Draadloze 5G-netwerken hebben glasvezel nodig
De International Telecommunications Union (ITU) publiceerde onlangs het rapport Trends in Telecommunication Reform 2016.
Dit rapport bevestigt doorlopende kapitaalinvesteringen met betrekking tot glasvezelinfrastructuur die tussen 2014 en 2019 naar verwachting een onvoorstelbare hoogte zal bereiken van USD 144,2 miljard.
Een van de voornaamste drijfveren voor deze immense investering in glasvezelinfrastructuren komt uit de lucht vallen in de vorm van de 5G-radiosignalen van morgen.
Mobiele 5G-netwerken zullen grote invloed hebben op zowel de draadloze kant (uiteraard!) als de vaste zijde van de wereldwijde netwerkinfrastructuur omdat door de lucht verzonden bits van en naar bekabelde netwerken springen.
Deze ontzagwekkende doelstellingen voor de netwerkprestaties zijn sterk afhankelijk van de beschikbaarheid van glasvezel voor mobiele locaties, en dan hebben we het over heel veel glasvezel.
- Tot 1000 keer meer bandbreedte per standaard gebied
- Tot 100 keer meer verbonden apparaten
- Verbindingssnelheden tot 10Gbps naar mobiele apparaten in het veld
- Een waargenomen netwerkbeschikbaarheid van 99,999%
- Een waargenomen netwerkdekking van 100%
- Maximaal 1ms end-to-end vertraging (latency)
- Tot 90% vermindering van verbruik van netwerkenergie
Deze inmiddels verouderde MBH-architectuur heeft de sector tientallen jaren goed bediend, maar laat met opkomst van 4G duidelijk haar leeftijd zien.
Over de hele wereld vinden MBH-upgrades plaats waarbij verouderde kopergebaseerde mobiele MBH-sites worden omgezet naar pakketgeschakeld transport via glasvezel.
Dit biedt veel grotere capaciteit en bereidt MBH-netwerken daarmee zo goed mogelijk voor op de toekomst.
Nu dat mobiele 4G LTE- en LTE-Advanced-netwerktechnologie steeds vaker wordt ingezet, worden deze MBH-glasvezelupgrades versneld en dat kan en zal worden benut door toekomstige 5G-netwerken, gezien de vrijwel onbeperkte bandbreedte die glasvezelnetwerken bieden.
Mobile Network Operators (MNO's) nemen kleine cellen in gebruik die radio's strategisch dichter bij de gebruikers plaatsen om de dekking, capaciteit en algehele beleving van mobiele gebruikers te verbeteren.
De backhaul van kleine cellen kan via koper gaan (xDSL, HFC-gebaseerde kabelmodems…), door de lucht (microwave, millimeterwave…), of via glasvezel (Ethernet, PON…).
Vandaag de dag worden deze drie mediaopties in wisselende mate gebruikt waarbij de technologiekeuze wordt gebaseerd op criteria voor economie, milieu, regelgeving en time-to-market. Criteria die vaak specifiek zijn voor de geografische doellocatie en de toepassing. Glasvezelgebaseerde kleine cellen met MBH hebben waar en wanneer dat mogelijk is altijd de voorkeur, omdat de technologie schaalbaar, veilig, bekend en in de meeste gevallen kosteneffectief is. Maar er zijn gevallen waarin de toepassing van glasvezel simpelweg geen optie is.
Als de gebruiker in de gelukkige positie zit dat dit type servicedekking beschikbaar is, is de theoretische maximale downloadsnelheid voor LTE-Advanced (release 8) 300Mbps, al zijn de werkelijke downloadsnelheden doorgaans veel lager (ongeveer 40Mbps).
Omdat steeds meer mobiele gebruikers op steeds krachtigere smartphones langere tijd videocontent gebruiken, zullen de eisen aan de RAN-bandbreedte (Radio Access Network) onverminderd blijven toenemen.
De rekensom: 4G- t.o.v. 5G-snelheden
Op dit moment wordt een typische, moderne macrocel bediend door een 1GbE pakketgebaseerde, optische MBH-netwerkverbinding, al is het verkeer via deze fysieke 1GbE-verbinding doorgaans circa 200Mbps tot 300Mbps voor 4G-netwerken, wat enige ruimte overlaat voor groei.
En dus is de totale bandbreedte die wordt verbruikt door mobiele gebruikers die tegelijkertijd aanspraak maken op een typische macrocel grofweg gelijk aan de theoretische, maximale downloadsnelheid van één gebruikersverbinding via LTE-Advanced (release 8).
De huidige MBH-netwerken zijn dan misschien voldoende voor 4G, maar de beloofde toegangssnelheden van 5G zullen bestaande MBH-netwerken waarschijnlijk al vrij snel overbelasten.
MNO's die 3G- en 4G-cellen, klein en macro, verbinden via glasvezel, leggen ook de basis voor 5G dat een theoretische, maximale downloadsnelheid van 1Gbps heeft voor snel bewegende gebruikers (bijvoorbeeld reizigers in een hogesnelheidstrein) tot 10Gbps voor langzaam bewegende gebruikers (bijvoorbeeld stilstaand of lopend).
Zelfs als de theoretische, maximale downloadspeed van 10Gbps met 90% zou worden verlaagd tot 1Gbps, zou de gehele 1GbE MBH-verbinding met de normale macrocel van tegenwoordig die bedoeld is om alle gelijktijdige 4G-gebruikers te bedienen, worden opgeslokt door één bandbreedteverslindende 5G-gebruiker, zoals ik.
Het is belangrijk om waar mogelijk nu glasvezel te leggen voor zowel kleine als macrocellen als deze mobiele locaties in de komende jaren moeten worden geüpgraded naar 5G, omdat vaste en draadloze MBH-opties gewoonweg niet kunnen opschalen naar de immense hoeveelheid backhaulverkeer dat dan wordt gegenereerd door een 5G RAN.
Gelukkig is 5G bedoeld als een overlay voor bestaande mobiele 3G/4G-netwerken.
Dat betekent dat draadloze en kopergebaseerde backhaulopties zowel vandaag als morgen realistische opties zijn voor bestaande cellen die niet in de toekomst hoeven te worden geüpgraded naar 5G.
De meeste bandbreedte die via mobiele netwerkfrequenties wordt gebruikt, is voor videocontent die vanuit een datacenter aan de andere kant van een stad, land of zelfs een oceaan wordt gestreamd. Onze groeiende affiniteit, afhankelijkheid en, om het zo maar te noemen, verslaving aan onze mobiele apparaten heeft ertoe geleid dat dit de vaak verkozen toegangsmiddelen zijn voor onlinecontent.
Voor kabel- en xDSL-modems is inmiddels dus een meer secundaire rol weggelegd.
Als 5G de komende jaren zoals verwacht agressief wordt uitgerold voor werkelijke toegangssnelheden die aanzienlijk sneller zijn dan wat er op dit moment mogelijk is met 3G/4G-netwerken, wat die 5G-snelheid dan uiteindelijk ook zal zijn, zullen alle delen van het bekabelde netwerk die zijn verbonden met het RAN worden getroffen door de stortvloed aan content die van en naar datacenters stroomt.
Het enige transportmedium dat in staat is op te schalen om te voldoen aan deze eisen, is glasvezel.
En dat betekent dat het overal beschikbaar moet zijn voor de honderdduizenden kleine en macrocellen die wereldwijd worden gebruikt, en met name in het RAN.
5G voor vaste breedbandaansluitingen
Een andere mogelijke kink in de kabel is het gebruik van vaste 5G-toegang als breedbandvervanging, iets wat sommige providers overwegen.
Het mag dan zo zijn dat het 'mobiele' deel wordt verwijderd zodra de 5G-radio's worden geïnstalleerd in een woonhuis of bedrijfspand, ze zullen nog altijd een grote invloed hebben op het RAN en elk ander deel van het netwerk tussen mobiele locaties en datacenters.
De inzet van vaste 5G-breedbandverbindingen zou sneller en eenvoudiger moeten zijn dan kabels leggen naar locaties, zodat de mate waarin bandbreedte kan worden verhoogd, wordt versneld.
Dit verergert de bandbreedtedruk op alle delen van het wereldwijde netwerk.
Vaste 5G-verbindingen zullen weliswaar resulteren in minder glasvezel naar de lokatie, maar de bandbreedte wordt sneller verhoogd en dat betekent meer RAN-glasvezel.
Het komt er op neer dat alle metro-, regionale, langeafstand- en onderwaternetwerken op dit moment op basis van glasvezel zijn.
Dat betekent dat ze al kunnen opschalen naar de gulzige groei van de DCI-markt door gebruik te maken van het allernieuwste op het gebied van optische transmissie.
Het toegangsnetwerk, inclusief het RAN, is het belangrijkste deel van de wereldwijde netwerkinfrastructuur dat nog altijd veel gebruikmaakt van koper- en draadloze (microwave/millimeterwave) technologie en dat wordt een probleem voor de implementatie van 5G vanwege de beloofde snelheden van deze nieuwe technologie.
Gebieden die zijn gemarkeerd voor 5G-dekking vereisen een enorme hoeveelheid glasvezel voor geslaagde dekking en niet alleen om capaciteitsredenen, maar ook om te kunnen voldoen aan de andere, nogal grootse prestatiedoelen van 5G wat betreft netwerkdiversiteit, beschikbaarheid en dekking omdat deze drie doelen worden bereikt door meer onderling verbonden paden van glasvezel. Het is enigszins ironisch dat de voorspelde prestatiedoelen van draadloze 5G afhankelijk zijn van de beschikbaarheid van fysieke glasvezelnetwerken.
Sterker nog: de enige reden dat we glasvezel niet rechtstreeks op onze smartphones aansluiten, is dat we dan minder mobiel zouden zijn.
