Vijftien miljard mark betaalde KPN voor een UMTS-licentie in ...

48
LOCAL AREA NETWORKS
OVERTREFT UMTS NU AL
Niemand plugt straks nog een draadje in.
13 JUNI 2001EDE INGENIEURE11
Snelheid voor een schijntje
Promovendus drs. Allert van Zelst kijkt
film. Op een laptop zonder draad. Alleen twee knipperende
groene lichtjes, één in het zendkastje aan de wand, de ander
op de modem met antenne die een stukje uit de laptop steekt,
verraden dat er een zee aan bits door de zaal stroomt.
‘Kijk’, zegt Van Zelst, ‘deze haal ik nu via internet uit de
Verenigde Staten.’ Op zijn computerscherm speelt zich
binnen een mum van tijd een haarscherpe Disney-film af.
‘Stond er al televisie of radio op internet, dan zou ik er op
mijn laptop naar kunnen kijken of luisteren. Ons modem
plukt daarvoor al genoeg bits uit de lucht.’
Draadloos multimedia bestaat reeds, maar alleen nog
binnen gebouwen. In het Nederlandse Bell Laboratorium van
het Amerikaanse Lucent Technologies in Nieuwegein (tegenwoordig
Agere Systems) wandelen de onderzoekers rond met
een laptop onder de arm. Via hun modem kunnen ze overal in
het gebouw, en ook nog wel tot op een halve kilometer er buiten,
op internet. De kabels zijn vervangen door radiogolven die bits
coderen, ook wel de Local Area Networks (LAN) genoemd.
De ‘kabelkiller’ uit Nieuwegein slaagt erin snel en veel
informatie van internet op een laptop te krijgen. Daarin is het
bedrijf koploper.
KPN noemt zijn komende mobiele verbinding UMTS naar
internet ‘breedband’, maar dat is een groot woord in vergelijking
met de kabelkiller. Momenteel haalt een gebruiker van
LAN al maximaal elf miljoen bits per seconde, de gebruiker
van UMTS zit - als alles meezit - op twee miljoen bits. En de
komende jaren geeft LAN nog eens goed gas. Dit zal leiden
tot tien tot twintig keer snellere verbindingen dan de huidige.
FREQUENTIEBAND
Vanaf volgend jaar bezet LAN een plaatsje op de ether bij
een hoge frequentie en met een zeer brede frequentieband.
Op de ether zijn de frequenties netjes verdeeld tussen de
gemachtigde zendstations. Die frequenties zijn opgedeeld in
zogeheten frequentiebanden. Een zendstation mag golven
zenden met frequenties tussen de onder- en bovengrens van
de band. Hoe breder die frequentieband is, hoe meer informatie
kan worden overgestuurd. De band die LAN krijgt, is
ongeveer twee keer zo breed als die van UMTS.
‘Momenteel zenden we in een band die gebruikt mag
worden voor industriële, wetenschappelijke en medische toepassingen,
zoals magnetrons, bluetooth, maar ook de radioverbinding
van de filmploeg van de Tour de France. Die band
loopt vol’, aldus Jan Kruys van Agere Systems. ‘Dit komt door-
Vijftien miljard mark betaalde KPN voor een UMTS-licentie in Duitsland.
Waarschijnlijk zal een Nederlands bedrijf nooit meer zoveel voor gebakken lucht
betalen. Draadloos internetten met Local Area Networks werkt straks honderd
keer sneller en is veel goedkoper. Een nieuwe techniek die de ether oprekt.
dat het niets kost om erin te mogen uitzenden. Overigens ligt deze
band vlakbij de UMTS-band. Om daarin te mogen zenden hebben
aanbieders miljarden moeten neertellen. Omdat wij niets hoeven te
betalen, kunnen we in vergelijking met UMTS-aanbieders binnen
een klein gebied draadloos internet voor een schijntje leveren.’
De frequentieband die volgend jaar beschikbaar komt, is ook gratis
en helemaal alleen voor LAN. ‘Wij gaan in de band op dezelfde manier
zenden als digitale radio- en televisiestations, alleen met een kleiner
vermogen. Dit is in 1998 met een wereldwijde
802.11a-standaard vastgesteld. Daarmee haal je
vijftig miljoen bits per seconde. Dat is veel
meer dan je kunt halen met UMTS. Bij UMTS
zendt iedereen als het ware tegelijk en staat er
een persoonlijke code op elk signaal; bij digitale
radio zendt iedereen om de beurt, maar gebruikt
daarbij wel alle zendruimte. Ondertussen zijn
er in Amerika al plannen om met krachtige stations internet net als
digitale televisie rond te sturen. De nieuwe LAN’s zullen allemaal
zoals digitale radio en televisie gaan zenden’, aldus Kruys.
INTERFEREREN
Maar dat is nog niet alles. Moederorganisatie Bell Labs heeft ook
nog bedacht hoe je meer zendruimte kunt maken: ze rekken de ether
als het ware op. Dit doen ze door meerdere antennes met dezelfde frequentie
te laten zenden. Dit levert nieuwe zendstations op binnen één
frequentieband. ‘Zou je de radio bijvoorbeeld op 96,8 Megahertz zetten,
dan kun je met knopjes verder kiezen tussen verschillende stations’,
zo verduidelijkt Van Zelst.
Tot voor kort hielden radiodeskundigen dit voor onmogelijk. De
ether is immers opgedeeld in frequentiebanden om te voorkomen dat
zendstations in elkaars vaarwater zitten. Iedere amateur met een zendbakkie
weet dat het mis gaat als je buurman op dezelfde frequentie
zendt. Radiogolven met dezelfde frequentie gaan interfereren, zodat er
uiteindelijk een onsamenhangend brouwsel van geluid ontstaat. De
opdeling van de ether is bedoeld om dit storingsmonster te bedwingen.
Overigens zet de amateur zijn zendmast om dezelfde reden ook zo
hoog mogelijk op zijn dak. Radiogolven weerkaatsen immers tegen de
muren van huizen, gaan dan interfereren met het oorspronkelijke signaal
en zorgen voor storingen. Die weerkaatsingen zijn aan de orde van
de dag in dicht bebouwde omgevingen zoals de stad of in gebouwen.
JAMES MAXWELL
Bell-onderzoekers toverden het storingsmonster echter om tot een
toverfee. In gebouwen en in de stad schept die fee nieuwe ruimte op
de ether. Het eerste poederen van het monster gebeurde enkele jaren
‘In Amerika bestaan plannen
om met krachtige stations
internet net als digitale televisie
rond te sturen’
tekst dr.henk klomp
journalist
foto michel wielick
terug. Radiodeskundige dr. Gerry Foschini trachtte met antennes en
elektronica voor signaalverwerking in een gebouw twee zendstations
op dezelfde frequentie uit elkaar te halen. Dat lukte, als die zenders
maar meer dan een halve golflengte, dat is bij een frequentie van
enkele Gigahertz enkele centimeters, uit elkaar stonden.
‘Niemand heeft doorgerekend wat er allemaal met die golven bij
de bobbelige muren, ramen, tafels en stoelen in gebouwen gebeurt.
Het gaat erom dat het werkt, juist door die chaos van reflecties. Wat
de eerste ontvangstantenne opvangt, is zo ver-
schillend van wat de tweede opvangt, dat je uit
die twee signalen met wat slim gereken de
twee zendsignalen kunt reconstrueren’, zegt
Van Zelst.
De totale metamorfose van storingsbeest tot
toverfee volgde dit jaar (zie Nature van 18
januari). Niet eens hoeven die zendantennes
uit elkaar te staan: het kan ook op dezelfde plaats, maar dan loodrecht
op elkaar. Om dit te illustreren zonden de Bell Labs-onderzoekers
Michael Andrews en Partha Mitra het beroemde driekleurige schilderij
A toute épreuve van Joan Miro binnen één frequentieband drie
keer zo snel over. Drie antennes, alledrie haaks op elkaar, zonden elk
een kleur.
‘Als de grondlegger van de elektrodynamica James Maxwell hiervan
hoort, keert hij zich in zijn graf om’, zo menen de Amerikaanse radioexperts.
Maxwells slimme vondst was dat elektrische velden in een
golf loodrecht trillen op de richting waarin de golf zich voortplant, net
zoals watermassa op en neer klotst bij een rechtdoorgaande golf. Voor
radiodeskundigen betekent dit dat je geen signaal kunt overbrengen
door elektrische deeltjes te laten trillen in de zendrichting. Het is net
als bij een zweep. Wil je de tijger voor je raken, dan moet je de zweep
op en neer of van links naar rechts bewegen. Dan gaat er een zweepslag
naar de tijger toe. De dompteur die zijn zweep van voor naar achter
beweegt, kan zich beter uit de voeten maken.
MINIATURISERING
De trillingsrichting evenwijdig aan de lijn tussen zender en ontvanger
lijkt dus voor zenden te zijn afgeschreven. Maar de storingsfee
maakt die trillingsrichting toch bruikbaar. Een antenne ontvangt
namelijk wel een elektrisch veld dat in die richting trilt als de golven
hem via een pad van weerkaatsingen bereiken. Zend en meet je niet
alleen trillingen van voor naar achter, van links naar rechts, maar ook
de trillingen op en neer, dan passen er drie keer zoveel bits in een
frequentieband.
Dat kan misschien wel zo zijn, zo relativeert het commentaar in
Nature, maar het is lastig om een compacte ontvangstantenne voor
13 JUNI 2001EDE INGENIEURE11 49

een mobiel te maken. Zo’n antenne moet namelijk bestaan uit drie
elektrische dipolen, eentje naar links, eentje naar voren en eentje
omhoog. Maar de redactie van Nature verkeek zich erop hoe snel de
miniaturisering van antennes voortschrijdt. Tegelijk met hun publicatie
presenteerde Philips keramische antennes die al acht keer zo klein
zijn als de huidige. ‘De piepkleine antennes passen perfect in de
komende generatie mobieltjes, zoals Wap-apparaten of televisies in
polshorloges’, zegt dr. Robert Gossink van Philips Research in Aken.
Heb je straks meerdere antennes compact op elkaar, dan beperkt
rekenkracht en niet etherruimte de snelheden waarmee bits kunnen
worden verzonden. ‘In volge-
bouwde gebieden en binnenshuis
is de ether ruim genoeg:
het aantal antennes kun je
immers naar hartelust vermeerderen’,
aldus Van Zelst. ‘Maar
overal waar je met je laptop staat,
moet je wel eerst de zendstations opsporen. Die rekensom is oplosbaar:
er zijn altijd evenveel vergelijkingen als onbekenden. Maar je kunt
geen supercomputer in een mobieltje kwijt.’
Momenteel staat in Nieuwegein de elektronica voor het oplossen
van de som bij vier zend- en vier ontvangstantennes al bijna klaar. Die
past echter maar net in een computer. ‘Wij hopen over een paar jaar
een algoritme te hebben, waardoor die chip zo klein wordt dat die in
een modem past’, aldus Van Zelst.
PRULLENBAK
Doet UMTS niet mee aan de stormachtige ontwikkelingen, dan
is ze bij haar geboorte over twee jaar al aardig verouderd. Draadloos
internet via de nieuwe LAN’s werkt dan honderd keer sneller. Ook de
Wap-protocollen, die nu helpen snel de tekst van een webpagina op
een mobiel schermpje te krijgen, kunnen met zulke bitsnelheden in
de prullenbak. ‘Iedereen wil toch juist plaatjes. Dat is nu juist het
mooie van internet’, zegt Kruys.
Volgens dr. Stevan Gustafsson van KPN-Research vullen UMTS
en LAN elkaar alleen aan. ‘Wij leveren een overal in Europa bereikbaar
publiek netwerk, net als GSM. LAN’s zijn altijd gebonden aan
een gebouw. En de twee miljoen bits per seconde die we bieden zijn
genoeg voor wat de gebruiker wil: daarmee kun je al videoconferencen
en televisie kijken.’
Maar UMTS wordt peperduur. KPN telde vijftien miljard mark
neer voor zendruimte in Duitsland. Dat betekent voor de Duitse consument
een abonnement dat minstens duizend gulden per jaar kost.
Daarbij zijn de miljarden voor de opbouw van het netwerk van zendstations
niet eens meegerekend. Ook moet het wel heel goed lopen,
50
‘In volgebouwde gebieden
en binnenshuis is de ether
ruim genoeg’
Onderzoekers van Bell Labs
zonden met drie antennes
het driekleurige schilderij
A toute épreuve van Joan
Miro binnen één frequentieband
drie keer zo snel over.
13 JUNI 2001EDE INGENIEURE11
wil het netwerk de beloofde twee miljoen bits per seconde opleveren.
Dat is in één klap dertig keer sneller dan het GSM-netwerk, maar
vereist wel talrijke extra zendmasten in het landschap.
‘Een LAN-zender bestrijkt ongeveer een gebied met de straal van
een halve kilometer. Een slimme ondernemer hangt daarom straks
LAN-zenders op Schiphol, op talrijke luchthavens gebeurt dat al’, zegt
Kruys. ‘Die ondernemer kan dan veel goedkoper sneller draadloos
internet aanbieden: een zendkast kost immers maar enkele duizenden
guldens, een modem in de laptop driehonderd gulden. Dat is niet
te vergelijken met wat draadloos internet via UMTS gaat kosten.’
Het vervelende voor KPN is dat ze juist in drukke centra als Schiphol
haar geld moet terugverdienen. Daar wandelen immers de zakenlui
rond die best wat overhebben voor draadloos internet. En juist die
relatief kleine businesscentra zijn ook
met LAN’s van draadloos internet te
voorzien.
De marktanalisten voor LAN lijken
zich minder zorgen te hoeven maken.
In universiteiten, ziekenhuizen,
bedrijven, en misschien binnenkort
‘LAN’s zijn altijd
gebonden aan
een gebouw’
ook in de huiskamer, plugt straks niemand meer een draadje in. De
professor stuurt films naar de laptops van zijn studenten in de collegezaal.
De gebouwbeheerder van de universiteit hoeft alleen maar een
zendkast te kopen om alle laptops in een klap in verbinding te stellen.
Straks hangen er ook grote platte televisiebuizen aan de wand – de
beelden worden er dan naartoe gezonden – of stuur je vanuit je videocamera
de opnames naar de video door. Dat scheelt een hoop moeilijk
gedoe met het inpluggen van draadjes. De vader die daar tot hilariteit
van zijn gezin altijd zo mee zit te klungelen, kan dan opgelucht adem
halen.