Ich habe immer akzeptiert, dass die Technologie Fortschritte macht. Mit der Geburt in den 90ern wird alles schneller, kleiner, billiger und im Allgemeinen besser, wenn Sie ein paar Jahre warten. Am offensichtlichsten war dies bei Unterhaltungselektronik wie Fernsehgeräten, PCs und Mobiltelefonen.
Allerdings fällt mir jetzt ein, dass ich weiß, was die meisten dieser Änderungen antreibt, außer einer. Computer und Handys werden besser und schneller, vor allem, weil wir kleinere und effizientere Transistoren bauen können (ich höre etwa die doppelte Anzahl von Transistoren pro Siliziumflächeneinheit alle zwei Jahre).
Das Internet wurde zuerst mit DSL schneller, wodurch die Bandbreite des Kupfer-Twisted-Pair-Festnetzkabels auf ein Maximum gebracht wurde. Als das nutzbare Spektrum im Kupferdraht erschöpft war, haben wir uns der Glasfaser zugewandt, und es war ein ganz neues Spiel.
TL; DR: Aber was macht es möglich, dass Mobilfunknetze immer schneller werden? Ich hatte 2G-, 3G- und jetzt LTE-Handys und die Geschwindigkeitsunterschiede sind astronomisch, ähnlich den Unterschieden, die im Haushaltsinternet im letzten Jahrzehnt beobachtet wurden.
LTE-Kanäle haben jedoch nicht unbedingt eine größere Bandbreite (ich glaube, LTE verwendet weniger: 3G verwendet 5-MHz-Kanäle , während LTE kleinere Kanäle von 1,4 bis 20 MHz haben kann ). Außerdem habe ich oft gehört, dass LTE in Bezug auf Bps pro Kanal-Hz effizienter ist (ich würde hier hinzufügen, dass Zitieren erforderlich ist, ich bin der Erste, der zugibt, dass es zumindest zweifelhaft klingt).
Also, was ist es? Nur mehr Spektrum? Bessere und kleinere Elektronik? Oder werden wir dies auf andere Weise besser? Wieso das?
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Antworten:
Grundsätzlich das gute alte Mooresche Gesetz.
Das Mobilteil ist nur die halbe Miete. Moderneres und leistungsfähigeres Silizium hilft dabei, eine bessere Kanalqualität, weniger Rauschen usw. zu erzielen. Dies kann jedoch nicht über die Kanalbandbreite nach Mr. Shannon hinausgehen.
Eine einfache Möglichkeit, die für jeden Benutzer verfügbare Bandbreite zu erhöhen, besteht daher darin, die Landschaft in kleinere Zellen aufzuteilen. Richtantennen auf Türmen teilen die "runde" Zelle wie eine Orange in Viertel.
Durch die Installation vieler Mikro- / Picozellen überall in dicht besiedelten Gebieten kann jede Basisstation nur eine kleinere Anzahl von Benutzern bedienen. Weniger Benutzer pro Zelle bedeuten mehr Bandbreite pro Benutzer. Dies wird ermöglicht, indem der Preis für Basisstationshardware gesenkt wird (z. B. billiges Silizium, Moore's Law und MMICs, die die HF-Bits auf dem Chip integrieren) .
Ein intelligenteres System hilft auch. Selbst wenn Sie in GSM nicht sprechen, ist beispielsweise Ihr Zeitfenster für die Bandbreite für Sie reserviert, was verschwenderisch ist.
Wichtig ist auch die Verfügbarkeit zu einem vernünftigen Preis:
Diese ermöglichen digitales Radio, und hier befinden sich die wichtigsten Komponenten wie MIMO und adaptive Antennen-Arrays mit Echtzeit-Beamforming und Kanalentzerrung, fortschrittlichen (und adaptiven) Modulationen sowie starken Fehlerkorrekturcodes, die viel Rechenleistung erfordern, usw .
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Ich denke, das Folgende sind einige der Schlüsseltechnologien / -techniken, die die Datenraten von Mobiltelefonen erhöhen.
Wechseln Sie zu höheren Trägerfrequenzen, wenn größere Bandbreiten verfügbar sind. Bald wird die Millimeterwellen-Technologie in Mobiltelefonen zum Einsatz kommen.
MIMO-Antennensysteme (Multi Input Multi Output) ermöglichen die parallele Übertragung von Datenströmen.
Erweiterte Modulationsschemata wie OFDM und QAM.
Stärkere Vorwärtsfehlerkorrekturcodes erfordern keine Neuübertragung und bringen uns der Shannon-Kapazität immer näher.
Schrumpfende Zellgrößen. Jetzt haben wir die gleiche Frequenz auf eine kleinere Anzahl von Benutzern aufgeteilt.
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Bei gleicher Bandbreite ist die einzige Möglichkeit, Datenraten zu steigern, eine bessere Codierung: QAM im Vergleich zu GSM-MSK, 16QAM im Vergleich zu QAM, 256QAM im Vergleich zu 16QAM.
Dabei müssen Multipathing und Fading behandelt werden.
Mit mehr Bits pro Hertz muss das SignalNoiseRatio (SNR) verbessert werden, wobei die Codierung hier eine einmalige Unterstützung von 5 oder 10 dB bietet. Um das SNR zu verbessern, benötigt die Verbindung mehr ERP (fokussierte TX-Antennen), Empfängerantennen mit höherer Verstärkung (mehr Elemente, phasengesteuerte Arrays usw., die mehr Fläche bieten, um mehr Energie zu sammeln) und kürzere Pfade, um den Pfadverlust zu verringern.
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Es wird möglicherweise einen Tag geben, an dem unsere Mobilteile (oder das System) in der Lage sein werden, die mathematischen Nuancen unserer einzelnen Stimmen zu speichern und sie zu manipulieren, um andere Wörter algorithmisch zu bilden. Dann ist alles, was in einem Sprachanruf übertragen werden muss, "Text" und das empfangende Telefon kann unsere Stimmen rekonstruieren und klingen wie die tatsächliche Person.
Wenn Sie also sagen, dass Sie einen schönen Tag haben, benötigen Sie 15 ASCII-Zeichen oder 120 Bit für zwei Sekunden.
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Ein weiterer kritischer Fortschritt, der nicht erwähnt wurde, ist die verbesserte Nutzung von Glasfasernetzen . Eine optische Faser kann ein ganzes Spektrum von Wellenlängen tragen. Das haben sie jedoch nicht immer getan. Optische Filter mit zunehmender Präzision ermöglichen es nun, Dutzende (oder mehr) "Kanäle" in Einzelfasern zu packen, in denen zuvor nur zwei verwendet wurden. Auf diese Weise kann die vorhandene Infrastruktur (Glasfaser im Boden) immer mehr Daten übertragen, ohne dass die Endgeräte aktualisiert werden müssen. Mobilfunknetze sitzen im Grunde genommen auf Glasfaser-Backbones, sodass eine bessere und schnellere Glasfaser ein entscheidender Bestandteil einer breiteren und schnelleren Funkzelle ist.
Dies ähnelt in gewisser Weise der Entwicklung des POTS- Kupfers innerhalb weniger Jahrzehnte von 2400 auf 50 MBit / s.
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Nicht nur, dass Designer immer noch bessere Algorithmen für die dynamische Audiokomprimierung, die dynamische Kanalcodierung (dh die Annäherung an Shannons Grenzen) und die dynamische Anpassung an Mehrwege, Störungen und Interferenzen entwickeln. Wenn die Transistoren jedoch kleiner werden, können wir für die gleiche Menge an Batterieenergie aufwändigere Algorithmen verwenden.
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