De 1G a 4G: Un breve análisis de los principios de la comunicación inalámbrica

1G——2G——2.5G——3G——4G

Empecemos con una onda electromagnética

Sabemos que el campo eléctrico que cambia con el tiempo genera un campo magnético, un campo magnético que cambia con el tiempo produce un campo eléctrico, y los dos se causan y se afectan entre sí para formar un campo electromagnético. Los campos electromagnéticos siempre se propagan a la velocidad de la luz, formando ondas electromagnéticas.

Pero hay un problema. La distancia de transmisión es corta. Estas ondas electromagnéticas suelen ser de baja frecuencia y tienen capacidades de emisión muy débiles, por lo que necesitamos encontrar algunas señales de alta frecuencia para transportar estas bajas frecuencias. señales a lugares distantes. Cargar una señal de baja frecuencia en una señal de alta frecuencia como esta se llama modulación y su proceso inverso se llama demodulación. Bien, ahora podemos transmitir señales.

Hay otro problema, la atenuación de la señal, ¿qué debemos hacer? No podemos aumentar la potencia de transmisión, eso solo hará que el teléfono móvil sea cada vez más grande y necesitamos usarlo. celular. Hay una estación base en cada celda para amplificar y mejorar la señal. Para evitar conflictos, las celdas adyacentes no pueden usar señales en la misma banda de frecuencia (la misma banda de frecuencia interfiere entre sí, por lo que la transmisión por salto de frecuencia se realiza en las celdas)

Con estas teorías, nuestra red 1G nació. La red 1G transmite señales analógicas. Recopila señales analógicas, las amplifica, las modula, las transmite y luego las transmite a través de la celda.

Un circuito transmisor de oscilación simple (captación de sonido, amplificación, modulación) que puede usarse como micrófono inalámbrico, control remoto inalámbrico y escucha ilegal. La aplicación más clásica de la red 1G es la telefonía móvil. Los teléfonos móviles de señal analógica, números que comienzan con 9, sólo pueden realizar llamadas, pero no pueden intercambiar mensajes de texto. En ese momento, el equipo de telefonía móvil era extremadamente caro y solo los hermanos mayores de Hong Kong podían permitírselo. Por eso, la gente en el mundo lo llamaba teléfono móvil, que definitivamente era un símbolo de identidad y estatus en la clase alta. En aquella época era tan popular como Armani.

Pero hay una característica muy triste de los teléfonos móviles, es decir, las llamadas de la red 1G no se pueden mantener en secreto. Siempre que utilicemos un circuito oscilante y lo ajustemos a la frecuencia correspondiente, podremos escuchar la voz. llamadas, negociaciones comerciales y fiestas privadas. Se puede hacer entre parejas, e incluso hay investigadores privados que investigan relaciones extramatrimoniales escuchando a escondidas a Gran Hermano. El escritor japonés Keigo Higashino también escribió un libro de suspenso llamado "La aparición del sospechoso X" basado en este tipo de escuchas ilegales. Que te molesten es una lástima. Además, la mala calidad de las llamadas y la imposibilidad de proporcionar servicios de datos indican que eventualmente serán eliminados con el tiempo y pasarán a la historia.

Entonces, ¿cómo mantenerla en secreto? Toda la transmisión de ondas electromagnéticas es muy fácil de ser escuchada. Un científico se preguntó si se podría dividir en partes y cortar en pequeños bloques de datos para su transmisión en diferentes bandas de frecuencia. períodos de tiempo. Paño de lana. Este es el prototipo de la comunicación digital. El científico no esperaba que una idea tan simple provocara cambios trascendentales en el campo de las comunicaciones.

La generación de señales digitales es muy simple, que consiste en muestrear y cuantificar la señal analógica. La frecuencia de muestreo se refiere al número de muestras en un segundo. El número de bits de cuantificación digitaliza la amplitud de la señal. Cuanto mayor sea el número de bits, más cerca estará de la forma de onda original.

El problema causado por el muestreo cuantificado es la distorsión, entonces, ¿cómo mantener la fidelidad?

GSM resuelve todos los problemas de la red 1G. Utiliza números que comienzan con 13 y 15, tiene una gran capacidad antiinterferencias, alta seguridad y admite servicios de datos de baja velocidad (como navegación por sitios web, SMS). y MMS), pero todo esto todavía no puede cambiar el hecho de que GSM es ineficiente.

La red GSM utiliza conmutación de circuitos, similar al teléfono que utilizamos. Las partes que se comunican se conectan a la red mediante acceso telefónico y luego se comunican una vez establecida la conexión, el canal siempre está ocupado hasta el momento de marcar. La conexión se detiene. Esto es lo que comúnmente llamamos una conexión larga.

Por tanto, las características del GSM le traen dos carencias extremadamente marcadas.

1. La tasa de utilización del canal es baja y el canal es limitado. Una vez marcado, incluso si no hace nada, el canal estará ocupado, lo que limita el ancho de banda, limita la aplicación de servicios de datos y no puede. realizar servicios multimedia móviles. Provoca un desperdicio de recursos.

2. El mensaje de texto no se entrega a tiempo Cuando el usuario envía un mensaje de texto, el mensaje corto se envía primero al servidor del centro de SMS y luego el servidor lo reenvía al usuario receptor. . Si el usuario no está en línea y no puede comunicarse normalmente, el mensaje corto se reenviará después de un cierto retraso.

Si el destinatario no está en línea, el mensaje de texto puede perderse después de uno o dos días debido a la memoria caché limitada del servidor.

Así surgió la red GPRS, el servicio general de paquetes inalámbricos GPRS utiliza tecnología de conmutación de paquetes para mejorar la eficiencia. Los usuarios solo ocupan recursos durante el período de envío o recepción de datos. Esto significa que varios usuarios pueden compartir de manera eficiente el mismo canal inalámbrico, mejorando así la utilización de recursos. Además, GPRS utiliza una estrategia en línea en tiempo real. El teléfono móvil se conectará automáticamente a la red GPRS tan pronto como se encienda. Es gratuito conectarse a la red utilizando este método de conexión. A los usuarios solo se les cobrará cuando los datos. se transfiere el tráfico. Según el flujo de tráfico, use más y cobre más, use menos y cobre menos. Entonces podemos ver que a partir de GPRS, el rendimiento de la red 2G ha mejorado enormemente y también se ha introducido el concepto de tráfico de datos, que sentó las bases para la siguiente era 3G. Por tanto, GPRS es una obra maestra que conecta el pasado y el futuro. Habitualmente lo definimos como una red 2,5G.

Si bien GPRS ha logrado un gran éxito, también nos ha traído nuevos problemas: cómo reorganizar los datos, cómo ordenarlos, cómo sincronizarlos y cómo corregir errores. Estas preguntas reciben respuestas detalladas en el TCPIP clásico y no se discutirán en detalle. Se puede ver que al entrar en la era de los paquetes 2,5G, ya nos enfrentamos a problemas de red y la integración de Internet y las redes de comunicación ha comenzado a tomar forma.

Con el aumento de usuarios de Internet móvil, GPRS comenzó a saturarse y a abrumarse, y volvió la ineficiencia. Cómo mejorar la eficiencia, la frecuencia se ha saturado y se ha utilizado tecnología de agrupación, entonces, ¿qué más podemos hacer?

Se puede ver que cada avance en la tecnología de la comunicación es un proceso de corte y perfeccionamiento del sistema original. Las ondas de radio se atenúan durante la transmisión, por lo que reducimos la distancia de transmisión y agregamos múltiples estaciones base para formar un sistema celular, haciendo posibles las comunicaciones de media y larga distancia. Las señales analógicas son fáciles de escuchar durante la transmisión, por lo que cortamos las señales analógicas para formar señales digitales para la transmisión por salto de frecuencia para garantizar la seguridad de los datos, así nació la red GSM. GSM es un canal exclusivo para un solo usuario, lo cual es ineficiente. Dividimos los derechos de uso del canal y permitimos que varios usuarios usen el canal en tiempo compartido, por lo que se creó la red de paquetes GPRS. Debido al aumento de usuarios, GPRS se congestionó. Adjuntamos un código de identificación a cada usuario y varios usuarios utilizaron el canal al mismo tiempo, por lo que surgió una red 3GCDMA.

Los tres estándares solo existen, y nadie puede garantizar que serán los últimos en reír. Es la estrategia de una gran potencia utilizar métodos exhaustivos para lidiar con la incertidumbre, por lo que China no ha hecho todo lo posible. desarrollar TD-SCDMA, pero dejar que China Unicom compre el derecho de usar WCDMA, China Telecom compre el derecho de usar CDMA2000 y dejar que China Mobile, que ganó mucho dinero en la era GPRS, desarrolle TD-SCDMA.

El nombre completo de WCDMA es CDMA de banda ancha. La infraestructura de China Unicom en la era 2G rara vez era muy pobre, por lo que directamente omitieron estas estaciones base 2G y construyeron muchas estaciones base WCDMA nuevas en las principales ciudades. Por tanto, en la era 3G, la señal de China Unicom es la mejor en las ciudades. También tenía la mayor cantidad de modelos. Dado que WCDMA era un estándar europeo, cualquier teléfono inteligente importado en paralelo en ese momento básicamente admitía WCDMA (iphone, Ericsson, Nokia, Fujitsu, Sharp, Samsung y Google). En el pasado, Nokia era el actor dominante y su sistema GSM era extremadamente completo en el mundo. Por lo tanto, WCDMA tenía una ventaja innata en el mercado. Era el estándar 3G más utilizado en el mundo en ese momento, con la gama más rica de servicios y representaba más del 80% de la cuota de mercado global.

CDMA2000 es la tecnología de Qualcomm. La solución CDMA20003x es un estándar 3G. En realidad, agrupa tres canales CDMA20001x de baja velocidad y aplica tecnología de operador multicanal para lograr el propósito de acelerar. pero debido a que no se adopta ningún nuevo protocolo de comunicación y no se necesitan nuevas estaciones base, es una gran ayuda para las telecomunicaciones que toman la ruta de las ciudades circundantes desde las áreas rurales. Por lo tanto, tiene la cobertura más amplia desde ciudades CDMA2000 hasta pueblos y aldeas. Pero los terminales móviles son más caros. Debido a las altas tarifas de patentes que cobra Qualcomm. Por lo tanto, cuando muchos fabricantes de teléfonos móviles fabrican teléfonos móviles multimodo, la versión móvil China Unicom + y la versión China Telecom a menudo se fabrican por separado, y los teléfonos móviles de tres redes suelen ser mucho más caros, es decir, el dinero de la patente pagado.

TD-SCDMA es muy normal. Las empresas estatales de China tienen capacidades de ejecución muy sólidas y pueden soportar dificultades y soportar el trabajo duro. Sin embargo, debido a que la tecnología de las comunicaciones comenzó tarde, la tecnología es inmadura y la cadena industrial. está incompleto, lo que da como resultado productos que están muy por detrás. Según los dos estándares anteriores, la velocidad de transmisión es muy lenta y la estación base es voluminosa e irradia mucho (debido a los edificios densos, generalmente las grandes ciudades restringen el despliegue de estaciones base). Nadie quiere tener un gigante así irradiando ondas electromagnéticas de alta frecuencia en sus cabezas durante todo el día), y debido a razones técnicas, la velocidad de movimiento excede los 120 km/hora y no se pueden recibir señales estables. pesadilla para los viajeros de negocios. Sin embargo, como los chinos lo desarrollaron ellos mismos y tienen derechos de propiedad intelectual, se utiliza ampliamente como tarea central de conmutación de las redes de comunicación militares. Por lo tanto, el mayor usuario de TD-SCDMA no es el pueblo chino, sino el Ejército Popular de Liberación de China.

Desde la división de tiempo y la división de frecuencia en la era 2G hasta la división de código en la era 3G, la eficiencia de los canales de comunicación inalámbrica casi ha sido exprimida por nosotros cuando la gente todavía se pregunta si la velocidad de comunicación ha alcanzado el límite. cuello de botella, Ha llegado el golpe de reducción de dimensionalidad de la industria de TI.

He pensado mucho y gracias por estar aquí. En un futuro no muy lejano, marcaremos el comienzo de la era 5G con el avance de la tecnología, espero que nuestras vidas sean cada vez mejores.