Cosa spinge l'avanzamento verso velocità di rete cellulare sempre più elevate? [chiuso]

Ho sempre accettato che la tecnologia avanzi. Essendo nato negli anni '90, tutto diventa più veloce, più piccolo, più economico e generalmente migliore se aspetti qualche anno. Ciò era più evidente con l'elettronica di consumo come TV, PC e telefoni cellulari.

Tuttavia, mi viene in mente ora che so cosa guida la maggior parte di questi cambiamenti, tranne uno. Computer e cellulari migliorano e diventano più veloci soprattutto perché siamo in grado di costruire transistor più piccoli ed efficienti (sento due volte il numero di transistor per unità di area di silicio ogni due anni).

Internet è diventato prima più veloce con DSL, che ha spinto al massimo la larghezza di banda della coppia intrecciata in rame fissa. Quando abbiamo esaurito lo spettro utilizzabile all'interno del filo di rame, siamo passati alla fibra ottica, ed è stato un gioco completamente nuovo.

TL; DR: Ma cosa consente alle reti cellulari di essere sempre più veloci? Ho avuto telefoni cellulari 2G, 3G e ora LTE e le differenze di velocità sono astronomiche, simili alle differenze osservate nell'Internet domestico nell'ultimo decennio.

Tuttavia, i canali LTE non hanno necessariamente una larghezza di banda maggiore (in effetti, credo che LTE utilizzi meno: 3G utilizza canali a 5 MHz , mentre LTE può avere canali più piccoli, da 1,4 a 20 MHz ). Inoltre, ho sentito molte volte che LTE è più efficiente in termini di bps per canale Hz (aggiungerei "citazione necessaria" qui, sarò il primo ad ammettere che almeno suona dubbioso).

Quindi, cos'è? Solo più spettro? Elettronica migliore e più piccola? O stiamo migliorando in questo in altri modi? Come mai?

cos'è che rende le reti cellulari sempre più veloci

Fondamentalmente, la buona vecchia legge di Moore.

Il portatile è solo metà dell'equazione. Il silicio più moderno e potente aiuta a ottenere una migliore qualità del canale, meno rumore, ecc. Tuttavia, questo non può andare al di sopra della larghezza di banda del canale secondo Mr. Shannon.

Un modo semplice per aumentare la larghezza di banda disponibile per ogni utente è quindi di suddividere il paesaggio in celle più piccole. Le antenne direzionali in cima alle torri tagliano la cella "rotonda" in quarti, come un'arancia.

Installare un sacco di micro / picocell ovunque nelle aree densamente popolate significa che ogni stazione base gestisce solo un numero minore di utenti. Meno utenti per cella significa più larghezza di banda per utente. Ciò è possibile riducendo il prezzo dell'hardware della stazione base (ovvero silicio economico, legge di Moore e MMIC che integrano i bit RF on-chip).

Un sistema più intelligente aiuta anche. Ad esempio, nel GSM, anche quando non parli, il tuo intervallo di tempo della larghezza di banda è riservato a te, il che è dispendioso.

Una cosa importante è anche la disponibilità di questi a un prezzo ragionevole:

• Grandi FPGA con potenza di calcolo davvero folle
• ADC / DAC veloci
• CI a microonde

Questi abilitano la radio digitale, ed è qui che si trovano i bit succosi, come MIMO e array di antenne adattive con beamforming ed equalizzazione dei canali in tempo reale, modulazioni avanzate (e adattive), oltre a codici di correzione degli errori che richiedono molta potenza di elaborazione, ecc. .

Penso che di seguito siano riportate alcune delle tecnologie / tecniche chiave che aumentano la velocità dei dati cellulari.

1. Passa a frequenze portanti più elevate dove sono disponibili larghezze di banda più ampie. Presto avremo la tecnologia delle onde millimetriche utilizzata nei cellulari.

2. Sistemi di antenne Multi Input Multi Output (MIMO) che consentono la trasmissione parallela di flussi di dati.

3. Avanzare schemi di modulazione come OFDM e QAM.

4. Codici di correzione degli errori in avanti più forti che non richiedono ritrasmissioni e che ci avvicinano sempre più alla capacità di Shannon.

5. Riduzione delle dimensioni delle celle. Ora abbiamo la stessa frequenza divisa tra un numero inferiore di utenti.

Supponendo la stessa larghezza di banda, l'unico modo per aumentare i datarati è una migliore codifica: QAM contro MSK GSM, 16QAM contro QAM, 256QAM contro 16QAM,

E in tutto questo, il multipathing e lo sbiadimento devono essere gestiti.

Con più bit per Hertz, SignalNoiseRatio (SNR) deve migliorare, quindi la codifica fornisce un aiuto una tantum di 5 o 10 dB qui. Per migliorare SNR, il collegamento necessita di più ERP (antenne TX focalizzate), antenne riceventi ad alto guadagno (più elementi, array a fasi, ecc. Che offrono più spazio per raccogliere più energia) e percorsi più brevi per ridurre la perdita di percorso.

O stiamo migliorando in questo in altri modi? Come mai?

Verrà probabilmente un giorno in cui i nostri portatili (o il sistema) saranno in grado di memorizzare le sfumature matematiche delle nostre singole voci e manipolarle per formare altre parole in modo algoritmico. Quindi tutto ciò che deve essere trasmesso in una chiamata vocale è "SMS" e il telefono ricevente può ricostruire le nostre voci e suonare come la persona reale.

Quindi dire "buona giornata" richiederebbe 15 caratteri ASCII o 120 bit per due secondi di discorso.

Un altro progresso critico che non è stato menzionato è un migliore utilizzo delle reti in fibra ottica . Una fibra ottica può trasportare un intero spettro di lunghezze d'onda. Non l'hanno sempre fatto, comunque. I filtri ottici di precisione crescente ora consentono a dozzine (o più) "canali" di essere stipati in singole fibre dove in precedenza ne avrebbero utilizzate solo due. Ciò consente all'infrastruttura esistente (fibra nel terreno) di trasportare quantità crescenti di dati con la sola necessità di aggiornare l'apparecchiatura endpoint. Le reti cellulari si trovano fondamentalmente in cima ai backbone della fibra, quindi una fibra migliore e più veloce è una parte fondamentale di un cellulare più ampio e più veloce.

Questo è simile, in un certo senso, a come il rame POTS è passato da 2400 bps a 50 Mbps nell'arco di pochi decenni.

Non solo i progettisti stanno ancora elaborando algoritmi migliori per eseguire la compressione audio dinamica, la codifica dinamica dei canali (ovvero avvicinarsi al limite di Shannon) e l'adattamento dinamico a multipath, disordine e interferenti; ma man mano che i transistor diventano più piccoli, possiamo usare algoritmi più elaborati per la stessa quantità di energia della batteria.