Tietoja 2G-, 3G- ja 4G LTE -verkkojen sulkemisesta

Jotkin solukkoverkot suljetaan ja 5G-verkot kasvavat – itse asiassa koko solukkoverkkojen maisemakuva muuttuu. Yritykset, joilla on käytössä vanhenevia verkkoja käyttäviä laitteita, ovat nyt kiinnostuneita siitä kauanko kyseiset verkot ovat käytettävissä, kauanko 4G LTE -verkot tulevat olemaan käytettävissä ja onko 5G pian tarpeeksi kypsä heidän tarpeitaan varten. Tämä artikkeli tarkastelee syvemmin näitä kysymyksiä ja antaa niihin vastauksia.

Miksi vanhemmat verkot suljetaan

Verkko-operaattorien on pystyttävä uudelleenkäyttämään taajuuskaistaa muodostaakseen uusia verkkoja ja tarjotakseen asiakkailleen nopeampaa ja responsiivisempaa teknologiaa. Vanhan 2G/3G-infrastruktuurin on tehtävä tilaa uusille verkoille, ja tämä tarkoittaa, ettei vanhoja matkapuhelinverkon laitteita voida enää käyttää ja ne on poistettava käytöstä.

Tähän liittyy kaksi tärkeää metriikkaa:

1. Spektrinen tehokkuus, joka mitataan bitteinä sekunnissa / hertsi (Hz). Tämä ilmaisee miten tehokkaasti dataa siirretään käytettävässä olevalla taajuuskaistalla. Modulointi, koodijärjestelmät ja virheenkorjaus ovat tässä avainasemassa. Korkeamman asteen koodijärjestelmät, kuten 64-QAM ja 256-QAM, joita tavallisesti käytetään 4G LTE -tiedonsiirrossa, mahdollistavat jopa 8 kertaa korkeammat bittimäärät per Hz 2G- ja 3G-tiedonsiirtoon verrattuna.
2. Latenssi. Tämä on viive pyynnöstä vastaukseen ja se ilmaisee miten responsiivinen solukkoverkko on. Solukkoverkkojen ja teknologian päivitysten myötä latenssi on laskenut 2G-alkuaikojen sekunneista ja 3G:n kolminumeroisista millisekunneista 4G LTE -verkkojen kaksinumeroisiin millisekunteihin. Tulevissa 5G Stand-Alone (SA) -verkoissa latenssin odotetaan olevan yksinumeroinen.

Hyvä uutinen on se, että 4G LTE tulee olemaan käytettävissä vielä ainakin vuosikymmenen ajan ja sitä voidaan käyttää rinnakkain 5G-verkkojen kanssa. Tässä artikkelissa annetaan lisätietoja 2G- ja 3G-verkkojen sulkemisesta ja siinä arvioidaan 4G LTE- ja 5G-verkkoja, mikä auttaa kaikkia jotka suunnittelevat siirtyvänsä käyttämään niitä.

Arvio 2G-verkkojen sulkemisesta

Kuva 1: Kaikki Pohjois-Amerikan tärkeimmät verkko-operaattorit sulkevat 2G-verkkonsa vuoden 2021 loppuun mennessä. (Kuvalähde: Digi)

Yhdysvalloissa suuret verkko-operaattorit ovat jo sulkemassa 2G-palvelua:

• AT&T lopetti tarjoamasta palveluita 2G-verkoissa 2016
• T-Mobile lopettaa loputkin 2G-palvelut joulukuussa 2020
• Myös Verizon Wireless sulkee 2G CDMA -verkkonsa vuoden 2020 loppuun mennessä
• Sprint sulkee 2G CDMA -verkkonsa joulukuussa 2021

Ennen kuin nämä 2G-verkot poistetaan täysin käytöstä, 2G-laitteiden toiminta alkaa kuitenkin heiketä. Voidaan odottaa, että:

1. 2G-laitteet voivat yhä muodostaa yhteyden verkkoon, mutta uusia laitteita ei enää voida aktivoida.
2. Nämäkin laitteet toimivat todennäköisesti heikommin kuin aikaisemmin, koska verkko-operaattorit varaavat taajuuksia uudelleen tehdäkseen tilaa uusille verkoille.

Muualla maailmassa:

• Bell Kanada sulki 2G-verkot vuonna 2018
• Muita Kanadan verkko-operaattoreita ovat Telus ja Rogers, jotka molemmat ovat lakanneet tukemasta 2G-verkkoja
• Euroopassa 2G toimii jonkin verran pidempään. Vodafone aikoo tukea 2G-verkkoja ainakin vuoteen 2025. On kuitenkin huomattava, että se todennäköisesti varaa taajuuksia uudelleen jo ennen sitä.

Arvio 3G-verkkojen sulkemisesta

Kuva 2: Pohjos-Amerikan tärkeimmät verkko-operaattorit aikovat sulkea 3G-verkot vuoden 2022 loppuun mennessä. (Kuvalähde: Digi)

Samoin kuin 2G-verkot, 3G-verkotkin käyttävät taajuuksia, joita lopulta tarvitaan 4G LTE -verkkoihin, ja tästä syystä verkko-operaattorit suunnittelevat niiden sulkemista. Lisäksi 3G-laitteiden nopeus on alhainen, enimmillään vain noin 3 Mbps. Sitä vastoin 4G LTE on paitsi nopeampi, se myös käyttää taajuuksia tehokkaammin, minkä ansiosta useammat laitteet voivat jakaa samat taajuudet.

Merkittävät verkko-operaattorit suunnittelevat seuraavaa:

• Verizon sulkee CDMA-verkkonsa vuoden 2020 loppuun mennessä
• AT&T aikoo sulkea 3G-verkkonsa helmikuussa 2022 eikä 3G-puhelimia voi enää aktivoida
• T-Mobilen odotetaan sulkevan 3G-verkkonsa vuoden 2021 loppuun mennessä
• Sprintin 3G -verkot suljetaan joulukuussa 2022 eikä 3G-laitteita voi enää aktivoida

Tämä on hyvä aika arvioida 4G LTE -laitteiden käyttöönottoa, mistä keskustellaan seuraavaksi.

4G LTE -verkkojen tulevaisuudennäkymät

Kuva 3: Vaikka 2G ja 3G suljetaan pian, lähitulevaisuudessa ei ole suunnitelmia sulkea 4G-verkkoja. (Kuvalähde: Digi)

Vaikka 4G LTE tulee aikanaan vanhenemaan, kenenkään ei kannata pidätellä hengitystään niiden sulkemiseen saakka, joka tulee tapahtumaan joskus kymmenen vuoden päästä tai myöhemmin. Yritykset, jotka suunnittelevat tällä hetkellä IoT-teknologian käyttöönottoa, voivat turvallisesti suunnitella LTE-verkkojen pitkäikäisyyden varaan.

Itse asiassa vie vähintäänkin vuosikymmenen ennen kuin 5G korvaa täysin 4G-verkot. Lisäksi 4G LTE tarjoaa riittävän kaistanleveyden useimmille tämä hetken sovelluksille ja se on huomattavasti kustannustehokkaampi vaihtoehto. 4G LTE, joka tulee sanoista Long Term Evolution (pitkäaikainen kehitys), jakaa taajuudet erittäin tehokkaasti kasvavien 5G-verkkojen kanssa. Useat laitteet tullaan ajan myötä kehittämään sekä 4G- että 5G-toiminnallisuudella.

Nykyään 5G-teknologiaa käyttävät varhainen adoptoijat, jotka ovat valmiita maksamaan siitä korkeampaa hintaa – joko sen uutuuden vuoksi tai suorittaakseen rajallista ennakkotestausta. Kuten kaiken uuden teknologian kohdalla, merkittävää inkrementaalista kehitystä on tapahduttava ennen kuin se otetaan laajaan käyttöön.

Harkittavat avaintekijät 5G-käyttöönotolle

Seuraavassa esitetään eräitä tärkeitä harkittavia seikkoja, jotka auttavat suunniteltaessa nykyisten järjestelmien migraatiota:

• 5G-verkot edustavat huipputeknologiaa, mutta niiden kattavuus on tällä hetkellä rajallista, ja verkkoinfrastruktuurin täytyy kehittyä mahdollistaakseen 5G-vision “yhdestä kaikkialla olevasta kaikkiin käyttötarkoituksiin sopivasta verkosta”.
• Sellaiset teknologiat kuin 5G mmWave eivät ole ideaalisia paikkoihin, joissa on esteitä kuten rakennuksia tai tiheä lehvistö, eikä paikkoihin joissa esiintyy paljon sadetta tai lumisadetta. Jopa kaksinkertainen lasi voi pysäyttää 5G mmWave -signaalin.
• Teknologian kehittymiseen ja signaalin käyttökelpoisuuden varmistamiseen samoin kuin solmutiheyden kasvattamiseen kuluvan ajan vuoksi 5G-verkkojen täysi käyttöönotto tapahtuu seuraavien 3–5 vuoden aikana tai se voi viedä maantieteellisestä alueesta riippuen pidempäänkin.

Kuva 4: 5G mahdollistaa korkeammat datanopeudet, korkeamman laitetiheyden ja alhaisemman latenssin. (Kuvalähde: Digi)

• Aivan kuten 4G LTE -teknologiakin, 5G soveltaa pitkäaikaisen kehityksen lähestymistapaa ja tarjoaa joka vaiheessa inkrementaalista arvoa. Tämä voidaan nähdä teknologian takana olevista spesifikaatioista, jotka 3GPP (3^rd Generation Partnership Project) yhdistää julkaisuiksi:
  • 3GPP:n julkaisu 15 joulukuussa 2018 oli ensimmäinen 5G-julkaisu ja se keskittyi perustuksiin ja EMBB:hen (Enhanced Mobile Broadband). Tämä tarkoittaa erittäin nopeita sovelluksia.
  • Julkaisu 16 (kutsutaan joskus 5G:n toiseksi vaiheeksi) julkaistiin heinäkuussa 2020. Siinä keskityttiin elintärkeään ohjaukseen, mutta siinä myös parannettiin EMBB:tä.
  • Julkaisu 17 on ajoitettu loppuvuoteen 2021 / alkuvuoteen 2022 ja siinä keskitytään tukemaan Massiivista Esineiden Internetiä. Se tarjoaa parannuksia myös kahdella muulla alueella: alhainen latenssi ja jopa satelliittien kautta tarjottava 5G.
    

Miten 4G LTE ja 5G jakavat väylän

Vaikka verkko-operaattorien on suljettava 2G- ja 3G-verkot tehdäkseen tilaa 4G LTE -verkoille, tämä ei koske 4G- ja 5G-verkkoja. 5G käyttää uusia taajuuskaistoja, kuten mmWave, ja se voi toimia yhdessä 4G-verkon käyttämien taajuuksien kanssa. Tämä on DSS-teknologian (Dynamic Spectrum Sharing, taajuuskaistan dynaaminen jakaminen) ansiota.

Mitä DSS (Dynamic Spectrum Sharing) tarkoittaa?

DSS on teknologia, jonka ansiosta samalla taajuuskaistalla voidaan käyttää sekä 4G LTE- että 5G-teknologiaa. Se varaa dynaamisesti taajuusresursseja kahden teknologian kesken käyttäjien tarpeen mukaan.

Ilman DSS-teknologiaa operaattorin, jolla on käytettävissään 20 MHz:n 4G LTE -taajuuskaista, täytyisi jakaa kyseinen taajuuskaista, mikä tarkoittaa, että 4G LTE -verkolle täytyisi varata 10 MHz:n taajuuskaista ja sulloa kaikki operaattorin LTE-käyttäjät tälle 10 MHz:n taajuuskaistalle. Tämän jälkeen jäljelle jäänyttä 10 MHz:n taajuuskaistaa voitaisiin käyttää 5G-verkolle, vaikka aluksi 5G-käyttäjiä on erittäin vähän.

DSS-teknologian ansiosta operaattorin ei tarvitse jakaa taajuuskaistaansa eikä varata taajuuskaistaa joko 4G LTE- tai 5G-verkolle. Sen sijaan operaattorit voivat jakaa tämän 20 MHz:n taajuuskaistan kahden teknologian kesken. Aluksi taajuuskaistaa käyttää lähinnä 4G LTE, mutta kun 5G-laitteiden lukumäärä kasvaa, 5G käyttää yhä enemmän taajuuskaistaa. Lopulta arviolta 15 – 20 vuoden päästä, kun käytössä on vain vähän 4G LTE -laitteita, 5G käyttää suurinta osaa taajuuskaistaa ellei koko taajuuskaistaa.

DSS-teknologian ansiosta verkko-operaattorit voivat käyttää samalla taajuuskaistalla sekä 4G- että 5G-verkkoa. Liikennevertausta käytettäessä DSS on kuin yksi iso moottoritie, jossa on erilliset kaistat erityyppisille ajoneuvoille, sen sijaan että linja-autoille ja henkilöautoille rakennettaisiin omat tiensä.

Jaetusta 5G:stä pelkkään 5G:hen

Useat 5G-laitteet, esimerkkinä solukkoreitittimet, rakennetaan sekä 4G- että 5G-radioilla niin että ne pystyvät muodostamaan yhteyden kumpaan verkkoon tahansa. 5G-alkuaikoina niiden on muodostettava yhteys aluksi 4G LTE -verkkoon ja sen jälkeen 5G-verkkoon jos se on saatavana. Tätä kutsutaan 5G NSA:ksi (Non-StandAlone).

Aluksi suurin osa dataa siirretään 4G LTE -verkon kautta. Ajan myötä 5G-peittoalue kuitenkin laajenee ja matkapuhelinverkon infrastruktuuri siirtyy 5G SA-tilaan (Stand-Alone), jolloin yhä enemmän dataa siirretään 5G-verkon kautta ja solukkolaitteet voivat muodostaa yhteyden suoraan 5G-verkkoon tekemättä mutkaa 4G LTE -verkon kautta. Näin ollen liikennevertauksen 5G ohittaa 4G:n moottoritien suurimpana kaistana.

Miten LTE-M ja NB-IoT sopivat 5G-teknologiaan?

Oletetaanpa että lähitulevaisuudessa haluttaisiin ottaa käyttöön suuria määriä LTE-M- tai NB-IoT-laitteita. Vanhentuvatko nämä laitteet kun 5G tulee saataville? Pitäisikö käyttöönottoa lykätä ja odottaa 5G:tä?

Vastaus on että LTE-M:ään ja NB-IoT:hen on valittu erinomainen teknologia, koska vaikka ne ovat 4G LTE -teknologioita, ne kehitettiin LTE:n pitkäaikaisen kehitysparadigman osana ja unohtamatta 5G-teknologiaa.

Kun LTE-M ja NB-IoT alun perin kehitettiin, 5G-teknologiaan kiinnitettiin erityistä huomiota sen varmistamiseksi, että LTE-M ja NB-IoT voivat toimia samalla taajuuskaistalla 5G-järjestelmän kanssa. Tämä tarjoaa eteenpäin yhteensopivan reitin pitkälle 5G:n tulevaisuuteen, niin kauaksi, että 4G LTE -teknologiaa ei ehkä ole enää saatavana.

Kuten aikaisemmin mainittiin, julkaisu 17, joka on ajoitettu loppuvuodelle 2021 / alkuvuodelle 2022, tulee olemaan ensimmäinen julkaisu, joka keskittyy Massiiviseen Esineiden Internetiin, mikä tarkoittaa, että piirisarjat ja laitteet tulevat sen jälkeen ja ensimmäiset näistä ovat saatavana 2022/2023.

Neljä tapaa valmistautua 5G-teknologiaan nyt

Miten 5G-teknologiaan voi varautua tällä hetkellä? Pitäisikö harkita päivitystä nyt vai kannattaako odottaa? Onko 5G-verkolle todellista tarvetta tällä hetkellä? Digi kuulee asiakkaidensa esittävän näitä kysymyksiä sekä paljon muita. Vastatakseen näihin kysymyksiin muodostettiin seuraava toimintaprosessi:

1. Tunnista 5G-sovellukset

Tunnista sovellukset, joissa paljon korkeampi nopeus ja alhaisempi latenssi optimoi niiden toiminnan. Hyvän esimerkin muodostavat sovellukset, joissa käytetään reunalaskentaa koneoppimiseen ja ennakoivaan huoltoon.

Muuttuvatko sovelluksen tarpeet datan määrän, latenssin ja tehon suhteen seuraavien 5 vuoden aikana? Esimerkiksi LTE-M ja NB-IoT mahdollistavat sellaisia uusia akku- ja paristokäyttöisiä laitteita ja liiketoimintamalleja, jotka eivät olleet mahdollisia 2G/3G-teknologialla.

Lisää kysymyksiä: Mitä 5G-tyyppiä sovellus tarvitsee? Tarvitaanko 5G sub-6 -tyyppiä, joka tarjoaa valtakunnallisen kattavuuden ja jonka suorituskyky vastaa nykyistä 4G LTE -verkkoa, vai tarvitaanko nopeampaa 5G mmWave -verkkoa, joka on tarjolla pääosin tiheään asutussa urbaanissa ympäristössä? Tämä on tärkeä tekijä, koska kuten aiemmin mainittiin, kaikkialla ei tule olemaan saatavana koko taajuuskaistaa ja taajuuskaistan saatavuus kasvaa ajan mukaan. Halutaanko nykyisiin laitteisiin lisätä 5G-mahdollisuus vai halutaanko ne korvata 5G-laitteilla?

2. Selvitä laitekanta

Sopivan 4G-teknologiasta 5G-teknologiaan johtavan kehityspolun ymmärtäminen auttaa tulevaisuuden suunnittelussa. Käytössä on ehkä vielä 2G- tai 3G-laitteita tai sovellus käyttää ensimmäisen sukupolven 4G-laitteita, jotka kannattaisi päivittää uudempiin 4G LTE -laitteisiin käyttäen nopeampia prosessoreja ja 4G Gigabit LTE -verkkonopeuksia. Tässä tapauksessa kannattaa tutustua modulaarisiin laitteisiin ja laitteisiin jotka “tukevat 5G-teknologiaa”, mikä tarkoittaa tavallisesti sitä, että niissä on tarpeeksi tehoa ja tarvittavat rajapinnat 5G-teknologian tukemiseen radion päivityksellä.

3. Määritä hinta ja riski nykyisen laitekannan menettämiselle

Jos käytössä on yhä 2G- ja 3G-laitteita, verkkojen sulkeminen muodostaa riskin menettää verkkoyhteys ja synnyttää katkoksia palveluun. Jos käytössä on 4G LTE -laitteita, niitä pidetään yleisesti hyvinä, mutta kannattaa huomioida laitteen ikä ja määrittää kannattaako se korvata 1:1 tai kannattaako se korvata uudemmalla laitteella. Harkittavia avaintekijöitä ovat laitteen turvallisuus- ja laiteohjelmistopäivitykset. Kuten aina, Digi voi auttaa näissä valinnoissa.

4. Luo liiketoimintatapaus migraatiolle

Suorita hinta/etuanalyysi, joka osoittaa milloin siirtyminen 5G-teknologiaan kannattaa mahdollisesti suorittaa. Tutustu hyödyllisiin välivaiheen teknologia-askeliin osana laajempaa migraatiota. Nyt kannattaa esimerkiksi tutustua modulaarisiin huipputason 4G LTE/5G-teknologiaa tukeviin laitteisiin, jotka tarjoavat myös päivitysmahdollisuuden sitten kun 5G tulee saatavaksi ja käytettävä liiketoimintatapaus tukee migraatiota 5G-teknologiaan.

Työskentele laite- ja mobiiliverkko-operaattori-kumppaneiden kanssa laitteiden ja verkon ajallisen saatavuuden yhteensovittamiseksi. Ota huomioon asennuskustannukset, esimerkkinä ulkotiloihin asennettavat 5G mmWave -laitteet.

Suunnittele muunnos

Nykyään 4G LTE tarjoaa hyvän vaihtoehdon erityisesti teollisuusmaissa laitteiden käyttöönottoa valmisteleville osapuolille. Se tarjoaa hyvän nopeuden ja suhteellisen alhaisen latenssin useimpia käyttötapauksia varten.

Vähemmän kehittyneissä maissa 4G LTE tulee todennäköisesti pysymään standardina useiden vuosikymmenien ajan.

Samaan aikaan 5G-verkkojen kattavuus kasvaa ja teknologia tulee lopulta tarjoamaan erittäin korkean nopeuden ja alhaisen latenssin, joiden odotetaan osoittautuvan merkittäviksi muutostekijöiksi sellaisissa korkeatasoisissa teknologioissa kuten autonomiset ajoneuvot.

2G/3G-laitteiden käyttöaika on rajallista ja nyt on aika suunnitella, miten alkaa käyttämään tai miten jatkaa 4G-teknologian käyttöä luottavaisesti. 5G-teknologian varhaisena adoptoijana toimiminen kaupallisella tai teollisella alalla tarkoittaa edelläkävijänä toimimista. Ota yhteyttä Digiin keskustellaksesi tulevaisuuden suunnitelmistasi ja saadaksesi tukea sovellusvaatimuksien selvittämiseen.