Uppdateringar för nätverksavstängningar 2G, 3G, 4G LTE

I och med att vissa mobilnät läggs ned och 5G-nätverk växer upp, förändras hela landskapet för mobila uppkopplingar. För aktörer som har sålt produkter som använder äldre nät, är frågorna idag fokuserade på livslängden för dessa nät, hur länge 4G LTE-nät kommer att fungera och om 5G kommer vara moget tillräckligt snart för deras behov. Denna artikel gräver djupare i dessa frågeställningar.

Varför äldre nät stängs av

Operatörer måste kunna återanvända spektrum för att bygga upp nya nätverk och tillhandahålla snabbare, mer responsiv teknik för sina kunder. Gammal 2G/3G-infrastruktur måste ge plats åt nya nät, och detta innebär att äldre mobilprodukter inte längre kommer fungera och måste fasas ut.

Det finns två centrala mått i detta sammanhang:

1. Spektralverkningsgrad, mätt i bitar/sekund/Hertz (Hz). Detta är en indikator på hur effektivt data överförs per tillgänglig bandbredd. Modulation, kodningsmetoder och felkorrigering spelar en central roll här. Moduleringsscheman av högre ordningar som 64-QAM och 256-QAM, som vanligtvis används i 4G LTE, gör att data kan överföras med upp till 8 gånger fler bitar/Hz jämfört med 2G eller 3G.
2. Latens. Detta är fördröjningen från förfrågan till svar och är en indikator på hur responsivt ett mobilnätverk är. Genom uppgraderingar av mobilnätverken och tekniken har latensen minskat från sekunder under 2G-nätets tidiga dagar och tresiffrigt antal millisekunder under 3G, till tvåsiffrigt antal millisekunder i 4G LTE-nätverk, till ett förväntat ensiffrigt antal millisekunder i framtidens 5G Stand-Alone-nät.

Den goda nyheten är att 4G LTE kommer att finnas tillgängligt i minst ett decennium framöver och kommer att existera tillsammans med 5G-nät. Denna artikel beskriver 2G- och 3G-nätens utfasning och framtidsutsikterna för 4G LTE- och 5G-näten, som ett stöd för att planera migreringar.

Utfasningen av 2G

Figur 1: Alla större nordamerikanska operatörer kommer att fasa ut 2G i slutet av 2021. (Bildkälla:Digi)

I USA håller stora operatörer redan på att stänga ned 2G-täckningen:

• AT&T slutade driva 2G-nätverk 2016
• T-Mobile kommer att rulla tillbaka 2G i december 2020
• Verizon Wireless kommer också att fasa ut sitt 2G CDMA-nät i slutet av 2020
• Sprint stänger av sitt 2G CDMA-nätverk i december 2021

Men även innan dessa 2G-nätverk helt är tagna ur drift kommer 2G-enheter att sluta fungera optimalt. Här är vad som är att förvänta:

1. 2G-produkter kan fortfarande ansluta till nätet, men det är inte möjligt att aktivera nya produkter.
2. Dessa produkter kommer sannolikt inte att fungera lika bra som tidigare, eftersom operatörerna kommer att återanvända spektrat för att göra plats för att bygga nya nät.

På andra håll i världen:

• Bell Canada stängde ner 2G-näten 2018
• Andra operatörer i Kanada, t.ex. Telus och Rogers, har båda slutat stödja 2G
• I Europa kommer 2G ha en längre livslängd. Vodafone avser att hålla med 2G-täckning fram till minst 2025. Observera dock att de sannolikt kommer att börja återanvända spektrum redan före dess.

Utfasningen av 3G

Figur 2: De största nordamerikanska operatörerna planerar att fasa ut 3G till slutet av 2022. (Bildkälla: Digi)

Liksom 2G-näten använder 3G-nät spektrum som i slutändan kommer att behövas för att stödja 4G LTE, vilket innebär att operatörerna planerar avvecklingar. Dessutom har 3G-produkter hastighetsbegränsningar och uppnår maximalt 3 Mbps. 4G LTE är både snabbare och använder spektrat mer effektivt, vilket innebär att fler enheter kan dela på tillgängligt spektrum.

Aktuella planer från större operatörer ser ut som följande:

• Verizon stänger av sitt CDMA-nätverk i slutet av 2020
• AT&T planerar att stänga av sitt 3G-nät i februari 2022 och 3G-telefoner kan då inte längre aktiveras
• T-Mobile förväntas lägga ned sina 3G-nät i slutet av 2021
• Sprints 3G-nät stängs av i december 2022 och 3G-enheter kan då inte längre aktiveras

Nu är ett mycket bra tillfälle att utvärdera utrullningen av 4G LTE-produkter, vilket tas upp nedan.

Utsikterna för 4G LTE-nätverk

Figur 3: Även om 2G och 3G kommer att fasas ut snart, finns inga planer på att fasa ut 4G inom en snar framtid. (Bildkälla: Digi)

Även om 4G LTE så småningom kommer att bli föråldrat, behöver ingen hålla andan tills det stängs ner, vilket ligger ett decennium eller mer in i framtiden. Företag som planerar för IoT-utrullningar idag kan känna sig trygga med LTE-nätens långsiktiga funktion.

Faktum är att det inte bara kommer att dröja minst ett decennium eller mer innan 5G helt övertar 4G, utan 4G LTE tillhandahåller faktiskt all den bandbredd som de flesta produkter idag behöver och är ett mycket mer kostnadseffektivt val. 4G LTE, som står för Long Term Evolution, kommer mycket effektivt att dela spektrum med 5G-näten när dessa växer, och många produkter kommer med tiden att utvecklas med både 4G- och 5G-funktionalitet.

Idag används 5G främst av teknikentusiaster som är villiga att betala en hög premie - antingen för nymodigheten i sig eller för att ta del av en tidig, begränsad funktionalitet. Som med all ny teknik behövs viktig stegvis utveckling för att möjliggöra en bred användning.

Viktiga överväganden för att använda 5G

Här är några viktiga faktorer som kan underlätta migrationsplanering av nuvarande system:

• 5G-näten är banbrytande, men täckningen är begränsad idag och nätinfrastrukturen måste utvecklas för att leverera 5G-visionen om "ett nätverk överallt för alla användningsområden".
• Teknik som 5G mmWave är inte idealisk i områden med hinder, såsom byggnader eller täta lövverk, eller platser som utsätts för mycket nederbörd eller snö. Även tvåglasfönster kan blockera en 5G mmWave-signal.
• Till följd av behovet av utveckling och testning för att säkerställa signalens livskraft, samt tätt liggande noder, kommer hela 5G-utrullningen att ske under de närmaste 3-5 åren och därefter, beroende på geografiskt område.

Figur 4: 5G möjliggör snabbare datahastigheter, större täthet mellan mobilenheter och lägre latens. (Bildkälla: Digi)

• Precis som 4G LTE handlar 5G om att ha en långsiktig utvecklingsstrategi och erbjuda stegvis funktionalitet längs vägen. Detta kan bäst ses i specifikationerna bakom tekniken, vilka är sammanfattade i utgåvor av 3^rd Generation Partnership Project (3GPP):
  • Utgåva 15 av GPP3 var den första 5G-utgåvan i december 2018. Denna hade fokus på grunderna och Enhanced Mobile Broadband (vilket innebär snabba applikationer).
  • Utgåva 16 (ibland kallat 5G fas 2) kom i juli 2020. Den fokuserade på uppdragskritisk funktionalitet, men vidareutvecklade också Enhanced Mobile Broadband.
  • Utgåva 17 är planerad till slutet av 2021 eller början av 2022 och kommer att fokusera på ett massivt sakernas internet och även utveckla de andra två områdena, genom lägre latens och till och med 5G via satellit.
    

Hur 4G LTE och 5G kommer att samsas om utrymmet

Operatörerna var tvungna att stänga av 2G- och 3G-näten för att få plats med 4G LTE, men detta är inte fallet med 4G och 5G. 5G använder nytt spektrum, exempelvis mmWave, och fungerar tillsammans med det befintliga 4G-spektrat. Detta beror på Dynamic Spectrum Sharing (DSS).

Vad är Dynamic Spectrum Sharing (DSS)?

DSS är en teknik som möjliggör produkter för både 4G LTE och 5G i samma frekvensband. Den fördelar dynamiskt spektrumresurserna mellan de två teknikerna, baserat på användarbehoven.

Utan DSS skulle en operatör med 20 MHz 4G LTE-spektrum tillgängligt behöva dela på det spektrat, vilket innebär att de måste allokera 10 MHz spektrum till 4G LTE och klämma in alla LTE-användare i det 10 MHz-spektrat. Sedan kan det återstående 10 MHz-spektrat användas för 5G, även om det initialt bara kommer att vara ett minimalt antal 5G-användare.

Med DSS behöver en operatör inte dela sitt spektrum eller ha ett dedikerat spektrum för antingen 4G LTE eller 5G. Istället kan operatörern dela upp 20 MHz-spektrat mellan de två teknikerna. Inledningsvis kommer spektrat mest att användas för 4G LTE, men när antalet 5G-enheter växer, kommer mer och mer spektrum att användas för 5G. Så småningom, om uppskattningsvis 15 till 20 år när det finns få 4G LTE-enheter i bruk, kommer det mesta om inte hela spektrat att användas för 5G.

Med dynamisk spektrumdelning kan operatörerna använda samma spektrumband för både 4G och 5G. För att använda en trafikanalogi: istället för att bygga separata vägar för bussar och bilar, är DSS som att ha en stor motorväg med separata körfält för olika fordonstyper.

Från 5G non-standalone till 5G standalone

Många 5G-enheter, exempelvis mobilroutrar, kommer att byggas med både 4G- och 5G-sändtagare så att de kan ansluta till vilket som helst av näten. I början av 5G måste de ansluta till 4G LTE först och sedan ansluta till ett 5G-nät när detta finns tillgängligt. Detta kallas också 5G non-standalone (NSA).

Först kommer den mesta datan att överföras via4G LTE. Men med tiden när 5G-täckningen växer och mobilinfrastrukturen flyttas till 5G Stand-alone, kommer mer och mer data att överföras via 5G och mobila enheter kan ansluta till 5G-nätet direkt, utan omväg via 4G LTE. För att fortsätta med trafikanalogin, kommer 5G så småningom att passera 4G som det största körfältet på vägen.

Hur passar LTE-M och NB-IoT in i 5G?

Anta att det behövs en större utrullning av LTE-M- eller NB-IoT-enheter inom en snar framtid. Kommer dessa enheter snart att vara föråldrade när 5G blir tillgängligt? Borde det finnas en fördröjning i utrullningen i väntan på 5G?

Svaret är att LTE-M eller NB-IoT var ett utmärkt teknikval, för även om dessa är 4G LTE-tekniker, utvecklades de som en del av LTE:s långsiktiga utvecklingsparadigm med 5G i åtanke.

När LTE-M och NB-IoT ursprungligen utvecklades, ägnades särskild uppmärksamhet åt utvecklingen av 5G för att säkerställa att vissa LTE-M- och NB-IoT-nät kan fungera eller samexistera i samma band som 5G-system. Detta ger en framåtkompatibel väg långt in i 5G-framtiden, efter att 4G LTE kanske inte är tillgängligt längre.

Som nämnts tidigare kommer Release 17, planerad till kring årsskiftet 2021-2022, att vara den första versionen med fokus på ett massivt sakernas internet, vilket innebär att kretsar och produkter kommer att följa, med de första tillgängliga kring 2022/2023.

Fyra sätt att förbereda sig för 5G idag

Vad kan man göra idag för att förbereda sig för 5G? Ska man överväga att uppgradera idag eller vänta? Behövs 5G verkligen idag? Digi får idag höra dessa och många andra frågor från kunderna. Som svar på dessa frågor har följande konkreta process tagits fram:

1. Identifiera 5G-tillämpningar

Identifiera tillämpningar där mycket högre hastighet och lägre latens skulle förbättre funktionen. Ett utmärkt exempel är tillämpningar som utnyttjar edge computing för maskininlärning och prediktivt underhåll.

Kommer funktionsbehoven förändras under de närmaste fem åren avseende datavolymer, latens och prestandabehov? Exempelvis möjliggör LTE-M och NB-IoT nya batteridrivna enheter och nya affärsmodeller som tidigare inte var möjliga med 2G/3G.

Fler angelägna frågor: Vilken typ av 5G behövs? Behövs en 5G sub-6 - med dess rikstäckande utbredning - men med liknande prestanda som 4G LTE idag, eller behövs den höga hastigheten på 5G mmWave, som oftast finns i tätbefolkade stadsmiljöer? Detta är en viktig faktor, för som tidigare nämnts kommer inte alla spektra att finnas tillgängliga överallt och spektrumtillgängligheten kommer att varera med tiden. Finns en önskan att 5G-aktivera eller byta ut befintlig utrustning?

2. Inventering produkterna i cirkulation

Att förstå hur vägen går från 4G till 5G underlättar planeringen inför framtiden. Kanske 2G- eller 3G-enheter fortfarande används eller så är behovet att använda 4G-produkter av 1:a generationen som kan dra nytta av en uppgradering till nyare 4G LTE-enheter med snabbare processorer och 4G Gigabit LTE-näthastigheter. Om detta är fallet kan man hålla utkik efter modulära enheter eller produkter som är "5G Ready", vilket vanligtvis innebär att de har prestanda och gränssnitt för att stödja 5G via en radiouppgradering.

3. Uppskatta kostnaderna - eller riskerna - för att behålla den nuvarande produktflottan i cirkulation

Om 2G- eller 3G-enheter fortfarande används, finns risk för avbrutna uppkopplingar och avbrott till följd av nedstängda nät. Om 4G LTE-enheter används, anses dessa i allmänhet vara bra, men tänk på enhetens ålder och avgör om det är önskvärt att byta ut var för sig eller uppgradera till en nyare enhet. Enhetssäkerhet och firmwareuppdateringar är viktiga faktorer att tänka på. Som alltid kan Digi guida er i dessa beslut.

4. Skapa ett affärscase för att migrera

Gör en kostnads-/nyttoanalys som visar när och om att gå över till 5G är ett lönsamt drag. Titta på meningsfulla mellanliggande tekniksteg som en del av en större migration. Tänk exempelvis på en modulär, avancerad 4G LTE/5G-förberedd produkt idag som också erbjuder en väg för uppgraderingar när 5G blir tillgängligt, så kanske affärscaset motiverar en migrering till 5G.

Arbeta med partners bland produkttillverkare och nätoperatörer för att komma överens om tidsramar för produkternas och nätens tillgänglighet. Tänk på installationskostnaderna för t.ex. 5G mmWave-utrustning utomhus.

Planera för förändring

Idag, särskilt i utvecklade länder, är 4G LTE ett utmärkt val för de som förbereder sig för produktlanseringar, då detta har hög hastighet och rimligt låg latens för de flesta tillämpningar.

I mindre utvecklade länder kommer 4G LTE sannolikt att förbli standard i flera decennier framöver.

Samtidigt kommer 5G-nättäckningen att växa, och tekniken kommer i slutändan att leverera den extremt snabba hastigheten och den låga latens som förväntas förändra spelplanen för avancerade teknologier som autonoma fordon.

När det gäller 2G/3G-enheter är dagarna räknade, och det är dags att planera genom att påbörja eller fortsätta 4G-utrullning med tillförsikt. Att tidigt börja nyttja 5G inom det kommersiella eller industriella gebitet innebär att vara en pionjär. Kontakta Digi för att diskutera framtidsplaner och få stöd och support för funktionella krav.