Begeleid door het gebruikelijke tromgeroffel, opwinding en speculatie is de draadloze 5G-technologie op dit moment bezig met een gestage transitie van idee naar netwerkimplementatie. De verwachtingen ten aanzien van 5G zijn hoog gespannen en omvatten onder meer het leveren van 10 Gbps doorvoersnelheid per gebruiker met veel dichtere netwerken en ‘super-low latency’ snelheden.
Hoewel naar verwachting 5G niet eerder dan in 2018 gestandaardiseerd is, beweegt 5G nu al van visie naar een tastbare, volgende generatie mobiele technologie. Sommige netbeheerders hebben al 5G-testen als en prestandaard implementaties van 5G-technologie aangekondigd.
5G is het netwerk van netwerken’. Een convergentie van vast en mobiel met diepe glasvezelpenetratie in beide, om de verscheidenheid van 5G use cases maximaal te ondersteunen. De weg naar 5G begint met de evolutie van draadloze netwerken naar C-RAN. Initieel naar Centralized RAN, om kosten te besparen, en daarna naar de echte Cloud RAN. Deze C-RAN architectuur maakt virtualisatie mogelijk en verplaatst computing capaciteit naar de randen van het netwerk, naar ‘the edge’. Virtualisatie helpt optimaliseren en voorziet in flexibiliteit van capaciteit. Dit resulteert in een betere gebruikerservaring met meer efficiency en doorvoercapaciteit en een lagere latency.
Drijfveren voor 5G-adoptie
De belangrijkste drijfveren voor een snelle adoptie van 5G zijn:
• Abonnees die meer bandbreedte eisen om gebruik te kunnen maken van snelgroeiende intensieve diensten als streaming video, augmented reality en peer-to-peer-gaming.
• Mobile netwerk operators (MNO’s) op zoek naar nieuwe manieren om rendement te halen uit hun netwerken. 5G geeft hen de mogelijkheid nieuwe toepassingen en diensten aan te bieden.
• Een nieuwe generatie toepassingen – variërend van het internet of things (IoT), tot zelfrijdende auto’s en virtual reality – die nu of binnenkort gemeengoed worden.
Verdere aanjagers van de 5G-vereisten zijn de alsmaar stijgende vraag naar data evenals het verlangen naar een zo breed mogelijke dekking. De Millennials, die in 2018 beroepsmatig het aantal baby boomers in de VS en Europa zullen overtreffen, verwachten hun mobiele apparaten altijd en overal te kunnen gebruiken, met een hoge bandbreedte en lage latency.
Om 5G tot een succes te maken moet het allereerst geschikt zijn voor een verdere snelle groei van mobiel breedband. Daarnaast moet het ook een zo efficiënt mogelijke draadloze verbinding tot stand kunnen brengen tussen machines en objecten en de cloud. Bovendien zorgt de noodzaak tot het ondersteunen van ultra lage latency, voor een architectuur die zoveel mogelijk capaciteit naar de randen van het netwerk duwt, terwijl de noodzaak tot meer efficiëntie juist gebaat is bij gecentraliseerde capaciteit. Het juiste evenwicht tussen deze twee conflicterende behoeften is de sleutel tot het succes van een uiteindelijke 5G-standaard.
Drie 5G-use cases
Er zijn drie sterke use cases voor 5G.
• Verbeterd mobiel breedband – 5G beoogt een aanzienlijke verbetering van de mobiele gebruikerservaring ten opzichte van 4G. Hoewel 5G een maximum van 10 Gbps per abonnee in het vooruitzicht stelt, is het waarschijnlijk dat de gemiddelde gebruiker van 5G zal uitkomen op snelheden van 1-7 Gbps, met tien tot honderd keer zoveel aangesloten apparaten dan nu op 4G. De latency is met minder dan vijf milliseconden, slechts 5 procent van de latency van 4G. Grote locaties als stadions en luchthavens zijn ideale locaties voor de eerste implementaties van 5G-netwerken en bouwbedrijven doen er goed aan daar nu al rekening mee houden.
• IoT – Gartner voorspelt dat er in 2020 al meer dan twintig miljard ‘dingen’ aangesloten zijn op het internet of things. Van consumententoepassingen als draadloze bediening van verlichting, verwarming en apparatuur, tot ‘smart city’-applicaties die zaken als verkeer, sprinklers, verlichting en andere aspecten van stedelijke activiteiten kunnen monitoren en aansturen. Het IoT vergroot het aantal verbindingen met tientallen factoren en zal een aanzienlijke impact hebben op het netwerk.
• Low-latency-netwerken met een hoge betrouwbaarheid – Mogelijke toepassingen zijn onder andere zelfrijdende auto’s, waarvan de botsingvermijdingssystemen een latency vereisen van één milliseconde. Het is onduidelijk hoeveel beroep een zelfrijdende auto zal doen op het netwerk ten opzichte van de verwerking in de auto, maar de navigatie en diagnose op afstand zal zeker een beroep doen op het netwerk. Een andere groep toepassingen ligt in augmented reality en virtual reality – de hoeveelheid informatie die hier geleverd moet worden lijkt meer op die van geavanceerd mobiel breedband, maar ook hier is een zeer lage latency vereist zijn om deze toepassingen mogelijk te maken. Chirurgie op afstand, drones, en de openbare veiligheid zijn andere toepassingen die ultra-lage latency en hoge betrouwbaarheid vereisen.
5G in het geconvergeerde netwerk
De 5G-visie wordt op drie manieren gerealiseerd in een geconvergeerd netwerk: door middel van verdichting, virtualisatie en optimalisatie van het netwerk.
Verdichting
Als 5G werkelijk snelheden gaat leveren die tien of meer keer sneller zijn dan die van 4G, dan vraagt dit logischerwijs om meer basisstations in een bepaald gebied en verhoogt dit de dichtheid van het netwerk. Mobiele netwerkoperators (MNO’s) zijn al in de 3G- en 4G-netwerken begonnen met verhoogde sectorisering en de toevoeging van kleine cellen. Ongeacht hoe 5G uiteindelijk gedefinieerd wordt, het zal een verdichting vereisen in macro locaties, binnen gebouwen en in kleine cellen. Verdichting verhoogt de complexiteit binnen het netwerk, omdat het het aantal celranden, vergroot, waar interferentie een probleem wordt en ‘handoffs’ kunnen leiden tot verbroken verbindingen. In een 5G-wereld, zullen netwerken afhankelijk zijn van intelligente, automatische spectrumtoewijzing om zowel kwaliteit als snelheid te behouden. De bekabelde infrastructuur vereist ook upgrades voor adequate fronthaul, backhaul en stroomvoorziening.
Virtualisatie
MNO’s zullen veel van hun 5G-infrastructuur moeten virtualiseren om zowel het spectrum als de kosten efficiënt te beheren. Hiervoor bestaan al verschillende oplossingen en best practices, inclusief:
• Gecentraliseerde radio access networks (C-RANs), die de voorlopers zullen zijn van ‘cloud radio access networks’ (eveneens bekend als C-RANs). Een gecentraliseerd RAN betreft het verplaatsen van baseband processing units (BBUs) van mobiele sites naar een centrale locatie waar een breed gebied via fronthaul bediend wordt. Deze praktijk vermindert niet alleen de hoeveelheid apparatuur op de mobiele cell-locatie, maar ook vermindert dit latency. In de komende evolutie naar cloud radio access networks, zullen veel BBU functies worden overgenomen door commerciële servers, waardoor in wezen de radio zelf gevirtualiseerd wordt en het netwerkbeheer sterk vereenvoudigd wordt.
• Netwerkfunctie virtualisatie (NFV), die leidt tot nieuwe core-netwerk architectuur die de uitrol van van nieuwe diensten vereenvoudigt. NFV en software-defined networking (SDN) – toegepast in combinatie met geavanceerde analytische instrumenten – helpt MNO’s automatisch hun netwerken te optimaliseren op basis van policy control.
• Cell virtualisatie, waarin het concept van virtualisatie wordt uitgebreid van het kernnetwerk naar de ether. In gebouwen, zal cell-virtualisatie MNO’s in staat stellen meerdere radiopunten binnen het dekkingsgebied van een enkele cel te beheren, capaciteit te verhogen en interferentie tussen cellen te elimineren. C-RAN-gebaseerde cell-virtualisatie geeft operators ook de mogelijkheid hergebruik van het spectrum sterk te verhogen en zo de algehele efficiëntie te verhogen.
• Virtual services instances (of “netwerk slices”) kunnen verschillende klanten bedienen met verschillende Quality of Experience (QoE) niveaus, terwijl zij gebruikmaken van dezelfde computers, opslag of connectiviteit.
Optimalisatie
De derde strategische component betreft optimalisatie. Op een algemeen niveau betekent dit een verhoogde efficiëntie in het geconvergeerde netwerk, van spectrumefficiëntie tot implementatie van gevirtualiseerde load-balancing, en van ruimte-efficiënte kleine cellen naar energie-efficiënte backhaul. Deze maatregelen worden toegepast in oplossingen als:
• Mobile edge computing (MEC), voor de low-latency 5G use cases, zoals ‘augmented driving’en tactiel internet. Door het plaatsen van cloud computing capaciteiten aan de rand van het mobiele netwerk zijn er meer kleinere datacenters bij betrokken, dichter bij de cell sites – die zo een ‘edge cloud’ vormen waarin intelligentie dichter bij apparaten en machines kan worden geplaatst.
• Nieuwe energie-oplossingen, die nodig zijn voor 5G-netwerken met doelen ten aanzien van energie-efficiëntie en efficiëntie van het spectrum. Het is van essentieel belang om deze sites te voorzien van stroom op een praktische, rendabele en milieuvriendelijk verantwoorde manier. Power over Ethernet (PoE) is een veelbelovende technologie voor 5G-apparaten in het IoT.
• Frequentiebeheer in gedeelde site apparatuur, vereist geavanceerde ‘self-organizing network’ (SON) mogelijkheden in aanvulling op architectuurwijzigingen in het core-netwerk. Nieuwe netwerktoegang-technologie zoals massale MIMO (multiple input multiple-output) zijn vereist voor een 5G-ervaring. RF beam forming en interferentiemitigatie-technologieën zijn eveneens essentieel.
• Time division duplex (TDD) modes, zullen een belangrijke rol spelen bij 5G-implementaties. In 2015, maakt ongeveer een op de acht netwerken gebruik van TDD-technologie, en dit aandeel zal waarschijnlijk nog toenemen.
• Interferentiemitigatie. Zoals vermeld in de Shannon’s Law, bepaalt het niveau van de ruis en interferentie in een draadloos netwerk de doorvoercapaciteit. MNO’s moeten zich richten op het waarborgen van een schoon RF-pad door de inzet van nieuwe technologieën die celgrensstoring verminderen, door zorgvuldig vormgegeven transmissiepatronen en netwerkoptimalisatie.
