Inleiding: wat?
Dit voorjaar zul je weinig bijzonders merken aan mobiele netwerken. Masten staan of hangen erbij zoals altijd en je telefoon geeft op dezelfde manier bereik aan op hetzelfde netwerk. Toch begint dit voorjaar een nieuw tijdperk, want na jaren praten is het eindelijk zover: er wordt een begin gemaakt met 5g.
Tot nu toe was er sprake van harde overgangen tussen elkaar opvolgende mobiele netwerken. Voor 3g, toen umts, moesten providers vanwege de hogere frequentie nieuwe masten plaatsen in de Benelux en voor 4g gebruikten ze aparte frequenties. Het is lekker overzichtelijk; vanaf het moment dat je een telefoon en abonnement met 4g hebt, kun je op 4g. Voor 5g geldt dat niet. Hoewel de exacte specificaties nog niet zijn vastgesteld, sturen bedrijven er nu op aan dat 5g een lappendeken van technieken wordt, op veel verschillende frequenties. Een snellere variant van het huidige 4g zal ook 5g gaan heten.
De release is opgedeeld in stukken. Het eerste deel vindt dit voorjaar plaats. Dan stelt de 3GPP Release 14 vast: de release van netwerkspecificaties. Daarin legt de sector de basis voor 5g. Vervolgens komt met Release 15 de eerste 'echte' 5g-release en volgen de puntjes op de i met Release 16.
In de komende maanden begint dus het tijdperk van 5g. Het zijn geen telefoons die daar als eerste van gaan profiteren. De eerste producten die ervan kunnen profiteren, zijn auto's. De 'pre-5g'-release bevat onder meer een standaard om lage latency mogelijk te maken voor communicatie tussen zelfrijdende auto's.
De eerste fase: gigabitmodems
Laten we eerst een stapje terug doen. Tot nu toe ging elke generatie mobiel netwerk gepaard met een nieuwe technologie. De eerste generatie was analoog, de tweede digitaal. Met 3g kwam umts beschikbaar en later hsdpa; met 4g kwam lte in beeld en later lte-advanced.
Generatie |
In de Benelux gebruikte technologie |
1g |
nmt |
2g |
gsm, gprs, edge |
3g |
umts, hspa, hspa+ |
4g |
lte, lte-a |
Met 5g gaat die combinatie van een nieuwe generatie en een nieuwe radiotechniek overboord. Hoewel 5g een nieuwe generatie is en er sprake is van een nieuwe technologie met 5g-nr, waarbij nr staat voor new radio, zullen veel van de 5g-toepassingen werken op basis van allang bestaande netwerkstandaarden.
Zo komt er een geavanceerde versie van lte die 5g gaat heten. Na de eerste versie van lte kwam er iets wat providers in de Benelux lte-advanced zijn gaan noemen. Daarna kwam lte-advanced pro, dat geldt als opstap naar 5g. Op dit moment staan telefoons met lte-advanced pro op het punt van uitkomen. Op het Mobile World Congress in Barcelona, afgelopen week, lagen minstens twee voorbeelden: de Sony Xperia XZ Premium en de ZTE Gigabit Phone. Vermoedelijk komt daar eind deze maand een telefoon van een heel grote fabrikant bij; de Galaxy S8 heeft naar alle waarschijnlijkheid ook een gigabitmodem aan boord.
Die telefoons hebben een modem die bekend is gaan staan als 'gigabitmodem'. Hij biedt ondersteuning voor downloaden met minimaal 1Gbit/s en veelal uploaden met rond 150Mbit/s. Het halen van die hoge snelheden over lte kan door een combinatie van twee factoren. De eerste is de modulatie. Dat gebeurt nu veelal met 64qam, maar het kan met 256qam. Die techniek maakt onmiddellijk meer bandbreedte beschikbaar, omdat het moduleren efficiënter gaat.
De tweede is een geavanceerdere versie van carrier aggregation, het stapelen van frequenties. De telefoon en zendmasten maken op verschillende frequenties tegelijk verbinding met elkaar, waardoor veel hogere snelheden mogelijk worden.
/i/2001012079.jpeg?f=imagenormal)
Daarbij geldt: hoe meer frequenties er zijn om te stapelen, hoe sneller de verbinding is. Daarom zit in release 14 ook laa: license assisted access. Dat maakt 4g mogelijk op frequenties waarvoor providers geen licentie nodig hebben. Dat is momenteel vooral de 5GHz-band, die tot nu toe alleen in gebruik is voor wifi. Daarin is veel ruimte en niet bijster veel verkeer, dus het zou prima moeten passen.
Het probleem is dan natuurlijk wel dat mobiele netwerken en wifinetwerken in dezelfde band zitten. De technologie lost dit op door de mobiele netwerken te voorzien van ondersteuning voor listen-before-talk. Dat zit standaard niet in lte, omdat het nooit kanalen hoeft te delen met andere netwerken. In de 5GHz-band moet dat wel, dat eist de EU. De zender 'luistert' daarom of een kanaal bezet is en gaat alleen 'praten' met de telefoon als het kanaal vrij is. Dat systeem moet ook voorkomen dat thuisgebruikers met wifi last krijgen van de nieuwe 4g-implementatie. Als jouw router en hardware een kanaal gebruiken, zal de zendmast van de provider overschakelen naar een ander kanaal.
Die hoge snelheden zijn er niet alleen om jou sneller door je databundel heen te helpen door Facebook-video's in 360 graden en 4k te streamen. Ze maken ook meer capaciteit beschikbaar. Dat werkt grofweg zo: als jouw verbinding twee keer zo snel is als voorheen, ben je met het ophalen van dezelfde hoeveelheid data in de helft van de tijd klaar en dan kan een ander apparaat die verbinding weer gebruiken.
Hogere frequenties en meer apparaten
Sommige toepassingen zullen gebruikmaken van hogere frequenties. Die zogenaamde mmWave-toepassingen zitten op bijvoorbeeld 15 of 29GHz of zelfs nog hoger, op 37GHz. Vanwege de korte golven is het makkelijker om veel data te versturen, maar het bereik van zulke golven is natuurlijk een stuk minder.
/i/2001137181.jpeg?f=imagenormal)
Daarvoor is een nieuwe techniek nodig: beamtracking. Belangrijk daarbij is dat het zenden en ontvangen op dezelfde frequentie gebeuren: time division duplex. Op het ene moment is de frequentie in gebruik voor downloaden, op het andere moment is diezelfde frequentie in gebruik voor uploaden.
Dat is nodig, omdat up- en downloaden gaan via een beam. Zender en ontvanger zoeken eerst contact. Als dat is gelukt, zoekt de zender de ideale route voor de verbinding. Dat kan via een andere zender zijn of via een combinatie van zenders. Als dat ook is gelukt, gaat het zenden op hoger vermogen, maar dat gebeurt in een geconcentreerde straal alleen naar het apparaat. Als het apparaat zich verplaatst, herhaalt dit proces zich om de goede omstandigheden te vinden voor de nieuwe locatie.
Het is belangrijk dat up- en downloaden op dezelfde frequentie gebeuren, omdat die optimale route voor het versturen en ontvangen van data op een andere frequentie anders kan zijn.
/i/2001425831.jpeg?f=imagenormal)
Inmiddels is de hardware voor deze toepassingen al kleiner gemaakt en bijna klaar voor productie. Hierboven is de mmWave-antenne-array te zien die in gebruik is. Het is een array van 9x9 die in gebruik is als antenne; de buitenste puntjes zijn niet in gebruik, omdat de hardware om het goed te doen hetzelfde aantal 'buren' moeten hebben.
Dit lijkt heel klein, maar er is nog veel meer hardware nodig om dit allemaal te laten werken en aan te kunnen sluiten op de backbone van het netwerk. Uiteindelijk zal mmWave in gebruik zijn voor gespecialiseerde toepassingen, vooral binnen gebouwen of op drukke plekken. Het is niet logisch om dit in smartphones te zetten, omdat het bereik daarvoor aan de krappe kant is.
Meer apparaten
Uiteraard zal 5g werken op apparaten als smartphones, maar het is uitdrukkelijk gericht op meer soorten producten en een belangrijke soort is auto's. Auto's zijn al uit te rusten met 4g om bijvoorbeeld rechtstreeks realtimeverkeersinformatie en streamen van muziek mogelijk te maken, maar dat stelt uiteraard weinig eisen aan de verbinding.
Vermoedelijk wordt c-v2x onderdeel van 5g in een of andere vorm. C-v2x staat voor cellular-vehicle-to-everything. Dat moet ervoor zorgen dat auto's met van alles kunnen communiceren, iets wat vooral belangrijk zal zijn voor zelfrijdende wagens. Het lijkt erop dat het al gestandaardiseerde 802.11p, inderdaad een wifi-variant, als technische basis zal dienen voor communicatie van auto's in 5g. Dat werkt in elk geval veelal rond 5,9GHz.
Toepassingen voor 5g
Voor auto's zal 5g waarschijnlijk diverse toepassingen kennen. De meest logische en makkelijke is vehicle-to-network, de verbinding van de auto met het mobiele netwerk. Dat is nodig waarvoor het nu ook al nodig is: updates van kaarten binnenhalen, de verkeersdrukte doorgeven en verkeersinformatie doorkrijgen, evenals informatie over bijvoorbeeld de staat van de weg of wegwerkzaamheden doorseinen.
Daarnaast moeten auto's met mensen op straat kunnen communiceren: v2p, vehicle-to-pedestrians. Daarmee kunnen bijvoorbeeld ambulances alvast aan voetgangers en fietsers doorgeven dat ze eraan komen. Nu werkt dat ook prima met sirenes, maar een extra seintje kan in een noodgeval geen kwaad. Dat werkt via een doorontwikkelde versie van lte-broadcast, waardoor een ambulance met een druk op de knop een signaal via het mobiele netwerk naar apparaten in de buurt kan sturen.
Een nieuwe is vehicle-to-infrastructure. Die infrastructuur bestaat bijvoorbeeld uit verkeerslichten, die er op basis van het aanbod dat ze krijgen, voor kunnen kiezen om op een kruising groen te geven om de doorstroming te bevorderen. Ook kan het werken voor tolwegen en bij betalen voor parkeren. Dat werkt met een directe verbinding zonder tussenkomst van een zendmast: lte-direct. Met lte-direct is de verbinding tussen twee apparaten heel kort, van enkele meters tot maximaal enkele honderden meters. Dat houdt de latency uiteraard laag en heeft tot gevolg dat apparaten in het verkeer snel op elkaar kunnen reageren.
/i/2001249569.jpeg?f=imagenormal)
Nokia N95 (2007)
Het probleem van de toepassingen van 5g is dat bedrijven een netwerk voorbereiden waarvan ze, afgezien van bijvoorbeeld zelfrijdende auto's, geen idee hebben waarvoor het in gebruik zal zijn. Immers, de apparaten die volop gebruik gaan maken van 5g, zijn nog lang niet uitgevonden. Vergelijk het met het huidige 4g. Bedrijven ontwikkelden dat rond 2006 en 2007, in de tijd dat Apple zijn eerste iPhone presenteerde, Nokia de N95 uitbracht en Google sleutelde aan het nog niet uitgebrachte Android. De huidige toestellen met 4g, met grote schermen en hoge resoluties, waren toen nog ver weg en niet voor te stellen.
Het is dus nog een beetje koffiedik kijken, maar op basis van de huidige ontwikkelingen kun je natuurlijk al van alles proberen te voorzien. Een van de belangrijkste toepassingen is iets wat de de 3GPP 'pervasive video' noemt. Diensten die werken via schermen vlak voor de ogen, hologrammen en telepresence: het op afstand ergens digitaal aanwezig zijn. Dat soort zaken zullen enorme resoluties moeten hebben om er van dichtbij scherp uit te zien en daarom zal dat veel dataverkeer vergen.

De Jedi hadden duidelijk 5g. De bedoeling is dat vergaderingen waarbij mensen als hologram aanwezig zijn, werkelijkheid worden. Een 5g-netwerk moet de bandbreedte en lage latency bieden om dat mogelijk te maken.
Een ander scenario is minder spannend, maar even belangrijk. Dat gaat om remote computing, waarbij mensen via een mobiel apparaat toegang hebben tot de desktop op hun werk. Dat kan al, maar met hoge snelheid en lage latency moet het mogelijk zijn om zonder vertraging te werken, zelfs in treinen die tegen die tijd met snelheden tot vijfhonderd kilometer per uur door het landschap razen.
Tot slot denken providers aan het tactiele internet. Dat zijn toepassingen waarbij mensen op afstand echte of virtuele objecten besturen. Daarbij is het belangrijk dat de feedback voor wat een gebruiker doet er binnen een fractie van een seconde is, anders voelt de aanraking niet echt aan. Omdat 5g een latency onder de 1ms mogelijk moet maken, is het de eerste draadloze technologie waarmee dat moet kunnen.
Toepassingen van tactiel internet kunnen de opvolgers zijn van de huidige augmented-reality- en virtual-realitysoftware. Dankzij 5g zal het dan mogelijk zijn om in real time virtueel ergens anders te zijn, bijvoorbeeld bij een concert. Daarnaast kunnen robots in de toekomst baat hebben bij 5g. De providers denken dat robots niet alleen productiewerk zullen overnemen, maar in de toekomst ook als dienstverleners aan de slag gaan. De snelle verbindingen met lage latency maken dan snelle interactie mogelijk met op de achtergrond berekeningen die krachtigere hardware vereisen dan de robots zelf hebben: een soort robotische thin clients dus.
/i/2001425853.jpeg?f=imagenormal)
Robot Pepper in gesprek met Tweakers-redacteur Arnoud Wokke. Pepper kan 'emotioneel' reageren, maar dat gebeurt nog goeddeels lokaal en dus zonder 5g.
Tot slot
Op telecombeurzen als het Mobile World Congress is het al een paar jaar vergeven van de stands met 5g-demo's en panelgesprekken over toepassingen van het komende mobiele netwerk. Toch bleef het lang een droom, een reeks wensen waarvan niemand echt kon zeggen wanneer ze vervuld zouden worden en hoe dat eruit zou zien.
Nu de vaststelling van de 5g-standaard met rasse schreden nadert, zijn de demo's echt en is duidelijk te zien wat 5g precies zal inhouden. Het blijft ook niet bij praten; er zijn diverse providers in enkele landen die beginnen te experimenteren met technieken die 5g naar alle waarschijnlijkheid tot realiteit zullen maken. Zo begint Verizon in de Verenigde Staten met een proef met mmWave, voor het leveren van een alternatief voor de vaste internetverbinding aan bedrijven.
Verwacht ook volgend jaar een hoop poeha, want de Olympische Winterspelen vinden dan plaats in Zuid-Korea en het land zal door 5g klaar te hebben, willen laten zien dat het technisch vooroploopt. Dat zal door een gebrek aan tijd echter nog op beperkte schaal zijn. Twee jaar later zijn de zomerspelen in Japan en ook dat land heeft aangekondigd groots uit te willen pakken met 5g.
Er zijn ook proeven dichter bij huis. Diverse bedrijven zijn samengekomen in Noord-Groningen, maar de meest tastbare proef verloopt daar via lora, een techniek voor lowpowernetwerken voor sensoren. Dat is aardig, maar er zijn al enkele loranetwerken in Nederland in de lucht en een echte stap richting 5g is het nog niet.
Europese providers schatten dat het nog een jaar of vijf kan duren voordat apparaten en netwerken op grote schaal 5g ondersteunen. Door de lappendeken van technieken waartussen apparaten kunnen schakelen, moet het een netwerk worden dat altijd en overal aanwezig is. De beloftes zijn schitterend, maar zoals wel vaker zullen we moeten afwachten wat er in de praktijk van terechtkomt.
/i/2000586854.jpeg?f=imagenormal)