Femtocel: een eigen mobiel zendmastje in huis
Een femtocel is een piepklein basisstation voor mobiele telefonie dat je thuis of op kantoor neerzet, ongeveer zo groot als een wifi-router. Waar een gewone zendmast (het apparaat op een mast of gebouw dat mobiele signalen uitzendt en ontvangt) honderden meters tot enkele kilometers ver reikt, dekt een femtocel maar een paar kamers. Het apparaat sluit je aan op je eigen internetverbinding thuis, en via die verbinding wordt het mobiele verkeer doorgestuurd naar het netwerk van je provider. Zie het als een verlengsnoer voor mobiele dekking: je bestaande breedbandinternet krijgt er een extra taak bij, namelijk het doorgeven van bel- en dataverkeer dat normaal via de zendmast zou lopen.
Stel je een huis met dikke muren of een kelderkantoor voor, waar je telefoon nauwelijks een streepje bereik laat zien terwijl de wifi prima werkt. Met een femtocel op tafel herkent je telefoon plotseling een sterk, lokaal mobiel signaal, precies zoals bij een gewone zendmast, alleen dan van jouw provider en alleen bruikbaar in en rond je eigen woning. Bellen en mobiel internetten verlopen daarna weer soepel, zonder dat je een aparte app hoeft te installeren of iets anders hoeft te doen dan het kastje aansluiten op stroom en internet.
Wat is het precies?
Een gewone zendmast, technisch een base station genoemd, zendt en ontvangt radiosignalen binnen een bepaald gebied en is via een speciale, vaak dure verbinding gekoppeld aan het kernnetwerk van de provider. Die verbinding tussen zendmast en kernnetwerk heet backhaul. Bij een femtocel wordt die dure, aparte backhaul-verbinding vervangen door je gewone internetabonnement thuis: het kastje bouwt een beveiligde, versleutelde tunnel op over het internet naar de servers van de provider.
Het belangrijke verschil met bellen via wifi (VoWiFi, waarbij je telefoon gesprekken via het internet stuurt in plaats van via het mobiele netwerk) is dat een femtocel echt gebruikmaakt van het gelicenseerde spectrum: de radiofrequenties die de provider exclusief van de overheid mag gebruiken voor mobiele telefonie. Je telefoon ziet de femtocel dus niet als een wifi-netwerk, maar als een heuse, zij het minuscule, mobiele zendmast. Daardoor werkt het automatisch met elk toestel, zonder instellingen of apps.
Een femtocel dekt doorgaans een gebied van zo'n 10 tot 50 meter en kan meestal tussen de 4 en 16 gelijktijdige gebruikers aan, ruim voldoende voor een huishouden maar veel minder dan een macrocel die honderden gebruikers tegelijk verwerkt. Omdat het apparaat gelicenseerd spectrum gebruikt, eisen providers vaak dat het kastje zijn locatie kan vaststellen, bijvoorbeeld via gps of via de vaste internetverbinding, om te voorkomen dat het per ongeluk buiten het toegestane gebied of land wordt gebruikt en daar storing veroorzaakt.
Wat wil men ermee bereiken?
Het belangrijkste doel is betere dekking binnenshuis, precies waar mobiele signalen het vaakst verzwakken door muren, isolatie en glas. Voor providers is een femtocel bovendien een goedkope manier om dekking te bieden: in plaats van een dure nieuwe zendmast te bouwen, laten ze de klant zelf een klein kastje neerzetten dat gebruikmaakt van diens eigen internetverbinding.
Een tweede doel is het ontlasten van het macronetwerk, het geheel van gewone zendmasten. Elk gesprek of databundeltje dat via een femtocel verloopt, hoeft niet via de drukke lokale zendmast, wat in dichtbevolkte gebieden capaciteit vrijmaakt voor anderen.
Later is dit idee doorontwikkeld tot het bredere concept van small cells: kleine basisstations die niet alleen thuis, maar ook in kantoren, stadions en drukke straten worden geplaatst. Dat is vooral relevant geworden met de komst van 5G, omdat de hoogste 5G-frequenties (millimetergolven, ook wel mmWave genoemd) slecht door muren en zelfs door regen heen dringen. Om die frequenties bruikbaar te maken zijn juist heel veel kleine, dichtbij elkaar geplaatste zendpunten nodig, een rechtstreekse erfenis van het femtocel-idee.
Voorbeelden uit de praktijk
Sprint introduceerde in 2007 in de Verenigde Staten de AIRAVE, een van de eerste femtocellen die breed aan consumenten werd verkocht, ontwikkeld in samenwerking met chipleverancier Airvana. Het apparaat moest vooral klanten met slechte dekking in landelijke gebieden en woningen helpen.
In het Verenigd Koninkrijk lanceerde Vodafone in 2009 de Sure Signal, een femtocel die gebruikmaakte van technologie van het Britse bedrijf Ubiquisys. Vodafone was destijds een van de eerste grote Europese providers die femtocellen op grote schaal aan particuliere klanten aanbood.
AT&T volgde in de Verenigde Staten met de 3G MicroCell, die rond 2008 en 2009 werd getest en uitgerold, gericht op klanten met zwak signaal thuis of op kantoor.
In Japan zette SoftBank vanaf het einde van de jaren 2000 femtocellen grootschalig in, mede omdat het land destijds veel klachten kende over slechte indoor-dekking in de compacte, betonrijke woningen en kantoren die er veel voorkomen.
Bij deze voorbeelden geldt dat exacte details over leveranciers en aantallen per land soms wisselen in bronnen; de hoofdlijn, namelijk dat femtocellen vanaf 2007-2009 door meerdere grote providers wereldwijd zijn geïntroduceerd, staat wel vast.
Hoe ver is de techniek?
De techniek is standaard vastgelegd door 3GPP, de internationale organisatie die mobiele netwerkstandaarden opstelt. In releaseversie 8 van de 3GPP-standaarden, rond 2008, werd de zogeheten Home NodeB gedefinieerd, de officiële naam voor een 3G-femtocel. Kort daarna volgde in release 9 de Home eNodeB voor 4G/LTE-netwerken.
Het gebruik van femtocellen door gewone consumenten is sindsdien echter afgenomen. Twee ontwikkelingen speelden daarin een grote rol: bellen via wifi (VoWiFi) werd standaard ingebouwd in vrijwel elke smartphone, wat een goedkoper en eenvoudiger alternatief bood zonder apart kastje, en de gewone macrodekking verbeterde dankzij nieuwere netwerktechnologie zoals VoLTE (bellen via het 4G-datanetwerk). Providers trokken zich daardoor terug uit de consumentenmarkt voor femtocellen; AT&T beëindigde de ondersteuning van de 3G MicroCell rond 2018 bijvoorbeeld.
De onderliggende technologie leeft echter voort in de bredere categorie small cells, die nu vooral wordt ingezet in bedrijfsgebouwen, stadions, luchthavens en voor private 5G-netwerken van bedrijven. Belangrijke obstakels blijven de kosten van installatie en onderhoud, interferentie tussen te dicht bij elkaar geplaatste cellen, beveiligingsrisico's rond nagemaakte of gemanipuleerde basisstations, en regelgeving rond het gebruik van gelicenseerd spectrum buiten de toegestane locatie.
Wie werken eraan?
Aan de chips en hardware werkten en werken onder meer Qualcomm, het Britse Ubiquisys (in 2013 overgenomen door Cisco), Picochip, ip.access, Huawei, Nokia, Ericsson, Samsung en ZTE.
Aan de kant van de providers waren en zijn onder meer Vodafone, AT&T, Verizon, Sprint (inmiddels opgegaan in T-Mobile US), SoftBank en China Mobile actief met femtocel- en small cell-diensten.
Op het gebied van standaardisatie en industrieafstemming spelen 3GPP, de Small Cell Forum (voorheen Femto Forum geheten) en de GSMA, de internationale brancheorganisatie van mobiele operators, een centrale rol.