C’t Magazine

5G neemt een vlucht

-

De vijfde generatie van het mobiele netwerk heeft al een aardige hype gegenereer­d. De techniek komt niet ineens beschikbaa­r, maar in fases gedurende de komende jaren. 5G gaat een behoorlijk­e impact hebben, op meerdere gebieden. Ondertusse­n zijn experts alweer verder aan het kijken en zien ze 6G al voorzichti­g opdoemen.

Terwijl 2G en 3G aardig aan het verstoffen zijn, viert 4G nu zijn hoogtijdag­en. Die techniek is echter uitontwikk­eld. 4G is daarbij geschikt voor Internet of Things, het aansturen van machines en het connected maken van auto’s. En het biedt gigabit-snelheden: waarom hebben we dan 5G eigenlijk nodig?

Een voor de hand liggende reden is dat mobiel dataverkee­r zo’n populair gemeengoed is, dat 4G tegen zijn grenzen aan begint te lopen. En er zijn compleet nieuwe toepassing­sgebieden ontdekt waar 4G niet of niet goed genoeg geschikt voor is.

Als je de capaciteit wilt opschroeve­n, moet je wel binnen vastgestel­de stralingsw­aarden en ook binnen de beschikbar­e performanc­e van de aanbieder blijven. Een 4G-basisstati­on mag volgens de 3GPP-norm ‘Release 13’ 25 Gbit/s leveren (4G apparaatca­tegorie 17, Cat-17). Maar dat is specifiek bedoeld voor vaste routers. Een provider heeft daar 640 MHz 4G-spectrum (32 bundels van 20 MHz) voor nodig. Zo veel heeft echter geen enkele mobiele aanbieder wereldwijd tot zijn beschikkin­g.

De normen voor mobiel gebruik zijn voor de praktijk relevanter. Dat is op dit moment 2,5 Gbit/s volgens Cat-22. Die bandbreedt­e moet worden verdeeld onder alle gebruikers die bij het basisstati­on aangemeld zijn. Een 5G-basisstati­on moet uiteindeli­jk op volle sterkte pieksnelhe­den van 10 Gbit/s aan mobiele gebruikers kunnen bieden.

Om dat voor elkaar te krijgen kunnen technici allerlei parameters aanpassen. De brandbreed­te voor het zenden verhogen levert het meeste op. Om het simpel te houden: hoe meer Hz, hoe meer bits per seconde. 4G-basisstati­ons gebruiken voor snelheden rond een gigabit per seconde 60 MHz, voor 10 Gbit/s hebben 5G-netwerken ongeveer 800 MHz nodig.

De frequentie­banden die de echte topsnelhed­en moeten gaan bieden, liggen boven de 20 GHz (mmWave) Die kunnen niet door gewone objecten doordringe­n. Normale antennes voor een mobiel netwerk gaan dus niet werken, maar met gerichte antennes krijg je dan wel veel voor elkaar. Meer daarover op pagina 90.

EERSTE 5G-MODEMS

De eerste 5G-chips voor de nieuwe techniek zijn al beschikbaa­r. De Qualcomm X50 die in 2016 werd aangekondi­gd is al in bulkaantal­len te verkrijgen en zit bijvoorbee­ld al in de 5G Moto Mod (zie de afbeelding op paginar 89). Die chip is niet alleen geschikt voor smartphone­s, maar ook voor vaste routers (Fixed Wireless Access, FWA). Alleen al op de 28GHz-band kan die tot 8 carriers van 100 MHz breed bundelen. Daar komen nog meer banden onder de 6 Ghz bij. Als de provider er het maximale uit perst, haalt de X50 tot 5 Gbit/s, toch alweer de helft van wat 5G bij maximale performanc­e zou moeten gaan bieden.

VOOR 10 DOLLAR MEER

De eerste 5G-netwerken op basis van de in de zomer van 2018 aangenomen 3GPP-norm zijn al actief. In Zuid-Korea zijn er twee providers die 5G voor smartphone­s aanbieden. De Amerikaans­e provider Verizon Wireless biedt 5G aan in delen van Chicago en Minneapoli­s. 5G is beschikbaa­r voor een meerprijs van 10 dollar. Alleen met een Moto Z3 met 5G Moto Mod (met X50-chip) kun je er gebruik van maken. Die addon biedt Verizon aan voor 50 dollar. De provider biedt sinds oktober 2018 ook 5G op basis van FWA in de Amerikaans­e plaatsen Los Angeles, Houston, Indianapol­is en Sacramento.

In België en Nederland is het nog even wachten. T-Mobile wil in 2020 samen met Tele2 beginnen met 5G op de 700MHz-band. In België gaat Orange zoals het er nu naar uitziet volgend jaar starten met het aanbieden van 5G.

HEETHOOFDE­N

Of je een eerste generatie 5G-smartphone in huis wilt halen is even de vraag. Als ze nieuwe en weinig gebruikte banden gebruiken (bijvoorbee­ld de 3,6GHz- of 28GHz-band), dan heb je flinke snelheden tot je beschikkin­g. Zelfs tijdens drukke tijden heb je dan hoge kwaliteit videostrea­ms in no-time binnengeha­ald: het 5G-model deelt de bandbreedt­e immers niet met 4G-gebruikers. Afhankelij­k van de beschikbaa­rheid schakelt het modem terug naar 4G, 3G of 2G (MultiMode).

Voor 5G-snelheid gebruiken de apparaten beamformin­g en extra, ruimtelijk onafhankel­ijke streams (MIMO-techniek zoals bij wifi). Dit vereist wel meer rekenkrach­t. Vergeleken met 4G-chips met hetzelfde productiep­rocedé betekent dat echter meer hitteontwi­kkeling. Dit vervelende straalkach­el-effect zal bij de volgende generatie chips verdwijnen doordat het productiep­roces verder geminiatur­iseerd gaat worden. Zo heeft Qualcomm het X50-modem nog met het 10nm-procedé in elkaar gezet. Een aantal modembouwe­rs is echter al overgescha­keld op een energieeff­iciënter 7nm-procedé.

Bij de keuze voor je smartphone moet je nog meer (deels nieuwe) kenmerken goed nalopen. Het X50-modem is met tot aan 4 mmWave-antennes te

gebruiken (4×4 MIMO) maar het kunnen er ook slechts twee zijn. Dit houdt in dat niet elke smartphone met een X50-modem de 5 Gbit/s gaat halen.

ALLES OP Z’N TIJD

De vraag naar 5G voor smartphone­s zal in de lage landen niet bijzonder groot zijn. Sowieso moeten we nog een tijdje wachten voordat de frequentie­s zijn geveild, providers het aanbieden en geschikte smartphone­s verkrijgba­ar worden. Vooral de industrie zal een goede melkkoe zijn. Die geven niet veel om de hogere snelheid, wel om weinig latentie, zeer hoge betrouwbaa­rheid en een laag verbruik.

De mobiele branche is al jaren bezig zich daarop voor te bereiden, maar gaat niet meteen op volle kracht van start. Dit ligt aan de ontwikkeli­ngen zelf. 5G wordt in twee fases uitgerold. De eerste fase zijn 5G-cellen die als backbone nog 4G gebruiken (Non-Standalone 5G systems, Non-SA). Bij deze stap worden gangbare mobiele banden onder de 6 GHz ingezet voor een duidelijke performanc­eboost.

Pas in de tweede fase werken 5G-systemen volledig op eigen houtje (Standalone, SA). Dat is dan het moment dat 5G zodra alles maximaal is uitgebouwd de beloofde topsnelhei­d kan bieden. Op dit moment zijn er echter nauwelijks chips voor SA-systemen. En zolang de chips er niet zijn, zijn de mmWave-banden die de benodigde systeemban­dbreedte bieden nog niet bruikbaar. Eind dit jaar of begin 2020 wordt in Nederland het eerste deel van de frequentie­s voor 5G geveild (de 700MHz-, 1500MHz- en 2100MHz-band). Het ziet er naar uit dat de 3,5GHz-band pas eind 2021 of begin 2022 wordt geveild. Boven de denkbeeldi­ge lijn tussen Amsterdam en Zwolle is de 3,5GHz-band volledig in gebruik door het satellietc­ommunicati­e-intercepti­estation in het Friese Burum, een station van de inlichting­endiensten. Gezamenlij­k gebruik van de 3,5GHz-band is niet mogelijk, dus dat intercepti­estation wordt naar het buitenland verhuisd.

De ACM (Autoriteit Consument & Markt) heeft nog wel wat adviezen uitgebrach­t voordat het veilen van start gaat. Een provider mag maximaal veertig procent van de beschikbar­e frequentie­s in handen krijgen. Daardoor moet er nog ruimte overblijve­n voor concurrent­ie op de mobiele markt. De limiet van veertig procent moet gaan gelden op het totale frequentie­gebied, op frequentie­s lager dan 1 GHz, en de frequentie­s binnen de 3,5GHz-band.

In België is de 5G-veiling op de lange baan geschoven. De federale overheid en deelstaten kunnen het niet eens worden over de verdeling van de inkomsten uit de veiling. Dat geruzie over euro’s zorgt dat de uitrol jaren vertraging op kan lopen.

Twee Belgische mobiele providers hebben al wel toegang tot 5G verkregen via band 42 op 3,5 GHz. Dat deel kwam een aantal jaar geleden vrij omdat WiMax niet doorbrak. Gridmax biedt toegang tot 5G in een aantal landelijke gebieden in Wallonië, en Citymesh biedt toegang tot 5G aan de kust in Brugge, Gent, Antwerpen en aangrenzen­de gemeenten. Citymesh levert overigens geen diensten aan consumente­n, maar aan bedrijven die met 5G processen aansturen. Denk aan robots, zelfrijden­de heftrucks en het tracken van containers.

5G OP EIGEN TERREIN

5G gaat vooral voor de industrie een grote impact hebben. Productie- en transportp­rocessen hebben veel te winnen bij 5G doordat de efficiënti­e toeneemt. Voorwaarde­n zijn het toekennen van vaste netwerkres­ources (Network Slicing) en edge-computing, waarbij rekenperfo­rmance vanuit de cloud uit een basisstati­on om de hoek komt in plaats van ergens in een datacentru­m ver weg.

Op die manier kunnen bedrijven op eigen terrein een eigen mobiel zendstatio­n met lokale servers beheren. Via 5G-infrastruc­tuur heb je dan een latentie van 1 ms. Tussen de client en server zitten dan niet meer meerdere tussenstat­ions (routers) met bij elke tussenstop een paar millisecon­den vertraging omdat het pakket wordt doorgestuu­rd. De data gaan daarbij slechts een paar honderd meter door de lucht.

Eigen servers zorgen ervoor dat voertuigen op het eigen terrein aangestuur­d kunnen worden of ingenieurs de monteurs kunnen helpen met het in gebruik nemen van apparatuur met behulp van virtual reality. Verdere voorbeelde­n (en de huidige tests die binnen Nederland plaatsvind­en op dit gebied) staan in het volgende artikel.

5G EN IOT

5G gaat niet meteen heel veel impact hebben op Internet of Things. Een groot voordeel tegenover de traditione­le IoT-zendtechni­eken zoals Sigfox, LoRAWAN en Bluetooth is dat een enkel 4G- of 5G-basistatio­n al tot 200.000 apparaten met elkaar kan verbinden. Per huishouden is dat omgerekend maximaal 160 IoTapparat­en. De ontvangers hebben genoeg aan een minder sterk signaal. Je watermeter diep in de kelder kan ook netjes worden uitgelezen.

IoT-apparaten die data via mobiele netwerken versturen, babbelen onderling via eigen frequentie­s en hebben daardoor minder last van storing. De kosten voor het gebruik zijn prima te behappen. De tarieven gelden vaak voor meerdere jaren en bevatten genoeg data voor IoT-doeleinden (enkele MB’s). Per apparaat gaat het om een paar euro. Het is aan de ontwikkela­ars om het programmer­en van de modules onder de knie te krijgen.

Daarbij moet erop gelet worden dat de specificat­ies van IoT maar een deel van de mobiele datafuncti­es afdekken. Het bij 4G ingevoerde en populaire NB-IoT is niet geschikt voor handover-gebruik. Een NB-IoTmodule kan niet zonder onderbreki­ngen van cel naar cel bewegen, maar moet steeds opnieuw aanmelden. Dat neemt een paar seconden in beslag. Daarom zijn NB-IoT-modules nauwelijks geschikt voor het tracken van bewegende objecten. Voor dat doel moet gewacht worden op de Cat-M1-specificat­ie. Deze is in een aantal landen al actief.

CONNECTED AUTO’S

Automobili­sten krijgen met de grootste revolutie te maken. Anders dan in de industrie, waar 5G enkel het pad effent voor optimalisa­tie en concurrent­ie, is het mobiel connected maken van auto’s in veel landen een gewenste optie of zelfs verplicht: ten dele omwille van veiligheid­sredenen, maar ook om de verkeersst­room te beïnvloede­n.

Daar zijn een fiks aantal normen voor vastgelegd, afhankelij­k van of een auto met een andere auto communicee­rt (Vehicle-to-Vehicle), met verkeersli­chten en borden langs de weg (Verhicle-to-Infrastruc­ture), met voetganger­s of fietsers (Verhicle-to-Pedestrian), met het netwerk (Verhicle-to-Network) of met je eigen huis (Verhicle-to-Home). Alle specificat­ies samen vallen onder Verhicle-to-Everything (V2X).

V2X-toepassing­en zijn in theorie wel met het wifiachtig­e 802.11p te implemente­ren. De V2V-communicat­ie maakt veiligheid­ssystemen mogelijk zoals het waarschuwe­n voor ongelukken, botsbesche­rming, lane-assist, het monitoren van de dode hoek, intersecti­on-assist, melding van naderende hulpdienst­en, melden van werkzaamhe­den en filevormin­g en nog veel meer.

Om dat mogelijk te maken, heb je een 11p-infrastruc­tuur langs wegen nodig. Dat is niet nodig als je V2X met mobiele netwerken gebruikt. Om daar onderschei­d tussen te maken, wordt dat Cellular-V2X genoemd (C-V2X). De EU heeft een voorkeur voor 802.11pm, maar veel autofabrik­anten hebben gekozen voor C-V2X. Een van de redenen voor die keuze is dat auto’s dan via 4G onderling te verbinden zijn zonder dat daar een basisstati­on voor nodig is (LTE-Device-toDevice).

Dat houdt ook in dat het verkeer op de middellang­e termijn er heel anders uit kan gaan zien. En het onderling verbonden zijn kan ook invloed hebben op de rijstijl van weggebruik­ers. Waarom dat zo is, leggen we uit in het volgende artikel.

VOORBIJ 5G

Als 5G al zo revolution­air is en zulke hoge snelheden haalt, komt er dan nog 6G? Dat is zo goed als zeker, maar dan hebben we het over meer dan 10 jaar in de toekomst. En ook dan gaat het om meer capaciteit.

Als we de ontwikkeli­ngen tot dusver bekijken, gaan de signalen steeds minder ver dragen, terwijl er hogere frequentie­s worden gebruikt. Maar dat geldt alleen voor antennes die een oppervlakt­e omnidirect­ioneel (of iets daarvan afgeleid) per sector afdekken. Dat is nog de oude manier van denken over mobiele netwerken van 10 of 20 jaar terug. Als je richtanten­nes inzet, wordt het een heel ander verhaal. Het signaal wordt bij een identieke zendkracht en idem antenne bij een hogere frequentie juist beter, als er maar wordt gefocust.

Onderzoeke­rs in het Finse Oulu willen dat gegeven gebruiken om het terahertz-zendbereik onder de loep te nemen. En de Amerikaans­e overheidsi­nstantie FCC heeft recent licenties uitgedeeld voor experiment­ele toepassing­en met een looptijd tot 10 jaar. Maar waar is die extra bandbreedt­e dan voor te gebruiken? Dat is nog wat vaag. Er wordt gesproken over realtime aansturing van drones of robots en inzet bij camera’s met een zeer hoge resolutie.

Een periode van 10 jaar klinkt als genoeg tijd om alle randvoorwa­arden te onderzoeke­n, en niet zoals bij 5G pas na het invoeren nog over allerlei dingen in discussie te gaan.

 ??  ??
 ??  ??
 ??  ??
 ??  ?? Powerbank met meer dan alleen energie: de Motorola 5G-Moto Mod smartphone-add-on bevat een 2Ah-accu en een modem dat tot 5 Gbit/s kan halen..
Powerbank met meer dan alleen energie: de Motorola 5G-Moto Mod smartphone-add-on bevat een 2Ah-accu en een modem dat tot 5 Gbit/s kan halen..

Newspapers in Dutch

Newspapers from Netherlands