Я всегда принимал этот технологический прогресс. Родившись в 90-х годах, все становится быстрее, меньше, дешевле и, как правило, лучше, если вы подождете несколько лет. Это было наиболее очевидно с бытовой электроникой, такой как телевизоры, ПК и мобильные телефоны.
Однако теперь мне приходит в голову, что я знаю, что движет большинством этих изменений, за исключением одного. Компьютеры и мобильные телефоны становятся лучше и быстрее, в основном благодаря тому, что мы можем создавать меньшие и более эффективные транзисторы (я слышу, что число транзисторов на единицу площади кремния каждые два года увеличивается вдвое).
Интернет стал быстрее благодаря DSL, который увеличил пропускную способность медной витой пары. Когда у нас кончился полезный спектр внутри медного провода, мы обратились к оптическому волокну, и это была совершенно новая игра.
TL; DR: Но что позволяет сотовым сетям продолжать работать быстрее? У меня были 2G, 3G, а теперь и мобильные телефоны LTE, и различия в скорости астрономические, сродни различиям, наблюдаемым в домашнем интернете в последнее десятилетие.
Тем не менее, каналы LTE не обязательно имеют большую полосу пропускания (на самом деле, я считаю, что LTE использует меньше: 3G использует каналы 5 МГц , тогда как LTE может иметь меньшие каналы, от 1,4 до 20 МГц ). Более того, я много раз слышал, что LTE более эффективен с точки зрения количества бит / с на канал Гц (я бы добавил здесь «цитата нужна», я буду первым, кто признает, что это звучит как минимум сомнительно).
Так что же это? Просто больше спектра? Лучше и меньше электроники? Или мы поправляемся другими способами? Как же так?
источник
Ответы:
По сути, старый добрый закон Мура.
Телефонная трубка - только половина уравнения. Более современный и мощный кремний действительно помогает получить лучшее качество канала, меньше шума и т. Д. Однако, согласно мистеру Шеннону, это не может превышать пропускную способность канала.
Поэтому простой способ увеличить пропускную способность, доступную для каждого пользователя, состоит в том, чтобы разделить ландшафт на более мелкие ячейки. Направленные антенны на верхушках башен рассекают «круглую» ячейку на четверти, как апельсин.
Установка большого количества микро / пикосот повсюду в густонаселенных районах означает, что каждая базовая станция обслуживает только меньшее количество пользователей. Меньше пользователей на ячейку означает большую пропускную способность на пользователя. Это достигается за счет снижения цены на оборудование базовой станции (например, дешевый кремний, закон Мура и MMIC, которые интегрируют биты RF на кристалле).
Умная система также помогает. Например, в GSM, даже когда вы не разговариваете, ваш интервал пропускной способности зарезервирован для вас, что расточительно.
Важной вещью также является их доступность по разумной цене:
Они обеспечивают цифровое радио, и именно в этом есть сочные биты, такие как MIMO и адаптивные антенные решетки с формированием луча в реальном времени и выравниванием каналов, расширенные (и адаптивные) модуляции, а также сильные коды с исправлением ошибок, которые требуют большой вычислительной мощности и т. Д. ,
источник
Я думаю, что ниже приведены некоторые из ключевых технологий / методов, повышающих скорость передачи данных сотовой связи.
Перейдите на более высокие несущие частоты, где доступны более широкие полосы пропускания. Скоро у нас будет технология миллиметровых волн, используемая в сотовой связи.
Антенные системы с несколькими входами и несколькими выходами (MIMO), обеспечивающие параллельную передачу потоков данных.
Расширенные схемы модуляции, такие как OFDM и QAM.
Более сильные коды исправления ошибок, не требующие повторных передач и приближающие нас к Shannon Capacity.
Уменьшение размеров ячеек. Теперь у нас одинаковая частота делится между меньшим количеством пользователей.
источник
Принимая во внимание ту же полосу пропускания, единственный способ увеличить объем данных - это лучшее кодирование: QAM против MSK GSM, 16QAM против QAM, 256QAM против 16QAM,
И во всем этом многолучевое распространение и затухание должны быть обработаны.
При увеличении количества битов на герц SignalNoiseRatio (SNR) необходимо улучшить, так как кодирование обеспечивает единовременную помощь в 5 или 10 дБ. Чтобы улучшить SNR, каналу требуется больше ERP (сфокусированных TX-антенн), приемных антенн с большим усилением (больше элементов, фазированных решеток и т. Д., Дающих больше места для сбора большей энергии) и более короткие пути для уменьшения потерь в тракте.
источник
Возможно, наступит день, когда наши телефоны (или система) смогут хранить математические нюансы наших отдельных голосов и манипулировать ими для формирования других слов алгоритмически. Тогда все, что должно быть передано в голосовом вызове, - это «текст», и принимающий телефон может восстановить наши голоса и звучать как реальный человек.
Так сказать, "хорошего дня" потребует 15 символов ascii или 120 битов за две секунды речи.
источник
Другим важным достижением, которое не было упомянуто, является улучшение использования волоконно-оптических сетей . Оптическое волокно может нести весь спектр длин волн. Однако они не всегда это делали. Оптические фильтры с повышенной точностью теперь позволяют десяткам (или более) «каналов» теперь быть втиснутыми в отдельные волокна, где раньше они использовали только два. Это позволяет существующей инфраструктуре (оптоволоконная сеть) передавать все большие объемы данных, при этом требуется только обновление оборудования конечной точки. Сотовые сети в основном располагаются поверх оптоволоконных магистралей, поэтому более качественное и быстрое оптоволокно является важной частью более широкой и быстрой сотовой связи.
В некотором смысле это похоже на то, как скорость POTS- меди выросла с 2400 бит / с до 50 Мбит / с за несколько десятилетий.
источник
Мало того, что разработчики все еще придумывают лучшие алгоритмы для выполнения динамического сжатия звука, динамического кодирования канала (т.е. приближаясь к пределу Шеннона) и динамической адаптации к многолучевому распространению, помехам и помехам; но поскольку транзисторы становятся меньше, мы можем использовать более сложные алгоритмы для того же количества энергии батареи.
источник