Co napędza postęp w kierunku coraz szybszych prędkości sieci komórkowej? [Zamknięte]

22

Zawsze akceptowałem rozwój technologii. Urodzony w latach 90. wszystko staje się szybsze, mniejsze, tańsze i ogólnie lepsze, jeśli poczekasz kilka lat. Było to najbardziej oczywiste w przypadku elektroniki użytkowej, takiej jak telewizory, komputery PC i telefony komórkowe.

Jednak teraz przychodzi mi do głowy, że wiem, co powoduje większość tych zmian, z wyjątkiem jednej. Komputery i telefony komórkowe stają się lepsze i szybsze głównie dlatego, że jesteśmy w stanie budować mniejsze i bardziej wydajne tranzystory (słyszę około dwa razy więcej tranzystorów na jednostkę powierzchni krzemu co dwa lata).

Internet najpierw przyspieszył dzięki DSL, która zwiększyła przepustowość skrętki miedzianej do maksimum. Kiedy zabrakło nam użytecznego spektrum wewnątrz drutu miedzianego, przeszliśmy na światłowód i była to zupełnie nowa gra.

TL; DR: Ale co sprawia, że ​​sieci komórkowe mogą być coraz szybsze? Miałem telefony komórkowe 2G, 3G, a teraz LTE, a różnice prędkości są astronomiczne, podobne do różnic obserwowanych w internetowym internecie w ostatniej dekadzie.

Jednak kanały LTE niekoniecznie mają większą szerokość pasma (w rzeczywistości uważam, że LTE wykorzystuje mniej: 3G wykorzystuje kanały 5 MHz , podczas gdy LTE może mieć mniejsze kanały, od 1,4 do 20 MHz ). Co więcej, wielokrotnie słyszałem, że LTE jest bardziej wydajne pod względem bps na kanał Hz (dodam tutaj „potrzebne cytowanie”, jako pierwszy przyznam, że przynajmniej brzmi to wątpliwie).

Więc co to jest? Po prostu więcej spektrum? Lepsza i mniejsza elektronika? Czy możemy być w tym lepsi na inne sposoby? Jak to?

freejuices
źródło
11
Chciwość jest prawdopodobnie największym czynnikiem napędzającym: firmy dążą do zysku i obniżają koszty ...
Solar Mike
4
@SolarMike dobrze Myślę, że masz rację, ale nie miałem tego na myśli. Miałem na myśli z technicznego punktu widzenia, co umożliwia.
freejuices
Więc jakie jest twoje pytanie - co wymyślimy jutro lub w przyszłym tygodniu, co będzie szybsze?
Solar Mike
@SolarMike Nie, pytanie brzmi, w jaki sposób zamierzają przyspieszyć. Komputery będą w przyszłym roku szybsze, ponieważ Intel zbuduje procesory z mniejszymi i bardziej wydajnymi tranzystorami, aby mogli wcisnąć więcej sprzętu, za mniej pieniędzy, szybciej go taktować i używać niższego VDD. Ale dlaczego następca LTE będzie szybszy? Z technologicznego punktu widzenia, co umożliwia? Digiproc wspomniał coś o lepszych algorytmach do wykorzystania pojemności kanału, tego właśnie szukam.
freejuices
Chcesz dzisiaj poznać jutrzejsze teorie? tzn. „jak”? ...
Solar Mike

Odpowiedzi:

20

co sprawia, że ​​sieci komórkowe mogą być coraz szybsze

Zasadniczo stare dobre prawo Moore'a.

Słuchawka to tylko połowa równania. Bardziej nowoczesny i mocniejszy krzem pomaga uzyskać lepszą jakość kanału, mniej szumów itp. Jednak nie może to przekroczyć przepustowości kanału, jak twierdzi pan Shannon.

Prostym sposobem na zwiększenie przepustowości dostępnej dla każdego użytkownika jest zatem podzielenie krajobrazu na mniejsze komórki. Anteny kierunkowe na szczycie wież dzielą „okrągłą” komórkę na ćwiartki, jak pomarańcza.

Zainstalowanie wielu mikro / pikokomórek wszędzie w gęsto zaludnionych obszarach oznacza, że ​​każda stacja bazowa obsługuje tylko mniejszą liczbę użytkowników. Mniej użytkowników na komórkę oznacza większą przepustowość na użytkownika. Jest to możliwe dzięki obniżeniu ceny sprzętu stacji bazowej (tj. Taniego krzemu, prawa Moore'a i MMIC, które integrują bity RF na chipie).

Pomaga również inteligentniejszy system. Na przykład w GSM nawet gdy nie rozmawiasz, twój przedział czasowy jest zarezerwowany dla ciebie, co jest marnotrawstwem.

Ważną rzeczą jest również ich dostępność w rozsądnej cenie:

  • Duże układy FPGA z naprawdę szaloną mocą obliczeniową
  • Szybkie ADC / DAC
  • Układy mikrofalowe

Umożliwiają cyfrowe radio i właśnie tam są soczyste bity, takie jak MIMO i adaptacyjne układy antenowe z kształtowaniem wiązki w czasie rzeczywistym i wyrównaniem kanałów, zaawansowane (i adaptacyjne) modulacje, a także silne kody korekcji błędów, które wymagają dużej mocy obliczeniowej itp. .

peufeu
źródło
Gdzie w grę wchodzą sieci FPGA w odniesieniu do sieci komórkowych? Myślałem, że wszystko jest ASIC?
Mehrdad
2
ASIC ma
niższy
3
Układy FPGA mogą być ekonomiczne w przypadku mniejszych ilości lub gdy konieczna jest rekonfiguracja. Wyższy koszt jednostek FPGA może być lepszy niż ogromny koszt opracowania ASIC. FPGA mogą być używane z bardzo wydajnym sprzętem sieciowym, stacjami bazowymi komórek itp., Które mają stosunkowo niski poziom głośności. W przypadku pikokomórek ASIC są silniejszą możliwością, ponieważ będzie ich o wiele więcej.
alex.forencich
2
DOBRZE! Układy FPGA znajdują się w stacjach bazowych. Telefony sprzedają się w wystarczającej ilości, aby uzasadnić ASIC, i są często „ulepszane”, kiedy ludzie kupują nowe.
peufeu
1
Dużą jej część stanowi także stopniowe rozpowszechnianie się lepszych technologii naziemnych; słuchawki stanowią tylko część sieci komórkowej. np. synchronizacja czasowa oparta na pakietach, którą mieliśmy od lat, ale te rzeczy potrzebują dużo czasu, aby wejść na skalę przemysłową
Lightness Races z Monicą
11

Myślę, że następujące są niektóre z kluczowych technologii / technik zwiększających szybkość komórkowej transmisji danych.

  1. Przejdź na wyższe częstotliwości nośne, gdzie dostępne są szersze pasma. Wkrótce będziemy mieli technologię fal milimetrowych wykorzystywaną w komórkach.

  2. Multi Input Multi Output (MIMO) Systemy antenowe umożliwiające równoległą transmisję strumieni danych.

  3. Zaawansowane schematy modulacji, takie jak OFDM i QAM.

  4. Silniejsze kody korekcji błędów w przód, niewymagające ponownej transmisji i zbliżające nas do Shannon Capacity.

  5. Kurczące się rozmiary komórek. Teraz mamy tę samą częstotliwość podzieloną między mniejszą liczbę użytkowników.

Yasir Ahmed
źródło
1
Krótko i na temat. +1
Sredni Wasztar
4

Zakładając tę ​​samą szerokość pasma, jedynym sposobem na zwiększenie prędkości transmisji danych jest lepsze kodowanie: QAM w porównaniu do MSK GSM, 16QAM w porównaniu z QAM, 256QAM w porównaniu z 16QAM,

I w tym wszystkim należy traktować wielościeżkowość i zanikanie.

Przy większej liczbie bitów na herc, SignalNoiseRatio (SNR) musi ulec poprawie, ponieważ kodowanie zapewnia tutaj jednorazową pomoc 5 lub 10 dB. Aby poprawić SNR, łącze potrzebuje więcej ERP (ukierunkowanych anten TX), anten odbiorczych o wyższym zysku (więcej elementów, układy fazowe itp. Dające więcej miejsca na zgromadzenie większej ilości energii) i krótszych ścieżek w celu zmniejszenia utraty ścieżki.

analogsystemsrf
źródło
2
W końcu jednak limit Shannona zostanie osiągnięty. Gdy to nastąpi, jedyną możliwością zwiększenia prędkości będzie większa przepustowość na użytkownika, co oznacza mniejsze komórki. W końcu można skończyć z systemem, który wygląda jak WiFi o niskiej mocy, w którym tylko kilku użytkowników znajduje się w komórce, i w tym momencie standardowa konstrukcja RF miałaby maksymalną możliwą przepustowość ...
madscientist159
3

Czy możemy być w tym lepsi na inne sposoby? Jak to?

Być może nadejdzie dzień, w którym nasze słuchawki (lub system) będą w stanie przechowywać matematyczne niuanse naszych indywidualnych głosów i manipulować nimi, aby tworzyć inne słowa algorytmicznie. Wtedy wszystko, co musi zostać przesłane w trakcie połączenia głosowego, to „tekst”, a telefon odbierający może zrekonstruować nasze głosy i brzmieć jak prawdziwa osoba.

Więc powiedzenie „miłego dnia” zajęłoby 15 znaków ascii lub 120 bitów na dwie sekundy mowy.

Andy aka
źródło
1
Na koniec nie zapomnij o kilku bajtach na buźkę, chyba że oczekujesz, że wszyscy będą w przyszłości mówić poważnie przez telefon.
Dmitrij Grigoryev
1
Mam nadzieję, że to nie zawsze iść tak daleko, bo mamy coś jak to się stało, ale do komunikacji głosowej zamiast zeskanowanych dokumentów. Nazywam to „autokorekcją dźwięku”.
Aleksi Torhamo
Kiedy więc stanie się to rzeczywistością, czy nie możemy dłużej ufać głosom naszych przyjaciół z tego samego powodu, dla którego nie możemy dzisiaj ufać ich e-mailom lub identyfikatorowi dzwoniącego? (fałszowanie)
AaronD
@AaronD faktycznie będzie tak, że nie możesz ufać połączeniom telefonicznym. Sam przyjaciel (i ich głos) pozostaje jak zawsze godny zaufania.
user253751
@immibis Tak, o to mi chodziło. Chyba zostawiłem tam dwuznaczność. Dzięki za wytłumaczenie.
AaronD
3

Kolejnym ważnym postępem, o którym nie wspomniano, jest lepsze wykorzystanie sieci światłowodowych . Światłowód może przenosić całe spektrum długości fal. Jednak nie zawsze tak robili. Filtry optyczne o coraz większej precyzji pozwalają teraz na wtłoczenie dziesiątek (lub więcej) „kanałów” w pojedyncze włókna, w których wcześniej używaliby tylko dwóch. Pozwala to istniejącej infrastrukturze (światłowód w ziemi) przenosić coraz większe ilości danych, jedynie z koniecznością modernizacji urządzeń końcowych. Sieci komórkowe zasadniczo leżą na szkieletach światłowodów, więc lepsze i szybsze światłowody są kluczową częścią szerszych, szybszych sieci komórkowych.

Pod pewnymi względami jest to podobne do tego, jak miedź POTS wzrosła z 2400 bps do 50 MBps w ciągu kilku dekad.

JOT...
źródło
2

Nie tylko projektanci wciąż opracowują lepsze algorytmy do dynamicznej kompresji dźwięku, dynamicznego kodowania kanałów (tj. Zbliżania się do granicy Shannona) oraz dynamicznej adaptacji do wielościeżkowego, bałaganu i zakłóceń; ale gdy tranzystory stają się mniejsze, możemy zastosować bardziej skomplikowane algorytmy dla tej samej ilości energii baterii.

Digiproc
źródło
1
Jak duży wpływ ma kodowanie kanałów, że większość komunikacji jest lub powinna być szyfrowana, a zatem nie powinno być możliwe odróżnienie od białego szumu?
Maciej Piechotka,
@MaciejPiechotka Nie koduje jak w kompresji, koduje jak w modulacji. I kodowanie jak przy korekcji błędów (dziwne, jak się wydaje, dodanie korekcji błędów może zwiększyć szybkość przesyłania danych, ponieważ teraz „rzeczywiste” połączenie może być szybsze i mniej dokładne, aby to nadrobić).
user253751
@immibis Och, więc takie rzeczy jak 10b / 8b. Ma sens
Maciej Piechotka,
@MaciejPiechotka Zakładam, że masz na myśli kodowanie 8b / 10b ? Ten schemat kodowania służy głównie do odzyskiwania zegara i równowagi DC i przesyła jedynie 0,8 bitu na symbol. Transmisje z 16-QAM mają 4 bity na symbol, a transmisje z 64-QAM mają 6 bitów na symbol.
Szczoteczka do zębów
@Toothbrush przepraszam. Ostatnim razem, gdy miałem do czynienia z tego typu materiałami, byłem na uniwersytecie i nie pamiętałem notacji (a przed kawą nie zauważyłem, że google porządkuje, kiedy to sprawdzam).
Maciej Piechotka,