Massive MIMO och beamforming — hjärnan i en 5G-mast

MIMO — vad står förkortningen för?

MIMO betyder Multiple Input, Multiple Output. Det är en teknik där både sändare och mottagare har flera antenner som arbetar tillsammans. I 4G var det vanligt med 4x4 MIMO (fyra antenner i masten, fyra i telefonen). I 5G är vi uppe i 64x4 eller mer — det är vad som kallas massive MIMO.

Med flera antenner kan masten skicka flera dataströmmar parallellt på samma frekvens, eftersom signalerna anländer till mottagaren från lite olika riktningar. Det är en form av rumslig multiplexning — istället för att dela upp tid eller frekvens delar man upp rummet.

Beamforming — riktade radiovågor

Med många antenner i masten kan operatören finjustera fasen och styrkan på varje antennelement för att forma en stråle som pekar direkt mot en användare. Det kallas beamforming. Istället för att sända energi i alla riktningar koncentreras den dit den behövs.

Det ger två fördelar: räckvidden ökar (eftersom signalen inte "förlorar sig" i tomma riktningar) och störningar minskar (eftersom grannarna får mindre signal). Resultatet är att masten kan tjäna fler användare med högre kvalitet på samma frekvens.

Hur många strålar kan en mast forma?

En modern 5G-mast med 64-element-antenn (vanligt på 3,5 GHz i Sverige) kan forma 8–16 oberoende strålar samtidigt. Varje stråle är som en egen liten kanal mot en specifik användare. När du flyttar dig följer din stråle med och justeras kontinuerligt baserat på hur signalen återkommer till masten.

Vad innebär det praktiskt för dig?

Mest osynligt. Du surfar, din router eller telefon fångar signal, allt funkar — men i bakgrunden riktar masten en stråle just åt ditt håll och justerar den hundratals gånger per sekund. När du flyttar dig 5 meter eller går runt en husgavel ändras strålen automatiskt.

Det märks i två situationer. Vid hög belastning — fler användare än 4G klarade har plats på samma mast, vilket gör att kvällsmax inte sänker hastigheten lika dramatiskt. I utkanten av cellen — beamforming kan koncentrera signal mot dig även när du är långt bort, vilket ger bättre täckning på 2–3 km avstånd än 4G klarade.

Uppströms-MIMO — telefonen som har flera antenner

Den mindre uppmärksammade biten är uppströms-MIMO. Moderna telefoner och 5G-routrar har 2–4 antenner som kan sända parallellt mot masten. Det ökar uppladdningshastigheten och ger redundans när en antenn är skymd. Det är därför uppladdningen på 5G är väsentligt bättre än på 4G — det är inte bara mastsidan som blivit avancerad.

Begränsningar — vad MIMO inte klarar

Beamforming kräver att masten vet var du är. Den lär sig genom att din enhet skickar referenssignaler. Vid mycket dålig signal eller mycket snabb rörelse (höghastighetståg, snabba bilar) hänger beamformingen inte med — då faller masten tillbaka på bredbandig sändning som täcker hela cellen.

Massive MIMO på 700 MHz är också begränsad. Antennen i masten skulle behöva vara orimligt stor för 64 element på den frekvensen. Det är därför 3,5 GHz är där MIMO-tekniken verkligen blommar — våglängden är så pass kort att 64 element ryms i en antennpanel på cirka 70x70 cm.

Vad det betyder för operatörsval

Skillnader i MIMO-utbyggnad mellan operatörerna förklarar varför samma plats kan ha mycket olika hastighet beroende på vem du köper av. Operatörer som investerat tungt i massive MIMO på 3,5 GHz brukar prestera mätbart bättre i tätorter. Net4Mobility (Tele2/Telenor) har varit aggressiva i 3,5 GHz-utbyggnaden. Tre och Telia bygger också tätt. Det är en av faktorerna bakom att Tre och Telia brukar leda hastighetsmätningar i tätort.