Inleiding: eeuwige belofte
De Nederlandse providers gaan eindelijk op grote schaal 4g-netwerken aanleggen: KPN begint in februari met de grootschalige uitrol, Vodafone volgt een paar maanden later. Wanneer de andere providers die een 4g-netwerk mogen beginnen in Nederland, T-Mobile en Tele2, precies beginnen met de grootscheepse uitrol is nog niet bekend.
Daarmee gaat er in de komende jaren veel veranderen. De vierdegeneratietechnologie maakt nieuwe toepassingen voor mobiel internet mogelijk, verhoogt de snelheid en vergroot de netwerkcapaciteit, waardoor mobiel internet een stuk betrouwbaarder moet worden.
4g is echter niet nieuw. Tweakers.net schreef al in 2006 over de 4g-techniek lte en de concurrerende technologie Wimax werd zelfs al in 2003 voor het eerst genoemd - zelfs ruim voordat 3g-netwerken in Nederland in gebruik werden genomen.
Zoals met alle nieuwe technologie duurde het jaren voordat de standaard was uitgekristalliseerd en de providers het eens waren over de technische specificaties. In het geval van 4g kwam daar ook nog eens de strijd tussen wimax en lte bij; het heeft jaren geduurd voordat duidelijk was welke van de twee de nieuwe standaard zou worden.
In 2008 werden de eerste wimax-netwerken in gebruik genomen, onder meer in Rusland. Ook in Amsterdam werd, door het bedrijf Aerea, een begin gemaakt met een wimax-netwerk. Zo ergens rond eind 2009, begin 2010 werd echter duidelijk dat lte de bovenliggende partij was. Waarschijnlijk gaf de backwards compatibility met 3g-netwerken de doorslag: als een lte-toestel buiten bereik van lte-zendmasten raakt, kan het gesprek worden overgenomen door een 3g-netwerk, zonder dat de verbinding wegvalt. Dat bleek voor providers een factor van belang.
In sommige landen ging het vervolgens snel. In Zweden werd al in 2009 het eerste commerciële lte-netwerk in gebruik genomen. De Verenigde Staten volgden in 2011, toen Verizon Wireless en AT&T, de twee grootste providers, hun eerste 4g-netwerken in gebruik namen. In hetzelfde jaar stelde Verizon lte-ondersteuning verplicht voor elke nieuwe smartphone op het netwerk - behalve voor de iPhone.
In Nederland duurde het allemaal wat langer. De eerste lte-netwerken werden pas afgelopen voorjaar in gebruik genomen, en werken slechts in enkele steden. Bovendien werken ze op frequenties waarvoor weinig client hardware beschikbaar is en die binnenshuis weinig tot geen dekking bieden. In België ging de uitrol van 3g al langzaam, maar ook daar is 4g onderweg: de eerste kleinschalige 4g-projecten zouden daar dit jaar van de grond moeten komen.
Maar toch: 4g komt er eindelijk aan en Tweakers.net dook in de wereld van lte, op zoek naar meer duidelijkheid: waar komt lte vandaan, hoe zal mobiel internet veranderen en hoe snel is het eigenlijk in de praktijk?
Update 14 december: De frequentieveiling waarover in dit artikel wordt gesproken is inmiddels afgelopen. Het artikel is daarom van een update voorzien.

De historie
Mobiele telefonie begon eind jaren zeventig met nog volledig analoge netwerken. Het eerste netwerk was Jtacs: Japanese Total Access Communications System. Dat werd in 1979 in Japan in gebruik genomen. Begin jaren tachtig volgden de Scandinavische landen. Het waren netwerken die nu '1g' worden genoemd.
1973
Het eerste mobiele telefoontje werd gepleegd in 1973 door engineer Martin Cooper van Motorola. Daarbij moet je uiteraard niet denken aan de mobieltjes van nu: het prototype van de Motorola Dyna-tac woog 1,1 kilo. Cooper belde met Joel Engel, het hoofd van Bell Labs.

Martin Cooper met Motorola Dyna-tac, foto uit Businessweek, april 1973Alternatieven
De ontwikkeling van de mobiele telefoon en de bijbehorende netwerken stond los van de autotelefoons. KPN-voorloper PTT introduceerde in 1980 het ATF-1-netwerk voor autotelefonie en later volgende de ATF-2- en ATF-3-netwerken.
Het eerste digitale draadloze-telefoniesysteem in Nederland was GreenPoint, gebaseerd op CT2. Dat werd in 1992 ingevoerd. Midden jaren negentig maakten 60.000 Nederlanders daar gebruik van. Met deze PTT-dienst konden mensen bellen op plekken rondom GreenPoints. Het was dus geen landelijk dekkend netwerk, maar eerder een netwerk van hotspots zoals er nu wifi-hotspots bestaan.

De eerste digitale netwerktechnologie die bedoeld was om landelijk dekkende netwerken aan te leggen was gsm. In Nederland introduceerde KPN in 1994 het eerste gsm-netwerk; in andere landen was deze 2g-technologie toen al enige jaren in gebruik. De gsm-netwerken zijn nog altijd actief, al zal dat niet eeuwig duren.
Gsm: eindelijk overal bellen
Gsm staat voor Global System for Mobile Communications. Het klopt als je opmerkt dat je 'gsmc' krijgt als je dat afkort, maar van origine is gsm een afkorting van Groupe Special Mobile, een Parijse stuurgroep die in de jaren tachtig een 2g-standaard moest ontwikkelen. Toen deze gsm-standaard aansloeg, werd daar alsnog een interessanterige Engelse kreet bij verzonnen.

Een van de eerste gsm-telefoons die in Nederland verkrijgbaar was: de Nokia 2110. Foto: tweaker BrZGsm is misschien de bekendste toepassing van 2g, het is niet de enige variant. De grootste concurrent is cdma, wat staat voor code division multiple access. Cdma, waarvan de mobiele versie pas door Qualcomm werd ontwikkeld toen gsm al in gebruik was genomen, gebruikt een andere manier om de beschikbare frequentieruimte te verdelen tussen telefoons.
Mobiel internet: 3g
Omdat die methode beter werkt dan gsm, werd al snel besloten de cdma-technologie als basis te gebruiken voor 3g, dat w-cdma oftewel wideband-cdma werd genoemd. Deze technologie staat nu bekend als umts, en in een later stadium kwamen daar nog de snellere varianten hspa en hspa+ bij.
Het grote voordeel van umts was dat er meer data kon worden verzonden: de gsm-uitbreiding gprs was beperkt tot rond de 60kbps en het maximum voor 2g-verbindingen werd bereikt met Edge, dat snelheden tot 384kbps mogelijk maakte. De topsnelheid van hspa bedraagt echter 56Mbps en in theorie kan het zelfs nog sneller. In Nederland is het feitelijke maximum 28,8Mbps, maar in de praktijk wordt vaak 5 tot 7Mbps gerealiseerd.
De technologie
De basis: ip
Een mobiel netwerk verschilt in de basis niet veel van je wifi-netwerk thuis. Een groot deel van de internetverbinding verloopt via kabels, en bij de Nederlandse providers gaat het dan altijd om glasvezel. Die glasvezelkabels lopen van de centrales naar de zendmasten, die de 2g- en 3g-verbindingen maken.
Het grote verschil is dat de verbinding bij mobiele telefonie van mast naar mast overdraagbaar is, een absolute vereiste voor een mobiel netwerk. Een bijkomend voordeel van lte dat we al eerder noemden, is dat een lte-telefoontje kan worden overgenomen door een umts- of gsm-mast.
Een groot verschil tussen umts en lte is dat lte-verkeer volledig op het internetprotocol gebaseerd is, net als de rest van het internet. Gsm en umts zijn dat niet, en lte-verkeer heeft dus een lagere latency. In de praktijk betekent dat: lagere ping-tijden, en dat betekent weer dat real-time gamen bij lte-netwerken tot de mogelijkheden behoort.
Een ander voordeel is de capaciteit. Bij hspa wordt de capaciteit simpelweg verdeeld over de gebruikers, zodat de snelheid per gebruiker bij grote drukte onderuit kan gaan. Lte biedt providers meer mogelijkheden om dat in te stellen, bijvoorbeeld zo dat de pingtijden laag blijven, maar dat grotere downloads geknepen worden.
Er zijn grofweg twee smaken lte: fdd-lte en td-lte. Fdd staat voor frequency division duplex en houdt in dat downloads over een andere frequentie worden afgehandeld dan uploads. Dat maakt dat er meer frequentieruimte nodig is om een lte-netwerk te bouwen, maar in theorie is deze variant sneller dan td-lte.
'Td' staat voor time division; bij deze lte-versie worden afwisselend uploads en downloads via dezelfde frequentie afgehandeld. Hiervoor is minder frequentieruimte nodig, maar de snelheid is lager en de latency is hoger dan bij fdd-lte.

Frequenties: banden
Net zoals elke draadloze technologie werkt lte in een bepaald frequentiespectrum. Een 'frequentieband' bestaat uit een aantal frequenties, die onderling meestal 5MHz verschillen. De frequenties in bijvoorbeeld de 2100MHz-band kunnen allemaal door alle 2100MHz-toestellen gebruikt worden, zodat er in dezelfde frequentieband door een aantal telefoons tegelijk met één zendmast gecommuniceerd kan worden.
In veel landen worden de beschikbare frequenties periodiek door de overheid geveild, waarna providers die frequenties een aantal jaren mogen gebruiken. Dat is vergelijkbaar met de wijze waarop radiostations hun frequenties bemachtigen, al kunnen radiostations bestaande zendmasten gebruiken, terwijl telecomproviders voor elke nieuwe technologie weer nieuwe antenne-installaties moeten bouwen.
Niet alle frequentiebanden kunnen verhuurd worden. Sommige frequenties zijn bijvoorbeeld gereserveerd voor militair gebruik, en andere frequenties zijn juist voor algemeen gebruik bedoeld, zoals de 2,4GHz-band, die door zendamateurs, maar ook door bluetooth- en wifi-hardware wordt gebruikt.
Voor lte lijken in een groot deel van de wereld slechts enkele frequentiebanden te worden gebruikt, te weten 800MHz, 1800Mhz en 2600MHz. Dat betekent dat fabrikanten niet voor elk land een aparte versie van hun hardware hoeven te bouwen, immers: als een apparaat niet over de juiste antenne en de juiste software voor een bepaalde frequentie beschikt, werkt hij domweg niet. De lte-versie van de iPad zal bijvoorbeeld niet in Nederland werken, omdat de Apple-tablet alleen 700MHz en 2100MHz ondersteunt.
Een van de drie populaire lte-frequenties is in Nederland al in 2010 geveild: de 2600MHz-band. KPN, Vodafone, T-Mobile. Tele2 en Ziggo hebben inmiddels allemaal kleinschalige 2600MHz-netwerken. De 800MHz- en 1800MHz-frequenties worden dit najaar geveild en zijn veruit de interessantste. Lagere frequenties zijn beter binnenshuis te ontvangen en de signalen dragen ook verder. Dat betekent een betere dekking terwijl er minder masten nodig zijn. De 800MHz-frequenties, die voorheen voor analoge tv werden gebruikt, zijn dan ook veruit de interessantste frequenties en providers zullen daar naar verwachting hard om vechten.
/i/1344856863.gif?f=imagenormal)
Het nut
Snelheid
Met lte kan op termijn worden gedownload met snelheden van rond de 1Gbps. In het begin zal maximaal 30 tot 70Mbps worden gehaald, en in de praktijk zullen de snelheden lager liggen.
Die laatste snelheden zijn geen indrukwekkende verbetering van de 3g-topsnelheid van 56Mbps en ook de 5 tot 7Mbps die je in Nederland in de praktijk haalt, doet daar niet heel veel voor onder. Maar het is slechts een begin: 3g-technologie begon met maximumsnelheden van hooguit 384Kbps en werkt inmiddels 75 keer zo snel.
Van lte bestaat een geoptimaliseerde variant, die lte-advanced heet en die gigabitsnelheden mogelijk moet maken. Vermoedelijk wordt daarmee ook de topsnelheid van lte bereikt, maar dat is nog allerminst zeker. Lte-advanced zal volgend jaar in de eerste landen worden uitgerold en waarschijnlijk wordt dan dus duidelijk hoe snel 4g in de praktijk zal zijn.
Een downloadsnelheid van 1Gbps lijkt misschien te extreem voor mobiele devices, maar smartphones en tablets zullen zich in de komende jaren blijven ontwikkelen. Zo kan het streamen van 1080p-content mogelijk - en relevant - worden, en er worden ongetwijfeld nog tal van nieuwe toepassingen bedacht.
Ping
Een tweede verbetering heeft grote voordelen voor gamers: de latency van 4g-verbindingen ligt fors lager. Waar met 3g-technologie in feite alleen turn-based gamen mogelijk is - bijvoorbeeld schaken of kaarten - wordt het via 4g mogelijk om real-time tegen andere mensen te spelen in bijvoorbeeld een shooter of een racegame. Een lagere latency heeft natuurlijk meer voordelen, met niet als minste dat elke verbinding sneller tot stand komt.
Mobiel vervangt vast
Door de lage latency en de hoge snelheden is 4g op termijn een prima vervanger voor internet via kabel, adsl en uiteindelijk ook glasvezel. Dat is niet alleen prettig voor de mobiele eenentwintigste-eeuwer, maar brengt breedbandinternet ook definitief binnen bereik van mensen op afgelegen locaties, die nu vanwege de hoge kosten nog niet op de bekabelde netwerken zijn aangesloten.
Sterker nog, wellicht zullen providers 4g-breedband zien als vervanging voor bekabeld internet. Aanleg en onderhoud van glasvezel is duur en verloopt in Nederland niet bijzonder snel; het is goed mogelijk dat diverse bedrijven in 4g een goedkopere methode zien om snel internet bij de klant te krijgen.

Hands-on: 4g in Nederland
Zoals gezegd is 4g al beschikbaar in Nederland, via vijf testnetwerken van KPN, Vodafone, T-Mobile, Tele2 en Ziggo. Zij kochten in 2010 frequentieruimte op de 2,6Ghz-band. Een van de eisen die de overheid aan de verkoop van deze frequenties stelde, was dat er binnen twee jaar een kleinschalig netwerk zou zijn opgezet, waarvoor commercieel abonnementen zouden worden verkocht.
Wij kregen van Tele2 de kans om in ons hoofdkantoor in Amsterdam-Noord met 4g aan de slag te gaan. Tele2 levert zowel routers als dongles en de provider heeft bij Amsterdam CS ook nog een lte-mast staan. Omdat de 2,6GHz-band wordt gebruikt, is de ontvangst binnenshuis niet geweldig en het signaal is gevoeliger voor storingen. Gelukkig hadden we een zichtverbinding met de mast - die net als ons kantoor aan het IJ ligt - want er moest wel 1,5km worden overbrugd.
/i/1346925232.jpeg?f=imagenormal)
Tele2 verschafte ons een Huawei B593-router, die te zijner tijd ook aan de gewone consument zal worden aangeboden. Dit apparaat fungeert als gewone router, maar dan met een 4g-modem in plaats van kabel- of glasvezelondersteuning.
We hebben de router op diverse plekken in ons kantoor aangeslingerd, en wat als eerste opvalt, is dat de snelheid weinig constant is. Vaak blijft de snelheid steken op ongeveer 7Mbps down en 3Mbps up, maar soms haalden we ook makkelijk 35/20Mbps. Het record tijdens onze metingen bedroeg 45Mbps. Hij moest bij voorkeur vlak bij het raam staan voor een hogere snelheid.
De pingtijden verschilden evenveel als de snelheden, maar lagen over het algemeen veel lager dan bij 3g. De gemiddelde pingtijd zal ongeveer tussen 65 en 150ms hebben gelegen, terwijl over 3g pingtijden van meer dan 200ms volstrekt normaal zijn. Met deze tijden is online gamen goed mogelijk, maar de 4g-gamer reageert dus wel een tiende seconde later dan een speler die een glasvezelverbinding gebruikt. En dat is best veel. We hopen dat bij de grootscheepse uitrol op lagere frequenties ook de pingtijden naar beneden kunnen worden gebracht.
We hadden graag ook naar de ontvangst in de buitenlucht gekeken, maar we hebben de dongle van Tele2 helaas nog niet mogen ontvangen.
Tot slot: het komt
Met de komst van 4g zal 2g langzamerhand worden uitgefaseerd. Dat kan nog makkelijk een jaar of tien duren: niet alleen moeten alle consumenten de overstap naar nieuwere hardware maken, er zijn ook nog industriële toepassingen - zoals de onderlinge communicatie tussen trams - die niet van vandaag op morgen zullen zijn vervangen.
Ook zullen de lte-netwerken, als ze straks in Nederland in gebruik worden genomen, niet meteen in staat zijn om de vele beloftes direct in te lossen. De snelheden zullen niet ver boven die van 3g-communicatie liggen, terwijl de prijzen juist wel hoog zullen zijn. Het zal vermoedelijk wel een paar jaar duren voordat er hogere snelheden tegen lagere prijzen worden aangeboden.
Enerzijds moeten providers honderden miljoenen in hun netwerken investeren, en aan early adopters kan goed worden verdiend; anderzijds wordt de benodigde netwerkapparatuur met de jaren steeds goedkoper. Een netwerk heeft in elk geval gebruikers nodig om rendabel te worden; de grote vraag is dus vooral wanneer de prijzen wel móeten zakken om gebruikers binnen te halen. Net als bij 3g is dat moment echter onvermijdelijk.
Ook de komst van 4g zelf is onvermijdelijk. De experimentele netwerken liggen er al en die zullen stukje bij beetje worden uitgebreid, maar verwacht in eerste instantie niet te veel: het zal minstens een paar jaar duren voordat er zelfs maar bij benadering sprake is van landelijke dekking. Als 4g eenmaal wat verder doorontwikkeld en redelijk ingeburgerd is, zal het zijn meerwaarde ten opzichte van 3g echter probleemloos kunnen bewijzen. Maar tegen die tijd houden wij ons ongetwijfeld alweer bezig met wat 5g ons gaat brengen.