Basstationer – snart i hemmet och på hjul?

Behovet av att förtäta mobilnätet ökar dramatiskt under de kommande åren. Den kraftiga ökningen drivs av tillväxten på mobila bredbandsabonnemang, samtidigt som vi konsumerar mer mobil data när allt fler tjänster görs tillgängliga. Ett mycket stort antal nya enheter väntas dessutom kommunicera i mobilnätet, inom bland annat infotainment, transporter och nya industriella tillämpningar.

– Vi ser att trafikkapaciteten på sikt behöver öka tusenfalt för att möta den här snabba utvecklingen. Rent teoretiskt skulle vi kunna lösa det genom att sätta upp fler stora basstationer, men det är inte ekonomiskt hållbart, säger docent Tommy Svensson på Chalmers.

Chalmers medverkar i 5G-initiativet Metis – det första internationella storskaliga forskningsprojektet inom 5:e generationens mobilsystem. På institutionen Signaler och system undersöks bland annat möjligheten att förtäta mobilnätet genom att komplettera infrastrukturen med enklare, effektsvaga, små basstationer. Dessa kan placeras på exempelvis lyktstolpar, husfasader och i inomhusmiljö. Ett annat förslag är att placera små mobila basstationer på fordon, i bilar, lastbilar, bussar och tåg.

Med hjälp av dessa tillskott till mobilnätet kan dataströmmarna från de stora basstationerna göras effektivare, samtidigt som avstånden till användarna blir kortare, till gagn för snabbare datatrafik och bättre batteritider i mobila terminaler. När små basstationer placeras närmare användarna kan radiosignalerna utnyttjas mer effektivt och därigenom sändas med lägre effekt, vilket skulle kunna minska graden av mobilstrålning.

Placeringen i fordon kan erbjuda en smart och rörlig förtätning, som delvis åtgärdar dagens mobilproblem i stora folksamlingar – där det finns många människor finns det i regel ofta fordon.

– Små mobila basstationer kan dessutom medverka till stabil kommunikation mellan fordon för trafikinformation och trafiksäkerhetstillämpningar, säger professor Erik Ström på Chalmers.

Framtidens mobila nätverk kommer nämligen att utgöra grunden för det intelligenta samhället där människor och enheter kan anslutas var som helst, när som helst – med vad som helst. Hög grad av uppkoppling blir en viktig möjliggörare för andra innovativa tekniker och nya tjänster som kan dra nytta av informationsutbyte. Att åstadkomma detta inom ett integrerat mobilsystem är en komplex utmaning för 5G.

– Kombinationen av stora och små basstationer, samt eventuell direktkommunikation mellan enheter, kan verka tillsammans på flera olika sätt. Det gäller att hitta en välfungerande systemdesign med hög tillförlitlighet, mycket snabba svarstider, användarvänliga lösningar och dessutom till låg kostnad och med låg energiförbrukning, säger Tommy Svensson.

FAKTA
Prognos för mobiltrafik
Antal smartphone-abonnemang:
2012: 1,2 miljarder
2018: 4,5 miljarder
Mobil datatrafik fördubblades mellan Q1 2012 och Q1 2013.
Mobil datatrafik väntas öka x12 till slutet av 2018.
Källa: Ericsson Mobility Report, juni 2013

Fem framtidscenarier för 5G
Metis har beskrivit följande 5G-scenarier som återspeglar de framtida utmaningarna och som kommer att utgöra vägledning för det fortsatta arbetet:
1. ”Otroligt snabbt”, med fokus på hög överföringshastighet för framtida mobila bredbandsanvändare,

2. ”Utmärkt användning i folkmassor”, fokus på mobilt bredband även i mycket folktäta områden,

3. ”Vardagsföremål kommunicerar” med fokus på effektiv hantering av ett mycket stort antal enheter med vitt skilda krav,

4. ”Bästa upplevelsen följer dig”, med fokus på att leverera hög användarupplevelse för mobila slutanvändare, och

5. ”Super-realtid och pålitliga anslutningar”, med fokus på nya tillämpningar och användningstillfällen med höga krav på svarstider och tillförlitlighet.

Sex utmanande krav
Metis har sammanställt en uppsättning utmanande krav utifrån dessa scenarier, som kan sammanfattas som:

• Tio till hundra gånger högre datahastighet för den typiska användaren, som i en tät stadsmiljö får en datahastighet som varierar mellan en till tio Gbps,
• Ettusen gånger mer mobil data per område (per användare) där volymen per område (per användare) blir över 100 Gbps/km2 (resp. 500 Gbyte/användare/månad),
• Tio till hundra gånger fler anslutna enheter,
• Tio gånger längre batteritid för strömsnål och omfattande maskinkommunikation där enheter såsom sensorer eller personsökare får en batteritid på 10 år,
• Stöd för ultrasnabb svarstid för applikationer (till exempel för taktilt internet) där totala svarstiden kommer att vara mindre än 5 ms med hög tillförlitlighet,
• En avgörande utmaning blir att uppfylla dessa krav till samma kostnad och energiförbrukning per område som i dagens mobilsystem.

Information om strålning
Alla radiolösningar som tas fram inom Metis-projektet kommer slutligen att bedömas med avseende på deras elektromagnetiska strålning för att överensstämma med befintliga rekommendationer, standarder och föreskrifter avseende människors exponering för elektromagnetiska fält. 

Om Metis
Metis är delfinansierat av Europeiska kommissionen som ett integrerat projekt inom det sjunde ramprogrammet för forskning och utveckling (FP7). Projektet har en total budget på 27 000 000 €.
I Metis-konsortiet ingår telekomföretag, nätoperatörer, bilindustrin och den akademiska sektorn: Ericsson, Aalborg University, Aalto University, Alcatel-Lucent, Anite, BMW Group Research and Technology, Chalmers University of Technology, Deutsche Telekom, NTT DOCOMO, France Telecom-Orange, Fraunhofer-Gesellschaft, Huawei Technologies GmbH, KTH – Royal Institute of Technology, National and Kapodistrian University of Athens, Nokia Corporation, Nokia Siemens Networks, University of Oulu, Poznan University of Technology, RWTH Aachen, Institut Mines-Télécom, Telecom Italia, Telefónica, University of Bremen, University of Kaiserslautern, and Universitat Politècnica de València.

Användbara länkar
– Metis-projektet

• Deliverable D1.1: ICT-317669 METIS project, “Scenarios, requirements and KPIs for 5G mobile and wireless system ”, Deliverable D1.1, maj 2013
• Ericsson Mobility Report, juni 2013
• Tidigare pressmeddelande från EU-kommissionen, “EUR 50 million EU research grants in 2013 to develop ’5G’ technology”, februari 2013