2G, 3G, 4G LTE-nettverksavslutningsoppdateringer

Hele landskapet for mobil oppkobling er i endring med mobilnettverk som slukkes og 5G-nettverk som vokser. For bedrifter som har distribuert enheter basert på eldre nettverk, er spørsmålene i dag rundt levetiden til disse nettverkene, hvor lenge 4G LTE-nettverk vil være levedyktige, og om 5G vil modnes snart nok for deres behov. Denne artikkelen vil utforske og besvare disse spørsmålene ytterligere.

Hvorfor eldre nettverk slås av

Operatører må kunne gjenbruke spektrumet for å utvikle nye nettverk og tilby raskere og mer responsiv teknologi til kundene sine. Gammel 2G- og 3G-infrastruktur må legge til rette for nye nettverk, og dette betyr at eldre mobilenheter ikke lenger vil være levedyktige og må pensjoneres.

Det er to beregninger i denne sammenhengen som betyr mest:

1. Spektral virkningsgrad, målt i bit per sekund/hertz (Hz). Dette er en indikator på hvor effektive dataene overføres per tilgjengelig båndbredde. Modulering, koding og feilretting spiller en nøkkelrolle her. Høyere gradueringsordninger som 64-QAM og 256-QAM som ofte brukes i 4G LTE, tillater data å overføre opptil 8 ganger flere bits/Hz sammenlignet med 2G eller 3G.
2. Latenstid (ventetid). Dette er forsinkelsen fra forespørsel til svar, og er en indikator på hvor responsivt et mobilnettverk er. Gjennom oppgraderinger av mobilnettverk og teknologi har latenstiden (latensen) kommet ned fra sekunder i de tidlige 2G-dagene, og tresifrede millisekunder i 3G, til tosifrede millisekunder i 4G LTE-nettverk og en forventet ensidig latenstid i fremtidige frittstående 5G nettverk som opererer alene (Stand-Alone – SA-nettverk).

Den gode nyheten er at 4G LTE vil være tilgjengelig i minst et tiår fremover, og vil eksistere side om side med 5G-nettverk. Denne artikkelen gir oppdateringer om slukkingen for 2G- og 3G-nettverk og utsiktene for 4G LTE- og 5G-nettverk for å støtte dem som planlegger sin migrasjonsvei.

Utsiktene for 2G-slukking

Figur 1: Alle større nordamerikanske operatører vil avvikle 2G innen utgangen av 2021. (Bildekilde: Digi)

I USA er store operatører allerede i ferd med å stenge ned 2G-tjenesten:

• AT&T la ned 2G-nettverkene i 2016
• T-Mobile legger ned 2G i desember 2020
• Verizon Wireless vil også avvikle 2G CDMA-nettverket sitt innen utgangen av 2020
• Sprint slår av 2G CDMA-nettverket i desember 2021

Før disse 2G-nettverkene blir fullstendig avviklet, vil imidlertid 2G-enhetene slutte å fungere optimalt. Dette kan du forvente:

1. 2G-mobilenheter kan fortsatt koble til nettverket, men det vil ikke være mulig å aktivere nye enheter.
2. Disse enhetene vil sannsynligvis ikke fungere så bra som tidligere, da operatørene kommer til å gjenbruke det spektrumet for å gjøre plass til nye nettverk som kommer på nettet.

Andre steder i verden:

• Bell Canada la ned 2G-nettverkene i 2018
• Andre operatører i Canada, som Telus og Rogers, har begge sluttet å støtte 2G
• I Europa kommer 2G til å ha en lengre levetid. Vodafone har til hensikt å støtte 2G-tjenesten frem til minst 2025. Vær imidlertid oppmerksom på at de sannsynligvis vil begynne å gjenbruke spektrumet før dette tidspunktet.

Utsiktene for 3G-slukking

Figur 2: nordamerikanske operatører vil avvikle 3G innen utgangen av 2022. (Bildekilde: Digi)

I likhet med 2G-nettverk bruker 3G-nettverksspektrumet som til slutt vil være nødvendig for å støtte 4G LTE, noe som betyr at operatører planlegger utfasinger. I tillegg har 3G-enheter hastighetsbegrensninger, og oppnår maksimalt rundt 3 Mbps. Derimot er 4G LTE både raskere og bruker spektrumet mer effektivt, noe som betyr at flere enheter kan dele tilgjengelig spektrum.

Gjeldende planer fra større operatører er som følger:

• Verizon avvikler CDMA-nettverket sitt innen utgangen av 2020
• AT&T planlegger å slå av 3G-nettverket sitt i februar 2022, 3G-telefoner kan ikke lenger aktiveres
• Det forventes at T-Mobile vil slukke 3G-nettene sine innen utgangen av 2021
• Sprint 3G-nettverk blir avslått i desember 2022, 3G-enheter kan ikke lenger aktiveres

Dette er et veldig godt tidspunkt å evaluere distribusjoner av 4G LTE-enheter, som vi tar for oss neste.

Utsiktene for 4G LTE-nettverk

Figur 3: Selv om 2G og 3G vil bli avviklet snart, er det ingen planer om å avvikle 4G i nær fremtid. (Bildekilde: Digi)

Mens 4G LTE til slutt vil bli foreldet, bør ingen holde pusten til nedleggelsen, det vil gjerne ta et tiår eller lenger inn i fremtiden. Bedrifter som planlegger IoT-distribusjoner i dag, kan trygt planlegge langsiktig levedyktighet for LTE-nettverk.

Faktisk vil det ikke bare ta minst et tiår eller mer før 5G går forbi 4G, men 4G LTE gir all båndbredden de fleste applikasjoner trenger i dag, og er et langt mer kostnadseffektivt valg. 4G LTE, som står for Long Term Evolution, vil svært effektivt dele spektrumet med 5G-nettverk etter hvert som de vokser, mange enheter utvikles over tid med både 4G- og 5G-funksjonalitet.

I dag er 5G primært i bruk av tidlige brukere som er villige til å betale en høy pris – enten for det nye eller for å gjennomføre tidlige, begrensede forsøk. Som med all ny teknologi, må det skje en viktig trinnvis utvikling for å muliggjøre utbredt bruk.

Viktige hensyn for 5G-bruk

Her er noen viktige hensyn for å hjelpe til med migrasjonsplanlegging av nåværende systemer:

• 5G-nettverk er banebrytende, men dekningen er begrenset i dag, og nettverksinfrastrukturen må utvikles for å levere 5G-visjonen om «ett allment utbredt nettverk for alle brukstilfeller».
• Teknologier som 5G mmWave er ikke ideelle i områder med hindringer, for eksempel bygninger eller tett løv, eller steder som opplever mye nedbør eller snø. Selv vinduer med dobbelt glass kan blokkere et 5G mmWave-signal.
• På grunn av behovet for utvikling og testing for å sikre levedyktige signaler, så vel som nodetetthet, vil full 5G-utrulling skje i løpet av de neste 3-5 årene eller senere, avhengig av det geografiske området.

Figur 4: 5G vil muliggjøre raskere datahastigheter, større enhetstetthet og lavere latenstid. (Bildekilde: Digi)

• I likhet med 4G LTE handler 5G om å ta en langsiktig evolusjonstilnærming og gi økt verdi underveis. Dette kan best sees i spesifikasjonene bak teknologien, som er bundet sammen i utgivelser av ^3. generasjons partnerskapsprosjekt (3GPP):
  • 3GPP-lansering 15 var den første 5G-lanseringen i desember 2018, med fokus på fundamentet og forbedret mobilt bredbånd (som betyr høyhastighetsutrustninger).
  • Lansering 16 (noen ganger omtalt som 5G fase 2) ble lansert i juli 2020. Den fokuserte på misjonskritisk kontroll, men utviklet også forbedret mobilt bredbånd.
  • Lansering 17 er planlagt til slutten av 2021/begynnelsen av 2022 og vil fokusere massivt på Iot (tingenes internett), samt utvikle de to andre områdene også, gjennom lavere latenstid og til og med 5G over satellitter.
    

Hvordan 4G LTE og 5G deler veien

Selv om operatører måtte slå av 2G- og 3G-nettverk for å imøtekomme 4G LTE, er dette ikke tilfellet med 4G og 5G. 5G bruker nytt spektrum, for eksempel mmWave, det kan fungere i forbindelse med det eksisterende 4G-spektrumet. Dette skyldes dynamisk spektrumdeling (DSS).

Hva er dynamisk spektrumdeling (DSS)?

DSS er en teknologi som tillater distribusjon av både 4G LTE og 5G i samme frekvensbånd. Den fordeler spektrumressursene dynamisk mellom de to teknologiene, basert på brukernes etterspørsel.

Uten DSS, vil en operatør som har 20 MHz 4G LTE-spektrum tilgjengelig måtte dele dette spektrumet, noe som betyr at de må tildele 10 MHz-spektrum til 4G LTE og «stappe» alle sine LTE-brukere i det 10 MHz-spektrumet. Deretter kan det gjenværende 10 MHz-spektrumet brukes til 5G, selv om det i utgangspunktet bare vil være et minimalt antall 5G-brukere.

Med DSS trenger ikke en operatør å dele spektrumet sitt, eller ha et dedikert spektrum for verken 4G LTE eller 5G. I stedet kan de dele det 20 MHz-spektrumet mellom de to teknologiene. I utgangspunktet vil spektrumet mest brukes til 4G LTE, men ettersom antall 5G-enheter vokser, vil mer og mer spektrum brukes til 5G. Til slutt, i anslagsvis 15 til 20 år når det er få 4G LTE-enheter i bruk, vil de fleste – om ikke hele spektrumet brukes til 5G.

Dynamisk spektrumdeling lar operatører bruke det samme spektrumbåndet for både 4G og 5G. For å bruke en trafikkanalogi, istedenfor å bygge forskjellige veier for busser og biler, er DSS som å ha én stor motorvei med separate kjørefelt for de forskjellige typene kjøretøyer.

Fra ikke-frittstående 5G til frittstående 5G

Mange 5G-enheter, som cellerutere,vil bli bygget med både 4G- og 5G-radioer slik at de er i stand til å koble til begge nettverk. I 5G sin tidlige tid, måtte de koble til 4G LTE først, og deretter koble til et 5G-nettverk hvis det var tilgjengelig. Dette kalles også ikke-frittstående 5G (5G Non-Standalone – NSA).

Først vil de fleste data bli overført via 4G LTE. Men over tid, etter hvert som 5G-dekningen utvides og den mobile infrastrukturen beveger seg mot frittstående 5G (5G Stand-alone – SA), vil mer og mer data overføres via 5G og mobile enheter kan koble til 5G-nettverket direkte uten omveien via 4G LTE. For å fortsette med trafikkanalogien, vil 5G til slutt kjøre forbi 4G som den foretrukne teknologien på mobil-motorveien.

Hvordan passer LTE-M og NB-IoT inn i 5G?

Om vi antar at det er ønkelig med større utrulling av LTE-M- eller NB-IoT-enheter i nær fremtid. Vil disse enhetene snart være foreldet etter hvert som 5G blir tilgjengelig? Bør det være en forsinkelse i utrulling mens du venter på 5G?

Svaret er at et stort teknologisk valg ble gjort med LTE-M eller NB-IoT, fordi selv om dette er 4G LTE-teknologier, ble de utviklet som en del av LTE sitt langsiktige evolusjonsparadigme, med 5G i tankene.

Da LTE-M og NB-IoT opprinnelig ble utformet, ble det viet spesiell oppmerksomhet til utformingen av 5G for å sikre at LTE-M og NB-IoT kan operere eller sameksistere i båndet med et 5G-system. Dette gir en fremoverkompatibel bane langt inn i 5G-fremtiden, utover når 4G LTE kanskje ikke lenger er tilgjengelig.

Som nevnt tidligere, lansering 17, planlagt til slutten av 2021 / begynnelsen av 2022, vil være den første utgivelsen med fokus på IoT, noe som betyr at brikkesett og enheter vil følge etter med den tidligste som er tilgjengelig i 2022 / 2023.

Fire måter å forberede seg på 5G på i dag

Hva kan gjøres i dag for å forberede seg til 5G? Skal en oppgradering vurderes nå eller vente? Er det virkelig behov for 5G i dag? Digi hører for tiden disse og mange andre spørsmål fra kunder. Som svar på disse spørsmålene ble følgende handlingsrettede prosess satt sammen:

1. Identifisere 5G-utrustninger

Identifiser utrustninger der mye raskere hastighet og lavere latenstid vil optimalisere operasjoner. Et førsteklasses eksempel er applikasjoner som utnytter kantberegning (edge compute) for maskinlæring og forebyggende vedlikehold.

Vil behovene for utrustninger endres i løpet av de neste fem årene med hensyn til datavolum, latenstid og strømbehov? LTE-M og NB-IoT aktiverer for eksempel nye batteridrevne enheter og nye forretningsmodeller som tidligere ikke var mulig med 2G / 3G.

Ytterligere spørsmål å stille: Hvilken type 5G er nødvendig? Trengs en 5G sub-6 med sin landsdekkende dekning, men med tilsvarende ytelse som 4G LTE i dag, eller trengs høyhastighets-5G mmWave, som for det meste er tilgjengelig i tettbefolkede, urbane strøk? Dette er en viktig faktor, for som nevnt tidligere, vil ikke alt spektrum være tilgjengelig overalt, og spektrumtilgjengelighet vil utvikle seg over tid. Er det et ønske å 5G-aktivere eller erstatte eksisterende utstyr?

2. Ta for eksempel lagerbeholdning av tilgjengelige enheter

Å forstå den hensiktsmessige 4G til 5G utviklingsbanen vil hjelpe med i planleggingen for fremtiden. Kanskje 2G- eller 3G-enheter fortsatt er i bruk, eller programmet bruker førstegenerasjons 4G-enheter som kan dra nytte av en oppgradering til nyere 4G LTE-enheter med raskere prosessorer og 4G Gigabit LTE-mobilhastigheter. Hvis dette er tilfelle, se etter modulære enheter eller enheter som er «5G-klare», noe som vanligvis betyr at de har ytelse og grensesnitt til å støtte 5G via en radiooppgradering.

3. Kvantifisering av kostnadene eller risikoen for å opprettholde den nåværende distribusjonen

Hvis 2G- eller 3G-enheter fortsatt er i bruk, er det fare for tap av tilkobling og tjenesteavbrudd på grunn av at nettverk slås av. Hvis du bruker 4G LTE-enheter, anses disse generelt som gode, men ta alderen på enheten i betraktning og avgjør om det er ønskelig å skifte enheten direkte (1:1) eller oppgradere til en nyere enhet. Nøkkelfaktorer som må vurderes er enhetssikkerhet og firmware-oppdateringer. Som alltid kan Digi være en veileder i disse valgene.

4. Lag en regnestykke for overgang

Ta en kost-nytte analyse som viser når, og om det er verdt å gå over til 5G. Se på meningsfylte midlertidige teknologiske trinn som en del av en større overgang. Vurder for eksempel en modulær, høyere-ende 4G LTE/5G-klar enhet nå som også gir en oppgraderingsbane når 5G blir tilgjengelig og gjeldende regnestykke kan støtte en overgang til 5G.

Jobb med enheten og mobilnettverksoperatøren for å justere tidslinjene for tilgjengelighet til enheten og nettverket. Vurder installasjonskostnader, for eksempel for utendørs 5G mmWave-utstyr.

Planlegging for endring

I dag, spesielt i utviklede land, har de som forbereder seg på enhetsdistribusjoner et godt valg i 4G LTE – som har rikelig med hastighet og rimelig lav latenstid for de fleste utrustninger.

I mindre utviklede land vil 4G LTE sannsynligvis forbli standarden i flere tiår fremover.

Samtidig kommer 5G-nettverksdekningen til å vokse, og teknologien vil til syvende og sist levere den ultraraske hastigheten og lave latenstiden som forventes å være «game changere» for avanserte teknologier som autonome kjøretøyer.

Når det gjelder 2G/3G-enhetsdistribusjoner, er levetiden på disse begrenset og går mot slutten, samt det er på tide å planlegge ved å begynne eller fortsette 4G-distribusjoner med sikkerhet. Å være en tidlig bruker av 5G i det kommersielle eller industrielle rommet er å være en pioner. Ta kontakt med Digi for å diskutere fremtidige planer og hvordan du kan få støtte til søknadskrav.