Professor har jobbet med alt fra 1G til 6G: Målet er den trådløse kabelen

Nylig fløy Preben Mogensen, som er professor i trådløs kommunikasjon ved Aalborg Universitet, til det nordlige Finland. Her deltok han på konferansen 6G Wireless Summit arrangert av Oulu Universitetet i Lappland – det første spede skrittet på veien mot den generasjonen mobilnettverk som forventes å komme etter det 5G-nettverket som først nå er i ferd med å bli satt i drift.

– I første omgang er nok navnet 6G mest til for å skape oppmerksomhet rundt prosjektet. Men navnet fikk alle de store aktørene innen trådløs kommunikasjon til å møte opp, og vi fikk tatt de første skrittene, sier Preben Mogensen.

Hvilke teknologier forventes å prege 6G?

– Kunstig intelligens og maskinlæring er utvilsomt det hotteste emnet for tiden, og får samtidig mest oppmerksomhet, siden ingen egentlig vet om det hovedsake­lig er en hype, eller om vi faktisk må vurdere om vi skal redesigne kommunikasjonsprotokollene og arkitekturen vår helt i forhold til bruk av kunstig intelligens. Vi jobber allerede med å integrere maskinlæring i 5G, men her er det snakk om retrofit til de eksisterende protokollene.

Utsikt til kortere rekkevidde

I tillegg til kunstig intelligens får også frekvensbånd mye oppmerksomhet hos nettverksforskere som Preben Mogensen. I dag sendes 4G på 2600 MHz eller lavere, mens 5G beveger seg opp mot 26 GHz i første fase. I andre fase kommer den til å bruke frekvensbånd over 100 GHz, og med 6G kan vi komme enda høyere opp.

– Bruken av terahertz-frekvenser er også et hyppig tema innen 6G-diskusjonen. Alle nye mobil-generasjoner har gått opp i frekvensbånd, og med de kommende utgavene av 5G forventes det at vi kommer opp til 114 GHz-båndet. Skal vi ha adgang til enda mer frekvensbånd, må vi opp i terahertz-området, og det innebærer både teknologiske utfordringer og begrenset rekkevidde.

Jo høyere man går opp i frekvens, desto kortere blir bølgelengden og dermed også rekkevidden på signalet.

– Når rekkevidden blir så kort, er spørsmålet om man overhodet kan snakke om mobilkommunikasjon slik vi kjenner det i dag, eller om det kanskje snarere blir en veldig rask erstatning for Bluetooth.

Og det er ikke bare rekkevidden det skorter på hvis mobilsignaler skal sendes på korte bølgelengder. Elektronikkprodusenter har allerede i dag utfordringer med å utvikle maskinvare som kan håndtere 5G-nettverk som kjører på millimeterbølger over 30 GHz. Nylig har Intel gitt opp å utvikle modem-brikker til 5G, fordi de ikke tror at de kan tjene inn investeringen.

– Å kjøre 5G over millimeterbølger var opprinnelig veldig hypet, men nettverksutviklingen går ikke raskt, for det medfører store kostnader å gå opp i frekvenser for mobile systemer. Komponentprisen går opp, og rekkevidden går ned, og derfor må mastetettheten være langt større enn ved de lavere frekvensene.

En familie av systemer

Selv om Preben Mogensen i første omgang er tilbakeholden med å forutsi 6G, kommer han likevel med en spådom:

– De siste 30 årene har vi løpende utviklet nye tjenester til mobilnettverk. Først tale, så SMS, deretter datatjenester, og nå senest har vi utviklet løsninger til kommunikasjon mellom biler, droner og maskiner. Forventningen min er at det kommer enda flere spesialtjenester, og det gjør at jeg ikke tror at vi kan holde alt sammen innenfor en one size fits all-tankegang – altså alt i ett nettverk.

Det blir så store forskjeller i kravene til terminaler; om de skal ha nesten uendelig batterilevetid, global dekning fra VLEO-satellitter (Very Low Earth Orbit), svartid (forsinkelse) på under et mikrosekund, eller om de skal levere mer enn 1 terabit i sekundet.

– Det vil også bli mange applikasjonsspesifikke krav, så som at noen vil ha raske forbindelser, mens andre krever ekstremt lave svar­tider eller høy pålitelighet, og dermed blir det vanskelig å forene alle disse kravene i det samme systemet, sier Preben Mogensen.

Mye vil ha mer

For det ligger nærmest i menneskets natur at vi hele tiden vil ha mer, også når det dreier seg om trådløs kommunikasjon over mobilnettet.

Det kan være vanskelig å forestille seg raskere og kraftigere mobile nettverk enn det vi kan forvente med 5G, hvor datahastigheten kommer opp i flere gigabit i sekundet, og svartiden forventes å komme ned til svimlende ett millisekund. Likevel har Preben Mogensen og radioforskningskollegene hans allerede gått videre med enda villere ambisjoner, og med 6G er de første spede forventningene at dataforbindelsen kommer helt opp mot en terabit i sekundet, og at svartiden vil være «ekstremt lav»:

– Ambisjonen med 5G er ett millisekund. Men det er ikke et magisk tall, så allerede nå fokuserer vi på hvordan man kan konstruere et nettverk som kommer ned på en latenstid på under 0,1 millisekund. Når vi er helt der nede, må man på den andre siden redusere andre krav, for eksempel mobilitet (rekkevidden mellom mobiltelefonen og det første aksesspunktet, red.).

De helt nye funksjonene

Hvorfor må vi overhodet ned til under 0,1 millisekund?

– Litt populært sagt, jobber vi med å utvikle den trådløse kabelen. Det kan være en motorstyring i en bil, en produksjonslinje eller en robot som i dag er kablet med mange aktuatorer og sensorer. Her vil vi erstatte de mange kablene med trådløse løsninger. Det vil kunne la seg gjøre, fordi vi høyner kravene til svartid og økt pålitelighet, men samtidig forringer vi rekkevidde og mobilitet.

Forsknings- og utviklingsarbeidet handler ikke bare om å øke hastighet og kapasitet. De kommende generasjonene av mobile nettverk vil sannsynligvis få helt nye funksjoner.

– Det jobbes også med å utnytte nettverksutstyr som sensorer, for eksempel til værmodeller, fordi det mottatte radiosignalet endrer seg i takt med at luftfuktigheten endrer seg. Vi vil også kunne bruke basestasjoner til å detektere om det er bevegelse i et rom. Ved å bruke eksisterende nettverk som sensorer kan du spare en masse fysiske sensorer, sier Preben Mogensen.

Saken ble først publisert på danske Ingeniøren, og gjøres tilgjengelig på norsk for abonnenter av Digi Ekstra gjennom vår samarbeidsavtale med Teknologiens mediehus/Ingeniøren.