Waarom het belangrijk is de 3,5 Ghz-band vrij te kunnen gebruiken

Mobiele operators plaatsen buitenmasten met antennes voor het bieden van mobiele dienstverlening. Door moderne isolatienormen die het energieverbruik van gebouwen verlagen, kan het mobiele netwerksignaal vaak niet door muren of ramen dringen. Het gevolg is dat de inpandige 3G- en 4G-inpandig mobiele dienstverlening veelal ontoereikend is (1). De hogere frequenties waar 5G straks gebruik van moet maken (3,5 Ghz en later 27 Ghz) zullen dit effect versterken.

Het huidige frequentiebeleid voor mobiele communicatie is niet gericht op de behoefte van gebruikers en hun apparatuur en toepassingen om inpandig gebruik te maken van mobiele communicatie: hoewel datacommunicatie vooral plaatsvindt binnen gebouwen, zijn beschikbaarheidsverplichting van mobiele operators beperkt tot buitengelegen ruimtes. Vanwege de verworven rechten van de geveilde frequenties mogen gebouweigenaren niet zelfstandig voorzieningen aanleggen die gebruik maken van de 4G (en straks 5G) frequenties. Er dient én per gebouw én per mobiele operator onderhandeld te worden om de inpandige connectiviteit van de mobiele netwerken te verbeteren. Dat schaalt niet, is zeer kostbaar en er kan moeilijk van standaard implementaties worden afgeweken.

De kans is dus groot dat er in de toekomst nauwelijks gebruik gemaakt kan worden van 5G-diensten en apparatuur in campus- en kantoorgebouwen. Dit heeft een nadelig effect op de innovatiekracht. Recentelijk heeft SURF een position paper (2) gepubliceerd waarin oplossingen worden beschreven om de ontoereikende mobiele dienstverlening binnen gebouwen voor 5G op te lossen. In dit position paper pleiten we ervoor om de 3,5Ghz band inpandig vrij te geven voor algemeen gebruik waardoor de verantwoordelijkheid voor inpandige mobiele bereikbaarheid wordt belegd bij de gebouweigenaar die dan zelfstandig én op maat netwerken kan aanleggen en exploiteren. In deze blog ga ik verder in op de achterliggende redenen en leg ik uit hoe het vrije gebruik van de 3,5Ghz band gerealiseerd kan worden.

Spectrale efficiëntie en doorlaatbaarheid

Er zijn grote verwachtingen van 5G: betrouwbaarder, hogere datasnelheden en meer toestellen per vierkante kilometer[1]. Het LTE-netwerkprotocol dat gebruikt wordt voor 4G maakt al heel efficiënt gebruik van de beschikbare frequenties waardoor de winst in spectrale efficiëntie van 5G klein is t.o.v. 4G.  Er is meer spectrum nodig om de beloftes van 5G te realiseren. Die is ook voorzien: de 3,5 Ghz en 27 Ghz banden zijn internationaal toegewezen voor 5G. Die frequentiebanden beschikken over veel meer frequenties dan er nu geschikt zijn voor 4G. Deze zogenaamde 5G new radio is geschikt gemaakt om de bredere frequentieblokken te gebruiken waardoor meer slots per frame van 1 ms worden verzonden en een hoge spectrale efficiëntie wordt gehaald (3). De hogere frequenties hebben een belangrijke eigenschap: ze worden geabsorbeerd en gereflecteerd door alle materialen waar gebouwen van zijn gemaakt, zoals beton, steen, glas en metaal. Dit zorgt ervoor dat er iets speciaals moet gebeuren om de verwachtingen van 5G binnen gebouwen te realiseren.

Vrijgeven van de 3,5Ghz-band

In de nota mobiele communicatie (4) wordt de verantwoordelijkheid voor het realiseren van mobiele bereikbaarheid bij verschillende partijen belegd, inclusief de gebouweigenaren en projectontwikkelaars. De beschikbare licentievrije frequentieruimte is echter ontoereikend om alle gebruikers, installaties en “dingen” in een gebouw de gewenste mobiele connectiviteit te bieden. Hierdoor is het voor gebouweigenaren onmogelijk om zelfstandig een passende dienstverlening te realiseren.

SURF pleit ervoor om de gehele 3,5 GHz-frequentieband vrij te geven voor inpandige connectiviteit. Dit stelt campussen, scholen, bedrijven, zorginstellingen én de overheid zelf in staat om zelfstandig en zonder noodzakelijke afstemming met mobiele operators inpandig een 5G netwerk aan te leggen en te profiteren van de grote hoeveelheid nieuwe bandbreedte en de nieuwe mogelijkheden die 5G biedt. Een belangrijk voordeel van de 3,5Ghz band is dat door de internationale standaardisatie veel netwerkapparatuur beschikbaar is (en komt) die frequenties in deze band ondersteunt en tegen concurrerende prijzen wordt aangeboden. Tevens kan er gebruik worden gemaakt van standaard randapparatuur zoals mobiele telefoons en tablets.

Het vrij gebruik van de 3,5Ghz band vereist een verruiming van het huidige telecombeleid. Dit kan op diverse manieren worden gerealiseerd, bijvoorbeeld door gedeeld spectrum en door medegebruik.

Gedeeld gebruik van spectrum

Gedeeld gebruik van het spectrum houdt in dat een frequentieband aan meerdere bedrijven of toepassingen wordt toegekend. Het kan zowel gaan om een frequentieband die door meerdere bedrijven wordt gedeeld met dezelfde toepassing (bijv. mobiele communicatie) als om het gebruik van dezelfde frequentieband door verschillende toepassingen. Door de locaties waar (en of het tijdstip waarop) de frequenties worden uitgezonden goed te kiezen, kunnen meerdere partijen gebruik maken van dezelfde frequenties zonder elkaar te verstoren. Er zijn systemen waar de tijd en locatie bij worden gehouden en die geraadpleegd kunnen worden welke frequenties op welke locatie en op welke tijdstippen beschikbaar zijn.

Medegebruik van spectrum

Bij medegebruik moet de rechthebbende van een frequentie andere partijen toelaten om “hun frequenties” uit te zenden. Voor inpandig gebruik houdt medegebruik in dat bedrijven en mobiele operators die de frequentiebanden toegezegd krijgen (na veiling of op aanvraag voor de bedrijfstoepassing) de primaire gebruikers zijn van de 3,5Ghz band en dat anderen de band onder bepaalde condities inpandig kunnen inzetten. Bijvoorbeeld als er niet meer dan een gezamenlijk vastgesteld energieniveau buiten het pand meetbaar is. Omdat de radiogolven van de 3,5Ghz band moeilijk doordringen in gebouwen, zullen ze ook nauwelijks het gebouw verlaten.

Medegebruik van frequenties stimuleert innovatie

Goede inpandige 5G-netwerken stimuleren innovatie. Denk aan het gebruik en de ontwikkeling van nieuwe (medische) installaties, sensoren, onderzoeksapparatuur en ‘slimme’ apparaten (IoT). Inmiddels zijn er enkele spelers op de markt met innovatieve oplossingen die het technisch en financieel haalbaar maken om inpandig uitstekende 5G-netwerken aan te leggen. De VS heeft met de invoering van CBRS laten zien dat goed gereguleerd medegebruik aantoonbare innovatie oplevert5. CBRS is een raamwerk van drie lagen waarin 150 Mhz gedeeld kan worden over verschillende partijen. In de bovenste laag zitten de ‘oudgediende’, partijen zoals de marine en gevestigde operators die het eerste recht van gebruik hebben. Als er een plek is waar geen van de oudgedienden gebruikmaakt van een deel van de 3,5Ghz band dan kunnen die frequentiebanden worden toegekend aan partijen in de tweede laag (Priority Access Licenses, PAL-gebruikers). Als in een gebied (of gedurende een bepaalde tijd) ook PAL-gebruikers ontbreken dan kunnen bedrijven uit de derde laag de frequentiebanden gebruiken (de General Authorized Access laag).

Wifi is een ander succesverhaal waar medegebruik van spectrum heeft geleid tot veel innovatie. De wifi 5-standaard maakt uitsluitend gebruik van de 5Ghz band terwijl een groot deel van die band slechts beperkt gebruikt kan worden vanwege afspraken over medegebruik: de weersatellieten zijn de primaire gebruikers. Zodra een weersatelliet wordt waargenomen, is een wifi-access point verplicht een ander kanaal te gebruiken. Het medegebruik van de 5Ghz band beperkt zich niet tot wifi.

Tot voorheen was LTE een techniek die vooral werd gebruikt door de mobiele netwerk operators. De digitalisering, virtualisatie en de ontwikkeling en standaardisatie van small-cells heeft ertoe geleid dat LTE ook voor bedrijfstoepassingen in privénetwerken wordt ingezet. Volgens de Nota mobiele communicatie zijn er in Nederland ten minste 211 bedrijven die hier in 2019 gebruik van maken. Tal van gerenommeerde onderzoekbureaus voorspellen dat dit een vlucht gaat nemen en een zeer belangrijke markt wordt (6-9). Wifi is bij uitstek de belangrijkste draadloze technologie om smartphones, tablets en laptops binnenshuis draadloos te verbinden met het internet. SURF verwacht dat dit op de korte termijn niet verandert. De wifi-technologie wordt doorontwikkeld waardoor de mogelijkheden en waarschijnlijk ook de transportcapaciteit zal blijven toenemen. Het gebruik van wifi is geen vooringenomen keuze. Het uitgangspunt is apparatuur op een betrouwbare, efficiënte en kosteneffectieve manier ‘draadvrij’ met het internet te verbinden. De ontwikkeling op het gebied van cellulaire protocollen (lees: 5G) biedt naast wifi dan ook kansen en daar zou iedereen van moeten kunnen profiteren.

Voorschriften, normen en vooral afstemming

Al sinds het begin van het gebruik van radiogolven voor mobiele communicatie is het voorkomen van interferentie de topprioriteit geweest. Dit is vormgegeven door statische toekenning van schaarse frequenties die op frequentieveilingen kunnen worden verkregen. De alternatieve kosten van deze keuzes zijn hoog: onderbenutting van het gebruik op plaatsen waar de meeste communicatie plaatsvindt (binnen gebouwen) is een direct gevolg van het voorkomen van interferentie door overal in Nederland exclusief gebruik te verbinden aan de geveilde schaarse frequenties t.b.v. cellulaire connectiviteit. De statische regels voor het toewijzen van frequenties aan een enkel bedrijf, die ze lang niet altijd en overal nodig hebben, resulteren in suboptimaal gebruik van die frequenties. Het creëert een kloof tussen rechten en behoeften. Frequenties voor 5G zullen meer flexibel en adaptief verdeeld en ingezet moeten worden, afgestemd op behoeftes. Dit vraagt om een verruiming van het huidige frequentiebeleid; het vraagt om een transitie van het uitgangspunt waarin “alles is verboden behalve wat wordt toegestaan door de wet” naar een situatie waar “veel mogelijk is, tenzij het is verboden”.

Het huidige frequentiebeleid is geëvalueerd vanuit een situatie waarin nauwelijks schaarste was. Het heeft geleid tot een belangenconflict tussen de bescherming van gevestigde exploitanten en het toelaten van nieuwe spectrumgebruikers met andere toepassingen (of een andere schaalgrootte waarop de toepassingen plaatsvinden). Om dit conflict op te lossen, is het niet nodig de huidige situatie helemaal los te laten en de frequenties van bestaande licentienemers ernstig te verstoren. Wat nodig is, is een wederzijds overeengekomen uitbreiding van toewijzingen, waarbij interferentievrije kanalen niet langer worden gegarandeerd, waarbij gebouweigenaren en installateurs de verantwoordelijkheid aanvaarden om zelfstandig met interferentie om te gaan en waar leveranciers van apparatuur prikkels krijgen om meer “beleefde” protocollen en robuuste apparatuur te ontwikkelen (10). Vergunningsvrij medegebruik van de 3,5Ghz band is een eerste stap naar die nieuwe situatie.

Mobiele operators hebben veel geïnvesteerd in mobiele netwerken en zullen deze investeringen willen terugverdienen. Een begrijpelijk standpunt. Ze hebben hiervoor frequenties nodig. Omdat de beschikbaarheid van spectrum door mobiele operators als belangrijke randvoorwaarde wordt gezien om te kunnen investeren in nieuwe technologie is het nu een goed moment om de discussie te voeren over vrij medegebruik van de 3,5Ghz band. Om vergunningsvrij medegebruik binnen gebouwen mogelijk te maken, pleiten wij voor aangepaste vergunningsvoorwaarden ten behoeve van inpandige mobiele communicatie. Dit vergt tijdige afstemming over voorschriften en normen met alle betrokkenen: niet alleen netwerkaanbieders, maar bijvoorbeeld ook universiteiten en hogescholen, ziekenhuizen en bedrijven (denk aan de Zuidas), maar ook innovatieve start-ups en mkb die maatwerkoplossingen kunnen bieden. Idealiter zijn de voorwaarden en normen ruim voor 2022 klaar, zodat de resultaten opgenomen kunnen worden in de veilingvoorwaarden van de 3,5 Ghz-frequentie. 

Hoe nu verder?

SURF heeft het initiatief genomen iets te doen aan de ontoereikende cellulaire dienstverlening binnen gebouwen. Het bereiken van dit doel vraagt afstemming met meerdere betrokkenen. Als u hieraan bij wil dragen, stuur dan een email aan mobility@list.surfnet.nl .

Referenties

1. Het Financieele Dagblad, “Mooi kantoor, jammer alleen dat het mobiele bereik zo beroerd is”, pagina 9, 05-08-2019.
2. SURF position paper, “Geef de 3,5GHZ-band vrij voor gebruik binnen gebouwen”, https://www.surf.nl/files/2019-11/position-paper-inpandig-medegebuik-va…
3. S. Singh Malik and R.Atri, ”5G New Radio Technology Throughput Calculation”, white paper, https://www.slideshare.net/veermalik121/5g-new-radio-technology-introdu…
4. Ministerie van Economische Zaken en Klimaat, “Nota Mobiele Communicatie”, 11-06-2019, https://www.rijksoverheid.nl/documenten/rapporten/2019/06/11/nota-mobie…
5. Ericsson blog, “CBRS kicks off in the U.S. – unleashes industrial innovation opportunities”,  https://www.ericsson.com/en/blog/2019/9/cbrs-unleashes-industrial-innov…, 18-09-2019
6. Qualcomm inc., “Private LTE Networks, A Heavy Reading white paper”, https://www.qualcomm.com/media/documents/files/private-lte-networks.pdf, 07-2017
7. Global market Insight, “Why the private LTE market is set to explode”, https://channels.theinnovationenterprise.com/articles/private-lte-marke…, 14-03-2019
8. ABI research, “Carrier Strategies for Private LTE”, https://www.abiresearch.com/market-research/product/1032794-carrier-str…, 1Q-2019
9. Market Watch report, “Private LTE & 5G Network Ecosystem Market Key Enabling Technologies, Key Players, Regions Overview and Forecasts 2030”, https://www.marketwatch.com/press-release/private-lte-5g-network-ecosys…, 19-07-2019
10. S. Forge, R. Horvitz, C. Blackman, “Perspectives on the value of shared spectrum access”, http://publications.europa.eu/resource/cellar/c9a4213d-45bd-4004-ad53-f…, 10-02-2012