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?
źródło
Odpowiedzi:
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:
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. .
źródło
Myślę, że następujące są niektóre z kluczowych technologii / technik zwiększających szybkość komórkowej transmisji danych.
Przejdź na wyższe częstotliwości nośne, gdzie dostępne są szersze pasma. Wkrótce będziemy mieli technologię fal milimetrowych wykorzystywaną w komórkach.
Multi Input Multi Output (MIMO) Systemy antenowe umożliwiające równoległą transmisję strumieni danych.
Zaawansowane schematy modulacji, takie jak OFDM i QAM.
Silniejsze kody korekcji błędów w przód, niewymagające ponownej transmisji i zbliżające nas do Shannon Capacity.
Kurczące się rozmiary komórek. Teraz mamy tę samą częstotliwość podzieloną między mniejszą liczbę użytkowników.
źródło
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.
źródło
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.
źródło
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.
źródło
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.
źródło