作者：Harald Remmert，Digi高级工程总监
关键词：网络，射频
随着一些蜂窝网络的退役和5G网络的增长，整个蜂窝网络连接的版图正在发生变化。如果企业已经部署基于旧网络的设备，如今的问题则在于这些网络的预期寿命，4G LTE网络的生命期有多长，以及5G是否会很快成熟到足以满足企业需求的程度。本文将进一步探讨并回答这些问题。
较旧的网络为何会关闭
运营商需要能够重新利用频谱来发展新的网络，并为客户提供更快、更灵敏的技术。旧的2G/3G基础设施必须为新网络让路，这意味着较旧的蜂窝网络设备将不再可用，必须退役。
在这种情况下，有两个最重要的指标：
- 频谱效率，单位：每秒比特数/赫兹 (Hz)。这是衡量单位可用带宽的数据传输效率的指标。调制、编码方案和纠错在其中扮演着重要角色。4G LTE中常用的64-QAM和256-QAM等高阶调制方案，与2G或3G相比，数据传输的比特/Hz高达8倍。
- 延时。这是从请求到响应的延迟，是反映蜂窝网络响应能力的指标。通过蜂窝网络和技术升级，延时已经从早期2G的几秒、3G的三位数毫秒，降至4G LTE网络的两位数毫秒，预计未来5G独立组网 (SA) 网络的延时将达到个位数。
好消息是，4G LTE将在未来至少十年内可用，并将与5G网络共存。本文将提供关于2G和3G网络退役的最新信息，以及4G LTE和5G网络的前景，以支持正在规划迁移路线的用户。
2G退网展望
图 1：到 2021年底，北美所有主要运营商都将逐步淘汰 2G。（图片来源：Digi）
在美国，大型运营商已经在关闭2G服务：
- AT&T于2016年停止2G网络服务
- T-Mobile将于2020年12月淘汰2G网络
- Verizon Wireless也将在2020年底逐步淘汰其2G CDMA网络
- Sprint将在2021年12月关闭其2G CDMA网络
不过，在这些2G网络完全退役之前，2G设备的性能就会降低。以下是可预期的情况：
- 2G蜂窝设备仍可连接到网络，但将无法激活新设备。
- 由于运营商将重新分配频谱为新网络上线提供空间，因此这些设备可能无法像过去一样顺畅运行。
世界其他地方：
- 加拿大Bell在2018年关闭了2G网络
- 加拿大的其他运营商包括Telus和Rogers，都已停止支持2G
- 在欧洲，2G的服务时间会更久一些。Vodafone计划至少支持2G服务到2025年。但是，请注意，他们可能会在那之前就开始重新分配频谱。
3G退网展望
图 2：北美主要运营商计划到 2022年底逐步淘汰 3G。（图片来源：Digi）
与2G网络一样，3G网络使用的频谱最终将需要支持4G LTE，这意味着运营商正在计划逐步淘汰3G。此外，3G设备有速度限制，最高只能达到3Mbps左右。相比之下，4G LTE速度更快，频谱使用效率更高，这意味着更多设备可以共享可用频谱。
主要运营商目前的计划如下：
- Verizon将于2020年底关闭其CDMA网络
- AT&T计划在2022年2月关闭其3G网络，届时将无法再激活3G手机
- T-Mobile预计将在2021年底前淘汰其3G网络
- Sprint 3G网络将于2022年12月关闭，届时3G设备将无法再激活
现在正是评估4G LTE设备部署的非常好的时机，接下来将讨论这个问题。
4G LTE网络展望
图 3：虽然 2G和 3G将很快被淘汰，但近期并没有淘汰 4G的计划。（图片来源：Digi）
尽管4G LTE最终会被淘汰，但目前不应该停止使用直至其关闭，这是未来10年或更久的事情。对于现在规划物联网部署的企业，他们可以放心地计划LTE网络的长期可用性。
事实上，不仅5G完全超越4G至少还需要10年或更长时间，而且4G LTE提供了目前大多数应用所需的全部带宽，是成本效益高得多的选择。4G LTE是Long Term Evolution（长期演进）的缩写。随着5G网络的发展，其能非常高效地与5G网络共享频谱，而且随着时间的推移，许多兼具4G和5G功能的设备也会开发出来。
目前，5G主要由愿意支付高额溢价的早期采用者使用——要么是为了其新颖性，要么是为了进行早期有限的试用。与所有新技术一样，此技术必须经过重要的渐进式发展，才能得以广泛采用。
采用5G的关键考虑因素
以下是帮助当前系统迁移规划的一些重要考虑因素：
- 5G网络是最前沿的技术，但目前的覆盖范围有限，网络基础设施必须不断演进，以实现“为所有用例提供一个无处不在的网络”这一5G愿景。
- 像5G毫米波这样的技术在有障碍物（比如建筑物或茂密植物）或雨雪量大的地区并不理想。即使是双层玻璃也能阻挡5G毫米波信号。
- 由于需要开发和测试以确保信号的可行性以及节点密度，5G的全面推广将需要3-5年甚至更长的时间，具体取决于地理区域。
图 4：5G将实现更快的数据速率、更大的设备密度和更低的延时。（图片来源：Digi）
与4G LTE一样，5G也将采取长期演进的方式，并在此过程中提供递增价值。这一点可以从技术背后的规格中最好地体现出来，而这些规格被第三代合作伙伴项目 (3GPP) 捆绑成各个版本：
- 3GPP版本15是2018年12月发布的第一个5G版本，重点关注基础和增强型移动宽带（意味着高速应用）。
- 版本16（有时称为5G第2阶段）于2020年7月发布。它侧重于关键任务控制，但也演进了增强型移动宽带。
- 版本17计划于2021年底/2022年初发布，将专注于大规模物联网，并通过更低的延时甚至是卫星5G来演进其他两个领域。
4G LTE与5G将如何共存
虽然运营商需要关闭2G和3G网络来为4G LTE腾出空间，但4G和5G并非如此。5G使用了新的频谱（例如毫米波），它可以与4G现有的频谱协同工作。这要归功于动态频谱共享 (DSS)。
- 什么是动态频谱共享 (DSS)？
DSS是一种允许在同一频段同时部署4G LTE和5G的技术。它根据用户需求，在两种技术之间动态地分配频谱资源。
如果没有DSS，则拥有20MHz可用4G LTE频谱的运营商将不得不对该频谱进行分割，这意味着他们将不得不为4G LTE分配10MHz频谱，并将其所有LTE用户塞入该10MHz频谱中。然后，剩余的10MHz频谱可以用于5G，尽管最初只有极少量的5G用户。
有了DSS，运营商就不必拆分频谱，也不必为4G LTE或5G提供专用频谱。而是这两种技术可以共享这20MHz的频谱。最初，该频谱将大部分用于4G LTE，但随着5G设备数量的增长，越来越多的频谱将会用于5G。最终，预计15到20年后，当只有极少数4G LTE设备仍在服役时，则即使不是全部，也会有大部分频谱将用于5G。
动态频谱共享可以让运营商将相同的频带用于4G和5G。打个交通比方，DSS就像在一条大公路上设置不同的车道，供不同类型的车辆行驶，而不是为公共汽车和汽车修建不同的道路。
- 从5G非独立组网到5G独立组网
许多5G设备（如蜂窝路由器）将同时配备4G和5G无线电，以便能够连接到其中任何一个网络。在5G发展的早期，它们必须先连接至4G LTE，然后再连接至5G网络（如果有）。这也称为5G非独立组网 (NSA)。
最初，大多数数据将通过4G LTE传输。但是，随着5G覆盖范围的扩大和蜂窝基础设施向5G独立组网 (SA) 转移，越来越多的数据将通过5G传输，蜂窝设备可以直接连接到5G网络，而无需再绕道4G LTE。因此，继续用交通作类比，5G终将超越4G成为高速公路上更大的车道。
LTE-M和NB-IoT如何融入5G？
假设在不久的将来，需要部署更大规模的LTE-M或NB-IoT设备。随着5G的出现，这些设备会很快被淘汰吗？在等待5G的过程中是否应该延迟部署？
答案是，LTE-M或NB-IoT是很好的技术选择，因为虽然是4G LTE技术，但这些技术作为LTE长期演进范式的一部分而开发，将5G纳入了考虑。
最初设计LTE-M和NB-IoT时，对5G设计给予了特别关注，以确保某些LTE-M和NB-IoT可以在5G系统中带内运行或共存。这为将来提供了一条前向兼容的路径，以便在4G LTE不再可用时使用5G。
如前所述，预计2021年底/2022年初发布的版本17将是首个聚焦大规模物联网的版本，这意味着芯片组和设备将紧随其后，最早于2022/2023年面世。
当前为5G做好准备的四种方式
现在可以做些什么来为5G做好准备？现在应考虑升级还是等待？现在是否真的需要5G？Digi的客户目前提出了这些问题以及许多其他问题。针对这些问题，本文整理了以下可执行程序：
1.确定5G应用
确定更快的速度和更低的延时可以优化操作的应用。一个典型的例子是利用边缘计算进行机器学习和预测性维护的应用。
在未来5年，应用在数据量、延时和电源方面的需求是否会发生变化？例如，LTE-M和NB-IoT支持新的电池供电设备和新的业务模式，这些都是以前在2G/3G中不可能实现的。
要提出的其他问题：需要哪种5G？是需要覆盖全国但性能与现有4G LTE相似的5G sub-6？还是主要在人口密集的城市环境中可用的高速5G毫米波？这是一个重要的因素，因为如前所述，并不是所有的频谱都可以在任何地方使用，而且频谱的可用性会随着时间的推移而演变。是需要支持5G的设备？还是取代现有设备？
2.盘点设备库存
了解合适的4G到5G演进路径，有助于规划未来。或许2G或3G设备仍在使用，或者应用正在使用第一代4G设备，这种情况可能会受益于升级到更新的4G LTE设备，其中处理器速度更快，还提供4G千兆LTE蜂窝网络速度。如果是这种情况，请寻找模块化设备或“5G 就绪”的设备，这通常意味着它们具有通过无线电升级来支持5G的功率和接口。
3.量化维护当前部署的成本或风险
如果仍在使用2G或3G设备，则存在因网络关闭而导致连接丢失和服务中断的风险。如果使用的是4G LTE设备，这些设备通常是不错的选择，但要看设备的使用年限，并确定是否希望1:1更换或升级到更新设备。需要考虑的关键因素是设备安全和固件更新。Digi会一如既往地提供有关这些选择的指导。
4.创建迁移业务案例
进行成本/效益分析，说明何时以及是否值得迁移到5G。研究有意义的临时技术步骤，以作为更大规模迁移的一部分。例如，现在可以考虑更高端的模块化4G LTE/5G就绪设备，当5G可用且适用的商业案例可以支持向5G迁移时，该设备还可以提供升级路径。
与设备和移动网络运营商合作伙伴展开合作，确保与设备和网络可用性时间表保持一致。考虑室外5G毫米波设备等的安装成本。
变革规划
如今，特别是在发达国家/地区，4G LTE是设备部署的不错选择，它有足够的速度和合理的低延时，适合大多数应用。
在欠发达国家/地区，4G LTE很可能在未来几十年内仍会是标准网络。
同时，5G网络覆盖范围将不断扩大，该技术最终将提供超快的速度和低延时，有望成为自主驾驶车辆等先进技术的颠覆性解决方案。
在2G/3G设备部署的情况下，其剩余的使用寿命有限，此时可以放心地开始或继续部署4G，为未来进行规划。在商业或工业领域早期采用5G，争做科技创新的先行者。欢迎与Digi联系，讨论未来的计划以及如何获得应用需求的支持。
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