5 Dialogic - Ontwikkeling antenne-opstelpunten.pdf

Een voorbeeld van zo’n aan de rand geplaatste de dakinstallatie betreft die op het Hotel Krasnapolsky aan de Dam in Amsterdam (Figuur 26). Middels een dergelijke antenne (in de toekomst in combinatie met Massive MIMO) is veel capaciteit te realiseren voor gebruikers op bijvoorbeeld een aanliggend plein.

Dialogic innovatie ● interactie

Figuur 23 Een vakwerkmast aan de rand van in Rosmalen (Empelseweg) (foto: Google)

Figuur 24 Een paal aan de rand van Utrecht (Voorveldselaan). (foto: Google)

Figuur 25 Een ‘WAS-paal’ (foto: T. Houdijk [wikimedia.org])

Figuur 26 Macro-antenne op de dakrand van het Grand Hotel Krasnapolsky op de Dam, Amsterdam (bron: Google)

39

4.2 Vanaf 2027: een beperkt aantal nieuwe macro-antenne-opstelpunten We verwachten dat ook na 2026 nieuwe antenneopstelpunten nodig zullen zijn ten behoeve van de macronetwerken van de operators. Omdat er veel onzekerheid is rondom de ontwikkeling van de vraaggroei is niet te zeggen in hoeverre dit gedreven zal zijn door vraaggroei. Wel verwachten we dat netwerkverbeteringen voortdurend aan de orde blijven. Het is daarbij denkbaar dat deze netwerkverbeteringen zich in toenemende mate zullen richten op indoordekking. Er blijven, na de inspanningen die tot en met 2026 worden gedaan, immers steeds minder slecht gedekte gebieden over. Ook outdoor kunnen we ons echter redenen voorstellen waarom de operators desondanks nieuwe opstelpunten willen plaatsen. Denk bijvoorbeeld aan toepassingen die binnen een beperkt gebied veel uplinkverkeer nodig hebben. Voor de periode tot en met 2026 achten we het aannemelijk dat uplinkcapaciteit geen beperking vormt, maar naarmate de vraag groeit zou dit op enig moment daarna aan de orde kunnen komen.

4.3 Vanaf 2021: her en der invulling van ‘ ’ met losstaande small cellinstallaties Op drukke locaties (‘hotspots’) maken operators in toenemende mate gebruik van small celloplossingen. Hierbij wordt in een gebied van beperkte omvang aanvullende capaciteit (en/of dekking) gerealiseerd, waarmee het macronetwerk wordt ontlast. De ontstane small cell is geen onderdeel van de regelmatige cellenstructuur van het macronetwerk, maar vult deze aan. Wanneer meerdere small cells samen een groter gebied bedekken en een regelmatige structuur vormen spreken we van grootschalige small cellstructuren (zie verderop).

40

Een inventarisatie van de technische aspecten van losstaande small cellinstallaties wordt gegeven in [48]. De afmetingen van een gemiddelde inpandige small cell antenne-installatie lag destijds (2019) op 20x20x5 centimeter, en voor outdoor-antenne-installaties op 35x35x10 centimeter. Daarmee zijn small cellinstallaties iets groter dan een gemiddelde WiFi-router voor consumenten. Ook werden varianten van installaties getoond die zijn verwerkt in lantaarnpalen en

40

Small cells zijn technisch gezien op verschillende manieren te realiseren. Inpandig kan bijvoorbeeld een antennesysteem (DAS) worden gebruikt. Buitenpandig kan het gaan om een extra, specifiek gerichte sector vanaf of gekoppeld aan een bestaand macroopstelpunt (“remote sector”) of om losstaande small cellinstallaties. Losstaande small cellinstallaties zijn een stuk kleiner dan macro-antenneinstallaties, werken met lagere vermogens, en ondersteunen vaak een beperktere hoeveelheid spectrum en aantal banden en technologieën.40 Bij buitenpandige plaatsing van losstaande small cellinstallaties is de recente Europese richtlijn rondom small cellinstallaties relevant (zie verderop). Small cells komen op dit moment voornamelijk voor in de Randstad.41 Ze worden met name ingezet op (semi-)inpandige locaties, zoals stations, stadions, vliegvelden (zoals Schiphol), evenementenlocaties (o.a. Jaarbeurs Utrecht), grotere kantoorgebouwen en tunnels (zoals de Westerscheldetunnel). Operationele uitdagingen van losstaande small cellinstallaties Losstaande small cellinstallaties zijn in uitrol en operationeel complexer voor de operators dan macro-antenne-installaties.

Het vinden van geschikte locaties (die, bij grootschalige uitrol, ook nog in een regelmatige structuur moeten passen), het realiseren van stroomvoorziening en de verbinding naar het netwerk zijn in de stedelijke omgevingen niet eenvoudig. Wanneer small cellinstallaties worden bevestigd aan straatmeubilair speelt daarnaast dat straatmeubilair regelmatig wordt verplaatst of vernield.

Van de nieuwe (vraaggedreven) antenne-opstelpunten die we de komende jaren verwachten zal een steeds groter deel worden gerealiseerd op basis van small celloplossingen. We verwachten dit met name op de hierboven genoemde soorten locaties (ook buiten de Randstad). Buitenpandig verwachten we

putdeksels. Merk op dat met name bij inzet van hogere frequentiebanden (onder andere de 26 GHz) de small cellapparatuur mogelijk nog kleiner kan worden gemaakt bij dezelfde hoeveelheid geleverde capaciteit. 41

Analyse Dialogic op basis van het Antenneregister, waarbij is gekeken naar antenne-installaties op minder dan 10 meter hoog en met een vermogen kleiner dan 10 dBW.

Dialogic innovatie ● interactie

toenemende inzet van losstaande small cells, bijvoorbeeld bij drukke pleinen, winkelstraten en parken, in de gebieden waar wij in het vorige hoofdstuk vraaggedreven opstelpunten verwachten. Operators zullen losstaande small cellinstallaties, vanwege de operationele uitdagingen en kosten, echter alleen uitrollen als er geen andere kosteneffectieve manier is om de benodigde capaciteit vanaf een bestaand macro-opstelpunt te realiseren. In lijn hiermee geven de operators aan op dit moment geen concrete plannen te hebben voor het indienen van verzoeken tot medegebruik van publieke infrastructuur ten behoeve van het plaatsen van small cellinstallaties in 2021.

4.4 Na 2026: grootschalige small cellstructuren denkbaar Een grootschalige small cellstructuur is een gestructureerd geheel van small cells dat uitgerold is om een groter gebied te voorzien van (hoge) capaciteit. Denk hierbij bijvoorbeeld aan een stadscentrum, een groter park, of een hele wijk. Dit in tegenstelling tot de eerder besproken losstaande small cellinstallaties, die juist gericht zijn op specifieke kleinere gebieden (‘hotspots’). Wanneer wordt uitrol van grootschalige small cellstructuren interessant? In §2.4.1 hebben we toegelicht waarom een operator voor invullen van capaciteitsvraag altijd eerst het macronetwerk zal verbeteren of uitbreiden, daarna small cellhotspots zal inzetten, en pas daarna uitrol van grootschalige small cellstructuren zal overwegen. De primaire reden hiervoor zijn de kosten en complexiteit van grootschalige small cellstructuren. Op het moment dat het macronetwerk niet verder kan worden verdicht en er in een groter gebied capaciteitsvraag speelt, ontstaat een kantelpunt waarop uitrol van grootschalige small cellstructuren interessant wordt. Waar dit kantelpunt exact ligt is lastig te zeggen: het is in ieder geval afhankelijk van de kosten van de apparatuur, uitrol en operatie, de mogelijkheden die er zijn voor plaatsing, en de gevraagde capaciteit.

Daarnaast speelt RAN-sharing een belangrijke rol; daarmee zou immers ook een groot deel van de kosten kunnen worden gedeeld tussen operators.

een snelle ontwikkeling door. In drukbevolkte steden als New York en Houston (VS) zien we grootschalige uitrol met tussen de 5,000 en 10,000 cellen. [55] Ook in veel grote Aziatische steden (Jakarta, Seoul, Tokyo, Singapore) zijn small cellstructuren uitgerold. Deze steden kennen echter een zodanig hoge gebruikersdichtheid dat deze niet direct vergelijkbaar zijn met de Nederlandse situatie. Onderzoek naar grootschalige small cellstructuren in Helsinki wijst uit dat deze daar vanaf 2025 aan de orde kunnen zijn, omdat de macronetwerken dan tegen hun grenzen aanlopen. De kosten zijn dan echter nog fors. Tussen 2027 en 2029 ontstaat een kantelpunt waarbij uitrol door een neutral host voordeliger wordt. Merk op dat men hierbij uitgaat van een “medium to high” groeiscenario, waarbij vooral nieuwe apparaten worden voorzien die de vraaggroei drijven. Daarnaast is de dichtheid van gebruikers in Helsinki lager dan in Nederlandse steden en het (voorspelde) dataverbruik per abonnee fors hoger dan zelfs ons “versnelde groeiscenario”. [56] We komen dan ook tot de conclusie dat voor Nederland uitrol van grootschalige small cellstructuren vóór 2027 zeer onwaarschijnlijk is en ook daarna alleen in specifieke gebieden aan de orde zal zijn.

4.4.1 Plaatsing De Nederlandse operators experimenteerden in het verleden met grootschalige small cellstructuren. Zo plaatste een van de operators rond 2015 in Amsterdam 160 small cellinstallaties aan (voornamelijk) bushokjes. [57] Figuur 27 toont een voorbeeld hiervan. Doel van deze small cells is (in tegensteling tot de eerder besproken ‘hotspots’) niet om alleen het verkeer rond de bushokjes af te wikkelen, maar om in een groter gebied dekking en capaciteit te realiseren. Het is niet bekend of en hoe de geïnstalleerde small cellinstallaties op dit moment worden ingezet.

Grootschalige small cellstructuren maakten de afgelopen jaren in een aantal specifieke gebieden

Dialogic innovatie ● interactie

41

Europese richtlijn rondom small cells De Europese richtlijn 2020/1070 [58], bepaalt dat small cells vergunningvrij mogen worden geplaatst, mits (uitzonderingssituaties daargelaten) deze “volledig en veilig geïntegreerd [worden] in hun draagconstructie en [...] onzichtbaar [zijn] voor het publiek” (artikel 3b), of (wanneer dit niet zo is) aan de volgende eisen wordt voldaan (artikel 3b en annex A van de richtlijn):

Figuur 27 Small cell antenne-installatie in een tramhalte [57]

Uit deze projecten (en vergelijkbare projecten in het buitenland) kwam voor de operators een aantal leerpunten naar boven. Zo is straatmeubilair onderhevig aan allerlei invloeden (vandalisme, verplaatsing) wat beheersmatig een andere aanpak vergt dan het (statischere) macronetwerk. Daarnaast is het inpassen van small cells in het macronetwerk radiotechnisch een uitdaging. Toekomstige grootschalige small cellnetwerken Een operator zal naar een optimum zoeken tussen de plaatsingsmogelijkheden en de bruikbaarheid van de radioverbinding: men wil zo veel mogelijk een zichtlijn naar gebruikers. Dat betekent bijvoorbeeld onder het bladerdek (en dus relatief laag) blijven. Maar tegelijkertijd wil men ook over langsrijdende auto’s kunnen stralen, en beschermd zijn tegen vandalisme (hetgeen juist vraagt een hogere plaatsing). De hoogte van een ‘klassieke’ lantaarnpaal, oftewel vier tot zes meter of zelfs acht meter, lijkt ideaal. Voor de plaatsing van nieuwe small cells binnen een grootschalige structuur ligt (bestaand) straatmeubilair in de toekomst waarschijnlijk nog steeds het meest voor de hand. Denk hierbij aan lantaarnpalen, verkeerslichten, bushokjes en reclamezuilen. Small cellinstallaties kunnen ook worden geplaatst op of aan gevels van gebouwen.

Vooruitlopend op deze uitrol (en gelet op huidige uitrol van small cellstructuren in onder andere Azië) is in Europa een richtlijn van kracht geworden die de uitrol van small cells moet vergemakkelijken, waarbij tegelijkertijd de negatieve gevolgen worden ingeperkt.

42

1. Het totale volume van het voor het grote publiek zichtbare deel van een [small cell] voor gebruik door een of meer radiospectrumgebruikers bedraagt maximaal 30 liter. 2. Het totale volume van de voor het grote publiek zichtbare delen van meerdere afzonderlijke [small cells] die een infrastructuurlocatie met een afzonderlijk begrensd oppervlak delen, zoals een lantaarnpaal, een verkeerslicht, een reclamebord of een bushalte, bedraagt maximaal 30 liter. 3. Indien het antennesysteem en andere onderdelen van [de small cell] […] afzonderlijk worden geïnstalleerd, wordt elk gedeelte daarvan dat het maximale volume van 30 liter overschrijdt, aan het zicht van het grote publiek onttrokken. 4. [De small cell] is visueel consistent met de draagconstructie, heeft een omvang die in verhouding staat tot de totale omvang van de draagconstructie, een coherente vorm, neutrale kleuren die passen bij of overgaan in de draagconstructie, en verborgen kabels, en is visueel niet storend in combinatie met andere draadloze toegangspunten met klein bereik die al zijn geïnstalleerd op dezelfde locatie of op aangrenzende locaties. 5. Het gewicht en de vorm van [een small cell] vereisen geen structurele versterking van de draagconstructie. 6.

Een [small cell] van installatieklasse E10 wordt alleen geïmplementeerd in de buitenruimte of in grote binnenruimten met een minimale plafondhoogte van vier meter.

Dialogic innovatie ● interactie

Hoe pakt deze plaatsing uit in de Nederlandse situatie? Uit onze modellering 42 blijkt dat op basis van (voornamelijk) lantaarnpalen ook in Nederlandse binnensteden en wijken een dekkende, gelijkmatige ‘grid’ van small cells kan worden gerealiseerd. In delen van een centrum met kleine, bochtige straten vraagt het realiseren van volledige dekking met een grootschalige small cellstructuur meer small cellinstallaties dan in meer open omgevingen met brede straten en bijvoorbeeld grachten. De dichtheid van een dergelijke grootschalige small cellstructuur in Nederland varieert, maar ligt in ieder geval ver onder “iedere lantaarnpaal één” en waarschijnlijk op of iets hoger dan “ieder bushokje één”.

4.4.2 Locaties In tegenstelling tot de huidige macronetwerken zullen grootschalige small cellnetwerken niet landelijk worden uitgerold, maar in beperkte gebieden. Hierbij valt te denken aan (in eerste instantie) een aantal straten tot een aantal wijken of stadsdelen. Het is daarom niet alleen lastig, maar ook niet zo interessant om een totaal aantal small cell-opstelpunten uit te rekenen: niet alle gemeenten zullen er (tussen nu en 2030) mee te maken krijgen. In het voorgaande hoofdstuk tonen we op basis van modellering waar we nieuwe opstelpunten verwachten als gevolg van capaciteitstekorten. Bij gelijke verdeling van de vraag kan worden aangenomen dat grootschalige uitrol van small cellstructuren ook in deze gebieden als eerst zal plaatsvinden. De gebieden waar de vraag relatief het hoogst is (bovenste percentiel, in 2024 in het versnelde groeiscenario) dan gaat het met name om binnensteden in de Randstad.

Vanaf 2027 verwachten we jaarlijks een beperkt aantal nieuwe macro-antenne-opstelpunten, al is niet precies te zeggen hoeveel. Voor de komende jaren verwachten we dat operators small cells zullen inzetten op drukke locaties (‘hotspots’). Dat werd tot nu toe al gedaan op (semi)inpandige locaties zoals stations, voornamelijk in de Randstad. We verwachten dit de komende jaren ook vaker buitenpandig en ook in steden buiten de Randstad. Operators kunnen dit realiseren middels extra sectoren op bestaande macro-opstelpunten en met losstaande small cellinstallaties (conform de Europese richtlijn hiervoor). Operators zullen losstaande small cellinstallaties, vanwege de operationele uitdagingen en kosten, echter alleen uitrollen als er geen andere kosteneffectieve manier is om de benodigde capaciteit vanaf een bestaand macro-opstelpunt te realiseren. Grootschalige small cellstructuren tot slot zullen alleen worden uitgerold door de operators wanneer er geen andere manier meer is om de nodige capaciteit te realiseren op basis van macro-opstelpunten en small cells op hotspots. Als er al uitrol plaatsvindt zal dit voor een gebied ter grootte van een stadscentrum of wijk tegelijk zijn. In Nederland zouden de binnensteden in de Randstad als eerste in aanmerking komen.

Op basis van (voornamelijk) lantaarnpalen is het in de Nederlandse situatie technisch mogelijk een goed dekkende grootschalige small cellstructuur te realiseren. Het benodigde aantal small cellinstallaties in een Nederlandse stad ligt in ieder geval ver onder “één per lantaarnpaal”, en naar verwachting eerder op of iets hoger dan “op ieder bushokje één”. Zoals in het voorgaande hoofdstuk al werd aangegeven voorzien we tot en met 2026 geen uitrol van grootschalige small cellstructuren.

4.5 Conclusie Nieuwe antenne-opstelpunten die tussen 2021 en 2027 worden geplaatst, zullen vooral hetzelfde soort macro-antenne-opstelpunten zijn zoals tot nu toe werden geplaatst. Het gaat voornamelijk om masten, palen en daken. Net als nu het geval is kunnen deze opstelpunten vaak door meerdere operators worden gedeeld.

42

Zie Bijlage 1. Voor een Nederlandse binnenstad is onderzocht hoe uitrol van een dekkende grootschalige small cellstructuur eruit zou kunnen zien op basis van reeds aanwezig straatmeubilair.

Dialogic innovatie ● interactie

43

5

Conclusie

Wat is de verwachte ontwikkeling van het aantal antenne-opstelpunten in Nederland in de komende zes jaar, ten behoeve van openbare, grootschalige mobiele communicatienetwerken? Tabel 6 toont een overzicht van de verwachte aantallen nieuwe antenne-opstelpunten in de twee scenario’s, naar drijfveer. In de jaren 2021 t/m 2026 verwachten we dat er tussen de 296 en 726 nieuwe antenne-opstelpunten voor openbare mobiele netwerken geplaatst zullen worden in Nederland. Hierbij spelen drie drijfveren: •

•

•

Verplichtingen uit de 700 MHz-vergunningen. Er zijn tussen de 100 en 150 nieuwe antenne-opstelpunten nodig om de dekking en snelheid te kunnen realiseren die in de recent uitgegeven vergunningen wordt verplicht. Deze opstelpunten komen met name buiten de steden. Doorlopende netwerkverbeteringen. Deze leiden jaarlijks tot tussen de 30 en 90 nieuwe opstelpunten, verspreid door het land, bijvoorbeeld bij nieuwe woonwijken. Capaciteitstekorten door vraaggroei. Hoewel de vraag naar mobiele data toeneemt, kan deze grotendeels met nieuw spectrum en technologische verbeteringen worden ingevuld zonder nieuwe opstelpunten te hoeven plaatsen. De vraaggroei leidt naar verwachting dan ook tot een beperkt aantal nieuwe opstelpunten, geconcentreerd in de grotere steden.

Nieuwe antenne-opstelpunten die tussen 2021 en 2027 worden geplaatst, zullen vooral hetzelfde soort macro-antenne-opstelpunten zijn zoals tot nu toe werden ingezet. In een versneld groeiscenario zijn er éérder meer antenne-opstelpunten nodig als gevolg van capaciteitstekorten door vraaggroei. Het gaat om maximaal 45 extra nieuwe opstelpunten als

43

gevolg van vraaggroei tot en met 2024, ten opzichte van het meest aannemelijke scenario. Tabel 6 Het benodigde aantal nieuwe opstelpunten in de periode 2021 t/m 2026 binnen het meest waarschijnlijke scenario (bron: modellering Dialogic; zie Bijlage 1) Verwacht aantal nieuwe antenneopstelpunten Drijfveer voor nieuwe antenne-opstelpunten

Meest aannemelijke scenario

Versneld groeiscenario

35% vraaggroei t/m 2026

60% vraaggroei t/m 202443

Verplichtingen 700 MHz-vergunningen

100 - 150 in

100 - 150 in

2021-2022

2021-2022

Doorlopende netwerkverbeteringen

180 – 540

120 – 360

t/m 2026

t/m 2024

(30 – 90 per jaar)

(30 – 90 per jaar)

Capaciteitstekort als gevolg van vraaggroei

16 – 36

35 – 61

t/m 2026

t/m 2024

Totaal nieuw (t.o.v. 2021) t/m 2024

t/m 2026

232 – 526

255 – 571

Geen grootschalige small cellstructuren

Geen grootschalige small cellstructuren

296 – 726 Geen grootschalige small cellstructuren

vanaf 2027

Onzeker, we verwachten relatief meer losstaande small cells bij hotspots

Bij voortdurende vraaggroei: voortzetting trend aantal opstelpunten, met relatief meer small cellhotspots en minder macrosites. In grotere binnensteden kan uitrol van grootschalige small cellstructuren aan de orde komen zodra (1) het macro-netwerk niet verder uit te breiden is en (2) de kosten voor small cells substantieel zijn gedaald.

Het is wat ons betreft niet mogelijk om met zekerheid voorspellingen te doen over aantallen ná 2024 in een versneld groeiscenario. Het karakter van de

Het versneld groeiscenario is berekend tot en met 2024. Daarna overstijgt het totale volume het volume dat in 2026 wordt gehaald in het meest aannemelijke scenario, en wordt verdere voorspelling te onzeker.

Dialogic innovatie ● interactie

45

onderliggende “killer use case” is namelijk sterk bepalend voor de manier waarop de vraag zal moeten worden ingevuld. We verwachten niet dat versnelde vraaggroei het kantelpunt voor grootschalige small cellstructuren vervroegt. Waarschijnlijker is dat de vraag eerst zal worden ingevuld op basis van aanvullende small cell hotspots op specifieke locaties (afhankelijk van de betreffende use case). Naast de uitrol van macro-antenne-opstelpunten verwachten we dat tussen 2021 en 2027 ook losstaande small cellinstallaties zullen worden uitgerold. Deze zullen we terugzien op dezelfde soorten (semi-inpandige) locaties als waar ze nu te vinden zijn: stations, stadions, evenementenlocaties en luchthavens zijn voorbeelden. Waar deze nu vooral in de Randstad worden ingezet zou dit de komende jaren ook in steden daarbuiten kunnen zijn. We verwachten daarnaast in toenemende mate losstaande small cellinstallaties bij drukke locaties in de buitenlucht, zoals pleinen, winkelstraten en parken.

“één per lantaarnpaal”, en naar verwachting eerder op of iets hoger dan “op ieder bushokje één”. Aanbevelingen We adviseren gemeenten en het ministerie van Economische Zaken om de groei van de vraag naar mobiele data en de uitrol van antenne-opstelpunten door operators te monitoren. Een logisch moment hiervoor is wat ons betreft het najaar van 2023, een jaar na de ingebruikname van de 3,5 GHz-frequenties en halverwege de gemodelleerde periode. Afhankelijk van de uitkomsten op dat moment kan worden besloten om het model bij te stellen en/of nader te kijken naar de noodzaak, kosten en impact van grootschalige small cellstructuren.

Vanaf 2027 verwachten we jaarlijks een beperkt aantal nieuwe macro-antenneopstelpunten. Vanwege de onzekerheden die spelen is niet precies te zeggen hoeveel dit er zullen zijn. Op basis van de huidige inzichten verwachten we geen uitrol van grootschalige small cellstructuren voor 2027 in het meest aannemelijke scenario. In het versneld groeiscenario voorzien we dit niet vóór 2025. Grootschalige small cellstructuren tot slot zullen alleen worden uitgerold door de operators wanneer er geen andere manier meer is om de nodige capaciteit te realiseren op basis van macro-opstelpunten en losstaande small cellinstallaties bij hotspots. De kosten en praktische nadelen van grootschalige small cellstructuren maken inzet ervan alleen interessant wanneer vraaggroei niet meer structureel kan worden opgevangen door de capaciteit van het macronetwerk te vergroten. Als uitrol van grootschalige small cellstructuren al plaatsvindt zal dit als eerste aan de orde zijn in de centra van grotere steden in de Randstad. Dit zal dan per gebied ter grootte van een stadscentrum of wijk gebeuren. In Nederland zouden de binnensteden in de Randstad als eerste in aanmerking komen. Op basis van (voornamelijk) lantaarnpalen is het in de Nederlandse situatie technisch mogelijk een goed dekkende small cellstructuur te realiseren.

Het benodigde aantal small cellinstallaties in een Nederlandse stad ligt daarbij in ieder geval ver onder 46

Dialogic innovatie ● interactie

Bijlage 1.

Methode

In deze bijlage beschrijven we de belangrijkste kenmerken van de kwantitatieve modelleringsmethode.

Definities In dit onderzoek hanteren we de volgende definities. (Antenne-)opstelpunt Een antenne-opstelpunt is een bouwwerk waarop of waaraan één of meerdere antenne-installaties zijn geplaatst. Dit is wat we in dit onderzoek primair tellen. Voorbeelden zijn (vakwerk)masten, daken en gevels van gebouwen. Wanneer meerdere operators van één antenne-opstelpunt gebruik maken zijn er dus meerdere antenne-installaties aanwezig op dit opstelpunt. Het antenne-opstelpunt wordt dan gedeeld. Vanuit perspectief van de operator betreft het een shared site en is de eigen antenne-installatie colocated met die van een andere operator op hetzelfde opstelpunt.

Antenne-installatie Een antenne-installatie is de basiseenheid voor een operator in de dimensionering van een mobiel netwerk (ook wel site genoemd). Het begrip wordt ook door het Antenneregister gebruikt om aantallen antennes te rapporteren. We volgen de definitie van het Besluit Omgevingsrecht voor “antenne-installatie”: [59] [Een antenne-installatie bestaat] uit antennes, een (of meer) antennedrager(s), de bedrading, de in techniekkasten opgenomen apparatuur, met de daarbij behorende bevestigingsconstructie(s) en (veiligheids)voorzieningen. Een antenne-installatie is altijd gekoppeld aan één operator, kan gebaseerd zijn op meerdere technologieën (toepassingen) en bestaan uit meerdere antennes en antenne-elementen. Figuur 28 hieronder toont de verschillende begrippen in een praktijksituatie. In Figuur 29 worden nog enkele technische termen toegelicht.

Figuur 28 Onderscheid tussen antenne-opstelpunt en antenne-installatie (bron foto: [antennebureau.nl])

Dialogic innovatie ● interactie

47

Spe ct r um e fficië nt ie : bit/s/Hz

Se ct or

Ca pa cit e it : Mbit/s (gemiddeld!) Ant e nne inst a lla t ie

Ce l

Om va n g: km2 Ca pa cit e it : Mbit/s/km2 Δ

Ca pa cit e it st e k or t ?

Ant e nne opst e lpunt Geografisch gebied (km2)

Vr a a g ( pe r de vice ) : Mbit/s D ich t h e id de vice s: #devices/km2 Vr a a gdich t h e id: Mbit/s/km2

Figuur 29 Overzicht definities in modellering

Operator et ‘operator’ verwijzen we in dit rapport naar de partijen die een openbaar mobiel netwerk exploiteren in Nederland op basis van eigen antenneinstallaties (op dit moment zijn dat KPN, VodafoneZiggo en T-Mobile). Sector

aanvullende capaciteit in gebieden met beperkte oppervlakte. De small cell ontlast in dat gebied het macronetwerk. Wanneer een small cell gericht is op een specifieke drukke plek en geen deel uitmaakt van een grootschalige structuur van small cells, spreken we van een small cell hotspot.

Cel

Met een grootschalige small cellstructuur verwijzen we naar een gestructureerd geheel van small cells dat uitgerold is om een groter gebied te voorzien van (hoge) capaciteit. Een grootschalige small cellstructuur is bedoeld als primair toegangsnetwerk. Er wordt alleen teruggevallen op het macronetwerk als dat nodig is (vanwege het wegvallen van dekking).

Een cel is het gebied dat door een antenne-installatie (en daarmee dus per operator) wordt voorzien van mobiele dekking en capaciteit. De cellen van een operator vormen (per technologie en frequentie) een (min of meer) regelmatige structuur in het macronetwerk.

Een femtocel is een zeer kleine cel gerealiseerd door een basisstation op basis van de 3GPP-standaarden voor ‘Home odeB’. [60] Femtocelbasisstations kunnen door de operator worden verstrekt aan eindgebruikers, die ze zelf kunnen plaatsen.44

Opdeling van de gradenboog in radiotechnisch gescheiden delen, vanuit het perspectief van een antenne-installatie. Per sector zijn één of meerdere antennes in gebruik (op basis van MIMO etc.). Een omnidirectionele antenne-installatie zien we als één sector.

In onze modellering bepalen we de capaciteit per sector en kijken we daarom naar het gedekte gebied van een sector. Small cells Small cells zijn cellen die zich aan de (macro)structuur onttrekken en gericht zijn op het realiseren van

44

Gemiddelde throughput / doorvoersnelheid Datadoorvoersnelheid (netto) die een sector effectief produceert onder normale (Nederlandse praktijk)omstandigheden. We volgende definitie van ITU voor “average throughput” in de beoordeling van 5Gtechnologie [61, p. 9], daar gedefinieerd

Een en ander met toestemming van de operator, aangezien de femtocel (anders dan bij bijvoorbeeld Wi-Fi) gebruik maakt van aan de operator vergund spectrum.

48

Dialogic innovatie ● interactie

als ‘average spectrum efficiency’ (bps/Hz) * spectrum (Hz).

Overzicht modellering We modelleren het verschil tussen de vraag naar mobiele data en het aanbod daarvan (aanbod-vraagmodel) en berekenen hieruit een aantal benodigde nieuwe sites per operator. Daar tellen we het aantal sites bij op dat nodig is om te kunnen voldoen aan de dekkings- en snelheidsverplichting voor gebruik van het 700 MHz-spectrum (analyse dekkings- en snelheidsverplichting 700 MHz). Met een volgende rekenregel wordt het aantal nieuw benodigde sites vertaald naar het aantal nieuw benodigde antenneopstelpunten (als gevolg van site sharing). Figuur 30 toont deze werkwijze schematisch. Geheel los van deze analyse staat de modellering van grootschalige small cellstructuren, welke we uitvoeren om tot kengetallen en indicaties te komen voor (onder andere) de dichtheid van dergelijke structuren in Nederland. Analyse dekkingsverplichting 700 MHz e.a. Aanbod-vraagmodel

Aantal sectoren overbelast operator 1 Aantal nieuwe antenneinstallaties operator 1 Aantal sectoren overbelast operator 2 Aantal nieuwe antenneinstallaties operator 2 Aantal sectoren overbelast operator 3 Aantal nieuwe antenneinstallaties operator 3 Aantal nieuwe antenne-opstelpunten (al dan niet gedeeld) Figuur 30 Schematisch overzicht van de modelleringsmethode

Aanbod-vraagmodel Wanneer de vraag naar mobiele data groter is dan het aanbod spreken we van een capaciteitstekort. Dit gegeven berekenen we per sector. Dit leidt tot een aantal sectoren met een capaciteitstekort, welke we Dialogic innovatie ● interactie

met een rekenregel vertalen naar een aantal nieuw benodigde antenne-installaties (rode pijlen in Figuur 30). Dit aantal vertalen we met een andere rekenregel (gecombineerd met de resultaten uit de analyse van de dekkings- en snelheidsverplichting) tot een aantal nieuwe-opstelpunten (paarse pijlen in Figuur 30). Telecomnetwerken worden (net als andere gedeelde infrastructuren, zoals bijvoorbeeld snelwegen) over het algemeen niet gedimensioneerd op basis van piekcapaciteit, maar op een bepaald percentiel daarvan. Door op deze wijze te modelleren kan een operator met een bepaalde zekerheid (afhankelijk van het gekozen dimensioneringspercentiel) capaciteit op haar dienst bieden. In onze modellering volgen we dit principe door te kijken naar het busy hour. Dit is het uur op een dag waarin een cel in het mobiele netwerk het meeste verkeer verwerkt. We bekijken dit busy hour-verkeer in verschillende scenario’s en nemen dan, per cel, het meest pessimistische (dus hoogste) cijfer voor het busy hour-verkeer tussen de scenario’s.

Vraag Scope In dit onderzoek beperken we ons tot de vraag die plaatsvindt op openbare mobiele netwerken in Nederland. Daaronder vallen ook (voor zover van toepassingen) diensten als IPTV die door een MNO worden aangeboden. Vast-draadloos internet (FWA) dat niet via de openbare mobiele netwerken verloopt (denk aan o.a. Greenet in Nederland) laten we buiten beschouwing. Specifieke use cases Ten aanzien van een aantal specifieke use cases hebben we specifieke keuzes gemaakt in de modellering van de vraag. ITS/connected cars Voor ITS komt in de toekomst mogelijk de 5,9 GHzband beschikbaar. Omdat deze band niet wordt ingezet voor openbare mobiele netwerken valt deze buiten de scope van dit onderzoek. Hoe de 5,9 GHz zich precies zal ontwikkelen is nog wat onzeker. De FCC heeft van de oorspronkelijke 75 MHz vorig jaar zo’n 5 Hz “unlicensed” gemaakt waardoor er in de VS maar 30 MHz dedicated voor ITS overblijft. Connected cars kunnen echter wel veel datavraag genereren, door zaken als entertainment en uitgebreide navigatie diensten meenemen. Dat verkeer 49

valt dan op de wegen en maakt gebruik van de openbare mobiele netwerken en bijbehorend spectrum. MMTC en (massive) IoT Voor IoT geldt dat niet zozeer het datavolume maar de capaciteit ten aanzien van het aantal verbonden apparaten (bepaald door overhead in het radioprotocol) de beperkende factor vormt. We zien dat de operators voor IoT specifieke technologieën en frequentieruimte inrichten (o.a. op basis van NB-IoT, LTE-M en LoRa). We nemen dit daarom niet mee in onze vraagmodellering. Camerabewaking ideocamera’s vragen veel uplinkbandbreedte, zeker wanneer het om beelden met een hoge resolutie gaat. Niet voor niets wordt hiervoor op dit moment op zekere schaal de 3,5 GHz-band ingezet. Het is denkbaar dat voor deze toepassingen en voor nieuwe vormen van camerabewaking openbare (5G-)netwerken worden ingezet. Uit gesprekken met camerapartijen leiden we af dat mobiele data vooralsnog niet kosteneffectief kan worden ingezet, vanwege (primair) het feit dat naar volume wordt afgerekend. Grootschalige inzet achten we dan ook niet aannemelijk.

Incidentele inzet van mobiele netwerken voor camerabewaking leiden daarnaast waarschijnlijk niet tot capaciteitsproblemen, omdat er over het algemeen overcapaciteit bestaat in de uplinkrichting.45 We achten het waarschijnlijker dat cameranetwerken gebruik zullen gaan maken van de 2x 50 MHz TDD-spectrum in de 3,5 GHz-band die is gereserveerd voor lokale netwerken.

drukste uur van de dag (‘busy hour’). an de hand van deze aanname toetsen we onze resultaten (met name de verdeling van de gemodelleerde vraag over het gemodelleerde netwerk). Scenario’s In het model gaan we uit van een bepaalde gemiddelde vraag per gebruiker (in termen van datavolume per dag). Deze vraag is zowel geografisch als in tijd verdeeld over de mobiele netwerken in Nederland. Door deze verdeling te modelleren schatten we per antenne-installatie het ‘busy hour’verkeer (gemiddelde hoeveelheid data per seconde in het drukte uur van de dag). We onderscheiden vraag naar vier locatietypen: 1. Thuislocaties. De geografische verdeling van personen wordt hierbij bepaald door de verdeling van het aantal inwoners over buurten in Nederland volgens het CBS (Figuur 31).

Relevante aannames 1. De verhouding tussen uplink- en downlinkverkeer op Nederlandse mobiele netwerken is substantieel ‘scheef’ ( : – 1:10) dat mag worden aangenomen dat er in de uplinkrichting (in FDD-spectrum) vooralsnog overcapaciteit is. In de modellering wordt dus uitsluitend gekeken naar downlinkvolumes. 2. Gemiddeld zijn 15-20% van de antenne-installaties in een mobiel netwerk verantwoordelijk voor 50% van het verkeer. Over een dag bezien vindt ongeveer 6-8% van het verkeer plaats in het

45

Het huidige gebruik is sterk downlink-gericht terwijl er, in FDD-banden, evenveel spectrum voor uplink en downlink beschikbaar is. Zelfs wanneer rekening wordt gehouden met het feit dat uplinkverkeer minder spectrumefficiënt wordt overgebracht is er relatief meer

50

Figuur 31 Bevolkingsdichtheid per buurt. Blauw: dun bevolkt, groen: dichtst bevolkt. Bron: CBS (2020). Wijk- en buurtkaarten. Bewerking Dialogic.

uplinkcapaciteit dan downlinkcapaciteit beschikbaar ten opzichte van respectievelijk de vraag naar uplink- en downlinkverkeer.

Dialogic innovatie ● interactie

2. Werklocaties. De geografische verdeling van personen wordt hier bepaald op basis van het aantal werknemersbanen per gemeente, en de verdeling van kantoorpanden tussen buurten binnen iedere gemeente. 3. Openbaar vervoer. De geografische verdeling van personen wordt bepaald op basis van de druktecijfers per OV-station in Nederland. 4. Wegen. Hier is gekeken naar snelwegen en provinciale wegen. Per wegsegment bepalen we een gewicht aan de hand van de file-informatie van februari 2020. Per scenario wordt een bepaalde verdeelsleutel bepaald voor de verdeling van personen over deze vier locatietypen (Tabel 7). Dit leidt uiteindelijk tot een bepaalde geografische verdeling van personen en daarmee verdeling van vraag over antenne-installaties van de mobiele operators. Tabel 7 Verdeelsleutel vraagmodellen naar tijdstip Tijdstip

Spits

Vrij/avond

Overdag/

Locatie

werk

Thuis

51,9%46

100%

52,0%

Kantoor

47

31,2%

0%

48,0%48

OV

2,9%49

0%

0%

Snelweg

50

13,9%

0%

0%

0,0%

0%

0%

Evenement

In alle analyses is (tenzij anders vermeld) een combinatie van deze scenario’s gehanteerd. Dit betekent dat de vraag is berekend voor de drie tijdstippen (spits, vrij/avond en overdag/werk) en dat per vierkante kilometer de hoogste vraag is genomen.

Aanbod De capaciteit van een mobiel netwerk wordt per cel (gebied dat door een sector wordt ‘bediend’) geschat als aantal Mbit/s/km2 dat gemiddeld zal worden ‘geproduceerd’ door de cel. Hierbij wordt de indeling van de cellen afgeleid van informatie over de antennes van de operators (hoogte, frequentie, richting,

zendvermogen) uit het Antenneregister. Op basis van het Hata-Okumura COST 231-model [62] [63] [64] wordt bepaald wat de maximumomvang van een cel is. Vervolgens wordt op basis van een Voronoitesselatie bepaald waar de grenzen tussen cellen liggen. Tot slot worden de cellen opgedeeld per sector. Per analysegebied (vierkante kilometer, gemeente, etc.) kan vervolgens worden bepaald welke (delen van sectoren) verantwoordelijkheid voor dekking in het gebied, en hoeveel capaciteit beschikbaar is. De methode is ontwikkeld door Dialogic in opdracht van het Agentschap Telecom. [65] Buiten de inschatting van de maximumgrootte van een sector wordt is geen propagatie gemodelleerd. Relevante aannames Verkrijgen van spectrum We nemen het volgende aan over de verdeling van (nieuw) spectrum over operators: 1. In Nederland verkrijgen de drie operators er naar verwachting tussen de 60 - 120 MHz aan spectrum bij per 2022 (3,5 GHz). 51 Een eventuele toetreder zou 40 – 80 MHz kunnen verkrijgen.

2. We nemen aan dat er 1 GHz aan millimetergolfspectrum beschikbaar komt per 2022, en dat iedere operator gemiddeld 300 MHz zal verkrijgen. 3. We nemen aan dat nieuwe frequentiebanden (waaronder in de 6 GHz-band) niet in de modelleringsperiode beschikbaar en breed geadopteerd wordt. Zoals eerder besproken wordt het 6 GHz-spectrum waarschijnlijk in 2023 behandeld tijdens het WRC; implementatie en adoptie zal in de jaren daarna plaatsvinden. Inzet van spectrum 1. Operators zetten zoveel mogelijk spectrum dat zij al (2020) in bezit hebben in op basis van LTE of 5G NR, met een beperkte hoeveelheid GSM/UMTS (±5-10 MHz gepaard). Het is

46

Overige bevolking (niet werkend)

50

2,4 miljoen mensen op de weg. [cbs.nl]

47

Op basis van acht miljoen werkenden, minus het aantal mensen onderweg. [cbs.nl]

51

48

Op basis van acht miljoen werkenden [cbs.nl]

Het maximum is gegeven door de capregeling waarvan we aannemen dat die toepassing zal blijven. De ondergrens volgt uit eerder onderzoek van Dialogic. [22]

49

0,5 miljoen mensen in OV. [cbs.nl]

Dialogic innovatie ● interactie

51

denkbaar dat tegen 2026 nog ±5 MHz in gebruik is voor GSM/UMTS. 2. Het spectrum dat operators in 2020 nieuw verkrijgen bij de Multibandveiling, en het 3,5 GHzspectrum dat zij eventueel verkrijgen in 2022, wordt exclusief ingevuld met 5G NR. In de 2100 MHz-band (die opnieuw werd geveild) behouden operators initieel LTE.52 3. Operators zetten (massive) MIMO in naargelang de capaciteitsvraag van de antenne-installatie. We zien vooral toepassing van 8T8R in FDDspectrum. Massive MIMO wordt uitsluitend ingezet in TDD-banden, die bij uitstek geschikt zijn voor toepassing van (MU-)MIMO. 53 , 54 We verwachten vooral 16T16Ren 32T32Rconfiguraties. Hogere orde varianten (64T64R en verder) zien we in Nederland nauwelijks terug, omdat er maar weinig locaties zijn waar gebruikers ook verticaal verspreid zijn (zoals wel het geval in ‘high-rise’ stadscentra in o.a. zië). 4. We nemen aan dat millimetergolfspectrum beschikbaar komt per 2022 (in totaal 1 GHz, verdeeld als 300 MHz per operator). Modellering 1. De backhaulverbindingen voor antenne-installaties mogen worden aangenomen te worden geüpgraded om te kunnen voorzien in de capaciteitsvraag (en vormen modelmatig geen beperking van de capaciteit).

52

LTE eventueel in combinatie met 5G NR, door middel van DSS. In de 1400 MHz-band (supplementary downlink) wordt initieel LTE ingezet.

53 Bij MIMO worden, door aan beide kanten meerdere an-

tennes te gebruiken, meerdere propagatiepaden gebruikt om de netto capaciteit te vergroten. Bij MU-MIMO kunnen, door het gebruiken van meerdere antennes, meerdere signalen op dezelfde frequentie gelijktijdig in een specifieke richting worden gestuurd. Daarmee kan hetzelfde frequentieblok dus voor meerdere verschillende gebruikers gelijktijdig worden ingezet, waarmee de efficiëntie toeneemt. Massive MIMO leent zich bij uitstek voor toepassing in de 3,5 GHz-band met 5G NR. 100 MHz bij gemiddeld 5 bps/Hz levert een extra capaciteit op van 500 Mbit/s/sector (nu: 100-200 Mbit/s/sector), en dus een verveelvoudiging van de capaciteit. Bij TDD kan voor het schatten van de juiste parameters voor een ‘downlink’ propagatiepad informatie worden 52

2. Het gebied dat door een antenne in het macronetwerk wordt ‘bediend’ kan worden benaderd met een Voronoitesselatie. Het gebied dat door een antenne in het macronetwerk wordt ‘bediend’ is begrensd in maximale afstand (en dus geografisch een ‘taartpunt’). De maximale afstand kan worden gemodelleerd (bijvoorbeeld op basis van Hata-Okumura; de frequentie, de hoogte van zender en ontvanger, het zendvermogen en de mate van bebouwing spelen een rol). In Nederland is deze afstand over het algemeen vele malen groter dan de afstand tussen antenne-installaties (ISD: inter-site distance). 3. We nemen aan dat er geen fysieke beperkingen zijn waardoor nieuwe opstelpunten nodig zijn bij inzet van nieuw spectrum. We verwachten op dit vlak overigens innovatie; zie onder andere oplossingen waarbij actieve en passieve antennesystemen worden gecombineerd. [66] Efficiëntie Voor wat betreft de efficiëntie van de radiotechnologieën hebben we ons gebaseerd op literatuur en feedback van de operators in gesprekken. De spectrale efficiëntie (die we bekijken op niveau van een enkele sector en radiolaag) is primair afhankelijk van de technologiegeneratie (LTE of 5G NR) en de gehanteerde vorm van MIMO. Bij MIMO wordt gebruik gemaakt van meerdere verzend- en ontvangstantennes om de capaciteit van verschillende propagatiepaden tegelijkertijd te kunnen gebruiken.

gebruikt van de even daarvoor ontvangen ‘uplink’-signalen (UL-SRS). Omdat dit signaal binnen dezelfde band wordt verzonden gelden zeer vergelijkbare propagatieparameters. [74] 54

Ook op de (veel) hogere millimetergolffrequenties (bijvoorbeeld 26 GHz) wordt (MU-)MIMO toegepast in 5G. De golflengte is daarbij echter veel kleiner vergeleken met de 3,5 GHz-frequenties, waardoor antenne-elementen dichter op elkaar moeten worden geplaatst. Dat maakt weliswaar dat er meer antenne-elementen kunnen worden gebruikt bij een antenne (c.q. een terminal) van dezelfde omvang, maar de mogelijkheden voor o.a. filtering zijn weer beperkter. Daarnaast is het bereik van de millimeterfrequenties veel beperkter dan de 3,5 GHz-frequenties, waardoor er relatief minder efficiëntie gehaald hoeft te worden uit het spectrum: het spectrum kan immers op een kortere afstand hergebruikt worden. Juist bij de 3,5 GHz-band is de hergebruikafstand relatief groot, en is de rol van (MU-)MIMO van belang om hoge capaciteit te behalen.

Dialogic innovatie ● interactie

Voor MIMO is de antenneconfiguratie aan de kant van de antenne-installatie (aantal verzend- en ontvangstantennes, aangegeven met de notatie ‘x x ’) het meest bepalend voor de sectorcapaciteit. Ook de specificatie aan de terminalkant (2R of 4R is gangbaar) is bepalend (en leidt tot een verschil in efficiëntie tussen terminals). Hoe groter het percentage terminals met een hogere orde MIMO-variant, hoe hoger de spectrale efficiëntie van de sector als geheel.

In de modellering hanteren we steeds een iets conservatievere schatting, die we vaststellen op basis van feedback van de operators en hun (praktijk)ervaring. De belangrijkste kengetallen die in onze modellering zijn gehanteerd zijn de volgende.

ITU geeft voor 5G-technologie (IMT-2020) een aantal richtgetallen. [67] Hoewel de standaarden aan deze richtgetallen voldoen worden de doorvoersnelheden in de praktijk niet altijd onder alle omstandigheden gehaald. Onderstaande Figuur 32 toont inschattingen van Nokia ten aanzien van de spectrale efficiëntie van verschillende radiotechnieken bij verschillende vormen van MIMO. Ook deze cijfers moeten worden gezien als een hoogst haalbare efficiëntie in ideale praktijksituaties. Hierin is de invloed van de MIMO-variant aan beide zijden overigens zeer goed zichtbaar.

In een stedelijk scenario komt LTE uit op maximaal ±5,12 bit/s/Hz/cel bij 32T32R. Bij 16T16R (met een terminal met 4T4R) komt LTE uit op 1,21,7 bit/s/Hz/cel (bij ISD van 750 meter). In Massive MIMO-scenario’s (64T64R) is op basis van LTE tot 78 bit/s/Hz/cel haalbaar.

LTE In de modellering is (tenzij anders aangegeven) een gemiddelde van 1,73 bps/Hz gehanteerd voor LTE (2020).

5G NR In de modellering is (tenzij anders aangegeven) een gemiddelde van 5 bps/Hz gehanteerd voor 5G NR. 5G NR haalt maximaal een gemiddelde doorvoersnelheid van 7,73 bit/s/Hz/cel in de downlink in stedelijke omgevingen bij 32T32R (uplink: 5,54 bit/s/Hz/cel). et inzet van ‘ assive I O’ (64T64R) en kleine afstanden tussen antenne-installaties (ISD van ~200 meter) is 12,75 bps/Hz/cel een haalbare waarde, wanneer er voldoende verticale spreiding van gebruikers is. Op basis van 4T4R haalt 5G NR maximaal ongeveer 2,8-3,8 bit/s/Hz/cel (bij 2R aan de terminalkant ongeveer 3 bit/s/Hz/cel). We gaan ervan uit dat in de periode 2021 t/m 2026 het huidige LTE-spectrum geleidelijk zal worden ingezet op basis van 5G NR. De gemodelleerde efficiëntie voor dit spectrum laten we navenant stijgen door de jaren. Inzet van DSS (dynamic spectrum sharing tussen LTE en 5G NR) verandert niets aan deze modellering; DSS maakt het voor operators mogelijk om niet per band te hoeven kiezen tussen 5G NR of LTE, wat de efficiëntie als het ware nog beter mee laat groeien met de adoptie van 5G NR in toestellen (een DSS-carrier waarvan voornamelijk LTE-toestellen gebruik maken is iets minder efficiënt dan een reguliere LTE-carrier vanwege de overhead van de 5G NR-carrier). Inzet van technologie

Figuur 32 Inschattingen spectrale efficiëntie van verschillende radiotechnieken bij verschillende vormen van MIMO (bron: [68])

Dialogic innovatie ● interactie

Massive MIMO Ten aanzien van inzet van Massive MIMO door de operators nemen we in de modellering het volgende aan:

53

1. Massive MIMO wordt uitsluitend ingezet op drukke locaties (in Nederland in de praktijk evenementenlocaties, stadscentra, stations, et cetera). Het betreft 15% van de locaties (samen verantwoordelijk voor 50% van het verkeer). 2. Operators hebben (na de Multibandveiling 2020) beperkt spectrum vrij voor 5G en kunnen dit zeer beperkt inzetten met MIMO (beperkt tot 4T4R of 8T8R). Small cells Ten aanzien van de uitrol van small cells door de operators nemen we in de modellering aan dat een small cellstructuur voor een operator interessant wordt zodra de macrocellaag niet verder geüpgraded kan worden om aan de vraag te voldoen (een operator zal deze enkele jaren vooruit anticiperen). Millimetergolfspectrum We nemen aan dat operators millimetergolfspectrum inzetten vanaf macrosites zodra dit beschikbaar is en nodig is vanuit capaciteitsoogpunt. Door deze inzet kan een deel van de vraag worden afgewikkeld via het 26 GHz-spectrum, waardoor andere banden worden ontlast. De hoeveelheid verkeer die kan worden afgewikkeld via de 26 GHz-band hangt af van twee parameters: (1) de dekking van de 26 GHz-band en (2) de adoptie van de 26 GHz-band in toestellen.

Het percentage verkeer dat wordt afgewikkeld via de 26 GHz-radiolaag is naar schatting de vermenigvuldiging van deze twee percentages (met uiteraard een behoorlijke mate van variatie vanuit gebruikersperspectief: buiten de stad, inpandig en tussen hoge gebouwen zal de dekking direct wegvallen). Dekking van de 26 GHz-band Op basis van een analyse stellen we vast dat maximaal ongeveer 50% van het totale verkeer zou kunnen worden afgewikkeld via de 26 GHz-band, wanneer alle toestellen deze band zouden ondersteunen Hierbij is gekeken naar het percentage oppervlakte dat gedekt zou worden door een dergelijke uitrol. We gaan hierbij uit van de binnenstad van Amsterdam en de (huidige) macrosites van de operator met het hoogste aantal opstelpunten in dat gebied. Andere operators hebben minder macro-antennes en komen op een lager percentage uit (aanname: 20%). Wanneer we deze percentages wegen naar rato van marktaandeel schatten we dat in het beste geval, in de binnenstad van Amsterdam en op basis van de huidige (macro-)antenne-opstelpunten van de operators, de gemiddelde dekking circa 33% bedraagt. Vermenigvuldigd met het 54

adoptiecijfer (percentage toestellen dat de 26 GHzband ondersteunt) leidt dit tot een netto percentage van het verkeer dat via de 26 GHz-laag kan worden verwerkt. Adoptie van de 26 GHz-band in toestellen Op dit moment is ondersteuning voor de 26 GHzband alleen aanwezig in specifieke versies van highend toestellen. Voor onder andere de iPhone die eind 2022 zal worden aangekondigd wordt verwacht dat dit zo blijft. Mid- en low-end toestellen met ondersteuning verwachten we 1 tot 2 jaar later. De reden hiervoor is primair dat de hardware en bijbehorende licenties nog relatief duur zijn. We verwachten dat de adoptie versnelt zodra uitrol van 26 GHz op grote schaal plaatsvindt (bijvoorbeeld in Azië; in NoordAmerika wordt de 28 GHz-band gebruikt, dit zou een effect kunnen hebben wanneer de industrie tendeert naar één serie hardware met ondersteuning voor beide banden). Vanwege de vervangingscyclus van toestellen (tegenwoordig tussen de 3 á 4 jaar) duurt het even voordat alle toestellen de 26 GHz-band zullen ondersteunen. We modelleren de adoptie als een S-curve die loopt van 5% in 2022 tot 80% in 2027. Clustering van antenne-installaties De installaties uit het Antenneregister worden op twee manieren geclusterd: 1. Antenne-installaties die gezamenlijk op een pand staan (dakopstellingen) worden tot één antenneopstelpunt gerekend. 2.

Antenne-installaties die niet op een dak staan, worden geclusterd tot een straal van 40 meter. Dit is met name om afwijkingen in de coördinaten in het antenneregister te corrigeren. In heel veel gevallen staan de verschillende antenne-installaties van bijvoorbeeld één vakwerkmast op net afwijkende coördinaten geregistreerd. Hierna volgens enkele voorbeelden om de uitkomsten van deze clustering inzichtelijk te maken.

Dialogic innovatie ● interactie

Figuur 33 Clustering van antenne-installaties op een gezamenlijk pand (bron: Google Maps, Antenneregister en analyse Dialogic)

Op de locatie uit Figuur 33 staan in totaal acht installaties geregistreerd op twee puntlocaties. Deze clusteren wij tot één antenne-opstelpunt (blauw), aangezien zij op één dak gesitueerd zijn.

Figuur 35 Clustering van antenne-installaties binnen een straal van 40 meter op twee dichtbij zijnde locaties (bron: Google Maps, Antenneregister en analyse Dialogic)

Op de locaties uit Figuur 35 ontstaan na de analyse twee clusters met respectievelijk drie en vier antenne-installaties. Dit blijkt een juiste uitkomst, aangezien het in de praktijk ook echt twee opstelpunten betreft: een vakwerkmast (oranje cirkel) en een variant waarbij de antenne-installaties in een reclamezuil (paarse cirkel) zijn verwerkt.

Vertaling aantal sectoren met capaciteitstekort naar aantal installaties Om het aantal sectoren met een capaciteitstekort te vertalen naar het aantal benodigde antenne-installaties (rode pijlen in Figuur 30), hanteren wij de volgende rekenregels: Figuur 34 Clustering van antenne-installaties binnen een straal van 40 meter (bron: Google Maps, Antenneregister en analyse Dialogic)

Op de locatie uit Figuur 34 staan in totaal tien installaties geregistreerd op drie puntlocaties. Deze clusteren wij tot één antenne-opstelpunt (geel), aangezien zij op allemaal binnen een straal van 40 meter van elkaar geregistreerd zijn. Dit komt ook overeen met de werkelijkheid, aangezien zij allemaal aan één vakwerkmast (en dus één opstelpunt) zijn bevestigd.

Dialogic innovatie ● interactie

1. Als één sector afzonderlijk een capaciteitstekort kent, dan wordt hier één nieuwe antenne-installatie voor gerekend. 2. Indien twee aaneengesloten sectoren een capaciteitstekort kennen, dan wordt hier één nieuwe antenne-installatie voor gerekend. 3. Indien drie aaneengesloten sectoren een capaciteitstekort kennen, dan tellen we 1½ opstelpunt. 4. Indien vier of meer aaneengesloten sectoren een capaciteitstekort kennen, dan delen wij het aantal volgelopen sectoren door drie om tot het

55

aantal nieuwe installaties te komen, waarbij wij dit getal naar boven afronden.

installaties. De correctiefactor zou daarmee op 0,73 uitkomen.

Vertaling antenne-installaties naar antenneopstelpunten

Verplichtingen van de 700 MHz-vergunningen

Het vraag-aanbodmodel en de analyse van de dekkings- en snelheidsverplichting leiden tot een aantal benodigde nieuwe antenne-installaties. Om het aantal benodigde antenne-installaties om te rekenen in het aantal benodigde opstelpunten, passen wij een correctiefactor voor site sharing toe (de paarse pijlen in Figuur 30).

Het door Agentschap Telecom opgestelde meetprotocol beschrijft de wijze waarop de dekkingsverplichtingen uit de 700 MHz-vergunningen worden getoetst. [19] Kort samengevat bepaalt het protocol dat er vanuit een auto op verschillende locaties een download wordt uitgevoerd. Minimaal 98% van de downloads moet daarbij een gemiddelde snelheid van 10 Mbit/s of hoger halen. Onze analyse is erop gericht om te bepalen hoeveel antenne-opstelpunten er nodig zijn om deze toets te laten slagen voor de drie operators.

Gemiddeld deelt een operator in 36% (variërend van 24% tot 46%) van de gevallen een opstelpunt met één andere operator en in 22% (variërend van 18% tot 25%) van de gevallen een opstelpunt met twee andere operators. Dit heeft Dialogic berekend op basis van het Antenneregister en de eerder uitgelegde clustering. We verdelen de realisatie van de nieuwe gedeelde opstelpunten gelijk over de deelnemende operators. Dat betekent dat een operator een derde van de 22% van de (met drie gedeelde) masten realiseert en de helft van de 36% van de (met twee gedeelde) masten realiseert. Netto komt dit op een correctiefactor tussen de 0,6 en 0,7 bij de realisatie van nieuwe opstelpunten. Dat betekent dat wanneer de operators samen 100 nieuwe antenne-installaties nodig hebben, er tussen de 60 en 70 nieuwe opstelpunten worden gerealiseerd. We gaan er hierbij vanuit dat site sharing in dezelfde mate plaatsvindt als tot en met 2020 het geval was. Het aantal antenne-installaties blijft echter altijd de bovengrens. In het voorbeeld van 100 antenne-installaties zijn dus maximaal 100 antenne-opstelpunten nodig. Kijken we naar de data voor september 2020, dan zien we naar schatting 11.500 antenne-opstelpunten (voor LTE, op basis van clustering; zie Figuur 10). Op hetzelfde meetmoment telden we 15.682 antenne-installaties. Het aantal antenne-opstelpunten ligt hier 27% lager dan het totaal aantal antenne-

55

We redeneren vanuit LTE omdat dit in de periode 20212022 de dominante technologie zal blijven. Inzet van 5G NR verhoogt weliswaar de theoretische snelheid dicht bij de mast, maar presteert aan de celranden vergelijkbaar met LTE.

56

Er is ook gekeken naar de 2G- en 3G-dekkingskaarten. Wanneer een operator op een bepaalde locatie wel

56

Om een meting te laten slagen moet het mobiele netwerk aan twee eisen voldoen: dekking en capaciteit. Dekking Er moet dekking zijn van een combinatie van spectrum en technologie waarmee 10 Mbit/s of meer kan worden gehaald. Hoe groter de afstand tussen gebruiker en antenne-installatie, hoe lager de maximaal haalbare snelheden. Gelet op de efficiëntie van LTE 55 en de gemiddelde afstanden tussen antenne-installaties in Nederland stellen we vast dat wanneer er dekking is gerealiseerd, 10 Mbit/s in alle gevallen theoretisch haalbaar is. De capaciteit van de cel speelt in deze gebieden geen beperkende rol. Om te bepalen hoeveel nieuwe antenne-opstelpunten de operators (ongeveer) nodig zullen hebben om te voldoen aan de dekkingsverplichting gekoppeld aan de 700 MHz-vergunningen, is voor één operator handmatig geanalyseerd welke nieuwe antenne-installaties er nodig zouden zijn. Voor deze operator is de eigen (openbare) dekkingskaart voor 4G (LTE56) als uitgangspunt genomen. Hierin is per dekkingsgat gekeken wat er nodig zou zijn, vanuit het perspectief van een netwerkplanner, om de dekking te verbeteren. Het streven daarbij is zo goed als volledige

2G/3G-dekking kon realiseren maar geen LTE-dekking is aangenomen dat ook LTE-dekking kan worden gerealiseerd dor LTE-apparatuur te plaatsen op de betreffende opstelpunten waar de operator al wel 2G/3G-apparatuur heeft staan.

Dialogic innovatie ● interactie

outdoordekking. Dit is hoger dan het in de vergunning vereiste niveau. De analyse is uitdrukkelijk zo uitgevoerd om een bovengrens te kunnen stellen aan het aantal nieuw benodigde antenne-opstelpunten. Zoals in het meetprotocol wordt toegelicht zijn Natura 2000-gebieden uitgesloten van de dekkings- en snelheidsverplichting. In onze analyse is hier rekening mee gehouden: we hebben dekkingsgaten die volledig in een Natura 2000-gebied vallen, niet ‘ingevuld’. Dekkingsgaten die deels in een atura 2000-gebied vallen, maar ook bewoonde gebieden bedekken, zijn wel ingevuld. Eventueel nodige nieuwe antenne-installaties worden, waar mogelijk, geplaatst op een al bestaand antenne-opstelpunt. Waar dit niet kon is een nieuw antenne-opstelpunt getekend op de kaart. Hierbij is, waar mogelijk, rekening gehouden met de beschikbaarheid van WAS-palen die mogelijk kunnen worden omgebouwd tot antenne-opstelpunt voor mobiele netwerken. Figuur 36 toont een voorbeeld van deze analyse in de gemeente Bronckhorst. Rondom de bebouwde kern zijn enkele dekkingsgaten te zien. In één van de dekkingsgaten kan deze operator het dekkingsgat invullen door een opstelpunt te delen (het is uiteraard nog wel de vraag of dit ook fysiek mogelijk is: er moet ‘plek’ zijn op een mast, bijvoorbeeld). In de andere dekkingsgaten is een nieuw opstelpunt nodig.

Nieuwe site nodig, nieuw opstelpunt nodig Nieuwe site nodig, co-locatie (waarschijnlijk) mogelijk Bestaande site van deze operator Bestaande site van andere operator

Huidige dekking goed (indoor en outdoor)

Huidige dekking matig (outdoor)

Figuur 36 Voorbeeld modellering nieuwe opstelpunten ten behoeve van dekkingsverplichting 700 MHz voor een operator

Dialogic innovatie ● interactie

Uiteraard kunnen de operators nieuw te plaatsen antenne-opstelpunten delen. Op basis van de dekkingskaarten van de operators concluderen we zelfs dat veel van de ‘dekkingsgaten’ voor de verschillende operators overlappen. Als er een nieuwe mast moet worden geplaatst kan deze dus door alle betreffende operators worden gebruikt. In de totale schatting van het aantal daadwerkelijk benodigde nieuwe antenne-opstelpunten is dit uiteraard meegenomen. Capaciteit Er moet genoeg capaciteit in de betreffende cel zijn om daadwerkelijk 10 Mbit/s te kunnen leveren. Om aan een gebruiker aan de rand van een cel 10 Mbit/s te leveren is meer radiocapaciteit nodig dan aan een gebruiker die zich vlak naast de mast bevindt. In het capaciteitsmodel (zie elders) rekenen we daarom met een gemiddelde capaciteit, die rekening houdt met de verdeling van de vraag over een cel. Het meetprotocol schrijft voor dat op willekeurige punten wordt gemeten. De verdeling over de cel zou dan dus gelijkmatiger zijn dan in de praktijk (waarbij gebruikers zich concentreren rond bijvoorbeeld kernen en centra). Het meetprotocol sluit echter ook bepaalde gebieden (zoals Natura2000-gebieden) uit en meet steeds vanaf (een maximale afstand van) de openbare weg.

Aan de andere kant is de gemiddelde verdeling van de vraag conservatief (in ons model rekenen we bijvoorbeeld met de hoogst denkbare vraag per vierkante kilometer – in de praktijk zal de hoogst denkbare vraag echter nooit gelijktijdig kunnen voorkomen voor alle vierkante kilometers). We achten het daarom realistisch om de gemiddelde capaciteit als uitgangspunt te nemen. Een meting slaagt wanneer er ten minste 10 Mbit/s gemiddelde capaciteit is in de betreffende cel. In het extreme geval waarin een cel volledig gebruikt wordt, zou er 10 Mbit/s overcapaciteit moeten zijn ten opzichte van de vraag op moment van meten. Op basis van ons model stellen we vast dat het aannemelijk is dat er in 2022, na het bouwen van de (op basis van dekking bepaalde) extra opstelpunten, er in meer dan 98% van de cellen minimaal 10 Mbit/s overcapaciteit is in het meest pessimistische scenario (hoogste waarde in het combinatiescenario).

Dekking van 5G NR in 3,5 GHz De downlinkdekking van 3,5 GHz wordt aangenomen vergelijkbaar te zijn met de uplinkdekking van LTE 1800. [69]

57

Wij stellen niet dat er echte verdichting (cell spit) nodig zal zijn, maar stellen wel dat we her en der wat invulantenne-installaties verwachten i.v.m. dekkingsissues op 3,5 GHz. In sommige cellen is er wel capaciteit nodig, en bevindt een deel van de vraag zich (inpandig) buiten de 3,5 GHz-dekking, waardoor de lagere banden overbelast kunnen raken. Een extra invulantenne-installatie brengt dan goede 3,5 GHz-dekking in dat gebied. Figuur 31 onderbouwt deze aanname; getoond wordt een onderzoek van Qualcomm naar de dekking van een 3,5 GHz-radiolaag op basis van bestaande opstelpunten.