De langverwachte vijfde generatie mobiele telecomtechnologie, bekend als 5G, zal naar verwachting een stap voorwaarts betekenen in mobiele netwerken – met de belofte van exponentieel hogere downloadsnelheden en het delen van gegevens in realtime.
Later dit jaar zullen verschillende mobiele operators proeven met de eerste iteratie van 5G uitrollen in verschillende steden in het Verenigd Koninkrijk en wereldwijd zijn al een aantal proefzones ingeschakeld. Het Amerikaanse Verizon heeft voor het eerst commerciële 5G geactiveerd in de Verenigde Staten, net als Swisscom en Ericsson in Zwitserland, met andere gebieden met 5G in China, Japan, Australië en Noorwegen.
Ericsson voorspelt dat 1,5 miljard gebruikers – 40 procent van de wereldbevolking – tegen 2024 toegang zullen hebben tot een 5G-netwerk; maar hoe werkt de technologie eigenlijk en kan de realiteit de hype waarmaken?
Hoe werkt 5G?
5G is een nieuw digitaal systeem voor het omzetten van bytes – data-eenheden – via de ether. Het maakt gebruik van een 5G New Radio-interface, samen met andere nieuwe technologieën, die gebruikmaakt van veel hogere radiofrequenties (28 ghz in vergelijking met 700 mhz – 2500 mhz voor 4G) om exponentieel meer gegevens over te dragen via de lucht voor hogere snelheden, minder congestie en lagere latency, dat is de vertraging voordat een overdracht van gegevens begint na een instructie.
Deze nieuwe interface, die gebruikmaakt van millimetergolfspectrum, maakt het mogelijk om meer apparaten te gebruiken binnen hetzelfde geografische gebied; 4G kan ongeveer 4.000 apparaten per vierkante kilometer ondersteunen, terwijl 5G er ongeveer een miljoen zal ondersteunen. Dit betekent dat er meer Netflix-streaming, telefoongesprekken en You Tube zonder onderbreking over het beperkte luchtruim kunnen worden verzonden.
5G maakt ook gebruik van een nieuwe digitale technologie genaamd Massive MIMO, wat staat voor multiple input multiple output, dat meerdere gerichte bundels gebruikt om gebruikers rond een celsite te spotten en te volgen, waardoor de dekking, snelheid en capaciteit worden verbeterd. De huidige netwerktechnologieën werken als schijnwerpers, die een gebied verlichten, maar met veel verspilling van het licht/signaal. Onderdeel van de uitrol van 5G is de installatie van Massive MIMO en 5G New Radio in alle basisstations van mobiele netwerken, bovenop de bestaande 4G-infrastructuur.
Hoe verschilt 5G van 4G?
Vergeleken met de derde generatie mobiele netwerken, maakte 4G videostreaming en bellen onderweg in een voorheen onmogelijke kwaliteit mogelijk, wat betekent dat live-tv nu routinematig wordt bekeken tijdens het dagelijkse woon-werkverkeer. Meer videostreaming heeft echter geleid tot meer congestie in het netwerk.
“4G bereikt de technische grenzen van hoeveel data het snel kan overbrengen via blokken spectrum,” legt Chris Mills hoofd industrie-analyse, bij Tutela uit. “Een groot verschil tussen 5G en 4G is dat deze congestie zal worden geëlimineerd.” Dit betekent geen vijf streepjes netwerksignaal meer tijdens het spitsuur, maar een onmogelijkheid om toegang te krijgen tot een webbrowser.
Maar het grootste verschil tussen 5G en 4G zal aantoonbaar zijn als een gateway voor de Internet of Things-verbonden wereld op schaal. Latere iteraties van 5G-netwerken zullen naar verwachting revolutionair zijn voor datagedreven industrieën, slimme steden en infrastructuurbeheer omdat het mogelijk zal zijn om veel meer apparaten betrouwbaar, veilig en ononderbroken te laten werken in hetzelfde gebied. Over het geheel genomen heeft 5G, dankzij de nieuwe technologieën, het spectrum en de frequenties die het gebruikt, verschillende voordelen ten opzichte van 4G; hogere snelheden, minder latency, capaciteit voor een groter aantal aangesloten apparaten, minder interferentie en een betere efficiëntie.
Hoe werkt 5G in termen van bandbreedte, latency en spectrum?
Elke operator is eigenaar van blokken spectrum, dat is een reeks elektromagnetische radiofrequenties die worden gebruikt om geluid, gegevens en video door een land te verzenden. Dit spectrum wordt bij elkaar opgeteld om hun totale netwerkcapaciteit te creëren, die bepaalt hoe snel ze gegevens kunnen overdragen.
“Vandaag heeft een operator misschien 100 mhz van het volledige spectrum te gebruiken voor al zijn Britse klanten, maar uiteindelijk zal dit met 5G toenemen tot ongeveer 1.000 mhz – dat is de echte verandering met 5G,” legt de heer Mills uit.
Dit zal ook veel minder latentie in het systeem creëren, wat betekent dat gegevens in realtime zullen worden overgedragen.
Latency voor 4G ligt rond de 20-30 milliseconden, maar voor 5G zal dit ver onder de 10 milliseconden liggen, en in het beste geval rond de 1 milliseconde vertraging, aldus Mats Norin, programmamanager bij 5G For Industries, Ericsson Research.
“Voor consumenten is dit niet zo belangrijk, maar het zal dingen sneller doen lijken, maar voor de industrie – voor lange afstanden, op afstand bestuurde zware machines, bijvoorbeeld – zal het van cruciaal belang zijn,” zegt hij.
3G vs 4G vs 5G
Dus hoe snel zal 5G echt zijn?
Volgens Vodafone belooft 5G apparaatsnelheden die ongeveer 10 keer sneller zijn dan 4G, wat betekent dat hoogwaardige 4K-videogesprekken met ultrahoge resolutie – de standaard die wordt gebruikt voor commerciële digitale cinema – nog sneller zullen worden gedownload naar smartphones en tablets. Gegevensoverdracht van minder dan 20 milliseconden zal standaard zijn.
De heer Mills waarschuwt echter dat veel van wat wordt gepubliceerd over de snelheid van 5G een hype is – vooral voor consumenten.
“Gigabytesnelheden zijn nuttig voor een handvol toepassingen, zoals het live streamen van een 8k VR-headset via een 5G-netwerk, maar voor de gemiddelde gebruiker is er niet veel behoefte aan dat soort snelheid op een mobiel apparaat,” zegt hij, “Live streamen of het downloaden van HD-video is heel goed haalbaar met behulp van een 4G-netwerk.”
“Mensen zouden een 5G WIFI router kunnen gebruiken in plaats van te betalen voor breedband in huis – dit zal geschikt zijn voor huurders die niet per se contracten gebonden willen hebben aan een woning,” zegt hij. Verizon en AT&T investeren al in proeven in de VS.
Wat zal 5G bedrijven en industrie in staat stellen te doen?
Verwacht wordt dat 5G de katalysator zal zijn voor het verbinden van mensen en machines met elkaar op een ongekende schaal voor nieuwe zakelijke en economische kansen. In een rapport van industrieanalisten IHS Markit wordt zelfs geschat dat 5G in 2035 een wereldwijde economische output van 12,3 biljoen dollar mogelijk zal maken. Terwijl een studie van International Data Corporation (IDC) schat dat de hoeveelheid gegevens die over de hele wereld wordt gecreëerd, vastgelegd en gerepliceerd, kan groeien van 33 Zettabytes (ZB) in 2018 tot 175 ZB in 2025.
Gebruiksscenario’s omvatten de ontwikkeling van echte haptische toepassingen – waarbij tactiele sensatie of ervaring live kan worden gedeeld – zodat operators van robotica op afstand een machine kunnen ‘voelen’ en ‘aanraken’ ondanks het feit dat ze duizenden kilometers ver weg zijn. Dit zou kunnen worden gebruikt in fabrieken, mijnen of zelfs voor chirurgie op afstand.
“Voor kritieke toepassingen zal het terugbrengen van de latentie tot één of twee milliseconden spelveranderend zijn voor coördinatie op afstand”, zegt de heer Mills.
Een realtime, snel en betrouwbaar netwerk kan industrieën in staat stellen machines te bevrijden van bekabeling voor netwerkverbindingen en draadloos te gaan werken voor meer flexibele en autonome operaties die de productiviteit kunnen verhogen en de kosten kunnen verlagen. In de Boliden Aitik-mijn in Zweden heeft 5G-gestuurde automatisering, die wordt gebruikt voor boren en springen, bijvoorbeeld de kosten met één procent verlaagd, waardoor jaarlijks 2,5 miljoen euro wordt bespaard.
Terwijl fabrikanten 1 tot 3 procent productiviteitswinst kunnen behalen, wat resulteert in miljoenen ponden aan besparingen, van flexibelere en beter beheerde productielijnen via 5G-aangedreven draadloze fabrieken, volgens onderzoek door het Worcestershire 5G Consortium.
5G zal naar verwachting ook echt verbonden en slimme steden creëren, en het ondersteunende netwerk zijn voor autonome voertuigen.
Hoe veilig is 5G?
Veel van deze use cases zouden kunnen profiteren van network slicing – het opsplitsen van het netwerk om snelheid, capaciteit, dekking, encryptie en beveiliging op maat te maken – wat met 5G veel eenvoudiger kan worden bereikt.
“Slicing biedt fabrikanten en anderen een dedicated netwerk waarmee ze hun IoT-oplossingen volledig kunnen controleren en ondersteunen voor betrouwbare communicatie, met gegarandeerde kwaliteit van de dienstverlening en cloud- of Edge-gebaseerde computatie”, zegt Dritan Kaleshi, hoofd Technologie, 5G bij Digital Catapult.
Dit kan een extra element van veiligheid bieden dat niet wordt geboden door WIFI, dat wordt gedeeld met anderen in het spectrum en daarom gemakkelijker kan worden gestoord, en minder gemakkelijk kan worden bereikt met 4G.
“Als een bedrijf bijzonder gevoelige gegevens heeft die onder regelgeving vallen en die over fundamenteel verschillende brokken netwerk kunnen worden verzonden om de privacy te waarborgen, kan slicing dat voor 5G heel naadloos mogelijk maken,” zegt de heer Mills.
Wanneer zal 5G er zijn?
Gisteren, zullen de meesten in de sector zeggen. Maar hoewel er over de hele wereld tests zijn uitgerold, is er voor een echt brede 5G-dekking in het VK laagbandspectrum nodig (700-900 ghz-bereik), dat pas in 2020 beschikbaar zal komen, zegt de heer Petty. Vodafone heeft aangekondigd dat het ergens dit jaar 5G zal lanceren in 19 steden in het Verenigd Koninkrijk.
“Vroege releases van 5G zullen vooral gericht zijn op dichtbevolkte stedelijke gebieden, of waar mensen nieuwe 5G-toepassingen willen bouwen en testen voor industrie 4.0 of automobieltoepassingen,” legt hij uit.
Volgens de Britse regering zal er waarschijnlijk geen ‘big bang’-moment zijn wanneer 5G-netwerken bij wijze van spreken worden ‘aangezet’. In plaats daarvan zal het een “evolutionair proces” zijn.
Maar het is waarschijnlijk dat consumenten vanaf 2020 gemakkelijk handsets kunnen aanschaffen en gebieden met 5G-dekking in steden kunnen vinden, zegt professor William Webb, CEO van Weightless SIG en voorzitter van het Institution of Engineering and Technology.
“De massamarkt zal naar verwachting rond 2022 overstappen – met Zuid-Korea, China, Japan en de VS als landen die het hardst zullen pushen, maar de meeste ontwikkelde landen zullen vlak achterblijven.”
Schrijven door
Heidi Vella