Du sitter där hemma i soffan och pratar med en gammal vän. Vid en första anblick ser det ut som om hon sitter där livs levande bredvid dig, men faktum är att hon befinner sig på andra sidan jordklotet.
Det du ser är ett knivskarpt tredimensionellt hologram som utan fördröjning sänds via 5G-nätverket till dina AR-glasögon (augmented reality, eller förstärkt verklighet) och som projicerar figuren rakt in i ditt synfält.
Den första generationen mobila nätverk togs i bruk för snart 35 år sedan. Med 1G, som det kallades, blev det möjligt att ta med sig telefonen när man var på språng. Det var en teknisk revolution, och i dag är det inte många som kan tänka sig en vardag utan en mobil i fickan.
Nu är det dags för en ny revolution, en som kräver en total ombyggnad av det globala nätverket av mobilmaster.
Forskare och telekomföretag arbetar för att lansera 1G:s avancerade barnbarnsbarn 5G.
Hela staden kopplar upp sig mot nätet
5G ska bli ryggraden i det så kallade sakernas internet, som kommer att göra det möjligt för allt omkring oss att kommunicera. Sensorer i vägen berättar för din bil om det är halt och mobilen varnar dig om luften i parken är giftig.
Du lämnar din bostad i förorten och sätter dig i bilen. Sensorer i huset som kommunicerar med din mobil registrerar att du har gått ut, vilket får dörren att låsas. Inne i huset sänks temperaturen en aning och lamporna släcks.
Via så kallad maskin-till-maskin-kommunikation kommunicerar din självkörande bil med övriga bilar för att hålla ett säkert avstånd. Nätverket informerar bilen om lediga parkeringsplatser i staden. Sensorer vid parkeringen sköter automatiskt betalningen med din mobil.
Via dina AR-glasögon guidas du runt i stadsdelen med hjälp av information från nätverket. Signalens höga frekvens hindras av byggnader och lämnas därför över till en ny mast varje gång du svänger runt ett hörn.
Du bestämmer dig för att köra till parken. Din mobil berättar för dig att uppkopplade sensorer i parken har uppmätt dålig luftkvalitet där. Du skickar
ett meddelande till bilen om att den ska hämta dig och köra dig hem.
Det nya mobilnätet kommer att bli många gånger snabbare än existerande nätverk, med hastigheter på flera gigabit per sekund.
Det innebär att en video i full HD-kvalitet kan laddas ner på blott sex sekunder, något som hade tagit sju minuter med 4G och 70 minuter med 3G.
Högre hastighet är emellertid inte det enda positiva med 5G. I framtiden ska nätverket komma att användas av närmare hundra miljarder elektroniska enheter när det så kallade sakernas internet låter oss koppla upp bilar, kläder, medicinsk utrustning, övervakningskameror, dörrlås och en mängd andra föremål trådlöst mot internet.
Fler på nätet gör det trångt
År 1983 började den första kommersiella mobiltelefonen Motorola DynaTAC 8000x att säljas i USA. Den kunde enbart användas för att ringa samtal via det analoga nätverket 1G.
Sedan 1980-talet har nya generationer mobilnätverk med cirka ett årtiondes mellanrum bidragit med ytterligare tekniska landvinningar. I och med övergången från 1G till 2G på 1990-talet blev mobilsignalen digital. Då kunde man för första gången skicka enkla digitala meddelanden som sms och mejl från mobilen.
Cirka tio år senare gjorde 3G:s bredbandshastigheter det möjligt att surfa med mobilen. I dag har många vant sig vid att utan problem strömma tv i HD-kvalitet på telefonen, allt tack vare vårt nuvarande nätverk 4G.
Ingenjören Martin Cooper är känd som mobiltelefonens fader.
Ny generation mobila nätverk varje årtionde
På fyra årtionden har de mobila nätverkens tekniska språng förvandlat mobilen från en tegelsten för enbart samtal till ett multimedieverktyg.
De nya möjligheterna som varje generation har gett har inneburit att alltfler människor nu använder mobilt internet.
Enligt det amerikanska analysföretaget Gartner fanns det år 2016 cirka 6,4 miljarder internetanslutna enheter i världen.
Det talet har nu vuxit till 20,8 miljarder, det vill säga en tredubbling på bara fyra år.
Mobiltelefoner skickar ljud och data i form av digitala paket på en viss radiofrekvens, en bärvåg. Genom modulering av bär-vågen lagras de digitala paketen som svängningar i bärvågens frekvens. Den närmaste mobilmasten registrerar signalen och vidarebefordrar den till grannmasten. När signalen når mottagaren avkodas bärvågens svängningar till antingen ljud eller data.
För att olika radiosignaler inte ska störa varandra regleras frekvenserna av den internationella organisationen ITU. För närvarande används frekvenser mellan 700 megahertz och 2,6 gigahertz för att hantera 2G, 3G och 4G.
Varje förbindelse upptar en liten del av frekvensbandet, så det finns helt enkelt inte plats för miljardtals nya enheter som skickar information genom luften.
Millimetervågor är lösningen
I en forskningsartikel från år 2013 lade den amerikanske forskaren Ted Rappaport vid New York University fram ett resonemang att 5G ska titta uppåt i frekvensspektrumet efter så kallade millimetervågor för att möjliggöra höga nedladdningshastigheter och ge plats åt många användare.
Äldre generationer använder våglängder mellan cirka tio och 40 centimeter. Genom att flytta sig uppåt i frekvensområdet, över 30 gigahertz och ända upp till 300 gigahertz där våglängden understiger en centimeter, kan 5G använda en mer outnyttjad del av frekvensspektrumet.
Problemet med att låta mobilerna kommunicera vid så höga frekvenser och korta våglängder är att signalerna lättare hindras av byggnader och även av banala hinder som träd, buskar och regn.
Därför testade Ted Rappaport och en grupp studenter hur mobilsignaler i 28 och 38 gigahertz fungerade i de amerikanska storstäderna New York och Austin. De kom fram till att täckningen kan garanteras i storstäderna med ett avstånd på 200 meter mellan 5G-masterna.
Existerande master står normalt med två–tre kilometers mellanrum.
Mobilnätet skivas upp i lager
SMARTMOBILER: Hög nedladdningshastighet, många enheter
Användare av smartmobiler behöver hög datahastighet. Därför har det här lagret fokus på att leverera hög bandbredd till många mottagare.
VÅRDSEKTORN: Låg responstid, god tillförlitlighet
Ett lager i nätverket kan ägnas åt fjärrkirurgi. Då får förbindelsen med roboten inte brytas och responstiden behöver vara så låg som möjligt.
iNDUSTRIN: Låg responstid, hög nedladdningshastighet
Det krävs låg responstid för att fjärrstyra grävmaskiner och hög bandbredd för exempelvis videoströmning i realtid av byggarbetsplatsen.
SMARTA ELMÄTARE:
Intelligenta elmätare rapporterar om din användning via 5G. För att förlänga batteriets livslängd kräver detta lager minimalt med energi från enheterna.
IT-jättar testar 5G-hastigheter
Det kommer med andra ord att krävas en så kallad basstation vid varenda gathörn för att garantera täckning i storstäderna.
Fördelen med millimetervågorna är dock att storleken på en radioantenn är omvänt proportionerlig till signalens frekvens. Antennerna kan alltså göras betydligt mindre, så att en 5G-telefon kan innehålla hundratals små antenner. En basstationen kan ha tusentals.
Signalerna har kortare räckvidd, men i gengäld har de betydligt bättre precision
eftersom det stora antalet antenner gör det möjligt att rikta dem åt olika håll. De små basstationerna kan även monteras inomhus, vilket eliminerar problem med dålig täckning i exempelvis betongbyggnader.
I tester har Samsung demonstrerat prototyper för millimetervågstekniken. Man lyckades skicka data till en mottagare i en bil som körde genom den sydkoreanska staden Suwon i 25 kilometer i timmen.
Den genomsnittliga överföringshastigheten var 1,67 gigabit per sekund, över fem gånger snabbare än med 4G-teknik. Samtidigt visade ingenjörerna att signalen kan överlämnas mellan olika basstationer medan bilen kör utan att hastigheten sjunker nämnvärt.
Världens första mobila 5G-enhet är cirka två meter hög. Under de närmaste åren ska forskarna få ner tekniken till fickstorlek.
Mobilnätet tar över
Det återstår mycket arbete för teknikföretagen innan de kan börja sälja 5G-abonnemang, men alla är överens om att 5G kommer att lanseras någon gång under nästa årtionde. Övergången kommer att ske gradvis under ett antal år, där de äldre generationerna är i bruk parallellt med den nya generationen.
En spännande framtidsutsik med 5G är användning av augmented reality (AR), förstärkt verklighet. Medan virtuell verklighet ”sänker ner” användaren i ett virtuellt 3D-universum fungerar AR som ett tillägg till verkligheten.
Microsoft har exempelvis utvecklat glasögon där användaren ser den verkliga världen med virtuella 3D-föremål projicerade på synfältet via glasögonen. Om man letar efter en ny fåtölj kan man ladda ner en tredimensionell modell av möbeln och placera den i vardagsrummet för att se om den passar innan man bestämmer sig för att köpa den.
Än så länge kräver glasögonen ett Wi-Fi-nätverk, så det dröjer tills lanseringen av 5G innan de infriar sin fulla potential och blir verkligt mobila.
Det kommande nätverket blir inte bara en ny version av mobilt internet, utan en revolution som lär förändra vårt sätt att se på verkligheten.