5G en de toekomst van Internet of Things

De toekomst van 5G

Tweede, derde en vierde generatie mobiele netwerken worden op dit moment in verschillende sectoren gebruikt voor IoT-toepassingen. Van productiebewaking in fabrieken, voertuigdiagnose en -bewaking in de transport tot en met digital signage en klanttracering in de handel; Internet of Things vergroot de efficiënte, vermindert uitvaltijden en verlaagt de kosten. Met de introductie van 5G zal Internet of Things een nog dominantere rol gaan spelen in tal van bedrijfstakken. Voordat we uitgebreid ingaan op 5G, de categorieën, toepassingen en kenmerken, blikken we kort terug.

Van 1G naar 3G

Het analoge 1G werd in 1981 gelanceerd in Scandinavië. Dit zogenaamde NMT-netwerk bood internationale roaming en werd vooral gebruikt voor de eerste mobiele (auto-)telefoons. In de jaren ’90 werd 1G vervangen door 2G (GSM, GPRS en EDGE). Deze tweede generatie mobiele netwerken waren naast bellen ook geschikt voor het verzenden en ontvangen van sms-berichten en internet met lage snelheid. Bovendien was 2G het eerste netwerk dat ook apparatuur met elkaar kon laten communiceren. Rond 2001 kon in Nederland 3G (UMTS, HSDPA en HSDPA+) worden gebruikt voor bellen, sms en data. Deze technologie had niet alleen een breder bereik dan 2G maar bood ook een hogere snelheid.

4G

Vanaf 2010 maakt 3G langzaam plaats voor de 4G-technologie LTE (Long Term Evolution). Met name qua bandbreedte en snelheid biedt dit netwerk grote mogelijkheden voor zowel consumenten als bedrijven. Het netwerk is zeer geschikt voor data, mobiel internet met een hogere snelheid en IoT-toepassingen. Zo maken NB-IOT en LTE-M bijvoorbeeld gebruik van het LTE-netwerk.

Achterhaald, of niet?

De uitrol van 5G doet vermoeden dat 2G inmiddels is achterhaald. Toch is dit niet helemaal het geval. Wereldwijd wordt het netwerk nog steeds veel aangewend voor IoT-toepassingen. Zo wordt 2G gebruikt door bijvoorbeeld netbeheerders (slimme meters) en hulpdiensten (communicatie).

5G: a giant leap

Sneller, betrouwbaarder en minder vertraging

Waar 4G werd ontwikkeld met smartphones in het achterhoofd, wordt 5G (New Radio) bij uitstek een netwerk voor IoT-toepassingen. Het biedt niet alleen hogere snelheden en meer capaciteit maar ook veel minder vertraging tussen zenden en ontvangen (latency). Hierdoor kunnen naast telefoons ook voertuigen, robots en andere slimme apparaten gebruik maken van 5G. Binnen dit netwerk zijn de mobiele services ingedeeld in drie categorieën: eMBB, uRLLC en mMTC.

eMBB

Enhanced Mobile Broadband richt zich op diensten die hoge eisen stellen aan de bandbreedte. eMBB is dan ook geschikt voor:

  • Virtual Reality (VR)
  • Augmented Reality (AR)
  • werken in de cloud
  • videosurveillance
  • streamen van HD-video’s

uRLLC

Ultra-Reliable & Low-Latency Communications is een 5G-variant die zich richt op latency-gevoelige services. De techniek is goed toepasbaar in:

  • zelf rijdende auto’s
  • gezondheidszorg (eHealth)
  • robotica
  • industrie 4.0

mMTC

Massive Machine Type Communications richt zich op diensten die hoge eisen stellen aan de verbindingsdichtheid. In deze categorie vallen de LPWA-techno-logieën NB-IoT en LTE-M met nodes / sensoren. Goed toe te passen in:

  • slimme steden
  • slimme gebouwen
  • slimme landbouw
  • slimme fabrieken

5G Frequenties

Veiling en uitrol van de frequentiebanden

5G kan technisch gezien binnen bestaande frequentiebanden (bijvoorbeeld in combinatie met 4G) worden gebruikt. Sommige providers bieden 5G aan over de 1800 MHz-frequentie waarop ze 4G aanbieden. Technisch gezien heeft een 5G-toestel daarmee toegang tot 5G, al ligt de snelheid niet veel hoger dan 4G.

De Europese Unie heeft 700 megahertz, 3,5 gigahertz en 26 gigahertz aangewezen voor de uitrol van 5G binnen Europa. Het ministerie van Economische Zaken en Klimaat heeft op 29 juni 2020 de veiling voor de 700 MHz-frequentie geopend. In 2022 wordt de 3,5 Gigahertz-frequentie geveild. Daarna volgt nog de 26 GHz-frequentie.

Het verschil tussen deze frequenties zit hem vooral in het bereik en de bandbreedte. Bij de ontwikkeling van IoT-toepassingen is het dus verstandig om rekening te houden met de frequenties.

Frequentiebanden

700MHz

Lage frequenties, zoals de 700 MHz, hebben een groot bereik waardoor er minder antennes nodig zijn. Deze band is dan ook het meest geschikt om een landelijke dekking te realiseren voor veel gebruikers met weinig gegevensoverdracht. Dat maakt het uitermate geschikt voor IoT-toepassingen in slimme energiemeters en de landbouw. De 700 MHz-band is minder geschikt voor toepassingen met een hoge datasnelheid.

3,5 GHz

De 3,5 GHz band biedt meer bandbreedte dan de 700 MHz. Deze band is het meest geschikt voor toepassingen die een hoge datasnelheid en een goede dekking vereisen. De 3,5 GHz-frequentie is daarmee geschikt voor veel bedrijfs- en consumententoepassingen waarbij hoge eisen worden gesteld aan bijvoorbeeld de beeldkwaliteit zoals Virtual Reality, HR-video en 360-graden video. Het signaal wordt echter sneller tegengehouden door muren en ramen, waardoor dekking in gebouwen lastiger te realiseren is. Omdat het bereik van de antennes kleiner is dan bij de 700 MHz-band zijn er bovendien meer antennes nodig.

26 GHz-band

26 GHz-band functioneert het beste met veel basisstations. Hierdoor is deze band eigenlijk ongeschikt om een landelijk dekkend netwerk te creëren. De frequentie is geschikt voor toepassingen waarbij hoge data snelheden noodzakelijk zijn. Hierbij kun je bijvoorbeeld denken aan tientallen draadloze videocamera’s in grote openbare ruimtes (stadions en stations).

Overigens is het nog niet zeker of deze frequentieband in Nederland beschikbaar komt. De overheid onderzoekt of het de moeite waard is om 26 GHz voor 5G open te stellen.

5G Massive MIMO

Om de efficiëntie binnen frequenties te vergroten kan gebruik worden gemaakt van massive MIMO (Multiple Input Multiple Output). Met deze techniek worden de signalen in de vorm van kleine bundels gericht op apparaten en gebruikers waardoor het tot wel zes keer zoveel bandbreedte per gebruiker kan bieden. Massive MIMO wordt dan ook vooral toegepast in gebieden waar veel gebruikers de bandbreedtes nodig hebben.

Internet of Things & 5G

Low Power Wide Area

LPWA is een draadloze communicatietechnologie die speciaal is ontwikkeld voor IoT-toepassingen. Kenmerkend voor LPWA is een laag energiegebruik (batterijen) en een groot bereik. Bij de ontwikkeling is daarnaast rekening gehouden met goedkope hardware, weinig bandbreedte en de mogelijkheid om miljoenen apparaten met elkaar te verbinden. Zowel NB-IOT als LTE-M maken qua beveiliging, infrastructuur en bereik gebruik van de 4G-netwerken. 3rd Generation Partnership Project (3GPP), de standaardenorganisatie binnen de telecomindustrie, heeft echter al aangegeven dat LPWA-technologieën NB-IOT en LTE-M in de toekomst blijven bestaan en zullen worden doorontwikkeld binnen 5G.

NB-IOT NarrowBand

Internet of Things is een LPWA-techniek die uitermate geschikt is voor industriële (grootschalige) toepassingen in bijvoorbeeld gebouwen, fabrieken en de landbouw. NB-IOT combineert een goede dekking met een groot bereik. Het signaal laat zich niet tegenhouden door dikke muren waardoor ook toepassingen onder de grond mogelijk zijn. Een ander groot voordeel is dat het veel apparaten met elkaar verbindt en de batterijen van de sensoren lang meegaan (10+ jaar). Daar staat tegenover dat NB-IOT een lage bandbreedte heeft. Hierdoor is het niet mogelijk om veel data in korte tijd te versturen.

Voordelen

  • Geen collisions
  • Goede doordringbaarheid
  • Batterijgevoede nodes

Nadelen

  • Niet real time
  • Provider nodig
  • Geen wereldwijde dekking

LTE-M

Long Term Evolution for Machines maakt tegen een laag energieverbruik dataverkeer op lange afstand mogelijk tussen apparaten en het internet. Deze technologie geeft meer bandbreedte in vergelijking met NB-IOT en heeft een groter bereik in gebouwen. LTE-M is geschikt voor het verzenden van informatie op frequente basis met een lagere snelheid. Het grote voordeel van LTE-M is dat het real time informatieoverdracht mogelijk maakt waardoor de techniek goed toe te passen is in bewegende objecten.

Voordelen

  • Real time
  • Lange afstand Spraak en sms

Nadelen

  • Provider nodig

Bron: Delmation Products

Voor meer informatie kan er contact worden opgenomen via het telefoonnummer 085-0443500 of per mail naar info@thingsdata.nl.