2G、3G、4G LTE 網路關閉的最新進展

由於某些行動通訊網路逐漸式微，而 5G 網路正逐漸崛起，因此行動通訊連線的整個樣貌正在改變。如果企業已經部署以舊型網路為主的裝置，如今的難題則圍繞在以下問題：這些網路的預期壽命為何、4G LTE 網路還能撐多久，以及 5G 成熟的速度是否足以能滿足企業需求。本文將進一步探討並回答這些問題。

舊型網路為何要關閉

電信業者必須要重複使用頻譜以打造新的網路，並為客戶提供更快、回應能力更強的技術。舊型 2G/3G 基礎架構必須退居幕後並讓位給新型網路，這意味著舊型行動通訊裝置將來再也無法使用，必須退役。

在此情況下，有兩種指標最為重要：

1. 頻譜效率，單位為 bps/Hz。此指標是指每個可用頻寬裡的數據傳輸效率。調變、編碼機制和錯誤校正在此扮演著關鍵角色。4G LTE 中常用的 64-QAM 和 256-QAM 等更高階調變機制，若與 2G 或 3G 技術相比，其數據傳輸量 (bit/Hz) 可多達 8 倍。
2. 延遲。這是指從請求到回應之間的延遲時間，是行動通訊網路回應能力的指標。透過行動通訊網路與技術升級，延遲已經從早期 2G 時代的數秒，降到 3G 的數百毫秒，然後降到 4G LTE 網路的數十毫秒；未來 5G 獨立 (SA) 網路 (SA) 的延遲時間有望降至僅數毫秒。

好消息是，4G LTE 至少在接下來的十年間會繼續服役，並且會與 5G 網路並存。本文將針對逐漸式微的 2G 和 3G 網路說明其最新近況，以及 4G LTE 和 5G 網路的前景，藉此協助相關人員規劃規劃移轉換途徑。

2G 落日進度

圖 1：北美所有主要電信業者會在 2021 年底前逐步淘汰 2G。(圖片來源：Digi)

美國的大型電信業者已經逐步關閉 2G 服務：

• AT&T 已在 2016 年停止 2G 網路服務
• T-Mobile 將在 2020 年 12 月結束 2G 營運
• Verizon Wireless 也將在 2020 年底關閉 2G CDMA 網路
• Sprint 將在 2021 年 12 月關閉 2G CDMA 網路

不過，在這些 2G 網路完全除役前，2G 裝置便無法發揮最佳效能。將來可能發生以下狀況：

1. 2G 行動通訊裝置依然可以連接到網路，但不能啟動新裝置。
2. 這些裝置無法像過去一樣順暢運作，因為電信業者將重新界定該頻譜，以讓位給即將上線的新網路。

全球其他地區的現況：

• 加拿大 Bell 公司已於 2018 年關閉 2G 網路
• 加拿大其他電信業者，包括 Telus 和 Rogers 在內，皆已經停止支援 2G
• 歐洲的 2G 將可存續較久。Vodafone 打算至少支援 2G 服務到 2025 年。但請注意，他們可能在那之前就會開始重新界定頻譜。

3G 落日進度

圖 2：北美的主要電信業者計畫在 2022 年底前逐步淘汰 3G。(圖片來源：Digi)

如同 2G 網路，3G 網路使用的頻譜最後終究需要用來支援 4G LTE，這代表電信業者正在規劃逐步淘汰 3G。此外，3G 裝置有速度上的限制，最快可達到大約 3 Mbps。相較之下，4G LTE 的速度更快且頻譜的使用效率更高，這代表有更多的裝置可以共享可用頻譜。

主要電信業者目前的計畫如下：

• Verizon 將在 2020 年底關閉 CDMA 網路
• AT&T 計畫於 2022 年 2 月關閉 3G 網路，而且 3G 手機再也無法啟用
• T-Mobile 預計在 2021 年底淘汰 3G 網路
• Sprint 的 3G 網路將在 2022 年 12 月關閉，3G 裝置再也無法啟用

現在正是評估 4G LTE 裝置部署的絕佳時機，本文後續將討論此議題。

4G LTE 網路前景

圖 3：雖然 2G 和 3G 不久將逐步退出市場，但是近期內並沒有逐步淘汰 4G 的計畫。(圖片來源：Digi)

雖然 4G LTE 終將過時，但無需屏息以待，因為離關閉還要十年甚至更久。目前規劃部署 IoT 的企業，仍可安心規劃，因為 LTE 網路還會長期服役。

事實上，5G 完全取代 4G 至少還要十年或更久的時間，除此之外，4G LTE 已提供目前多數應用所需的全部頻寬，因此仍是更高成本效益的選擇。4G LTE 是指長期演進技術 (Long Term Evolution)，能在 5G 網路發展的同時相當有效地共用頻譜，而在此期間，也會開發許多兼具 4G 和 5G 功能的裝置。

現在，5G 的主要使用者是願意支付高價的早期採用者，可能是為了搶搭 5G 風潮，或是為了進行有限的初期試用。如同所有的新技術一樣，此技術必須逐步歷經重大的發展，才能促成廣泛採用。

採用 5G 的主要考量

若有計畫轉移目前的系統，以下是幾個重要考量因素：

• 5G 網路技術先進，但目前的涵蓋率有限，且網路基礎架構必須更上一層樓才能實現 5G 願景，即「一個無所不在且適合所有使用情境的網路」。
• 在有許多建築物或密集植物等障礙物的區域，或降雨或降雪頻繁的地方，5G 毫米波等技術便不甚理想，就連雙層玻璃都可以阻隔 5G 毫米波訊號。
• 由於訊號可行性需透過開發與測試方可確定，再加上節點密度的問題，因此 5G 的全面開通還要等 3 至 5 年甚至更長的時間，視地理區域而定。

圖 4：5G 將加快數據傳輸率、增加裝置密度並縮短延遲時間。(圖片來源：Digi)

• 如同 4G LTE 技術，5G 也會採用長期演進方法，並在發展期間逐步提供更多價值。此技術的規格就是此特點的最佳映證，而這些規格將在第 3 代合作夥伴計畫 (3GPP) 中一併推出。
  • 3GPP 版本 15 是 2018 年 12 月首次推出的 5G 技術，其焦點在於基礎以及增強型行動寬頻 (意即高速應用)。
  • 版本 16 有時稱為 5G 第 2 階段，於 2020 年 7 月推出。不僅聚焦在關鍵任務控制，在增強型行動寬頻上也有所演進。
  • 版本 17 預計於 2021 年末／2022 年初推出，其焦點在於巨量物聯網，並透過更短的延遲時間，甚至透過衛星提供 5G 服務來演進其他兩個領域。
    

4G LTE 和 5G 將如何共存

雖然電信業者必須關閉 2G 和 3G 以供 4G LTE 使用，但是 4G 和 5G 的狀況卻非如此。5G 使用新的頻譜 (如毫米波)，而且能與 4G 現有頻譜共同使用。這都要歸功於動態頻譜共享技術 (DSS)。

什麼是動態頻譜共享技術 (DSS)？

DSS 是一種能讓 4G LTE 和 5G 在相同頻段中部署的技術。DSS 能根據使用者需求，在兩種技術之間動態地分配頻譜資源。

若少了 DSS，擁有 20 MHz 可用 4G LTE 頻譜的業者，就要對該頻譜進行分割，這表示他們必須將 10 MHz 頻譜分配到 4G LTE，然後所有的 LTE 使用者要競用該 10 MHz 頻譜。接著就可將剩下的 10 MHz 頻譜用於 5G 服務，儘管初期只會有相當少的 5G 使用者。

透過 DSS，業者就不用分割其頻譜，也不必對 4G LTE 或 5G 分配專屬頻譜；反而能讓這兩種技術共享此 20 MHz 的頻譜。在初期，此頻譜大部分會用於 4G LTE，但隨著 5G 裝置數量增加，會有更多頻譜用於 5G。最終，估計在 15 到 20 年後，只會有少數的 4G LTE 裝置仍在使用，而大部分 (若非全部) 的頻譜都會用於 5G。

動態頻譜共享技術能讓電信業者將相同的頻段用於 4G 和 5G。若以交通作為比喻，與其為公車和汽車分別打造不同的道路，DSS 比較像是一條寬敞的高速公路，以不同的車道供不同類型的車輛行駛。

從 5G 非獨立網路演變至 5G 獨立網路

行動通訊路由器等多種 5G 裝置將同時內建 4G 和 5G 無線電，以便連接任一網路。在 5G 發展初期，這些裝置必須先連接 4G LTE，然後在有 5G 訊號時才會連接 5G 網路。這也稱為 5G 非獨立網路 (NSA)。

最初，多數的資料會透過 4G LTE 傳輸。但在 5G 涵蓋率隨著時間演進而擴大，且行動通訊基礎架構移到 5G 獨立網路 (SA) 後，會有越來越多的資料透過 5G 傳輸，而行動通訊裝置可以直接連接 5G 網路，而不用再繞道 4G LTE。因此，若延續前述的交通比喻，5G 終究會取代 4G，成為高速公路上的大型車道。

LTE-M 和 NB-IoT 如何配合 5G 使用？

假設不久之後，需要部署更大規模的 LTE-M 或 NB-IoT 裝置。這些裝置是否會隨著 5G 上市而很快過時？在等候 5G 的期間，是否要延後部署？

這問題的答案是：LTE-M 或 NB-IoT 是兩項絕佳的技術。因為兩者雖然是 4G LTE 技術，但開發時也遵循 LTE 長期演進技術的典範，有把 5G 納入考量。

起初設計 LTE-M 和 NB-IoT 時，已經特別留意 5G 的設計，以確保特定的 LTE-M 和 NB-IoT 能在 5G 系統的頻段內運作或共存。如此便能鋪好一條向上相容的道路，在 4G LTE 退役後，順利迎向 5G 未來。

如前所述，版本 17 預期在 2021 年末／2022 年初推出，這將是第一個聚焦巨量物聯網的版本。這也代表晶片組和裝置會跟上腳步，最快在 2022/2023 年上市。

目前為 5G 做好準備的四種方式

目前能做什麼準備以迎接 5G 到來？是否現在就要考慮升級或持續觀望？現在真的需要 5G 嗎？Digi 目前有聽到客戶這類的反映及其他諸多問題。為了因應這些問題，本文彙整以下行動流程：

1.判定 5G 應用

判定哪些應用可在更快速度和低低延遲下達到最佳化運作。有個主要的範例便是使用邊緣運算進行機器學習和預測性維護的應用。

應用在資料量、延遲和功率層面上的需求在接下來的五年會改變嗎？舉例來說，LTE-M 和 NB-IoT 可促成新型電池供電裝置和新商業模式，這在先前使用 2G/3G 時是無法辦到的。

要提出的其他問題：需要哪種類型的 5G？是需要具有全國涵蓋率但效能與目前的 4G LTE 類似的 5G sub-6？還是在人口密集的都會環境裡常見的高速 5G 毫米波？這是個重要因素，因為先前已經提過，並非所有地方都可以開放使用所有頻譜，而且頻譜可用性將隨著時間而演變。是需要支援 5G 的設備？還是取代現有設備？

2.盤點裝置庫存

瞭解合適的 4G 至 5G 升級途徑將有助於進行未來規劃。也許 2G 或 3G 裝置仍在使用中，或是應用正在使用第一代 4G 裝置，若升級至較新的 4G LTE 裝置則可能會有所助益，處理器速度不但更快，還可享用 4G LTE Gigabit 行動通訊速度。若是屬於這種情況，可尋求模組化裝置或「5G 就緒」裝置，因為這類裝置通常具有能力和介面，可以透過無線電升級來支援 5G。

3.對維護目前部署的成本或風險進行量化

如果仍在使用 2G 或 3G 裝置，則會有網路關閉而導致失去連線和服務中斷的風險。若使用的是 4G LTE 裝置，這類裝置通常是不錯的選項，但須查看裝置的使用時間，並判斷是否要進行全部更換，或是升級成更新的裝置。裝置安全性和韌體更新也是要考量的主要因素。Digi 會一如往常地在這些選擇上提供相關指引。

4.建立有關轉移的商業案例

進行成本／效益分析，說明何時該轉移到 5G，以及轉移是否為明智之舉。瞭解有哪些有價值的過渡性技術可在更大規模轉移時使用。例如，現在可考慮使用更高階的模組化 4G LTE/5G 就緒裝置，且此裝置也可在 5G 開放且適用的商業案例能支援轉移到 5G 時提供升級途徑。

與裝置和行動網路業者等夥伴展開合作，協調出裝置和網路可用性的時間表。將安裝成本納入考量，例如戶外 5G 毫米波設備的安裝成本。

為變革做好規劃

目前，特別是在已開發國家，對於正在準備裝置部署的業者來說，4G LTE 是絕佳的選擇，此技術可為多數應用提供充沛的速度以及合理的低延遲時間。

在低度開發國家中，4G LTE 極可能仍是未來幾十年的標準技術。

與此同時，5G 網路涵蓋率將不斷成長，而此技術終將提供超快速度和低延遲的優勢，打造出如同自駕車般令人引頸期盼的革命性先進技術。

對於 2G/3G 裝置部署，其延續壽命已經有限，正是時候可以放心地開始或繼續 4G 部署，為未來進行規劃。在商業或工業領域率先採用 5G 技術，即可享受產業先驅的優勢。歡迎聯絡 Digi 探討未來規劃，並瞭解如何取得滿足應用需求的相關支援。