Der er taget mange første skridt til at udvikle et kommende 5G-mobilnetværk. Men der mangler stadig en del grundlæggende forskning og udvikling, før man ved, hvordan millimeter-radiobølger virker, og før man får et helt 5G-netværk til at fungere.
»Vi skal have bygget mixere, filtre, konvertere og antenner. Antenner vil blive et stort arbejdsområde,« siger Ted Rappaport.
Han er professor og direktør for New York University Wireless og en central person i udvikling af nye 5G-teknologier. Ted Rappaport har gjort nogle af de første opdagelser om millimeterbølgernes udbredelse ude i New Yorks gader og udgav resultaterne i den videnskabelige artikel ‘Millimeter Wave Mobile Communications for 5G Cellular: It Will Work!’ – en af de mest læste artikler i verden om emnet.
»Vi er stadig i de tidlige tider af 5G-udviklingen. Det her er den sjove tid, hvor mange forskellige ideer bobler frem rundt om i verden, og de bedste ideer kommer op til overfladen,« siger han og læner sig gestikulerende frem over bordet for at understrege pointen.
»I løbet af 6-18 måneder vil vi se det første forslag til en global standard for 5G. Men der er meget, vi skal lære om udbredelsen af millimeterbølger og om modtagelsen i de mobile apparater,« siger Ted Rappaport, som Ingeniøren møder ved National Instruments årlige brugerkonference, NI Week, i Austin, Texas.
Han understreger, at 5G-netværk bliver væsentligt forskellige fra LTE, det, som kaldes 4G.
»Vi arbejder med elektrisk stærke, men fysisk små antenner og med retningsbestemte antenner. Vi har fundet frem til, at der er brug for, at signalet ankommer fra i gennemsnit to til tre unikt pegende vinkler, for at en 5G-telefon kan modtage tilfredsstillende. Det var der ikke nogen, der vidste, før vi lavede forsøgene.«
Ted Rappaport har forsket i mobilantenner og i millimeterbølger i over 20 år og er en kapacitet på området.
»Det er et meget frugtbart område for unge ingeniører. Vi har mange studerende med i vores forsøg. Perioden lige nu er efter min mening endnu mere spændende end dengang i 90’erne, hvor Qualcomm offentliggjorde CDMA. Et stort område er at skabe millimeterantenner, som sidder direkte på printkortet. De ingeniører, som arbejder med udviklingen og bliver dygtige, bliver eksperter på området, før verden endnu har set 5G i virkeligheden,« siger han.
5G-standarden vil i endnu højere grad udnytte MIMO, Multiple- Input and Multiple-Output, som kan flytte flere data inden for den samme kanal.
»Vi skal i endnu højere grad udnytte de små forskelle mellem forskellige sendere. Så kan man få mere information, end hvis man kun brugte én antenne. I dag bruger man kun få antenner. Men med millimeterstore antenner kan man have dusinvis, hundredevis eller endda tusindvis af antenner på en basestation. Det er også der, vi har brug for mere viden om, hvordan apparater modtager millimeterbølger. Det ved vi ikke så meget om i dag.«
Millimeterbølger lader sig stoppe
Nogle af de resultater, som Ted Rappaport og hans kolleger på New York University er nået frem til, er, at der er et stort tab af energi, når millimeterbølger rammer blade. Bladtabet er målt til mindst 20 dB. Millimeterbølger har sværere ved at trænge igennem træernes blade.
»Et enkelt blad kan forringe signalet væsentligt. Bladenes udbredelse betyder, at det bliver sværere for signalerne at nå frem om sommeren end om vinteren. Vi har også testet, hvad der sker med radiobølgerne, når det regner. Med mere våde overflader får vi større reflektion af signalet,« siger Ted Rappaport.
Millimeterbølgerne lader sig også lettere stoppe af bygninger end de nuværende 3G- og 4G-bølger.
Til at gennemføre forsøget har NYU Wireless og partnere som Nokia, National Instruments og Samsung opbygget deres egne 5G-basestationer og mobiltelefoner med egenudviklede mikroprocessorer og printkort til at nå tilstrækkeligt høje frekvenser. Mobiltelefonerne er stadig store klodser af elektronik, langtfra hvordan de vil komme til at se ud, når 5G engang bliver til virkelighed.
Ted Rappaport er optimistisk med hensyn til 5G’s datahastighed. I udviklingskredse taler man om, at man skal nå 100 Mbit/s i udkanten af hver celle.
»Jeg tror let, vi når 100 Mbit/s i udkanten. Jeg tror, vi kan nå så højt som 5 til 20 Gbit/s tæt ved basestationen.«
Ted Rappaport udgiver i september sammen med andre forskere den første bog om millimeterbølger, ‘Millimeter Wave Wireless Communications’. Ud over sit arbejde inden for radiobølger til mobiltelefoner underviser den travle professor også i stråling på New York Universitys medicinstudie.
Unge studerende bag forsøg
Amerikaneren med de italienske forfædre har også lige en god historie, han vil aflevere.
»Da vi fik pengene fra regeringen til at lave vores antenneforsøg i New York, skulle det gå stærkt. Vi fik nogle private sponsorer på plads, men det var midt i sommerferien, så det var svært at samle nogle af de ældre studerende. Derfor blev forsøget faktisk gennemført med freshmen, helt nye studerende. Så et af de mest læste papirer på den amerikanske ingeniørforening IEEE’s hjemmeside er faktisk lavet af freshmen,« griner han.
Leave a Reply