อะไรที่ผลักดันความก้าวหน้าไปสู่ความเร็วเครือข่ายมือถือที่เร็วขึ้น? [ปิด]


22

ฉันยอมรับเสมอว่าความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี การเกิดใน 90s ทุกอย่างจะเร็วขึ้นเล็กลงถูกกว่าและดีกว่าถ้าคุณรออีกไม่กี่ปี เรื่องนี้เห็นได้ชัดที่สุดกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคเช่นทีวีพีซีและโทรศัพท์มือถือ

อย่างไรก็ตามตอนนี้ฉันรู้แล้วว่าอะไรที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงส่วนใหญ่ยกเว้นตอนนี้ คอมพิวเตอร์และโทรศัพท์มือถือดีขึ้นและเร็วขึ้นส่วนใหญ่เป็นเพราะเราสามารถสร้างทรานซิสเตอร์ที่เล็กลงและมีประสิทธิภาพมากขึ้น (ฉันได้ยินเกี่ยวกับจำนวนทรานซิสเตอร์สองครั้งต่อหน่วยของพื้นที่ซิลิคอนทุกสองปี)

อินเทอร์เน็ตเร็วขึ้นก่อนด้วย DSL ซึ่งผลักแบนด์วิดท์ของคู่สายทองแดงคู่ขนานให้มากที่สุด เมื่อเราหมดสเปกตรัมที่ใช้งานได้ภายในลวดทองแดงเราก็หันไปใช้ใยแก้วนำแสงและมันเป็นเกมใหม่ทั้งหมด

TL: DR:แต่อะไรคือสิ่งที่ทำให้เครือข่ายเซลลูล่าร์เคลื่อนที่ได้เร็วขึ้น? ฉันมี 2G, 3G และตอนนี้โทรศัพท์มือถือ LTE และความแตกต่างด้านความเร็วเป็นเรื่องทางดาราศาสตร์คล้ายกับความแตกต่างที่สังเกตได้จากอินเทอร์เน็ตในครัวเรือนในทศวรรษที่ผ่านมา

แต่ช่องสัญญาณ LTE ไม่จำเป็นต้องมีแบนด์วิดท์ที่ใหญ่กว่า (อันที่จริงแล้วฉันเชื่อว่า LTE ใช้น้อยกว่า: 3G ใช้ช่อง 5 MHzในขณะที่LTE สามารถมีช่องสัญญาณที่เล็กลงได้ตั้งแต่ 1.4 ถึง 20 MHz ) ยิ่งกว่านั้นฉันได้ยินมาหลายครั้งแล้วว่า LTE มีประสิทธิภาพมากขึ้นในแง่ของ bps ต่อช่อง Hz (ฉันจะเพิ่ม 'การอ้างอิง' ที่นี่ฉันจะเป็นคนแรกที่ยอมรับว่าอย่างน้อยก็ฟังดูน่าสงสัย)

แล้วมันคืออะไร เพียงแค่สเปกตรัมมากขึ้น? อิเล็กทรอนิกส์ที่ดีขึ้นและเล็กลง? หรือเราเริ่มดีขึ้นในวิธีอื่น ๆ ? งั้นเหรอ


11
ความโลภน่าจะเป็นตัวขับเคลื่อนที่ดีที่สุด: ธุรกิจต่างๆกำลังทำกำไรและลดต้นทุน ...
โซล่า

4
@SolarMike ดีฉันเดาว่าคุณพูดถูก แต่ฉันไม่ได้หมายความอย่างนั้น ฉันหมายถึงจากมุมมองทางเทคนิคสิ่งที่ทำให้เป็นไปได้
freejuices

แล้วคุณมีคำถามอะไร - เราจะประดิษฐ์อะไรพรุ่งนี้หรือสัปดาห์หน้าว่าจะเร็วขึ้น?
พลังงานแสงอาทิตย์ Mike

@SolarMike ไม่คำถามจะเป็นอย่างไรพวกเขาจะทำให้เร็วขึ้น พีซีจะเร็วขึ้นในปีหน้าเพราะ Intel จะสร้างซีพียูที่มีทรานซิสเตอร์ขนาดเล็กลงและมีประสิทธิภาพมากขึ้นดังนั้นพวกเขาจึงสามารถอัดฮาร์ดแวร์ได้มากขึ้นโดยใช้เงินน้อยลง แต่ทำไมผู้สืบทอดของ LTE ถึงเร็วกว่า จากจุดยืนทางเทคโนโลยีอะไรทำให้เป็นไปได้ ดิจิพร็อคพูดถึงบางอย่างตามแนวของอัลกอริธึมที่ดีกว่าเพื่อใช้ประโยชน์จากความจุของช่องสัญญาณ
freejuices

ดังนั้นคุณต้องการทราบทฤษฎีของวันนี้วันนี้? นั่นคือ "อย่างไร"? ...
Mike Solar

คำตอบ:


20

มันคืออะไรที่ทำให้เครือข่ายมือถือสามารถทำงานได้เร็วขึ้น

โดยทั่วไปแล้วกฎของมัวร์ที่ดีเก่า

โทรศัพท์มือถือเป็นเพียงครึ่งหนึ่งของสมการ ซิลิคอนที่ทันสมัยและมีประสิทธิภาพมากขึ้นช่วยในการรับคุณภาพของช่องสัญญาณที่ดีขึ้นเสียงรบกวนน้อยลง ฯลฯ อย่างไรก็ตามสิ่งนี้ไม่สามารถทำได้เหนือแบนด์วิดท์ช่องสัญญาณตาม Mr. Shannon

วิธีง่ายๆในการเพิ่มแบนด์วิดท์ที่มีให้กับผู้ใช้แต่ละรายจึงแบ่งส่วนเป็นเซลล์ขนาดเล็กลง ทิศทางเสาอากาศที่ด้านบนสุดของอาคารแบ่งเซลล์ "รอบ" ออกเป็นสี่ส่วนเช่นสีส้ม

การติดตั้งไมโคร / picocells จำนวนมากทุกที่ในพื้นที่ที่มีประชากรหนาแน่นหมายความว่าแต่ละสถานีฐานจะจัดการกับผู้ใช้จำนวนน้อยเท่านั้น ผู้ใช้น้อยต่อเซลล์หมายถึงแบนด์วิดธ์ต่อผู้ใช้มากขึ้น สิ่งนี้สามารถใช้งานได้โดยการลดราคาของฮาร์ดแวร์สถานีฐาน (เช่นซิลิกอนราคาถูก, กฎของมัวร์และMMICซึ่งรวมเอาบิต RF บนชิป)

ระบบที่ชาญฉลาดก็ช่วยได้เช่นกัน ตัวอย่างเช่นใน GSM แม้ว่าคุณจะไม่ได้พูดคุยช่วงเวลาแบนด์วิดท์ของคุณสงวนไว้สำหรับคุณซึ่งสิ้นเปลือง

สิ่งสำคัญคือความพร้อมของสิ่งเหล่านี้ในราคาที่เหมาะสม:

  • FPGA ขนาดใหญ่ที่มีพลังการคำนวณบ้าอย่างแท้จริง
  • ADCs / DACs ที่รวดเร็ว
  • ไอซีไมโครเวฟ

สิ่งเหล่านี้เปิดใช้งานวิทยุดิจิตอลและนี่คือจุดที่ฉ่ำเช่น MIMO และอาเรย์เสาอากาศแบบปรับด้วยเรียลไทม์ beamforming และการปรับสมดุลช่อง, modulation ขั้นสูง (และปรับตัว) บวกกับรหัสแก้ไขข้อผิดพลาดที่แข็งแกร่ง .


FPGAs เข้ามาเกี่ยวข้องกับเครือข่ายเซลลูล่าร์ที่ไหน? ฉันจะคิดว่าทุกอย่างเป็น ASIC หรือไม่?
Mehrdad

2
ASIC มีต้นทุนต่อหน่วยที่ถูกกว่า แต่ FPGA สามารถอัพเกรดได้ ...
peufeu

3
FPGA สามารถประหยัดในปริมาณที่น้อยลงหรือเมื่อจำเป็นต้องกำหนดค่าใหม่ได้ ค่าใช้จ่ายต่อหน่วยที่สูงขึ้นของ FPGA สามารถเป็นที่นิยมมากกว่าค่าใช้จ่ายจำนวนมากในการพัฒนา ASIC FPGA สามารถใช้ฮาร์ดแวร์เครือข่ายประสิทธิภาพสูงสถานีฐานเซลล์ ฯลฯ ซึ่งมีปริมาณค่อนข้างต่ำ สำหรับ picocells นั้น ASIC นั้นมีความเป็นไปได้สูงกว่าเพราะจะมีมากกว่านั้น
alex.forencich

2
ตกลง! FPGA อยู่ในสถานีฐาน โทรศัพท์ขายในปริมาณที่เพียงพอเพื่อปรับ ASIC และพวกเขาจะได้รับ "อัปเกรด" บ่อยครั้งเมื่อมีคนซื้อโทรศัพท์ใหม่
peufeu

1
การแพร่กระจายอย่างช้าๆของเทคโนโลยีภาคพื้นดินที่ดีกว่าก็เป็นส่วนใหญ่เช่นกัน โทรศัพท์มือถือเป็นเพียงส่วนหนึ่งของเครือข่ายเซลลูล่าร์ เช่นการซิงโครไนซ์เวลาแบบอิงแพ็คเก็ตซึ่งเรามีมานานหลายปี แต่สิ่งเหล่านี้ใช้เวลานานในการซึมซับเข้าสู่อุตสาหกรรมในระดับ
Lightness Races กับโมนิก้า

11

ฉันคิดว่าต่อไปนี้เป็นเทคโนโลยี / เทคนิคสำคัญบางอย่างที่ช่วยเพิ่มอัตราข้อมูลมือถือ

  1. ย้ายไปยังความถี่ของพาหะที่สูงกว่าซึ่งมีแบนด์วิดท์ที่กว้างกว่า ในไม่ช้าเราจะมีเทคโนโลยีคลื่นมิลลิเมตรที่ใช้ในเซลล์

  2. ระบบเสาอากาศ Multi Input Multi Output (MIMO) ให้การส่งกระแสข้อมูลแบบขนาน

  3. รูปแบบการปรับขั้นสูงเช่น OFDM และ QAM

  4. รหัสการแก้ไขข้อผิดพลาดที่แข็งแกร่งไปข้างหน้าไม่ต้องการการส่งสัญญาณซ้ำอีกและทำให้เราใกล้ชิดกับความจุแชนนอนมากขึ้น

  5. ลดขนาดเซลล์ ตอนนี้เรามีความถี่เท่ากันแบ่งระหว่างผู้ใช้จำนวนน้อย


1
สั้นและตรงประเด็น +1
Sredni Vashtar

4

สมมติว่าแบนด์วิดธ์เท่ากันวิธีเดียวที่จะเพิ่ม datarates คือการเข้ารหัสที่ดีกว่า: QAM เทียบกับ MSK ของ GSM, 16QAM เทียบกับ QAM, 256QAM เทียบกับ 16QAM

และในทั้งหมดนี้ต้องจัดการแบบหลายจุดและแบบเฟด

ด้วยบิตต่อเฮิร์ตซ์มากขึ้น SignalNoiseRatio (SNR) จำเป็นต้องปรับปรุงการเขียนรหัสช่วยให้การช่วยเหลือ 5 หรือ 10 เดซิเบลได้เพียงครั้งเดียวที่นี่ ในการปรับปรุง SNR ลิงค์จำเป็นต้องใช้ ERP (เสาอากาศ TX แบบโฟกัส), เสาอากาศรับสัญญาณที่สูงขึ้น (องค์ประกอบเพิ่มเติม, อาร์เรย์แบบแบ่งย่อย ฯลฯ ให้พื้นที่มากขึ้นในการรวบรวมพลังงานมากขึ้น) และเส้นทางที่สั้นลงเพื่อลดเส้นทาง


2
ถึงกระนั้นในที่สุดก็ถึงขีด จำกัด ของแชนนอน เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นมีความเป็นไปได้เพียงอย่างเดียวสำหรับความเร็วที่เพิ่มขึ้นนั้นคือแบนด์วิดท์ต่อผู้ใช้มากขึ้นหมายถึงเซลล์ที่เล็กลง ในที่สุดก็สามารถจบลงด้วยระบบที่ดูเหมือนว่า WiFi ที่ใช้พลังงานต่ำซึ่งมีผู้ใช้เพียงไม่กี่คนเท่านั้นที่อยู่ในเซลล์และ ณ จุดนั้นการออกแบบ RF มาตรฐานจะเป็นอัตราความเร็วสูงสุดที่เป็นไปได้ ...
madscientist159

3

หรือเราเริ่มดีขึ้นในวิธีอื่น ๆ ? งั้นเหรอ

อาจมีสักวันหนึ่งที่มือถือของเรา (หรือระบบ) จะสามารถเก็บความแตกต่างทางคณิตศาสตร์ของเสียงแต่ละเสียงของเราและจัดการมันให้เป็นคำอื่น ๆ จากนั้นทั้งหมดที่ต้องส่งในการโทรคือ "ข้อความ" และโทรศัพท์ที่รับสามารถสร้างเสียงและเสียงของเราเหมือนคนจริง

ดังนั้นถ้าจะพูดว่า "ขอให้มีความสุขมาก ๆ ในวันนี้" จะใช้เวลา 15 อักขระ ASCII หรือ 120 บิตเป็นเวลาสองวินาทีในการพูด


1
อย่าลืมสักสองสามไบต์สำหรับรอยยิ้มในตอนท้ายเว้นเสียแต่ว่าคุณคาดหวังว่าทุกคนจะได้ยินเสียงโทรศัพท์อย่างจริงจังในอนาคต
Dmitry Grigoryev

1
ฉันหวังว่ามันจะไม่ไปไกลขนาดนี้เพื่อมิให้เรามีสิ่งนี้เกิดขึ้น แต่สำหรับการสื่อสารด้วยเสียงแทนที่จะเป็นเอกสารที่สแกน ฉันจะเรียกมันว่า "แก้ไขอัตโนมัติสำหรับเสียง"
Aleksi Torhamo

ดังนั้นเมื่อสิ่งนี้กลายเป็นความจริงเราจะไม่เชื่อใจเสียงเพื่อนของเราอีกต่อไปด้วยเหตุผลเดียวกับที่เราไม่สามารถเชื่อถืออีเมลหรือรหัสผู้โทรของพวกเขาในวันนี้ได้หรือไม่? (spoofing)
AaronD

@AaronD จริง ๆ แล้วมันจะเป็นไปได้ว่าคุณไม่สามารถไว้วางใจการโทรศัพท์ เพื่อน (และเสียงของพวกเขา) ยังคงเชื่อใจได้เหมือนเคย
user253751

@immibis ใช่นั่นคือสิ่งที่ฉันหมายถึง ฉันคิดว่าฉันมีความคลุมเครือในนั้น ขอบคุณสำหรับการชี้แจง
AaronD

3

อีกความก้าวหน้าที่สำคัญที่ยังไม่ได้รับการกล่าวถึงคือการใช้ประโยชน์ที่ดีขึ้นของเครือข่ายใยแก้วนำแสง ใยแก้วนำแสงสามารถส่งคลื่นความยาวคลื่นทั้งสเปกตรัม อย่างไรก็ตามพวกเขาไม่ได้ทำเช่นนั้นเสมอไป ตัวกรองแสงของความแม่นยำที่เพิ่มขึ้นทำให้ตอนนี้ "ช่อง" หลายสิบช่อง (หรือมากกว่า) ถูกยัดเข้าไปในเส้นใยเดี่ยวซึ่งก่อนหน้านี้พวกเขาจะใช้เพียงสองตัวเท่านั้น สิ่งนี้ทำให้โครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่ (ไฟเบอร์ในพื้นดิน) มีปริมาณข้อมูลเพิ่มขึ้นโดยมีเพียงความต้องการในการอัพเกรดอุปกรณ์ปลายทาง เครือข่ายเซลลูล่าร์มักจะนั่งอยู่ด้านบนของแบ็คโบนไฟเบอร์ดังนั้นไฟเบอร์ที่ดีกว่าและเร็วกว่าจึงเป็นส่วนที่สำคัญยิ่งของเซลล์ที่กว้างกว่า

นี่เป็นวิธีที่คล้ายกันกับวิธีการที่POTS Copper เปลี่ยนจาก 2400bps เป็น 50MBps ในช่วงไม่กี่ทศวรรษ


2

ไม่เพียง แต่นักออกแบบยังคงมีอัลกอริธึมที่ดีกว่าในการทำการบีบอัดสัญญาณเสียงแบบไดนามิกการเข้ารหัสช่องสัญญาณแบบไดนามิก แต่เมื่อทรานซิสเตอร์มีขนาดเล็กลงเราสามารถใช้อัลกอริธึมที่ซับซ้อนมากขึ้นสำหรับพลังงานแบตเตอรี่ในจำนวนเดียวกัน


1
การเข้ารหัสช่องสัญญาณมีผลกระทบมากน้อยเพียงใดที่การสื่อสารส่วนใหญ่เป็นหรือควรจะเข้ารหัสและดังนั้นจึงไม่สามารถแยกความแตกต่างจากสัญญาณรบกวนสีขาวได้
Maciej Piechotka

@MaciejPiechotka ไม่เข้ารหัสในการบีบอัดรหัสในการปรับ และการเข้ารหัสในการแก้ไขข้อผิดพลาด (แปลกอย่างที่มันฟังการเพิ่มการแก้ไขข้อผิดพลาดสามารถเพิ่มอัตราข้อมูลได้ในขณะนี้การเชื่อมต่อ "จริง" ของคุณสามารถเร็วขึ้นและแม่นยำน้อยลงเพื่อชดเชยมัน)
user253751

@immibis โอ้งั้นอย่าง 10b / 8b ทำให้รู้สึก
Maciej Piechotka

@MaciejPiechotka ฉันคิดว่าคุณหมายถึงการเข้ารหัส 8b / 10b ? รูปแบบการเข้ารหัสนั้นส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการกู้คืนนาฬิกาและ DC balance และส่ง 0.8 บิตต่อสัญลักษณ์เท่านั้น การส่งสัญญาณด้วย 16-QAM มี 4 บิตต่อสัญลักษณ์และการส่งสัญญาณด้วย 64-QAM มี 6 บิตต่อสัญลักษณ์
แปรงสีฟัน

@ แปรงสีฟัน ครั้งล่าสุดที่ฉันจัดการกับวัสดุประเภทนี้อยู่ที่เดียวและฉันจำไม่ได้ว่ามีเครื่องหมาย (และก่อนกาแฟฉันไม่ได้สังเกตว่า google ใส่คำสั่งที่ถูกต้องเมื่อฉันตรวจสอบ)
Maciej Piechotka
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.