De vijfde generatie mobiele telefonie is volop in ontwikkeling in Nederland. Een veel gehoorde term voor 5G is 5G NR. Maar wát is 5G NR? Is het wat anders dan 5G? 5G NR ( New Radio) is gelijk aan hoe de mobiele communicatie-industrie LTE heeft gebruikt om een nieuwe radiotoegangstechnologie (RAT) voor de vijfde generatie mobiele netwerken te benoemen en beschrijven. De verwachting is dat met de komst van 5G NR technieken veel verbindingen mogelijk tussen meerdere ICT- en telecommunicatietoepassingen, diensten voor het betalingsverkeer, Internet of Things (IOT) diensten, logistiek, autonoom rijden, nieuwe toepassingen zoals operaties uitvoeren op afstand en toepassingen voor de landbouw. 5G in de volksmond en 5G NR voor de mobiele communicatie- industrie. De eerste proefopstellingen van de 5G-antennes gebaseerd op 5G NR, staan in 2020 al in Nederland.
5G en 5G NR (New Radio)
5G is de vijfde generatie in de draadloze mobiele technologie en de opvolger van 2G, 3G en 4G. De formulering New Radio of 5G NR is wat het 3de Generation Partnership Project (3GPP)*, de output van release 15 noemt. 5G New Radio (5G NR) is een volledig nieuwe communicatie verbinding tussen twee stations in de mobiele draadloze communicatie (luchtinterface) dat ontwikkeld is voor 5G om een grote verscheidenheid aan service, apparaten en implementaties te ondersteunen over een breed spectrum. Het luchtinterface omvat de lagen 1* en 2* van het Open Systems Interconnection model (OSI model).
*Het 3rd Generation Partnership Project ( 3GPP ) is een standaardorganisatie die protocollen voor de draadloze mobiele telefonie ontwikkelt en TSG Radio Access Network (TSG RAN) is hier verantwoordelijk voor.
* Laag 1, de fysieke laag
De fysieke laag is verantwoordelijk voor het verzenden en ontvangen van ongestructureerde ruwe gegevens tussen een inrichting en een fysiek transmissiemedium. Het zet de digitale bits in elektrische, radio of optische signalen.
*Laag 2, de data link laag
De datalinklaag verschaft knooppunt-naar-knooppunt gegevensoverdracht: een verbinding tussen twee direct verbonden knooppunten. Het detecteert en corrigeert eventueel mogelijke fouten in de fysieke laag.
5G New Radio en frequenties
Er is niet zoiets als één 5G-standaard. Het is een verzamelnaam voor verschillende technieken die in verschillende frequenties en releases (met fases) wordt uitgerold, in de techniek van 5G New Radio.
Het frequentiebereik is:
-Frequentiebereik 1 (FR1), frequentiebanden van minder dan 6 GHz
-Frequentiebereik 2 (FR2), frequentiebanden in het mmWave – bereik (24–100 GHz)
Radiogolven in deze band hebben een golflengte van tien tot een millimeter en wordt ook wel de millimeterband genoemd en straling in deze band worden millimetergolven genoemd, afgekort mmWave. Het frequentiebereik ligt in het elektromagnetisch spectrum in de superhoge frequentieband (SHF) en de verre infraroodband, waarvan het onderste deel de terahertz-band is. 5G NR kan door carrier aggregatio (een techniek om meerdere frequentieblokken te combineren) de datacapaciteit vergroten waardoor hogere snelheden mogelijk zijn. FR1 en FR2 van de 5G New Radio, geven daardoor de mogelijkheid om door te ontwikkelen naar een nog sneller netwerk (6G).
Releases
3GPP maakt gebruik van een systeem van parallelle ‘releases’ die ontwikkelaars een stabiel platform bieden voor de implementatie van functies op een bepaald punt en vervolgens de toevoeging van nieuwe functionaliteit in de volgende releases mogelijk maken. De ontwikkeling gaat van release 1 in 1992 tot release 15 in 2018. Een release kan onderverdeeld zijn in fases waarvan:
-Fase 1 verwijst naar de servicebeschrijving vanuit het oogpunt van de servicegebruiker;
-Fase 2 is een logische analyse, die een abstracte architectuur van functionele elementen en de informatiestromen bedenkt;
-Fase 3 is de concrete implementatie van de functionaliteit en van de protocollen.
5G New Generation, een nieuwe technologie
Elke generatie mobiel netwerk ging gepaard met een nieuwe technologie. De eerste generatie (G1) was analoog, de tweede digitaal (2G), met 3G kwam UMTS en later HSDPA, met 4G kwam LTE in en later LTE-advanced (4G+). Met de nieuwste generatie 5G is de nieuwe technologie: New Generation (NR) ook wel 5G NR genoemd. Het 5G NR-ontwerp maakt gebruik van hogere frequenties in het middenbandspectrum en maakt zo macro/kleincellige implementaties mogelijk door de nieuwe mmWave-mogelijkheden op spectrumbanden boven 24 gigahertz (GHz) voor mobiel breedband. Het spectrum dat beschikbaar is bij deze hoge mmWave-frequenties ondersteunt extreme datasnelheden en capaciteit. De voortplanting van de radiogolven zijn echter nog meer vatbaarder voor blokkering van hand, hoofd, lichaam, bladeren en gebouwen (bomen zijn dus een sta-in-de-weg en worden dan ook massaal gekapt). 5G NR begint bij release 15.
Release 15 en fase 1 voor 5G New Generation Radio
In 2018 is release 15 uitgebracht met de naam: 5G NR ( New Radio ) als een nieuwe radiotoegangstechnologie (RAT) ontwikkeld door 3GPP voor het vijfde mobiele netwerk (5G).
Release 16 en fase 2 voor 5G NR
Release 16 wordt ‘5G fase 2’ genoemd en schetst verschillende groepen nieuw spectrum specifiek voor NR-implementaties, variërend van de 2,5 gigahertz (GHz) tot 44 GHz. De tweede band die inzet word voor mobiele gebruiksgevallen zijn de 3,3 GHz tot 3,8 GHz en 4,4 GHz tot 5,0 GHz band, die getest zijn in 2018 op de Olympische Winterspelen in februari.
Release 17 (de sterke radio-evolutie) of 3GPP RAN is eind december 2019 gereed en vanaf januari 2020 wordt begonnen met het werken aan verschillende functies die belangrijk blijven voor de algehele efficiëntie en prestaties van 5G NR. Release 17 is gepland voor september 2021 (in Nederland is dit waarschijnlijk in 2022 en is afhankelijk van de verhuizing van het afluisterstation in Burum). De voorbereidingen van de derde fase gaan wel door onder de lijn Zandvoort-Zwolle met testlocaties waar gebruik wordt gemaakt van o.a.de volgende technieken:
-Massive MIMO*; een techniek waarbij meerdere antennes worden gebruikt voor het gelijktijdig ontvangen en verzenden van data signalen over hetzelfde radiokanaal;
-Spectrum Sharing-verbeteringen. Met DSS (Dynamic Spectrum Sharing) kunnen netwerkoperators zowel 4G als 5G binnen hetzelfde spectrum leveren, waardoor een soepele overgang tussen de twee technologieën mogelijk wordt en dus een meer kosteneffectieve uitrol mogelijk is;
-UE Power Saving is het onderzoek naar energiebesparing door gebruikersapparatuur (UE) in NR, rekening houdend met latentie en prestaties in NR en netwerkimpact. Bestaande en nog nieuwe gebruikersapparatuur (UE)vereisen een hogere capaciteit van het mobiele netwerk en leidt tot een steeds dichtere netwerk-implementatie. 5G New Radio onderzoekt hoe dit operators in staat stelt om dichtere netwerken op te bouwen, te voldoen aan prestatie-eisen en een laag 5G-energieverbruik te kunnen handhaven;
-Coverage Enhancements (geavanceerde dekkingverbeteringen). Hogere frequentie hebben een beperkt bereik, waardoor er meer zendmasten en antennestations nodig zijn. Toekomstige 5G- antennes (small-cells) hebben een bereik van zo ’n tweehonderd meter en voor een goede dekking zullen providers dus meer antennes neer moeten zetten naast het plaatsen van meerdere antennes bij elkaar (Massive MIMO).
*Massive MIMO
MIMO staat voor Multiple-input multiple-output en is een draadloos netwerk waarmee meerdere datasignalen tegelijkertijd via hetzelfde radiokanaal kunnen worden verzonden en ontvangen. Standaard MIMO-netwerken gebruiken meestal twee of vier antennes en massive MIMO daarentegen is een MIMO-systeem met een bijzonder hoog aantal antennes.
Werking
In 5G met massive MIMO worden er namelijk tweedimensionale antenne-arrays (antenneroosters) gebruikt, waarbij ieder antenne-element digitaal afzonderlijk is aan te sturen. Zodra een gebruiker binnen het verzorgingsgebied komt, wordt aan deze gebruiker een trafficbundel (met laserstraal techniek) toegekend die de gebruiker dynamisch binnen het verzorgingsgebied blijft volgen. Ook wordt gebruik gemaakt van weerkaatsingen die om obstakels heen gezonden kunnen worden. Er is dus sprake van diverse golven die via meerdere routes bij de gebruiker bijeenkomen om het totale signaal over te brengen. Daarnaast is er een zogenaamde broadcastbundel, die met een signaal het verzorgingsgebied bestrijkt. De toevoeging van mmWaves frequenties is in de mobiele communicatie technieken nog nooit eerder gebruikt. Vooral bij de massive MIMO-zenders die in de 3,5 GHz-band met het 5G ‘New Radio’-protocol gaan zenden, gaan de millimetergolven (mmWave) heel gemakkelijk 3D-bundelvorming en zeer goede potloodstralen uitzenden door gebruik te maken van beamforming-technologie (ook wel straalvorming of bundelvorming genoemd).
Beamvorming
Het nieuwe type antenne dat gebruikt maakt van de Massive MIMO-techniek de elektromagnetische velden (straling) in beamvorming richten op specifieke gebruikers. Voor beamvorming wordt gebruikt gemaakt van phased array antennes. Beamvorming is een techniek dat ook gebruikt wordt als wapen (en ook Nederland kiest voor Crowd control wapen: https://stralingsleed.nl/blog/crowd-control-wapen-en-5g-de-overeenkomst/). De zenders en ontvangers van de phased array maken gebruik van beamforming, waarbij een zendmast eerst de locatie van een apparaat bepaalt en door middel van slimme antennetechnieken* een extra sterk signaal naar de telefoon stuurt. Op de lange termijn komen meer zenders per vierkante kilometer en kunnen de bundels in verschillende richtingen worden uitgezonden en zo de gebruiker ‘volgen’. Hierdoor wisselt de blootstelling in plaats en tijd. Ook zullen in de toekomst frequenties worden gebruikt die hoger zijn dan de nu al gebruikte frequenties.
*Door gebruik te maken van meerdere kleine zendertjes in een zenderpaneel, die bovendien afzonderlijk kunnen worden aangestuurd, is het mogelijk een gerichte bundel van RF signalen (laser) te vormen met een instelbare kleine bundelhoek. De smalle bundel is bovendien ook nog te ‘besturen’. In de massive-MIMO technologie (‘multiple input, multiple output) wordt dat in de praktijk gebracht. Een laserbundel heeft golflengten in het infrarood spectrum, infrarood, zichtbaar licht of ultraviolet licht.
https://4gmasten.nl/nieuws/39-5g-nieuws/597-5g-new-radio
Reacties door Ria Luttikhold