De 2.4GHz band en LTE

Niet iedere gebruiker van Wi-fi of Bluetooth weet wat “2.4GHz ISM band” betekent maar het belang van die band is voor velen duidelijk: er is een grote verscheidenheid aan draadloze producten die deze band gebruiken – van Wi-Fi tot gehoorapparaten. Soms wordt vergeten dat deze band eigenlijk bedoeld was voor Industrial, Scientific en Medical toepassingen – daaronder valt ook de magnetron in de keuken. In 1985 begon de FCC met het toelaten van radioapparatuur in die band – en wel licentie-vrij. Dat beleid werd overal in de wereld nagevolgd en dat leidde tot een explosie van nieuwe toepassingen – waaronder Wi-Fi, Bluetooth en vele andere handige technologien en producten. 30 jaar na de openstelling van deze band is de economische en sociale waarde van deze band dan ook enorm. Kijken we naar de EU en uitgaande van ~150M wooneenheden, ~ 5 SRDs per eenheid en een prijs van ~ 50 euro per eenheid dan geeft dat een geïnstalleerde waarde van zo’n 37.5 miljard euro. Voor de zakelijke markt geldt een zelfde soort getal – de aantallen zijn lager maar de kosten per installatie veel hoger. Een terugverdien tijd van 3 jaar geeft een gegenereerde economische een rond 12 miljard per jaar. Deze cijfers zijn niet precies maar de order van grootte klopt wel. Daar komt nog bij dat veel zakelijke gebruikers maar ook veel consumenten afhankeljk geworden zijn van SRDs – en dat geldt zowel voor Wi-Fi als hearing aids en vele vormen van SRDs daar tussen. Neem die SRDs weg of beperk hun toepassing en je hebt een groot en publiek probleem.

Zulk breed gebruik van SRDs heeft ook nadelen – de dichtheid kan lokaal hoog zijn en slecht afgestelde apparatuur kan lokaal desastreuze gevolgen hebben – zie mijn vorige blog – maar de band blijft bruikbaar voor andere SRDs, iets dat niet lijkt op te gaan voor LTE systemen in de aangrenzende banden. In de aanloop naar de veilingen van 2.3GHz spectrum voor LTE blijkt dat LTE femtocellen en handsets veel storing kunnen veroorzaken in de 2.4GHz band. Gegeven het vermogen van 200mW en de korte afstanden – denk aan je Bluetooth earphone en de LTE handset van de man naast je – dan is storing via zijbanden te verwachten en gevoelige ontvangers lopen het risico “dichtgedrukt” te worden of op z’n minst een stuk ontvangstbereik te verliezen. Er zijn compatibiliteits-studies gedaan en met name de UK heeft gericht onderzoek laten doen met Wi-Fi, Bluetooth en ZigBee als “slachtoffers”. Die studies lieten zien dat het allemaal wel mee zou kunnen vallen: Bluetooth had weinig last, ZigBee iets meer en de metingen op een spoorwegstation lieten zien dat er op Wi-FI niet veel effect te zien was – logisch als de backhaul DSL capaciteit op zo’n locatie laag is. Op die studies is dus wel wat af te dingen maar er is meer: In die studies is onvoldoende gekeken naar batterij gevoede SRD apparatuur met een grote gevoeligheid en die daardoor kwetsbaar is voor storing – waaronder door een sterk verhoogde ruisvloer en/of door ontvangerblokkering. Beide kunnen veroorzaakt worden door LTE.

De oorzaak van storingsgevoeligheid van veel SRDs ligt niet in slordige ontwerpen of goedkope uitvoeringen maar in de noodzaak om drie factoren te balanceren: een laag stroomverbruik, een goed bereik en kleine afmetingen – en dat in een omgeving waarin een grote verscheidenheid aan andere spectrumgebruikers actief is. Die afweging geldt voor alle batterij-gevoede SRDs – gehoorapparaten en medische implants maar ook smartphones en sensoren voor smart buildings. Iedere SRD ontwerper moet de optimale balans kiezen voor een gegeven toepassing of marktsegment. Een Wi-Fi zender/ontvanger in een access point heeft een veel grotere marge dan die van een smartphone – en de ontwerpvrijheid verschilt navenant. Dat zelfde geldt voor een smartphone ten opzichte van een gehoorappraat – bij de laatste zijn afmetingen en stroomverbruik doorslaggevend. Bij sensors zijn zowel bereik, stroomverbruik en kosten kritisch. Het is daarom niet mogelijk om een standaard recept of voorschrift voor storingsgevoeligheid te maken dat recht doet aan die complexiteit en productvariatie. De komst van LTE in de 2.3GHz band en de 2.5GHz band verandert daar niets aan.

Wat we wel zien gebeuren is dat men probeert strenge “kwaliteitseisen” op te leggen aan die gevoelige SRDs. Wat onvriendelijker gezegd: de LTE voorstanders proberen storing door LTE te camoufleren door strengere ontvanger-eisen op te leggen aan SRDs in de 2.4GHz band. Gezien de gigantische aantallen van reeds in gebruik zijnde SRDs is dat geen goed idee maar ook naar de toekomst gezien is het niet slim, mede gezien de opkomst van het “Internet of Things”: kosten en energiegebruik van SRDs zullen toenemen en het werkbereik zal afnemen. Op deze vorm van waardevernietiging zit niemand te wachten; er moet dus een oplossing gevonden worden. Dat e.e.a. pas nu duidelijk wordt – de technische eisen voor LTE liggen vast en licenties zijn of worden uitgegeven – is deels te verklaren uit het feit dat de 2.4GHz traditioneel gezien werd als een “rommelband” en niet als een kostbaar radio spectrum. Verder speelt de veelheid van instanties en commissies die zich met deze problematiek bezighouden een rol. Niet ieder bedrijf heeft de staf en de diepe zakken die nodig zijn om overal bij te zijn of zelfs maar alles te volgen. Ook de overheid moet keuzes maken en dus kunnen er zaken min of meer ongemerkt passeren.

Dat is jammer maar in dit geval is er is nog een mogelijkheid om de schade te beperken: de “RF spill-over” van LTE op 2.3GHz en 2.5GHz, met name van handsets, hangt mede af van de gebruikte kanaalbreedte. Door die te beperken tot 10MHz (i.pl.v. 15 en 20MHz) in de 20MHz onder en boven de 2.4GHz band wordt die spill-over aanzienlijk beperkt en dat helpt de SRDs gemeenschap. Een dergelijke maatregel is niet voldoende om het blocking probleem op te lossen, maar het helpt. De aanstaande Directive voor LTE2300 *) biedt en mogelijkheid die maatregel in te voeren zonder de bestaande toelatingseisen voor LTE appartuur te wijzigen. Voor de langere termijn blijft het nodig om dit onderwerp te volgen en mogelijk aan te dringen op verscherpte eisen voor LTE apparatuur. Als je belangen hier in het spel zijn dan is aandacht en actie geboden.
*) “Draft Commission Implementing Decision on the harmonised technical conditions for the use of 2300-2400 MHz band for terrestrial systems capable of providing electronic communications services in the Union”.

5 thoughts on “De 2.4GHz band en LTE

Geef een reactie

Your email address will not be published. Required fields are marked *