Wat de opvolger van 4G precies zal worden weet niemand, maar de grote lijnen worden stilaan duidelijk.

Mobiele datanetwerken voldoen nauwelijks aan hedendaagse noden en zijn zeker ontoereikend voor de toekomst. Mobiel internet groeide vanuit het klassieke GSM-netwerk. Via WAP en Edge kon er in de vroege jaren gesurft worden en werd het mogelijk een MMS te versturen. Later zorgde 3G voor een ietwat betrouwbare dataverbinding waardoor het bijvoorbeeld mogelijk werd om video’s te streamen. 4G, intussen vrijwel over het hele land beschikbaar, is aanzienlijk sneller dan zijn voorganger maar is net zo min ontworpen voor de uitdagingen van de wereld van morgen.

Alles online

Voorlopig zijn het nog vooral smartphones en tablets die het mobiele internet gretig gebruiken, maar in de erg nabije toekomst zal zowat alles en iedereen online willen gaan zonder vaste lijn. Alle toestellen willen dezer dagen met elkaar en het internet verbonden zijn en die trend wordt enkel sterker. Niet alleen televisies, camera’s en koffiemachines bij je thuis willen online, ook je wagen heeft een simkaart, alsook alle andere wagens, verkeerslichten, verkeerscamera’s, sensoren in gebouwen en bruggen, alarmen van winkels en huizen enzoverder…

Vandaag is er al heel wat met het net verbonden, morgen wil waarschijnlijk alles een dataverbinding en daarop is 4G niet voorzien. Het 5G-netwerk moet toekomstbestendig zijn en fabrikanten zijn het er over eens dat dat drie dingen wil zeggen: 5G moet sneller zijn dan 4G, het netwerk moet meer capaciteit hebben en de latency moet omlaag.

Snelheid

Dat 5G sneller moet zijn dan 4G spreekt voor zich. Om een HD-video te streamen moet je, afhankelijk van de codec, een downloadsnelheid van pakweg 1,5 Mbps hebben. Voor Full HD-video wordt dat al snel het dubbele. Een Full HD-stream aan 60 frames per seconde vereist tot 9 Mbps. Dezer dagen neemt je smartphone echter in 4K op en zijn er zelfs al telefoons met een 4K-schermresolutie. Voor iets eenvoudigs als videostreaming in hoge resolutie heb je dus een mobiele verbinding nodig van enkele megabytes per seconde. Nu virtual reality voor een doorbraak staat en ook VR-video’s beschikbaar zijn om te streamen wordt het des te duidelijker dat 5G sneller moet zijn dan 4G wil het enkele jaren relevant blijven.

Capaciteit

Snelheid is echter niet alles. Eén smartphone voorzien van een ultrasnelle mobiele verbinding is geen groot probleem, iedere smartphone diezelfde snelheid op een stabiele manier bieden wel. Binnen enkele jaren zal jij heus niet de enige zijn die een 4K of zelfs 8K 360°-video wil streamen. Mensen die geen smartphone hebben, lijken stilaan van de aardbol te verdwijnen en zij die er wel één hebben raken steeds meer gewend aan het altijd online zijn. Sociale media en met name Twitter, Instagram en Facebook worden veelvuldig gebruikt om van alles en nog wat te delen en dat doen smartphone-eigenaars niet om beurt.

Foto’s en Video’s

Mark Zuckerberg, oprichter van Facebook en intussen ook eigenaar van Oculus, maakte zijn sociale netwerk al klaar voor de komst van 360°-camera’s zoals de Gear 360 en de Ricoh Theta. Met die toestellen kan je video’s maken waarin je kan rondkijken, en dankzij Facebook kan iedereen die video’s ook eenvoudig delen met zijn vrienden. Delen we vandaag een foto en een video van samen enkele megabytes, dan worden dat morgen een 360°-foto en een 360° 4K-video van enkele tientallen of honderden megabytes. Jij wil die online zetten terwijl je buur er één wil downloaden, zodat het netwerk langs alle kanten druk in de weer zal zijn.

Geen verzadiging

Een grote capaciteit moet dus veel snelheid naar veel toestellen brengen zonder verzadigd te raken, maar ook het internet der dingen mag hier niet uit het oog worden verloren. Naast de talrijke toestellen die samen veel internet willen, zijn er nog de duizenden sensoren en slimme apparaten die ten allen tijde hun status willen verzenden. Ook slimme videocamera’s moeten mee op het mobiele netwerk om zo data van het verkeer of een plein door te seinen en slimme wagens gebruiken het 5G-netwerk om met een centrale server, maar ook met elkaar te praten.

Die evolutie is nu al volop aan de gang maar binnen enkele jaren zal de nood voor een gespecialiseerd netwerk pas echt duidelijk worden. 5G moet voor de ontwikkelaars dus een standaard worden niet enkel voor mobiele telefoons, maar voor het verbinden van alles met alles, van de kleinste sensoren met datacenters tot 4K-camera’s met smartphones.

Latency

Met al die toestellen op het netwerk is verregaand en slim management essentieel. Voor heel wat toepassingen moet de latency immers naar beneden. Als de internetsnelheid het debiet is dat door een waterleiding stroomt, dan is de latency de tijd die het water nodig heeft om van de watertoren tot aan jouw kraan te raken. Wil je een video streamen, dan bepaalt de bandbreedte welke kwaliteit je kan bekijken en de latency hoe lang het duurt voor de stream kan beginnen.

Voor videostreaming is latency niet van levensbelang. Een seconde vertraging alvorens je 8K 360° 60fps 3D-stream op de trein begint, zal niemand echt opvallen. Slimme wagens die met elkaar en een centraal systeem communiceren, kunnen zich echter geen noemenswaardige latency veroorloven. De datapakketten die zij versturen zijn niet noodzakelijk groot maar het is van levensbelang voor de werking van het systeem dat ze snel op hun bestemming aankomen. Onderstaande video van een demo van Nokia op het afgelopen Mobile World Congress illustreert.

De wagens zijn in constante communicatie met elkaar via een gesimuleerd 5G-netwerk. Detecteert één wagen een probleem, dan reageren de anderen daar vrijwel onmiddellijk op om zo problemen en botsingen te vermijden. Zolang er zich geen onvoorziene omstandigheden voordoen zorgt de communicatie er voor dat ze elkaar vlot kunnen kruisen zonder tijd te verliezen.

Slim netwerk

Het 5G-netwerk moet voor bepaalde toepassingen dus een erg lage latency kunnen bieden. Dat wil in de praktijk zeggen dat het netwerk slim moet zijn. Internetverkeer heeft met dank aan de netneutraliteit een homogene waarde. De trafiek naar deze website is niet meer of minder belangrijk dan de Netflixstream van iemand anders. Data van wagens en sensoren die op het 5G-netwerk zitten, maken echter niet noodzakelijk gebruik van het internet zoals we dat kennen. Om efficiënt te zijn kan een 5G-netwerk dus wel prioriteiten geven. Communicatie tussen auto’s zal altijd een lage latency moeten hebben, terwijl de temperatuursensor in de tuin van Frank Deboosere misschien een microseconde langer kan wachten met het doorgeven van zijn recentste temperatuurmeting.

Omdat 5G zal cateren naar zowel je telefoon als de ontelbare verschillende apparaten van het IoT is een zekere intelligentie in het netwerk dus onontbeerlijk om latency laag te houden waar nodig. Idealiter is het 5G-netwerk natuurlijk zo krachtig dat alle toestellen ten allen tijde van de best mogelijke verbinding kunnen genieten, maar in de praktijk lijkt die ambitie te hoog gegrepen. Zo focussen Intel en Ericson onder andere op systemen die het netwerk zijn intelligentie moeten geven.

Combinatie

5G lijkt momenteel een technologie te worden die verbeteringen op het vlak van snelheid, capaciteit en latency met zich meebrengt door meerdere soorten verbindingen te combineren. Door bijvoorbeeld 3G-, 4G- en wifi-systemen te combineren in één netwerk, kan één toestel ten allen tijde van de optimale verbinding genieten. Vooruitgangen op het gebied van antennes en beamforming moeten dan weer voor betere mobiele verbindingen zorgen.

Het zal nog enkele jaren duren alvorens de 5G-standaard echt bestaat. De hele industrie probeert nu vast te leggen wat de precieze minimumvereisten zijn en hoe die verwezenlijkd zullen worden. Pas wanneer er een standaard is vastgelegd, zal ook de uitrol van het 5G-netwerk beginnen. De eerste prognoses verwachten dat dat ten vroegste tegen 2020 zal zijn.