是什么推动了向更快的蜂窝网络速度发展?

电器工程 沟通 手机 效率 3g
2022-01-10 04:41:46

我一直接受技术的进步。出生在 90 年代,如果你再等几年,一切都会变得更快、更小、更便宜并且通常更好。这在电视、个人电脑和手机等消费电子产品中最为明显。

但是,现在我突然想到,我知道是什么驱动了大多数这些变化,除了一个。计算机和手机变得越来越好,主要是因为我们能够制造更小、更高效的晶体管(我听说每两年每单位硅面积的晶体管数量增加一倍)。

互联网首先通过 DSL 变得更快,将固定铜线双绞线的带宽推到了最大。当我们用完铜线内的可用光谱时,我们转向光纤,这是一个全新的游戏。

TL;DR:但是,是什么让蜂窝网络变得越来越快?我有 2G、3G 和现在的 LTE 手机,速度差异是天文数字,类似于过去十年在家庭互联网中观察到的差异。

然而,LTE 信道不一定有更大的带宽(事实上,我认为 LTE 使用较少:3G 使用 5 MHz 信道,而LTE 可以有更小的信道,从 1.4 到 20 MHz)。此外,我多次听说 LTE 在每通道 Hz 的 bps 方面效率更高(我会在此处添加“需要引用”,我将是第一个承认这至少听起来可疑的人)。

那是什么?只是更多的频谱?更好更小的电子产品?还是我们在其他方面做得更好?为何如此?

4个回答

是什么让蜂窝网络变得越来越快成为可能

基本上,好的旧摩尔定律。

手机只是等式的一半。更现代、更强大的硅片确实有助于获得更好的通道质量、更少的噪音等。但是,按照香农先生的说法,这不能超过通道带宽。

因此,提高每个用户可用带宽的一种简单方法是将景观分割成更小的单元。塔顶上的定向天线将“圆形”单元切成四块,就像橘子一样。

在人口稠密的地区到处安装大量微型/微微蜂窝意味着每个基站只处理较少数量的用户。每个小区的用户更少意味着每个用户的带宽更多。这是通过降低基站硬件(即廉价硅、摩尔定律和在芯片上集成射频位的MMIC )的价格来实现的。

更智能的系统也有帮助。比如在GSM中,即使你不说话,你的带宽时隙也是为你预留的,这样很浪费。

重要的一点是以合理的价格提供这些产品:

  • 具有真正疯狂计算能力的大型 FPGA
  • 快速 ADC/DAC
  • 微波集成电路

这些使数字无线电成为可能,这就是多汁位的所在,例如 MIMO 和具有实时波束成形和信道均衡的自适应天线阵列、高级(和自适应)调制,以及需要大量计算能力的强大纠错码等.

我认为以下是提高蜂窝数据速率的一些关键技术/技巧。

  1. 移动到更高的载波频率,那里有更宽的带宽。很快我们将在蜂窝中使用毫米波技术。

  2. 多输入多输出 (MIMO) 天线系统允许并行传输数据流。

  3. 先进的调制方案,例如 OFDM 和 QAM。

  4. 更强大的前向纠错码不需要重新传输并使我们更接近香农容量。

  5. 缩小细胞大小。现在我们将相同的频率分配给较少数量的用户。

假设带宽相同,提高数据速率的唯一方法是更好的编码:QAM 与 GSM 的 MSK,16QAM 与 QAM,256QAM 与 16QAM,

在这一切中,必须处理多路径和衰落。

随着每赫兹的比特数增加,信号噪声比 (SNR) 需要改进,编码在这里提供一次性 5 或 10 dB 的辅助。为了提高 SNR,链路需要更多 ERP(聚焦 TX 天线)、更高增益的接收器天线(更多元件、相控阵等,提供更多区域来收集更多能量)和更短的路径以减少路径损耗。

还是我们在其他方面做得更好?为何如此?

可能有一天,我们的手机(或系统)将能够存储我们个人声音的数学细微差别,并通过算法对其进行操作以形成其他单词。然后,语音通话中需要传输的只是“文本”,而接收电话可以重建我们的声音,听起来就像真人一样。

所以说“祝你有美好的一天”需要 15 个 ascii 字符或 120 位来表示两秒钟的语音。