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

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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?

jus de fruits
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La cupidité est probablement le moteur ultime: les entreprises recherchent le profit et la baisse des coûts ...
Solar Mike
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@SolarMike bien, je suppose que tu as raison, mais je ne voulais pas dire ça. Je voulais dire d'un point de vue technique, ce qui rend cela possible.
freejuices
Alors, quelle est votre question - qu'inventerons-nous demain ou la semaine prochaine qui sera plus rapide?
Solar Mike
@SolarMike Non, la question serait de savoir comment vont-ils accélérer le processus . Les PC seront plus rapides l'année prochaine car Intel construira des processeurs avec des transistors plus petits et plus efficaces, afin qu'ils puissent entasser plus de matériel, pour moins d'argent, le cadencer plus rapidement et utiliser un VDD inférieur. Mais pourquoi le successeur de LTE sera-t-il plus rapide? D'un point de vue technologique, qu'est-ce qui le rend possible? Digiproc a mentionné quelque chose dans le sens de meilleurs algorithmes pour exploiter la capacité du canal, c'est ce que je recherche.
freejuices
Alors, tu veux connaître les théories de demain aujourd'hui? c'est-à-dire le "comment"? ...
Solar Mike

Réponses:

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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. .

peufeu
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Où les FPGA entrent-ils en jeu en ce qui concerne les réseaux cellulaires? J'aurais pensé que tout est un ASIC?
Mehrdad
2
L'ASIC a un coût unitaire moins cher, mais le FPGA peut être mis à niveau sur le terrain ...
peufeu
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Les FPGA peuvent être économiques en volumes plus faibles ou lorsqu'une reconfigurabilité est nécessaire. Le coût unitaire plus élevé des FPGA peut être préférable à l'énorme coût de développement d'un ASIC. Les FPGA peuvent être utilisés avec du matériel réseau de très hautes performances, des stations de base de cellules, etc. qui sont d'un volume relativement faible. Pour les picocellules, les ASIC sont une possibilité plus forte car il y en aura beaucoup plus.
alex.forencich
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D'ACCORD! Les FPGA sont dans les stations de base. Les téléphones se vendent en quantité suffisante pour justifier les ASIC, et ils sont «mis à niveau» assez souvent quand les gens en achètent de nouveaux de toute façon.
peufeu
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La prolifération progressive de meilleures technologies au sol en est également une grande partie; les combinés ne forment qu'une partie d'un réseau cellulaire. Par exemple, la synchronisation de synchronisation basée sur les paquets que nous avons depuis des années, mais ces choses prennent du temps à s'infiltrer dans l'industrie à grande échelle
Courses de légèreté avec Monica
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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.

Yasir Ahmed
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bref et au point. +1
Sredni Vashtar
4

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.

analogsystemsrf
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2
Pourtant, finalement, la limite de Shannon sera atteinte. Une fois que cela se produit, la seule possibilité d'augmenter la vitesse serait une plus grande bande passante par utilisateur, ce qui signifie des cellules plus petites. Finalement, on pourrait se retrouver avec un système qui ressemble à une connexion Wi-Fi de faible puissance où seuls quelques utilisateurs sont sur une cellule, et à ce stade, la conception RF standard serait au débit maximal possible ...
madscientist159
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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.

Andy aka
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N'oubliez pas quelques octets pour un smiley à la fin, sauf si vous vous attendez à ce que tout le monde sonne très sérieux au téléphone à l'avenir.
Dmitry Grigoryev
1
J'espère bien que cela n'ira jamais aussi loin, de peur que quelque chose comme ça ne se produise, mais pour les communications vocales au lieu des documents numérisés. Je l'appellerai "correction automatique pour l'audio".
Aleksi Torhamo
Donc, lorsque cela devient une réalité, ne pouvons-nous plus faire confiance aux voix de nos amis pour la même raison que nous ne pouvons pas faire confiance à leurs e-mails ou à leur identification d'appel aujourd'hui? (usurpation d'
identité
@AaronD en fait, vous ne pourrez pas faire confiance aux appels téléphoniques. L'ami (et sa voix) lui-même reste toujours aussi digne de confiance.
user253751
@immibis Oui, c'est ce que je voulais dire. Je suppose que j'ai laissé une ambiguïté là-dedans. Merci de clarifier.
AaronD
3

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.

J ...
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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.

Digiproc
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Dans quelle mesure le codage des canaux a-t-il donné que la plupart des communications sont, ou devraient être, cryptées et ne devraient donc pas pouvoir être distinguées du bruit blanc?
Maciej Piechotka
@MaciejPiechotka Pas de codage comme en compression, mais comme en modulation. Et le codage comme dans la correction d'erreurs (aussi étrange que cela puisse paraître, l'ajout d'une correction d'erreurs peut augmenter le débit de données car maintenant votre connexion "réelle" peut être plus rapide et moins précise pour la compenser).
user253751
@immibis Oh donc des choses comme 10b / 8b. C'est logique
Maciej Piechotka
@MaciejPiechotka Je suppose que vous voulez dire un encodage 8b / 10b ? Ce schéma de codage est principalement destiné à la récupération d'horloge et à l'équilibre CC et ne transmet que 0,8 bit par symbole. Les transmissions avec 16-QAM ont 4 bits par symbole et les transmissions avec 64-QAM ont 6 bits par symbole.
Brosse à dents
@Toothbrush désolé. La dernière fois que j'ai traité ce type de matériel, j'étais à l'université et je ne me souvenais pas de la notation (et avant le café, je n'avais pas remarqué que google avait mis l'ordre correct lorsque je le vérifiais).
Maciej Piechotka