Trends in mobiele breedbandnetwerken

Trends in mobiele breedbandnetwerken
Door de snel toenemende populariteit van mobiel internet vindt een sterke groei plaats van het dataverkeer over mobiele netwerken. Met de uitbreiding van de bestaande HSPA-netwerken, de uitrol van de nieuwe standaard LTE en het verwerven van nieuw spectrum proberen mobiele providers gelijke tred te houden met deze groei. In dit artikel beschrijven de auteurs een aantal ontwikkelingen in de groei van mobiele breedband.
Na een aarzelende start in de eerste jaren van het millennium is mobiel internet nu niet meer weg te denken uit onze samenleving. Een doorslaggevende rol hierin speelt de snelle opkomst van smartphones, telefoons met uitgebreidere computermogelijkheden zoals de Apple iPhone, Samsung Galaxy en RIM BlackBerry. Inmiddels heeft meer dan de helft van de Nederlanders zo’n smartphone, waarmee veel meer dataverkeer wordt gegenereerd dan met een ‘klassieke’ telefoon. Daarnaast maken veel, vooral zakelijke, gebruikers gebruik van dongles voor breedband mobiel internet en zijn ook de razend populaire tablet-pc’s vaak uitgerust met een mobiele internetverbinding. De onverwachts snelle groei van het mobiele dataverkeer heeft de International Telecommunications Union (ITU) ertoe gebracht de eerdere voorspelling uit 2005 van de groei van het mobiele dataverkeer naar boven bij te stellen (zie figuur 1).
De afwikkeling van mobiel internetverkeer vindt hoofdzakelijk plaats over de UMTS/HSPAnetwerken van de drie mobiele providers KPN, Vodafone en T-Mobile. Deze netwerken maken gebruik van spectrum in de 2100MHz-band, dat in de zomer van het jaar 2000 geveild is in een destijds met veel publiciteit omgeven frequentieveiling. Met UMTS werden in eerste instantie pieksnelheden ondersteund tot 384 kbit/s. Inmiddels zijn door de introductie van HSPA pieksnelheden mogelijk tot 28,8 Mbit/s. Met HSPA kunnen mobiele providers voorlopig nog voorzien in de groeiende vraag naar bandbreedte, onder meer
Figuur 1. Aangepaste ITU-voorspelling voor het wereldwijde mobiele dataverkeer (1 PB=1015 B) Bron: itu
door het bijplaatsen van opstelpunten, het verder in gebruik nemen van het beschikbare spectrum en het upgraden van het netwerk naar nieuwere en snellere versies. Niettemin zijn de providers nu al bezig om de opvolger van HSPA, aangeduid met de letters LTE (voor Long-Term Evolution), in gebruik te nemen om ook op de langere termijn de gewenste netwerkcapaciteit te kunnen leveren. Dit artikel bespreekt enkele ontwikkelingen die ervoor moeten zorgen dat de mobiele providers ook in de toekomst kunnen voldoen aan de sterk groeiende behoefte aan mobiele data. Naast de uitrol van LTE komt daarbij de komende spectrumveiling aan bod, waarin onder meer het bestaande GSM-spectrum opnieuw wordt verdeeld. Verder wordt beschreven hoe met netwerk- en spectrumsharing het bestaande spectrum zo efficiënt mogelijk kan worden benut.
De tekst in dit artikel is ten dele ontleend aan de Monitor Draadloze Technologieën 2012, die eind augustus wordt gepubliceerd. Met deze monitor, die jaarlijks verschijnt, wil TNO een overzicht bieden van het complexe en snel veranderende speelveld van draadloze technologieën. De Monitor Draadloze Technologieën bevat, naast een overzicht van recente trends en ontwikkelingen, een uitgebreide beschrijving van een aantal belangrijke draadloze technologieën.
Uitrol van LTE
Long-Term Evolution of LTE kan gezien worden als de opvolger van de bestaande UMTS/HSPAnetwerken. Net als deze netwerken wordt het gestandaardiseerd door het Third Generation Partnership Project (3GPP), een internationaal samenwerkingsverband van leveranciers, providers en andere partijen in de mobiele industrie. Het doel van LTE, ook wel aangeduid als 4G, is een verdere verhoging van de maximale bitsnelheid per gebruiker (tot meer dan 100 Mbit/s), maar vooral een verhoging van de beschikbare capaciteit per opstelpunt. Hiermee is LTE een belangrijk middel voor mobiele providers om ook in de toekomst te kunnen blijven voorzien in de vraag naar bandbreedte. De onderliggende netwerk- en radiotechnologie van LTE is fundamenteel anders dan die van UMTS/HPSA; voor de uitrol van LTE-netwerken is dan ook nieuwe apparatuur nodig. Om de prestaties van LTE te onderzoeken heeft TNO recentelijk een trial uitgevoerd in samenwerking met leverancier Huawei.
In Nederland is in april 2010 spectrum geveild dat
geschikt is voor LTE. Het betreft spectrum in de 2,6GHz-band, een relatief hoge frequentie waarbij ook relatief veel opstelpunten nodig zijn om een gebied te bedekken. Het spectrum is verworven door vijf partijen, te weten de bestaande mobiele providers KPN, Vodafone en T-Mobile en de ‘nieuwkomers’ Tele2 en Ziggo4 (een samenwerkingsverband van kabelaars Ziggo en UPC). Aan het spectrum was een zogeheten uitrolverplichting gekoppeld, die voorschrijft dat de eigenaar van het spectrum binnen twee jaar een commerciële LTE-dienst moet aanbieden in een gebied met een vastgelegd, maar beperkt oppervlak. Deze termijn van twee jaar is afgelopen mei verstreken.
Op het moment van schrijven biedt elke provider inderdaad LTE aan, in een beperkt gebied (enkele steden of delen daarvan) en meestal ook alleen voor zakelijke klanten. Uitzondering hierop vormt Tele2, dat ook consumenten bedient. Verder is er vooralsnog alleen sprake van een datadienst, dus geen spraak, en is het aanbod van toestellen nog beperkt. Ook wordt handover naar het bestaande UMTS/HSPA-netwerk nog niet in alle gevallen ondersteund, waardoor de dienst veelal alleen is te gebruiken in de daadwerkelijk met LTE bedekte gebieden. Up-to-date informatie over het LTE-aanbod en de dekking van de verschillende providers is te vinden op de respectievelijke sites. Ook elders in Europa en de wereld komt de bouw van LTE-netwerken op gang. In bijna alle grote Europese landen is LTE-spectrum nu beschikbaar gekomen: in Duitsland in 2010, en in Frankrijk, Italië en Spanje in 2011. In Noord-Amerika en Azië begint nu echt de massamarkt voor LTE. Verizon Wireless (VS) meldt in het eerste kwartaal van 2012 acht miljoen abonnees (dat is bijna 10 procent van het totaal); NTT Docomo (Japan) heeft op 8 juni de driemiljoengrens gepasseerd.
Figuur 2 toont de mondiale groei van het aantal LTE-abonnees. Van het totaal van zeventien miljoen abonnees is slechts ongeveer 3 procent in Europa te vinden.
De groei van LTE hangt nauw samen met de ontwikkeling van smartphones die LTE ondersteunen. Op het moment van schrijven waren er in Europa nog slechts enkele LTE-smartphonemodellen beschikbaar. Wereldwijd zijn dit er al tientallen, maar de meest ondersteunde frequentieband is de Amerikaanse 700MHz-band, die in Nederland niet beschikbaar is. In Nederland was er in dit verband al een kleine rel rondom de nieuwe Apple iPad, die wel LTE ondersteunt maar niet geschikt is voor de Nederlandse frequentiebanden.
Spectrumveiling
Eind oktober 2012 gaat Agentschap Telecom vergunningen veilen voor mobiel internet en mobiele telefonie. Bij deze veiling, veelal aangeduid als ‘multibandveiling’, zal meer dan de helft van de vergunningen bedoeld voor mobiel internet en mobiele telefonie onder de hamer komen. Vanwege de lange looptijd van de vergunningen – de meeste hebben een looptijd van zeventien jaar – komen deze verdeelmomenten weinig voor.
Figuur 2. Groei van het mondiale aantal LTE-abonnees. De meeste abonnees bevinden zich op dit moment in de VS en Azië bron: gsa (global mobile suppliers association)
Figuur 3 geeft een overzicht van de huidige spectrumverdeling over providers, en de banden die nu zullen worden geveild.
• De 800MHz-band is vrijgemaakt naar aanleiding van de overgang van analoge naar digitale tv gebaseerd op DVB-T-technologie. Bij deze overgang is een efficiencyverbetering opgetreden, die ertoe leidt dat meer tv-kanalen met minder spectrum verzonden kunnen worden. In reactie op een sterke roep vanuit de mobiele industrie heeft de Europese Commissie bepaald dat dit zogeheten digitaal dividend moet worden gebruikt om ruimte voor mobiele communicatie te scheppen. Verwachte toepassing: LTE.
• De 900MHz- en 1800MHz-banden zijn nu in gebruik voor GSM door de drie bestaande mobiele providers. De bestaande licenties waren oorspronkelijk geldig tot begin 2013, maar inmiddels heeft de minister laten weten dat hij de providers de mogelijkheid wil geven om tegen betaling de vergunning te verlengen tot eind 2014. Dit om problemen te voorkomen in de transitie tussen de huidige verdeling van frequenties en de verdeling die uit de veiling komt. Deze verlenging geldt niet voor het spectrum gereserveerd voor nieuwkomers (2 × 5 MHz in de 900MHz-band), noch voor het spectrum waarvoor momenteel geen vergunning bestaat (2 × 15 MHz in de 1800MHz-band). Verwachte toepassingen: GSM, UMTS (900 MHz) en LTE (1800 MHz).
• Het spectrum in de 1,9-2,0 GHz-band en de 2,1GHz-band is oorspronkelijk UMTS-spectrum en betreft deels spectrum dat is teruggegeven door KPN bij de overname van Telfort. Het spectrum bij 1,9-2,0 GHz betreft zogeheten TDD-spectrum (TDD=Time-Division Duplexing), waarbij de heengaande en teruggaande communicatieverbinding zijn gescheiden via een tijdslotenmechanisme (anders dan bij het meestal gebruikte FDD, Frequency-Division Duplexing, waarbij de heenen teruggaande verbinding een eigen frequentie hebben). Verwachte toepassingen: UMTS-TDD (1,9-2,0 GHz) en UMTS-FDD (2,1 GHz).
• In de 2,6GHz-veiling van april 2010 is TDD-spectrum onverdeeld gebleven. Dit wordt nu opnieuw aangeboden. Verwachte toepassing: TDD-variant van LTE, mogelijk ook WiMAX.
Merk op dat hier wordt gesproken over ‘verwachte toepassing’ en dat banden ook voor andere technologieën ingezet kunnen worden. Anders dan bij frequentieveilingen uit de tijd van UMTS en GSM is de vergunninghouder namelijk vrij om te bepalen welke netwerktechnologie hij wil gebruiken. Niettemin is op voorhand al wel het nodige te zeggen over de te verwachten technologie waar providers voor kiezen, omdat deze keuze groten
Figuur 3. Overzicht van frequentiebanden in de multibandveiling. Het te veilen spectrum (359,7 MHz) is aangeduid met een oranje stippellijn bron: tno, op basis van kpnpresentatie over resultaten Q1 2012
deels bepaald wordt door beschikbare apparatuur (ook toestellen) en keuzes die in omringende landen worden gemaakt.
In aanloop naar de veiling is er veel politieke discussie geweest over de mogelijkheden voor nieuwe partijen om spectrum te verwerven. Vanuit het oogpunt van concurrentiebevordering werd het uiteindelijk wenselijk geacht om een deel van het beschikbare spectrum te reserveren voor nieuwkomers, partijen die voorafgaand aan de veiling geen 900MHz-spectrum bezaten (dus alle partijen behalve KPN, Vodafone en T-Mobile). De reserveringen zijn 2 × 10 MHz in de 800MHz-band en 2 × 5 MHz in de 900MHz-band. Indien er geen nieuwkomers op dit gereserveerde spectrum bieden, kunnen bestaande providers dit doen.
Net als bij eerdere frequentieveilingen is op het verworven spectrum een uitrolverplichting van kracht. Die houdt in dat binnen twee jaar na ingang van de licentie een commerciële dienst moet worden aangeboden in een gebied met een gespecificeerde oppervlakte. Verder zijn per frequentieband minimumprijzen vastgesteld om niet-serieuze bieders te weren.
Netwerk- en spectrumsharing
De groei van het mobiele dataverkeer dwingt mobiele providers tot verdere investeringen in netwerkapparatuur en frequenties om aan de benodigde capaciteit te kunnen voldoen. Deze extra investeringen worden niet zonder meer gecompenseerd door extra inkomsten van abonnees, omdat de maandelijkse tarieven niet of nauwelijks meestijgen met de gebruikte bandbreedte. Providers zien zich daarom voor de uitdaging gesteld om enerzijds nieuwe verdienmodellen te ontwikkelen en anderzijds te besparen op de kosten van het netwerk.
Een van de manieren om kosten te besparen is om samen op te trekken met andere providers bij het uitrollen van het netwerk. Tot op zekere hoogte wordt dit al gedaan: in Nederland wordt op grote schaal gebruikgemaakt van ‘sitesharing’, waarbij meerdere providers hun netwerkapparatuur onderbrengen op hetzelfde opstelpunt (daklocatie of antennemast). Sitesharing wordt door de overheid gestimuleerd om een wildgroei aan antennemasten te voorkomen en is voor providers interessant wegens de toegankelijkheid van opstelpunten, die vaak moeilijk te vinden zijn. Maar zowel providers als overheden studeren ook op de mogelijkheden en gevaren van verdere integratie (sharing) van de netwerken. Daarbij wordt gekeken naar zogeheten actieve sharing (waarbij de basisstations worden gedeeld door providers) en spectrumsharing (waarbij het beschikbare radiospectrum wordt gedeeld). De regelgevende autoriteiten hebben bij het beoordelen van sharingactiviteiten te maken met verschillende maatschappelijke belangen. Enerzijds is het wenselijk om de kosten van netwerkinvesteringen en het aantal antennelocaties zo laag mogelijk te houden en daarom sharing toe te staan. Anderzijds bestaat het gevaar van verminderde concurrentie wanneer verschillende providers gezamenlijk optrekken bij de uitrol van het netwerk. Op dit moment staat de Nederlandse regelgever op het standpunt dat sharing geoorloofd is, tenzij dit de open concurrentie in gevaar brengt. Naar verwachting zal bij verdere uitrol van LTE de discussie over de mogelijkheden en gevaren van sharing verhevigen.
Ten slotte
In dit artikel zijn enkele ontwikkelingen geschetst die ertoe moeten leiden dat mobiele providers ook in de toekomst kunnen blijven voorzien in de groeiende vraag naar mobiele bandbreedte. Dit overzicht is geenszins compleet. Zo is bijvoorbeeld niet ingegaan op de verdere evolutie van HSPA naar HSPA+, waarmee ook extra bandbreedte en capaciteit kan worden geleverd. Verder studeren mobiele providers op de mogelijkheden van offloading, het afhandelen van mobiel dataverkeer via wifitoegangspunten of femtocellen. Door het toenemende belang van mobiel internet ontwikkelen de mobiele netwerken zich steeds verder tot een vitale ICT-infrastructuur, even onmisbaar als de riolering en het elektriciteitsnet.
Literatuur
TNO (verschijning gepland voor eind augustus 2012). Monitor Draadloze Technologieën 2012, te downloaden via www.tno.nl.
ITU (2011). Assessment of the global mobile broadband deployments and forecasts for International Mobile Telecommunications. Rapport ITU-R M.2243.
Cisco (2012). Cisco Visual Networking Index: Global Mobile Data Traffic Forecast Update, 2011-2016.
Opta (2012). Structurele Marktmonitor, rapportage Q4 2011.
GSA, organisatie van mobiele leveranciers, www.gsacom.com.
GSMA, organisatie van mobiele providers, www.gsm.org.
Ministerie van Economische Zaken (2012). Regeling aanvraagen veilingprocedure vergunningen 800, 900 en 1800 MHz. Staatscourant, 6 januari 2012.
Saphyre (Sharing Physical Resources), Europees onderzoeks-project, www.saphyre.eu.
Onno Mantel en Thom Janssen
zijn beiden technisch consultant en projectleider bij TNO, waar zij zich bezighouden met de planning en optimalisatie van mobiele communicatienetwerken. E-mail: onno.mantel@tno.nl; thom.janssen@tno.nl.


Niet gevonden? Vraag het de redactie!

Heeft u het antwoord op uw vraag niet gevonden, of bent u op zoek naar specifieke informatie? Laat het ons weten! Dan zorgen we ervoor dat deze content zo snel mogelijk wordt toegevoegd, of persoonlijk aan u wordt geleverd!

Stel uw vraag