Daha hızlı hücresel ağ hızlarına doğru ilerlemeye neden olan nedir? [kapalı]

Her zaman teknolojinin ilerlemesini kabul ettim. 90'lı yıllarda dünyaya gelince, birkaç yıl beklerseniz her şey daha hızlı, daha küçük, daha ucuz ve daha iyi hale gelir. Bu en çok TV, PC ve cep telefonu gibi tüketici elektroniğiyle açıktı.

Ancak, bir tanesi hariç, bu değişikliklerin çoğunu neyin yönlendirdiğini biliyorum. Bilgisayarlar ve cep telefonları daha iyi ve daha hızlı oluyor çünkü daha küçük ve daha verimli transistörler üretebiliyoruz (her iki yılda bir silikon alan birimi başına transistör sayısının iki katını duyuyorum).

İnternet, sabit hat bükümlü büküm çiftinin bant genişliğini maksimum düzeye iten DSL ile daha da hızlandı. Bakır telin içindeki kullanılabilir spektrumun dışında kaldığımızda optik fibere döndük ve bu tamamen yeni bir oyundu.

TL; DR: Fakat hücresel ağların daha hızlı büyümesini mümkün kılan şey nedir? 2G, 3G ve şimdi LTE cep telefonları yaşadım ve son on yılda evdeki internette gözlenen farklılıklara benzer şekilde hız farklılıkları astronomik.

Yine de, LTE kanalları daha büyük bir bant genişliğine sahip değildir (aslında, LTE'nin daha az kullandığına inanıyorum: 3G, 5 MHz kanal kullanır , LTE ise 1.4 ila 20 MHz kanallardan daha küçük kanallara sahip olabilir ). Dahası, LTE'nin kanal Hz başına bps açısından daha verimli olduğunu birçok kez duydum (buraya 'gerekli alıntı' eklerdim, en azından şüpheli geldiğini itiraf eden ilk kişi olurum).

Peki bu nedir? Sadece daha fazla spektrum? Daha iyi ve daha küçük elektronik? Yoksa bu konuda başka yollarla mı iyileşiyoruz? Nasıl yani?

Hücresel şebekelerin daha hızlı büyümesini mümkün kılan nedir?

Temel olarak, iyi yaşlı Moore yasası.

El cihazı denklemin sadece yarısı. Daha modern ve güçlü silikon, daha iyi kanal kalitesi, daha az gürültü vb.

Her kullanıcı için mevcut bant genişliğini arttırmanın basit bir yolu bu nedenle manzarayı daha küçük hücrelere ayırmaktır. Kulelerin üstündeki yönelimli antenler, "yuvarlak" hücreyi bir portakal gibi çeyreklere böler.

Yoğun nüfuslu alanlarda her yere çok sayıda mikro / pikosel yerleştirmek, her bir baz istasyonunun yalnızca daha az sayıda kullanıcıyı idare ettiği anlamına gelir. Hücre başına daha az kullanıcı, kullanıcı başına daha fazla bant genişliği anlamına gelir. Bu, baz istasyonu donanımının fiyatını düşürerek sağlanır (yani ucuz silikon, Moore Yasası ve RF uçlarını çipte entegre eden MMIC'ler ).

Daha akıllı bir sistem de yardımcı olur. Örneğin, GSM’de konuşmuyorsanız bile, bant genişliği zaman aralığınız boşa harcanmaktadır.

Önemli bir husus, bunların makul bir fiyata temin edilebilirliği:

• Gerçekten delice hesaplama gücüne sahip büyük FPGA'lar
• Hızlı ADC'ler / DAC'ler
• Mikrodalga IC'leri

Bunlar dijital radyoyu mümkün kılıyor ve bu, sulu bitlerin, MIMO ve gerçek zamanlı ışın oluşturma ve kanal dengeleme, gelişmiş (ve uyarlanabilir) modülasyonlar ve çok fazla hesaplama gücü gerektiren güçlü hata düzeltme kodları, vb. .

Aşağıdaki hücresel veri hızlarını artıran önemli teknolojilerden / tekniklerden bazıları olduğunu düşünüyorum.

1. Daha geniş bant genişliklerinin mevcut olduğu daha yüksek taşıyıcı frekanslarına geçin. Yakında hücresel olarak kullanılan milimetre dalga teknolojisine sahip olacağız.

2. Çoklu Giriş Çoklu Çıkış (MIMO) Veri akışlarının paralel iletimini sağlayan anten sistemleri.

3. OFDM ve QAM gibi ileri modülasyon şemaları.

4. Yeniden iletimi gerektirmeyen ve bizi Shannon Kapasitesine daha da yaklaştırmak için daha güçlü ileri hata düzeltme kodları.

5. Küçülen hücre boyutları. Şimdi aynı frekansı daha az sayıda kullanıcıya ayırdık.

Aynı bant genişliğini varsayarsak, veri hızını artırmanın tek yolu daha iyi kodlamadır: GSM'in MSK'sına karşı QAM, QAM'a karşı 16QAM, 16QAM'a karşı 256QAM,

Ve tüm bunlarda, çarpma ve solma ele alınmalıdır.

Hertz başına daha fazla bit ile, SignalNoiseRatio (SNR) 'nin iyileştirilmesi gerekiyor, tho kodlama burada bir defalık 5 veya 10 dB yardım sağlıyor. SNR'yi geliştirmek için, bağlantının daha fazla ERP (odaklanmış TX anteni), daha yüksek kazançlı alıcı antenler (daha fazla enerji, daha fazla enerji toplamak için daha fazla alan sağlayan daha fazla eleman, aşamalı diziler, vb. ) Ve yol akışını azaltmak için daha kısa yollar kullanması gerekir.

Yoksa bu konuda başka yollarla mı iyileşiyoruz? Nasıl yani?

Muhtemelen, el cihazlarımızın (veya sistemin) bireysel seslerimizin matematiksel nüanslarını saklayabileceği ve algoritmik olarak başka kelimeler oluşturmak için kullanabileceği bir gün gelecektir. O zaman sesli aramada iletilmesi gereken tek şey "metin" ve alıcı telefon seslerimizi yeniden oluşturabilir ve gerçek kişi gibi ses çıkarabilir.

Yani, "iyi günler" demek, iki saniye konuşma için 15 ascii karakter veya 120 bit alacaktır.

Bahsedilmemiş bir diğer kritik gelişme , optik fiber ağların kullanımının iyileştirilmesidir . Bir optik fiber tüm dalga boyu spektrumunu taşıyabilir. Ancak her zaman böyle yapmadılar. Artan hassasiyete sahip optik filtreler artık onlarca (veya daha fazla) "kanalın" daha önce sadece iki tane kullanacakları tek liflere sıkıştırılmasını sağlıyor. Bu, mevcut altyapının (zemindeki fiber) yalnızca uç nokta ekipmanını yükseltme ihtiyacı ile artan miktarda veri taşımasına olanak tanır. Hücresel ağlar temel olarak fiber omurgalarının üstüne oturur, bu nedenle daha iyi ve daha hızlı fiber daha geniş ve daha hızlı hücresel yapının kritik bir parçasıdır.

Bu, bazı yönlerden, POTS bakırının birkaç on yıl boyunca 2400bps'den 50 MBps'ye nasıl geçtiğine benzer .

Tasarımcılar sadece dinamik ses sıkıştırması, dinamik kanal kodlaması (yani Shannon'un sınırına yaklaşma) ve çok yollu, dağınıklık ve parazit yapanlara dinamik adaptasyon yapmak için daha iyi algoritmalar sunmakla kalmıyorlar; ancak transistörler küçüldükçe, aynı miktarda pil enerjisi için daha ayrıntılı algoritmalar kullanabiliriz.