Op 22 februari 2022 zal AT&T zijn mobiele 3G-netwerk uitschakelen. T-Mobile zal naar verwachting op 1 juli 2022 worden uitgeschakeld en Verizon volgt op 31 december 2022.

De overgrote meerderheid van de mobiele telefoons die in gebruik zijn, werken op 4G/LTE-netwerken en de wereld is begonnen met de overgang naar 5G, maar maar liefst 10 miljoen telefoons in de VS vertrouwen nog steeds op 3G-service. Bovendien zijn de mobiele netwerkfuncties van sommige oudere apparaten zoals Kindles, iPads en Chromebooks gekoppeld aan 3G-netwerken. Evenzo zijn sommige oudere met internet verbonden systemen zoals huisbeveiliging, autonavigatie- en entertainmentsystemen en zonnepaneelmodems 3G-specifiek. Consumenten zullen deze systemen moeten upgraden of vervangen.

Dus waarom zetten de telecommunicatiebedrijven hun 3G-netwerken uit? Als elektrotechnisch ingenieur die draadloze communicatie bestudeert, kan ik het uitleggen. Het antwoord begint met het verschil tussen 3G en latere technologieën zoals 4G/LTE en 5G.

Stel je een familie-uitstapje voor. Uw echtgenoot is aan de telefoon bezig met het regelen van activiteiten om op de bestemming te doen, uw tienerdochter streamt muziek en chat met haar vrienden op haar telefoon, en haar jongere broer of zus speelt een online game met zijn vrienden. Al die afzonderlijke gesprekken en datastromen worden schijnbaar gelijktijdig via het mobiele netwerk gecommuniceerd. U neemt dit waarschijnlijk als vanzelfsprekend aan, maar heeft u zich ooit afgevraagd hoe het mobiele systeem al die activiteiten tegelijkertijd vanuit dezelfde auto aankan?

Al die berichten communiceren

Het antwoord is een technologische truc genaamd multiple access. Stel je voor dat je een vel papier gebruikt om berichten te schrijven naar 100 verschillende vrienden, één privébericht voor elke persoon. De meervoudige toegangstechnologie die in 3G-netwerken wordt gebruikt, is alsof u elk bericht naar elk van uw vrienden schrijft met behulp van het hele vel papier, dus alle berichten worden op elkaar geschreven. Maar je hebt een speciale set pennen met verschillende kleuren waarmee je elk bericht in een unieke kleur kunt schrijven, en al je vrienden hebben een speciale bril die alleen de kleur onthult die voor die persoon bedoeld is.

Het aantal gekleurde pennen staat echter vast, dus als u berichten naar meer mensen wilt sturen dan het aantal gekleurde pennen dat u heeft, moet u beginnen met het mengen van kleuren. Wanneer een vriend zijn speciale lenzen gebruikt, zullen ze een klein beetje van de berichten aan andere vrienden zien. Ze zullen niet genoeg zien om de andere berichten te lezen, maar de overlap kan voldoende zijn om het bericht dat voor hen bedoeld is te vervagen, waardoor het moeilijker wordt om te lezen.

De meervoudige toegangstechnologie die door 3G-netwerken wordt gebruikt, wordt Code Division Multiple Access of CDMA genoemd. Het werd uitgevonden door Qualcomm-oprichter Irwin M. Jacobs met verschillende andere prominente elektrotechnici. De techniek is gebaseerd op het concept van spread spectrum, een idee dat teruggaat tot het begin van de 20e eeuw. Jacobs' artikel uit 1991 toonde aan dat CDMA de cellulaire capaciteit in die tijd vele malen groter kan maken dan systemen.

Met CDMA kunnen alle mobiele gebruikers hun signalen te allen tijde en via alle frequenties verzenden en ontvangen. Dus als 100 gebruikers rond dezelfde tijd een oproep willen plaatsen of een mobiele service willen gebruiken, overlappen hun 100 signalen elkaar over het hele mobiele spectrum gedurende de hele tijd dat ze communiceren.

De overlappende signalen veroorzaken interferentie. CDMA lost het interferentieprobleem op door elke gebruiker een unieke handtekening te geven:een codereeks die kan worden gebruikt om het signaal van elke gebruiker te herstellen. De code komt overeen met de kleur in onze papieren analogie. Als er te veel gebruikers tegelijkertijd op het systeem zijn, kunnen de codes elkaar overlappen. Dit leidt tot interferentie, die erger wordt naarmate het aantal gebruikers toeneemt.

Stukjes tijd en spectrum

In plaats van gebruikers te allen tijde het volledige mobiele spectrum te laten delen, verdelen andere meervoudige toegangstechnieken de toegang op tijd of frequentie. Verdeling in de tijd zorgt voor tijdsloten. Elke verbinding kan over meerdere tijdvakken verspreid in de tijd duren, maar elk tijdvak is zo kort - een kwestie van milliseconden - dat de gebruiker van de mobiele telefoon de onderbrekingen van afwisselende tijdvakken niet waarneemt. De verbinding lijkt continu te zijn. Deze time-slicing-techniek is time-division multiple access (TDMA).

De verdeling kan ook in frequentie worden gedaan. Elke verbinding krijgt zijn eigen frequentieband binnen het cellulaire spectrum en de verbinding is continu voor de duur ervan. Deze frequency slicing-techniek is frequency division multiple access (FDMA).

In onze papieren analogie zijn FDMA en TDMA vergelijkbaar met het verdelen van het papier in 100 stroken in beide dimensies en schrijven elk privébericht op één strook. FDMA zou bijvoorbeeld horizontale stroken zijn en TDMA zou verticale stroken zijn. Met individuele strips zijn alle berichten gescheiden.

4G/LTE- en 5G-netwerken gebruiken Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA), een zeer efficiënte combinatie van FDMA en TDMA. In de papieranalogie is OFDMA als het tekenen van stroken langs beide dimensies, waarbij het hele papier in veel vierkanten wordt verdeeld en elke gebruiker een andere set vierkanten wordt toegewezen op basis van hun gegevensbehoefte.

Einde van de lijn voor 3G

Nu heb je een basiskennis van het verschil tussen 3G en de latere 4G/LTE en 5G. Je kunt je nog redelijk afvragen waarom 3G moet worden afgesloten. Het blijkt dat vanwege die verschillen in de toegangstechnologie de twee netwerken zijn gebouwd met behulp van totaal verschillende apparatuur en algoritmen.

3G-handsets en -basisstations werken op een breedbandsysteem, wat betekent dat ze het hele mobiele spectrum gebruiken. 4G/LTE en 5G werken op smalband- of multi-carriersystemen, die gebruik maken van delen van het spectrum. Deze twee systemen hebben totaal verschillende hardwaresets nodig, van de antenne op de zendmast tot de componenten in je telefoon.

Dus als uw telefoon een 3G-telefoon is, kan deze geen verbinding maken met een 4G/LTE- of 5G-toren. Lange tijd hebben de mobiele serviceproviders hun 3G-netwerken draaiende gehouden, terwijl ze een volledig gescheiden netwerk met nieuwe torenapparatuur hebben gebouwd en nieuwe handsets hebben onderhouden met behulp van 4G/LTE en 5G. Stelt u zich eens voor dat u de kosten draagt ​​van het gelijktijdig exploiteren van twee afzonderlijke netwerken voor hetzelfde doel. Uiteindelijk moet er een weg. En nu de providers serieus beginnen met het inzetten van 5G-systemen, is het tijd voor 3G.