5G-alfabet en de C van ‘Capaciteit’
Foto: ANP
Het groeit maar door dat mobiele datagebruik van ons. De afgelopen vier jaren lieten een groei van ongeveer 35% per jaar zien. En volgens het Japanse telecominstituut ARIB gaan we elk jaar twéé keer meer gebruiken dan in het jaar daarvoor. 5G is bedoeld om die enorme vraag op te vangen. Hoe zorgen we daarvoor? En: hoe houden we het efficiënt?
1. Meer bandbreedte erbij
Bandbreedte is de snelweg van ons dataverkeer. Door extra rijbanen toe te voegen, krijgt dataverkeer meer ruimte. Met het oog op de groeiende behoefte zijn in Europa drie frequentiebanden gereserveerd voor 5G-toepassing: de 700 MHz band, de 3,5 GHz band en de 26 GHz band. De veiling van de 700 MHz band heeft in Nederland inmiddels plaatsgevonden. De andere twee volgen later. Deze extra bandbreedte zorgt voor een grotere capaciteit van onze netwerken: er zijn meer rijbanen beschikbaar.
2. Hogere frequenties aanspreken
De geoormerkte frequentiebanden voor 5G hebben een belangrijke eigenschap gemeen: hun hoge frequenties. Hoge frequenties hebben als voordeel dat ze meer data kunnen vervoeren dan lage frequenties. De veiling voor extra bandbreedte is dus in twee opzichten van belang voor de capaciteit: vanwege de ruimte die beschikbaar komt én vanwege de hogere frequenties die met name geschikt zijn voor veel data tegelijkertijd. Die capaciteit is met name nodig voor plekken waar veel mensen samenkomen, zoals stations en stadions.
3. Vanuit meerdere masten zenden
Hoge frequenties hebben één nadeel: ze dragen niet heel ver en je hebt snel last van obstakels zoals bomen en gebouwen. Dit kan worden opgelost door data via verschillende masten te verzenden. Is er een blokkade of te weinig capaciteit bij een bepaalde mast in een gebied, dan pakt een tweede of derde het over. Zo blijft het dataverkeer gegarandeerd. Dit is geen nieuwe techniek, maar het is bij 5G wel geperfectioneerd. Zoals met de techniek ‘Massive MIMO’ hieronder.
4. Gebruik virtuele antennes in één mast
Als het gaat om slim omgaan met capaciteit is Massive MIMO de absolute winnaar. Massive MIMO (Multiple Input, Multiple Output) is een verzameling van kleine antenne-elementjes verpakt in één
grote.
Dat aantal kan oplopen tot bijna tweehonderd. Vandaar ‘Massive’. De techniek zorgt ervoor dat datastromen naast elkaar kunnen bestaan,
zonder andere ontvangers te storen
Zo blijven de bundels gescheiden van elkaar
Voor elke keer dat er data wordt verstuurd, verschuift Massive MIMO een klein stukje binnen hetzelfde spectrum. Dit voorkomt dat berichten elkaar storen. De computer houdt de tijd bij: zo weet de
antenne precies welk radiopakketje naar de gebruiker onderweg is en welk pakketje alweer terug komt dat verwerkt moet worden. Dit heet: de synchronisatie van de radiopakketjes.
Maar er is nog een voordeel.
5. Bundelen per gebruiker
In oude concepten werd de data die naar onze mobieltjes werd gestuurd, over een heel gebied verzonden. Groot verschil is het bundelen van data nu. Want dát doet Massive MIMO: data in één of
meer
directe bundels geconcentreerd naar de gebruiker verzenden. Dit in plaats van data, zoals voorheen, in een brede waaiervorm over het gebied te verspreiden. Vergelijk het met het licht van een
kamerlamp en dat van een laser. Bundeling geeft grote capaciteitswinst: door jouw data in een geconcentreerde bundel naar jou toe te zenden, blijft er eromheen
meer ruimte voor anderen over
Zoveel levert Massive MIMO ons op
Om een concreet voorbeeld te geven: een traditionele antenne met 20 Mhz bandbreedte creëert 150Mbps dat door verschillende gebruikers wordt gedeeld. Bij Massive MIMO ontstaat ongeveer 3½ keer zoveel bandbreedte omdat hetzelfde spectrum als het ware ‘hergebruikt’ wordt. Dat betekent in dit voorbeeld dat maar liefst 525Mbps in plaats van 150Mbps voor dezelfde groep gebruikers beschikbaar komt.
.
Kortom
De toekomst vraagt om genoeg rijbanen voor ons dataverkeer, met name met hoge frequenties die veel data tegelijk aankunnen. De veiling van de drie 5G-frequentiebanden voorziet in meer bandbreedte voor juist die frequenties. Daarnaast moeten rijbanen ook zo efficiënt mogelijk worden benut. Dan praten we over de efficiënte radiotechnieken van 5G. Hierin heeft Massive MIMO de hoofdrol. Bij Massive MIMO wordt één zendmast virtueel verdeeld in honderden zenders en gaat de data geconcentreerd – in een bundel – van en naar de ontvanger. Bundeling levert extreem hoge bitrates (de snelheid van informatieoverdracht) alleen waar de behoefte is, terwijl ‘ernaast’ weer ruimte vrijkomt voor andere gebruikers. Uiteraard gebeurt dat alles ruim binnen de veiligheidsmarges van veilig 5G.