Terrestrisch netwerk
Elke keer dat je met je telefoon belt, appt of internet, gaat dat signaal via een netwerk van fysieke apparatuur op de grond: zendmasten, glasvezelkabels en schakelkasten. Dat noemen we een terrestrisch netwerk — letterlijk een netwerk dat op aarde staat, in tegenstelling tot een netwerk dat via satellieten in de ruimte loopt. Terrestrisch komt van het Latijnse woord voor 'aarde', terra.
Een handige vergelijking: denk aan een estafette van vlaggenseinen tussen heuveltoppen, zoals vroeger legers berichten doorseinden. Elke toren geeft het signaal door aan de volgende, tot het bij de bestemming is. Zo werkt ook een terrestrisch mobiel netwerk: je telefoon praat met de dichtstbijzijnde zendmast, die het signaal doorstuurt naar de volgende schakel, tot het bij de kern van het netwerk aankomt. Een satellietverbinding werkt heel anders: daar gaat het signaal rechtstreeks omhoog naar een baken hoog boven de aarde.
Wat is het precies?
Een terrestrisch mobiel netwerk bestaat uit een paar lagen. De buitenste laag zijn de zendmasten (ook wel basisstations genoemd), die radiosignalen uitzenden en ontvangen binnen een bepaald bereik, een 'cel'. Vandaar de term cellulair netwerk.
Die masten zijn op hun beurt verbonden met de rest van het netwerk via wat backhaul heet: de verbinding tussen de zendmast en het kernnetwerk. Dat gebeurt meestal via glasvezelkabel in de grond, en soms via schotelverbindingen die met microgolven (microwave) werken wanneer graven te duur of onpraktisch is.
Het kernnetwerk (core network) is het brein van de operatie: hier wordt bepaald welke gegevens waar naartoe moeten, wordt bijgehouden wie er is ingelogd, en wordt de verbinding met internet en andere netwerken gelegd. Dit hele samenspel — mast, backhaul, kern — vormt samen het terrestrische netwerk.
Het tegenovergestelde is een non-terrestrial network (NTN): infrastructuur die zich niet op de grond bevindt maar in de lucht of ruimte. Denk aan satellieten in een lage baan om de aarde (LEO, Low Earth Orbit, zo'n 500 tot 2000 kilometer hoog), in een middenbaan (MEO, Medium Earth Orbit) of in een baan die met de aarde meedraait op zo'n 36.000 kilometer hoogte (GEO, Geostationary Earth Orbit). Ook HAPS (High Altitude Platform Stations) vallen hieronder: drones of luchtballonnen die op zo'n 20 kilometer hoogte in de stratosfeer zweven en als een soort tijdelijke zendmast in de lucht fungeren.
Lange tijd stonden terrestrische en non-terrestrische netwerken los van elkaar: je telefoon praatte met een mast, of je had een apart, duur satelliettoestel. Sinds een aantal jaren werkt de telecomsector eraan om beide werelden te laten samensmelten, zodat een gewone smartphone naadloos kan overschakelen van een zendmast naar een satelliet zodra er geen mast in bereik is. De internationale standaardisatieorganisatie 3GPP (3rd Generation Partnership Project, de club die de technische specificaties voor 4G, 5G en straks 6G vaststelt) werkt dit uit onder de noemer NTN-integratie in de 5G-standaard NR (New Radio, de radio-technologie achter 5G).
Wat wil men ermee bereiken?
De belangrijkste drijfveer is dekking. Terrestrische netwerken zijn duur om overal neer te zetten: in dunbevolkte gebieden, op zee, in de woestijn of in de bergen is een zendmast vaak simpelweg niet rendabel. Satellieten kunnen die witte vlekken opvullen zonder dat er ergens een mast hoeft te staan.
Een tweede doel is redundantie: een back-up voor als het terrestrische netwerk uitvalt, bijvoorbeeld door een orkaan, aardbeving of stroomstoring. Noodcommunicatie via satelliet kan dan levens redden wanneer masten zijn uitgeschakeld.
Een derde motivatie is kostenefficiëntie op de lange termijn. In plaats van dat elk land een eigen dure satellietinfrastructuur optuigt naast het bestaande mobiele netwerk, is het idee om beide systemen met dezelfde standaarden en soms zelfs dezelfde chips in de telefoon te laten samenwerken. Dat scheelt operators investeringen en gebruikers hoeven geen apart satelliettoestel te kopen.
Belangrijk is dat het hier niet gaat om satellieten die terrestrische netwerken vervangen. Voor dichtbevolkte gebieden blijft een zendmast met glasvezel altijd sneller, goedkoper per gebruiker en betrouwbaarder. Non-terrestrische netwerken zijn bedoeld als aanvulling, niet als vervanging.
Voorbeelden uit de praktijk
Het gewone 5G-netwerk dat KPN, VodafoneZiggo en T-Mobile Nederland de afgelopen jaren hebben uitgerold, is een schoolvoorbeeld van een terrestrisch netwerk: duizenden zendmasten verspreid over het land, verbonden via glasvezel. Vrijwel elke Nederlandse gebruiker maakt dagelijks gebruik van dit soort infrastructuur zonder erbij stil te staan.
Een bekend voorbeeld van integratie met non-terrestrische techniek is de samenwerking tussen SpaceX en de Amerikaanse operator T-Mobile US, aangekondigd in 2022 onder de naam Direct to Cell. Het idee: gewone smartphones kunnen, zonder extra apparatuur, rechtstreeks verbinding maken met Starlink-satellieten in een lage baan om de aarde wanneer er geen mastdekking is. De eerste toepassing was tekstberichten in afgelegen gebieden; spraak en data volgden in een later stadium, en het bedrijf werkt inmiddels ook met operators in andere landen. Voor de precieze status en beschikbare landen op dit moment verwijzen we naar de officiële mededelingen van de betrokken bedrijven, omdat dit veld snel verandert.
Een ander bedrijf dat hierop inzet is het Amerikaanse AST SpaceMobile, dat sinds 2022 zogeheten BlueBird-satellieten lanceert: grote, uitklapbare satellieten die specifiek zijn ontworpen om rechtstreeks met bestaande smartphones te communiceren. Het bedrijf heeft samenwerkingen met operators als AT&T en Vodafone om dit uiteindelijk als aanvullende dekking aan te bieden.
Apple introduceerde in 2022, met de iPhone 14, een noodfunctie waarmee gebruikers buiten het bereik van een terrestrisch netwerk toch een kort noodbericht via satelliet (in samenwerking met satellietbedrijf Globalstar) konden versturen. Dit is een voorbeeld van non-terrestrische techniek die puur als vangnet dient wanneer het gewone terrestrische netwerk ontbreekt, en die functionaliteit is in latere iPhone- en iOS-versies verder uitgebreid.
Hoe ver is de techniek?
Terrestrische netwerken zelf zijn volwassen technologie: 4G is wereldwijd gemeengoed en 5G is in de meeste ontwikkelde landen, waaronder Nederland, al jaren in gebruik. Daar zit dus weinig onzekerheid meer in.
De integratie met non-terrestrische netwerken staat echter nog vroeg in de ontwikkeling. 3GPP nam in Release 17, afgerond in 2022, voor het eerst officiële ondersteuning voor NTN op in de 5G NR-standaard, vooral gericht op eenvoudige toepassingen zoals berichten en sensordata via satelliet. Latere releases (18 en verder, onderdeel van wat '5G-Advanced' wordt genoemd) breiden dit stapsgewijs uit richting spraak en snellere data, met het oog op verdere verfijning in de 6G-standaarden die dit decennium worden ontwikkeld.
Er zijn nog stevige technische obstakels. Latency (de vertraging tussen versturen en aankomen van een signaal) is bij satellieten hoger dan bij een nabijgelegen zendmast, vooral bij satellieten in een hogere baan. Het beschikbare spectrum (de radiofrequentiebanden die gebruikt mogen worden) moet internationaal worden afgesproken om storing tussen terrestrische en satellietsignalen te voorkomen, wat een langzaam, diplomatiek proces is via de ITU. Daarnaast is de bandbreedte die een gewone smartphone-antenne met een satelliet kan uitwisselen nog beperkt, waardoor volwaardig videobellen via satelliet vooralsnog niet haalbaar is. Tot slot zijn complete satellietconstellaties kostbaar om te bouwen en te onderhouden, wat het verdienmodel voor operators nog onzeker maakt.
Wie werken eraan?
De technische spelregels voor terrestrische en non-terrestrische integratie worden internationaal vastgelegd door 3GPP, het samenwerkingsverband van regionale standaardisatie-organisaties dat de specificaties voor 4G, 5G en 6G schrijft. Daarnaast speelt ETSI (European Telecommunications Standards Institute) een rol in de Europese telecomstandaarden, en bepaalt de ITU (International Telecommunication Union, een gespecialiseerd VN-orgaan) internationale afspraken over welke frequenties waarvoor gebruikt mogen worden.
Grote netwerkuitrusters zoals Ericsson, Nokia en Huawei bouwen de apparatuur voor zowel terrestrische masten als de technologie die satellietintegratie mogelijk maakt, terwijl chipmaker Qualcomm onderzoek doet naar chips die smartphones rechtstreeks met satellieten laten praten. Aan de satellietkant zijn SpaceX (met Starlink) en AST SpaceMobile de bekendste namen die actief samenwerken met bestaande telecomoperators.
In Nederland zijn het vooral KPN, VodafoneZiggo en T-Mobile Nederland die het terrestrische mobiele netwerk beheren en uitbreiden. Onderzoeksinstellingen als TNO en TU Delft doen breder onderzoek naar toekomstige netwerktechnologie, waaronder de rol van 5G en 6G, terwijl de Rijksinspectie Digitale Infrastructuur (RDI) als toezichthouder de verdeling van radiofrequenties in Nederland reguleert — een taak die des te belangrijker wordt naarmate terrestrische en satellietsignalen dezelfde frequentiebanden gaan delen.