Onderzoek kosten netwerkverdichting 5G

Opdrachtgever: Ministerie van Economische Zaken en Klimaat

5G is de benaming voor een serie technieken waardoor mobiel Internet nog sneller kan worden en een nog grotere dekking kan krijgen. Een belangrijke basis is het gebruik van meer frequenties, zoals de 700MHz band die verder en beter door muren heen reikt en de 3,5GHz band, waarmee weliswaar kortere afstanden afgelegd kunnen worden, maar waarmee wel meer bits per seconde verstuurd kunnen worden. Naast het gebruik van meer frequentiebanden is een tweede methode om de dekking en snelheid te verbeteren het plaatsen van meer antennes zodat dezelfde frequenties op meer plaatsen kunnen worden ‘hergebruikt’. Dit wordt verdichting van het netwerk genoemd. De overheid is van plan om de nieuwe frequenties hiervoor in de komende jaren te veilen.

Het Ministerie van Economische Zaken en Klimaat vroeg Stratix in hoeverre er extra antennes geplaatst moeten worden en wat daar de financiële consequenties van zijn. Daarnaast vroeg ze ook in hoeverre de overheid kan helpen om deze kosten te beperken.

Stratix heeft voor de studie gebruik gemaakt van het 5G kostenmodel dat is ontwikkeld door dr. Edward Oughton van de Universiteit van Cambridge (Verenigd Koninkrijk) en dr. Zoraida Frias, Universidad Politécnica de Madrid (Spanje). Stratix heeft samen met hen het model passend gemaakt voor de Nederlandse situatie. Het team van Stratix werd verder bijgestaan door ir. Raymond Bouman (Rabión Consultancy) en drs. Kees Mulder MBA (Ascolo).

Het rapport is gepubliceerd op Rijksoverheid.nl.

Het in dit project gebruikte model heeft als input wat de kosten van 5G zijn, het percentage gelijktijdig gebruik, het aantal bestaande antenne opstelpunten en de locaties daarvan, de mogelijke dekking van een antenne en het investeringsbudget, spectrum per aanbieder en gebruikersdichtheid per geografisch gebied. Op deze wijze probeert het een zo optimaal mogelijke verdeling van antennes te realiseren, welke zo veel mogelijk gebruikers dekt met een zo goed mogelijke benadering van de doelsnelheid binnen het gestelde budget. Er is ook nog gekeken naar de verschillen tussen aanbieders met en zonder een eigen vaste netwerk. Hier blijkt iets verschil tussen te zitten, maar dit is niet zeer groot, vooral omdat alle mobiele netwerken hun bestaande sites toch al in grote mate verglaasd hebben en de bestaande vaste netwerken niet altijd eenvoudig bruikbaar zijn. Ook het gebruik van overheidsnetwerken (bijvoorbeeld Rijkswaterstaat) levert weinig op, aangezien deze gedeeltelijk al gebruikt worden (bijvoorbeeld voor antennes in portalen boven de snelweg) en omdat dit netwerk niet erg fijnmazig is, hetgeen voor 5G wel nodig is.

Waarom begint het model niet met het berekenen van het aantal benodigde antennes? De reden hiervoor is, als het doel bijvoorbeeld 100Mbps per actieve gebruiker is en het model haalt in een gebied op bepaalde plekken maar 99Mbps/gebruiker/km2, dat er dan een of meerdere antennes bijgeplaatst moeten worden. Deze extra antennes leveren een overcapaciteit in dat gebied. Door het investeringsbudget te limiteren (tot het huidige budget van 140M€/aanbieder/jaar) wordt het model gedwongen een zo optimaal mogelijke verdeling van capaciteit te realiseren, waar 99% van het doel soms ook goed genoeg is. Dit voorkomt dat er (vooral in rurale gebieden) teveel antennes geplaatst worden om het laatste stuk natuurgebied ook van een hoge snelheid te voorzien, want de gewenste snelheid zou daar zelfs bij 1 gebruiker/km2 niet gehaald kunnen worden. Het model begint daarom met een strategie voor spectrumintegratie op bestaande locaties ook wel “brownfield” genoemd omdat het een evolutie van een bestaande situatie modelleert Hierbij zijn we er vanuit gegaan dat een aanbieder toegang kan krijgen tot 50% van alle bestaande opstellocaties in het land). Doordat geen nieuwe sites worden gerealiseerd is deze strategie relatief goedkoop, maar niet altijd afdoende om het doel te realiseren. Het model heeft ook de optie om verdichting alleen kleine hoge snelheidscellen (small cells) bij te bouwen zonder spectrum integratie (hierbij wordt de benodigde extra capaciteit geleverd door nieuw te bouwen kleine cellen, ook wel ‘greenfield’ genoemd) of het combineren van spectrum en small cells. Bij deze laatste twee varianten gaat het model steeds verder verdichten om een zo optimaal mogelijke dekking te krijgen.

Overzicht van infrastructuurstrategieën

Waar in de meeste landen de 3.5 GHz band gebruikt wordt voor het faciliteren van ‘small cells’ is dit in Nederland niet overal het geval. In het model is daarom ook nog rekening gehouden met de beperking dat de 3.5GHz band niet gebruikt mag worden boven de lijn Amsterdam-Zwolle in verband met mogelijke verstoring van het satellietstation in Burum. Het is dan goed duidelijk dat de benodigde snelheden daar niet goed gehaald kunnen worden. Er moeten zonder gebruik te kunnen maken van de 3.5 Ghz teveel nieuwe locaties bijgebouwd worden. Het model kiest er dan ook voor om binnen het gestelde budget het noorden van Nederland niet van veel additionele capaciteit te voorzien, waardoor het capaciteitstekort daar oploopt. Zouden deze banden daar wel ingezet mogen worden, dan zal daar een vergelijkbaar beeld ontstaan als in de rest van het land. In het theoretische geval dat de 3,5 GHz-frequentieband (3,4 GHz – 3,8 GHz) in heel Nederland bruikbaar zal zijn, waarbij de kosten voor heel Nederland voor een hypothetische operator ruwweg worden geëxtrapoleerd, zou een uitrol van 5G met 300 Mbps aan klanten mogelijk zijn voor ongeveer 5 miljard euro per operator.

Op basis van de onderzoeksvragen en de gesprekken met het ministerie Van Economische Zaken en Klimaat zijn de volgende elementen gemodelleerd en specifiek geanalyseerd voor scenario’s voor de Nederlandse 5G-kostenstudie.

• Een minimale snelheid van 30 Mbps met een geografische dekking van 100%;
• Een minimale snelheid van 100 Mbps met een geografische dekking van 100%;
• Een minimale snelheid van 300 Mbps met een geografische dekking van 100%;
• Verschil tussen een mobile-only provider en een vast-mobiele provider (biedt zowel toegang over vast als mobiel netwerk aan);
• Beschikbare netwerkcapaciteit afhankelijk van geografische distributie van klanten

In onderstaand plaatje zijn aan de hand van bovenstaande uitgangspunten de modelresultaten gevisualiseerd voor de drie hier boven genoemde verschillende infrastructuur strategieën (spectrum integratie, small cell en hybride). Daarbij zijn de volgende verschillende scenario’s zichtbaar gemaakt: dekking van 30 Mbps voor een Mobile Only provider (1) en een vast mobiele provider (2), dekking van 100 Mbps voor een Mobile Only provider (3) en een vast mobiele provider (4) en dekking van 300 Mbps voor een Mobile Only provider (5) en een vast mobiele provider (6). Hierbij wordt geografisch een indicatie gegeven van de ‘capacity margin’, de plaatselijke over- of ondercapaciteit bij deze scenario’s.

Op basis van de berekende uitkomsten van de gemodelleerde scenario’s en varianten zijn ook de volgende elementen geanalyseerd en zijn waar mogelijk de kosten geschat:

• Impact van beschikbaarheid van 3,5 GHz frequentieband (3,4 GHz – 3,8 GHz) voor heel Nederland;
• Effect op de kosten van dekking van watergebieden zoals Markermeer.

Daarnaast is in parallel een kwalitatieve analyse uitgevoerd. Hierbij is niet specifiek gebruik gemaakt van een kostenmodel, maar waar mogelijk is de analyse wel mede geïnspireerd door ervaringen met de kostenberekeningsmethode voor 5G-netwerken in Nederland, en hielp het anderzijds om het model te checken en te verbeteren.

• Kwalitatieve analyse van de mogelijkheid om gebruik te maken van backbone-installaties van overheids/gemeentelijke/vervoersorganisaties (variërend van landelijk naar lokaal glasvezelnetwerk langs spoorwegen, snelwegen etc.); Hier blijken de effecten beperkt te zijn, omdat de overheidsinfrastructuur vooral ligt langs de hoofdroutes en deze netwerken vooral verdicht moeten worden in steden en op het platteland weg van de hoofdroutes.
• Kwalitatieve analyse van de effecten op extra kosten als gevolg van bouwvergunningen, milieuregelgeving, gemeentelijke regelgeving (gebaseerd op de nieuwe Omgevingswet). Gemeentes kunnen hun beleid verbeteren, maar de Omgevingswet geeft gemeentes de mogelijkheid om lokaal beleid in te vullen, dus het zorgt niet voor een nationaal uniforme oplossingen.

Het model laat zien dat als 30Mbps gevraagd wordt, dit in een groot deel van Nederland met de bestaande antennelocaties bereikt kan worden door middel van spectrumintegratie. Zodra hogere snelheden behaald moeten kunnen worden, dan ontstaat er een capaciteitstekort, waarvoor spectrumintegratie niet voldoende is en kleinere cellen in de 3.5Ghz nodig zijn. De splitsing tussen Noord-Nederland en de rest van Nederland wordt daarmee steeds zichtbaarder.