211service.com
De opkomende technologieën die toekomstige 5G-netwerken vormgeven
Het lijkt misschien alsof de vierde generatie mobiele communicatietechnologie nog maar net de ether heeft bereikt. Maar de zogenaamde 4G-technologie bestaat sinds 2006 in verschillende gedaanten en is nu algemeen beschikbaar in grootstedelijke gebieden van de VS, Europa en Azië.
Het is dan ook geen verrassing dat communicatiespecialisten beginnen na te denken over de volgende revolutie. Dus wat gaat 5G ons brengen?
Vandaag krijgen we een aantal interessante speculaties van Federico Boccardi bij Alcatel-Lucent's Bell Labs en een aantal vrienden. Deze jongens hebben zich gericht op de technologieën die het meest waarschijnlijk een ontwrichtende impact zullen hebben op de volgende generatie communicatietechnologie. En ze hebben opkomende technologieën gelokaliseerd die ons zullen dwingen om de aard van netwerken en de manier waarop apparaten ze gebruiken te heroverwegen.
De eerste disruptieve technologie die deze jongens hebben gevonden, zal het idee veranderen dat radionetwerken moeten bestaan uit cellen die zijn gecentreerd op een basisstation. In de huidige netwerken maakt een telefoon verbinding met het netwerk door een uplink en een downlink tot stand te brengen met het lokale basisstation.
Dat lijkt te veranderen. Het wordt bijvoorbeeld steeds waarschijnlijker dat 5G-netwerken zullen vertrouwen op een aantal verschillende frequentiebanden die informatie met verschillende snelheden vervoeren en totaal verschillende voortplantingskenmerken hebben.
Een apparaat kan dus één band gebruiken als een uplink met een hoge snelheid en een andere band om te downlinken met een lage snelheid of omgekeerd. Met andere woorden, het netwerk verandert op dat moment al naar gelang de databehoefte van een apparaat.
Tegelijkertijd ontstaan er nieuwe soorten apparaten die alleen met andere apparaten communiceren: sensoren die bijvoorbeeld gegevens naar een server sturen. Deze apparaten kunnen beslissen wanneer en hoe de gegevens het meest efficiënt worden verzonden. Dat verandert het netwerk van een celgericht in een apparaatgericht netwerk.
Onze visie is dat de celgerichte architectuur moet evolueren naar een apparaatgerichte architectuur: een bepaald apparaat (mens of machine) moet kunnen communiceren door meerdere informatiestromen uit te wisselen via verschillende mogelijke sets heterogene knooppunten, zeggen Boccardi en co.
Een andere nieuwe technologie is het gebruik van millimetergolftransmissies, naast de microgolftransmissie die momenteel in gebruik is. Boccardi en co zeggen dat het onroerend goed in de magnetron een enorme premie heeft. Er is slechts ongeveer 600 MHz van. En hoewel de omschakeling van analoge naar digitale tv wat meer van het spectrum vrijmaakt, is het relatief weinig, ongeveer 80 MHz, en heeft het een enorme prijs.
Het is dus normaal om te kijken naar de langere golflengten en hogere frequenties van millimetergolftransmissies variërend van 3 tot 300 GHz. Dit zou moeten zorgen voor een toename van de bandbreedte.
Maar het zal niet helemaal vlekkeloos verlopen. Het grootste probleem met deze frequenties is hun voortplantingskarakteristiek: de signalen worden gemakkelijk geblokkeerd door gebouwen, zwaar weer en zelfs door mensen zelf als ze tussen het apparaat en de zender bewegen.
Maar het zou mogelijk moeten zijn om de meeste problemen te verminderen met behulp van geavanceerde transmissietechnologieën, zoals directionele antennes die in realtime schakelen als signalen worden geblokkeerd. Voortplanting is geen onoverkomelijke uitdaging, zeggen ze.
De volgende is de snel ontwikkelende multiple input-multiple output of MIMO-technologie. Basisstations zullen worden uitgerust met meerdere antennes die veel signalen tegelijk uitzenden. Bovendien kan een apparaat meerdere antennes hebben om meerdere signalen tegelijk op te pikken en uit te zenden. Dit verbetert de efficiëntie waarmee een netwerk zijn frequenties kan exploiteren aanzienlijk.
Het betekent echter grotere antennes, misschien verspreid over het oppervlak van wolkenkrabbers. Dat kan prima in moderne steden met veel oppervlakte die relatief goed bereikbaar is. Het zou moeilijker te beheren zijn in oudere steden waar grote panelen moeilijker te verbergen zijn.
Slimmere apparaten moeten ook helpen om de netwerken van de toekomst vorm te geven. Dus in plaats van dat signalen door het basisstation worden gerouteerd, zullen slimme apparaten dit werk doen, waarbij ze kiezen tussen verschillende opties. Voor moderne smartphones zou dat een relatief eenvoudige taak moeten zijn.
En de laatste disruptieve technologie die deze jongens identificeren, is de mogelijkheid voor apparaten om met elkaar te communiceren zonder het netwerk te gebruiken. Boccardi en co zeggen dat dit essentieel zal zijn voor de manieren waarop toekomstige netwerken zullen worden gebruikt. Een sensornetwerk kan bijvoorbeeld tienduizend apparaten hebben die temperatuurgegevens verzenden. Dat gaat makkelijker als ze het van het ene apparaat naar het andere kunnen sturen in plaats van via een enkel basisstation.
Natuurlijk brengen veel van deze ontwikkelingen aanzienlijke technologische uitdagingen met zich mee, maar geen van deze zou showstoppers moeten zijn. Nieuwe onderzoeksrichtingen zullen leiden tot fundamentele veranderingen in het ontwerp van toekomstige 5G-cellulaire netwerken, zeggen Boccardi en co vol vertrouwen.
5G is geen kwestie van of maar wanneer.
Referentie: arxiv.org/abs/1312.0229 : Vijf disruptieve technologische richtlijnen voor 5G