Il 22 febbraio 2022, AT&T dovrebbe disattivare la sua rete cellulare 3G. T-Mobile dovrebbe spegnersi il 1 luglio 2022 e Verizon dovrebbe seguire l'esempio il 31 dicembre 2022.

La stragrande maggioranza dei telefoni cellulari in servizio opera su reti 4G/LTE e il mondo ha iniziato la transizione al 5G, ma ben 10 milioni di telefoni negli Stati Uniti si affidano ancora al servizio 3G. Inoltre, le funzioni di rete cellulare di alcuni dispositivi meno recenti come Kindle, iPad e Chromebook sono legate alle reti 3G. Allo stesso modo, alcuni vecchi sistemi connessi a Internet come la sicurezza domestica, i sistemi di navigazione e intrattenimento per auto e i modem del pannello solare sono specifici del 3G. I consumatori dovranno aggiornare o sostituire questi sistemi.

Allora perché gli operatori di telecomunicazioni stanno spegnendo le loro reti 3G? Come ingegnere elettrico che studia comunicazioni wireless, posso spiegare. La risposta inizia con la differenza tra 3G e tecnologie successive come 4G/LTE e 5G.

Immagina un viaggio in famiglia. Il tuo coniuge è al telefono a organizzare attività da fare a destinazione, tua figlia adolescente trasmette musica in streaming e chatta con i suoi amici sul suo telefono e suo fratello minore sta giocando a un gioco online con i suoi amici. Tutte quelle conversazioni e flussi di dati separati vengono comunicati sulla rete cellulare, apparentemente contemporaneamente. Probabilmente lo dai per scontato, ma ti sei mai chiesto come il sistema cellulare possa gestire tutte queste attività contemporaneamente, dalla stessa macchina?

Comunicare tutti quei messaggi

La risposta è un trucco tecnologico chiamato accesso multiplo. Immagina di usare un foglio di carta per scrivere messaggi a 100 amici diversi, un messaggio privato per ogni persona. La tecnologia di accesso multiplo utilizzata nelle reti 3G è come scrivere ogni messaggio a ciascuno dei tuoi amici utilizzando l'intero foglio di carta, quindi tutti i messaggi vengono scritti uno sopra l'altro. Ma hai uno speciale set di penne con colori diversi che ti permette di scrivere ogni messaggio in un colore unico e ogni tuo amico ha un paio di occhiali speciale che rivela solo il colore destinato a quella persona.

Tuttavia, il numero di penne colorate è fisso, quindi se vuoi inviare messaggi a più persone rispetto al numero di penne colorate che hai, dovrai iniziare a mescolare i colori. Ora, quando un amico applica le sue lenti speciali, vedrà un po' dei messaggi agli altri amici. Non vedranno abbastanza per leggere gli altri messaggi, ma la sovrapposizione potrebbe essere sufficiente per offuscare il messaggio a loro destinato, rendendolo più difficile da leggere.

La tecnologia di accesso multiplo utilizzata dalle reti 3G è denominata Code Division Multiple Access, o CDMA. È stato inventato dal fondatore di Qualcomm Irwin M. Jacobs con molti altri importanti ingegneri elettrici. La tecnica si basa sul concetto di spread spectrum, un'idea che può essere fatta risalire all'inizio del XX secolo. L'articolo di Jacobs del 1991 ha mostrato che il CDMA può aumentare di molte volte la capacità cellulare rispetto ai sistemi dell'epoca.

CDMA consente a tutti gli utenti cellulari di inviare e ricevere i propri segnali in qualsiasi momento e su tutte le frequenze. Pertanto, se 100 utenti desiderano avviare una chiamata o utilizzare un servizio cellulare all'incirca nello stesso momento, i loro 100 segnali si sovrapporranno l'uno all'altro sull'intero spettro cellulare per tutto il tempo in cui comunicano.

I segnali sovrapposti creano interferenze. CDMA risolve il problema delle interferenze consentendo a ciascun utente di avere una firma univoca:una sequenza di codice che può essere utilizzata per recuperare il segnale di ciascun utente. Il codice corrisponde al colore nella nostra analogia con la carta. Se nel sistema sono presenti troppi utenti contemporaneamente, i codici possono sovrapporsi. Questo porta a interferenze, che peggiorano con l'aumento del numero di utenti.

Fette di tempo e spettro

Invece di consentire agli utenti di condividere l'intero spettro cellulare in ogni momento, altre tecniche di accesso multiplo dividono l'accesso in base al tempo o alla frequenza. La divisione nel tempo crea delle fasce orarie. Ogni connessione può durare su più fasce orarie distribuite nel tempo, ma ciascuna fascia oraria è così breve, una questione di millisecondi, che l'utente del cellulare non percepisce le interruzioni dovute a fasce orarie alternate. La connessione sembra essere continua. Questa tecnica di suddivisione del tempo è l'accesso multiplo a divisione di tempo (TDMA).

La divisione può essere effettuata anche in frequenza. Ad ogni connessione viene assegnata la propria banda di frequenza all'interno dello spettro cellulare e la connessione è continua per la sua durata. Questa tecnica di slicing di frequenza è l'accesso multiplo a divisione di frequenza (FDMA).

Nella nostra analogia con la carta, FDMA e TDMA sono come dividere la carta in 100 strisce in entrambe le dimensioni e scrivere ogni messaggio privato su una striscia. FDMA sarebbe, ad esempio, strisce orizzontali e TDMA sarebbe strisce verticali. Con le singole strisce, tutti i messaggi sono separati.

Le reti 4G/LTE e 5G utilizzano l'accesso multiplo a divisione di frequenza ortogonale (OFDMA), una combinazione altamente efficiente di FDMA e TDMA. Nell'analogia con la carta, OFDMA è come disegnare strisce lungo entrambe le dimensioni, dividere l'intera carta in molti quadrati e assegnare a ciascun utente un diverso insieme di quadrati in base alle proprie esigenze di dati.

Fine linea per 3G

Ora hai una conoscenza di base della differenza tra 3G e le successive 4G/LTE e 5G. Potresti ancora ragionevolmente chiedere perché il 3G deve essere spento. Si scopre che a causa di queste differenze nella tecnologia di accesso, le due reti sono costruite utilizzando apparecchiature e algoritmi completamente diversi.

I telefoni 3G e le stazioni base funzionano su un sistema a banda larga, il che significa che utilizzano l'intero spettro cellulare. 4G/LTE e 5G operano su sistemi a banda stretta o multi-portante, che utilizzano sezioni dello spettro. Questi due sistemi richiedono set di hardware completamente diversi, dall'antenna sulla torre cellulare fino ai componenti del telefono.

Quindi, se il tuo telefono è un telefono 3G, non può connettersi a una torre 4G/LTE o 5G. Per molto tempo, i fornitori di servizi cellulari hanno mantenuto attive le loro reti 3G mentre costruivano una rete completamente separata con nuove apparecchiature a torre e riparavano nuovi telefoni utilizzando 4G/LTE e 5G. Immagina di sostenere il costo della gestione simultanea di due reti separate per lo stesso scopo. Alla fine, uno deve andare. E ora, poiché i vettori stanno iniziando a implementare sul serio i sistemi 5G, è giunto il momento per il 3G.