5G-teknologien – Internet of Things & hurtigt internet uden forsinkelse

5G NR er en kompleks størrelse, der består af en lang række forskellige teknologier. Kunne du tænke dig at komme helt ned i maskinrummet og lære, hvad der gør 5G-teknologien til 5G? Så er du kommet til det helt rette sted.

Her kan du læse om alle de bagvedliggende teknologier og løsninger bag 5G-standarden.

Alt du bør vide om 5G-teknologien

5G-teknologi har reelt meget lidt at gøre med 5G-telefoner og -mobiltelefoni. 5G-teknologi handler om meget mere. 5G-teknologi handler om Internet of Things (IoT) eller på dansk Tingenes Internet, som blandt andet indebærer, at maskiner, robotter, køretøjer og reelt alt, der med fordel kan kobles på nettet via sensorer, vil ende med at komme på internettet. Brugen af 5G-teknolgi handler dybest set om at facilitere internetforbindelser, der er super hurtige – helt op til 20 gigabit i sekundet.

Før vi forklarer, hvordan 5G fungerer, er det nok en god idé at forklare, hvad 5G er.

5G – Et individualiseret mobilnetværk på speed

5G er den næste generation af mobilnetværk, og 5G vil i sidste ende erstatte, eller i det mindste forbedre, din 4G LTE-forbindelse. Med 5G kan du forvente at opleve internet med eksponentielt hurtigere download- og uploadhastigheder. Responstiden, det vil sige den tid det tager enheder at kommunikere med trådløse netværk, vil også falde drastisk.

Hertil et mobilnetværk der er skalerbart så internetforbindelserne kan tilpasses unikke forbruger- erhvervs- og samfundsmæssige behov.

Her ses 5G i det elektromagnetiske spektrum. Foto: 5G-netværk.dk.

Introduktion til 5G

Nu hvor vi ved, hvad 5G er, er det en god idé at forstå, hvordan teknologien fungerer, da 5G er forskellig fra forgængeren 4G LTE. Lad os starte med frekvenser.

Frekvensspektrum

I modsætning til LTE fungerer 5G på to forskellige frekvensområder: det lave frekvensområde og det høje frekvensområde – ofte omtalt som millimeterbølger (mmWave). Selv om dette kan synes uvæsentligt, vil det have en dramatisk effekt på din daglige brug af teknologien.

Det lave frekvensområde (FR1) kan også beskrives som frekvensbåndet på under 6 GHz. Mens det lave frekvensområde giver bred dækning og har en høj evne til at trænge igennem forhindringer, er der en stor ulempe: De maksimale hastigheder er ikke nær så høje som hastighederne på frekvensbånd i det høje frekvensområde, men dækningen er til gengæld god.

Det høje frekvensområde giver højere hastigheder og kortere responstid end det lave frekvensområde. Imidlertid har de høje frekvenser svært ved at trænge ind i bygninger lige så effektivt som frekvenserne i det lave frekvensområde.

TDC, Telia, Telenor og teleselskabet 3 er alle enten i gang med at udrulle netværk, der anvender frekvensbånd i det lave frekvensområde, mens udrulning af mmWave-frekvenserne endnu lader vente på sig. Udbydernes 5G-dækning vil blive understøttet af det eksisterende 4G LTE-net, mens teleselskaberne arbejder på at udbygge landsdækkende netværk. Da de høje frekvensbånd giver køb på evnen til at trænge gennem bygninger og til at dække store områder, vil 5G-netværket være afhængigt af mange små celler. Disse basestationer har en lav effekt og dækker små geografiske områder ved brug af beamforming, hvilket forbedrer dækningen.

Network slicing

En essentiel del af 5G er teknologien network slicing – det vil sige, at et og samme fysiske 5G-netværk kan opdeles i flere uafhængige, isolerede virtuelle netværk, som er konfigureret på vidt forskellige måder for at leve op til forskellige krav til hastighed, kapacitet og responstid.

Et teleselskab kan derfor oprette forskellige ”slices” på deres 5G-net for at kunne levere netværksløsninger med 5G, der passer til særlige behov, frem for at et og samme netværk skal kunne dække alle forskelligartede behov.

Hvor et slice for eksempel kan optimeres til høj båndbredde og lav latency til kunder (forbrugere eller virksomheder), som efterspørger dette. Eller måske er der en gruppe af kunder, som efterspørger et særligt stabilt netværk med ekstra høj oppetid. Dette kan der oprettes en ”slice” til. En ”slice” kan også dække behovet for selvkørende biler, som måske ikke har brug for super høj datahastighed, men lav svartid og andre komponenter.

På den måde vil teleselskaberne altså være i stand til at udforske helt nye områder med 5G takket være network slicing, som hvor og når som helst kan allokere dele af det fysiske 5G-netværk til forskellige formål.

5G-standarden

Den Internationale Telekommunikations Union (ITU) er et specialiseret organ i de Forenede Nationer (FN), der udvikler tekniske standarder for kommunikationsteknologier og fastsætter reglerne for anvendelse af radiofrekvenser og interoperabilitet mellem telekommunikationsenheder. I 2012 oprettede ITU et program kaldet “IMT for 2020 and beyond” (IMT-2020) til forskning og til fastsættelse af minimumskrav for 5G. Efter flere års arbejde udarbejdede agenturet et udkast til en betænkning med 13 minimumskrav til 5G i 2017.

Da først ITU havde fastsat minimumskravene til 5G, påbegyndte standardiseringsorganset 3GPP, som er et samarbejde mellem standardiseringsorganisationer inden for telekommunikation, arbejdet med at fastsætte standarder for 5G. I december 2017 afsluttede 3GPP dets specifikationer for udrulningsformen non-stand alone (NSA), og i juni 2018 blev dette arbejde fulgt op med specifikationer for den anden udrulningsform kaldet stand alone (SA).

Både NSA og SA deler de samme specifikationer, men NSA bruger eksisterende LTE-netværk til udrulning, mens SA vil bruge en næste generations 5G-netværk. De danske teleselskaber starter med NSA-specifikationerne, hvilket betyder, at du vil falde tilbage på 4G LTE de steder, hvor der ikke er 5G.

De standarder, der er fastsat af 3GPP, svarer nøje til performancemål fra standarden IMT-2020 og er noget komplekse, men her er en generel gennemgang:

5G-internethastighed

Sammenlignet med 4G vil 5G give betydeligt højere internethastigheder. Maksimale internethastigheder kan ramme 20 gigabit i sekundet ved download og 10 gigabit i sekundet ved upload per mobil basestation (5G-sender). Vær dog opmærksom på, at dette ikke er den internethastighed, du vil opleve med 5G, medmindre du har en dedikeret 5G forbindelse*). Det er den hastighed, der deles mellem alle brugere af den pågældende 5G-basestation. Jo flere brugere på en enkelt basestation, des lavere internethastighed vil de hver især opleve.

I praksis vil der imidlertid blive sat langt flere 5G-sendere op end antallet basestationer/sendemaster for 4G, hvilket vil reducere antal samtidige brugere opkoblet til hver mast. Dermed vil udbyderne sikre, at brugerne af 5G reelt også oplever internethastigheder, der ligger på op til 20 gigabit i sekundet.

Under opstartsfasen af 5G – årene hvor 5G-netværkene udbygges og optimeres i Danmark – vil mange forbrugere dog nok opleve, at deres faktiske internethastighed ofte er væsentlig lavere end 1 gigabit i sekundet.

Teleselskaberne bør således prioritere at etablere tilstrækkelig overkapacitet i et givent område, inden de skynder sig til det næste område for til sidst at vinde kapløbet om at blive først med et landsdækkende 5G-netværk. At ende med et landsdækkende 5G-netværk, der er hullet som nettet i et fodboldmål, vil være et selvmål af dimensioner.

*Virksomhedsparker, erhvervsområder og andre prioriterede og målrettede områder, f.eks. Københavns Lufthavne, hospitaler og lignende, vil blive sat op med dedikerede 5G-forbindelser, hvilket vil sikre, at aktører i disse områder får ægte 5G fra første dag.

Responstid – 5G giver internet uden forsinkelse

Responstiden, det vil sige den tid, det tager data at rejse fra et punkt til et andet, bør være på 4 millisekunder under ideelle omstændigheder og omkring 1 millisekund ved anvendelser, der kræver den højeste hastighed. Tænk for eksempel på fjernoperationer. Med 5G kan udbyderne sikre optimal responstid, alt efter hvilken kunde man leverer 5G til. Responstiden vil klart være et kommercielt parameter, som udbyderne vil prisdifferentiere 5G-abonnementerne efter. Jo lavere responstid, des højere pris må kunden forvente at betale for 5G.

Effektivitet

Radiogrænseflader skal være energieffektive, når de er i brug, og falde tilbage til lavenergitilstand, når de ikke er i brug. Ideelt set bør en radio være i stand til at skifte til lavenergitilstand inden for 10 millisekunder, når den ikke længere er i brug. Dette effektivitetsmål er også gældende for 5G-sendere.

Frekvenseffektivitet

Frekvenseffektivitet er den optimerede anvendelse af frekvenser eller båndbredde, så den maksimale mængde data kan overføres med færrest mulige transmissionsfejl. 5G skal ideelt set have en lidt forbedret frekvenseffektivitet i forhold til LTE med 30 bits i sekundet/Hz downlink og 15 bits i sekundet/Hz uplink.

Mobilitet

Med 5G bør basestationerne understøtte acceleration/bevægelse fra 0 til 500 km/t. Dette betyder dybest set, at basestationen skal arbejde på tværs af en række antennebevægelser – selv på et højhastighedstog med masser af aktive smartphones og bærbare computere. Selv om dette er nemt på LTE-netværk, kan en sådan mobilitet være en udfordring på de nye millimeterbølgenetværk.

Det nytter ikke noget at skyde stabile signaler af sted, hvis antennerne ikke er gode nok til at fange signalerne, og hvis softwaren i de opkoblede enheder ikke er hurtig og smart nok til at prioritere og skifte mellem de mange signaler.

Med 5G kan man opnå optimal mobilitet, men det forudsætter, at modtagerenhedernes antenner og styrende software bliver gode nok til at understøtte mobiliteten.

Tilslutningstæthed

5G bør kunne understøtte mange flere tilsluttede enheder end 4G LTE. Standarden fastsætter, at 5G bør være i stand til at understøtte 1 million tilsluttede enheder per kvadratkilometer. Det er et højt antal, som tager hensyn til den store mængde af enheder, der vil være en del af Internet of Things (tingenes internet).

5G – 20 gigabit, IoT og selvkørende biler

5G er teknologien der kan forbinde alt og alle til internettet (IoT), levere internethastigheder på 20 gigabit i sekundet og realisere fremtiden med selvkørende biler. 5G er også teknologien der vil ændre arbejdsmarkedet, underholdningsøkonomien og hvordan hele industrier, og brancher kan fungere og interagere.

Stabilt og hurtigt bredbånd

Skiftet til 5G vil utvivlsomt ændre den måde, vi interagerer med teknologi i hverdagen, men det er også en absolut nødvendighed, hvis vi ønsker at fortsætte med at bruge mobilt bredbånd.

Udbyderne er ved at løbe tør for 4G LTE-kapacitet i mange større byområder. I nogle byområder oplever brugere allerede fald i hastigheden på travle tidspunkter af døgnet. 5G tilføjer enorme frekvensmængder i frekvensbånd, der ikke er blevet brugt til kommerciel bredbåndstrafik, og det vil ganske enkelt fremtidssikre mobilt bredbånd som bredbåndsforbindelse.

Det er imidlertid ikke kun kapaciteten, der fremtidssikres. Med 5G vil mobilt bredbånd i opstartsfasen give internethastigheder på omkring 1 gigabit i sekundet, hvilket kun er et hastighedsmæssigt mindstekrav til 5G-standarden. Teoretisk set er der intet til hinder for, at 5G kan levere mobilt bredbånd med downloadhastigheder på helt op til 20 gigabit i sekundet.

Uanset formodes 5G at kunne facilitere et stabilt mobilt bredbånd, der er 100 gange hurtigere end mobilt bredbånd baseret på 4G LTE.

Selvkørende biler

Vi kan forvente at se, at antallet af selvkørende køretøjer stiger i samme takt, som 5G udbredes i Danmark – selvfølgelig under forudsætning af, at de selvkørende biler og den bagvedliggende teknologi også er på plads. I fremtiden vil køretøjer kommunikere med andre køretøjer på vejen, give oplysninger til andre biler om vejforhold og tilbyde performanceoplysninger til førere og bilproducenter. Hvis en bil bremser hurtigt op forude, kan dit køretøj straks få besked om dette og forebyggende bremse op, hvilket forhindrer en kollision.

Denne form for kommunikation mellem køretøjer kan i sidste ende redde tusinder af liv og radikalt ændre trafikmønstre, f.eks. ved at selvkørende biler synkronisk igangsætter og bremser ved lyssignaler, eller ved at trafikpropper opløses, inden de skaber lange køer ved at ledige parkeringspladser udnyttes fuldt ud.

Selvkørende biler kan også revolutionere vores måde at eje og råde over biler på. Med selvkørende biler vil det for rigtig mange mennesker betale sig kun at betale for tiden, man bruger bilen, hvorfor mange af dagens bilejere må formodes at overgå fra betalt ejerskab til betalt råderet over bil.

Offentlig sikkerhed og infrastruktur

5G vil give byer og kommuner mulighed for at blive drevet mere effektivt. Forsyningsselskaber vil nemt kunne fjernovervåge forbrug, sensorer kan give besked til offentlige tekniske forvaltninger, når afløb oversvømmes eller gadebelysning går ud, og kommunerne vil være i stand til hurtigt og billigt at installere overvågningskameraer, der kan give feedback og reagere på flere parametre end blot videooptagelser af et gadehjørne.

Fjernstyring af enheder (M2M)

Da 5G har en bemærkelsesværdig kort responstid, vil fjernstyring af tunge maskiner blive en realitet. Mens det primære mål er at reducere risikoen i farlige miljøer, vil det også give teknikere med specialiserede færdigheder mulighed for at styre især tunge maskiner fra hvor som helst i verden (Tunge maskiner, da tunge maskiner bruger relativt lang tid på at standse eller reversere en retning). Man kan f.eks. tænke sig drift af førerløs togdrift, kystnær skibsfart og minedrift.

Machine to Machine Communication eller M2M, vil også gøre det muligt for maskiner at kommunikere sig i mellem – uafhængigt af tid og sted – og dermed optimere produktions og logistik funktioner på et globalt plan. F.eks. kan vigtige delkomponenter undervejs på et containerskib fra Asien automatisk kommunikere til et lager i Europa, at nye komponenter er tilgængelige på det fysiske lager om 18 timer og 23 minutter.

Sundhedspleje, kirurgi og medicinering

Den ultra-pålidelige, lave responstids kommunikationskomponent (ultra-reliable low latency communications component (URLLC)) i 5G kan fundamentalt ændre sundhedspleje. Da URLLC reducerer 5G-responstiden endnu mere, end hvad du ser med forbedret mobilt bredbånd, åbnes en verden af nye muligheder. Vi kan forvente at se forbedringer inden for telemedicin – fjerndiagnosticering og fysioterapi via AR, præcisionskirurgi og selv fjernkirurgi i de kommende år.

mMTC – en form for maskine-til-maskine-kommunikation kaldet Massive Machine Type Communications – vil også spille en central rolle inden for sundhedsvæsenet. Hospitaler kan skabe omfattende sensornetværk til at overvåge patienter, læger kan ordinere smarte piller til at holde øje med medicinindtaget og monitorere fordøjelsessystemet, og forsikringsselskaber kan endda overvåge og måske endda kræve, at forsikrede klienter får fastlagt passende behandlinger og genoptræningsprocesser.

Internet of Things (tingenes internet)

Et af de mest spændende og afgørende aspekter ved 5G er teknologiens indvirkning på Internet of Things, på dansk kaldet tingenes internet. Mens mange dimser, dingenoter og maskiner i dag (2020) har sensorer, der kan kommunikere med hinanden, har de en tendens til at kræve en masse ressourcer, og de udtømmer hurtigt 4G LTE-netværkene.

Med 5G-hastigheder og lav responstid vil Internet of Things (tingenes internet) blive drevet af kommunikation mellem sensorer og intelligente enheder i form af mMTC igen. Sammenlignet med aktuelle smarte enheder på markedet (dagens 4G-baserede enheder) vil mMTC-enheder kræve færre ressourcer, da et stort antal af disse enheder kan oprette forbindelse til en enkelt basestation, hvilket gør dem meget mere effektive.

Hvor er vi med 5G nu?

Så hvornår skal du forvente at se 5G i dit nabolag? Det afhænger af, hvor du bor. Nogle nabolag i større byer har allerede adgang til 5G, hvilket betyder, at alt, hvad du behøver for at drage fordel af de lynhurtige hastigheder de pågældende steder, er en 5G-smartphone.

Og hvor får man så fat i en 5G-telefon? I løbet af 2020 har de fleste større producenter af smartphones lanceret deres første telefoner, som understøtter 5G – det gælder blandt andet Samsung, Huawei, OnePlus, Sony, Motorola, LG, mens Apple lancerer iPhones med 5G i efteråret 2020.

Alle de store danske udbydere arbejder ihærdigt på at udbygge deres 5G-netværk, men alligevel vil det med al sandsynlighed tage mange år at etablere fuld dækning i hele landet. 5G vil med stor sandsynlighed blive prioriteret udbygget i udvalgte erhvervsområder og i landets større byer.

Det er også værd at bemærke, at hver udbyder har sin egen udrulningsstrategi for 5G. Det betyder, at din 5G-oplevelse kan variere meget afhængigt af, hvilken udbyder du benytter.