セルラーネットワークの速度がこれまで以上に高速化するのはなぜですか [閉まっている]

私は常に技術の進歩を受け入れてきました。90年代に生まれて、数年待つと、すべてがより速く、小さく、安く、そして一般的に良くなります。これは、テレビ、PC、携帯電話などの家電製品で最も顕著でした。

しかし、1つを除いて、この変更の大部分を駆動するものを知っているので、私は思い浮かびます。コンピューターと携帯電話は、主に小型で効率的なトランジスタを構築できるため、より速く、より速くなります（2年ごとにシリコン面積の単位あたり約2倍のトランジスタ数が聞こえます）。

DSLで最初にインターネットが高速化され、固定電話の銅線ツイストペアの帯域幅が最大になりました。銅線内で使用可能なスペクトルがなくなったとき、光ファイバーに目を向けましたが、まったく新しいゲームでした。

TL; DR：しかし、セルラーネットワークの高速化を可能にしているのは何ですか？私は2G、3G、そして今ではLTE携帯電話を持っていて、速度の違いは天文学的なもので、過去10年間に家庭用インターネットで見られた違いに似ています。

ただし、LTEチャネルの帯域幅は必ずしも大きいとは限りません（実際、LTEの使用量は少ないと考えています。3Gは5 MHzチャネルを使用しますが、LTEは1.4〜20 MHzの小さなチャネルを使用できます）。さらに、LTEのほうがチャネルHzあたりのbpsの点でより効率的であると何度も聞いています（ここでは「引用が必要」を追加します。

それで何ですか？スペクトルが増えましたか？より良い、より小さな電子機器？または、他の方法でこれを改善していますか？どうして？

携帯電話ネットワークの高速化を可能にするのは何ですか

基本的に、古き良きムーアの法則。

ハンドセットは方程式の半分にすぎません。より近代的で強力なシリコンは、チャネル品質の向上、ノイズの低減などに役立ちます。しかし、これはシャノン氏によるとチャネル帯域幅を超えることはできません。

したがって、各ユーザーが利用できる帯域幅を増やす簡単な方法は、ランドスケープを小さなセルにスライスすることです。塔の上の指向性アンテナは、「丸い」セルをオレンジのような四分の一にスライスします。

人口密集地域のいたるところに多数のマイクロ/ピコセルを設置するということは、各ベースステーションが少数のユーザーしか処理しないことを意味します。セルあたりのユーザー数が少ないと、ユーザーあたりの帯域幅が増えます。これは、基地局のハードウェア（つまり、安価なシリコン、ムーアの法則、RFビットをオンチップで統合するMMIC）の価格を下げることで可能になります。

よりスマートなシステムも役立ちます。たとえば、GSMでは、話をしなくても、帯域幅のタイムスロットが予約されているため、無駄です。

重要なことは、これらを手頃な価格で入手できることです。

• 非常に優れた計算能力を備えた大型FPGA
• 高速ADC / DAC
• マイクロ波IC

これらはデジタル無線を可能にします。これは、リアルタイムビームフォーミングとチャネルイコライゼーションを備えたMIMOおよび適応アンテナアレイ、高度な（および適応）変調に加えて、大量の計算能力を必要とする強力なエラー訂正コードなど、ジューシービットが存在する場所です。

以下は、携帯電話のデータレートを向上させる重要なテクノロジー/テクニックの一部です。

1. より広い帯域幅が利用可能な場合、より高いキャリア周波数に移行します。まもなく、携帯電話でミリ波技術が使用されるようになります。

2. データストリームの並列伝送を可能にするマルチ入力マルチ出力（MIMO）アンテナシステム。

3. OFDMやQAMなどの高度な変調方式。

4. 再送信を必要とせず、シャノンキャパシティにさらに近づく、より強力な前方誤り訂正コード。

5. セルサイズの縮小。これで、同じ頻度が少数のユーザーに分割されました。

同じ帯域幅を想定して、データレートを向上させる唯一の方法は、より良いコーディングです：QAM対GSMのMSK、16QAM対QAM、256QAM対16QAM、

このすべてにおいて、マルチパスとフェージングを処理する必要があります。

ヘルツあたりのビット数が増えると、SignalNoiseRatio（SNR）を改善する必要があります。thoコーディングは、ここで1回5または10 dBのアシストを提供します。SNRを改善するには、リンクに必要なERP（集束TXアンテナ）、高ゲインレシーバーアンテナ（より多くの要素、フェーズドアレイなど、より多くのエネルギーを収集するための領域を増やす）、およびパスロスを減らすためのパスを短くする必要があります。

または、他の方法でこれを改善していますか？どうして？

ハンドセット（またはシステム）が個々の音声の数学的ニュアンスを保存し、それを操作して他の単語をアルゴリズム的に作成できるようになる日が来るかもしれません。音声通話で送信する必要があるのは「テキスト」だけで、受信側の電話は私たちの声を再現し、実際の人間のように聞こえます。

したがって、「良い一日を」と言うには、2秒のスピーチに15アスキー文字または120ビットが必要です。

言及されていない別の重要な進歩は、光ファイバネットワークの利用率の向上です。光ファイバは、波長のスペクトル全体を伝送できます。しかし、彼らはいつもそうしているわけではありません。精度が向上した光学フィルターにより、以前は2本しか使用していなかった数十（またはそれ以上）の「チャネル」を単一のファイバーに詰め込むことができるようになりました。これにより、既存のインフラストラクチャ（地上のファイバー）でエンドポイント機器をアップグレードするだけで、データ量を増やすことができます。セルラーネットワークは基本的にファイバーバックボーンの上にあるため、より高速で高速なファイバーは、より広く高速なセルラーの重要な部分です。

これは、いくつかの点で、POTS銅が数十年の間に2400bpsから50MBpsになった方法に似ています。

設計者は、動的オーディオ圧縮、動的チャネルコーディング（シャノンの限界に近づく）、およびマルチパス、クラッター、および干渉源への動的適応を行うための優れたアルゴリズムをまだ考案しているだけではありません。しかし、トランジスタが小さくなると、同じ量のバッテリーエネルギーに対してより精巧なアルゴリズムを使用できます。