5G en VR
5G may also allow the delivery of ‘Virtual Reality’, although there are those who suspect this is one of the ‘inflated expectation’ technologies.
(Jean Philip De Tender, EBU Media Director, keynote 3/10/2019 op het Media2020 congres, Bucharest)
Zelfs voordat virtual reality opnieuw in de belangstelling bij het grote publiek kwam een paar jaar geleden, werd 5G al als “enabling technology” ervoor beschreven. Ook op Europees niveau verschenen publicaties over welke implicaties 5G zou kunnen hebben, zoals dit rapport van BEREC, waarin virtual reality en immersive media veelvuldig ter sprake komen. Vreemd genoeg is er op de recente “outlook poster voor 5G van 3GGP” voor 2025 alleen nog ruimte voor “Augmented Reality”. Daar tegenover staan Europese initiatieven zoals 5G-Xcast, die de belofte van interactieve broadcast van 3D en 360° omgevingen, VR dus, via 5G nog steeds zonder voorbehoud op de agenda zetten:
5G-Xcast will help ensure Europe’s leadership. Public demand for immersive media expands to 4k/8k Ultra-High-Definition Television (UHDTV) including HDR (High-Dynamic Range), HFR (High Frame Rates) and wide colour space, object-based content, Virtual/Augmented/Mixed Reality (VR/AR/MR), 360° visual media and Next Generation Audio. 5G is expected to provide the main means to deliver these new audio-visual media including their consumer interactivity. It is a challenge that Europe must rise to.
5G-Xcast homepage
Ook Nederland wordt nu flink opgewarmd voor deze volgende generatie van mobiele communicatie, met voor (eerst eind 2019, nu in) 2020 aangekondigde veilingen voor 5G-frequenties door de rijksoverheid en recent diverse aankondigingen van “landelijke testen met 5G” in ons land. Op 28 november organiseert Telecompaper het Telecom Insights 2019 evenement met als thema “Impact van 5G op Nederland”. Ook op de VR Days 2019 wordt er uiteraard aandacht aan besteed. Maar hoe zit dat dan met 5G en VR? Wanneer gaan VR-gebruikers in ons land er iets van merken, dat er 5G is? Ga er even voor zitten, dan praat je straks op het juiste technische niveau mee:
5G “NR”
5G is niet meer dan een soort ijkpunt in de ontwikkeling van de technische standaarden voor mobiele communicatie door het 3GGP consortium. Twintig jaar geleden opgericht om wereldwijd samen te gaan werken aan de derde generatie mobiele telefonienetwerken, “3G”, en daarna verder gegaan met “4G” met de toevoeging “LTE” (Long Term Evolution, omdat andere en concurrerende standaarden zoals WiMAX ook als “4G” worden beschouwd). Nu is het consortium dus bezig met “5G”. In december wordt naar verwachting Release 15, die als eerste 5G-release van het consortium wordt beschouwd, definitief vastgesteld. De meest bekende verbeteringen ten opzichte van 4G zijn in het plaatje bovenaan dit artikel weergegeven: bandbreedte (= de hoeveelheid data in bits per tijdseenheid, vaak ietwat misleidend vertaald als “snelheid”) en latency (vertraging, “round trip time”, “pingtijd”). Daarnaast wordt als belangrijke verbetering altijd gewezen op het aantal draadloze “endpoints” (mobiele apparaten) dat tegelijkertijd met een zendmast of antenne–installatie verbonden kan zijn: nu, bij 4G enkele honderden, bij 5G moeten dat er 50-duizend per cel en meer dan een miljoen per vierkante kilometer worden. Dat heeft mede ermee te maken dat bij 5G het netwerk gevirtualiseerd is en er (realtime en naar behoefte) voor toepassingen met verschillende eisen eigen en op maat ingerichte virtuele netwerken opgezet kunnen worden. Dit heet network slicing. Andere typische 5G aspecten op antennegebied die het aantal endpoints en de kwaliteit van de verbindingen positief beïnvloeden zijn “massive MIMO” en “beam forming“. De laatste term die je moet onthouden als onmisbare factor voor het functioneren van 5G is “edge computing / edge cloud“, waarover later meer. Onthoud deze termen vast, wat verderop in dit artikel komen we terug op deze en andere fundamenten van 5G.
voor HQ-VR is nog een lange weg te gaan
De belangrijkste reden om de ontwikkeling vanaf Release 15 geen 4G meer te noemen, is de implementatie van nieuwe radiotechnologie, heel toepasselijk 5G N(ew) R(adio) genoemd en dit is nu precies een bundeling van nieuwe technologieën en frequentiebanden die met name de bandbreedte en de “vertraging” beïnvloeden. Voor VR gaat men uit van hoge resolutie beelden, die je voor een stereoscopische (quasi-3D) omgeving voor ieder oog apart moet renderen. Ook is er geen rekening gehouden met “eye tracking” en foveated rendering en denkt men hier dat uiteindelijk een beeldhoek van 200 graden nodig is voor een realistische ervaring in VR (vanwege de “immersion”). Intussen zijn er ontwikkelingen als raytracing en lichtvelden in VR die weer heel andere eisen gaan stellen. Zolang je alleen non-interactieve (360-graden) content streamt vanuit de cloud, is uiteraard alleen de bandbreedte van belang en zorgt de vr-bril zelf voor de het juiste blikveld. Voor interactieve VR content is men het over het algemeen wel eens, dat deze voor een beetje lekkere VR-ervaring, dat de “motion to photon” latency niet groter dan 20 milliseconde mag zijn. Met een beetje rekenwerk komt dat er op neer dat het netwerk dan nog een maximale “core to edge round trip time” mag hebben van 7 ms. Als je ziet dat de huidige testen met 5G gedaan worden met nog grotendeels op 4G LTE gebaseerde standaarden waar 10 ms echt het uiterst haalbare is en ook de Nederlandse overheid met genoemde veilingen inzet op “gemiddeld 100 Mbps” voor de eerste uitrol van 5G in Nederland, snap je dat er nog een lange weg te gaan is voordat “basic VR” in Nederland via 5G zal plaatsvinden. Pas wanneer Edge Computing / Edge Cloud als concept en Slicing in 5G verder ontwikkeld zijn, wordt “hoogwaardige mobiele VR” met behulp van 5G mogelijk.
Bij de nu bijna officiële Release 15 kunnen we dus eigenlijk alleen VR op het niveau van de Gear VR of ietsjes beter verwachten, lijkt het, en mobiele AR tot maximaal 4K kwaliteit. Nederland veilt in 2 ronden in 2020 en 2021 alleen maar frequenties in wat men bij 5G de F(requency) R(ange) 1 noemt: laag- en middelhoge frequentiebanden tussen respectievelijk 450 en 900 Mhz (ook “sub-1 Ghz” genoemd) en 1400 – 7125 Mhz. De echt grote bandbreedtes kun je pas verwachten in FR2 met frequenties tussen de 24,25 en 52,6 Ghz (en wellicht nog hogere frequenties) , die nu alleen nog maar in Amerika en Azie beschikbaar zijn gesteld en momenteel grotendeels voor satellietcommunicatie in gebruik of gereserveerd zijn. In de World Radiocommunication Conference 2019 (WRC-19), die momenteel (28 Oktober tot 22 November 2019) in Sharm el-Sheikh, Egypte, plaatsvindt, moeten er harde knopen over doorgehakt worden. Er worden de laatste jaren ook allerlei samenwerkingen aangekondigd en weer verbroken tussen partijen in het 5G ecosysteem en de satellietcommunicatie spelers, in opmars naar deze conferentie en een toekomst waarin beide werelden van mobiele datacommunicatie onvermijdelijk naar elkaar toegroeien en uiteindelijk zullen integreren. Intussen test in Nederland T-Mobile landelijk 5G alleen in de 700 Mhz band en doet KPN een test met 3,4 Ghz frequenties. Maar dat is voor hoogwaardige VR dus nog lang niet het echte werk!
toch meteen al meer VR bij 5G!
Het is grappig dat na de uitrol van de eerste 5G netwerken in Korea, men niet alleen een toename zag van 300% in dataverkeer, maar ook dat het aandeel in het datavolume van VR en AR toepassingen daarbij al na 2 maanden verviervoudigd is tot 20%, ten opzichte van 5% in de zelfde periode bij de 4G netwerken! Hier is in heel korte tijd de behoefte aan een “beter” mobiel netwerk voor VR-toepassingen al keihard aangetoond! Met name provider LG Uplus stimuleerde in Korea de 5G-uitrol met gratis VR-headsets (, nu nog alleen bij het duurste, unlimited abonnement,) en veel AR en VR content die men ook continu actualiseert. Eind dit jaar wordt VR cloud gaming geïntroduceerd door LG U+, waarschijnlijk tegelijkertijd met de ingebruikname van FR2 frequenties.
- eMBB = enhanced Mobility & Broadband, o.a. voor VR
- mMTC = massive Machine Type Communication, (I)IoT
- URLLC = Ultra Reliability and Low Latency Communication, o. a. voor “Smart Industry / Industry 4.0”
hoe verder met 5G?
Release 16, waarvan men nu verwacht dat de “core specs” in juni 2020 klaar zijn, richt zich met name op (I)IoT en “Industry 4.0” toepassingen van 5G, waarbij de aspecten “low latency” en “mobility” zeker een grote rol spelen om te verbeteren, maar “security & reliability” de gemeenschappelijke noemer is. Ook over Release 17 wordt al sinds juni 2019 gepraat en verwacht men in 2021 de eerste specificaties rond te hebben. Daar komen zaken als enhanced location based services en (C-)V2X (voor voertuigcommunicatie) aan de orde. Wie weet is tegen die tijd de professionele toepassing van VR en AR zo groot in tal van industrietakken, dat er vanzelf rekening mee gehouden gaat worden.
Wel kun je op de eerder genoemde website van 5G-Xcast onder andere een theoretische studie door het Nokia Bell Lab uit 2018 vinden waarin wordt gekeken hoe het eventueel mogelijk zou zijn om in de toekomst met 5G binnenshuis VR te streamen waarbij (een groot aantal) mobiele apparaten zich alleen op van te voren bekende plekken bevinden (in iets als een VR-theater) en iedereen dezelfde content ontvangt (multicast). Door Single Frequency Network technologie (zoals bijvoorbeeld ook gebruikt bij digitale radio (DAB+) met device-to-device technieken (zoals “direct mode” bij portofoons) te combineren, kunnen ze aannemelijk maken dat er op die manier een low-latency stream met een bandbreedte van 5,2 Gbps (dat voldoende is voor HQ-VR volgens deze studie) met hoge betrouwbaarheid mogelijk lijkt. Het lijkt onwaarschijnlijk dat al deze voorstellen al in Release 16 of 17 terecht zullen komen. En wie zit er te wachten op VR-theaters waar je op je stoel zittend of in ieder geval niet vrij rondlopend met een draadloze headset super realistische virtual reality / 360 graden content kunt beleven? HQ-VR lijkt op dit moment meer een “voorbeeld toepassing” bij de ontwikkeling van 5G dan dat er specifieke en realistische use-cases in de toekomst voor bekend zijn. Maar de uitrol van 5G in Korea laat zien dat er ook belangstelling is voor lage kwaliteit AR en VR, wanneer die zelfs maar een beetje beter dan met 4G beschikbaar wordt gesteld op het mobiele netwerk. En Apple komt, zo gaan de geruchten, nu toch in 2020 met een AR-bril op de markt en wie weet welke behoeften dat gaat losmaken in de consumenten markt.
hoge bandbreedte alleen in hotspots
Er gaan ook steeds vaker stemmen op om de WiFi en 5G standaarden te gaan samenvoegen op termijn en niet alleen verder gaan met steeds meer overlappende frequentiebanden van elkaar te willen gebruiken. Als dat gebeurt en de simkaart, die tegenwoordig toch al als eSIM gevirtualiseerd beschikbaar is, wordt vervangen door iets als een autorisatie-token, zal het wellicht geen 5G meer heten. Verwacht tot die tijd hoge kwaliteit VR met 5G dus niet eerder dan na 2030 in ons land, als er dan FR2-frequenties voor beschikbaar zijn gesteld. Zelfs met alle toeters en bellen van Release 17 en daarmee voldoende bandbreedte en rekenkracht “aan de rand” met lage latency, zullen de toepassingsmogelijkheden voor VR met hoge grafische en “feedback” kwaliteit via 5G zich ook dan beperken tot plekken zoals theaters en stadions, waar al snel meerdere zendinstallaties nodig zullen zijn. De radiogolven ervan worden gekarakteriseerd door:
- hoge frequenties en korte reikwijdte
- slechte doordringing door muren en gebouwen
- een stuk weergevoeliger, vooral voor regen en sneeuw (“rain fade”)
Onderweg buiten de stad in de auto of op het open water in Nederland draadloos van hoogwaardige VR genieten, zal dus sowieso op een andere manier dan met 5G gaan plaatsvinden voorlopig. Op het genoemde Telecom Insights congres in Utrecht 28 november over 5G, zie ik dan ook VR helemaal niet als impact-topic voorbij komen. Wel verwacht ik daar hints naar de op edge computing gebaseerde streaming cloudplatformen voor gaming, zoals Google Stadia en Microsoft xCloud, die heel goed de basis kunnen gaan vormen voor cloudgebaseerde VR-platformen, ooit.
360 graden interactieve content met 5G
Professionals die zich binnenkort al op de hoogte willen stellen van de mogelijkheden die 5G voor “immersive media” gaat bieden, kunnen (gratis, maar na selectie) terecht bij het “5G for Immersive Technologies” evenement (praatjes en workshop) van UK5G en de BBC op 29 november in Salfort, bij Manchester (UK):
The high-bandwidth low-latency technologies promised by 5G will likely radically disrupt the Creative Industries. Across TV, film, music, advertising, theatre, the arts and digital creative industries, the effects could affect the production, distribution and consumption models, as well as the content that is made.
(UK5G Innovation Network)
meer NL gerelateerde info:
Commentaar op dit bericht is uitgeschakeld