Wat is 5G en hoe zal het de wereld veranderen?

Het mobiele netwerk van de vijfde generatie wordt 5G genoemd. Het is een gloednieuwe, allesomvattende draadloze technologie die compatibel is met 1G, 2G, 3G en 4G-netwerken. Het 5G-netwerk is op weg om de volgende generatie draadloze cellulaire netwerken te worden, voorbij de huidige 4G Long Term Evolution (LTE). Verwacht wordt dat het hogere datasnelheden van 1-10 Gbps, een grotere bandbreedte van 4000 Mbps, 1ms lagere latentie, 90% energie-efficiëntie, 99,9% betrouwbaarheid, een mobiele datacapaciteit van 10 Tb en een langere batterijlevensduur zal bieden dan 4G netwerken. Met unieke gegevensbreedbanddiensten en realtime toepassingen belooft 5G te voldoen aan de steeds hogere eisen van gebruikers door miljarden betrouwbare verbindingen en massale Internet-of-Things (IoT)-communicatie te bieden. Het zal talrijke moderne technologieën en technieken kunnen integreren die vorige generaties niet konden ondersteunen vanwege hun beperkte capaciteit en compatibiliteit.

Wie is de uitvinder en eigenaar van 5G?

5G maakt deel uit van de evolutionaire reis van cellulaire draadloze netwerken. Het is niet uitgevonden door of eigendom van een bepaald bedrijf of land, maar is het resultaat van de inspanningen van verschillende onderzoekers, fabrikanten en serviceproviders. De 3^rd Generation Partnership Project (3GPP) is de organisatie die verantwoordelijk is voor het definiëren van de specificaties van elke cellulaire technologie, inclusief 5G. Het speelt een belangrijke rol in het ontwerp van 5G-netwerken, gezien de radio-air-interfacetechnologie, co1TP14communicatienormen, spectrum, servicelagen, enz. De telecommunicatie-industrie van elk land probeert echter de eerste te zijn die de volledige commerciële uitrol van 5G-netwerken aankondigt volgens de door 3GPP gedefinieerde standaarden.

Hoe werkt 5G?

In eerste instantie wordt het 5G-netwerk uitgerold over de bestaande 4G-netwerken voor basis commerciële lanceringen. Dit deel van de 5G-netwerkstandaard wordt Non-Standalone (NSA) genoemd. Het is als een extra snel datakanaal gekoppeld aan de bestaande 4G LTE-infrastructuur om de control plane en het zware verkeer te beheren. Naarmate de 5G-technologie verder evolueert, zal deze een nieuwe 5G core-architectuur met zich meebrengen en het volledige netwerk op zichzelf laten functioneren, aangeduid als 5G Standalone (SA) netwerk.

De technologie en de werkingsprincipes achter 5G zijn hetzelfde als 4G LTE, maar dan verbeterd. Net als 4G maakt 5G gebruik van de OFDM-techniek (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) voor snelle en grondstofzuinige datatransmissie en -ontvangst. De innovatieve en verbeterde netwerkdiensten van 5G zijn te danken aan de New Radio (NR), een flexibelere, capabelere, schaalbare en uitbreidbare luchtinterface. Het biedt snelle mobiele breedbanddiensten die de gebruikerservaring en de kwaliteit van de dienstverlening (QoS) opmerkelijk verbeteren.

5G-netwerkarchitectuur

De architectuur van het 5G-netwerk bestaat uit twee hoofdonderdelen:

1. Radiotoegangsnetwerk (RAN): 

RAN omvat het toegangsgedeelte van het netwerk dat bestaat uit kleine cellen, macrocellen, basisstations (eNB), celapparatuur en apparatuur voor gebouwen en woningen die worden gebruikt om gegevens van gebruikers door te sturen naar het kernnetwerk. 5G zal de connectiviteit voor gebruikers aan de rand verbeteren door de inzet van verschillende kleine cellen, femto-cellen, pico-cellen en micro-cellen over de macrocellaag heen, waardoor een sterke netwerkdekking ontstaat en de gaten worden opgevuld, vooral aan de rand van de cel. Deze kleine cellen zullen werken op de millimetergolf (mmWave) frequentieband, een nieuwe 5G-functie die nuttig zal zijn op locaties die een korter signaalbereik nodig hebben, zoals werkstations.

De macrocellen zullen op dezelfde manier werken als in 4G LTE, maar het prestatieniveau van de torens zal worden verbeterd met multiple-input-multiple-output (MIMO) technologie. Zoals de naam al aangeeft, bestaat MIMO uit een groot aantal antennes die gelijktijdig meerdere zendingen en ontvangsten mogelijk maken. Het ontwerp met massieve antennes biedt talloze voordelen voor gebruikers en serviceproviders, zoals connectiviteit voor meer gebruikers, verbeterd gebruik van bronnen in het netwerk, snellere toegang, beter beheer van gegevensverkeer en lagere latentie.

2. Kernnetwerk:

Het kernnetwerk van 5G is wordt zo ontworpen dat het veel innovatieve cloud-gebaseerde technologieën kan integreren waardoor de gebruikers virtueel met elkaar verbonden blijven en al hun gegevens en activiteiten via internet kunnen beheren met een snellere respons en minder gegevensverlies. Het 5G-kernnetwerk omvat ook gedistribueerde servers, die diensten onmiddellijk leveren met een lagere latentie. Het kernnetwerk is ook verantwoordelijk voor het beheer van de fundamentele functies van 5G, waaronder netwerkfunctievirtualisatie (NFV), softwaregedefinieerd netwerk (SDN) en netwerk slicing.

Wat zijn de 5G-frequentiebanden in de wereld

We hebben wat zijn 5G-frequentiebanden In detail: op dit moment is de frequentieband van 4G LTE maximaal 6 GHz. De 5G-technologie zal echter kunnen werken in frequentiebanden tussen 30 GHz en 300 GHz. Dit is de reden achter de supersnelle netwerksnelheid en constante connectiviteit. De initiële frequentieband voor 5G is echter lager dan 6 GHz, met name tussen 3,3 GHz en 3,8 GHz. De mmWave-technologie van 5G zal werken boven 6 GHz, tussen 26 GHz en 28 GHz. mmWave zal een korter dekkingsgebied en een grotere capaciteit bieden om maximale gebruikers te accommodate met ontegenzeggelijk betere prestaties dan de vorige cellulaire netwerken. Bovendien zal 5G volgens sommige onderzoeken in de toekomst ook de bestaande lage frequentiebanden hergebruiken omdat het gebruik van de conventionele netwerken afneemt omdat ze niet in staat zijn om toepassingen en diensten van de volgende generatie te ondersteunen.

Belangrijkste kenmerken van 5G

5G wordt een tijdperk van connectiviteit waarin alles en iedereen met elkaar verbonden zal zijn, inclusief mensen, apparaten, objecten en machines. Deze opkomende technologie heeft tal van kenmerken die de belangrijkste drijfveren zijn achter de hoogwaardige prestaties en efficiëntie. Laten we eens in detail bespreken wat deze kenmerken zijn:

1. Grootschalige MIMO

Het is een van de belangrijkste kenmerken van 5G-netwerken die de mogelijkheid hebben om meerdere datatransmissies en -ontvangsten tegelijk te ondersteunen via een groot aantal antennes. De grootte van de massieve MIMO-antenne is vergelijkbaar met de conventionele 3G of 4G-antennes maar het vermogen zal veel hoger in vergelijking met hen. Het dekt het hogere Sub-6 GHz frequentiebereik (zoals 3,5 GHz) en rust grote multiplexing gain uit om een grotere capaciteit en betrouwbare connectiviteit te bereiken.

2. Sub-6 GHz

Sub-6 GHz frequentie omvat middenbandfrequenties zoals Wi-Fi, variërend tussen 3 en 6 GHz. 5G-netwerkantennes zal voornamelijk gebruik maken van dit middenbereikspectrum omdat het de kleine cellen in staat stelt om binnenshuis diensten te leveren en de krachtige geëvolueerde NodeB (eNB) om aan de vereisten voor buitendekking te voldoen. 5G-technologie, die langere afstanden dekt, zal werken in de lage frequentieband, zoals onder 800 MHz.

3. Straalvorming

Naast vele andere effectieve 5G-technologieën, Bundelvorming speelt een sleutelrol om het netwerk maximaal te laten presteren. Het stelt de directionele 5G-antennes smalle gerichte bundels uit te zenden naar het apparaat van de specifieke gebruiker nadat het meest efficiënte kanaal voor gegevenstransmissie is gekozen. Beamforming vermindert ook interferentie met gebruikers in de buurt door de gerichte bundels, waardoor diensten van hoge kwaliteit en algemene netwerkdekking worden geleverd. Het maakt gebruik van een serie gefaseerde antennes die de bundel in de gewenste richting richten.

4. mmWave

Zoals eerder besproken biedt mmWave een zeer hoge bandbreedte en frequentie tussen 17 GHz en 110 GHz. Omdat het een technologie voor de korte afstand is, zal deze meestal worden ingezet in dichtbevolkte gebieden om maximale gebruikers te ondersteunen met zijn hoge snelheid en capaciteit en om interferentie te beperken.

5. Netwerk slicing

Het vermogen van 5G om een groot aantal gebruikers te ondersteunen die tegelijkertijd toegang hebben tot verschillende diensten, is te danken aan network slicing. Network slicing creëert meerdere virtuele netwerken bovenop een gedeelde fysieke architectuur. Deze virtuele netwerken worden dan toegewezen aan specifieke gebruikers, diensten, toepassingen of operatoren, afhankelijk van hun vereisten.

6. Netwerk Functie Virtualisatie (NFV)

Hiermee kan de gevirtualiseerde software op commerciële off-the-shelf hardware de netwerkfuncties op specifieke apparaten vervangen, zoals loadbalancers, routers en firewalls. NFV vereenvoudigt de netwerkfuncties en verbetert het netwerkontwerp en de dienstverlening. Het stelt serviceproviders in staat om dergelijke diensten te bouwen die hogere inkomsten genereren en de productiviteit verhogen.

7. Softwaregedefinieerd netwerk (SDN)

Het stelt 5G in staat om het netwerk efficiënt te ontwerpen, te beheren en te controleren. SDN scheidt het besturingsvlak en het doorstuurvlak van het netwerk, waardoor de netwerkbesturing rechtstreeks kan worden geprogrammeerd. Eenvoudiger gezegd, het besturingsvlak is niet meer verbonden met de netwerkhardware en de gegevensstroom kan extern worden bestuurd via een software-entiteit genaamd controller, die zich tussen netwerkapparaten en toepassingen bevindt.

Waar wordt 5G gebruikt?

De drie belangrijkste servicegebieden van 5G zijn: verbeterd massaal IoTmobiele breedband en bedrijfskritische communicatie. 5G wordt op veel gebieden getest en ingezet om verschillende toepassingen te bieden en hun werkprestaties te verbeteren. Hieronder volgen enkele van de belangrijkste toepassingen van 5G:

1. Mobiel netwerk met hoge snelheid

5G zal een uitzonderlijke hogesnelheidservaring bieden met realtime audio- en videotransmissie. Het zal de latentie aanzienlijk minimaliseren tot 1ms, wat zeer kritisch is voor autonoom rijden en missiekritische toepassingen. Van productie tot scheepvaart, elk gebied zal efficiënt werken onder 5G mobiele netwerken.

2. Internet der dingen (IoT)

IoT zal evolueren met behulp van 5G omdat het supersnelle snelheid en capaciteit biedt aan honderden en duizenden apparaten om met elkaar te communiceren en altijd verbonden te blijven. 5G IoT zal de manier verbeteren waarop mensen hun persoonlijke en werktaken naast elkaar beheren. Het zal snelle industriële netwerken, videostreaming en mobiel computergebruik mogelijk maken. De industrieën die profiteren van 5G IoT zijn onder andere de auto-industrie, transport, smart cities, smart factories, smart farming, smart utilities, smart grid, landbouw, retail, beveiliging, surveillance en gezondheidszorg.

3. Entertainment en multimedia

Met 5G kun je overal ter wereld ultra-high definition video's bekijken op je mobiele apparaat. Het downloaden van 4K-video's neemt geen tijd in beslag en live-evenementen worden in realtime gestreamd omdat 5G in staat is 120 frames per seconde en HDR-videokwaliteit (hoger dynamisch bereik) te leveren zonder te bufferen.

Verschillen tussen de vorige cellulaire generaties en 5G?

Het 1G mobiele netwerk werd in 1984 geïntroduceerd met een datasnelheid van 2,4 Kbps. Het was een analoge technologie met alleen basis spraakdiensten. 2G kwam in 1990 met een gegevenssnelheid van 64 Kbps. Het introduceerde digitale standaarden en was ontworpen voor spraak. Toen kwam 3G netwerk in 1998 met 2 Mbps datasnelheid. Het bood gebruikers zowel spraak- als mobiele breedbanddiensten, maar met een verminderde servicekwaliteit. 5G biedt een veel hogere datasnelheid en capaciteit in vergelijking met de vorige generaties. Het 4G-netwerk kwam in 2011 met een gegevenssnelheid van 100 Mbps. Het introduceerde IP-gebaseerde protocollen en breedbanddiensten van hoge kwaliteit. Het aankomende tijdperk van 5G zal naar verwachting alle vorige generaties overtreffen met zijn supersnelle gegevenssnelheid van 10-100 Gbps, extreem lage latentie en hoge bandbreedte.

Hoe snel is 5G?

De snelheid van 5G die de gebruiker ontvangt, zal afhangen van verschillende factoren zoals de locatie van de gebruiker, het apparaat van de gebruiker en het aantal gebruikers dat tegelijkertijd met het netwerk verbonden is. Eén ding is echter gegarandeerd: de datasnelheid van 5G zal aanzienlijk hoger zijn dan 4G/4G LTE. 4G ondersteunt een piekdatasnelheid van 150 Mbps en een gemiddelde datasnelheid van 10 Mbps. 4G LTE ondersteunt piekdatasnelheden tussen 300 Mbps en 1 Gbps en gemiddelde datasnelheden tussen 15 Mbps en 50 Mbps. Verwacht wordt dat 5G piekdatasnelheden tot 20 Gbps en gemiddelde datasnelheden tot meer dan 100 Mbps zal ondersteunen. Dit betekent dat 5G minstens 100 keer sneller zal zijn dan de 4G LTE-technologie. Dit zijn echter de theoretische datasnelheden van het 5G-netwerk. De werkelijke datasnelheden zullen verschillen afhankelijk van de groei en het type 5G-netwerk. Volgens het analytische rapport van Ookla dat in het tweede kwartaal van 2022 werd verzameld, was de 5G-downloadsnelheid in de VS 187,33 Mbps, behaald door T-Mobile, de nummer één. Verizon Wireless staat op de tweede plaats met een downloadsnelheid van 113,52 Mbps en AT&T op de derde plaats met 71,54 Mbps. Er wordt dus verwacht dat het enige tijd zal duren voordat 5G zulke hoge pieksnelheden zal bereiken, aangezien het zich momenteel in de eerste fase van de ontwikkeling bevindt.

Is 5G nu beschikbaar?

Hoewel de eerste uitrol van 5G al is begonnen in veel ontwikkelde landen, waaronder Zuid-Korea, China, Japan, Europa en de VS. De volledige commerciële uitrol wordt echter verwacht in 2025, met 3,6 miljard 5G-aansluitingen. China en de VS zijn in een veel hoger tempo bezig met de uitrol van 5G dan andere landen.

Conclusie

5G belooft een revolutie teweeg te brengen in de communication wereld met zijn hogesnelheidsconnectiviteit en innovatieve technologieën die nog niet eerder zijn toegepast. Het zal mensen veel dichter bij elkaar brengen en de werkmethodologie op elk gebied veranderen, waardoor ze efficiënter en productiever worden.