatakt. Ett annat alternativt är att använda redundansen så att terminalen inte tappar förbindelsen när den förflyttar sig och radiomiljön ändras.

Att tekniken fungerar praktiskt visade Ericsson redan med den första generationen av 5G-prototypen. Flera lober gav 60 till 70 procents högre datatakt. Den andra generationen av prototypen kan sända upp till åtta samtidiga mimoströmmar från en antennposition.

– Normalt kommer operatörerna att köpa fyra till åtta prototyper. Det räcker för att testa distribuerad transmission, distribuerad Mimo, lober från olika håll och spatiell redundans, säger Mathias Riback som är ansvarig för utvecklingen av Ericssons 5G prototyp.

Smala och styrbara antennlober är i sig inte nytt men hittills har tekniken mest använts i militära tillämpningar, den har varit för dyr för konsumentprodukter. För att vara praktiskt användbar behövs också högre frekvenser än vad som används i dagens mobilsystem, antennelementen blir annars väl stora.

Möjligheten att styra riktningen och formen på loberna ger helt andra frågeställningar än vad som finns i LTE. Det handlar om hur man hanterar tid och frekvens när det också finns en rumslig dimension.

– Mobilindustrin har inte så mycket praktisk erfarenhet av det, säger Håkan Andersson.

Därför behövs grundläggande vågutbredningsmätningar för att skapa vettiga kanalmodeller som sedan kan stoppas in i simulatorerna.

Förutom basstationen behövs en terminal för testerna. Ericsson använder i princip samma hårdvara i terminalen som i basstationen varför de är nästan lika stora.

– Vi vill driva teknikutvecklingen framåt. Det ska inte gå att bygga en basstation eller terminal idag med rätt storlek, då har vi varit för fega.

Ericsson samarbetar med andra företag som ingår i ekosystemet kring 5G för att det ska finnas vettiga terminaler vid den kommersiella lanseringen.

– Vi vill inte ha en upprepning av GSM där en del operatörer sa att GSM stod för God Send Mobiles, säger Håkan Andersson.

Även i mobilen räknar man med att det ska finnas ett visst mått av lobstyrning men med färre antennelement.

– Det är en intressant sak som ska testas med prototypen, säger Mathias Riback.

5G ställer också helt nya krav på tidsfördröjningen i näten och i vissa fall även täckningsgraden. För att realtidstjänster ska fungera måste fördröjningen ner till cirka en millisekund samtidigt som det ska gå att täcka en fabrik med en sannolikhet av tio upphöjt till nio. Och enkla IoT-noder vill att batteriet ska räcka uppåt tio år.

Kraven är i många fall motstridiga så det gäller att snabbt kunna konfigurera om nätat mellan olika tjänster. Dessutom måste de nya användarna i industrin involveras så att de inser vad 5G kan erbjuda men också så att ­Ericsson får bättre kunskap om den nya kundgruppen.

– Här har vi ”5G for Sweden” och ”5G for Europe” där vi bland annat ska demonstrera fjärrstyrd gruvbrytning.

En annan ny tillämpning är kommunikation mellan fordon.

– En av utmaningarna är att få andra industrier att förstå 5G och vad det ger. Samtidigt måste vi vara säkra på att vi inte missförstått deras kravbild, säger Håkan Andersson.

En artikel om tekniken i Ericssons 5G-prototyp finns här (länk).