De huidige staat van het 5G netwerk

Vrijwel alle Nederlandse providers zijn inmiddels overgeschakeld naar 4G en het aantal abonnees dat gebruik maakt van 4G heeft een enorme vlucht genomen. Tijd om te kijken naar de volgende generatie: 5G. De 5e generatie van mobiele netwerken beloofd ons namelijk erg veel: beter bereik, sneller en vooral stabieler internet. Wat er van 5G en de onderliggende technieken verwacht kan worden is hieronder uiteengezet.

Wat is 5G?

5G is een term om het opkomende 5e generatie mobiele netwerk te omschrijven. Op dit moment is er nog geen technische standaard voor 5G afgesproken. De nieuwe specificaties van 5G worden bepaald door de Next Generation Mobile Networks Alliance (NGMN). De NGMN heeft in de voorlopige specificaties een minimale downloadsnelheid van 1Gbps en een minimale reactietijd van minder dan 1 milliseconde afgesproken. Dit betekent voor consumenten een veel snellere en stabielere verbinding in vergelijking met de huidige 4G technologie.

De Next Generation Mobile Networks Alliance

De Next Generation Mobile Networks Alliance is een samenwerking van mobiele providers, telefoonleveranciers, telefoonfabrikanten en onderzoekbureaus die zich bezig houdt met het creëren van een standaard voor de 5e generatie van mobiele netwerken. Doordat de alliantie wordt ondersteund door groepen zoals het 3GPP, TM Forum en de IEEE wordt het wereldwijd erkend. De ondersteunende partijen hebben gezamenlijk een aandeel van 90% in de wereldwijde mobiele telecommarkt. De ondersteuning vanuit de telecomwereld is dus eenduidig. Over welke technologieën de basis moeten gaan vormen voor 5G, is de alliantie nog allerminst eenduidig.

De kandidaat technologieën van 5G

Op dit moment wordt er door veel onderzoekbureaus en mobiele providers onderzoek gedaan naar de technologieën die de basis moeten gaan vormen van 5G. Deze onderzoeken zijn in 5 technische categorieën op te sommen:

• Millimetre-Wave technologieën. Er wordt veel onderzoek gedaan naar het gebruik van frequenties die hoger in het spectrum zitten dan dat we nu voor mobiele netwerken benutten. Het gebruik van deze extra ruimte zal zowel de betrouwbaarheid als de snelheid ten goede komen. Het gebruik van frequenties van boven de 50Ghz brengt alleen veel uitdagingen omdat het signaal door vrijwel alle objecten geblokkeerd zal worden. Niet alleen muren maar ook bomen, struiken en zelfs een broekzak hebben veel impact op een signaal van boven de 50Ghz. Een combinatie van verschillende frequenties zal dit probleem in de praktijk moeten verminderen.
• Efficiëntere waveforms. De manier waarop het 5G signaal zelf de lucht door wordt gestuurd kan ook efficiënter gemaakt worden. Met 5G zal het signaal in een complexere, maar daarmee kleinere en snellere vorm worden verstuurd. Door de toegenomen processorkracht van mobiele apparatuur is het mogelijk om deze signalen, die processor-intensief zijn, alsnog op een veel snellere manier te verwerken.
• Verbeterde multiple access schemes. De manier waarop de apparatuur van de mobiele providers met meerdere mobiele gebruikers tegelijk omgaat is enorm belangrijk voor de prestatie van een netwerk. Door nieuwe technologieën te gebruiken die beter op moderne hardware draait kunnen meer mobiele gebruikers tegelijkertijd beter voorzien worden van een snel signaal.
• Massive MIMO. MiMo, oftewel multiple in, multiple out techniek wordt op dit moment al veel toegepast in Wifi routers. MiMo in de praktijk betekend dat er in plaats van één enkele antenne te gebruiken om data te versturen er zowel aan de verzendende als de ontvangende kant meerdere antennes gebruikt worden. Dit zorgt naast meer bandbreedte er ook voor dat er extra foutcorrecties gedaan kunnen worden. Dit zal niet alleen voor hogere snelheden, maar ook voor een betrouwbaarder netwerk zorgen. Hoewel deze technologie makkelijk te gebruiken en te begrijpen is heeft het gebruik van MiMo wel veel gevolgen voor alle mobiele apparatuur. Het aanbrengen van extra antennes is niet alleen kostbaar maar neemt ook extra ruimte in.
• Network slicing. Nu al, maar zeker in 2020 zal het mobiele netwerk voor veel verschillende doeleinden gebruikt worden. Niet alleen consumenten zullen bellen en internetten via het netwerk. Het mobiele netwerk zal steeds meer gebruikt worden voor computer-naar-computer communicatie, sensoren en het versturen van TV-signalen. Door het netwerk te splitsen en een subnetwerk specifiek voor zijn eigen doeleinde te configureren kunnen zendpalen veel efficiënter worden ingezet.

De voordelen van 5G die nu al zijn afgesproken

Hoewel op technologisch gebied er nog enorme stappen gemaakt moeten worden voordat 5G daadwerkelijk door consumenten gebruikt kan worden, is er al wel veel consensus over de voordelen die 5G moet gaan bieden. De NGMN heeft duidelijke afspraken gemaakt op een aantal vlakken:

• Hogere down- en uploadsnelheden. Nieuwe 5G netwerken zullen standaard snelheden van minimaal 1Gbps gaan bieden. Een theoretische maximumsnelheid is er nog niet, maar door onder onderzoekers in Japan zijn er in testomstandigheden al snelheden van 100Gpbs gehaald. Maar liefst een kleine 1000 keer sneller dan huidige praktische 4G snelheden in Nederland.
• Snellere reactietijd. De reactietijd heeft veel invloed op internetgebruik waarin meerdere elementen tegelijk moeten worden opgehaald. Vooral bij het bezoeken van websites is dit het geval. Voor 5G is afgesproken dat de reactietijd van onder de 1ms gehaald kan worden. Met de huidige reactietijden van 30 tot 50ms zullen 5G netwerken zichtbaar sneller websites inladen.
• Beter bereik. Door het gebruik van grotere frequentieblokken, het efficiëntere gebruik van frequentieblokken en het combineren van zowel hoge als lage frequenties, kunnen providers met één mast een groter gebied bedekken. Daarnaast kunnen er meer klanten in hetzelfde gebied tegelijkertijd van signaal worden voorzien.
• Ook voor Internet of Things (IoT). Er is ook ten doelen gezet dat IoT apparaten met het netwerk moeten kunnen verbinden. Door het gebruik van efficiëntere energieprotocollen zou IoT hardware op batterijen het meer dan 10 jaar moeten uit kunnen houden. Dit terwijl ze verbonden zijn met een 5G netwerk.

De uitrol van 5G-netwerken in de komende jaren

Hoewel de standaarden nog vastgesteld moeten worden is de verwachting dat buiten Europa vanaf 2018 de eerste 5G-netwerken zullen worden opgestart. Zuid-Korea is veel aan het experimenteren met de technologie en heeft aangegeven het 5G-netwerk voor de Olympische Spelen in 2018 operationeel te willen hebben. Europese providers verwachten echter pas de 5G technologie vanaf 2022 uit te kunnen rollen. Een mogelijke oorzaak hiervan is dat providers eerst de investeringen in de 4G netwerken willen terugverdienen voordat ze massaal in 5G willen investeren. Wie van een duizend maal zo snelle mobiele verbinding droomt kan dus voorlopig alleen terecht bij de verschillende 5G onderzoekslaboratoria.