Inleiding: altijd bezig met opvolger
Op de telecommarkt verveelt niemand zich snel. De ene ontwikkeling is nog niet klaar of de volgende dient zich aan. Dat geldt niet alleen voor smartphones, maar zeker ook voor mobiele netwerktechnologie. We hadden in Nederland net 2g toen techbedrijven al bezig waren met wat toen nog vaak umts genoemd werd en nu meestal 3g heet. De veiling voor de benodigde frequenties vond in Nederland in 2000 plaats, zes jaar nadat het eerste gsm-netwerk live ging.
Het eerste 3g-netwerk ging vervolgens live in 2004, maar rond die tijd was de techsector alweer een stap verder. Veel bedrijven werkten aan varianten van 4g. Eerst leek het erop dat wimax, met Intel als belangrijkste ontwikkelaar, het zou redden, maar uiteindelijk kozen providers ongeveer vier jaar geleden massaal voor lte, dat we nu kennen als 4g. Overigens, wimax heet officieel ook 4g en volgens koepelorganisatie GSMA mogen providers zelfs 3g met een snelheid van 14,4Mbit/s en hoger als 4g aanduiden, maar gelukkig doen ze dat in Nederland niet.
De eerste stap naar een standaard die 1Gbit/s mogelijk maakt, is al gezet
Het is ook opvallend hoeveel snelheid telecomproviders nog uit bestaande netwerken weten te pompen. Gsm kreeg via gprs een internetverbinding en via edge verbindingen tot 384kbit/s. Met 3g gaat het nog harder. Dat begon met 384kbit/s, kwam enkele jaren na de introductie uit rond 2Mbit/s en kan inmiddels opgevoerd worden tot minimaal 42Mbit/s, meer dan honderd keer zo snel als in het begin.
Voor 4g geldt hetzelfde. Nu is de maximale snelheid op Nederlandse 4g-netwerken 50Mbit/s, maar in andere landen gaat het al tot 150Mbit/s en dit jaar komt daar lte-advanced bij, een technologie die snelheden tot 300Mbit/s mogelijk maakt. Op termijn gaat dat zelfs naar 450Mbit/s en wie weet wat daarna nog mogelijk is. De eerste stap naar een standaard die 1Gbit/s mogelijk maakt, is al gezet.
Nu 4g eenmaal op de markt is gekomen, denken techbedrijven alweer verder. Wie de volgende netwerktechnologie maakt, heeft immers een belangrijke positie op de markt. Andere bedrijven moeten licenties afnemen op '5g-patenten' en je kunt zelf als eerste hardware verkopen met de nieuwe standaard. Wie 5g uitvindt of ontwikkelt, kan dus een tijdje een grote rol spelen in de telecommarkt.
Nu is 5g nog geen netwerkstandaard en providers hebben nog geen keuze gemaakt op welke technologie ze hun 5g-netwerk gaan bouwen. Alles ligt dus nog open. Bedrijven en overheden investeren dan ook massaal in onderzoek naar 5g. Tweakers dook in de wereld achter de volgende netwerktechnologie en ontdekte dat 5g waarschijnlijk sneller zal komen dan 4g deed.
5g: nu vooral nog op papier
Hoe een netwerktechnologie uitgroeit van idee tot gebruikte technologie is een complex en vrij politiek proces. De vorige keer, bij de keuze tussen wimax en lte, bleek dat providers veel macht hebben over wat ze gaan gebruiken. Hoewel wimax sommige voordelen had, vooral dat het sneller klaar was voor echte toepassing, wilden huidige bedrijven in de telecomsector liever Intel er niet bij hebben. Intel is een machtig chipbedrijf en de telecomsector, waarin alle hardware sinds jaar en dag op ARM draait, hield het bedrijf daarom graag buiten de deur.
Daar kwam bij dat lte compatibel gemaakt kon worden met huidige 3g- en 2g-netwerken, waardoor gebruikers moeiteloos konden terugschakelen. Het technische en politieke argument samen maakten dat providers massaal kozen voor een paar jaar uitstel en het gebruik van 4g via lte, hoewel zowel wimax als lte is goedgekeurd als mobiele standaard. Zelfs providers die al gekozen hadden voor wimax, zoals het Amerikaanse Sprint, kwamen terug op die keuze.
Het is in het voordeel van providers als veel van hen voor dezelfde technologie kiezen. Het is lastig om diverse standaarden inclusief aparte antennes en hardware in een telefoon of tablet te stoppen. Hoe meer providers kiezen voor een bepaalde technologie, hoe meer dongles, telefoons en tablets ervoor worden gemaakt, en hoe goedkoper die apparaten zullen zijn. Goedkopere telefoons en tablets halen consumenten er sneller toe over gebruik te maken van het nieuwe netwerk, waarna de kosten sneller worden terugverdiend.
Om te beginnen stellen bedrijven vast wat 5g zoal moet kunnen en waaraan het moet voldoen. Ook bekijken ze hoe ingenieurs dat kunnen bereiken. Elk bedrijf kan apart van de andere proberen 5g te ontwikkelen, maar de 3gpp, de organisatie die standaarden voor de telecomsector keurt, zal een standaard eerder goedkeuren als er meer bedrijven achter staan.
Onder andere bedrijven in netwerktechnologie, zoals NSN, Ericsson en Huawei, houden zich ermee bezig, maar providers zelf zijn er ook vaak bij betrokken. Daarbij gaat het vooral om grote, internationale providers als T-Mobile en Vodafone. Ook makers van hardware, zoals Alcatel-Lucent en voorheen Nokia, zijn ermee bezig. Overheden investeren ook; de Europese Commissie heeft al 50 miljoen euro uitgetrokken voor de ontwikkeling van 5g, de overheid van Zuid-Korea doet daar een schepje bovenop, met een investering van meer dan een miljard euro.
/i/1391769914.png?f=imagenormal)
Het proces
Als de eerste ideeën op papier klaar zijn, gaan bedrijven testen. Vaak gaat het daarbij om laboratoriumtests met speciaal geprepareerde hardware en software. Na de laboratoriumfase gaan bedrijven over op veldtests, waarbij interferentie met andere netwerken een rol kan spelen. Als dat allemaal goed gaat, proberen ze het netwerk te laten functioneren in bijvoorbeeld een rijdende auto, waarbij het signaal van mast naar mast moet worden overgedragen; het gaat tenslotte om een mobiel netwerk.
Voorheen moesten providers in Nederland bij de introductie van een nieuw soort netwerk wachten op de overheid, die de frequenties veilde. Dat is niet langer het geval; de licenties van providers zijn zeventien jaar geldig en niet meer afhankelijk van een type netwerk. Dat betekent dat 5g direct gebruikt kan worden als de standaard klaar is en de apparatuur kan worden aangeschaft.
Providers gaan over als de netwerken de vraag naar data niet meer aankunnen
Wel moet de 3gpp het goedkeuren als standaard en moet er globaal worden afgesproken op welke frequenties de nieuwe technologie wordt gebruikt. Als elk land op een afzonderlijke frequentieband gaat zitten, wordt het moeilijk om hardware te maken die roamen mogelijk maakt. Zo werkt 4g veelal op 800MHz, 1800MHz en 2,6GHz; alleen de Verenigde Staten en China wijken daarvan af. Ondersteuning van ongeveer zeven frequenties is dus voldoende om zo goed als wereldwijde roaming aan te bieden.
Als dat allemaal in orde is, moeten toeleveranciers beginnen met het maken van hardware volgens een nieuwe standaard. Vaak zijn er eerst dongles verkrijgbaar. Later komen chipmakers met basebands waarin de nieuwe standaard wordt ondersteund, die dan worden gebruikt in apparaten. Dat proces kan een paar jaar in beslag nemen.
Bovendien zullen netwerkleveranciers apparatuur maken die werkt met de nieuwe standaard. Vervolgens beginnen de eerste providers met het op kleine schaal uitrollen van het nieuwe netwerk, gevolgd door een grotere uitrol. Langzaamaan gaan steeds meer providers over, zeker als ze zien dat de bestaande netwerken de vraag naar data niet meer aankunnen.
Pas dan komen de smartphones en abonnementen met 5g in de winkels te liggen en kan iedereen het nieuwe netwerk gaan gebruiken, eerst op de allerduurste smartphones en binnen afzienbare tijd ook op goedkopere modellen.
Waarvoor 5g nodig is
Bij de introductie van 4g gebruikte provider KPN een filmpje dat was opgenomen in 1999 en dat straatinterviews toonde. De geïnterviewden deden de mobiele telefoon af als 'onzin', want ze hoefden niet altijd bereikbaar te zijn, konden thuis ook bellen en anders stuurden ze wel een brief. Omdat we nu gemiddeld ongeveer 1,2 telefoon per Nederlander hebben, is het niet raar om aan te nemen dat vrijwel alle geïnterviewden van toen nu wel een telefoon hebben. De boodschap van KPN was dan ook dat mensen vaak nog geen idee hebben waarom ze later een bepaalde technologie noodzakelijk zullen achten.
Hetzelfde gebeurde met mobiel internet en 3g. Veel mensen hadden inmiddels wel een mobieltje, maar kijkend naar de vaak monochrome schermpjes met lage resoluties zagen mensen niet in wat ze ooit met 'mobiel breedband' zouden moeten. Dat sentiment veranderde pas toen flatfee-abonnementen mobiel internet betaalbaar en moderne smartphones mobiel internet nuttig maakten. Mensen bleken op hun telefoon graag files te checken, te kijken of het zou gaan regenen, nieuws te lezen, foto's te delen, Facebook te checken en te whatsappen, allemaal toepassingen die tijdens de veiling van de 3g-frequenties in 2000 nog niet bestonden of niet bekend waren.
De historische anekdotes maken dus duidelijk dat de technologie de toepassingen vooruit is; eerst komt het netwerk, dan de toepassingen. Daarom is het lastig om nu al te zeggen waarvoor 5g nodig zal zijn, maar je kunt je wel het nodige voorstellen.
Stel je voor dat de huidige technologie van gebogen schermen zich doorzet en dat die in 2020 buigbare smartphones mogelijk maakt. Dat is niet onvoorstelbaar; Samsung liet zo'n concept al zien in een video, terwijl diverse componenten al buigbaar gemaakt kunnen worden.
Buigbare schermen maken het mogelijk om grotere schermen in kleinere behuizingen te stoppen. Dan zijn telefoons met 10"-schermen die in je broekzak passen een reële mogelijkheid. Als dat gebeurt, zullen de resoluties van die grote schermen omhoog moeten. Als fabrikanten in 2020 een 4k-scherm op een 10"-telefoon zetten, heeft het scherm een ppi van 441, precies even hoog als recente 5"-smartphones met 1080p-schermen, die in het afgelopen jaar massaal verschenen.

Concept-telefoon en tablet in één van Samsung
4k-schermen vereisen echter ook dat alle graphics in 4g of meer verlopen. Mensen gaan 4k- of zelfs 8k-video schieten en uploaden, 4k-video's op YouTube bekijken of 4k-series en -films op Netflix. Als veel gebruikers dat tegelijk gaan doen, vereist dat ongelofelijk veel bandbreedte en capaciteit op mobiele netwerken en hun backbones.
Dit is alleen nog maar een toepassing die we nu al kennen en die nu al bestaat; YouTube heeft al filmpjes in 4k, Netflix begint binnenkort met 4k en de eerste telefoons die video's schieten in 4k zijn er ook. De toegenomen bandbreedte is er echter niet alleen voor videodiensten; alles is groter als de graphics in 4k moeten, ook sommige apps en alle firmware-updates.
Het is absoluut niet zo dat 5g nu al nodig is of zelfs in 2020 nodig zal zijn, maar zoals veel mensen zich nu hun dagelijks leven zonder 3g nauwelijks kunnen voorstellen, is de kans groot dat het met 5g ook zo zal gaan. Als de technologie er is, volgen de toepassingen en pas daarna het grote publiek.
Doelen van 5g
Met 5g wordt gemikt op downloadsnelheden van 10Gbit/s of meer. Een grote stap in downloadsnelheid en capaciteit is nodig, zodat providers de noodzaak zien om de technologie te gaan gebruiken. Als een oudere technologie ongeveer hetzelfde kan, waarom zouden providers dan upgraden?
De extra capaciteit is nodig om providers klaar te maken voor de verwachte toename van hardware met mobiele verbindingen. Daarbij gaat het niet alleen om smartphones en tablets, maar ook om andere consumentenproducten, zoals auto's en koelkasten. Daarnaast verwachten providers veel meer 'machine-to-machine'-communicatie, waarbij machines via het mobiele netwerk gegevens uitwisselen. Daarbij kunnen onder meer kleine apparaatjes worden gemaakt om bijvoorbeeld op meer plekken het weer in de gaten te houden, om orkanen en tsunami's beter te detecteren.
Ook moet de latency omlaag. Met 4g is de ping rond 30-45ms, op 5g moet dat terug naar maximaal 2-5ms. Dat heeft te maken met de mogelijke toepassingen. Zo moet 5g 'telepresence' mogelijk maken, waardoor robots met menselijke besturing op gevaarlijke plekken als kernreactoren en in de ruimte werkzaamheden kunnen uitvoeren. Ook kan die technologie gebruikt worden voor operaties op afstand, mits de menselijke besturing zo goed als realtime is, om risico's te beperken. Bovendien maakt de lage latency 'tactile internet' mogelijk: realtime-reactie van bijvoorbeeld fitness-sensoren die via internet verbinding leggen met databases of trainingsschema's en zo de gebruiker doorgeven of hij klaar is met trainen of langer moet doorgaan.
Als 5g gebruikt gaat worden voor kritieke werkzaamheden als operaties op afstand, is het belangrijk dat de verbinding niet wegvalt. Een van de belangrijkste aandachtspunten is daarom om het aantal storingen te verminderen, hoewel dat slechts in geringe mate aan de standaard ligt.
Een ander belangrijk doel is het verlengen van de accuduur. Apparatuur moet met dezelfde accu op 5g tien keer zo lang meegaan als op 4g. Dat moet vooral toepassingen mogelijk maken met apparatuur op bijvoorbeeld afgelegen locaties of locaties waar de accu moeilijk te vervangen is. Deze verbetering zou echter op smartphones en tablets ook welkom zijn.
Een laatste doel is privacy, mede ingegeven door recente onthullingen over grootscheepse spionage. Die onthullingen kwamen precies op tijd: nu zal 5g ontworpen worden met beveiliging en privacy als belangrijke factor, iets dat eerder als ondergeschoven kindje werd gezien.
Dat bedrijven en instellingen zich deze doelen stellen, betekent niet dat ze ook gehaald worden of direct bij de introductie van 5g al gerealiseerd zullen zijn.
Op dit moment is de grootste vraag of 5g een evolutie van 4g moet zijn of een breuk met het verleden. Het backwards compatible maken met bestaande netwerken maakt een makkelijkere overgang naar 5g mogelijk, maar belemmert wellicht de technologie, omdat fabrikanten en providers rekening moeten houden met de tragere netwerken.
Tot slot: even geduld aub
Door alle recente berichten, zelfs in mainstreammedia als kranten, zou je kunnen denken dat we binnenkort al kunnen overstappen op 5g. Niets is minder waar; bedrijven zijn bezig doelen op te stellen en de eerste stappen te zetten om 5g te realiseren. Er is zelfs nog geen naam voor de technologie.
De ontwikkeling van en overstap naar 5g kunnen wel sneller gaan. Toen bedrijven en instellingen aan 3g en 4g werkten, was de markt voor mobiel internet nog een stuk kleiner dan nu en waren ook de budgetten kleiner. Grotere budgetten maken meer mankracht en dus sneller onderzoek mogelijk.
Bovendien kunnen Nederlandse providers sneller overstappen. Ze hoeven niet meer te wachten op de Nederlandse overheid die frequenties voor de nieuwe technologie moet veilen. De huidige frequenties mogen gebruikt worden voor 5g of voor welke technologie ze zelf maar kiezen.
Desondanks gaan we 5g misschien pas in 2020 of later zien. Voor hetzelfde geld gaan de eerste Nederlandse 5g-netwerken pas live in 2022 of 2023. De investeringen in 4g moeten immers nog worden terugverdiend en 5g moet nog worden ontwikkeld. Toch lijkt 5g, met de huidige doelen van een veel snellere verbinding, lagere latency en veel langere accuduur, iets om naar uit te kijken. Het is echter nog maar de vraag hoeveel van die beloften de telecomsector uiteindelijk kan waarmaken.
/i/1391778365.jpeg?f=imagenormal)