Stel je voor dat je gestrand bent in een stad met zes miljoen inwoners. Het is middernacht. U bevindt zich in een buurt die onveilig aanvoelt en u heeft dringend een routebeschrijving naar uw hotel nodig. Het zou gemakkelijk moeten zijn. Je haalt je smartphone tevoorschijn. Het apparaat belooft gedetailleerde, interactieve kaarten. Het zou je levenslijn moeten zijn.
Er is een vangst. Uw gegevensverbinding is tergend traag. Het kruipt. Je staart naar de laadcirkel totdat deze verdwijnt. Uiteindelijk geef je het dure gadget in je hand op. Je loopt naar een benzinestation en koopt in plaats daarvan een papieren kaart.
Zonder snelheid is je smartphone slechts een domme steen. Hoe geavanceerd de hardware ook is, deze is afhankelijk van een draadloos netwerk om te kunnen functioneren. Dat netwerk levert de gegevens – de levensader van het digitale tijdperk. De huidige generatie 3G-netwerken is naar historische maatstaven snel, maar levert vaak geen betrouwbare mobiele internetervaring.
Waar uw apparaat eigenlijk naar verlangt, is het soort snelle toegang dat u thuis op een desktop krijgt. Dit is mobiel breedband. Het heet 4G. En iedere andere persoon op straat heeft het ook nodig.
De data-explosie
De verschuiving in de manier waarop we telefoons gebruiken, gebeurde stil maar snel. In 2009 overtrof het netwerkverkeer voor mobiel breedband voor het eerst het spraakverkeer. De trend is sindsdien alleen maar versneld.
De verwachting is dat de vraag naar data in 2020 33 keer zo hoog zal zijn. Mensen kopen apparaten die enorme hoeveelheden bandbreedte verbruiken. Netwerken moeten gelijke tred houden, anders bezwijken ze onder het gewicht van hun eigen succes.
Dienstverleners, ook wel vervoerders of operators genoemd, afhankelijk van waar u woont, steken geld in dit probleem. Ze investeren zwaar in infrastructuur. Dit omvat de hardware en software die mobiele communicatie mogelijk maakt. Schattingen suggereren dat ze alleen al in de Verenigde Staten tot 53 miljard dollar zullen uitgeven.
Het doel is eenvoudig. Breid snellere netwerken uit. Dat betekent dat we in de richting van 4G -standaarden moeten gaan.
Het decoderen van de generatiekloof
Maar wat zijn 4G-netwerken precies? Waarom zijn ze het onderwerp van agressieve, luide reclamespots? Wat onderscheidt hen van de ouderwetse 2G-netwerken die voornamelijk spraakoproepen afhandelden? Hoe kun je een 4G-netwerk onderscheiden van 3G in de praktijk?
De antwoorden zijn zelden eenduidig. De wereld van 4G -technologie is vaak net zo desoriënterend als verdwalen in een megalopolis zonder online kaarten. De marketing is ingewikkeld. De acroniemen zijn compact.
We moeten het lawaai onderdrukken. Deze gids loodst je voorbij de techno mumbo-jumbo. We zullen u laten zien hoe deze gelikte snelheden het mobiele internet naar een nieuw tijdperk kunnen leiden. De evolutie is oneindig.
Draadloze ‘oneindige evolutie’
Draadloze netwerken zijn een rommelige mix van overlappende technologieën. De afkortingen worden snel verwarrend. Maar als u dat jargon weghaalt, blijft er één waarheid over: draadloze netwerken zijn radiosystemen. Voor de mechanische basisprincipes kun je kijken naar Hoe mobiele telefoons werken en Hoe smartphones werken.
Ongeacht welke norm uw regio domineert, u maakt deel uit van dezelfde mondiale golf. Er zijn wereldwijd bijna 6 miljard actieve mobiele telefoonabonnementen. Het mobiele gebruik neemt alleen maar toe.
Miljarden gebruikers eisen meer. Netwerken moeten zich aanpassen om de belasting aan te kunnen. Elke prestatiesprong wordt bestempeld als een nieuwe generatie.
De eerste generatie 1G -netwerken kwamen in de jaren tachtig op de markt. Ze waren analoog. Ze behandelden alleen spraakoproepen.
Digitale 2G nam begin jaren negentig de overhand. Het leverde basisgegevens op. U kunt sms-berichten verzenden en uw e-mail controleren.
3G -netwerken verspreidden zich begin jaren 2000. Mobiel internet werd werkelijkheid. U kunt op internet surfen en audio streamen. Het ging vaak tergend langzaam.
Consumenten wilden meer. Apparaten werden data-hongerig. De netwerkinfrastructuur begon te barsten onder de druk.
3G had een upgrade nodig. Draadloze netwerken moesten opnieuw evolueren. Sneller mobiel breedband was het doel.
Nu zijn de lijnen wazig. Er bestaat geen universele standaard voor 4G.
Systemen die sneller zijn dan 3G worden vaak 3.5G of 3.9G genoemd. Providers noemen het 3G+. Marketingteams noemen het gewoon 4G. Het is een marketingterm. Het betekent simpelweg sneller dan 3G. Niets meer.
Maar er zijn verschillende smaken van dit mobiele breedband. Het belangrijkste verschil ligt in de architectuur.
4G is All-IP
Oude netwerken waren afhankelijk van circuitschakeling. Het was een speciaal pad voor uw oproep. 4G is volledig IP. Er wordt gebruik gemaakt van pakketschakeling. Gegevens worden in stukjes opgedeeld. Het reist door het netwerk en komt weer in elkaar op de bestemming.
Deze verschuiving is van belang. Pakketschakeling is efficiënter. Het verwerkt tegelijkertijd spraak en data zonder bandbreedte te verspillen. Het maakt hogere snelheden mogelijk. Het ondersteunt complexe toepassingen.
Zie het als een snelweg. Oude netwerken hadden speciale rijstroken voor auto’s. Dankzij nieuwe netwerken kunnen bussen, vrachtwagens en sedans de weg efficiënt delen. Gegevens worden in pakketten verplaatst. Er wordt de snelste route genomen.
Dit is de reden waarom 4G-netwerken zo’n sprong in snelheid opleveren. Het gaat niet alleen om meer macht. Het is een slimmer systeem.
4G is niet alleen sneller. Het is een fundamentele architectonische verandering van circuitgeschakelde spraak naar pakketgeschakelde data.
Door de overgang van 3G naar 4G is het spraakknelpunt weggenomen. Spraakoproepen zijn nu slechts een andere vorm van data. Hierdoor is VoIP (Voice over IP) mogelijk. Het opent de deur voor videogesprekken. Het ondersteunt realtime gamen.
Vervoerders pushen 4G-marketing hard. Ze claimen revolutionaire snelheden. De prestaties in de echte wereld variëren. Het is afhankelijk van de drukte. Het hangt van de hardware af. Maar de onderliggende technologie is verschillend.
Oudere netwerken hadden last van latentie. All-IP-netwerken verminderen vertraging. Dit is cruciaal voor streaming. Het is van cruciaal belang voor clouddiensten.
Je ziet het verschil in het dagelijks gebruik. Webpagina’s laden sneller. Videobuffers minder. Apps voelen responsiever aan.
De terminologie is rommelig. Je hoort LTE (Long Term Evolution) rondslingeren. LTE wordt vaak beschouwd als een opstapje naar echte 4G. Maar voor de meeste gebruikers voldoet het aan de algemene definitie. Het is sneller. Het is betrouwbaarder.
Als u begrijpt hoe 4G werkt, kunt u het juiste abonnement kiezen. Het verklaart waarom uw gegevens worden beperkt. Het verduidelijkt dekkingskaarten.
Technologie beweegt snel. Normen verschuiven. Maar de drang naar snelheid blijft constant.
4G is fundamenteel een efficiënter radiosysteem. De technische uitdaging bestond niet alleen uit het bouwen van betere torens. Het ging erom meer digitale gegevens in elk radiosignaal te persen. Dit maximaliseert de snelheid en de algehele efficiëntie van het netwerk.
In tegenstelling tot zijn voorganger is 4G gebouwd op een all-IP -standaard. Dit betekent dat het voor alles het internetprotocol gebruikt. Zelfs spraakoproepen worden behandeld als datapakketten. 3G-netwerken waren ook op IP gebaseerd, maar voor spraak waren ze afhankelijk van circuitschakeling. 4G heeft dat weggegooid. Het behandelt een telefoongesprek als gewoon een datastroom die via internet beweegt.
Dankzij deze pakketgebaseerde aanpak kunnen gegevens over verschillende netwerken reizen zonder dat ze vervormd raken. Uw telefoon communiceert niet alleen rechtstreeks met internet. Het communiceert eerst met een basisstation. In industriële termen is een basisstation de zendmast. Het is het hoge bouwwerk bedekt met antennes. Het geeft gegevens door tussen uw apparaat en het bredere internet.
Luchtinterfaces en spectrum
Er zijn veel manieren om een verbinding tot stand te brengen tussen uw telefoon en die toren. Dit worden luchtinterfaces genoemd. Oudere methoden zijn gevuld met acroniemen zoals CDMA2000, HSPA, EV-DO Revisie B en Mobile WiMAX. Ieder draagt gegevens op een andere manier over met behulp van specifieke radiogolfspectra.
We vermelden hier niet elk acroniem. Je kunt je verdiepen in die oudere technologieën als je de geschiedenisles wilt. Het punt is dat 4G nieuwere, snellere luchtinterfaces introduceert die zijn ontworpen om de toegenomen belasting aan te kunnen.
De realiteit van all-IP
Momenteel beschikt de wereld niet over een puur 4G-netwerk. Echte all-IP datalevering is nog steeds in ontwikkeling. De meeste landen hebben nog steeds een aanzienlijke overlap tussen 3G- en zelfs 2G-netwerken. Uw telefoon springt vaak tussen standaarden om een signaal te behouden.
Maar naarmate de infrastructuur vordert, wordt de transitie steeds duidelijker. Het doel is een netwerk waarbij elk stukje verkeer, van een sms-bericht tot een 4K-videostream, gewoon een pakketje op internet is.
Dit IP-centrische ontwerp is slechts één ingrediënt. Het volledige prestatieprofiel van 4G vereist meer dan alleen protocolwijzigingen. Het heeft specifieke hardwaremogelijkheden en spectrumbeheer nodig.
Het volledige 4G-recept
4G was geen revolutie. Het was een upgrade die de kapotte stukjes van 3G repareerde. Als je vastzat op netwerken van de derde generatie, ken je de pijn. Nu krijg je snellere downloads en minder buffering.
Snelheid is meestal het kopnummer. Op 3G heeft uw telefoon moeite om 2 Mbps te halen. 4G duwt dat naar 3 of 5 Mbps. Dat is kabelmodemgebied. Natuurlijk schreeuwen marketingafdelingen graag over snelheden van 100 Mbps. Geloof ze niet. Dat is een laboratoriumresultaat. In de echte wereld begrijp je dat nog niet.
Maar snelheid is niet het hele verhaal. De echte verandering zit in de architectuur.
Waarom 4G beter met meer gebruikers omgaat
Mark Murphy, innovatieleider bij Ericsson, wijst erop dat capaciteit voor de meeste mensen belangrijker is dan pieksnelheid. 4G heeft een hogere capaciteit. Het ondersteunt veel meer gebruikers tegelijk.
Denk aan een druk concert. Op een 3G-toren kunnen misschien 60 tot 100 mensen video streamen zonder dat de verbinding wegvalt. Probeer dat eens met 300 of 400 mensen op een 4G LTE-netwerk. Het houdt stand. De datasnelheden blijven hoog. Videogesprekken lopen niet vast. YouTube speelt soepel af.
Hoe latentie online gamen verandert
Dan is er de vertraging. Of latentie. Dit is de tijd tussen uw opdracht en de reactie van het netwerk.
Lage latentie is alles als je snelle online games speelt. Het helpt als je een robot of een auto op afstand bestuurt. Realtime snelheid heeft 50 ms of minder nodig. Met 4G LTE haalt u 20-40 ms.
Het verschil is dag en nacht. Spraakoproepen hebben niet langer die rare echo. De vertraging verdwijnt.
Spectrale efficiëntie uitgelegd
Het spectrum is eindig. Het is een pijp. Je kunt er maar een beperkte hoeveelheid gegevens doorheen passen. 4G maakt gebruik van slimmere coderingsschema’s. Het perst meer bits per hertz dan 3G ooit zou kunnen.
Het is spectraal efficiënter. Dat is de technische term. Het betekent betere prestaties zonder dat er meer fysieke torens nodig zijn.
Maar hoe doet het dit eigenlijk? De hardware en software werken anders samen.
De plek voor luchtinterface
U denkt zelden na over het dialect dat uw apparaat spreekt. Dat dialect is de luchtinterface, het gestandaardiseerde protocol dat dicteert hoe uw mobiele hardware met het lokale basisstation praat. Als je ook maar één smartphone-commercial hebt gezien, ben je gebombardeerd met acroniemen. 4G LTE. WiMAX. HSPA+. Ze delen allemaal één functie: het coördineren van het netwerkverkeer. Ze vertellen uw apparaat wanneer u gegevens moet uitroepen en wanneer u moet luisteren. Het verschil zit in de syntaxis. Hoe ze die coördinatie tot stand brengen.
WiMAX zag er veelbelovend uit. Het leek op het WiFi-protocol in uw huis of kantoor. Het is nu grotendeels verdwenen. Vervoerders hebben het verlaten voor LTE en HSPA+.
LTE werkt anders. Apparaten kunnen tegelijkertijd zenden en ontvangen. Voor elke taak gebruiken ze verschillende frequenties. Het geheime sausje is OFDM (orthogonale frequentieverdelingsmultiplexing). Deze techniek verdeelt een signaal in parallelle datastromen. Deze stromen reizen over radiosubkanalen. Processors aan het andere uiteinde brengen het signaal weer samen. Het is efficiënt. Het is snel.
MIMO (multiple input multiple output) is een ander belangrijk stukje van de LTE-puzzel. Het is afhankelijk van meerdere antennes en zenders in zowel de telefoon als het basisstation. Deze opstelling maakt gelijktijdige up- en downloadtransmissie mogelijk. Geen wachten. Geen knelpunten.
HSPA+ speelt een andere rol. Het is achterwaarts compatibel met oudere 3G-systemen. LTE is dat niet. HSPA+ is niet de toekomst. Het is een methode om meer leven uit de bestaande infrastructuur te halen. Het koopt tijd. Het verlengt de levensduur van oude uitrusting.
LTE is een blijvertje. Netwerken worden ‘langetermijnevolutie’ genoemd omdat vervoerders bij deze technologie willen blijven. Ze willen niet elke paar jaar een hele hoop geld-upgrade-infrastructuur opblazen. LTE wordt als een goede optie voor de lange termijn gezien omdat het makkelijker op te schalen is. Voor meer capaciteit. Voor betere prestaties.
Op dit moment zijn pure 4G LTE-netwerken zeldzaam. Netwerken zijn overal een mengelmoes. Je hebt 3G. Je hebt 4G. Je hebt zelfs 2G-technologieën en luchtinterfaces gemengd. In veel gebieden overlappen de dekking van 2G, 3G en 4G elkaar. Je kunt deze puinhoop zien met de interactieve kaarten op OpenSignalMaps. Als gevolg hiervan worden zelfs zogenaamde 4G-telefoons geleverd met 3G-chips. Ze hebben ze nodig om toegang te krijgen tot 3G- en 3G+-netwerken wanneer het LTE-signaal wegvalt.
Verstevig uw greep op uw mobiele telefoon. Het netwerk wordt steeds sneller. Het wordt eng slim.
Het levende, ademende netwerk
4G LTE overtreft veel van de beperkingen van 3G. Het voegt een hele reeks synaps-snapping-mogelijkheden toe. Als The Terminator en The Matrix je bang maakten, overweeg dan om verder te gaan.
Archaïsche 1G- en 2G-netwerken zijn technologisch gezien dom. 4G-netwerken zijn intelligente machines. Zij pakken de drukte aan. Als duizenden mensen tijdens de spits op de snelweg vastzitten, gaan ze hun telefoon gebruiken. De vraag naar datadiensten piekt op dat gebied.
3G-systemen balk. Ze struikelen. Gebruikers raken gefrustreerd. 4G-systemen zijn zelforganiserend en zelfconfigurerend. Ze compenseren ter plekke. Ze zorgen voor een snellere service voor meer mensen in het getroffen gebied.
Stroomuitval en apparatuurstoringen verlammen vaak 3G-systemen. 4G heeft zelfherstellende mogelijkheden. Sensoren en geavanceerde software detecteren het probleem. Het systeem leidt het verkeer door andere torens totdat er reparaties zijn uitgevoerd.
Het verrassende is dat 4G-netwerken dergelijke oplossingen uitvoeren zonder menselijke tussenkomst. Wojtek Felendzer, marketingmanager technische oplossingen bij Nokia Siemens Networks, zegt dat deze systemen de grootste machines zijn die de mensheid ooit heeft gebouwd. Ze strekken zich uit van kust tot kust. Over de hele wereld. Voor het eerst worden ze slim genoeg om zichzelf te repareren.
Ondanks dit alles is 4G niet echt een radicaal nieuwe technologie. Mensen in deze branche zeggen wel eens dat er de afgelopen honderd jaar niets nieuws is uitgevonden. Het is gewoon een nieuwe manier om gevestigde kennis te combineren met krachtigere verwerkingsapparatuur. Je smartphone is het bewijs. Veel telefoons hebben tegenwoordig dual-coreprocessors. Dat is een rekenkracht die een paar jaar geleden ongehoord was.
Dus als je ooit bang bent geweest voor een technologie-overname, is het misschien binnenkort tijd om naar je bunker in de wildernis te gaan. Tot die tijd, blijf lezen. Je zult zien hoe je een oorlog van een ander soort kunt zien, tussen de netwerkoperatoren.
Meer 3G-lowdown
3G-netwerken reserveren dezelfde hoeveelheid spectrum voor zowel het verzenden als ontvangen van gegevens. Smartphones en andere apparaten ontvangen veel meer gegevens dan ze verzenden. 4G-netwerken wijzen veel meer spectrum toe voor ontvangst. Het resultaat is een betere algehele snelheid.
De valstrik van spectrumschaarste
Vervoerders voeren een oorlog om de ogen. Je ziet de advertenties, je voelt de druk. Ze willen je abonnement. Om dat te bereiken hebben ze snelheid nodig. Ze hebben dekking nodig. Maar snelheid en dekking komen niet uit de lucht vallen.
Ze komen uit spectrum.
Beschouw spectrum als een eindige hulpbron. Het is een beperkende hulpbron in de meest brutale zin. Overheidsinstanties veilen blokken radiofrequenties. Er is een limiet. Zodra het weg is, is het weg.
Degenen die de veiling winnen, krijgen de goede dingen. Lagere frequenties. Denk aan 700 MHz. Deze golven gedragen zich als mist. Ze vestigen zich. Ze dringen gebouwen binnen. Ze geven niets om je bakstenen muur. Hogere frequenties? Ze zijn in het zicht. Een boom blokkeert ze. Een regenbui verstrooit ze. Vervoerders verlangen naar lage banden omdat betrouwbaarheid loont.
De kosten zijn obsceen. AT&T heeft bijna $2 miljard laten vallen voor een blok van 700 MHz spectrum. Dat omvat ongeveer 300 miljoen mensen. Dat is de toegangsprijs voor serious play.
Oudere technologie vereiste aaneengesloten blokken. Eén stevig stuk spectrum. LTE heeft het spel veranderd. Het kan frequenties aan elkaar plakken. Het gebruikt 700 MHz, 900 MHz, 1,7 GHz, 2,1 GHz. Het mixt en matcht. Niet alle frequenties zijn echter gelijk. De lage banden bepalen nog steeds de dekking. De hoge banden zijn bepalend voor de ruwe capaciteit in dichtbevolkte stedelijke kernen.
Zodra een luchtvaartmaatschappij de ethergolven koopt, vervangen ze niet alleen torens. Je ziet ze niet de grote metalen dozen op de snelweg verwisselen. Ze beginnen in de kern. Ze upgraden routers. Ze wisselen van server. Ze bouwen voor schaal. Omdat de vraag nooit zal stoppen met groeien.
3G onder een andere naam
Er heerst verwarring. Iedereen noemt het 4G. Maar is dat zo?
In de VS biedt bijna elke provider snellere diensten dan 3G. Ze plakken er het 4G -label op. Er is geen overeengekomen definitie. HSPA en CDMA/EV-DO zijn technisch geavanceerde 3G-netwerken. Maar ze zijn snel. Vervoerders noemen ze dus 4G. Het is marketing en engineering.
De impact en toekomst van 4G
“Alomtegenwoordig 4G zal een gamechanger zijn”, zegt Richard Karpinksi, senior mobiliteitsanalist bij Yankee Group. “Het zal gevolgen hebben voor het bedrijfsleven, het onderwijs, de detailhandel en nog veel meer.”
Maar houd je verwachtingen onder controle. Realisme is belangrijk. Netwerken vertragen als ze vol zijn. Het is natuurkunde. Als je downloadsnelheden van 10 tot 20 Mbps ziet, is dat een overwinning. Dat is veelbetekenend. Verwacht niet overal gigabitsnelheden.
HD-streaming? Nog niet. Niet echt. Maar probleemloos videobellen? Ja. YouTube onderweg? Absoluut.
Hier is de vangst. Je betaalt ervoor. Data-abonnementen op 4G zijn duur. Datalimieten dreigen groot te worden. Ze doden de pret.
Dit is waar kwaliteit van de service -upgrades van pas komen. Stel je voor dat je in het winkelcentrum bent. Kinderen zijn aan het winkelen. Je wilt een voetbalwedstrijd kijken. Je hebt je datalimiet overschreden. Het netwerk is overbelast. Het is langzaam.
Maar je kunt betalen. Een eenmalige vergoeding. Een tijdelijke upgrade. Je krijgt de snelheid die je nodig hebt. Je kijkt naar het spel. Dan ben je weer terug bij af.
De levensduur van de batterij is een ander slachtoffer. 4G-signalen zijn schaarser dan 3G. Je telefoon werkt harder om ze te vinden. Het vreet energie. Het kan zijn dat je de hele dag niet haalt. En de telefoons zelf? Ze worden krachtiger. Meer functies. Meer honger naar energie. Apparaten moeten worden versterkt. Grote batterijen. Efficiënte chips.
En dan LTE Advanced
De toekomst is niet alleen 4G. Het is LTE Geavanceerd.
Het is nog in ontwikkeling. Maar de belofte is onthutsend. Het kan uw huidige 3G-smartphone tot 100 keer sneller maken. We hebben het over een nieuw tijdperk van mobiel internet.
Het web is verspreid over de hele wereld. Hardware. Software. Draadloze technologieën. Het breidt zich uit. Waar je ook woont, er komen steeds snellere netwerken. Als je van gadgets houdt, zul je je verheugen. Het internet zal binnen handbereik zijn. Als nooit tevoren.
Veelgestelde vragen
Wat betekent 4G?
4G is de vierde generatie mobiele netwerktechnologie, als opvolger van 3G. Het biedt hogere datasnelheden en verwerkt meer dataverkeer dan zijn voorganger.
Waarom is spectrum zo duur?
Omdat het een beperkende hulpbron is. Het aanbod wordt beperkt door overheidstoewijzingen, terwijl de vraag van vervoerders naar dekking en snelheid onverzadigbaar is.
Welke frequentieband is het beste voor dekking?
Lagere frequenties, zoals 700 MHz, zijn superieur wat betreft dekking. Ze dringen beter door obstakels zoals gebouwen heen dan hogere frequenties, die afhankelijk zijn van zichtlijn.
Waarin verschilt LTE Advanced van standaard LTE?
LTE Advanced is een evolutie van de 4G-standaard. Het belooft aanzienlijk hogere snelheden – mogelijk tot 100 keer sneller dan oudere 3G-netwerken – door gebruik te maken van geavanceerdere signaalverwerking en carrier-aggregatietechnieken.
Zal 4G de levensduur van mijn batterij verkorten?
Waarschijnlijk. Omdat 4G-signalen schaarser kunnen zijn, verbruiken apparaten meer energie bij het zoeken naar ontvangst. Gecombineerd met krachtigere telefoonfuncties leidt dit tot een sneller leeglopen van de batterij in vergelijking met apparaten die alleen 3G gebruiken.
