Beamforming

Beamforming is simpel gesteld dat een zendmast in plaats van een datastroom om zich heen uit te zenden er een straal gegevens naar de richting van een specifieke eindgebruiker wordt gestuurd. De technologie is mogelijk omdat basisstations (zie Massive MIMO) de locatie van een ontvanger kunnen bepalen door de interval waarop een signaal wordt verzonden en weer teruggestuurd te vertragen. De ontvanger geeft het basisstations op deze manier informatie over de afstand en hoek waarop het apparaat zich bevindt ten opzichte van de zendmast. Een bijkomend voordeel is dat je het bereik van het signaal fors kunt verhogen, omdat je een signaalbundel in plaats van een cel gebruikt. Zo biedt deze technologie ook een uitkomst bij hoge frequenties (zie Millimetergolven).

Massive MIMO

Massive MIMO-basisstations hebben een groot aantal netwerkontvangers waardoor de capaciteit ten opzichte van 4G met factoren kan worden verhoogd. Je vraagt je wellicht af waarom dat met 4G niet gewoon kon. Als je veel antennes gebruikt en meer signalen in cellen om de mast heen gaat uitzenden, levert dit diverse issues op, niet in de minste plaats interferentie. Er is een nieuwe signaalverwerkingstechnologie (in dit geval bijvoorbeeld beamforming) voor nodig om dat te compenseren. Dit is een softwarematige aanpassing en een aantal 5G-technologieën wordt dan ook uitgerold binnen de bestaande 4G-infratstructuur, opererend op dezelfde frequenties als 4G.

Millimetergolven

Bij millimetergolven hebben we het over frequenties van boven de 6 GHz. In Europa naar verwachting specifiek de 26 GHz- en 86 GHz-banden voor 5G - in Nederland gaat het om 26 GHz, aldus een woordvoerder van het Agentschap Telecom. In die hoge frequentiegebieden is nog niet zoveel ruimte in gebruik en kan de capaciteit van mobiele netwerken flink worden verhoogd. Het nadeel van hoge frequenties is dat ze niet zo goed propageren als de lagere frequenties, die daarom altijd zijn gebruikt voor mobiele communicatie.

Dat betekent dat het bereik van een zendmast lager is en signalen sneller verloren gaan als ze objecten raken. Met diverse andere technologieën in de 5G-specificatie wordt dit verlies gecompenseerd. Verder zijn millimetergolven vanwege hun eigenschappen dus vooral geschikt voor drukke gebieden (de celgrootte van deze frequentie valt in de praktijk tussen de 500 meter en één kilometer) met veel gebruikers op centrale locaties en niet zo voor buitengebieden.

New Radio (NR)

New Radio is de naam van nieuwe draadloze interface binnen de 5G-standaard. In de Release 15 specificatie van de 3GPPP uit 2017 wordt vooral uitgegaan van bouwen op 4G-infratsructuur en standalone 5G is gespecificeerd in Release 16. Deze laatste is in 2018 uitgekomen en moet rond het eind van dit jaar worden vastgelegd. De NR-standaard is verdeeld onder twee banden, lage en middenfrequenties (alles onder de 6 GHz) en mmWave, de hoge frequenties. De sub-6 GHz uitrol gaan we als het goed is de komende jaren zien in Nederland.

Smallcell

Het idee van smallcells is letterlijk kleine zendmasten die worden bijgeplaatst in drukke gebieden om meer van millimetergolven gebruik te kunnen maken. Het beeld dat veel mensen hebben van een met zendmasten volgepropt straatbeeld is niet terecht: smallcells worden alleen geplaatst in drukke gebieden om de huidige masteninfrastructuur te ondersteunen. Zulke basisstations werden ook al bijgeplaatst met de komst van 4G en netwerkdeskundigen verwachten dat de netwerktopologie niet drastisch verandert met nieuwe smallcells. We hebben het hier inderdaad over kleinere celgrootttes, maar met nieuwe technologieën kunnen signaalbundels worden versterkt en heb je het over nieuwe masten rondom vooral evenementenhallen en drukke gebieden.

Spectrum

Het is vrij druk op lage radiofrequenties als 700 MHz en 800 MHz, die al eerder gebruikt werden voor mobiele netwerken. Door de drukke bezetting van frequentiespectrum (met name alles tussen 100 MHz en 6 GHz) hebben we het vaak over krapte en radiofrequenties worden dan ook strikt beheerd, in Nederland via het ministerie van Economische Zaken en klimaat, die dit uitbesteden aan het Agentschap Telecom. De lage frequenties hebben als voordeel dat ze met de lagere golven een veel groter bereik hebben, dus het is logisch dat deze banden tot nu toe veel zijn ingezet voor draadloze communicatie.

De voormalige hoge frequenties (2,1 GHz en meer) zijn in de nieuwe constellatie eigenlijk middenfrequenties geworden. Voor extreem hoge snelheden zijn brede spectrumblokken nodig van minimaal 100 MHz (bij 4G is de maximale grootte van zo’n spectrumblok 20MHz). Daarom wordt in 5G uitgeweken naar spectrum boven de 6 GH, dat nog grotendeels onbenut is. Dit spectrum is met name geschikt voor “hotspots”, maar minder geschikt voor een landelijk dekkend netwerk.

In verschillende landen, waaronder de VS, wordt het mmWave spectrum gebruikt om door middel van 5G Fixed Wireless Access diensten te bieden (draadloos vast breedband). In Nederland volgt een multibandveiling naar verwachting begin volgend jaar en het Ministerie van Economische Zaken en Klimaat bereidt nu de veiling voor van de 700 MHz-band. De 3,5 GHz-band (middenspectrum) en 26 GHz-band (hoog) volgen later. Voor meer informatie daarover, zie het artikel Tijdlijn van 5G in Nederland verderop in deze special.