Qu'est-ce qui pousse à progresser vers des vitesses de réseau cellulaire toujours plus rapides? [fermé]

J'ai toujours accepté que la technologie progresse. Né dans les années 90, tout devient plus rapide, plus petit, moins cher et généralement meilleur si vous attendez quelques années. Cela était plus évident avec les appareils électroniques grand public tels que les téléviseurs, les ordinateurs et les téléphones portables.

Cependant, il me vient maintenant à l'esprit que je sais ce qui motive la plupart de ces changements, sauf un. Les ordinateurs et les téléphones portables s'améliorent et deviennent plus rapides, principalement parce que nous pouvons construire des transistors plus petits et plus efficaces (j'entends environ deux fois le nombre de transistors par unité de surface de silicium tous les deux ans).

Internet est devenu plus rapide en premier avec DSL qui a poussé la bande passante de la paire torsadée de cuivre fixe à son maximum. Lorsque nous avons manqué de spectre utilisable à l'intérieur du fil de cuivre, nous nous sommes tournés vers la fibre optique, et c'était un tout nouveau jeu.

TL; DR: Mais qu'est-ce qui permet aux réseaux cellulaires de continuer à s'accélérer? J'ai eu des téléphones portables 2G, 3G et maintenant LTE et les différences de vitesse sont astronomiques, semblables aux différences observées dans l'Internet domestique au cours de la dernière décennie.

Pourtant, les canaux LTE n'ont pas nécessairement une plus grande bande passante (en fait, je crois que le LTE utilise moins: la 3G utilise des canaux à 5 MHz , tandis que le LTE peut avoir des canaux plus petits, de 1,4 à 20 MHz ). De plus, j'ai entendu à plusieurs reprises que le LTE est plus efficace en termes de bps par canal Hz (j'ajouterais «citation nécessaire» ici, je serai le premier à admettre qu'il semble au moins douteux).

Alors c'est quoi? Juste plus de spectre? Une électronique meilleure et plus petite? Ou est-ce que nous nous améliorons dans ce domaine par d'autres moyens? Comment?

qu'est-ce qui permet aux réseaux cellulaires de s'accélérer

En gros, la bonne vieille loi de Moore.

Le combiné n'est que la moitié de l'équation. Un silicium plus moderne et plus puissant aide à obtenir une meilleure qualité de canal, moins de bruit, etc. Cependant, cela ne peut pas dépasser la bande passante du canal selon M. Shannon.

Un moyen simple d'augmenter la bande passante disponible pour chaque utilisateur est donc de découper le paysage en cellules plus petites. Des antennes directionnelles au sommet des tours coupent la cellule "ronde" en quartiers, comme une orange.

L'installation d'un grand nombre de micro / picocellules partout dans les zones densément peuplées signifie que chaque station de base ne gère qu'un plus petit nombre d'utilisateurs. Moins d'utilisateurs par cellule signifie plus de bande passante par utilisateur. Cela est possible en réduisant le prix du matériel de la station de base (c'est-à-dire du silicium bon marché, la loi de Moore et les MMIC qui intègrent les bits RF sur puce).

Un système plus intelligent est également utile. Par exemple, en GSM, même lorsque vous ne parlez pas, votre plage horaire de bande passante vous est réservée, ce qui est un gaspillage.

Une chose importante est également la disponibilité de ceux-ci à un prix raisonnable:

• Grands FPGA avec une puissance de calcul vraiment folle
• ADC / DAC rapides
• CI micro-ondes

Celles-ci permettent la radio numérique, et c'est là que se trouvent les bits juteux, comme le MIMO et les réseaux d'antennes adaptatifs avec formation de faisceau et égalisation de canal en temps réel, modulations avancées (et adaptatives), ainsi que de forts codes de correction d'erreurs qui nécessitent beaucoup de puissance de calcul, etc. .

Je pense que voici quelques-unes des technologies / techniques clés qui augmentent les débits de données cellulaires.

1. Passez à des fréquences porteuses plus élevées où des bandes passantes plus larges sont disponibles. Bientôt, la technologie des ondes millimétriques sera utilisée dans le cellulaire.

2. Systèmes d'antennes à entrées multiples et sorties multiples (MIMO) permettant la transmission parallèle de flux de données.

3. Schémas de modulation avancés tels que OFDM et QAM.

4. Des codes de correction d'erreur avant plus forts ne nécessitant pas de retransmissions et nous rapprochant toujours plus de Shannon Capacity.

5. Rétrécissement de la taille des cellules. Nous avons maintenant la même fréquence répartie entre un plus petit nombre d'utilisateurs.

En supposant la même bande passante, la seule façon d'augmenter les taux de données est un meilleur codage: QAM contre MSK de GSM, 16QAM contre QAM, 256QAM contre 16QAM,

Et dans tout cela, les trajets multiples et les évanouissements doivent être gérés.

Avec plus de bits par Hertz, le SignalNoiseRatio (SNR) doit s'améliorer, le codage fournit une assistance ponctuelle de 5 ou 10 dB ici. Pour améliorer le SNR, la liaison a besoin de plus d'ERP (antennes TX focalisées), d'antennes de récepteur à gain plus élevé (plus d'éléments, de réseaux phasés, etc. donnant plus de surface pour recueillir plus d'énergie) et de chemins plus courts pour réduire la perte de chemin.

Ou est-ce que nous nous améliorons dans ce domaine par d'autres moyens? Comment?

Il arrivera peut-être un jour où nos combinés (ou le système) pourront stocker les nuances mathématiques de nos voix individuelles et les manipuler pour former d'autres mots de manière algorithmique. Ensuite, tout ce qui doit être transmis dans un appel vocal est du «texte» et le téléphone récepteur peut reconstruire nos voix et son comme la personne réelle.

Donc, dire "passez une bonne journée" prendrait 15 caractères ascii ou 120 bits pour deux secondes de parole.

Un autre progrès critique qui n'a pas été mentionné est amélioration de l'utilisation des réseaux de fibres optiques . Une fibre optique peut transporter un spectre entier de longueurs d'onde. Mais ils ne l'ont pas toujours fait. Des filtres optiques d'une précision croissante permettent désormais à des dizaines (ou plus) de "canaux" d'être entassés dans des fibres uniques alors qu'auparavant ils n'en utilisaient que deux. Cela permet à l'infrastructure existante (fibre dans le sol) de transporter des quantités croissantes de données avec seulement la nécessité de mettre à niveau l'équipement du point final. Les réseaux cellulaires reposent essentiellement sur les dorsales de fibres, donc une fibre meilleure et plus rapide est un élément essentiel d'un réseau cellulaire plus large et plus rapide.

Cela est similaire, à certains égards, à la façon dont le cuivre POTS est passé de 2400 bps à 50 Mbps en l'espace de quelques décennies.

Non seulement les concepteurs proposent-ils toujours de meilleurs algorithmes pour effectuer la compression audio dynamique, le codage dynamique des canaux (c'est-à-dire se rapprocher de la limite de Shannon) et l'adaptation dynamique aux trajets multiples, à l'encombrement et aux brouilleurs; mais à mesure que les transistors deviennent plus petits, nous pouvons utiliser des algorithmes plus élaborés pour la même quantité d'énergie de batterie.