«5G har en pris: batteriforbruk» – telebedrifter jakter allerede ny teknologi

I Finland, Sør-Korea og Kina har de første 5G-nettverkene blitt etablert i løpet av de siste månedene. Her kan du med en smarttelefon og rutere få ekstremt høye datahastigheter over den nye generasjonen mobilnettverk. Men det finnes også en bakside av medaljen med de nye raske mobilnettverkene. De sluker strøm som aldri før.

Dette uttaler både en kinesisk og en finsk teleoperatør, samt et stort amerikansk ingeniør-konsern.

«Jeg tror ikke teleselskapene for alvor har forstått hva det kommer til å innebære for mobiltelefonen og hva det gjør med batteritiden. 5G har en pris, og den prisen er batteriforbruk», sier James Kimery, som er marketingsdirektør for radio research hos National Instruments Corp, til mediet IEEE Spectrum.

Han forteller at det er måten man pakker og sender ut en databeskjed over et 5G-mobilnettverk som spesielt forbruker markant mer energi enn det nåværende 4G-nettverket. Dette skjer selv om det er den samme metoden man bruker til 5G som til 4G, nemlig såkalt orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM), som er en kjent teknologi som ble utviklet av Bell Labs på 1960-tallet.

Tre ganger så høyt energiforbruk på basestasjoner

OFDM-metoden fungerer ved at data blir delt opp i mindre porsjoner, som deretter sendes samtidig over forskjellige frekvenser. Dette gjør porsjonene ortogonale, slik at de ikke forstyrrer hverandre.

Det betyr at radioavsender-enheten må kunne sende ut mange signaler simultant med et høyt energiforbruk, mens mottakeren på samme måte må kunne håndtere store mengder energi samtidig. Det gjør OFDM-metoden til en av de mindre energivennlige encoding-metodene, og dette problemet bare øker i takt med at de nye 5G-nettverk vil måtte sende stadig større datamengder med markant høyere hastigheter.

Utfordringen med et veldig høyt energiforbruk dreier seg ikke bare om mottakerenheten – altså smarttelefoner – men i like stor grad om de basestasjonene – altså mobilmastene – som skal transportere radiosignaler fram og tilbake mellom nettverkets kjerne og sluttbrukerne.

På årets Mobile World Congress i februar kom Executive Vice President hos teleselskapet China Mobile, Zhengmao Li, med et varsko. Her advarte toppsjefen i et av verdens største teleselskaper om at strømforbruket på de nye 5G-basestasjonene ser ut til å bli tre ganger høyere enn ved de eksisterende 4G LTE-basestasjonene.

Rask lansering går ut over forbruket

I tillegg til at hver enkelt basestasjon ser ut til å få et høyere strømforbruk, forventer man også at det må settes opp flere basestasjoner enn med 4G LTE, fordi man må sende over høyere radiofrekvenser, noe som gir kortere rekkevidde.

«Etableringen av et 5G-nettverk i Kina krever tre ganger så mange basestasjoner som for 4G, med minst tre ganger energibehovet, og basestasjonene er tre ganger dyrere enn 4G», sa han på Mobile World Congress ifølge det tyske mediet Golem.

Og problemet med strømforbruket vil bare vokse i takt med at 5G blir fortløpende introdusert til forskjellige applikasjoner. For mens OFDM-metoden tærer på batteritiden på en smarttelefon, ser det enda mer bekymringsfullt ut for de store Internet of Things-nettverkene som forventes å binde sammen tusenvis av maskiner med hverandre. For hvis alle enhetene skal få tildelt et dedikert spektrum, kan det raskt løpe løpsk hvis et nettverk består av hundretusenvis av enheter.

At 5G-leverandører og operatører har valgt å ta med seg OFDM-metoden over fra 4G, skyldes antagelig at man for to år siden framskyndet tidsplanen for implementering av 5G. Den framskyndingen medførte at flere sentrale teknologivalg, blant annet encoding-metoden, ble utsatt.

Finsk teleoperatør: Mobilbrukere får for tiden ikke noe ut av 5G

I Europa er Finland blant de landene som har kommet lengst med implementeringen av 5G. Dels fordi en av verdens største 5G-leverandører, Nokia, er fra Finland, men også fordi den finske infrastrukturen egner seg godt for trådløse nettverk, på grunn av de svært store avstandene og den lave befolkningstettheten.

Men den finske teleoperatøren DNA er ikke voldsomt begeistret etter å ha testet 5G-nettverk tre forskjellige steder i Finland. I dag har DNA et 5G-nettverk i sentrum av hovedstaden Helsinki, et midlertidig nettverk rundt Suomi Areena, som er det finske svaret på det danske Folkemøde på Bornholm, og et mindre nettverk med en liten gruppe hus i byen Nikinmäki, Vantaa.

Mens det finske Elisa og Telia allerede selger 5G-kompatible smarttelefoner, har DNA inntil videre ingenting i hyllene sine.

For de mener at produktene fremdeles ikke er gode nok til å sende ut til kundene. Ifølge Pekka Väisänen, som er senior vice president for forbrukervirksomheten hos DNA, er det for tiden tre tungtveiende argumenter mot 5G-kompatible smarttelefoner.

Dels kan ikke de eksisterende produktene bruke de forskjellige frekvensene som er nødvendige for å oppnå de lovte høye hastighetene, strømforbruket på 5G-nettverket er for høyt, noe som innebærer at batteriene tømmes raskt, samt at DNA ikke mener at de kan garantere at alle tjenestene som kjører på dagens 4G-nettverk også fungerer på 5G. Dette gjelder for eksempel wifi-oppringninger. Det sier han til det finske mediet Helsingin Sanomat.

Likevel forventer DNA å kunne selge de første 5G-produktene senere i år. Men Väisänen sier til Helsingin Sanomat at han faktisk ikke kan se hva mobilkundene vil få ut av 5G akkurat nå, fordi de ikke kan utnytte de høye datahastighene til nye tjenester.

Men selv om Pekka Väisänen og DNA for tiden ikke satser på 5G til mobilkunder, tror de mer på 5G som konkurrent til internettleverandører i hjemmet.

De omkring 5,5 millioner finnene er nemlig fordelt over hele 338.424 kvadratkilometer, mens for eksempel Danmark bare har 43.098 kilometer til noenlunde samme mengde mennesker. Det innebærer at utbyggingen av fibernett i Finland går langsommere, og i mange områder ikke er lønnsom. Her vil et trådløst 5G-nettverk raskere kunne konkurrere med de dyre fiberkablene.

Det er likevel ikke alle aktører som frykter strømforbruket til 5G.

«Det finnes en reell bekymring over strømforbruket til 5G-nettverk, spesielt fordi det har mye større kapasitet og kan overføre data med langt høyere hastigheter. I betraktning av det store antallet forbindelser som må etableres, tror mange at 5G-nettverk vil kreve det dobbelte av det 4G gjør i dag. Men det er faktisk ikke tilfelle. 5G-nettverk implementeres for øyeblikket mange steder, og det forventes at når 5G-nettverk dekker samme område som 4G-nettverk, vil strømforbruket være det samme», sa styreformann Liang Hua i Huawei i en pressemelding i juli. Ifølge Huawei er 5G-ytstyret deres 20 prosent mer energieffektivt enn gjennomsnittet i bransjen. Det er likevel uklart hvordan den beregningen er foretatt, og på hvilket grunnlag.

Alternativer er allerede på gang

Kritikken av OFDM-metoden har allerede fått støtte, og fått både forskere og bedrifter til å innlede jakten på alternativer til OFDM.

Chief engineer for trådløse standarder hos ZTE Corp., Yifei Yuan, sier til IEEE Spectrum at det finnes mulige ikke-orgotonale løsninger, også kjent som non-orthogonal multiple access (NOMA), som kan levere de samme fordelene som OFDM, men hvor brukerne overlapper hverandre på frekvensene, men at de realistisk først er klar til bruk om et par år.

Den internasjonale standardiseringsorganisasjonen for mobilnettverk, 3GPP, som står bak 5G-standardene, forventes å frigi den neste versjonen av 5G i desember; utgave 16. Om den kommende versjonen vil inneholde en ny metode for encoding er tvilsomt. Men den nye versjonen burde inneholde de første resultatene av en undersøkelse av mulige alternativer som en arbeidsgruppe gjennomført.

Denne artikkelen ble først publisert på Ingeniøren for deres abonnenter og gjøres tilgjengelig for abonnenter av TU Ekstra gjennom vår samarbeidsavtale.