ENGINEERINGNET.BE - Niet alleen telecomtoepassingen, maar ook radarinstallaties, satellietcommunicatiesystemen en analoge radio en tv maken ervan gebruik.
Om interferentie tussen al die signalen te vermijden, wordt elke frequentie in een bepaald gebied vaak exclusief toegewezen aan één technologie/operator. Dat zorgt echter voor inefficiëntie: zelfs als een operator even niet op een bepaalde frequentie actief is, dan nog kan niemand anders die gebruiken. De komst van de 5G-technologie maakt dat probleem nog urgenter.
Zitten mobiele operatoren in de problemen?
Zitten mobiele operatoren straks dus zonder bandbreedte? Niet meteen. Veel datavretende apps worden immers vaak thuis, via wifi, gebruikt.
Dat dreigt echter te veranderen onder impuls van 5G en applicaties met strikte kwaliteitsvereisten. Denk aan AR- en VR-toepassingen, of aan een voetbalstadion waar duizenden fans tegelijk op een (hogedefinitie)cameranetwerk willen inloggen om live in te zoomen op de actie op het veld.
En er is meer dan enkel de spectrumschaarste. Elke operator die vandaag de gebeurtenissen in en rond dat stadion in beeld wil brengen, moet daarvoor zijn eigen netwerk uitrollen; een netwerk dat zware piekbelastingen aankan, zelfs als het maar sporadisch wordt gebruikt.
Al die factoren dwingen operatoren om creatief met de beschikbare frequenties om te gaan en meer samen te werken.
De rol van de regulator: spectrum delen of opnieuw toewijzen
Regulatoren zoals het Belgische BIPT, die toezicht houden op de verdeling en het gebruik van het spectrum, hebben twee opties om de spectrumschaarste aan te pakken.
Ten eerste kunnen ze frequenties opnieuw toewijzen. Dat is wat het BIPT onlangs deed met de 3400-3800 MHz band. Oorspronkelijk werd die gebruikt voor het aanbieden van analoge televisie, een dienst die de laatste jaren echter grotendeels werd vervangen door kabel-, internet- en satelliettv. Het BIPT besliste daarom de frequentieband voortaan voor te behouden voor 5G-communicatie.
De tweede aanpak, spectrum delen, is een stuk complexer. Het idee is dat meerdere toepassingen (of operatoren) een frequentie kunnen delen, zolang de oorspronkelijke (primaire) gebruiker daarvan geen hinder ondervindt.
Om dat efficiënt, en op grotere schaal, te kunnen doen, is geautomatiseerde coördinatie een must. Vandaar het belang van collaboratieve intelligente radionetwerken (CIRNs). Zij zijn uitgerust met radio’s die voortdurend het spectrum afspeuren en slimme, autonome beslissingen kunnen nemen. Ze maken daarbij gebruik van geavanceerde AI-algoritmes die de zendpatronen van primaire gebruikers leren te voorspellen.
Gedeeld spectrum, gedeeld succes?
Operatoren zijn initieel misschien terughoudend om frequenties te delen uit vrees voor interferentie, maar eigenlijk kan het hen net een voordeel opleveren.
Neem bijvoorbeeld een winkelcentrum met drie concurrerende mobiele operatoren die elke hun eigen netwerk uitrollen zonder hun capaciteit ooit volledig te benutten. Door samen te werken en spectrum te delen, zouden ze efficiënter kunnen werken, een optimale service bieden en kosten besparen. Maar om dat vlot te coördineren, heb je dus CIRNs nodig.
Een CIRN met de naam ‘SCATTER’
Onderzoekers van IDLab – een imec-onderzoeksgroep verbonden aan de UGent en de Universiteit Antwerpen – hebben zo’n innovatieve CIRN-architectuur ontworpen én experimenteel gevalideerd. De architectuur, met de naam ‘SCATTER’, bevat radio's die zijn uitgerust met geavanceerde, zelflerende AI.
In een eerste stap verzamelen en delen ze locatiegegevens, interferentiemetingen en frequentieparameters om de samenwerking tussen toepassingen/operatoren te vergemakkelijken. Vervolgens leren de AI-algoritmes bestaande transmissies te herkennen en hen met hoge nauwkeurigheid en in real time te voorspellen. Het is een aanpak die heel effectief blijkt om interferentie te vermijden.
SCATTERs geheime ingrediënt: een op-maat-gemaakt computermodel
Om telecomtransmissies te identificeren, hun zendpatronen te begrijpen en te kunnen reageren op veranderingen, is snelheid van handelen een must.
Uit eerder onderzoek bleek echter dat bestaande computermodellen – ook al werden zij specifiek ontworpen om patronen in radiosignalen te herkennen en te classificeren – niet in staat zijn om die taak in real time (in minder dan één seconde) uit te voeren. Daarom ontwikkelde het SCATTER-team een model dat minder complex is én betere prestaties levert.
Zo slaagt SCATTER erin om radiotransmissies in minder dan 300ms en met een nauwkeurigheid van meer dan 95% te herkennen en te voorspellen. Dat betekent dat operatoren die van eenzelfde frequentie gebruik maken gedurende 95% van de tijd zonder enig conflict hun klanten van voldoende bandbreedte kunnen voorzien – wat een prima startpunt is.
De volgende stap: standaardisatie
Wat brengt de toekomst voor SCATTER en andere AI-gebaseerde CIRNs? We zien vandaag dat de 3GPP-standaardisatieorganisatie alvast is begonnen met het integreren van intelligente radiocomponenten en -functies in haar volgende releases. En dat hoeft geen verrassing te zijn, want het inbouwen van meer intelligentie in het netwerk – onder meer op basis van AI-gebaseerde CIRNs – is uiteindelijk in het beste belang van mobiele operatoren. Een nieuwe bladzijde in het verhaal over spectrumdelen wordt dus volop geschreven!
Miguel Camelo werkt als onderzoeker bij IDLab, een imec-onderzoeksgroep verbonden aan de UGent en de Universiteit Antwerpen. Zijn onderzoek focust op de ontwikkeling van toegepaste kunstmatige intelligentie in communicatienetwerken.
Kadertekst:
Waarom zouden operatoren zich beperken tot het delen van spectrum?
Zelfs wanneer operatoren de tools in handen krijgen om op een efficiënte manier spectrum te delen, dan nog blijft de uitrol van mobiele netwerken een zware investering. In drukke steden – met duizenden betalende gebruikers – is die businesscase op termijn weliswaar positief. Maar in landelijke regio’s (eenzelfde investering voor slechts een fractie van dat aantal klanten) staat het terugverdienmodel onder druk.
Het onlangs afgeronde imec.icon ‘5GECO’-project onderzocht daarom of ook andere assets op een intelligente manier gedeeld kunnen worden – gaande van de antennemasten en basisstations, tot en met elementen dieper in het netwerk.
Miguel Camelo: “Door hun infrastructuur actief te delen, kunnen operatoren een betere balans vinden tussen kosten en opbrengsten. Netwerkdelen kan op verschillende niveaus, maar tijdens het ‘5GECO’-project hebben we gefocust op twee specifieke invullingen ervan: een eerste benadering waarbij één radio- en transportnetwerk door meerdere providers wordt gebruikt, en een tweede case met een zogenaamde ‘neutral host’. Die neutrale speler is verantwoordelijk voor het uitrollen, het uitbaten en het onderhouden van (delen van) het netwerk, en stelt het – tegen betaling – ter beschikking van de mobiele operatoren in een bepaalde regio.”
Het spreekt voor zich dat zoiets in goede banen leiden – waarbij iedere operator krijgt wat hem toekomt – een enorm complexe oefening is. Het vereist extra intelligentie doorheen het netwerk, zodat de verschillende componenten continu informatie met elkaar kunnen uitwisselen. Technologieën zoals SCATTER zullen dan ook fundamenteel zijn om het principe van netwerkdelen succesvol in de praktijk te brengen.
Miguel Camelo: “We zijn ongelooflijk enthousiast over het feit dat we tijdens het ‘5GECO’-project samen met onze partners Accelleran, Citymesh en Nokia Bell Labs hebben kunnen aantonen dat netwerkdelen – in zijn verschillende vormen – een werkbare oplossing is. Dat Vlaanderen hierin het voortouw kan nemen, is toch wel uniek. Het getuigt van de telecomexpertise die hier verankerd is, en geeft het lokale ecosysteem inzichten waarmee het verder aan de slag kan.”
Toch is netwerkdelen – ondanks de positieve projectresultaten – nog niet voor morgen. Er kwamen ook een aantal aandachtspunten bovendrijven.
“De nood aan aangepaste bedrijfsmodellen is er daar één van. Zonder een duidelijke businesscase (wie betaalt wat?) krijgt immers geen enkele technologie voet aan de grond. En ook het gebrek aan een regelgevend kader is op dit moment een belemmering: dankzij 5GECO weten we alvast wat er technisch mogelijk is op het vlak van netwerkdelen, maar nu moet ook de regulator dringend gaan nadenken over hoe zoiets praktisch geïmplementeerd kan worden. Alleen zo kunnen we de brug slaan tussen onderzoek en de praktijk”, besluit hij.
