Onderzoek borging continuïteit van slimme meters in relatie tot de PAMR-vergunning

Momenteel gebruiken enkele elektriciteitsnetbeheerders frequentieruimte in de 450-470 MHz PAMR-band om miljoenen slimme meters draadloos uit te lezen. Frequentieruimte is schaars, en er dient dan ook continu een afweging te worden gemaakt tussen verschillende vormen van gebruik van spectrum.

De frequentievergunning aan de netbeheerders is onlangs verlengd tot 17 november 2024. Voor de wettelijk verplichte grootschalige uitrol van slimme meters is van belang dat de geplaatste en nog te plaatsen meters ook daarna kunnen blijven functioneren. Bij verlenging werd dan ook opgenomen dat bij een eventuele latere herverdeling van de frequentieruimte zo nodig nadere voorzieningen worden getroffen om de continuïteit van de betreffende slimme meters te borgen voor de periode na de verlenging. Daarnaast zal onderzocht worden hoe dit gerealiseerd kan worden op een wijze waarbij de frequentieruimte optimaal bruikbaar is, en waarbij marktpartijen zoveel mogelijk gebruik kunnen maken van de frequentieruimte, en kans maken om deze te verwerven.

Het onderzoek moet inzicht geven in hoe de continuïteit van betreffende slimme meters kan worden geborgd. Het onderzoeksrapport zal de opties daarvoor beschrijven. De onderzoekers kijken primair naar de technische mogelijkheden – frequentiegebruik en netwerktechnisch – en waar relevant naar andere aspecten zoals bedrijfseconomische en juridische aspecten. Het rapport vormt een van de bouwstenen voor een beleidsvoornemen en zal te zijner tijd door EZK openbaar worden gemaakt.

In het onderzoek wordt voortgebouwd op het (markt)onderzoek rondom de PAMR-band dat Dialogic samen met de TU/e in 2016 uitvoerde.

Frequentieruimte in de 450-470 MHz Public Access Mobile Radio (PAMR)-band wordt door energienetbeheerders momenteel gebruikt om een deel van de slimme meters van een draadloze verbinding te voorzien. Voor de wettelijk verplichte grootschalige uitrol van slimme meters is van belang dat de geplaatste en nog te plaatsen meters kunnen blijven functioneren. Het ministerie van Economische Zaken en Klimaat (EZK) vraagt inzicht in de mogelijkheden die er zijn ten aanzien van de frequentieruimte, waarbij continuïteit van betreffende slimme meters kan worden geborgd.

De hoofdvraag luidt:

Hoe kan de continuïteit (werking) van betreffende slimme meters worden geborgd voor de periode na 17 november 2024? Beschrijf de verschillende opties met voor- en nadelen, randvoorwaarden en de haalbaarheid.

Bevindingen

In Nederland zijn, en worden tot en met 2021, circa 4,3 miljoen slimme meters op basis van CDMA-technologie uitgerold. De netbeheerders beogen deze minimaal tot circa 2038 – 2040 in bedrijf te houden. CDMA-technologie is ‘end of life’. Noch de technologie, noch het netwerk zijn in staat om de communicatiebehoefte te dragen die wordt voorzien in de energietransitie. Daarnaast neemt de beschikbaarheid van CDMA-technologie (chipsets, modemmodules, netwerkapparatuur) de komende jaren verder af. De CDMA-meters zijn, zonder interventie op locatie, uitsluitend uit te lezen via CDMA in de PAMR-band. Vervanging (al dan niet van de communicatiemodule) behelst een omvangrijk traject en investering.

In de periode na 17 november 2024 zou de PAMR-band op verschillende manieren kunnen worden ingevuld. Uit het onderzoek volgt dat de haalbaarheid en risico’s ten aanzien van continuïteit bij verschillende invullingen afhangt van drie parameters:

  1. Hoeveel CDMA-carriers zijn er beschikbaar voor de slimme meter (binnen het ondersteunde bereik)? Zijn dit er twee, dan heeft dit geen impact op de continuïteit: de huidige situatie wordt voortgezet. Is dit er één, dan is een migratie van twee naar één carriers noodzakelijk. Dit vraagt het uitbreiden van de capaciteit van het CDMA-netwerk (door het bijbouwen van sites) en/of het migreren van meters naar een ander netwerk (om de druk op het CDMA-netwerk te verlagen). Daarnaast is een aanpassing in de configuratie van de CDMA-meters nodig (die op afstand is uit te voeren, maar minimaal enkele maanden tijd kost en beheersbare risico’s kent). Zijn er tot slot géén CDMA-carriers beschikbaar, dan dienen alle meters (of communicatiemodules daarin) te worden vervangen voor exemplaren die een andere vorm van connectiviteit ondersteunen.
  2. Wordt de PAMR-band verbreed (en, noodzakelijkerwijs om dit zinvol te laten zijn, de frequenties van CDMA-carriers aangepast)? Een aanpassing van CDMA-frequenties vraagt ten minste een update van de configuratie van de meter (“PRL-update”), een operatie met beheersbaar risico. Daarnaast kan de gevoeligheid van de CDMA-meter slechter zijn op andere kanalen (ook al worden deze ondersteund) dan de huidige, wat extra sites of netwerkoptimalisatie zou vragen.
  3. Hoeveel niet-colocated netwerken zijn actief in het spectrum rondom de CDMA-carrier van de slimme meter? Met niet-colocated wordt bedoeld: netwerken die geen gebruik maken van dezelfde basisstationlocaties. Wanneer een tweede netwerk niet-colocated is, dient rekening te worden gehouden met interferentie. Wanneer het nieuwe netwerk colocated is dan beperkt dit de problematiek, maar is mogelijk nog steeds lokaal sprake van beperkte capaciteit ten opzichte van een situatie waarin meer ruimte (guard band) is aangebracht tussen beide carriers.

Zonder een CDMA-carrier in de huidige PAMR-band zouden de netbeheerders vanaf 2024 de CDMA-meters niet meer kunnen uitlezen. Dit scenario vraagt vervanging van alle CDMA-meters of vervanging van een communicatiemodule. Wel stellen we vast dat het mogelijk is om over te stappen op één carrier in plaats van twee. Dit vraagt een investering in nieuwe sites, en/of het overzetten van een deel van de meters naar een ander netwerk. Wanneer een van de bestaande carriers wordt uitgeschakeld, ontstaat ruimte voor een tweede kavel in het spectrum.

Op welke wijze maken de betreffende slimme meters gebruik van de PAMR-frequentieband, en zijn zij daarvan afhankelijk? Wat zijn relevante ontwikkelingen?

De uitgerolde en nog uit te rollen CDMA-meters zijn in ieder geval afhankelijk van ten minste één CDMA-carrier in CDMA 450-spectrum (band 5/11 block C, vanuit de aanbesteding is alleen ondersteuning van de PAMR-band gegarandeerd). Is deze carrier niet beschikbaar, dan zullen de (communicatiemodules in de) betreffende CDMA-meters moeten worden vervangen. Hiervoor is inzet van een monteur op locatie nodig, en zijn er ontwikkelkosten.

Als meest relevante ontwikkeling zien we, naast de doorlopende uitrol van slimme meters en verwachte afname van beschikbaarheid van CDMA-apparatuur en -ondersteuning, een toename in de datavraag. Waar in eerste instantie één waarde per dag werd uitgelezen, is de vraag naar kwartierwaarden (ééns per dag opgehaald) groter dan verwacht door de netbeheerders. Er zijn daarnaast signalen dat ook vraag naar real-time “secondenwaarden” zal ontstaan, iets wat op basis van het CDMA-netwerk niet realistisch lijkt.

Welke aspecten zijn frequentie- en netwerktechnisch gezien van belang voor de continuïteit (werking) van de slimme meters?

Voor CDMA-meters geldt dat er (zoals hierboven aangegeven) tenminste één carrier beschikbaar moet zijn in het ondersteunde frequentiebereik (in ieder geval de PAMR-band, mogelijk CDMA-band 11 block C) met voldoende signaalsterkte. Daarnaast moet het netwerk voldoende capaciteit bieden (zowel in termen van aantal ondersteunde meters per cel als doorvoercapaciteit).

Vanuit netwerkperspectief betekent de doorlopende uitrol van CDMA-meters dat er verdichting moet plaatsvinden (het bijplaatsen van sites). Utility Connect is hier reeds mee bezig. Omdat er op dit moment twee carriers worden gebruikt, en de grenzen van de capaciteit van het huidige netwerk in zicht zijn, zou een overstap naar één carrier een nog verdere verdichting vragen in bepaalde gebieden.

Kijken we naar de gehanteerde communicatietechnologie dan valt op dat CDMA een beperkende factor vormt ten aanzien van het aantal slimme meters en de doorvoercapaciteit die per cel wordt ondersteund. Nieuwere technologieën als LTE-M en NB-IoT maken vele malen efficiënter gebruik van spectrum. We zien dat de grenzen van CDMA gezien de toenemende datavraag in zicht komen.

Los van de netwerktechnologie en de ‘legacy’ van geïnstalleerde CDMA-meters zien we geen redenen om aan te nemen dat het PAMR-spectrum noodzakelijk zou zijn om slimme meters uit te lezen. De band heeft als bijzondere eigenschap ten opzichte van andere banden dat deze minder uitdooft in dergelijke (indoor)situaties. Deze eigenschap moet echter worden gezien ten opzichte van de andere parameters die bepalend zijn voor dekking. Door het propagatiepad te verkorten (en dus meer sites te plaatsen) is dezelfde signaalsterkte te realiseren. We zien dat commerciële netwerken in hoger spectrum (bijvoorbeeld 800 MHz) een veelvoud aan sites hebben vergeleken met Utility Connect. Daar komt bij dat het linkbudget (of maximum coupling loss) van nieuwere technologieën als LTE-M en NB-IoT hoger ligt dan dat voor CDMA, waardoor de dekking verder verbetert.

Het uitlezen van slimme CDMA-meters is tot slot afhankelijk van de mobiele netwerkcode (MNC) 66, welke op dit moment aan Utility Connect is toegewezen. Er bestaan geen risico’s rondom continuïteit bij ander gebruik van deze MNC, zolang rekening wordt gehouden met enkele (technische) beperkingen bij dit gebruik (een uitwerking is te vinden in Bijlage 2).

Welke opties zijn er om die continuïteit na 2024 langer te borgen, binnen de frequentieruimte en eventueel daarbuiten?

De meest voor de hand liggende optie is om CDMA in de PAMR-band terug te brengen tot één carrier. In de vrijgekomen ruimte kunnen smalbandige technologieën worden gebruikt, zoals NB-IoT. In plaats van de CDMA-carrier kan ook een LTE-carrier worden geplaatst. De capaciteit hiervan kan niet volledig worden benut als gevolg van wederzijdse interferentie (dit effect is sterker indien de carrier niet co-located is). Wanneer de PAMR-band minimaal 170 kHz kan worden verbreed, kan (ook bij niet-colocated) de volledige capaciteit van de nieuwe LTE-carrier worden benut. Met verdere verbreding kan worden aangesloten op LTE-band 31. De impact van CDMA op het spectrum is daarmee tot het minimale gereduceerd, terwijl ruimte ontstaat voor maximaal twee operators op basis van LTE(-M) (1,4 MHz), of één operator op basis van 3 MHz.

In het geval er één CDMA-carrier zal zijn in de PAMR-band hoeven CDMA-meters niet te worden vervangen. Wel moet er worden geïnvesteerd in het CDMA-netwerk om voldoende capaciteit te kunnen bieden. Daarnaast moet er een update worden doorgevoerd op de meters. Modellen waarin een andere partij CDMA-dienstverlening gaat leveren zijn technisch gezien mogelijk (er is een update van de slimme metersoftware en uitwisseling van beveiligingsgegevens nodig).

Media-aandacht

Diverse media besteedden aandacht aan het rapport. Merk op dat de lezing van het rapport en conclusies van deze media niet noodzakelijkerwijs worden gedeeld door de onderzoekers.

  • Publicatienummer
    2019.111.1924
  • Publicatiedatum
    28 mei 2020
  •  
  • Projectnummer
    2019.111
  • Opdrachtgever(s)
    Ministerie van Economische Zaken en Klimaat
meer weten over dit onderwerp? Neem contact op met Tommy van der Vorst
Partner / senior adviseur