Điều gì thúc đẩy sự tiến bộ về tốc độ mạng di động nhanh hơn bao giờ hết? [đóng cửa]

Tôi đã luôn chấp nhận rằng những tiến bộ công nghệ. Được sinh ra vào những năm 90, mọi thứ sẽ trở nên nhanh hơn, nhỏ hơn, rẻ hơn và thường tốt hơn nếu bạn chờ đợi một vài năm. Điều này là rõ ràng nhất với các thiết bị điện tử tiêu dùng như TV, PC và điện thoại di động.

Tuy nhiên, bây giờ tôi biết rằng điều gì thúc đẩy hầu hết những thay đổi này, ngoại trừ một điều. Máy tính và điện thoại di động trở nên tốt hơn và nhanh hơn chủ yếu bởi vì chúng tôi có thể chế tạo các bóng bán dẫn nhỏ hơn và hiệu quả hơn (tôi nghe khoảng hai lần số lượng bóng bán dẫn trên mỗi đơn vị diện tích silicon mỗi hai năm).

Internet trở nên nhanh hơn trước tiên với DSL đã đẩy băng thông của cặp xoắn đồng cố định lên mức tối đa. Khi chúng tôi hết quang phổ có thể sử dụng được bên trong dây đồng, chúng tôi đã chuyển sang cáp quang và đó là một trò chơi hoàn toàn mới.

TL; DR: Nhưng, điều gì khiến các mạng di động có thể tiếp tục nhanh hơn? Tôi đã có điện thoại di động 2G, 3G và giờ là LTE và sự khác biệt về tốc độ là thiên văn, gần giống với sự khác biệt quan sát được trên internet gia đình trong thập kỷ qua.

Tuy nhiên, các kênh LTE không nhất thiết phải có băng thông lớn hơn (thực tế, tôi tin rằng LTE sử dụng ít hơn: 3G sử dụng các kênh 5 MHz , trong khi LTE có thể có các kênh nhỏ hơn, từ 1,4 đến 20 MHz ). Hơn nữa, tôi đã nghe nhiều lần rằng LTE hiệu quả hơn về mặt bps trên mỗi kênh Hz (tôi sẽ thêm 'trích dẫn cần thiết' ở đây, tôi sẽ là người đầu tiên thừa nhận rằng ít nhất nó nghe có vẻ đáng ngờ).

Vậy đo la cai gi? Chỉ phổ hơn? Điện tử tốt hơn và nhỏ hơn? Hay chúng ta đang trở nên tốt hơn về điều này theo những cách khác? Làm sao vậy

điều gì làm cho các mạng di động có thể tiếp tục nhanh hơn

Về cơ bản, định luật Moore cũ tốt.

Chiếc điện thoại chỉ bằng một nửa phương trình. Silicon hiện đại và mạnh mẽ hơn giúp có được chất lượng kênh tốt hơn, ít nhiễu hơn, v.v. Tuy nhiên, điều này không thể vượt quá băng thông kênh theo ông Shannon.

Do đó, một cách đơn giản để tăng băng thông có sẵn cho mỗi người dùng là cắt ngang cảnh quan thành các ô nhỏ hơn. Ăng-ten định hướng trên đỉnh tháp cắt tế bào "tròn" thành các phần tư, giống như một quả cam.

Cài đặt nhiều micro / picocell ở mọi nơi trong khu vực đông dân cư có nghĩa là mỗi trạm gốc chỉ xử lý một số lượng người dùng nhỏ hơn. Ít người dùng hơn trên mỗi ô có nghĩa là băng thông trên mỗi người dùng nhiều hơn. Điều này được kích hoạt bằng cách giảm giá phần cứng của trạm gốc (ví dụ: silicon giá rẻ, Định luật Moore và MMIC tích hợp các bit RF trên chip).

Một hệ thống thông minh hơn cũng giúp. Ví dụ: trong GSM, ngay cả khi bạn không nói chuyện, khe thời gian băng thông của bạn được dành riêng cho bạn, điều này thật lãng phí.

Một điều quan trọng cũng là sự sẵn có của những thứ này với giá cả hợp lý:

• Các GPU lớn với sức mạnh tính toán thực sự điên rồ
• ADC / DAC nhanh
• IC vi sóng

Chúng cho phép radio kỹ thuật số và đây là nơi có các bit juicy, như MIMO và mảng ăng ten thích ứng với định dạng chùm và cân bằng kênh thời gian thực, điều chế nâng cao (và thích ứng), cộng với các mã sửa lỗi mạnh đòi hỏi nhiều sức mạnh tính toán, v.v. .

Tôi nghĩ sau đây là một số công nghệ / kỹ thuật chính thúc đẩy tốc độ dữ liệu di động.

1. Di chuyển đến tần số sóng mang cao hơn nơi có băng thông rộng hơn. Chúng tôi sẽ sớm có công nghệ sóng milimet được sử dụng trong tế bào.

2. Hệ thống ăng-ten đa đầu vào đa đầu ra (MIMO) cho phép truyền các luồng dữ liệu song song.

3. Các sơ đồ điều chế nâng cao như OFDM và QAM.

4. Các mã sửa lỗi mạnh hơn về phía trước không yêu cầu truyền lại và đưa chúng ta đến gần hơn với Công suất Shannon.

5. Thu nhỏ kích thước tế bào. Bây giờ chúng tôi có cùng tần số được chia cho một số lượng người dùng nhỏ hơn.

Giả sử cùng một băng thông, cách duy nhất để tăng cường dữ liệu là mã hóa tốt hơn: QAM so với MSK của GSM, 16QAM so với QAM, 256QAM so với 16QAM,

Và trong tất cả điều này, đa luồng và mờ dần phải được xử lý.

Với nhiều bit hơn trên mỗi Hertz, SignalNoirRatio (SNR) cần được cải thiện, mã hóa tho cung cấp hỗ trợ 5 hoặc 10 dB một lần tại đây. Để cải thiện SNR, liên kết cần nhiều ERP hơn (ăng ten TX tập trung), ăng ten thu cao hơn (nhiều phần tử hơn, mảng pha, v.v. cung cấp nhiều diện tích hơn để thu thập nhiều năng lượng hơn) và các đường dẫn ngắn hơn để giảm đường truyền.

Hay chúng ta đang trở nên tốt hơn về điều này theo những cách khác? Làm sao vậy

Có thể sẽ đến một ngày khi các thiết bị cầm tay của chúng tôi (hoặc hệ thống) có thể lưu trữ các sắc thái toán học của các giọng nói riêng lẻ của chúng tôi và điều khiển nó để tạo thành các từ khác theo thuật toán. Sau đó, tất cả những gì cần truyền đi trong một cuộc gọi thoại là "văn bản" và điện thoại nhận có thể tái tạo lại giọng nói và âm thanh của chúng ta như người thật.

Vì vậy, để nói "chúc một ngày tốt lành" sẽ mất 15 ký tự ascii hoặc 120 bit cho hai giây nói.

Một tiến bộ quan trọng khác chưa được đề cập là cải thiện việc sử dụng mạng cáp quang . Một sợi quang có thể mang toàn bộ phổ bước sóng. Họ đã không luôn luôn làm như vậy, tuy nhiên. Các bộ lọc quang có độ chính xác ngày càng tăng hiện nay cho phép hàng chục (hoặc nhiều) "kênh" bây giờ được nhồi nhét vào các sợi đơn mà trước đây chúng chỉ sử dụng hai. Điều này cho phép cơ sở hạ tầng hiện có (sợi trong lòng đất) mang theo lượng dữ liệu ngày càng tăng chỉ với nhu cầu nâng cấp thiết bị đầu cuối. Mạng di động về cơ bản nằm trên đỉnh của xương sống, do đó, sợi tốt hơn và nhanh hơn là một phần quan trọng của tế bào rộng hơn, nhanh hơn.

Theo một số cách, điều này cũng tương tự như cách đồng POTS đã tăng từ 2400bps lên 50MBps trong khoảng vài thập kỷ.

Không chỉ các nhà thiết kế vẫn tìm ra các thuật toán tốt hơn để thực hiện nén âm thanh động, mã hóa kênh động (tức là tiến gần đến giới hạn của Shannon) và thích ứng động với đa đường, lộn xộn và giao thoa; nhưng khi các bóng bán dẫn trở nên nhỏ hơn, chúng ta có thể sử dụng các thuật toán phức tạp hơn cho cùng một lượng năng lượng pin.