Overal 5G (A. Koolen)


5G staat voor ‘5e generatie’ en is de meest recente technologie voor mobiele communicatie. Wat ooit begon met de draadloze telefoon thuis (1G) is vanaf het eerste echte mobiele netwerk (GSM of 2G) via 3G en 4G geëvolueerd tot 5G. De ontwikkelingen worden gedreven door een groeiende behoefte aan snellere communicatie en een toenemend aantal aan te sluiten apparaten.

Met elke nieuwe generatie nemen de mogelijkheden, maar ook de uitdagingen toe. Zo biedt 5G enorme mogelijkheden, die zeker in combinatie met allerlei andere nieuwe technologie, veel innovaties mogelijk maakt. Zelfrijdende auto’s, operaties op afstand, slimme akkers en het koppelen van miljarden sensoren vereisen allemaal snelle, betrouwbare, schaalbare mobiele communicatie. De uitdagingen nemen echter ook toe; de kosten van de aanleg van het mobiele netwerk, het vaststellen van standaarden of de discussies over het plaatsen van antennes en de gevolgen daarvan. Wat zijn de uitdagingen, mogelijkheden en waar staan we nu (in Nederland)?

Technologische uitdaging

Om aan de toenemende vraag naar meer capaciteit van de netwerken te voldoen zijn meer en snellere verbindingen nodig. Er moet simpelweg veel meer data door de lucht worden getransporteerd. En die ruimte is in theorie onbeperkt, maar in de praktijk niet. Voor meer capaciteit moet gebruik worden gemaakt van steeds hogere frequenties. De oude FM-radio gebruikte het gebied rond de 100MHz. De bestaande mobiele netwerken gebruiken frequenties tot 2.1GHz. Wifinetwerken zitten in de vrije 2.5GHz-band. Voor 5G is straks de 3.5GHz-band de meest gebruikte frequentie.

Naarmate de frequenties hoger worden doen zich verschillende problemen voor. Ten eerste reiken de frequenties minder ver. Er zijn dus meer antennes nodig voor een dekkend netwerk. In theorie kan dit gecompenseerd worden door sterkere zenders, in de praktijk is het maximum vermogen gereguleerd om ongewenste effecten te beperken. Bovendien wordt in sommige toepassingen van 5G gebruikgemaakt van low-power-sensoren die weinig vermogen hebben. Ten tweede hebben hogere frequenties meer moeite met obstakels. De 5G-frequenties hebben al last van de aanwezigheid van bomen. Het bereik binnenshuis zal een stuk minder zijn of zelfs helemaal niet functioneren. Ook hiervoor zijn extra maatregelen nodig.

 

Financiële uitdaging

De omzet van mobiele providers stijgt de afgelopen jaren nog nauwelijks, terwijl voor de aanleg van het 5G-netwerk veel investeringen gedaan moeten worden. In eerste instantie zijn er mogelijkheden voor hergebruik van bestaande infrastructuur, maar om de gewenste capaciteit en dekking te halen is dat niet voldoende. De vraag is of het mogelijk is de kosten door te rekenen aan de gebruiker. Die lijkt de afgelopen jaren juist te kiezen voor goedkopere abonnementen. Dat geldt zeker ook voor de zakelijke gebruikers.

Behalve de kosten van de aanleg dienen de telecombedrijven ook te bieden op de 5G-frequenties in veilingen. Men heeft hier geleerd van de 4G-veilingen. Die brachten destijds torenhoge bedragen op voor de overheden. De bedragen waren zo hoog, dat in combinatie met de uitrolverplichting verschillende bieders uiteindelijk in de problemen kwamen. Bij de recente 5G-veiling in Duitsland ging het een stuk rustiger: de totale opbrengst was 6,5 miljard, terwijl de 4G-veiling nog 99 miljard had opgebracht. De frequentieveiling voor de nieuwe 5G-frequenties in Nederland zal naar verwachting begin 2020 plaatsvinden.

 

Maatschappelijke uitdaging

Het zal uiteindelijk noodzakelijk zijn om grote hoeveelheden antennes te plaatsen. In het geval van 5G zijn dit geen enorme masten, maar eerder kleinere antennes die in publieke infrastructuur geplaatst kunnen worden, zoals bushokjes en lantaarnpalen. Hiermee worden publieke voorzieningen onderdeel van een commercieel netwerk. Dat roept vragen op over wie wat moet gaan betalen. Over het algemeen is het gebruik van publieke voorzieningen immers niet gratis.

In hoeverre de angst voor straling bij de uitrol van 5G een rol gaat spelen valt nog te bezien. Het officiële beleid is gebaseerd op de zogenaamde blootstellingslimiet waarbij gekeken wordt naar de totale hoeveelheid straling waaraan iemand wordt blootgesteld. Ook met 5G wordt die limiet niet overschreden. De juistheid van de gehanteerde limiet en de wijze van berekenen worden echter wel bekritiseerd. In hoeverre het verschijnen van antennes in het straatbeeld uiteindelijk leidt tot onrust en daarmee mogelijk tot vertraging van de uitrol van 5G valt nu niet te voorspellen. De gemeente Amsterdam sprak zich kritisch uit over de uitrol van 5G en vroeg om aanpassingen van het wetsvoorstel dat de uitrol van 5G moet regelen.

 

Beveiligingsuitdaging

Met 5G wordt eindelijk het grote Internet of Things (IoT) mogelijk. Er ontstaat een enorm netwerk van miljarden consumenten, bedrijven, computers, allerlei sensoren en slimme apparaten, die allemaal met elkaar verbonden zijn. Dat schept mogelijkheden maar ook risico’s. Een geslaagde hack op een 5G-netwerk is in potentie veel gevaarlijker. Dat stelt extra eisen aan de beveiliging van het 5G-netwerk. In het licht hiervan moet de recente discussie over Huawei ook worden gezien. De apparatuur van het 5G-netwerk moet boven elke verdenking verheven zijn. Vanuit die visie adviseerden de AIVD en MIVD om Huawei te weren als leverancier voor het 5G-netwerk. Een advies dat door het kabinet overigens grotendeels werd genegeerd.

Meer snelheid

In theorie kunnen met 5G snelheden tot 100 GB/s (gigabyte per seconde) worden gehaald. In de praktijk zal de snelheid na uitrol eerder rond de 125 MB/s (megabyte per seconde) liggen. Dat is nog steeds tien keer sneller dan nu met 4G gehaald wordt. De behoefte aan meer snelheid wordt vooral gedreven door video. De resolutie (en daarmee de kwaliteit) is de afgelopen jaren flink gestegen. Van HD Ready, via Full HD naar nu 4K. De meeste videocontent is nu nog HD, maar in de komende jaren zal 4K de norm worden. Daarvoor is een sneller internet nodig, zeker als er verbindingen gedeeld worden met meerdere personen. En inmiddels wordt er alweer gekeken naar nog hogere resoluties voor video. Andere toepassingen die profiteren van een hogere snelheid zijn de vele clouddiensten en online games.

 

Minder vertraging

Vertraging is een slechte vertaling van het begrip latency. Latency is de tijd die verloopt wanneer een bericht wordt verstuurd en het zijn bestemming heeft bereikt. Bij 4G ligt die snelheid rond de 50 milliseconden. Bij 5G kan de latency worden gereduceerd tot ongeveer 1 ms. Om dat in enig perspectief te plaatsen: het menselijk oog heeft ongeveer 10 ms nodig om een beeld te verwerken. Uiteindelijk is de totale tijd voordat een respons terugkomt van nog meer factoren afhankelijk, zoals de snelheid van de server die het verzoek verwerkt en de omvang (aantal bytes) van de verstuurde respons. Deze factoren zijn echter gemakkelijker beïnvloedbaar, bijvoorbeeld door meer of snellere servers te plaatsen. De reactietijd van het netwerk wordt echter bepaald door de infrastructuur. Op dit gebied is 5G een grote vooruitgang.

Een lagere latency is een van de belangrijkste ontwikkeling met 5G. Een snelle reactietijd maakt diverse nieuwe ontwikkelingen mogelijk. Zelfrijdende auto’s die met elkaar en met een slimme infrastructuur communiceren (denk aan sensoren in het wegdek, elektronische borden, aanwezige hulpdiensten) vereisen een korte reactietijd voor optimale veiligheid. Een operatie op afstand is een ander voorbeeld. Maar ook andere toepassingen van virtual reality of simulaties waarbij meerdere mensen en computers samenwerken, vereisen een zeer snelle reactietijd.

 

Meer capaciteit

Met 5G kunnen een miljoen devices per vierkante kilometer worden aangesloten, tien keer zoveel als bij 4G. Zulke aantallen lijken misschien overbodig, maar met het IoT worden enorme hoeveelheden sensoren aangesloten. Een vaak genoemd voorbeeld komy uit de agrarische sector waarin de veestapel wordt uitgerust met sensoren die permanent de gezondheid van de dieren meten. Maar ook akkers kunnen worden uitgerust met sensoren die de kwaliteit van de grond meten, of met sensoren die het robotisch bewerken van de akker mogelijk maken. Of lantaarnpalen die kunnen worden voorzien van sensoren die melden wanneer de lamp vervangen moet worden. Of een slimme infrastructuur met sensoren die de kwaliteit van het wegdek kan meten. Of sensoren op gebouwen die de kwaliteit van het schilderwerk of de constructie continu meten. Of sensoren op alle containers die dagelijks worden getransporteerd. De mogelijkheden zijn legio. Voor zo’n uitgebreid IoT-netwerk is de capaciteit van 5G vereist.

De invoering.

Wereldwijd is de uitrol van 5G al begonnen. Het eerste commerciële netwerk was in april 2019 beschikbaar in Zuid-Korea. De uitrol in Nederland bevindt zich nog in de testfase. Zo zijn er diverse experimenten gedaan met 5G. In Drenthe testte KPN een 5G-toepassing voor precisielandbouw en in samenwerking met Accenture test KPN 5G-toepassingen in de haven van Rotterdam.

De uitrol van 5G gebeurt wereldwijd met de 5G NR-standaard. Deze standaard maakt twee manieren mogelijk om 5G uit te rollen. De eerste maakt gebruikt van een bestaand 4G-netwerk voor het managen van de verbindingen. Hiermee wordt er slechts een beperkte snelheidswinst behaald en zijn de overige voordelen van 5G nauwelijks te realiseren. De tweede manier om 5G uit te rollen is een standalone 5G-netwerk. Met deze manier van uitrollen zijn veel hogere snelheden mogelijk, kan een veel lagere latency worden bereikt en kunnen veel meer devices worden aangesloten. Uiteindelijk zullen de bestaande niet-standalone netwerken overgaan in standalone 5G-netwerken en komen de nieuwe mogelijkheden langzaam in zicht.

Om het volledige potentieel te kunnen benutten zullen de frequenties in 3.5GHz en 26Ghz eerst geveild moeten worden en dat gebeurt naar verwachting in 2021. In 2023 zou Nederland dan kunnen beschikken over een volledig 5G-netwerk.


Dit artikel is geschreven door Aernout Koolen. Programma - en interimmanager.


Reactie schrijven

Commentaren: 0