Under våren 2020 öppnade de svenska mobiloperatörerna sina 5G-nät. I de nya näten blir datahastigheten betydligt högre och svarstiderna mycket kortare vilket öppnar för fler tjänster och funktioner. En av de grundläggande delarna av det nya 5G-nätet är radiotekniken Massive MIMO som innebär ett nytt sätt att skicka och ta emot radiosignaler. En av pionjärerna inom området är Erik G. Larsson, professor vid Linköpings universitet. 

– Själva konceptet uppfanns vid Bell Labs för drygt tio år sedan, men då fanns det en stor skepsis i forskarvärlden om det verkligen skulle fungera. Först efter att vi visat att det gick väcktes intresset både hos andra forskare och hos industrin, säger Erik G. Larsson. 

Han är författare till flera av de fundamentala vetenskapliga artiklarna på området. Men trots sin framsynthet kunde han inte ana hur snabbt tekniken skulle tas i bruk. I dag, cirka tio år senare, massproduceras basstationerna som bygger på Massive MIMO över hela världen.

Hundratals antenner ersätter en 

Massive MIMO står för ”massive multiple input, multiple output” och har förändrat själva konstruktionen för en mobil basstation. Gårdagens långsmala och limpliknande antenner ersätts i dag med enheter som liknar vanliga platt-tv-apparater där varje enhet rymmer hundratals mindre antenner. 

Tack vare en avancerad signalbehandling kan det elektromagnetiska fältet från varje antenn riktas i en mycket smal stråle mot till exempel en mobiltelefon eller en sensor. 

– Vissa hävdade att det var omöjligt att skicka energi i utvalda riktningar på detta sätt. Men jag visste att det skulle fungera eftersom det inte stred mot någon känd fysisk eller informationsteknisk lag. När vi vet att något är teoretiskt möjligt så finns det inget skäl till varför vi inte ska förverkliga det, säger han.

Steget efter 5G

Själv har han rört sig vidare bortom 5G. Med ännu fler antenner och en förfinad signalbehandling finns det nästan ingen gräns för hur mycket data som kan skickas med Massive MIMO. Men att täcka omgivningen med basstationer är ingen vidare attraktiv lösning, istället behöver vi integrera antennerna i allt från husfasader och väggar till vardagsföremål. 

– Nästa generation antenner behöver inte längre synas utan kan bli en del av vår miljö. Då kommer även antennerna närmare användarna vilket är en fördel eftersom det kan göra systemet mer energieffektivt. 

Fler antenner gör det också möjligt att hantera dagens växande datamängder, menar han. Bland det som driver hungern efter mer data finns vårt behov av nöje och underhållning. I nya mobiltelefoner finns redan tekniker som AR och VR på plats. 

– Tänk dig att varje person bär omkring en 360-graderskamera som i realtid ska skicka rörliga bilder via det trådlösa nätet, säger han. 

Ett annat exempel är de enorma datamängder som krävs för att träna nya AI-algoritmer. Data hämtas till exempel från sensorer på självkörande bilar och skickas trådlöst till en molnlösning. Då krävs en bandbredd långt utöver vad dagens 5G-nätet kan erbjuda. 

"Tack vare Wallenberg Scholar-anslaget har jag nu resurserna för att arbeta vidare med det jag själv tycker är viktigt."

Säkrare nät

Morgondagens trådlösa nät måste också bli mer motståndskraftiga mot attacker. Dagens låga säkerhetsmedvetenhet liknar den som fanns i internets barndom, menar han. 

– Då insåg visserligen många att överbelastningsattacker var tekniskt möjliga men ingen trodde att de skulle ske. I dag sker de regelbundet och det är även rätt enkelt att med en simpel utrustning störa ut dagens trådlösa nät, säger Erik G. Larsson. 

Även om 5G-nätet marknadsförts som steget till det helt uppkopplade samhället ser han flera exempel där det helt enkelt inte kommer att räcka till. 

– 5G kommer aldrig att uppnå det vi kallar ultrapålitlig kommunikation: att verkligen kunna garantera att varje bit data når mottagaren. Inom industrin växer det fram tillämpningar som ställer sådana extrema krav på tillförlitlighet.

Vissa tillämpningar kräver dessutom mycket kortare svarstider än de 5G kan erbjuda. Till exempel industrirobotar som är beroende av beräkningsresultat från omgivningen för att utföra sina uppgifter korrekt. Först med riktigt korta svarstider kan dagens trådbundna system ersättas fullt ut.

Erik G. Larsson är teoretiker och arbetar med sin forskargrupp nära industrin och andra lärosäten för att utföra simuleringar och testa sina resultat. Ett särskilt nära samarbete finns med forskare vid Lunds tekniska högskola. Tillsammans inledde de utvecklingen av Massive MIMO år 2009. 

– När jag hörde om tekniken så ringde jag dem för att höra om vi inte kunde bli först med mätningarna som krävdes och det visade ju sig bli en megahit. Nu utvecklar vi även nästa generation tillsammans.

Spridningen av tekniken har gjort Erik G. Larsson till en av landets mest citerade forskare.

– Det är roligt och visar att vårt arbete har fått ett verkligt genomslag. Sen måste du ha lite självdistans när det gäller den sortens uppmärksamhet.

Text Magnus Trogen Pahlén
Bild Thor Balkhed Linköpings universitet