VAD ÄR SKILLNADERNA MELLAN 2G, 3G, 4G OCH 5G?

Denna artikel publiceras i samarbete med Ulf Seijmer

Från 2G, 3G, 4G och 5G

Under 1980-talet kom den första generationen av mobila nätverk, 1G, med endast samtalstrafik. Men data, SMS och MMS var inte på tapeten med 1G. Det fanns kretskopplade modem som kunde användas för data framförallt utanför det nordiska NMT-nätet.

Nu har vi nått 5G, där ”G” helt enkelt står för ”generation” -enkelt eller hur! Varje generation mobilt bredband, och mobil telefoni för den delen, definieras av en uppsättning nätverksstandarder som likriktar de tekniska aspekterna av standarden.

För varje G ökar hastigheten och den använda tekniken bakom förändras också. Till exempel erbjöd 2G, om vi pratar om EDGE som är i gränslandet mellan 3G och 3G, 473 kbit/s, 3G erbjuder normalt upp till 42 Mbit/s medan 4G erbjuder på pappret 1 Gbit/s.

Generationer av mobila nätverk

Syftet med trådlös kommunikation är att tillhandahålla högkvalitativ, pålitlig kommunikation precis likt trådbunden kommunikation (optisk fiber, ADSL och kopparnätverk) och varje ny generation av dessa representerar ett stort steg i den riktningen. Mobil kommunikation har växt i popularitet de senaste åren på grund av snabba förbättringar inom den mobila tekniken. För att kunna jämföra 2G, 3G, 4G och 5G måste vi först förstå de viktigaste funktionerna i alla dessa teknologier.

Denna utveckling tog sin början med 1G som såg sitt ljus i slutet av 70-talet och fortsätter starkare än någonsin mot 5G. Varje generation har standarder som måste uppfyllas för att officiellt få använda G-terminologin. Det finns institutioner som ansvarar för att standardisera varje generation av mobiltelefoni. Varje generation har också krav som specificerar saker som överföringshastighet, fördröjning etc. som behöver uppfyllas för att betraktas som en del av den generationen. Varje generation bygger på forskning och utveckling och går vidare från den senaste generationen. Vi ser att stegen mellan varje generation var stora, varje G var att ta ett stort steg framåt i tekniken.

Första generationen – 1G

Den första generationen av mobiltelefonteknik introducerades under slutet av 70-talet och med fullt implementerade standarder etablerade under 80-talet. Det introducerades i olika delar av världen med olika band och standarder. Många av de första mobiltelefonnäten är analoga system.

1G är en analog teknologi och telefonerna hade i allmänhet dålig batteritid och dålig ljudkvalitet som till största del var utan säkerhet och ibland kunde samtalen brytas. De analoga telekommunikationsstandarder som introducerades under 1980-talet och fortsatte fram till dess att den ersattes av 2G digital telekommunikation erbjöd en dataöverföringshastighet på 2,4 kbit/s, om någon dataanslutning över huvud taget var möjlig.

Andra generationen – 2G

2G-nätet, eller GSM, hade premiär i Finland 1991 och tillät mobila telefoner att förflyttas till den digitala världen. Andra generationens 2G-mobilnät lanserades kommersiellt på GSM-standarden i Finland av Radiolinja (nu en del av Elisa Oyj) 1991. 2G möjliggjorde kryptering av samtal och meddelanden samt senare både SMS och MMS. Framstegen som gjordes från 1G till 2G introducerade många av de fundamentala tjänster som vi använder än idag, så som SMS, intern roaming, konferenssamtal, parkering av samtal och fakturering baserat på användning, exempelvis avgifter baserade på fjärrsamtal och realtidsfakturering. Dessutom var GSM det första nät som användes för att koppla upp maskiner och processer, IoT i sin linda helt enkelt.

Den maximala hastigheten för 2G var omkring 50 kbit/s via GPRS. Den största skillnaden mellan de två generationerna (1G och 2G) är att radiosignalen som 1G-nätverken använde var analog till skillnad från 2G-nätverkens digitala. Viktigaste motivet för denna generation var att tillhandahålla en säker och pålitlig kommunikationskanal. GSM tillhandahöll enklare datatjänster som SMS och MMS initialt.

För första gången flera användare

2G-funktionerna uppnås genom att tillåta flera användare på samma kanal via FDM. Vid 2G kan mobiltelefoner användas både för samtal och dataöverföring. Maximala hastigheten i 2G-nät med GPRS är 50 kbit/s eller 500 kbit/s med GSM EDGE. Innan det stora steget togs från 2G till 3G-nät, utgjorde de mindre kända 2.5G och 2.75G tillfälliga standarder, dit räknas ofta EDGE. 2G hade framförallt 900 MHz och senare 1800 MHz som huvudfrekvensband. Idag ligger merparten på 900 MHz.

Tredje generationen – 3G

Uppkomsten av ett 3G-nät med mer data, videosamtal och mobilt internet började 1998. Denna generation kom att sätta de standarder för merparten av den trådlösa tekniken vi lärt känna och omges av. Surfa på webben, e-post, nedladdning av videos, bilddelning och annan smartphone-teknik introducerades i tredje generationen. 3G introducerades kommersiellt 2001 med målen att underlätta större samtals- och datakapacitet, stödja ett bredare utbud av applikationer och öka dataöverföringen till en lägre kostnad.

3G-standarden använder en ny teknik som kallas UMTS som sin kärnnätsarkitektur. Detta nätverk kombinerar delar av 2G-nätet med några nya tekniker och protokoll för att leverera en betydligt snabbare datahastighet. En av specifikationerna som finns i IMT-2000 var att hastigheten skulle vara minst 200 kbit/s för att kalla det 3G-tjänst.

Med 3G såg vi också ett starkt ökat intresse för att koppla upp maskiner via mobilnäten. Digital signage, videoövervakning, snabb uppkoppling av maskiner i rörelse, allt det var något nytt 3G erbjöd. Med 3G togs steget på allvar från GSM-modem för en device till mer avancerade routrar.

3G har stöd för multimediatjänster och streaming. I och med 3G möjliggörs universell åtkomst och användning över olika enhetstyper (telefoner, handdatorer, etc.). 3G ökade frekvensspektrumets effektivitet genom att förbättra hur ljud komprimeras under ett samtal, så att fler simultana samtal kan äga rum inom samma frekvensområde. FN:s Internationella Telekommunikationsunions IMT-2000-standard kräver stationära hastigheter på 2 Mbit/s och mobila hastigheter på 384 kbit/s för en ”riktig” 3G. Den teoretiska maxhastigheten för HSPA+ är 21,6 Mbit/s men i praktiken stöds hastigheter upp till 42 Mbit/s.

Övergångsversioner av 3G

Likt 2G utvecklades 3G till 3.5G och 3.75G allteftersom fler funktioner introducerades för att sedan skapa 4G. En 3G-telefon kan inte kommunicera genom 4G-nät, men nya generationers telefoner är praktiskt taget alltid designade för att vara kompatibla med äldre generationers nät. En 4G-telefon kan därmed kommunicera genom ett 3G- och till och med 2G-nät.

3G-standarden använder UMTS som sin kärnnätarkitektur. 3G-nät kombinerar sidor av 2G-nätet med nya teknologier och protokoll för att leverera en betydligt högre datahastighet. Genom att använda paketförmedling (eng.: packet switching) kunde ursprungliga tekniken förbättra. Den arbetade initialt på 2100 MHz frekvensbanden och har en bandbredd på 15 eller 20 MHz.

Fjärde generationen – 4G

4G är ju den senaste brett implementerade standarden av mobila nätverk, lanserades under sena 00-talet och är 500 gånger snabbare än 3G. Det har kunnat stödja högupplöst mobil TV, videokonferenser och mycket mer. När en enhet flyttar sig, som när du går eller åker bil med din telefon, kan maxhastigheten vara tiotals Mbit/s och när enheten är stationär kan maxhastigheten vara hundratals Mbit/s. 20 MHz bandbredd ger en toppkapacitet på 400 Mbit/s. Eftersom användare delar på tillgänglig sektorkapacitet upplevs vanligtvis hastigheter mellan tiotals och hundratals Mbit/s.

4G byggdes ut på allvar i början av 10-talet. Den största skillnaden mellan 3G och 4G är datahastigheten. Det är också en stor skillnad mellan 3G- och 4G-teknikerna. De viktigaste teknikerna som gjort 4G möjliga är MIMO (Multiple Input Multiple Output) och OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). De viktigaste 4G-standarderna är WiMAX och LTE, men WiMAX är inte spridd över världen i någon större omfattning. LTE (Long Term Evolution) är en serie av uppgraderingar av 3G och UMTS-tekniken.
Medan 4G LTE är en betydlig förbättring jämfört med 3G-hastigheter, är det tekniskt sett inte 4G som det från början definierades, vi är inte ens där än rent hastighetsmässigt.

4G var en verklig revolution för uppkopplade processer, i början av 10-talet pratade vi om M2M (Machine to Machine) och senare IoT (Internet of Things).

Helt annan teknik än 3G

4G är mycket annorlunda teknologi jämfört med 3G och möjliggjordes praktiskt enbart tack vare de framsteg inom teknologin de senaste 10 åren. Syftet är att tillhandahålla hög hastighet, hög kvalitet och hög kapacitet till användare samtidigt som säkerheten förbättras och kostnaderna sänks för samtals- och datatjänster, multimedia och internet via IP.

Nya generationers mobila enheter är oftast designade för att vara kompatibla med äldre nätverk, så en 4G-enhet kan kommunicera genom ett 3G- och till och med 2G-nät. Alla operatörer tycks vara överens om att OFDM är en av de viktigaste indikatorerna för att marknadsföra en tjänst eller hårdvara som 4G. OFDM är en typ av digital modulering där en signal delas upp i flera smalbandskanaler vid olika frekvenser. Det finns en betydande förändring i infrastrukturen för röstsamtal som i GSM och UMTS är kretskopplade. Med införandet av LTE fick operatörerna omstrukturera sitt nätverk för röstsamtal. Och återigen har vi varianter av 4G, som definieras som 4.5G och 4.9G som markerar övergångar med mer MIMO och D2D (enhet till enhet) på väg mot IMT-2020 och kraven på 5G.

Vad är skillnaderna mellan 4G och LTE?

Även efter det var allmänt tillgängligt nådde många nätverk inte upp till den satta gränsen för hastighet som sattes i 4G-standarden. 4G och LTE är definierad som ”fjärde generationens långsiktiga utveckling” och det var väl ett väl valt namn med tanke att standarden utvecklats längs resans gång. Idag kan 4G leverera en mycket snabb och säker internetanslutning. I huvudsak är 4G standarden för mobila nätverksanslutningar. 4G använder idag 700, 800, 900, 1800, 2100 och 2600 MHz beroende på operatör.

Femte generationen – 5G

En av de största skillnaderna mellan 4G och 5G är prestanda, som i detta fall avser hastighet, och latens. Till exempel kommer toppkapaciteten hos 5G-sektorer räknas i Gbit/s, som kan jämföras med 4G i Mbit/s. Också latensen, den tid som passerar från det att information skickas från en enhet till att det tas emot av en annan enhet, kommer bli kraftigt reducerad på 5G-nät. Detta kommer tillåta snabbare uppladdnings- och nedladdningshastigheter. 5G utlovar bland anat betydligt snabbare datahastigheter, högre anslutningstäthet och mycket lägre latens.

En annan stor skillnad mellan 4G och 5G är bandbredden. 5G ska ha möjlighet att stödja många fler framtida enheter, utöver de nätverkskraven för uppkopplade fordon och andra enheter i IoT.

Vad betyder allt detta för dig som användare? Större mängd information kan flyttas mellan enheter snabbare än någonsin tidigare, så områden med hög densitet som flygplatser och stadsområden ska uppleva höga hastigheter. Tack vare minskad latens och bredare bandbredd bör du kunna streama en 4K-video på några sekunder. 5G ska vara nätverket som ger den hastighet och effektivitet som alla behöver. 5G är en generation som byggs nu och avsedd att förbättra 4G.

Stora planer för 5G

Några av planerna för 5G inkluderar kommunikation från enhet till enhet (D2D), bättre batteriförbrukning och förbättrad allmän trådlös täckning. Den maximala hastigheten på 5G syftar till att vara så snabb som 35,46 Gbit/s, vilket är över 35 gånger snabbare än 4G.

Några viktiga tekniker att hålla utkik efter är: Massiv MIMO, millimetervågor, små celler, etc. 5G använder alla 4G-band vi känner till. 2021 kommer vi se att 3,6 GHz-bandet kommer användas globalt. Millimeterbanden i intervallet 30 GHz till 300 GHz kommer också vara en del av 5G. Tester av 5G-räckvidden i millimetervågor har gett resultat cirka 500 meter från masten. Genom att använda små celler, kan utvecklingen av 5G med millimetervågsbaserade bärare förbättra det totala täckningsområdet. I kombination med strålformning kan små celler leverera extremt snabb täckning med låg latens.

Låg latens och snabb överföring

Låg latens är en av 5Gs viktigaste funktioner. 5G använder OFDM-ramverk och drar stor nytta av detta. Det kan ha så låg latens som en millisekund, med realistiska uppskattningar till cirka 1–10 sekunder. 5G uppskattas vara 60 till 120 gånger snabbare än den genomsnittliga 4G-latensen.

En aktiv 5G-antenn inkapslad med 5G massiv MIMO används för att ge bättre anslutningar och förbättrad användarupplevelse. Stora 5G-antenner används för att få ytterligare information om strålformning och minska fortplantningsproblemen som uppstår vid frekvensområdena för millimetervågor.

Dessutom möjliggör 5G-nätverk med nätverksskärningsarkitektur att teleoperatörer kan erbjuda skräddarsydda anslutningar på begäran av användare efter överenskommelser (SLA). Sådana anpassade nätverksfunktioner innefattar latens, datahastighet, tillförlitlighet, kvalitet, service och säkerhet.