Le 22 février 2022, AT&T devrait désactiver son réseau cellulaire 3G. T-Mobile devrait s'éteindre le 1er juillet 2022 et Verizon devrait emboîter le pas le 31 décembre 2022.

La grande majorité des téléphones portables en service fonctionnent sur les réseaux 4G/LTE, et le monde a commencé la transition vers la 5G, mais pas moins de 10 millions de téléphones aux États-Unis dépendent encore du service 3G. De plus, les fonctions de réseau cellulaire de certains appareils plus anciens comme les Kindles, les iPads et les Chromebooks sont liées aux réseaux 3G. De même, certains systèmes plus anciens connectés à Internet, tels que la sécurité domestique, les systèmes de navigation et de divertissement pour voitures et les modems à panneaux solaires, sont spécifiques à la 3G. Les consommateurs devront mettre à niveau ou remplacer ces systèmes.

Alors pourquoi les opérateurs de télécommunications désactivent-ils leurs réseaux 3G ? En tant qu'ingénieur électricien qui étudie les communications sans fil, je peux expliquer. La réponse commence par la différence entre la 3G et les technologies ultérieures telles que la 4G/LTE et la 5G.

Imaginez un voyage en famille. Votre conjoint est au téléphone pour organiser des activités à faire à destination, votre fille adolescente diffuse de la musique et discute avec ses amis sur son téléphone, et son jeune frère joue à un jeu en ligne avec ses amis. Toutes ces conversations et flux de données séparés sont communiqués sur le réseau cellulaire, apparemment simultanément. Vous tenez probablement cela pour acquis, mais vous êtes-vous déjà demandé comment le système cellulaire peut gérer toutes ces activités en même temps, à partir de la même voiture ?

Communiquer tous ces messages

La réponse est une astuce technologique appelée accès multiple. Imaginez que vous utilisiez une feuille de papier pour écrire des messages à 100 amis différents, un message privé pour chaque personne. La technologie d'accès multiple utilisée dans les réseaux 3G revient à écrire chaque message à chacun de vos amis en utilisant toute la feuille de papier, de sorte que tous les messages sont écrits les uns sur les autres. Mais vous disposez d'un ensemble spécial de stylos de couleurs différentes qui vous permet d'écrire chaque message dans une couleur unique, et chacun de vos amis a une paire de lunettes spéciale qui ne révèle que la couleur destinée à cette personne.

Cependant, le nombre de stylos de couleur est fixe, donc si vous souhaitez envoyer des messages à plus de personnes que le nombre de stylos de couleur dont vous disposez, vous devrez commencer à mélanger les couleurs. Maintenant, lorsqu'un ami applique ses lentilles spéciales, il verra un peu des messages à d'autres amis. Ils n'en verront pas assez pour lire les autres messages, mais le chevauchement peut être suffisant pour brouiller le message qui leur est destiné, le rendant plus difficile à lire.

La technologie d'accès multiple utilisée par les réseaux 3G est appelée Code Division Multiple Access, ou CDMA. Il a été inventé par le fondateur de Qualcomm, Irwin M. Jacobs, avec plusieurs autres ingénieurs électriciens de premier plan. La technique est basée sur le concept de spectre étalé, une idée qui remonte au début du XXe siècle. L'article de Jacobs de 1991 a montré que le CDMA peut multiplier par plusieurs la capacité cellulaire sur les systèmes de l'époque.

CDMA permet à tous les utilisateurs cellulaires d'envoyer et de recevoir leurs signaux à tout moment et sur toutes les fréquences. Ainsi, si 100 utilisateurs souhaitent lancer un appel ou utiliser un service cellulaire à peu près au même moment, leurs 100 signaux se chevaucheront sur l'ensemble du spectre cellulaire pendant toute la durée de leur communication.

Les signaux qui se chevauchent créent des interférences. CDMA résout le problème d'interférence en laissant à chaque utilisateur une signature unique :une séquence de code qui peut être utilisée pour récupérer le signal de chaque utilisateur. Le code correspond à la couleur dans notre analogie papier. S'il y a trop d'utilisateurs sur le système en même temps, les codes peuvent se chevaucher. Cela entraîne des interférences, qui s'aggravent à mesure que le nombre d'utilisateurs augmente.

Tranches de temps et spectre

Au lieu de permettre aux utilisateurs de partager l'intégralité du spectre cellulaire à tout moment, d'autres techniques d'accès multiple divisent l'accès en fonction du temps ou de la fréquence. Le découpage dans le temps crée des créneaux horaires. Chaque connexion peut durer plusieurs plages horaires étalées dans le temps, mais chaque plage horaire est si courte (quelques millisecondes) que l'utilisateur du téléphone portable ne perçoit pas les interruptions des plages horaires alternées. La connexion semble être continue. Cette technique de découpage temporel est l'accès multiple par répartition dans le temps (TDMA).

La division peut aussi se faire en fréquence. Chaque connexion reçoit sa propre bande de fréquence dans le spectre cellulaire, et la connexion est continue pendant toute sa durée. Cette technique de découpage en fréquence est l'accès multiple par répartition en fréquence (FDMA).

Dans notre analogie avec le papier, FDMA et TDMA sont comme diviser le papier en 100 bandes dans les deux dimensions et écrire chaque message privé sur une bande. FDMA serait, par exemple, des bandes horizontales, et TDMA serait des bandes verticales. Avec des bandes individuelles, tous les messages sont séparés.

Les réseaux 4G/LTE et 5G utilisent l'accès multiple par répartition orthogonale de la fréquence (OFDMA), une combinaison très efficace de FDMA et TDMA. Dans l'analogie avec le papier, l'OFDMA revient à dessiner des bandes le long des deux dimensions, en divisant l'ensemble du papier en plusieurs carrés et en attribuant à chaque utilisateur un ensemble différent de carrés en fonction de ses besoins en données.

Fin de la ligne pour la 3G

Vous avez maintenant une compréhension de base de la différence entre la 3G et les dernières 4G/LTE et 5G. Vous pourriez toujours raisonnablement demander pourquoi la 3G doit être arrêtée. Il s'avère qu'en raison de ces différences dans la technologie d'accès, les deux réseaux sont construits à l'aide d'équipements et d'algorithmes complètement différents.

Les combinés et les stations de base 3G fonctionnent sur un système à large bande, ce qui signifie qu'ils utilisent l'ensemble du spectre cellulaire. La 4G/LTE et la 5G fonctionnent sur des systèmes à bande étroite ou multi-porteuses, qui utilisent des tranches du spectre. Ces deux systèmes nécessitent des ensembles de matériel complètement différents, de l'antenne de la tour cellulaire aux composants de votre téléphone.

Ainsi, si votre téléphone est un téléphone 3G, il ne peut pas se connecter à une tour 4G/LTE ou 5G. Pendant longtemps, les fournisseurs de services cellulaires ont maintenu leurs réseaux 3G tout en construisant un réseau complètement séparé avec de nouveaux équipements de tour et en entretenant de nouveaux combinés utilisant 4G/LTE et 5G. Imaginez que vous supportez le coût d'exploitation de deux réseaux distincts en même temps dans le même but. Finalement, il faut y aller. Et maintenant, alors que les opérateurs commencent sérieusement à déployer des systèmes 5G, ce moment est venu pour la 3G.