De toekomst van 5G: hoe ver staan we vandaag?

3GPP, de organisatie die verantwoordelijk is voor de ontwikkeling van mobiele netwerkstandaarden, heeft de eerste standalone (SA) 5G-specificatie officieel goedgekeurd. Eerder werd ook al een non-standalone (NSA) standaard aangenomen. Zijn we nu klaar voor de commerciële uitrol van de eerste 5G-netwerken?

Het korte antwoord is ja. Het uitgebreide antwoord is genuanceerder. De afgewerkte Release 15 (Rel-15) 5G-specificatie zoals die vandaag op tafel ligt, biedt ondersteuning voor de twee voornaamste opties om een 5G-netwerk te ontwerpen: Optie 2 en Optie 3. Er zijn daarnaast evenwel nog een tiental andere mogelijkheden. Deze slidedeck van Deutsche Telekom biedt een goed overzicht.

Opties, opties, opties

Optie 1 is om alleen de bestaande 4G-infrastructuur te gebruiken en kan al meteen van tafel worden geveegd.

Optie 3 werd in december vorig jaar goedgekeurd door 3GPP en is de non-standalone versie. Daarbij wordt nieuwe 5G New Radio (NR)-technologie als uitbreiding op de legacy 4G-infrastructuur gebouwd. Dit is de eenvoudigste optie om uit te rollen voor initiële implementaties, wanneer de dekking van 5G NR nog beperkt is. Het nadeel is dat de prestaties beperkt blijven omdat beroep wordt gedaan op het LTE-radionetwerk.

Wat is 5G New Radio?
5G New Radio is de nieuwe ‘air interface’ die wordt ontwikkeld voor 5G. Een air interface is de communicatielink tussen mobiele apparaten en het basisstation in een mobiel netwerk. Het definieert de frequentie, kanaalbandbreedte en het modulatieschema.

Voor 5G wordt een nieuwe air interface ontwikkeld om de prestaties, flexibiliteit, schaalbaarheid en efficiëntie van de bestaande mobiele netwerken te verbeteren en het meeste te halen uit het beschikbare spectrum.

Optie 2 is de standalone specificatie die pas werd aangenomen door 3GPP. Hierbij wordt beroep gedaan op een nieuw NextGen Core-netwerk in plaats van het bestaande 4G-netwerk. Dit nieuwe 5G-netwerk zal een grote diversiteit aan verkeer kunnen verwerken en toepassingen met verschillende netwerkvereisten ondersteunen, zoals een hoge bandbreedte of lage latency.

 

5G optie 2 en 3
Beeld: Deutsche Telekom

Niet helemaal klaar

De eerste 5G-specificatie is dus klaar in de zin dat Optie 2 en Optie 3 zijn afgewerkt. Dat zijn evenwel niet de enige opties die worden geassocieerd met “Release 15”, de verzameling van de eerste set 5G-standaarden. De telecomoperatoren kunnen weliswaar aan de slag om hun 5G-compatibele netwerken klaar te stomen voor een commerciële uitrol, maar er blijft nog werk aan de winkel.

Met name Optie 4 en Optie 7 zullen een belangrijke rol spelen voor de ontwikkeling van de netwerken in de nabije toekomst. Beide opties steunen op het nieuwe 5G-netwerk en maken gebruikt van zowel de LTE als de NR air interface. Bij Optie 4 is de NR air interface het zwaargewicht. Bij Optie 7 is dat de LTE air interface.

 

5G optie 4 en 7
Beeld: Deutsche Telekom

De telecomoperatoren zijn nog verdeeld over welke van de twee opties de betere keuze is. Uiteindelijk zullen ze één van de twee, of beiden, in hun netwerk moeten implementeren wanneer ze het nieuwe 5G Core-netwerk uitrollen.

Ten slotte maakt ook Optie 5 deel uit van Rel-15. Daarbij wordt via LTE-apparaten met het 5G Core-netwerk verbinding gemaakt. Deze optie is alleen interessant voor operatoren die volledig willen afstappen van hun 4G-infrastructuur, maar is op dit moment ook nog niet afgewerkt.

 

Zelfs nu Optie 2 en 3 officieel zijn gefinaliseerd, moeten nog een aantal details worden uitgeklaard

 

Eerste 5G-netwerken

Er blijft dus nog werk aan de winkel. Zelfs nu Optie 2 en 3 officieel zijn gefinaliseerd, moeten nog een aantal details worden uitgeklaard. Eén zo’n voorbeeld zijn de functionaliteitsvereisten voor de eerste Rel-15 5G-apparaten. 3GPP heeft nog niet beslist welke functionaliteiten verplicht zijn en welke optioneel. Dergelijke details moeten tegen eind dit jaar uitgeklaard zijn.

“We verwachten dat sommige RAN-werkgroepen (Radio Access Network, red.) een groot deel van de rest van het jaar zullen spenderen aan het aanpakken van bekende leemtes in de specificaties. Om nog maar te zwijgen van het oplossen van zaken die in de komende maanden nog worden ontdekt”, schrijft onderzoeksbureau Signals Research Group in een nota na afloop van de goedkeuring van de standalone 5G-specificatie vorige week.

Desalniettemin kunnen operatoren alvast aan de slag om 5G vanaf later dit jaar of begin volgend jaar commercieel uit te rollen. De hele industrie brengt zich daarvoor sinds begin dit jaar in stelling.

Onder meer netwerkleveranciers Ericsson, Nokia, Cisco kondigden reeds aan dat ze de eerste 5G-netwerkproducten klaar hebben om later dit jaar voor operatoren wereldwijd beschikbaar te maken. Aan de kant van de ontvanger introduceerde Qualcomm reeds zijn eerste 5G-modem en gaf het te kennen dat de eerste 5G-compatibele smartphones nog dit jaar op de markt zullen komen.

 

De hele industrie brengt zich in stelling

 

In de Verenigde Staten lieten operators AT&T en Verizon reeds weten dat ze vanaf eind 2018 5G zullen aanbieden via de non-standalone standaard (Optie 3) waarbij het netwerk nog steunt op de bestaande 4G-infrastructuur, maar wel al nieuwe 5G-radio’s worden gebruikt voor verbeterde prestaties.

De Aziatische telecomproviders verwachten begin 2019 te kunnen volgen, terwijl Europa alleen nog maar toekijkt.

Echte 5G

Het is pas vanaf het nieuwe NextGen Core-netwerk wordt uitgerold, dat we echt van 5G kunnen beginnen spreken. Het is dit nieuwe Core-netwerk dat de grote beloften van 5G moet helpen waarmaken, dankzij technologieën zoals software-defined networking, network slicing en virtualisatie.

5G Core moet enerzijds toelaten om het traditionele exploitatiemodel van de operator te ondersteunen en tegelijkertijd flexibel genoeg zijn om een gedeeld infrastructuurmodel te ondersteunen, evenals specifiek gebruik door bepaalde industrieën.

 

De eerste implementatie van 5G richt zich uitsluitend op het vergroten van de bandbreedte

 

De eerste implementatie van 5G, die nu wordt voorbereid, richt zich uitsluitend op enhanced Mobile Broadband (eMBB), ofwel het vergroten van de bandbreedte voor het stijgend aantal mobiele apparaten dat verbinding maakt en het toenemend verbruik. Het is nog minstens wachten tot de 3GPP Release 16 (Rel-16) – ofwel “5G Phase 2” – vaststelt, alvorens we 5G voorbij het mobiele ecosysteem naar nieuwe toepassingsgebieden zien evolueren. Die specificatie moet tegen december 2019 worden afgewerkt.

Uiteindelijk moet 5G ook Ultra Reliable Low Latencey Communications (URLLC) en massive Machine Type Communications (mMTC) ondersteunen.

mMTC is al ontwikkeld als onderdeel van Release 13 en 14 voor Low Power Wide Area (LPWA)-technologieën. Daaronder valt onder meer NB-IoT, dat in België reeds door Proximus, Orange en Telenet werd uitgerold. In Nederland bieden Vodafone en T-Mobile allebei NB-IoT-netwerken aan. Deze technologie zal naar verwachting ook voldoen aan de meeste mMTC-vereisten voor 5G.

Technologieën die meer bandbreedte vragen met ultra-betrouwbare lage latency (URLCC), bijvoorbeeld voor zelfrijdende auto’s of industriële applicaties, vereisen de implementatie en brede dekking van 5G Core. Deze ontwikkeling zal daarom pas later volgen.